Assist of Human Intentional Movement using 3-DOF Skill-Assist Robot with Passive Joint

被动关节三自由度技能辅助机器人辅助人类意向运动

• 批准号: 22K12203
• 负责人: 小塚 裕明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12203/
• 关键词: 機械学習; 人間機械協調; 機械学習; 人間機械協調

本研究では，事故や高齢などが原因で手先や前腕を動かす動作が不自由な患者の動作を支援するために，受動関節を用いて人の動作を検知し，人の動作と協調して補助を行う，パラレル形スキルアシストアームを開発してきた．同装置では，3つあるアクチュエータのうち1つは励磁を切ることで受動関節状態として人の動作を検知し，残り2つを位置制御して位置決めの補助を行う．ただし，補助を行っているときは，アーム姿勢や動作方向により，最適な関節が受動，駆動状態になるようアクチュエータの励磁を入れ替える．これまで，同励磁の切り替え時に振動が生じる問題があった．そこで，これを改善するため，本年度までにアームを小型化して低慣性化した．さらにアクチュエータを電流制御して補助を行うよう改良し，PID制御パラメータの調整を行った．そのうえで，アクチュエータを受動状態に切り替えるときに同関節が振動するため，それを防止するように，励磁を切るときに緩やかに電流値をゼロにするよう改良した．さらに，安定かつ自然な補助を目指し，アーム自重を補償するため，すべてのアクチュエータに自重補償トルクを出力させた．位置制御する駆動状態の関節では，指令トルクに自重補償トルクを付加することで，制御が不安定になる原因の1つである定常偏差を防止した．また，受動状態の関節にも自重補償トルクを付加することで，同関節が自重により不自然に回転することを防止した．以上により，既定の目標軌跡にそった滑らかな動作補助を確立した．

在这项研究中，为了支持由于事故或以上而无法移动手或前臂的患者的运动，我们开发了一个平行的技能辅助部门，该辅助部门使用被动关节来检测人类运动并与人类运动合作以帮助他们。在该设备中，三个执行器之一通过关闭激发将人类运动视为被动关节，其余两个则可以帮助定位。但是，在辅助时，执行器激发会改变，以使最佳接头处于被动和驱动状态，具体取决于手臂的姿势和运动方向。到目前为止，在切换激发时已经存在一个问题。因此，为了改善这一点，到今年，武器减少了惯性。此外，改进了执行器以通过控制电流和调整PID控制参数来提供辅助。此外，为了防止在执行器切换到被动状态时发生这种情况，当关闭激发时，电流值已逐渐提高到零。此外，为了提供稳定的自然援助，所有执行器都会输出重量补偿扭矩，以补偿手臂自身的体重。在驱动位置控制的驾驶状态下的关节中，将重量补偿扭矩添加到命令扭矩中以防止稳定偏差，这是控制不稳定的原因之一。此外，通过向被动关节添加自重补偿扭矩，由于其自​​身的重量，可以防止关节不自然地旋转。结果，根据默认目标轨迹建立了平稳的运动辅助。