運動療法に向けたエネルギ補償機能を有する速度場追従制御

摘要

リハビリテーションなど，人間とロボットが物理的に接触する人間機械システムにおいては，人間の安全性を確保しつつ，作業性能を実現する必要がある．安全性の確保には，ロボットシステムの受動性を確保するアプローチを取られることが多い．例えばパワーアシストシステムでは，システムの受動性を確保する制御が提案されている．運動療法支援としては，パッシブな力覚呈示装置を用いる手法，impedance 制御による抵抗力の呈示[3] や，目標速度場に追従しつつ受動性を実現する制御[4] などが提案されている．一方，ロボットにより他動的に人間の関節運動を行う場合が存在する．例えば運動療法におけるContinuous Passive Motion(CPM)[5] がその例である．このような作業では，例えば関節抵抗などの生体が持つエネルギ散逸性を有する対象に対しては，目標関節軌道を実現する制御と，人間による動作に対する安全性を両立する必要があるが，これには受動的な制御だけでは達成できない．そこで本研究では，外力に受動的に振る舞うPassive Velocity Field Control(PVFC)[4] をもとに，システムの運動エネルギーが予め定められた目標値より小さい場合には能動的に，それ以外では受動的に振る舞うロボットの速度場追従制御法を提案することを目的とする．提案手法の有効性を，関節抵抗を模擬した粘性抵抗外力印加状態と，人間の能動的な関節運動を模擬したPD 制御印加状態における動作シミュレーションを通じて確認する．