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通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 Research 1990-3 Mechanical Engineering Laboratory |
| 28-1 不整地走行車輪型ロボット用アクティブサスペンション Active Suspension for Wheeled Terrain Robot | 
| 不整地走行車輪型ロボット用アクティブサスペンション 最近、車輪型ロボットの災害地域や森林原野などの不整地での使用が要望されています。この場合、路面凹凸の影響による車体の動揺を制御することが必要となり、アクチュエータによって制御された力を発生するアクティブサスペンションの使用が考えられます。 この研究では、独立したアクティブサスペンションを持つ四輪走行ロボットを試作しました。各サスペンションは、パッシブ要素としてのコイルばねに加えて、ダイレクトドライブモータと擬似直線リンク機構からなるアクティブ要素を備えています。PID制御系を構築し、車体姿勢の定値制御を行いました。傾斜計とジャイロの信号をディジタルフィルタで組み合わせることによって傾斜量を求めます。ロボットにモデル凹凸路面を走らせ、サスペンション制御による車体動揺抑制効果を確かめています。 Active Suspension for Wheeled Terrain Robot There is an increasing demand for wheeled robots which are capable of operating over rough terrain such as disaster areas or forests. In this project, an active suspension system which suppresses unwanted motions of the bodies of such robots has tan developed. A four wheeled robot with independent active suspension structures has been built. Each suspension structure has a coil spring as the passive element, which operates in conjunction with an active element comprising a direct drive motor and approximate straight line link mechanism. A PID control system, deriving its input signals from an inclination sensor and a gyro via a digital filter, controls the attitude of the body. Tests over rough terrain have shown that this type of active suspension system is effective in controlling unwanted motions of the robot body. |
| 28-2 動的二足歩行 Dynamic Control of Biped Gait | 
| 動的二足歩行 人間の歩行のように体の重心が脚の支持平面内をはずれる期間のある二足歩行を動的二足歩行と言い、機械的に実現すすることが困難な問題の一つです。二足歩行ロボットのダイナミクスは、脚の伸縮する倒立振子によって近似することができます。この研究では、体の重心が適当な水平直線上を拘束されて動くよう脚の伸縮制御を行うことによって、仮想的に系の線形ダイナミクスを実現し、歩行軌道を解析的に計画することを可能にしています。 二足歩行ロボット”Meltran”（図）は、各脚に３自由度および脚開閉の１自由度の合計７自由度を持っています。現在までに直立制御および足踏み制御を実現しています。 Dynamic Control of Biped Gait A dynamic biped gait is a biped gait where the center of gravity of the body gets outside the supporting area of the legs for part of the gait cycle. Mechanical realization of this type of gait is a very difficult problem. The dynamics of a biped can be modeled by an inverted pendulum which has a telescopic leg. In this study the leg length is controlled so that the center of gravity of the body stays on a horizontal line, and this allows realization of the virtual linear dynamics of the system, permitting analytical planning of the orbit. MELTRAN, a biped robot, has been constructed as part of this work. This robot has altogether seven degree of freedom - three for each leg, and one associated with the opening of the legs. So far, standing and stepping have been successfully achieved with this robot. |
| 29-1 脚移動ロボット Legged Locomotion | 
| 脚移動ロボット 脚移動ロボットは優れた対地適応能力を持っていますが、その機構や制御が複雑なため、実用化のために解決すべき問題も数多くあります。６脚歩行ロボット「メルクラブ−２」は固定歩容方式を採用して制御を簡略化し、各脚の長さを独立に変える機構を付加することにより、不整地や階段上を移動することができるロボットです。４脚歩行ロボット「かめ２号」は、脚機構に新しく開発したリンク機構を採用し、３自由度の高剛性な脚を持つた自由歩容形のロボットです。また、脚移動ロボットの評価を行うためのダイナミツクシミュレーション方法の研究も行っています。 Legged Locomotion Legged locomotion is a technique which has great adaptability to various different types of terrain. However, legged locomotion mechanisms, and their control, present some extremely complex problems many of which are as yet unsolved. In this project two robots have been built to investigate the characteristics of this type of motion. MELCRAB-2 is a six legged robot which has a fixed gait to simplify the control problem, and leg extension mechanisms which allow it to move over rough terrain. TURTLE-2 has only four legs, and makes use of a new link mechanism in which each leg is rigid with only three degrees of freedom. Dynamic simulation methods are used in the design and evaluation of this type of robot. |
| 29-2 操作性に優れたマスタ・スレープマニピュレータ High Performance Master-slave Manipulator | 
