Murakami Laboratory

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Keio University

Research Concept

Cencept

  1. 自立走行自転車 (Intelligent Bicycle Control)
  2. 多機能電動車椅子 (Intelligent Wheelchair)
  3. 二輪車椅子 (Two-wheel Wheelchair)
  4. 小型電気自動車 (Intelligent Vehicle Control)
  5. 歩行補助ロボット (Gate training robot)
  6. 冗長マニピュレータ (Redundant Manipulator)
  7. 画像フィードバック制御 (Visual Feedback Control)
  8. クレーン (Crane)
  9. バイラテラル制御 (Bilateral Control)
  10. IMUセンサに基づいた歩行補助器
    (Walking Assist Device Based on IMU Sensor)




自立走行自転車

自立走行自転車1
自立走行自転車2


 自転車は人と機械の調和が取れた乗り物です。本プロジェクトでは自転車に乗るのが苦手なお年寄りや幼児をサポートすることを目的した自転車の姿勢安定化の手法を研究しています。

 人が自転車を運転できるのは運転者がハンドル操作と体重移動を行っているためです。本研究では自転車のハンドル操作をロボットに行わせることで姿勢の安定化を目指します。

 具体的なテーマとして、トルクセンサを用いない自転車のパワーアシスト、人の入力を考慮した自転車の姿勢安定化、ステアバイワイヤを用いた自転車の軌道制御、カメラを用いた白線軌跡追従などがあります。





車椅子型移動ロボット

車椅子型移動ロボット

 福祉の分野でのロボットの活躍を目指して、人との協調を考えた研究を行っています。少子高齢化社会が進むにつれ、車椅子の需要は高まると考えられます。この車椅子型移動ロボットは、独立二輪駆動型ロボットでインホイールモータ(モータが直結した駆動軸)を用いています。

 現在の具体的なテーマとしては、車椅子の操作者・介助者の負担を軽減するためのパワーアシスト制御や、乗車者の負担を軽減するための乗り心地改善があげられます。パワーアシスト制御では、力センサなどのセンサを用いずに人の入力を検出しアシストする研究、段差を乗り越える際の作業をアシストする研究などを行っています。また、近い将来車椅子の普及により想定される、複数台の車椅子が存在する環境において、物体搬送などの車椅子同士の協調作業に関する研究も考えています。





二輪車椅子

二輪車椅子

二輪車椅子は、従来の四輪の車椅子と異なり、前にキャスタのない構造をとっています。 二輪機構にすることで、四輪の車椅子では困難な「段差乗り越え」や「旋回動作」を容易に達成することが可能となり、機動性が向上するという利点があります。

 しかしながら、キャスタレスにすることで、静的な姿勢が不安定となります。安定性の問題を制御によって解決し安定性・機動性両方を満たす新しい車椅子を提案しています。





小型電気自動車

電気自動車1
電気自動車2

 社会における自動車の安全への関心は年々高まっています。車両制御の分野では運転の自動化だけでなく、安全な運転となるように 人間の操作を助けるという研究も数多く行われています。

 村上研では、ステアリング機構にステア-バイ-ワイヤシステムを導入することで車両制御と人間との協調を同時に達成することを目的とした研究に取り組んでいます。





歩行補助ロボット

歩行補助ロボット
実験の様子

少子高齢化が進むにあたり、歩行困難な高齢者に介護士の介護が行きとどかなくなることが考えられます。歩行補助ロボットは高齢者や足の不自由な人との協調を考慮したロボットです。

村上研には歩行リズムに応じてパワーアシストし、リハビリを行う歩行誘導機や、高齢者の歩行スピードを検知して動き、歩行を補助する歩行補助車などがあります。対象者とのインターフェースを考慮した構造にすることで、ロボットによる安全な歩行訓練の実現を目指します。





冗長マニピュレータ

冗長マニピュレータ
移動マニピュレータ

 冗長マニピュレータは、"作業自由度以上の自由度を有するマニピュレータ"と定義されます。マニピュレータに、手先工具の位置姿勢制御に必要な自由度以上の自由度を持たせることによって、様々な環境に対する柔軟な動作や、汎用的な動作を実現させることを目的とした研究を行っています。

 さらに、マニピュレータに移動機構を付けることによって、作業範囲を拡大することができます。不安定な路面でも安定して走行できることを目的とした研究も行っています。





画像フィードバック制御


画像フィードバック

 人間が利用する大半の情報は、視覚から得られます。非接触で環境情報を抽出できる視覚情報は、様々なシステムに利用でき、大きな可能性を秘めています。村上研究室では、視覚センサ情報をロボット制御に応用する研究を行っています。

 具体的な研究テーマをあげれば、車輪型ロボットの画像情報に基づく移動対象物追跡の研究、画像情報から生成した仮想力によりロボットの操作感を向上させる研究、倒立振子のような不安定系の安定化に応用する研究、など様々です。





クレーン


クレーン

クレーンは荷物を目的地まで運ぶためのロボットです。世界中で幅広く使われています。 しかし、荷物をロープで吊るしているため、搬送中に吊荷の振動が発生してしま います。 この振動により他の物への衝突の危険性を高めたり、荷物を目的地で降ろしにくくなるなどの問題が生じます。
そこで村上研では吊荷の振動を抑制する制御を研究しています。 具体的には、風などの外乱により振動が発生したとき、その外乱の影響を打ち消 せるような制御の研究が挙げられます。 また最近はクレーンの操縦者の操縦を振動抑制できるようアシストする制御の研 究を行っています。





バイラテラル制御

マスタ
スレーブ

 バイラテラル制御とは、人が操作する“マスタロボット”と実際に遠隔地で作業を行う“スレーブロボット”に対し、位置情報・力覚情報を双方向に伝達するシステムのことです。

 マスタ・スレーブ間で力覚情報を双方向に伝達することにより、人の感覚に近い操作を可能とし、宇宙や深海などの過酷な環境における作業や遠隔手術など応用分野は多岐に渡ります。





IMUセンサに基づいた歩行補助器

Yang歩行補助器1
Yang歩行補助器2

An inertial measurement unit (IMU) sensor fixed on elder’s foot to estimate human’s walking motion is proposed. A manipulator mounted on a mobile device can support and help the elders with their walking by using the estimated walking motion. It can move beside the elders and coordinate their steps as they swing feet on the ground.