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本研究の目的は，人間の運動，主観的評価，高次脳機能の賦活状態を示すデータに基づいて，人間とロボットの協調位置決め作業に関する操作性評価を行うことである．従来，協調作業を行うロボットは，慣性，粘性，剛性からなるインピーダンスモデルに追従するように制御されていた．慣性と粘性要素の相互作用に関する評価は行われていたものの，粘性と仮想的な摩擦要素との関係性については評価されていなかった．加えて，BMIに関する多くの研究が実施されているにもかかわらず，協調作業下における高次脳機能の賦活状態に関する評価を行う研究はほとんど行われていなかった．そこで，本研究では，人間の運動特性ならびにfNIRS装置を用いた高次脳機能の賦活状態計測，SD法を用いた主観的評価に基づき，粘性と仮想的な摩擦要素に関する種々の実験条件について，操作性評価を行った．, The purpose of this study is to evaluate maneuverability of positioning tasks with a cooperative robot based on the perspective of motion characteristics, self-rated maneuverability and activities of higher brain functions. The cooperative robots ordinarily were controlled following the impedance model composed of the mass, damping (viscosity) and stiffness coefficient. The correlation effect between the mass and the damping has been evaluated in the previous studies; however, the relation between the damping and the virtual friction, which is applied to reduce vibrations in the operations, has not been investigated. In addition, there is a few of studies which evaluates higher brain functions during the cooperative tasks, even though many studies about the brain machine interface (BMI) have been conducted in recent years. Therefore, in this study, the maneuverability under various conditions of the damping and the friction is evaluated based on the motion characteristics, the higher brain functions measured with fNIRS (functional near infra-red spectroscopy) and the self-rated maneuverability with semantic differential method.

宇宙空間において、ターゲットを捕獲する場合、初期接触でターゲットを弾き飛ばさないことが必須である。手先インピーダンス制御を用いて手先の見かけの慣性特性をコントロールすることによって接触力を減少させることが可能であるが、実際の宇宙空間では接触時間が非常に短く、また、ロボットの制御時間遅れや敏捷性が影響するために、ターゲットとの接触を維持することは容易ではない。本論文では、フリーフライングロボットにおける手先インピーダンス制御を用いたロボットアームと2次元微小重力環境を模擬できる空気浮上型実験装置を用いて接触力学解析を行う。, This paper presents the analysis on the contact dynamics between a robotic manipulator under impedance control and a floating target in space. After the contact of two free-flying bodies in space, both parties are easily bounced away and start rotating by the contact force. In order to reduce the contact force in satellite capture, the dynamic conditions between the manipulator under impedance control and a free flying target are investigated. As evaluation criteria, the equivalent mass of the tip of the manipulator coming from the impedance control is discussed. The influence of the impedance characteristics and the control time delay upon the equivalent mass are evaluated using experiments and numerical simulations. To replicate microgravity environment, a airfloating testbed on a stone surface plate is used., 資料番号: AA0063718062

宇宙空間において、ターゲットを捕獲する場合、初期接触でターゲットを弾き飛ばさないことが必須である。手先インピーダンス制御を用いて手先の見かけの慣性特性をコントロールすることによって接触力を減少させることが可能だが、フリーフライングロボットの場合、ロボットのベース自身が運動するため、従来の手先インピーダンス制御では、慣性系に対して、手先インピーダンス特性を自由に特性を選択することが困難である。本論文では、フリーフライングロボットのベースの運動や、接触に伴う運動量の増減を考慮し、慣性座標系に対する手先インピーダンス制御の定式化を行い、動力学シミュレーションによってその妥当性の検討を行う。, One of the most important phases in satellite capture by a space robot is 'contact'. In the contact phase, there is a risk that the target can be pushed away from the chaser by the contact force. The impedance control of the hand is effective in keeping the contact with the target. However, in case of free-flying robot, it is difficult to control the impedance of the hand with conventional impedance control method because of the reactive motion of the base. In this paper, we propose a method for impedance control for a free-flying space robot. The end tip of the manipulator is controlled like a mass-damper-spring system fixed at a point in space in spite of the reactive motion of the base. In order to verify the proposed method, numerical dynamics simulations are carried out. Furthermore, applications of the proposed control to orbital service missions are discussed., 資料番号: AA0063480052

宇宙空間でフリーフライングロボットがターゲットを捕獲するには、初期接触でターゲットを弾き飛ばさないことが必須である。手先インピーダンス制御により接触力を減少させることが可能だが、与えるインピーダンス特性に減衰項や、制御時間遅れが存在すると、接触力とインピーダンスの関係の定義が困難となる。本発表では、制御遅れを含む、接触を伴う多節剛体系の運動のモデル化を行い、インピーダンス制御において、減衰項や制御遅れが接触のインパクトに及ぼす影響について考察する。, This paper presents the analysis on the contact dynamics between a robotic manipulator under impedance control and a rigid body floating in space. After the contact of two free-flying bodies in space, both parties are easily bounced away and start rotating by the contact force. In order to reduce the contact force in satellite capture, the dynamic conditions between the manipulator under impedance control and a free flying target are investigated. As an evaluation criteria, the equivalent mass of the tip of the manipulator coming from the impedance control is discussed. For the definition of the equivalent mass, the influence of the control time delay upon the equivalent mass is evaluated using numerical simulation and experiment., 資料番号: AA0047897020