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所属 |
工学教育研究部 工学科機械知能工学プログラム担当 |
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職名 |
准教授 |
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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制御系で安定化された状態空間の速度場に低感度な最小動力学パラメータの確率的同定 査読あり
岡田 昌史, 渡邊 和喜, 舛屋 賢
日本機械学会論文集 88 ( 914 ) 22-00100 - 22-00100 2022年10月
担当区分：最終著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会
Accurate identification of minimum set of dynamics parameters is required for high-precision and high-speed motion control. The identification uses the dynamical model and its motion data. This motion data does not always satisfy the equations in the dynamical model because of unmodeled dynamics and unexpected noise. The least squares method is generally used for approximated model. It may well satisfy the equations in the dynamical model, however, the optimality as a model for control system design has to be discussed. In this paper, we propose a stochastic identification method of minimum set of dynamic parameters. In conventional least squares method, the error of dynamic equation is assumed to be white gaussian and its square mean is minimized while in the proposed method, the error is assumed to be due to parameter fluctuation, and its covariance is optimized so that the sensitivity of velocity field in the state space with respect to dynamic parameter is small, which means advantageous parameter for controlled system. The simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed method.
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障害物回避と軌道への収束のための領域アトラクタによる人機械協調カート制御 査読あり
岡田 昌史, 尤 亜倫, 舛屋 賢
日本機械学会論文集 88 ( 912 ) 22-00012 - 22-00012 2022年8月
担当区分：最終著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会
In this paper, we propose a control system design method for a human-machine cooperative system in which a human and machine cooperate to propel a cart to a reference trajectory. In the previously proposed method, the human plays the role of recognizing the environment and determining the propulsive force, while the machine determines the steering angle based on the position and posture of the cart, using a vector field with the reference trajectory as the orbit attractor. However, since this method cannot avoid obstacles on the trajectory, we extend it to a region attractor. By setting an index variable that changes depending on human input, the vector field is designed in the extended dimensional space including the index variable, and the cart can avoid obstacles by moving within the region defined by the reference trajectory with its parallel trajectory depending on human input. In this paper, we describe (1) the design method of the reference trajectory and the parallel trajectory considering the workspace of the steering and the distance between the cart and the wall, (2) the design method of the region attractor in the extended dimension including the index variable, and (3) the experimental verification of the proposed method.
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Masuya K., Takagi K., Tahara K.
IEEE Robotics and Automation Letters 7 ( 4 ) 1 - 8 2022年8月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：IEEE Robotics and Automation Letters
A twisted and coiled polymer fiber (TCPF) is a soft thermal actuator increasingly used in current robotics applications. When implementing TCPF in robotics applications, amplifying the TCPF strain and force is necessary to obtain the desired performance. Therefore, this study proposes a mechanism to amplify the strain and force of a TCPF. Considering the TCPF as a wire, the fixed and movable pulley mechanisms are available to amplify the TCPF strain and force, respectively. However, the amplification mechanism becomes bulky when the fixed pulleys are installed separately from the movable pulleys; thus, the TCPF utility reduces. This study focuses on two characteristics of the pantograph to design a compact amplification mechanism. The first characteristic is that the pulleys on the pantograph diagonal axes can be used as a movable pulley mechanism. The other characteristic is that the pantograph circumference can be a fixed pulley mechanism, as the circumference is always invariant. Based on these characteristics, the proposed mechanism can amplify both the TCPF strain and force. The experiments show that the force is amplified based on the number of loops around the diagonal axes. Although the load and temperature affect the strain amplification, the experiments confirm that the strain is amplified. In particular, depending on the loop number, the strain becomes 5.8 times the TCPF strain while maintaining the force level. Furthermore, changing the loop number, the strain and force are amplified 2.8 times and 2 times, respectively.
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Kentaro Takagi, Hiroki Iwai, Chihaya Oiwa, Toshihira Irisawa, Masatoshi Shioya, Ken Masuya, Kenji Tahara, Daichi Sakurai, Haruhiko Watanabe, Kinji Asaka
Smart Materials and Structures 30 ( 6 ) 065023 - 065023 2021年6月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：IOP Publishing
This paper discusses a new model and experimental characterization for thermal responses of straight twisted polymer fiber (TPF) actuators in blocked torsion. The proposed model is derived from combining the fiber stiffness matrix with Shafer's model of free torsion. The derived model predicts that the blocking torque increases as the initial twist increases. Although it is not widely recognized, the tension of a straight TPF decreases as the initial torsion increases, and this paper explains this fact. The proposed model predicts the decrease in tension by using Shafer's kinematic model that considers the effect of radial thermal expansion. Experimental characterization and model verification are performed using nylon 6 (polyamide 6) fiber samples with ten different initial twists, ranging from weak to strong. The results indicate that as the initial twist increases, the torque increases and the tension decreases. The tension fluctuates with respect to time. The experimental results show that the shear modulus increases as the initial twist increases. The predictions of the proposed model are reasonably consistent with the experimental thermal responses of straight TPFs in blocked torsion when the constants obtained by experimental characterization are used.
その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/abfc1a/pdf
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Novel Twisted and Coiled Polymer Fiber Actuator Fabricated from Polymer-Coated Optical Fiber 査読あり
Masuya K., Tahara K.
