人間・ロボット協働フィジカルインタラクションのための相反性のシンセシス

人机协作物理交互互惠性的综合

• 批准号: 15J06058
• 负责人: 三浦 一将
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J06058/
• 关键词: フィジカルインタラクション; モーションコントロール; システム統合; アクチュエータ; 人間支援; 反力制御; 加速度制御; ヒューマンインタフェース; 電磁クラッチ

本研究では、人間・ロボット協働フィジカルインタラクションのための制御手法を確立することを目的としている。本年度は研究課題の最終年度であり、特に瞬発力が必要となる人間動作の実現を中心に研究を行った。ロボットによる直接的な接触動作を伴う人間支援を行うためには、小型で高トルク出力を実現するための高い減速比のギヤが必須であるが、その減速機構によりモータの出力スピードの低下を引き起こす。また同時に、高い減速機構のシステムの剛性は非常に高いため、人間にとっての安全性が低い。このように高速と高トルクとの間にはトレードオフの関係が、高い柔軟性と高い剛性の間にはトレードオフの関係が減速機を有するモータには存在する。そこで前年度までに構築した制御的な慣性をゼロから無限大まで変化させることが可能な可変動力伝達機構を基に、減速機の出力軸に電磁クラッチ及び弾性スプリングを連結させたアクチュエータを開発した。バネに蓄えた弾性エネルギーをクラッチ開放時に運動エネルギーに変換し、高速・高トルク・高バックドライバビリティを達成し、高減速比の多自由度ロボットシステムで瞬発力のあるモーションを実現した。このような相反性を有する状態をシステム内でシンセシスすることで、トレードオフの解決をもたらすという方法論は、学術的および産業的な有用性も高いと考える。研究で得られた知見は１件の学会誌論文および３件の国際学会発表として成果へと結実することができた。

This study で は, human ロ ボ ッ ト association 働 フ ィ ジ カ ル イ ン タ ラ ク シ ョ ン の た め の system method of equestrian を establish す る こ と を purpose と し て い る. The research topics of this year are であ final year であ であ, special に instantaneous force が necessary となる human action <s:1> actual を center に research を field った. ロ ボ ッ ト に よ る な contact action を with う room directly support line を う た め に は, small high で ト ル ク output を be presently す る た め の い high reduction ratio の ギ ヤ が must で あ る が, そ の retarding mechanism に よ り モ ー タ の output ス ピ ー ド の low を lead き up こ す. At the same time, また and に, the high <s:1> reduction mechanism <s:1> システム has very high <s:1> rigidity <e:1> に, high <s:1> ため, low にとって and low が safety. こ の よ う に と high ト ル ク と の between に は ト レ ー ド オ フ の masato が, high high い い softness と between rigid の に は ト レ ー ド オ フ の が reducer を masato department have す る モ ー タ に は exist す る. そ こ で before annual ま で に build し た suppression of inertia を な ゼ ロ か ら infinite ま で variations change さ せ る こ と が may な can - power 伝 of agencies を に, reducer output shaft の に electromagnetic ク ラ ッ チ and び 弾 sex ス プ リ ン グ を link さ せ た ア ク チ ュ エ ー タ を open 発 し た. バ ネ に え storage た 弾 sex エ ネ ル ギ ー を ク ラ ッ チ open に movement エ ネ ル ギ ー に variations in し, high speed, high ト ル ク · high バ ッ ク ド ラ イ バ ビ リ テ ィ を reached し, high reduction ratio of multiple-degree-of-freedom ロ の ボ ッ ト シ ス テ ム で instantaneous 発 force の あ る モ ー シ ョ ン を be presently し た. こ の よ う な opposite sex を have す る state を シ ス テ ム within で シ ン セ シ ス す る こ と で, ト レ ー ド オ フ の solve を も た ら す と い う は, academic methodology お よ び industry な usefulness も high い と exam え る. Study で ら れ た knowledge は 1 piece の society volunteers essay お よ び 3 の international society 発 table と し て results へ と knot be す る こ と が で き た.

项目成果

Constraint Control of Variable-Structured Elastic Mechanism Based on Passive Disturbance Observer

基于被动扰动观测器的变结构弹性机构约束控制

• 发表时间: 2017
• 作者: Masayuki Fujii;Toshiro Sato;K. Miura and S. Katsura
• 通讯作者: K. Miura and S. Katsura

Experimental Validation of Forward- and Back-Drivable Characteristics on Series Clutch Actuators Using Acceleration Control

使用加速度控制的串联离合器执行器的正向和反向驱动特性的实验验证

• 发表时间: 2016
• 作者: Masayuki Fujii;Toshiro Sato;K. Miura and S. Katsura;藤井 正幸，佐藤 俊朗;K. Miura and S. Katsura;藤井 正幸，佐藤 俊朗;K. Miura and S. Katsura
• 通讯作者: K. Miura and S. Katsura

Development of Observers for Force Control of an Actuator with Reducer and Electromagnetic Clutch

带减速器和电磁离合器的执行机构力控制观测器的研制

• 发表时间: 2015
• 作者: 三浦一将;桂誠一郎
• 通讯作者: 桂誠一郎

Synthesis of Motion-Reproduction Systems Based on Motion-Copying System Considering Control Stiffness

• DOI: 10.1109/tmech.2015.2478897
• 发表时间: 2016-04
• 期刊: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
• 作者: K. Miura;Ayaka Matsui;S. Katsura

High-Stiff Motion Reproduction Using Position-Based Motion-Copying System With Acceleration-Based Bilateral Control

• DOI: 10.1109/tie.2015.2458957
• 发表时间: 2015-07
• 期刊: IEEE Transactions on Industrial Electronics
• 影响因子: 7.7
• 作者: K. Miura;Ayaka Matsui;S. Katsura