Alternative TitleSimultaneus Realization of Power Assist and Skill Assist based on Energy Control and its Application to Semi-active Assist Mechanism
Note (General)In recent years, workers decline has become a major problem in the field such as nursing care, welfare and heavy transport work in a factory with hard work. Many research of wearable power assist device for the purpose of reducing the burden of those actively it has been done. However, there is a problem introduction into the field, it isdifficult to set a large assist device which had been adopted in many studies.On the other hand, the authors have developed semi-active assist mechanisms and their control methods as wearable power assist devices for fatigue reduction. The mechanisms have elastic material as the source of assist force, and actuators for controlling the elastic force. Elastic materials such as springs retain equilibrium because their material generates the restoring force toward a natural length. This characteristic is effective in assisting movement that requires a restoration of posture, such as bending and stretching of human limbs. We have optimized its controls for various forms of target work, and confirmed its effectiveness regarding work with a bending motion that requires a postural restoring force. This falls under the concept of keiroka (fatigue reduction),which we have proposed as part of a Japan Science and Technology Agency project.Then the purpose of this study is to develop a control method of the semi-active assist mechanisms. Moreover, this study aims the simultaneous realization of power assist andskill assist based on energy control and its application to semi-active assist mechanism.In a previous study, we developed and veried the effectiveness of a power assist device with a semi-active assist mechanism and a control method for reducing loads during periodic motion. The proposed skill assist method is implemented using our previous power assist device, so the device provides not only a power assist effect but also a skill assist effect to correct motion. Hence, an operator obtains both power and skill assisteffects simultaneously. In order to realize power assist and skill assist simultaneously, wedevelop efficiency control methods between the power assist and the skill assist in this study.
近年,重労働を伴う工場での重量物搬送作業や介護・福祉分野などの従事者減少が大きな問題となっており,それらの負担軽減を目的とした装着型パワーアシスト装置の研究・開発が盛んに行われている.しかしながら,これまで多くの研究で採用されてきた大型のアシスト装置は現場への導入が困難であるという問題があった.一方で我々は,弾性材の復元力を補助力源に用いたセミアクティブアシスト機構を開発してきた.弾性材固定点をアクチュエータで制御することで補助力制御を可能としており,柔軟な弾性材により装着者の動作を制限せず,小型・軽量に設計可能という特徴を持つ.本研究ではこの,弾性材を利用したセミアクティブアシスト機構の特徴を活かしたアシストシステム開発のための制御則設計を行う.本研究では,セミアクティブアシスト機構の特徴である,弾性材の復元力を補助力として利用することで装着者の自由度を完全に拘束しないという点に着目し,装着者の動作矯正としてのスキルアシストを考える.スキルアシストとは精密作業や熟練を要する作業などに対し,機械による動作教示を行うものである.特に麻痺患者のリハビリテーションなどの分野では,動作教示と共に人間の慣れを利用した運動矯正が研究されている.具体的に,本研究では周期運動を対象として,目標運動に対して運動のエネルギの過不足を考慮し,補助力の位相を制御することによってそのエネルギの過不足を補償する.それにより,セミアクティブアシスト機構によるパワーアシストを行いつつも,徐々に目標運動へと誘導されるような補助力を提供するシステムを実現することを目的とする.これまでに,補助力位相差を用いて目標運動とのエネルギ不足分を供給することにより,装着者の運動を矯正可能なことを確認してきた.供給エネルギの解析により,より大きな運動矯正のためには大きな位相差が要求されることが分かっている.また,スキルアシスト効果とパワーアシスト効果はトレードオフであると考えられるため,大きな運動矯正はパワーアシスト効果の低減を示す.これらを考慮して,それぞれの効果を同時に最適化するためのシステムの構築を目指す.本研究では,パワーアシスト率の設計だけでなく,補助力位相差制限法による統計的解析に基づくスキルアシスト効率制御によって,パワーアシストとスキルアシストの効果を同時に考慮したシステムを実現した.
(主査) 准教授 田中 孝之, 教授 山下 裕, 教授 金子 俊一
情報科学研究科（システム情報科学専攻）
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
Date Accepted (W3CDTF)2015-02-03T05:25:05+09:00
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