下肢パワードスーツの快適性を実現するための冗長機構の利用および床反力推定の提案

使用冗余机构和估计地面反作用力以实现下肢动力服舒适度的提议

基本信息

批准号：
21K12074
负责人：
朱赤
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Maebashi Institute of Technology
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/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12074/
关键词：
冗長機構快適性外骨格

项目摘要

本研究は、下肢外骨格ロボットを装着する際に用いるベルトが人間と一緒に動く際に擦れが発生してしまう問題に対し、機構の冗長性を用いることで解決を図る。前年度では、ベルトの位置を能動的に修正するための関節を付加した冗長型下肢外骨格ロボットのモデルを構築し、外乱によってベルトの位置にズレが生じた際、そのズレ（偏差）をもとにして軌道に修正を加える手法を提案した。その有効性を示すため、人体組織を再現したせん断力モデルを用いて、ベルトズレ修正の有無でベルト直下に働くせん断力を比較した。ベルトズレ修正によりせん断力は常に低いレベルの値となり、最終的にズレがほぼ完全に解消され、せん断力もほぼ0にすることが出来た。これにより本手法の有効性を示すことが出来た。今年度は、ロボット設計のリンク長の最適化にも着手し、「外骨格が人間に対しどれだけ動けるか」、「外骨格が最大どれだけアシスト可能なのか」を従来の指標を発展させて提案した。現在はそれをもとに最適化手法の確立に向け進んでいる。また、人間の歩行状況を計測したうえ、人間の下半身を5関節のモデルを構築して、人間が歩行時の足裏の反力を推定することに成功した。

本研究旨在利用机械冗余来解决用于连接下肢外骨骼机器人的带子随人体移动时的擦伤问题。去年，我们建立了一个带有关节的冗余下肢外骨骼机器人的模型，可以主动纠正皮带的位置，当皮带的位置由于干扰而发生偏移时，我们可以纠正偏移（偏差）。一种对轨迹进行修正的方法。为了证明其有效性，我们使用复制人体组织的剪切力模型来比较直接作用在皮带下方的剪切力（有和没有皮带偏差校正）。通过纠正皮带不对中，剪切力始终处于较低水平，最终几乎完全消除了不对中，剪切力几乎降至0。这证明了该方法的有效性。今年，我们已经开始优化机器人设计中的连杆长度，并正在开发传统指标来确定“外骨骼相对于人类可以移动多少”和“外骨骼可以提供的最大帮助量”。我们目前正在致力于建立基于此的优化方法。此外，通过测量人类行走条件并建立人体下半身五关节模型，他们成功估算了人类行走时脚底的反作用力。