Elucidation of the mechanism by which human hand skeletal geometry improves grasping ability using a anthropomimetic robot

使用拟人机器人阐明人手骨骼几何形状提高抓取能力的机制

• 批准号: 22K04025
• 负责人: 東郷 俊太
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04025/
• 关键词: 人体模倣; ロボットハンド; ロボットフィンガー; 手首; 生物模倣; ワイヤ牽引機構; 劣駆動機構; リーダー・フォロワー制御; 人体模倣ロボット; 筋骨格系; 把持; 人間化ロボティクス

本研究の目的は，ヒトの手指骨格形状そのものが物体の把持能力向上に寄与していることを明らかにすることであり，そのために人体模倣ロボットハンドを開発する．今年度は，第一に人体模倣ロボットハンドの開発に取り組んだ．Xuらの先行研究を参考に，人体模倣ロボットハンドの構築を試みた．ヒトの右手の骨のCTスキャンデータを3Dプリントした骨に対して，鎖編みのPEワイヤで靭帯を再現し，内在筋をゴムシートで再現した．筋腱はPEワイヤと小型サーボモータによるワイヤ牽引機構で再現した．最終的に，15関節を10本のワイヤで駆動させる劣駆動人体模倣ロボットハンドを作成した．また，ヒトの動きをトレースするために，曲げセンサを貼り付けたグローブを作成し，リーダー・フォロワー制御系を構築した．構築した制御系を用いて，先行研究で報告された多様な日常生活物品を把持できることを確認し，手の中で物体を操作するin hand動作も操作者へのフィードバックなしで実現できることを確認した．以上の結果より，人体模倣ロボットハンドを構築するためのノウハウを得ることができ，先行研究では省略されていた母指対向に関する自由度の重要性を確認できたため，次年度以降の改善点とする．また，人体模倣ではない簡易的なロボットハンド機構を用いてヒトと同等の4指比を持つロボットと統一された4指比を持つロボットを作成し，円柱把持能力を比較した．結果，ヒトと同等の4指比を持つほうが多様な径の円柱を強く把持できることがわかった．今後は人体模倣ロボットハンドを用いて同様の実験を行う予定である．さらに，ワイヤを高い牽引力で牽引するための無限巻取り機構は，先行研究では比較的大きいことが課題であったが，ワイヤの押し付け機構を工夫することで，約60 %の小型化に成功した．次年度以降はさらに機構を改良しながら，人体模倣ロボットハンドに実装していく予定である．

这项研究的目的是澄清骨骼骨骼的形状本身有助于提高物体的抓地力，为此，我们想开发一个模仿机器人手的人体。今年，我们首先致力于开发模仿机器人手的人类。根据Xu等人的先前研究，我们试图构建人类的模拟机器人手。使用链编织的PE电线复制韧带，并使用橡胶片复制固有的肌肉，橡胶片是使用右手骨骼中的CT扫描数据进行3D打印的骨骼。使用PE线和小型伺服电动机通过电线牵引机构复制肌肉肌腱。最后，我们创建了一个较低驱动的人体，模仿了机器人手，该机器人手用10条线驱动15个接头。此外，为了追踪人类的运动，创建了带有弯曲传感器的手套，并构建了领导者/追随者控制系统。使用构造的控制系统，我们确认可以掌握先前研究中报告的各种日常项目，并且在没有向操作员反馈的情况下，也可以实现手工操纵对象的动作。从上述结果中，我们获得了建立人类模仿机器人手的专业知识，并确认了在先前的研究中省略的拇指面对面的自由的重要性，因此这是下一个财政年度及以后的改进点。此外，我们使用一个不模仿人体的简单机器人手工机制，创建了一个与人和机器人相当于具有统一四色度比率的人和机器人的机器人，并比较了容纳圆柱体的能力。结果，发现与人的4吨比相当于各种直径的圆柱体。将来，将使用人类模仿机器人手进行类似的实验。此外，先前的研究一直是用于提取高牵引力的无限绕组机制的问题，但是通过设计推动电线的机制，我们成功地将大小降低了约60％。从明年开始，我们计划进一步改善机制并在人类模拟机器人手中实施它。

项目成果

未来時間を考慮した仮想軌道に基づく繰り返し制御法

考虑未来时间的基于虚拟轨迹的迭代控制方法

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Li;Y. Kinoshita;D. Sakai;Yukio Kawano;梅田 佳歩,姜 銀来,横井 浩史,東郷 俊太
• 通讯作者: 梅田 佳歩,姜 銀来,横井 浩史,東郷 俊太

Improvement of precision grasping performance by interaction between soft finger pulp and hard nail

通过软指腹与硬指甲的相互作用提高精确抓取性能

• DOI: 10.1089/soro.2021.0231
• 发表时间: 2023
• 期刊: Soft Robotics
• 影响因子: 7.9
• 作者: Ayane Kumagai;Yoshinobu Obata;Yoshiko Yabuki;Yinlai Jiang;Hiroshi Yokoi;Shunta Togo
• 通讯作者: Shunta Togo

合成繊維ワイヤの牽引に適したドラム同期型無限巻取り機構の開発

适用于牵引合成纤维丝的滚筒同步无限卷绕机构的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Ayane Kumagai;Yoshinobu Obata;Yoshiko Yabuki;Yinlai Jiang;Hiroshi Yokoi;Shunta Togo;梅田 佳歩，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太;工藤 陸，島田 孝太，小畑 承経，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太
• 通讯作者: 工藤 陸，島田 孝太，小畑 承経，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太

靭帯型拘束法を用いたワイヤ牽引転がり関節の設計と評価

韧带式约束法钢丝牵引滚动接头设计与评价

• 发表时间: 2022
• 作者: Hirotaka Sugiura;Shinya Sakuma;Fumihito Arai;梅澤 亮,姜 銀来,横井 浩史,東郷 俊太
• 通讯作者: 梅澤 亮,姜 銀来,横井 浩史,東郷 俊太

ワイヤ干渉駆動機構と重力補償機構を用いた等身大ヒト型脚ロボットの開発

利用线干涉驱动机构和重力补偿机构开发真人大小的仿人腿机器人

• 发表时间: 2022
• 作者: Ayane Kumagai;Yoshinobu Obata;Yoshiko Yabuki;Yinlai Jiang;Hiroshi Yokoi;Shunta Togo;梅田 佳歩，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太;工藤 陸，島田 孝太，小畑 承経，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太;梅澤 亮，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太;橋本 悟，岡田 琉意，小林 隼矢，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太
• 通讯作者: 橋本 悟，岡田 琉意，小林 隼矢，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太