抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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生活条件の改善と寿命の増加は,世界中の人口の段階的加齢をもたらし,年齢関連健康問題の発生率の有意な増加をもたらした。運動機能低下(例えば,筋力低下,協調,および器用性)は,加齢と一般的に関連し,潜在的に崩壊する転倒につながる可能性がある。しかし,医療提供者と看護師の労働力は減少し,従って,身体的リハビリテーションを必要とする人々の要求を満たすことができない。出生率が低下すると,この状況は悪化する可能性がある。したがって,著者の研究室は,長年のリハビリテーションロボットの開発に焦点を合わせてきた。本論文の主な貢献は,リハビリテーション訓練ウォーカー(RTW)のリハビリテーション効果を改善するために適切な制御アルゴリズムを設計することである。RTWが治療者と同じ治療効果を持つようにするために,それはラピストによって提供される訓練処方を模倣しなければならない。次に,RTWは,高精度のセラピストによって設計した軌道を追跡する必要がある。しかし,いくつかの問題は軌道追跡の精度に影響し,正確な軌道追跡を不可能にする。したがって,リハビリテーション訓練の効果を高めるために,制御アルゴリズムを改善することによって,これらの問題を解決するべきである。第1に,RTWがそのユーザと共に働くとき,RTWの重心はシフトするであろう。それは,さらに,ランダムに変化するために,いくつかのパラメータに導いた。この問題を解決するために,ロボットの運動を記述する合理的な確率モデルを構成した。このモデルに基づいて,ロボットの追跡誤差を収束する適切な制御装置を設計した。さらに,適切な制御パラメータを設計することによって,誤差システムを漸近的に安定にする。著者らが知っているように,RTWは通常,狭い複雑な環境で動作する。したがって,本研究では,3つの全輪車をRTWに搭載し,それを全方向に移動できるようにした。しかし,これはロボット制御の課題も示す。標準車輪を有する車両と異なり,全方向車両は,配向角において顕著なジッタに悩まされる。以前の研究の大部分は,制御装置の利得を調整することにより,このジッタを削減することを試みた一方で,この問題を無視した。ここではまた,方位角における振動の原因を明らかにするために,全輪タッチダウン特性の構造を調べた。次に,この振動を除去するために適応技術を適用した。以前に発表されたタッキング法の限界は,それらが少なくともリンク側またはモータ側の速度測定を必要とすることである。しかし,ロボット応用では,速度センサが,その製造コストとサーボ駆動のサイズや重量のため,しばしば省略される。さらに,実際のロボットシステムにおいて,タキメータを通して得られた速度測定はノイズによって容易に摂動される。したがって,経済的および/または物理的制約と整合するために,速度測定なしでロボットを制御する能力は非常に重要である。高利得オブザーバを設計して,制御装置のフィードバック情報として測定不能な速度を実施した。以前の軌道追跡法は,一般的に完全または完全に利用可能な位置出力の測定に依存する。残念なことに,この仮定は必ずしも実際的に妥当ではない。測定情報は,間欠センサ故障,センサ劣化,急激な構造変化,およびネットワーク誘起雑音のようないくつかの理由のために,多くの工学,生物学,および化学システムにおける不完全(すなわち,欠測,遅延,量子化,または劣化)であり,性能劣化または不安定性さえもたらす。状態オブザーバを設計し,位置出力の不完全な測定を推定した。全体車輪は複雑な構造(一般に,全輪は駆動車輪といくつかの追従車輪から成る)を持ち,全方向車輪は任意の方向に移動できる。しかし,この複雑な構造は機械の構造強度を損なう。例えば,追従車輪の軸受は,駆動車輪に装備するために十分に薄く研削しなければならない。したがって,機械の定期的なタスクと正常なサービス寿命を確保するために,制約は制御入力に必要である。制御制約は,全輪車とRTW訓練プロセスの安全性を保証する。本研究では,飽和関数を双曲線正接関数によって近似し,それは制御装置の平滑性と有界性を保証した。各問題は独立に存在しないので,論文の各章でそれらを徐々に論じる。さらに,各章で,コントローラ設計,安定性解析,およびその証明のステップも与えた。証明の信頼性を確保するために,いくつかの数学的ツールを用いた。Copyright 2021 The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】
