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Powered Exoskeleton

・概要
3軸ジャイロセンサ、3軸加速度センサ、3軸電子コンパスからなる、9 軸モーションセンサを用いたアシスト制御手法を研究しています。

モーションセンサの位置

・モーションセンサを用いたアシスト制御
 
データベースの構築

     
関節角の推定

モーションセンサから角速度、加速度、角度が得られるので、そのデータからデータベースを徐々に構築していきます。また、装着者の現在の動作と、データベースに保存されている動作データの比較を行い、同様の動作の場合は追加せず、異なった動作は追加するようにしました。データベースの動作データからK近傍法を用いて目標関節角を出力することでアシストを行います。

・力センサを用いたアシスト制御
力センサの位置

また、アシストスーツの背中と足底に付いている力センサを用いて、負荷軽減をしています。先ほどのデータベースに力センサから計測される動作中の肩や足への負荷を反映させ、装着者への負荷を軽減させるような目標関節角に修正するようにしました。

・歩行実験と結果
 1.8秒ごとの前進歩行の様子             肩への負荷の平均と標準偏差

歩行開始前はアシストスーツと重りの重量があるので、肩へ300Nの負荷がかかっていましたが、歩行が進むにつれて徐々に負荷を減らすことができ、最終的に約100Nの負荷まで減少することができました。

現在は静止状態と前身歩行の二種類の動作しか扱えていないため、今後は後進歩行やスクワットなどの動作にも対応するようにしていきたいです。


学術雑誌掲載論文

  • Evaluation of Power-Assist System by Computer Simulation, Yoshiaki Taniai, Tomohide Naniwa, Yasutake Takahashi, and Masayuki Kawai, Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics, Vol.20, No.3, pp.477-483, 2016.5 doi: 10.20965/jaciii.2016.p0477
  • インタラクティブな力覚的操作を行う倒立二輪型ロボットによる意図認識学習とサポート制御, 野村 慎之介, 高橋 泰岳, 井上 卓也, 知能と情報(日本知能情報ファジィ学会誌), Vol.27, No.6, pp.854-863, 2015.12, http://doi.org/10.3156/jsoft.27.854

口頭発表

  • 膝を拘束しないパワードスーツと装着者の足の間に働く力情報を用いた状態推定に基づくアシスト制御,村井翔太,佐橋克弥,野村慎之介,高橋泰岳,川井昌之,ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集, 2P1-I02, 2017.05
  • モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワードスーツの学習制御,野村慎之介,佐橋克弥,村井翔太,高橋泰岳,川井昌之,ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集,2P1-I03, 2017
  • Power Assist Control based on Motion Estimation of Wearer’s Forearm using Motion Sensor, Katsuya Sahashi, Shinnosuke Nomura, Takuya Inoue, Yasutake Takahashi, Yoshiaki Taniai, and Masayuki Kawai, Proceedings of 2016 Joint 8th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 2016 17th International Symposium on Advanced Intelligent Systems, pp.649-654, DOI 10.1109/SCIS&ISIS.2016.177
  • Leg Control based on Human Motion Prediction Using Motion Sensor for 
    Power Assist Suit without Binding KneeTakuya Inoue, Shinnosuke Nomura, Yasutake Takahashi, Masayuki Kawai and Yoshiaki Taniai, Proceedings of IEEE World Congress on Computational Intelligence 2016 (IEEE WCCI 2016), pp.1720-1726, 2016.7
  • 装着者の足とパワーアシストスーツ間に働く力とヤコビアンを用いた運動推定に基づくアシスト制御, 村井 翔太,佐橋 克弥,野村 慎之介,高橋 泰岳,川井 昌之, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2016 第25回北信越支部シンポジウム & 第21回人間共生システム研究会, 発表番号17, pp.66-67, 2016.11
  • Physical Action Recognition based on Motion Sensor on Body for Powered Exoskeleton, Xuan Wang, Katsuya Sahashi, Shinnosuke Nomura and Yasutake Takahashi, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2016 第25回北信越支部シンポジウム & 第21回人間共生システム研究会, 発表番号20, pp.74-75, 2016.11
  • 中足趾節関節で接地するパワーアシストスーツの足部機構の開発,水崎俊洋,吉村健男,川井昌之,高橋泰岳,ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-14b1, 2016.6
  • モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワーアシストスーツの制御,野村慎之介,井上卓也,高橋泰岳,川井昌之,谷合由章,ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-15a5, 2016.6
  • モーションセンサによる装着者の前腕の運動推定を用いたパワーアシスト制御,佐橋克弥,野村慎之介,高橋泰岳,谷合由章,川井昌之,ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A2-15a3, 2016.6
  • 作業者の運動モデルとモーションセンサの出力履歴に基づくアシスト制御, 佐橋 克弥, 野村 慎之介, 井上 卓也, 高橋 泰岳, 川井 昌之, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2015 第24回北信越支部シンポジウム&第19回人間共生システム研究会 講演論文集, pp.9-10, 2015.11
  • モーションセンサを用いたアシスト制御,佐橋 克弥,野村 慎之介,井上 卓也,高橋 泰岳,谷合 由章,川井 昌之,第31回ファジィシステムシンポジウム講演論文集,TA3-1,pp.340-343,2015.09
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