空気圧人工筋の拮抗配置による空気圧人筋拮抗配置よる２関節ロボットの設計と制御岡山県立大学情報工学部スポーツシステム工学科バイオメカトロニクス研究室 2323038 三浦まりな研究背景生活支援ロボットやリハビリテーションロボティクスなど活支援ボッやリリテシンボティクなヒトの動作を補助するロボットの研究が盛んヒトとの接触は不可避 ⇒安全安全かつ軽量軽量な機構が重要空気圧人工筋研究目的究的 ① 2リンクロボット全システムの動特性評価 ② 角度制御法として「拮抗型積分制御法拮抗型積分制御法」を提案空気圧人工筋にいて空気圧人工筋について・圧縮空気の注入圧縮空気の注入で駆動・空気圧の変化により人工筋の膨張量が変化する McKibben型空気圧人工筋 2リンクロボットの設計・製作リンクロボトの設計製作 base 第リンク第一リンク第二リンク計 link 1 重量 469 g 180g 649g link 2 pully 2リンクロボットによる運動制御実験システムの構成動作実験 (往復軌道生成実験) 動作実験1(往復軌道生成実験) (a) 2リンクロボットの設置方法ボ (b) 4人工筋の設置人筋設置実験方法第リンクのみ駆動第一リンクのみ駆動第二リンク固定 4つの人工筋の主動筋と拮抗筋を交互に加圧 (2sの一定周期) 往復軌道成実験(動画) 往復軌道生成実験(動画) 主動筋と拮抗筋を交互に加圧中(0kPa‐125kPa) 位相：60deg遅れ (a) 主動筋圧力 (b) 拮抗筋圧力平均振幅 41 6d 平均振幅：41.6deg (c) 角度 (d) 角度(10-30s) 動特性モデルの導出と検証入力信号はパルス波形であるから，往復動作の比較モデルを用いたシミュレーション結果実測値類似した挙動を示している動特性モデルとして妥当である動作実験2(角度制御実験) 実験方法 2つの人工筋の主動筋と拮抗筋を積分制御第二リンクのみ駆動第一リンク固定制御則提案する『拮抗型積分制御法拮抗型積分制御法』』－＋ ① 拮抗型なため両筋のゲインを逆符号にするだけ ② 両筋でゲインが等しい極めて容易な制御法 (a) 目標角度30deg (Ki=0 03) (a) 目標角度30deg (Ki=0.03) 時間経過による回転角度 (b) 目標角度45deg (Ki=0 03) (b) 目標角度45deg (Ki=0.03) 時間経過による回転角度 (c) 目標角度60deg (Ki=0 03) (c) 目標角度60deg (Ki=0.03) 時間経過による回転角度 (a) 目標角度30deg (b) 目標角度45deg ・応答が滑らかである応答が滑らかである・微小振動がある ⇒人の運動支援では問題ない (c) 目標角度60deg 積分制御と比例積分制御の比較例) 目標角度45deg ( ) 積分制御 (a) (Ki=0.03) (b) 比例積分制御 (b) 比例積分制御 (Ki=0.03,Kp=12) 比例積分制御は振動的である人間支援用には向かないまとめ  往復軌道生成実験 (動特性モデルの導出と検証) 出力結果から伝達関数モデルを同定し，デルの妥当性を明らかにしたモデルの妥当性を明らかにした  角度制御実験拮抗型積分制御法が適当であるメリットリ ① 主動筋と拮抗筋への指令を生成する場所主動筋と拮抗筋の指令を生成する場所が積分ゲインのみ ② 積分ゲインの符号を両筋で逆にする ③ 積分ゲインが両筋で等しい ④ 応答が滑らか ⑤ 目標角度にかかわらず積分ゲインが不変「拮抗型積分制御法」が適当であるご清聴ありがとうございました。＜実験方法2＞第一リンクのみ駆動実験方法第動第二リンク固定 4つの人工筋の主動筋と拮抗筋をI,PI,PID制御筋主動筋と拮抗筋を制御・目標角度30deg (a) I制御(Ki=0 01) (a) I制御(Ki=0.01) (b) PI制御(Ki=0 01 Kp=20) (b) PI制御(Ki=0.01,Kp=20) PI制御では振動が消えない (c) PID制御(Ki=0.01,Kp=20,Kd=15) 今後展望今後の展望  第一リンク，第二リンクの同時制御