アシスト時の動的透明性を実現する外骨格ロボットに向けた能動関節の研究開発

リハビリテーション中にロボットが患者の動作に影響を与えないためには？

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リハビリテーションロボットのアシスト中における力の動的透明性の概念を提案し，その重要性について議論

iPEHLAを搭載した能動関節を開発し，iPEHLAの慣性を考慮した関節トルクのモデルを作成

開発した能動関節のトルク評価実験を行い，力の動的透明性の観点での空電ハイブリッド駆動の有効性を検証

Mechanical transparency during robot operation, known as dynamic transparency, would enhance the effectiveness of rehabilitation in human-assistive robots. Conventional dynamic transparency, which focuses on velocity, aims to reduce the interaction force between the robot and the user to zero, even at high motion speeds. Recognizing the limitations of conventional dynamic transparency, primarily discussed in terms of velocity, this paper proposes a novel concept of dynamic transparency during assistance. Accordingly, this paper introduces the concept of force-based dynamic transparency, defined as the ability to maintain the interaction force at the target value under motion disturbances. To conduct a feasibility study of the concept, we developed an active joint for exoskeleton robots powered by an integrated pneumatic-electromagnetic hybrid linear actuator (iPEHLA). The inertia force and kinetic friction of the actuator was considered in the dynamics model of this active joint, and its effect was discussed. The performance in dynamic transparency was evaluated.

ロボットの動作中の透明性，すなわち動的透明性は，アシストロボットによるリハビリテーションの効果を高めることができる可能性がある．従来の動的透明性は速度に焦点を当てており，高速な動作下でもロボットとユーザ間の相互作用力を0にすることを目指している．従来の動的透明性が速度に関する議論に限定されていることを認識し，本研究では，新たなアシスト中の透明性コンセプトを提案する．具体的には，動作外乱下で相互作用力を目標値に保つ能力として定義される，力の動的透明性を導入する．このコンセプトの実現可能性を検証するために，空気圧力と電磁力を合成するハイブリッドリニアアクチュエータ（iPEHLA）によって駆動される外骨格ロボット用の能動関節を開発した．能動関節のモデルでは，アクチュエータの慣性力と動摩擦が考慮され，その影響について議論した．最後に，動的透明性の性能が評価された．

table:ROBOMECH2024

Publication venue ロボティクス・メカトロニクス 講演会

Paper type Conference proceeding

Volume 2A2-I01

Pages pp. 1－4

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Published date May, 2024