ヒトの知覚・運動特性を考慮した任意点操作可能なパワーアシストシステム

• Material Type: 博士論文
• Title: ヒトの知覚・運動特性を考慮した任意点操作可能なパワーアシストシステム
• Author/Editor: 渋川, 文哉
• Author Heading: 渋川, 文哉
• Publication, Distribution, etc.: Hokkaido University
• Publication Date: 2014-03-25
• Publication Date (W3CDTF): 2014-03-25
• Alternative Title: Power Assist System Operable from Arbitrary Operational Point Considering on Human Cognition and Motor Function
• Contributor: 田中, 孝之; 小野里, 雅彦; 金子, 俊一
• Degree grantor/type: 北海道大学
• Date Granted: 2014-03-25
• Date Granted (W3CDTF): 2014-03-25
• Dissertation Number: 甲第11313号
• Degree Type: 博士(情報科学)
• Conferring No. (Dissertation): 甲第11313号
• Text Language Code: jpn
• Subject Heading: パワーアシストシステム; ヒューマン・ロボットインターフェース; Power assist system; Human-robot interface
• NDC: 500
• Target Audience: 一般
• Note (General): The practical power assist systems (PAS) such as material handling equipments represented bybalancers are utilized widely in heavy weight transportation in factories or warehouses now.These manipulators composing a PAS have large workspace. However, most PAS has an inputinterface near the end-effecter of the manipulator, actual workspace is limited by user's motion space. As a result, the users have to be close to the end-effecter and it has a risk for example falling accident. As a solution of that, using control stick or master-slave system are general.However, these solutions require to acquaint how to use each control method. Furthermore, toapply maneuverability to improve method such as force feedback is required expensive costs.In this study, the goals are not only amplifying the operational force, but also extendingthe workspace and keeping intuitive maneuverability. Concretely, Multi-portal Human Interface(M-HI) as an innovative human interface for power assist systems has been researched anddeveloped. The M-HI allows users to apply the operational force anywhere on the power assistsystem. Because of that, the workspace of the power assist system is extended with their end-effecter can be controlled as user think.Previous research shows that controlling end-effecter from each intermediate joint of PAS isable. However, it is confirmed that the maneuverability decrease in that situation. Many kinds of things are thinkable as the causes of that phenomenon. In this study, maneuverability improves method focused on human characteristics and human-machine system are proposed.When the user operates PAS, the user confirms end-effecter and target object by them eyes.It is reported that human motion are affected by their visual information. However, the effect to PAS maneuverability caused by user's visuospatial recognition has not been reported. The relation between user's operational force and user's line of sight are analyzed in terms of human vision. The operational force stabilization methods are proposed considering these relationships.In this study, impedance control of PAS's end-effecter is adopted as a fundamental control method. While the PAS is controlled with M-HI, motions of end-effecter and operational pointare different each other. Because of that, the impedance parameters of operational point aredifferent from desired values on end-effecter position. This phenomenon decreases the maneu-verability of the PAS with M-HI. The relationship between maneuverability and the impedance parameter difference of operational point is confirmed experimentally. Furthermore, the modification method to make the impedance parameters closer to desired values is proposed. The proposed method improves the maneuverability of the PAS with M-HI. The difference of themotions of end-effecter and operational point also cause the interference force between the userand PAS on the operational point. The effect of the interference force to the maneuverabilityof the PAS are confirmed. The the interference force reduction method is proposed and themaneuverability improves effect are examined by simulation and experiment.; 工場や倉庫での重量物運搬や組み立て作業においてエアバランサに代表されるマテリアルハンドリング装置等の実用的なパワーアシストシステム(PAS)が広く活用されている．これらのPASを構成するマニピュレータ自体は広い作業領域を持つ．しかし，多くのPASは操作インタフェースが先端部に固定されているため，実際の作業領域はより狭いユーザの可動域に制限される．その結果，ユーザは作業対象物に接近しなくてはならず，落下事故に巻き込まれるなどの危険が想定される．この解決策として従来は遠隔操作型入力装置として操縦桿やマスタ・スレーブシステムなどを用いることが一般的であった．しかし，これらの方法ではその操作方法に熟練する必要があり，フォースフィードバック等で操作性の向上を図る場合にもより多くのコストがかかる．そこで本研究では，力の増幅だけでなく作業領域も拡大し，且つ直感的に操作可能なPASの実現を目的とする．具体的には，PAS上の任意点からPAS先端部を操作可能にするMulti-portal Human Interface(M-HI)の研究開発を行った．M-HIとは，PASを任意点から操作することで，ユーザ自身の作業領域を超えた普段手の届かない範囲において，あたかも自身の腕が延長したかのように思い通り作業可能とするためのシステムである．これまでの研究からPAS中間関節位置から先端部を操作可能なことを確認している．しかし，その際に操作性が低下することが実験的に明らかとなった．これには多くの要因が考えられるが，本研究ではヒトの特性及び，人間機械協調の観点からM-HI適用PASの操作性を改善した．ユーザがPASを操作する際，作業対象物とPAS先端部を目視により確認しながら操作するが，ヒトの運動特性は視覚に大きく影響されることがわかっている．しかし，今までユーザの視覚がPAS操作に及ぼす影響についての研究事例は報告されていない．そこで，PAS操作におけるユーザの視覚と操作力の関係性について解析・モデル化した．この関係を考慮しPASへの操作入力を安定化する手法を提案し，実験により本手法の有効性を確認した．PASの基本的な制御則としてPAS先端部のインピーダンス制御を採用した．M-HIを用いて先端部以外の点から操作する場合，先端部と操作点の動作は一般に一致しないため，操作点のインピーダンスは，先端部に設定した所望のインピーダンスと異なり操作性が低下すると考えられる．そこで，操作点のインピーダンスと操作性の関係を明らかにした．さらに，操作点でのインピーダンスが先端部の設定値に近い値になるよう，操作点の運動を修正し操作性を向上させた．また，PAS操作点と先端部の運動が異なることで，操作点においてユーザの操作力とPASが干渉する場合がある．PASとユーザの干渉力が操作性へ及ぼす影響を実験的に明らかにした．操作点の運動と操作力の干渉を逐次軽減する手法を提案した．本手法の効果を実機及びシミュレーションにて確認し有効性を示した.; (主査) 准教授 田中 孝之, 教授 小野里 雅彦, 教授 金子 俊一; 情報科学研究科（システム情報科学専攻）
• DOI: 10.14943/doctoral.k11313; https://doi.org/10.14943/doctoral.k11313
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/8949772; https://dl.ndl.go.jp/pid/8949772
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Available (W3CDTF): 2015-03-03
• Date Accepted (W3CDTF): 2015-02-03T05:25:05+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2014-03
• Format (IMT): PDF
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.14943/doctoral.k11313; http://hdl.handle.net/2115/55658
• Is Referenced By (URI): http://hdl.handle.net/2115/55657
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp