内力制御と励振に基づく大自由度柔軟移動ロボットの制御系設計論の確立

基于内力控制与激励的大自由度柔性移动机器人控制系统设计理论建立

基本信息

批准号：
17J00601
负责人：
増田容一
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，励振と内力制御に基づいて，大自由度かつ柔軟な身体をもつ移動体の設計論を構築することである．申請者の昨年度の研究では，柔軟大自由度ロボットの設計論構築において重要なキー技術となる，とある新たな現象を発見した．すなわち「アクチュエータに内在する電気的受動特性を活用した運動パターンの生成現象」である．本現象では，センサやコントローラ・マイクロプロセッサの類を一切もたないロボットが，自然界の動物にみられる運動パターンを能動的に生成し，かつ状況に応じて運動パターンを適応的に選択するという驚くべき実験結果が得られた．これをうけた本年度の研究では，新現象の適用範囲の調査および理論的・数値的な解析を行った．これら成果により，「弱さの制御原理」を用いて大自由度かつ柔軟な身体をもつ移動体の設計論を構築するための初期調査が達成された．さらに，発見した新現象とその解析結果から着想を得て，本研究の目的である，大自由度かつ柔軟な身体をもつ移動体のための新しい分散型制御法を開発した．本制御法は，動物に備わる伸長反射機能に着想を得ており，ロボットの身体モデルを用いることなく大振幅の全身運動を生成することができる．また，上記で提案した分散型制御法と，動物に備わる生理的な機能との対応付けを行うことで，動物の運動生成原理の説明を試みている．本年度中に採択された学術誌（発表1-1）では，我々動物が数多もつ筋制御系のダイナミクス（今回は特に伸長反射系）が，動物の周期運動の生成・同期において重要な役割をもつことを数理的に示した．具体的には，筋-神経の相互作用モデルを非線形制御理論におけるルーリエ系の理論を用いた解析を行った．さらに，筋骨格アームモデルを用いたシミュレーションでは，複数の筋モデルが互いに協調・同期することで，アームモデル全体の共振モードが生成されることを示した．

这项研究的目的是为基于激发和内部力量控制的自由度和柔性身体的移动机构构建一种设计理论。在去年的申请人研究中，他发现了一种新现象，这是大型灵活机器人设计理论的重要关键技术。换句话说，“生成运动模式的现象都利用了执行器固有的电被动特性”。在这种现象中，我们获得了惊人的实验结果，其中没有传感器，控制器或微处理器的机器人积极生成在天然动物中看到的运动模式，并根据情况自适应选择运动模式。今年的研究研究了新现象的应用范围，并进行了理论和数值分析。这些结果导致了初步研究，以使用“无力控制原理”为具有较大自由度和柔性身体的移动物体构建设计理论。此外，受到发现的新现象及其分析结果的启发，我们开发了一种新的分布式控制方法，用于具有较大自由度和灵活身体的移动机构，这是这项研究的目的。这种控制方法的灵感来自动物所拥有的扩展反射功能，并且可以在不使用机器人身体模型的情况下产生大振幅全身运动。此外，我们试图通过将上述分布式控制方法与动物所具有的生理功能相关联，来解释动物运动产生的原理。在今年选择的学术期刊（演讲1-1）中，我们数学上证明了我们动物具有的动力学（在这种情况下，尤其是伸长反射系统）在动物环状运动的产生和同步中起着重要作用。具体而言，使用非线性控制理论中的Lurier系统理论分析了肌肉神经元相互作用模型。此外，在使用肌肉骨骼臂模型的模拟中，显示出多个肌肉模型合作并彼此同步时，会产生整个手臂模型的共振模式。

项目成果

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专利数量（0）

Weak Actuators Generate Adaptive Animal Gaits without a Brain

DOI：
10.1109/robio.2017.8324817
发表时间：
2017-01-01
期刊：
2017 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND BIOMIMETICS (IEEE ROBIO 2017)
影响因子：
0
作者：
Masuda, Yoichi;Naniwa, Keisuke;Osuka, Koichi
通讯作者：
Osuka, Koichi

白身魚の筋原繊維タンパク質を原料としたソフトロボット材料の試作

以白鱼肌原纤维蛋白为原料的软体机器人材料原型