背景
自転車，車いすなどの人力車両や，手動リフト，チェーンブロック，手巻き式ゴンドラなどの人力機械装置など，人間が直接動力を与えることで動作する「人力機械」は世の中にいろいろあります．こういった人力機械を（人力駆動のまま）ロボット化できれば面白いのではないか，というのが，この「人力ロボティクス」研究のモチベーションです．
長期的目標
「人力ロボティクス」の提案
・人間機械協調の新たなフレームワークのコンセプト
・人力機械の知的制御のための基盤技術
研究課題
・安全・快適・持続可能な人間の運動と，物理的作業の自動化を両立する人間機械システム
・操作者が身体的運動により加える動力を直接用いながら，ロボットとしての運動制御（サーボ制御）を可能にする機構・制御系
・などなど．．．
研究成果
人力駆動関節機構KMR72（Sugahara, ROMANSY2016）
- 人間がハンドルを回す力を動力源として利用
- 正転用・逆転用の2台のパウダクラッチを用い，伝達トルクを制御
- 計算トルク法を用いた関節角制御
- 人力駆動による出力軸角度のサーボ制御を実現
KMR72: One-DOF prototype of Human-Powered Robotics
人力パーソナルモビリティKMM74（Sugahara, et al., ROMANSY2018）
- 搭乗者がペダルにより入力する力を動力源として利用
- KMR72と同様にパウダクラッチを用いた構造
- 計算トルク法を用いた関節角制御
- 人力駆動による車輪角度のサーボ制御，これを用いた前後進・旋回・超信地旋回を実現
- 倒立振子式の姿勢制御による倒立状態の維持（数秒）に成功
KMM73: Prototype of the Human-Powered Robotic Personal Mobility
KMM74: Human-Powered Robotic Personal Mobility Vehicle Prototype
人力関節駆動機構THR75（Sugahara, et al., IROS2017）
- 市販のパウダクラッチより時定数が小さく良好な制御性能を持つ，回生サーボクラッチ（回生ブレーキと差動歯車を組み合わせた機構）を用いた構造
- KMR72と同様に，人力駆動による出力軸角度のサーボ制御を実現
- 回生エネルギによる充電も可能
THR75: Human-Powered Joint Drive Mechanism Using Regenerative Clutches
文献
- Yusuke Sugahara, Kohei Tsukamoto, Mitsuru Endo, Jun Okamoto, Daisuke Matsuura and Yukio Takeda, A Multi‐DOF Human‐Powered Robot Using Regenerative Clutches and Constant‐Force Springs, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2019), Macau,China, pp. 4593‐4599, November, 2019.
- Yusuke Sugahara, Hayato Akiyama, Jeremy Jong, Mitsuru Endo and Jun Okamoto, Design and Control of a Human‐Powered Robotic Personal Mobility Vehicle Prototype, Proceedings of the 22nd CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control (ROMANSY22), Rennes, France, pp. 256‐263, June 25‐28, 2018.
- Yusuke Sugahara, Kensuke Kikui, Mitsuru Endo, Jun Okamoto, Daisuke Matsuura and Yukio Takeda, A Human‐Powered Joint Drive Mechanism Using Regenerative Clutches, Proceedings of the 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2017), pp. 6337‐6342, Vancouver, Canada, September 24–28, 2017.
- 菅原雄介，人力ロボティクスの提案，バイオメカニズム学会誌，Vol. 41，No. 2，pp. 73‐78，2017年5月．
- Yusuke Sugahara, Human‐Powered Robotics – Concept and One‐DOF Prototype, Proceedings of the 21st CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control (ROMANSY2016), Udine, Italy, pp. 191‐198, June 20‐23, 2016.
謝辞
本研究に際し以下の補助を受けています：
- 公益財団法人JKA平成25年度研究補助“人力ロボティクスの提案と基礎技術開発”（2013）
- 公益財団法人JKA平成26年度研究補助“人力ロボティクスの新展開”（2014）
- 公益財団法人JKA平成27年度研究補助「人力ロボティクスの社会統合技術開発」（2015-2016）
- 日本学術振興会科研費基盤研究（C），「人力ロボティクス―人力機械のロボット化のための基盤技術と展開」（2017-2020）
本研究は遠藤央先生（筒井・遠藤研究室），岡本淳先生（東京女子医科大学）との共同研究です．