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．

本研究的目的是发展一种基于激励和内力控制的大自由度移动体和柔性体的设计理论。在申请人去年的研究中，我们发现了一个新现象，它将成为构建柔性大自由度机器人设计理论的重要关键技术。换句话说，它是“一种利用执行器固有的电无源特性的运动模式生成现象”。在这种现象中，没有任何传感器、控制器或微处理器的机器人主动生成自然界中动物所见的运动模式，令人惊讶的是，机器人根据情况自适应地选择运动模式，达到了预期的实验结果。获得。针对这一点，在今年的研究中，我们考察了这一新现象的适用范围，并进行了理论和数值分析。基于这些结果，初步研究已经完成，利用“弱控制原理”构建了大自由度移动物体和柔性物体的设计理论。此外，受我们发现的新现象及其分析结果的启发，我们开发了一种新的针对大自由度和柔性体移动物体的分布式控制方法，这也是本研究的目的。这种控制方法受到动物牵张反射功能的启发，无需使用机器人身体模型即可产生大振幅的全身运动。此外，通过将上述提出的分布式控制方法与动物的生理功能联系起来，我们试图解释动物运动产生的原理。在今年接受的一篇学术期刊（Presentation 1-1）中，我们动物拥有的许多肌肉控制系统（尤其是这次的牵张反射系统）的动力学在周期性运动的产生和同步中发挥着重要作用我们已经用数学方法证明了这是正确的。具体来说，我们利用非线性控制理论中的卢里系统理论来分析肌肉-神经相互作用模型。此外，在使用肌肉骨骼手臂模型的模拟中，我们表明多个肌肉模型相互协作和同步，为整个手臂模型创建共振模式。

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