駆動の順序がない鞍関節をもつ柔軟指ロボット－対のモデル化と制御

摘要

本論文では，器用なロボットハンドの実現のため，拇指の鞍関節の2軸の回りに関節駆動の順序がないモデルを用いて，人の把持モデルにより近いモデルを提案し，このモデルに対しても安定把持を実現する“blind grasping”法が有効であることを示す．この鞍関節構造を用いる理由として，我々の親指にある鞍関節は2軸の回りに関節駆動の順序に関係なく作動していると考えるのが自然であること（Fig.2），親指の鞍関節の手術では鞍関節の代わりに人工関節として球関節が用いられることがあることが挙げられる．また，把持物体と指先との間に生じるスどこングによる運動を従来の慣性座標のx軸回りに生じるとしたモデルから，より物理現象に忠実な指と物体との接触点の法線方向の軸回りに生じるとするモデルに拡張する．関節の駆動に順序関係のない鞍関節を持つロボット指と，順序関係のあるモデルとを数値シミュレーションにより比較を行うことで，タイナミクスの構造の違いから拇指ロボットの手先軌道が異なることを明らかにする．この軌道の違いは，拇指の鞍関節のモデルとして鞍関節が本来有する駆動に順序関係のない特徴を考慮する必要があることを示している．より人の手の自由度に近づける目的と，Chalonらの拇指ロボットに持たせるべき機能に関する研究から適切な物体把持を行うには栂指に最低でも3自由度必要だとの指摘から，人差し指に3自由度，拇指に3自由度を持つロボット指に数学モデルを拡張する．このより複雑なモデルに対しても“blind grasping”法が有効であることを示すために，閉ループダイナミクスを導出し，その間ループダイナミクスの任意解が力／トルク平衡状態を表す平衡状態に収束することを数値シミュレーションにより明らかにする．