Assist of Human Intentional Movement using 3-DOF Skill-Assist Robot with Passive Joint

本研究では，事故や高齢などが原因で手先や前腕を動かす動作が不自由な患者の動作を支援するために，受動関節を用いて人の動作を検知し，人の動作と協調して補助を行う，パラレル形スキルアシストアームを開発してきた．同装置では，3つあるアクチュエータのうち1つは励磁を切ることで受動関節状態として人の動作を検知し，残り2つを位置制御して位置決めの補助を行う．ただし，補助を行っているときは，アーム姿勢や動作方向により，最適な関節が受動，駆動状態になるようアクチュエータの励磁を入れ替える．これまで，同励磁の切り替え時に振動が生じる問題があった．そこで，これを改善するため，本年度までにアームを小型化して低慣性化した．さらにアクチュエータを電流制御して補助を行うよう改良し，PID制御パラメータの調整を行った．そのうえで，アクチュエータを受動状態に切り替えるときに同関節が振動するため，それを防止するように，励磁を切るときに緩やかに電流値をゼロにするよう改良した．さらに，安定かつ自然な補助を目指し，アーム自重を補償するため，すべてのアクチュエータに自重補償トルクを出力させた．位置制御する駆動状態の関節では，指令トルクに自重補償トルクを付加することで，制御が不安定になる原因の1つである定常偏差を防止した．また，受動状態の関節にも自重補償トルクを付加することで，同関節が自重により不自然に回転することを防止した．以上により，既定の目標軌跡にそった滑らかな動作補助を確立した．

本研究では，事故や高齢などが原因で手先や前腕を動かす動作が不自由な患者の動作を支援するために，受動関節を用いて人の動作を検知し，人の動作と協調して補助を行う，パラレル形スキルアシストアームを開発してきた．同装置では，3つあるアクチュエータのうち1つは励磁を切ることで受動関節状態として人の動作を検知し，残り2つを位置制御して位置決めの補助を行う．ただし，補助を行っているときは，アーム姿勢や動作方向により，最適な関節が受動，駆動状態になるようアクチュエータの励磁を入れ替える．これまで，同励磁の切り替え時に振動が生じる問題があった．そこで，これを改善するため，本年度までにアームを小型化して低慣性化した．さらにアクチュエータを電流制御して補助を行うよう改良し，PID制御パラメータの調整を行った．そのうえで，アクチュエータを受動状態に切り替えるときに同関節が振動するため，それを防止するように，励磁を切るときに緩やかに電流値をゼロにするよう改良した．さらに，安定かつ自然な補助を目指し，アーム自重を補償するため，すべてのアクチュエータに自重補償トルクを出力させた．位置制御する駆動状態の関節では，指令トルクに自重補償トルクを付加することで，制御が不安定になる原因の1つである定常偏差を防止した．また，受動状態の関節にも自重補償トルクを付加することで，同関節が自重により不自然に回転することを防止した．以上により，既定の目標軌跡にそった滑らかな動作補助を確立した．