Research and development on a bipedal walking system with artificial spinal cord IC and artificial muscle

人工脊髓IC和人工肌肉双足行走系统的研发

• 批准号: 22K04016
• 负责人: 内木場 文男
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04016/
• 关键词: ロボティックス; ニューラルネットワーク; 人工脊髄IC; 筋骨格; 歩行走行; ヒューマノイド; 低消費電力; 人工筋肉; ２足歩行ロボット; 歩行システム

本研究課題では，従来の制御系と駆動系を人間の脊髄と筋肉を工学的に模倣した人工脊髄ICと人工筋肉に置き換え，人間と同等の消費電力の20Wと下半身重量30kgの独自の歩行システムの実現を目指す。具体的には，これまでに研究開発したソフトウェアを用いない人工脊髄ICを歩行用に開発，また，形状記憶合金とエラストマを組み合わせた人工筋肉を適用することによって歩行と走行を切り替える２足歩行システムを実現する。歩行・走行時に必要な筋が神経信号の入力に応じて一斉に協調して収縮をするという筋シナジー理論をベースに，時系列的に6神経パルスが発生し，各パルスが筋肉の収縮を促すことによって歩行と走行が実行される。歩行時には2パルス目が消滅し，走行時には3パルス目が，さらに，走行時にはパルス列の周期が短縮される。当該年度は，初年度に当たり，歩行・走行を切替える人工脊髄の電子回路の開発を行い，シミュレーションとディスリート部品で構成した基板で，所定の信号を得た。また，システムの基本的な部分を実証するICの試作を実施した。ただし得られた信号は，片足の動作を意図したもので，両足の動作，また，システムとしての包括的なICの試作は今後実施する。人工筋肉に関しては形状記憶合金とエラストマを組み合わせ，片足25個，合計50個の筋肉の設計と一部試作を行った。設計するにあたって，実際の1/2サイズで3DCADを用いて筋骨格を形成し，これに筋肉に見立てたアクチュエータを配置，動力学シミュレータを使って歩行・走行を実施し，各アクチュエータに発生する力と変位を求めた。筋シナジー理論と一致して，時間的に6分割できることが分かった。アクチュエータにかかる力が分かった一方で，どの筋肉が力を発生して，結果としてどの筋肉が力を受動的に力を受けるかということを切り分ける課題が残った。

This research topic で は 従 to の suppression system と 駆 dynamic system を の human spinal marrow と brawn を engineering に imitate し た artificial spinal marrow IC と brawn に き change え, human と equal の consumption power の 20 w と lower body weight 30 kg の の alone step line シ ス テ ム の be presently を refers す. Specific に は, こ れ ま で に research open 発 し た ソ フ ト ウ ェ ア を with い な い artificial spinal marrow IC を step line with に 発, ま た, shape memory alloy と エ ラ ス ト マ を group み close わ せ た artificial brawn を applicable す る こ と に よ っ て step line と go を り cutting for え る 2 foot step line シ ス テ ム を be presently す る. Step walk line, row に な necessary reinforcement が god の 経 signal into force に 応 じ て a 斉 に coordination し て 収 shrinkage を す る と い う reinforcement シ ナ ジ ー theory を ベ ー ス に, series に when god 経 パ ル ス が 発 し, each パ ル ス が brawn の 収 shrinkage を promote す こ と に よ っ て step line と go が line be さ れ る. Step row に は 2 パ ル ス が destroy し, go row に は 3 パ ル ス が, さ ら に, go row に は パ ル ス column が の cycle shortening さ れ る. When the annual は, at the beginning of the annual に when た り, step line, go を cut for え る artificial spinal marrow の electronic circuit の 発 を い, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と デ ィ ス リ ー ト part で constitute し た substrate で, prescribed の signal を た. Youdaoplaceholder0, システム また the basic な part を practical proof するIC <s:1> try を practical application た. た だ し have ら れ た は signal, expanse の action meaning を 図 し た も の で, struck の action, ま た, シ ス テ ム と し て の including は な IC の try of the future be applied す る. Artificial brawn に masato し て は shape memory alloy と エ ラ ス ト マ を group み close わ せ, foot 25, total 50 の brawn の line design と a try for を っ た. Design す る に あ た っ て, be interstate の 1/2 サ イ ズ で 3 dcad を with い て bones and muscles, を し formation, こ れ に brawn に see stand て た ア ク チ ュ エ ー タ を configuration, dynamic シ ミ ュ レ ー タ を make っ て step line, go を be し, each ア ク チ ュ エ ー タ に 発 raw す と る force - a を o め た. The シナジ シナジ theory of tendons と consistency て て, the に6 division of time で る る る とが とが とが division った った った ア ク チ ュ エ ー タ に か か る force が points か っ た で a party, the ど の brawn が force を 発 raw し て, results と し て ど の brawn が force を を に force by moving the け る か と い う こ と を cut り け る subject が residual っ た.

项目成果

Extraction of Mechanical Actuator Parameters by Dynamics Simulation of Left-Right Muscle,Pairs for Human Walking and Running and Correspondence with Muscle Synergy Theory

人体行走和跑步的左右肌肉动力学模拟提取机械执行器参数及其与肌肉协同理论的对应

• 发表时间: 2023
• 作者: Kosuke Miyazaki;Shintaro Nakatani and Nozomu Araki;Kenji Takeda; Motokuni Ishibashi; Takumi Ishihama; Tatsumi Goto; Kentaro Yamazaki; Megumi Aibara; Minami Kaneko; Fumio Uchikoba;Motokuni Ishibashi; Kenji Takeda; Lyu Shuxin; Takumi Ishihama; Tatsumi Goto; Kentaro Yamazaki; Megumi Aibara; Minami Kaneko; Fumio Uchikoba
• 通讯作者: Motokuni Ishibashi; Kenji Takeda; Lyu Shuxin; Takumi Ishihama; Tatsumi Goto; Kentaro Yamazaki; Megumi Aibara; Minami Kaneko; Fumio Uchikoba

Development of Hardware CPG Model for Biped Gait Control Capable of Changing Gait Cycle and Gait Pattern

能够改变步态周期和步态模式的双足步态控制硬件CPG模型的开发

• 发表时间: 2023
• 作者: Kosuke Miyazaki;Shintaro Nakatani and Nozomu Araki;Kenji Takeda; Motokuni Ishibashi; Takumi Ishihama; Tatsumi Goto; Kentaro Yamazaki; Megumi Aibara; Minami Kaneko; Fumio Uchikoba
• 通讯作者: Kenji Takeda; Motokuni Ishibashi; Takumi Ishihama; Tatsumi Goto; Kentaro Yamazaki; Megumi Aibara; Minami Kaneko; Fumio Uchikoba