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JOINT IMPEDANCE ESTIMATION SYSTEM

Patent code P170014453
File No. S2017-0186-N0
Posted date Jul 18, 2017
Application number P2016-239865
Publication number P2018-093991A
Date of filing Dec 9, 2016
Date of publication of application Jun 21, 2018
Inventor
  • (In Japanese)望山 洋
  • (In Japanese)鈴木 健嗣
  • (In Japanese)ハサン モダル
  • (In Japanese)矢木 啓介
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人筑波大学
Title JOINT IMPEDANCE ESTIMATION SYSTEM
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint impedance estimation system for estimating a change in dynamic rigidity of a joint by a simple and light-weight device configuration.
SOLUTION: An instantaneous force generating device for generating instantaneous force is fixed to the vicinity of a joint, which is an object of estimation. A goniometer is attached to the joint. A control recording part converts a timing at which the instantaneous force generating device is driven and an output signal of the goniometer to digital data, and records it in a sensor information table. A mechanical impedance estimation arithmetic processing part of a joint impedance arithmetic device estimates and calculates mechanical impedance of the joint based on the data recorded in the sensor information table and force signal information of the instantaneous force generating device.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

世界中でロボット開発競争が過熱している。自動運転技術、ドローン、テロ対策ロボットなど、多方面に亘りロボットの社会実装が展開され、ロボット革命が既にスタートしているといっても過言ではない。わが国でも、日本政府が2014年に設置した「ロボット革命実現会議」での議論に基づき、2015年1月にロボット新戦略が打ち出され、世界をリードするために、次を見据えた非連続な次世代ロボット要素技術の研究開発が求められている。
そのような背景の下で、人と物理的環境を共有する場で使用されるロボットや、人に装着して力学的に動作を支援するロボット等において、対人親和性を高めることを目的として、柔軟性を有するロボットの研究~ソフトロボティクス~が世界中で盛んに行われている。

人の動作を物理的に制動・支援したり、機械的な柔らかさを有しながら精度の良い作業を行ったりするためには、単に柔軟であるだけでは不十分で、剛性も兼ね備えた上でそれらを適切に切り替える必要が生ずる。例えば、人の力の伝達構造をみると、筋肉・腱・骨格からなる。そして、筋肉はその活性度に応じて変化する粘弾性要素を備えている。筋肉により発揮された張力が、腱を介して骨格に伝えられる。逆に外力を受けた場合は、弾性体である腱の働きにより衝撃が直接骨格に伝わりにくくなっている。つまり、人は外力や衝撃に対して柔軟な構造を持ち、歩行動作など日常的な動作場面では、その柔軟性を適切に変化させることで自然な動作を実現している。

上述のように、人の関節は状況に応じてその剛性(または柔軟性)が動的に変化する。つまり、ソフトロボティクスにおける人工関節は、単に人の関節の動作を模倣するだけでは不十分で、状況に応じて関節の剛性を動的に変化させる必要がある。人工関節の実現には、人の関節が様々な動作においてその剛性が動的に変化する有り様を忠実に模倣できる必要がある。

非特許文献1には、人の関節のインピーダンスを推定する装置の技術内容が開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、人間の関節の硬さを推定する、関節インピーダンス推定システムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
機械インピーダンスの推定対象とする関節の近傍に固定され、瞬発力を発生する瞬発力発生装置と、
前記関節に貼付されて前記関節の角度に応じた信号を出力する角度センサと、
前記瞬発力発生装置に瞬発力を発生させる制御を行うと共に、前記角度センサの信号をデジタルデータに変換してセンサ情報テーブルに記録する制御記録部と、
前記センサ情報テーブルに記録されたデータに基づいて、前記関節の機械インピーダンスを推定演算する機械インピーダンス推定演算処理部と
を具備する、関節インピーダンス推定システム。

【請求項2】
 
前記機械インピーダンス推定演算処理部は、前記関節の機械インピーダンスを推定演算する際に、前記センサ情報テーブルに記録されたデータと、予め計測しておいた前記瞬発力発生装置の力信号情報を利用する、請求項1に記載の関節インピーダンス推定システム。

【請求項3】
 
前記制御記録部は、前記関節の状態を検出するセンサの信号に呼応して、前記瞬発力発生装置の駆動タイミングを制御する、請求項2に記載の関節インピーダンス推定システム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016239865thum.jpg
State of application right Published
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