Development of robotic musculoskeletal walking simulator for analysis of human walking

开发用于分析人类步行的机器人肌肉骨骼步行模拟器

基本信息

批准号：
22K11448
负责人：
坂井伸朗
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
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

项目摘要

本研究はロッカーファンクションと下肢筋骨格構成による構造知の連携を，人工物のみによって構成された物理モデルにより再現することである．機械やロボットは設計通りにしか動かないため，ごまかしが利かない．一方，実機の故障による動きから新たな発想を得ることも多く，物理モデルで得られる経験は大きい．現状二次元歩行であるが，本年度は，生体筋に追従しうる高速高出力アクチュエータの実機モデルを製作し．これを筋部位毎にカスタマイズした新機体を実現した．採用したのはブラシ付ＤＣモータであるが，ブラシレス系と比較し瞬間最大出力(３０秒出力)が、定格の５倍程度見込め、１ユニットあたり０．５馬力程度である．生体筋は分子モータであり高性能であるが、その機能を発揮するアクチュエータモジュールは現在になって初めて現実的なコストで構成可能となったと考えている．そしてバックドライブ可能な減速機により本ユニットは，力覚を持つユニットであるため，実際に作用する筋力が観察可能である．このように力という視覚では直接観察できない要素を計測できるのはロボット化ならではの要素と考えられる。さらにこれまでの機体では装備に至っていなかった，前足部に関連した立脚後期動作の構築のために、フォアフットロッカーからトウロッカーにかけての動きを再現すべく，前脛骨筋を能動駆動する構成を実現した．これにより下腿前後筋を高速にスイッチングすることで、各ロッカー相の機能とともに、特に遊脚時に地面数ミリの位置を足部が姿勢を並行に保ちながら移動することが可能となると考えられる．重たい脚部を上へ持ち上げない方が効率が良いためであり，ヒト歩行は遊脚時に数ミリ程度であるため、ヒト歩行のシミュレートへ向けた重要な取組みの一つであると期待される．

这项研究是为了使用仅由人工制品组成的物理模型来重现下肢摇杆功能与肌肉骨骼结构之间的合作。机器和机器人只能按设计工作，因此不能被欺骗。另一方面，通常会从实际机器故障引起的运动中获得新的想法，而用物理模型获得的经验是巨大的。目前，我们在二维上行走，但是今年我们创建了一个可以跟随生物肌肉的高速高功率执行器的真实模型。这是作为针对每个肌肉部分定制的新飞机而创建的。使用了拉丝直流电动机，但是与无刷模型相比，瞬时最大输出（30秒输出）预计约为额定值的五倍，每单位约0.5马力。生物瘤是分子电动机，具有高性能，但是我们相信，只有现在，施加其功能的执行器模块才能以现实的成本进行配置。此外，由于该单元是由于背后驱动的减速齿轮而成为力敏感的单元，因此可以观察到作用的实际肌肉强度。这种测量视觉上无法直接观察到的元素的能力被认为是机器化的独特元素。此外，为了构建与未配备以前飞机的前脚截面有关的晚期姿势运动，我们已经意识到一种配置，积极驱动胫骨前肌肉以复制从前脚摇滚乐手到脚趾摇杆的运动。这使得可以高速切换下腿的前后肌肉，以及每个摇杆阶段的功能，并移动脚，尤其是在挥杆时移动，同时并行保持脚的姿势，并在地面上保持几毫米的位置。这是因为不要向上举起沉重的腿更有效，而且由于人类行走在挥杆时只有几毫米，因此预计它将是模拟人类步行的重要举措之一。