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腰用パワードスーツの開発

by FujiiRyosuke

労働者の重量物の運搬は腰へ大きな負担になり，腰痛の主な原因と考えられています．そのため，労働者の作業中の負荷軽減を目的として，パワードスーツを開発しています．

Figure 1: パワードスーツとセンサ

Figure 1に開発したパワードスーツ(左)と姿勢推定に用いるセンサ(右)を示しました．センサには9軸慣性センサを使用しており，使用者の胸の位置に取り付けます．センサから得られる角度と加速度を用いて姿勢推定を行い，持ち上げ開始時を予測しパワードスーツを制御します．

持ち上げ時の動作検証では，パワードスーツのアシスト効果を，腰部と外側広筋の筋電位の平均を比較することで確認することができました．

現在は，センサの個数を増やすことで，より正確な動作認識と歩行など様々な動作のサポートに対応させることを目的としています．

Publication

  1. Power Assist Control Based on Human Motion Estimation Using Motion Sensors for Powered Exoskeleton without Binding Legs, Shinnosuke Nomura, Yasutake Takahashi, Katsuya Sahashi, Shota Murai, Masayuki Kawai, Yoshiaki Taniai, and Tomohide Naniwa, Applied Sciences, Vol. 9, No. 1, Article Number 164, 2019, https://www.mdpi.com/2076-3417/9/1/164, https://doi.org/10.3390/app9010164
  2. 装着者とパワードスーツの相互作用力を用いた追従動作と線形予測による姿勢角推定に基づくアシスト制御，村井翔太，石塚雄大，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2019，2A2-L01, 2019.06.08
  3. 胴体運動に基づく下肢パワードスーツの制御，橋本修一路，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2019，2A2-L02, 2019.06.08
  4. Modeling Walking Behavior of Powered Exoskeleton Based on Complex-Valued Neural Network, Yudai Ishizuka, Shota Murai, Yasutake Takahashi, Masayuki Kawai, Yoshiaki Taniai, Tomohide Naniwa, Proceedings of 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp. 1923-1928, 2018.10
  5. Walking Motion Model based on Quaternion-valued Recurrent Neural Network for Powered Exoskeleton, Fumihito Murata and Yasutake TAKAHASHI, Intelligent Systems Workshop 2018 (ISWS 2018), pp. 1354-1359 2018.12.08
  6. Power Assist Control Based on Learning Database of Joint Angle of Powered Exoskeleton Suitable for Wearer’s Posture, Katsuya Sahashi, Shota Murai, and Yasutake TAKAHASHI, 12th International Conference, UAHCI 2018, Held as Part of HCI International 2018, Las Vegas, NV, USA, July 15–20, 2018, Proceedings, Part II, LNCS 10908, pp. 340 – 346, Springer, 2018.07
  7. 胴体の動きに基づく下肢パワードスーツの制御，橋本 修一路，高橋 泰岳，日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2018 第27回 北信越支部シンポジウム & 第25回 人間共生システム研究会，pp.36-37，2018.11.18
  8. 複素ニューラルネットワークによるパワードスーツ歩行動作のモデル化, 石塚雄大, 村井翔太, 佐橋克弥, 高橋泰岳, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2017 第26回 北信越支部シンポジウム & 第23回 人間共生システム研究会 講演論文集, pp.39-40, 2017.12.10
  9. 膝を拘束しないパワードスーツと装着者の足の間に働く力情報を用いた状態推定に基づくアシスト制御，村井翔太，佐橋克弥，野村慎之介，高橋泰岳，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集, 2P1-I02, 2017.05
  10. モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワードスーツの学習制御，野村慎之介，佐橋克弥，村井翔太，高橋泰岳，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集，2P1-I03, 2017
  11. Evaluation of Power-Assist System by Computer Simulation, Yoshiaki Taniai, Tomohide Naniwa, Yasutake Takahashi, and Masayuki Kawai, Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics, Vol.20, No.3, pp.477-483, 2016.5 doi: 10.20965/jaciii.2016.p0477
  12. Power Assist Control based on Motion Estimation of Wearer’s Forearm using Motion Sensor, Katsuya Sahashi, Shinnosuke Nomura, Takuya Inoue, Yasutake Takahashi, Yoshiaki Taniai, and Masayuki Kawai, Proceedings of 2016 Joint 8th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 2016 17th International Symposium on Advanced Intelligent Systems, pp.649-654, DOI 10.1109/SCIS&ISIS.2016.177
  13. 装着者の足とパワーアシストスーツ間に働く力とヤコビアンを用いた運動推定に基づくアシスト制御, 村井 翔太，佐橋 克弥，野村 慎之介，高橋 泰岳，川井 昌之, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2016 第25回北信越支部シンポジウム & 第21回人間共生システム研究会, 発表番号17, pp.66-67, 2016.11
  14. 中足趾節関節で接地するパワーアシストスーツの足部機構の開発，水崎俊洋，吉村健男，川井昌之，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-14b1, 2016.6
  15. モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワーアシストスーツの制御，野村慎之介，井上卓也，高橋泰岳，川井昌之，谷合由章，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-15a5, 2016.6
  16. モーションセンサによる装着者の前腕の運動推定を用いたパワーアシスト制御，佐橋克弥，野村慎之介，高橋泰岳，谷合由章，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A2-15a3, 2016.6
  17. モーションセンサを用いたアシスト制御，佐橋 克弥，野村 慎之介，井上 卓也，高橋 泰岳，谷合 由章，川井 昌之，第31回ファジィシステムシンポジウム講演論文集，TA3-1，pp.340-343，2015.09
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圧力センサを用いた土耕栽培における中腰作業を補助する電動移動台車の開発

by MatsuishiTakahiro

農作業における中腰姿勢は脚や腰に大きな負担がかかってしまうため，中腰姿勢を補助するためのシステムが必要とされている．本研究では，土耕栽培における中腰作業に焦点を当て，電動式の作業椅子（以後，電動移動台車）を開発している．

試作した電動移動台車

電動移動台車は座面に配置された圧力センサで体重移動を読み取り，使用者の動きたい方向へ車輪を制御する．圧力センサは導電糸と導電性不織布で製作した布製のものを使用している．この圧力センサは我々が開発したものであり（Publication 1），導電性不織布に圧力が加わると，導電性不織布の抵抗値が変化することを利用し，圧力を検知している．電動移動台車を使用することで，平地において脚への負担が軽減されることを確認した（Publication 2，3）．

 

今後は，畑での実用性の検証や使用者の意図していない動作を行わないシステムの構築を目指す．

Publication

  1. 導電性の不織布を用いた安価かつフレキシブルな圧力分布センサの開発， 木村孝，髙橋泰岳，築地原里樹，第25回知能メカトロニクスワークショップ，pp. 79-81, 2020．
  2. 布圧力分布センサを用いた農業用パワーアシストシステム, 松石尚紘, 高橋泰岳, 築地原里樹, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2020 第29回 北信越支部シンポジウム & 第29回 人間共生システム研究会 講演論文集, pp.3-4, 2020．
  3. 布圧力分布センサを用いた土耕栽培における中腰作業を補助する電動移動台車の開発，松石尚紘，高橋泰岳，築地原里樹，ROBOMECH2021, 1P2-A05, 2021．