次世代人間機械協調システムのためのサイバーフィジカル制御の創出

为下一代人机协作系统创建网络物理控制

基本信息

批准号：
21K03930
负责人：
山田功
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03930/
关键词：
サイバーフィジカル制御人間機械協調システム

项目摘要

車いす運転時の縦方向振動の有無は車いすの運転時の快適度の目安となる.路面の凹凸により車いすの搭乗者にどのような振動が発生するかをモデル化できれば,運転者に振動を感じさせないようなパワーアシスト制御系を構築できる可能性がある.また，クッションにより，車椅子搭乗者が感じる振動が変わる．クッションの動特性を踏まえるために，11自由度の数学モデルに着目した．このような目的のもと, 車体および搭乗者からなる車いすの11自由度の数学モデルを構築した.モデルの妥当性については, 伝達関数の周波数特性および頭と骨盤の加速比に着目し, 既存の文献報告との整合性を確認した.また，脊椎疾患のリスク軽減に貢献できる人間の姿勢を自動的に制御する，人間と機械の協調的なサイバー物理システムを提案した．本システムでは，エア駆動アクチュエータの機構を開発し，通常の姿勢からのずれが起こったときに本体に押し付け力が発生する特性を明らかにした．柔軟なゴムチューブを備えた3Dプリントされたスケルトンにより，空気圧を調整することで適切な作動メカニズムを確保できることを実証した．

驾驶轮椅时是否存在纵向振动是衡量轮椅驾驶舒适度的一个指标。如果我们能够对轮椅使用者因路面不平而产生的振动进行建模，我们就可以让驾驶员更轻松地驾驶轮椅。或许可以构建一个动力辅助控制系统来防止这种情况发生。此外，坐垫也会改变轮椅使用者感受到的振动。为了了解坐垫的动态特性，我们重点研究了具有 11 个自由度的数学模型。为此，我们构建了由车身和乘客组成的轮椅的11自由度数学模型。通过关注传递函数的频率特性和头部加速度比来确定模型的有效性。我们证实了与文献报道的一致性。我们还提出了一种自动控制人体姿势的协作人机信息物理系统，这有助于降低脊柱疾病的风险。在该系统中，我们开发了一种气动致动器机构，并阐明了当发生偏离正常姿势时主体上产生的压力的特性。带有柔性橡胶管的 3D 打印骨架证明，调节气压可以确保正确的驱动机制。