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RESEARCH
燃焼駆動人工筋肉
人と機械の安全な協働に向けてソフトロボット技術が注目されていますが、柔らかいがゆえに応答速度や発生力に課題があります。本研究ではジメチルエーテル（DME）の燃焼を利用した集積型燃焼人工筋肉システムの開発を通して、ヒトと同程度のスケールの応答速度、発生力、変位を満たすソフトアクチュエータの具現化に挑戦します。提案手法は燃焼で駆動するため出力制御や連続駆動が困難ですが、集積化によって解決を目指します。
※ロボティクスメカトロニクス講演会2022の動画です
可変粘弾性特性を有するアシスト装置
従来のウェアラブルアシストシステムは、モータと減速機による高トルクなアクチュエータによって駆動されています。一方、人間の関節は拮抗配置された筋肉により、関節のトルクや角度だけでなく弾性や粘性も巧みに変化させながら駆動されています。そこで、人間の関節と同じ様に弾性や粘性を変化させながら、より人体親和性の高いアシストを行うことができるアシストデバイスの開発を目的に研究を行っています。可変粘弾性を実現するためのアクチュエータとして、空気圧人工筋肉とMR流体ブレーキを採用しています。
携帯空気圧源
空気圧駆動アクチュエータは柔軟・軽量といった利点がありますが，圧縮空気生成のために据え置き型コンプレッサが必要でありモバイル化が難しいといった課題がありました．
そのため，様々な方法で空気圧源の携帯化にチャレンジしています．チャレンジの歴史は以下の文献をご参照ください．
・空気圧源の携帯性評価
・クエン酸と重曹の混合による空気圧源
・ハイブリッド空気圧源
・歩行エネルギの回生
空気噴出を利用した力覚提示システム
バーチャルリアリティ(VR)や遠隔操作などへの応用を目指した，空気噴出を利用した装着型力覚提示装置について研究しています．本装置の利点は使用者が自由に動け，かつ外骨格型力覚提示デバイスのような固定部分での違和感を感じない点です．現在は指を対象とした力覚提示装置を試作し，評価しています．今後は動作教示システムなどへの応用を目指します．
MRブレーキを使った溶接教示装置
溶接現場では少子高齢化による人手不足が深刻であり，対策が必要です．特に造船業では作業内容が溶接個所によって異なる不定形であったり，狭所での作業が多く，自動化が困難です．一方で，手動溶接の技能習得には時間がかかるという課題があります．そこで，溶接工の効率的な育成のための力覚提示装置を開発しています．試作した装置は，磁気粘性流体ブレーキ（MRブレーキ）を用いており，1 mm以上の精度で溶接経路提示が可能です．
人間の関節剛性変化を模擬したアシスト装置
可変弾性要素を用いた関節剛性と拮抗角度の制御によるアシスト手法を開発しています．人間は可変剛性特性を持つ筋肉によって駆動されており，経験に基づいてたくみに関節剛性を変化させながら運動しています．提案するシステ ムはそのような人間の動作を模倣し，運動のフェー ズに対応するように関節剛性と拮抗角度を変化させ，装着者と協調した運動アシストを行います．これより，シンプルな制御や柔軟で人間に倣うようなアシストが期待できます．
実ロボット強化学習を応用した打楽器演奏ロボット
打楽器演奏を題材に，人工筋肉駆動ロボットのための強化学習を用いた制御システムの開発を行っています．軽量で柔軟な特性を持つ人工筋肉の開発が盛んですが，応答の遅さや非線形性が課題となり実用には至っていません．そこで，ヒトが特定の動作に対して反復練習により成功時の感覚を体に覚えこませていることに着目し，制御性の悪さを解決する制御システム開発を目指しています．右の動画では，2関節筋骨格ロボットに対して，定められたタイミングで大きな音で演奏するような学習を行っています．
Sim to Realによる打楽器演奏動作生成
打楽器演奏者は関節剛性をコントロールして音色を変化させています．そこで，関節剛性の制御により音色を変化できる打楽器演奏ロボットの開発を目的に研究を行っています．従来の制御則での関節剛性の制御は困難であり，シミュレーション環境で学習により獲得した制御測を実機に適用する，Sim-to-Realによる制御を目指しています．まずは打楽器演奏の基本であるシングルストロークにおける音量調節を対象としました．シミュレーション環境で強化学習によって獲得した動作を実際のロボットに適用し，目標の打撃音量に合った打楽器演奏の動作を生成することができることを示しました．
この研究は，競輪の補助を受けて実施しました．
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