平成１０年度東京工科大学修士論文
協調型アシスト装置に関する研究
工学研究科 システム電子工学専攻 園田 幸伸
指導教員：山浦 富雄，荒井 裕彦（機械技術研究所），谷江 和雄（機械技術研究所）
A Study on Cooperative Assist System
Yukinobu SONODA
(Supervised by Prof. T. YAMAURA, Dr. H. Arai (MEL), and Dr. K. Tanie (MEL))
［概要］
これまでロボットは産業用ロボットなどのように，人間と隔離された場所での単純な繰り返し作業に使われていた．しかし，将来的に家庭内など工場外での使用を考えると，これからは人間とロボットが協調して作業を行うことが必要になると考える．ここで人が協調して行う作業の一例として，一点で支持することが難しい長尺物や大きな物体を運搬することを考える．このような場合，人はしばしば複数の人で協調して作業を行う．そこで，このような作業を人に代わって機械の力を用いて補助することを考える．つまり本研究では，人間とロボットが運搬物の端をそれぞれ持ち，協調して運搬することのできるアシスト装置の実現について検討する．
作業としては長尺物の搬送を採り上げ，鉛直平面内で物体長手方向の水平協調運搬および物体の持ち上げを考えた．また，制御則をできるだけシンプルなものとするために，視覚情報や聴覚情報など複雑な処理を必要とする情報は避け，アーム手先の力センサ情報やアームの関節角情報など，明確な情報のみを用いた制御則の構築を目指す．人間は手先に加わる力感覚のみをたよりに，協調して物を運搬することが可能である．そこで，このような制御則を構築するにあたって，二人の人間が協調して物体を運搬しているときの動作特性を解析し，それをアシスト装置に応用することを考えた．ロボットに相当する補助側の被験者には目隠しをさせて，得られる情報をアシスト装置に組み込み易いよう制限した．作業中に人間が加える力および物体の運動を計測し，得られたデータを基に制御則を構築した．基本的な制御則は水平方向についてはインピーダンス制御，鉛直方向については物体の水平を維持するというものである．また，構築した制御則をロボットアームに組み込み，実験を行った結果，人と協調して物を運搬することができることを確認した．
[Abstract]
Conventional industrial robots have been used for simple repetitive tasks at isolated environments from human such as assembly lines. In order to extend the robot applications into home, office, hospital etc., it will be necessary for the robot to work with human cooperatively. As an example of the cooperative tasks, we consider transportation of an object that is too long or too large to support by a point contact. In this case, humans often cooperate to carry such an object. Then, we consider a robotic assist system to in place of the human assistant. In this research, we examine the realization of the robot system, which grasps an end of a long object and carry it assisting the human at another end of the object.
Here we focused the cooperative transportation of a long object in a vertical plane. To simplify the control law, we only used the kinesthetic information such as force, position and velocity. We avoid using the audio and visual informations because they require complicated information processing. Human can achieve such a task based only on the force applied to his/her hands. We experimentally measured and analyzed the human cooperative behavior to find the control law in such a task. The subject who corresponds to the robot was blindfolded to cut off the visual information. The basic control law in the horizontal direction can be modeled as impedance control. The control law in the vertical direction is to maintain the posture of the object horizontally. Then we implemented the constructed control law to a robot arm, and experimented the transportation task. From the experimental result, it was confirmed that the proposed assist system could carry a long object with a human cooperatively.
［内容］
1.1 本研究の背景
1.2 研究の目的
1.3 本論文の構成
2.1 抽出する挙動
2.2 人同士の運搬実験
2.2.1 実験システム 2.2.2 実験方法 2.2.3 実験結果及び考察
3.1 制御系の概略
3.2 インピーダンス制御部
3.3 位置制御部
4.1 装置の構成
4.2 アームのモデリング
5.1 実験方法
5.2 実験結果及び考察
6.1 本論文の結論
6.2 今後の課題と展望
謝辞
パワーアシスト装置の研究