IEEE Robotics and Automation Letters 6 ( 3 ) 4883 - 4890 2021年4月
担当区分：筆頭著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：IEEE Robotics and Automation Letters
This study proposes a novel twisted and coiled polymer fiber (TCPF) actuator fabricated from a polymer-coated optical fiber. The TCPF actuator is a soft actuator that is driven by heating; the TCPF actuator in combination with a cooling system has been widely studied for applications in robotics. Sensing is a major issue in such units; in particular, temperature sensing is important for the safe usage of the TCPF. To achieve this, the electrical properties of the heating wire are typically utilized. However, this method is affected by the input voltage noise because the circuit used for actuation is the same as that used for sensing. To separate these circuits, this study developed a temperature-sensing method for the TCPF based on an optical fiber. For propagating only the heat of the polymer to the optical fiber, we embedded the optical fiber in the TCPF. This study experimentally demonstrated that the TCPF actuator fabricated using the polymer-coated optical fiber can be driven by heating. Furthermore, using the developed sensing method, we achieved temperature and force control under isometric conditions.
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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鈴森 康一 , 中嶋 浩平, 新山 龍馬 , 舛屋 賢, 新学術領域「ソフトロボット学」研究班, 日本ロボット学会, 文部科学省（ 担当： 単著）
オーム社 2023年 （ ISBN:9784274229985 ）
記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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釣糸アクチュエータのユニット化のためのコイル状光ファイバを用いた変位センサの検討
舛屋 賢
計測と制御 60 ( 10 ) 743 - 743 2021年10月
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舛屋 賢
日本ロボット学会誌 39 ( 9 ) 776 - 777 2021年
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舛屋 賢
日本ロボット学会誌 39 ( 7 ) 637 - 637 2021年
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舛屋 賢
計測と制御 59 ( 11 ) 830 - 834 2020年11月
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ポリアミド繊維の負の線膨張係数の発現機構
木村大輔, 小林拓未, 塩谷正俊, 入澤寿平, 高木賢太郎, 長谷川貴, 田原健二, 舛屋賢, 櫻井大地, 鷲野誠一郎, 奈良健一
繊維学会予稿集 75 ( 1 (CD-ROM) ) 2020年
掲載種別：速報，短報，研究ノート等（学術雑誌）
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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平行リンク機構とベルト駆動による回転軸位置が自在かつ遠隔駆動可能な膝関節装具機構の設計
舛屋 賢
第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会予稿集 2022年12月16日
開催年月日： 2022年12月14日 - 2022年12月16日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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領域アトラクタを用いた膝装具ロボットのAssist-as-Needed制御
井手 祐太, 舛屋 賢, 岡田 昌史
第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会予稿集 2022年12月14日
開催年月日： 2022年12月14日 - 2022年12月16日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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釣糸人工筋肉の作製時荷重と駆動変位量の関係について
岡本 岳人, 東内 裕武, 入澤 寿平, 塩谷 正俊, 舛屋 賢, 田原 健二, 比留田 稔樹, 高木 賢太郎
第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会予稿集 2022年12月14日
開催年月日： 2022年12月14日 - 2022年12月16日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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釣糸人工筋とポリウレタン外骨格を用いた手背装着型指先補助装具の開発にむけて
赤松 駿, 岡本 岳人, 東内 裕武, 舛屋 賢, 田原 健二, 入澤 寿平, 比留田 稔樹, 高木 賢太郎
第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会予稿集 2022年12月14日
開催年月日： 2022年12月14日 - 2022年12月16日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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ベクトル場の次元拡張による車輪移動系の前進・後退半自律制御
定近 晋也, 舛屋 賢, 岡田 昌史
日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022 2022年6月
開催年月日： 2022年6月
会議種別：ポスター発表
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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ROBOMECH表彰 （学術研究分野）
2022年6月 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 制御系に低感度な最小動力学パラメータの確率的同定
渡邊 和喜, 舛屋 賢, 岡田 昌史
受賞区分：国内外の国際的学術賞
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SI2021優秀講演賞
2021年12月 第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 高分子被膜付き光ファイバ人工筋肉の光センシングを用いた変位制御
舛屋 賢, 高木 賢太郎, 田原 健二
受賞区分：国内外の国際的学術賞
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部門優秀論文表彰
2021年6月 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 人の操作モデルと拡張カルマンフィルタによる状態推定を用いた掘削の半自律制御
岡田 昌史, 岡本 裕, 舛屋 賢
受賞区分：国内外の国際的学術賞
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2020年度計測自動制御学会学術奨励賞（技術奨励賞）
2021年2月 計測自動制御学会 釣糸アクチュエータのユニット化のための光ファイバを用いた変位センサの検討
舛屋賢
受賞区分：国内外の国際的学術賞
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SI2020優秀講演賞
2021年1月 第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会予稿集 高分子被膜付き光ファイバを用いた高分子繊維アクチュエータの開発
舛屋賢
受賞区分：国内外の国際的学術賞
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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人と装具の運動間のずれを考慮した人と親和性の高いロボット装具の制御方法構築
研究課題/領域番号：21K14122 2021年03月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究 若手研究
舛屋賢
担当区分：研究代表者
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確率モデルベース制御とセンサフィードバックの融合によるソフトロボティクス制御工学
研究課題/領域番号：20H00610 2020年04月 - 2024年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
田原 健二, 佐藤 訓志, 入澤 寿平, 舛屋 賢, 木野 仁
担当区分：研究分担者
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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ロボット装具のための回転軸位置が自在に変化する軽量・高出力・画一的な関節機構
2022年10月 - 2023年09月
公益財団法人永守財団 研究助成2022
舛屋賢
担当区分：研究代表者
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ロボット装具のための回転軸位置が自在に変化する軽量・高出力・画一的な平面関節機構
2021年10月 - 2022年09月
公益財団法人永守財団 研究助成2021
担当区分：研究代表者
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関節可動域訓練のための人と親和性の高い下肢装具型ロボットの可変インピーダンス制御
2020年04月 - 2021年03月
公益財団法人立石科学技術振興財団 2020年度研究助成(A)
舛屋賢
担当区分：研究代表者