| 操作性に優れたマスタ・スレープマニピュレータ 原子力プラントなど、人にとって有害な環境において作業するスレーブマニピュレータを遠隔地から操作する、マスタ・スレーブマニピュレータシステムの研究を行っています。高度な操作性を実現するため、機構面ではマスタとスレーブをそれぞれ最適な構造とする異構造化を進め、制御面では力情報を有効に利用するパイラテラル遠隔操作技術の開発を進めています。また、遠隔操作技術は人に代わって力仕事をする機械の操縦にも有効であり、寝たきり患者等の介護人に多くみられる腰痛の原因となっている患者の抱き上げ作業を行なう重度身障者移動補助装置「メルコング」も開発しました。さらに、高度化めために知能化と視覚を中心としたセンサの研究も行っています。 High Performance Master-slave Manipulator In this project, a high performance master-slave manipulation system, incorporating force feedback was developed. The system is controlled by an operator who moves a master manipulator which has six degrees of freedom. The movements are transmitted to a slave manipulator, and force signals - produced when the slave interacts with the environment - are transmitted back to the operator so he has tactile sense of the conditions under which the slave is working. |
| 30-1 テレイグジスタンス Tele-existence | 
| テレイグジスタンス 離れたところにいる人間（操作者）が、ロボットの存在する場所で直接作業しているかのような高度な臨場感をもって、ロボットを自在に遠隔制御する技術は、テレイグジスタンス(遠隔臨場制御技術）と呼ばれています。ロボットを自分の分身のように制御するテレイグジスタンスの概念を初めて提案するとともに、そのアイディアが工学的に実現可能であることを理論的に究明しています。また、その具体的な制御法について、人間の感覚特性を解明し、ロボット技術を用いて実際のテレイグジスタンスシステムを構成し、研究を進めています。 Tele-existence Tele-existence is a system where a human operator is able to control a robot operating at a remote site to do complex tasks (e.g. manipulation) with the feeling of actually being inside the robot, in the remote environment. In this project, feasibility studies of tele-existence machines are carried out using both actual hardware, and computer simulation systems. |
| 30-2 感覚運動制御 Measurement, Analysis, and Synthesis of Human Movement | 
| 感覚運動制御 人間は視覚、聴覚、体性感覚などの感覚器からの情報に基づいて、自らの行動を決定し、また変更します。目と手の協調作業や、障害物のある空間の移動動作などで代表される人間の感覚制御機能の解明は、生体のメカニズムを知るにとどまらず、新しいロボットや他の技術分野への広い応用の可能性を秘めています。 この研究では、両眼立体視による物体の三次元位置や姿勢の認識と、それらの情報を利用して上肢運動を生成するメカニズムを、生理学的知見と認知心理的知見を十分に反映したモデルを構成し、情報制御論的に解明しています。 Measurement, Analysis, and Synthesis of Human Movement Human movement, controlled by signals from the senses, provides an excellent model for the control of complex systems such as intelligent robots. In this project, the sensing and control scheme that humans use is under investigation through the development of real time measurement technology to determine the free movement of humans, and evaluation methods for physiologically based musculoskeletal and sensory models. The results of this investigation will be used to develop new cybernetic sensing and control systems for advanced mechanical systems. |
| 31-1 多指ロボットハンドによる物体の安定把握 Multifingered Robot Hand | 
| 多指ロボットハンドによる物体の安定把握 高機能で汎用性の高いロボットハンドを実現するため、人の手のように多数の関節からなる複数の指を備えたロボットハンドの機構と制御に関する研究を進めています。その第一段階として、新しく確立した安定把握理論を２指ロボットハンドに適用することにより、物体の安定把握に成功しています。 ロボットハンド各関節のコンプライアンス（柔らかさ）を適切に設定すれば、２本の指で物体を壊さないように把握することができます。さらに、把握対象物体が外乱を受けて初期位置から移動や回転をした場合、物体は各指から復元力を受けるため、外乱を取り除くと把握対象物体は初期位置に復元し、安定に物体をつかみ続けることができます。 Multifingered Robot Hand This project is aimed at the development of a dexterous robot hand, similar to a human hand, which is capable of performing various complicated tasks. A robot hand, which has two fingers, has been developed which is capable of firmly grasping an object irrespective of external disturbance. This has been achieved through appropriate control of the compliance of each finger joint. |
| 31-2 柔らかさを制御できるロボットアーム Robot Arm with Compliant Motion Capability | 
| 柔らかさを制御できるロボットアーム これまでロボットは、大きな力で正確な動作を素早く実行することを目的として開発されてきました。一方、人間の腕は、物を押し退けるような力強い動作から、赤ちゃんを抱きあげるような柔らかい動作まで、腕の剛さを自由に変化させ種々の動作を行うことができます。ロボットに、人間のようにアームの剛さを自由に変化できる能力が備わっていれば、もっと多くの種類の作業を人間に代わって実行することができます。 開発したロボットアームは、図に示すように人間の骨格筋系をまねた、ばね効果を自由に変えられる三個の関節を持つ構造となっています。それらのばね効果を変えることにより、アーム先端の剛さを自由に制御することができます。 Robot Arm with Compliant Motion Capability Human arms are driven by muscles, and the stiffness and end-point of each arm can be changed by altering muscle lengths and stiffnesses. In this research, this principle has been used to design and construct a parallel link arm with three joints equipped with actuators. By changing the stiffnesses and positions of the actuators under computer control, the stiffness and end-point of the arm can be changed in accordance with the needs of the task in hand. |
