本文へジャンプ

人間のやわらかな動きを再現できる関節モジュールを開発

―身体装着型アシスト装具などへの応用を目指す―
2020年1月9日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
学校法人中央大学

NEDOは、「次世代人工知能・ロボット中核技術開発」に取り組んでおり、今回、中央大学と共同で、人間のやわらかな動きを再現できる関節モジュールを開発しました。開発した関節モジュールは、空気圧人工筋肉と磁気粘性流体ブレーキで駆動され、人間の関節のように関節を曲げる力の大きさや角度だけでなく粘弾性を変化させることができるため、人との自然な接触や安全な協働作業などが可能となります。今後、本成果を身体装着型アシスト装具やリハビリ支援装置などへ応用することを目指します。

なお、今回開発した関節モジュールは、1月16日、17日に新宿ルミネゼロで開催される「NEDO AI&ROBOT NEXT シンポジウム」で展示されます。

  • 今回開発した関節モジュールを表した図
    図1 今回開発した関節モジュール

1.概要

少子高齢化や労働力不足といった社会課題への解決策として、街中や介護現場など人間に近いところで活躍するロボットが求められています。しかしながら、これまでのモーターと減速機によるロボット駆動は、大きな力で正確な動作が可能な反面、物体に衝突した際に停止できず、人間の近くで動作するには危険を伴いました。

一方で、人間の関節は、構造的に柔軟かつ軽量な筋肉の拮抗配置により駆動されています。この構造によって、関節を曲げる力や角度だけでなく、関節の弾性(やわらかさ)や粘性(速度に対する反力、ダンパ要素)を変えられ、体が物体に当たった時でも関節が倣うように動き、衝撃を和らげることが可能です。

今般、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と学校法人中央大学は、人間のやわらかな動きを再現できる関節モジュールを開発しました。開発したシステムは空気圧人工筋肉と磁気粘性流体ブレーキ(MR流体ブレーキ)で駆動され、人間の関節のように関節を曲げる力や角度だけでなく、粘弾性を変化させることができるため、人との自然な接触や、安全な協働作業などが可能となります。

今後、本成果を身体装着型アシスト装具やリハビリ支援装置などへ適用することを目指します。

なお、今回開発した関節モジュールは、1月16日から17日まで、新宿ルミネゼロで開催される「NEDO AI&ROBOT NEXT シンポジウム」で展示されます。

  • 筋肉の拮抗配置構造(左)と関節モジュールの構造(右)を表した図
    図2 筋肉の拮抗配置構造(左)と関節モジュールの構造(右)

2.今回の成果

今回開発した関節モジュールは、空気圧人工筋肉で関節の弾性(やわらかさ)を、MR流体ブレーキで粘性(速度に対する反力、ダンパ要素)を変化させることができます。これは、モーター駆動の装置が制御により弾性や粘性を変化させるのと異なり、ハードウェアそのものの特性を直接変化させるため、安全性や応答性に優れています。また、空気圧人工筋肉やMR流体ブレーキを駆動するために必要な空気圧源と電源も関節モジュール内に配置することで、オフラインでの駆動が可能です。さらに、空気圧人工筋肉が軽量であることや、空気圧源に従来のコンプレッサーではなく液化ガスを用いているため、4kgと軽量です。

空気圧人工筋肉、MR流体ブレーキ、およびアシスト装具の詳細については、別紙をご覧ください。

別紙:PDF 空気圧人工筋肉、MR流体ブレーキ、およびアシスト装具の詳細(2.6MB)

  • 設計した関節モジュールを表した図
    図3 設計した関節モジュール

3.今後の予定

NEDOと中央大学は、本成果を現在開発中の可変粘弾性下肢アシスト装具Airsistシリーズに適用するとともに、中央大学発のベンチャー企業である株式会社ソラリスを通じて事業化を行っていきます。

【注釈】

※ 拮抗配置
複数のアクチュエーターを互いに反対方向に動くように配置すること。例えば人間の筋肉の場合は、曲げる側の筋肉と伸ばす側の筋肉が拮抗配置されており、両方の筋肉の収縮度合を変えることで関節の固さを変えることができる。

4.問い合わせ先

(本ニュースリリースの内容についての問い合わせ先)

NEDO ロボット・AI部 担当:渡邊、木下 TEL:044-520-5242
中央大学 理工学部中村研究室 担当:中村、奥井 TEL:03-3817-1825
研究支援室 担当:矢ケ崎 TEL:03-3817-1603 E-mail:clip@tamajs.chuo-u.ac.jp

(その他NEDO事業についての一般的な問い合わせ先)

NEDO 広報部 担当:佐藤、坂本、中里 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp