研究報告 2019(KISTEC Annual Research Report,2019)【研究開発部】
有望シーズ展開事業「力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット」プロジェクト◆総括･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････
プロジェクトリーダー下野

誠通◆大型円弧形リニアモータで駆動するプラットフォームを用いた手術支援システムの開発･･･････
松永

74

信之

◆磁気ギアードリニアモータの開発･･･････････････････････････････････････････････････････
下野

70

卓也

◆脳性麻痺児のための 3 軸座位保持支援装置の開発･････････････････････････････････････････
富樫

67

誠通、浅井

78

洋

◆業績･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

82

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット「力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット」
プロジェクトプロジェクトリーダー

下野

誠通【基本構想】
超高齢社会を迎える２１世紀の我が国において、経済産業の持続的発展と安全安心で質の高い生活の実現に寄与する新しい科学技術の開発に対して大きな期待が寄せられている。特に、ロボット技術は従来の生産加工分野への応用のみならず、人間支援分野にも広く展開されることが強く望まれている。しかしな
がら、産業ロボット技術が高速精密で頑強な動作を可能としてきたのに対して、人間支援に応用するためには優しく柔らかな接触動作を可能とするロボット技術を新たに開発する必要がある。これはつまり、ロボットが精密に接触力を制御する機能を獲得する必要があることを意味する。このような機能は力触覚技術（リアルハプティクス技術）を援用することで初めてロボットに付与することができる。
本プロジェクトでは、医療分野、リハビリテーション分野および介護分野などにおける人間動作の直接的支援を目指した、次世代ロボットを開発することを目的としている。具体的には、リアルハプティクス
技術を基盤とすることで、（Ａ）力触覚の伝送や記録機能を有する最先端医療デバイス、（Ｂ）力触覚に基づいて身体機能の定量化を可能とするリハビリテーション支援ロボット、（Ｃ）生活空間での動作補助や介護支援を提供する生活支援ロボット、（Ｄ）高度で安全安心な手術を可能とする手術支援ロボットの四つのテーマ課題を推進している。様々な医療・リハビリ・介護ロボットの試作開発を、産学公連携を通じて遂行することで、リアルハプティクス技術の医療福祉分野における社会実装を達成する。

１．

平成３０年度の研究目的

本プロジェクトは図１に概要を示すように、平成２７年
度研究シーズ育成事業で得られた人間支援ロボットへの応用を指向したアクチュエータ技術と、リアルハプティク
ス技術の両者を基盤として、医療・福祉・介護のための新しいロボット開発を行うことを主テーマとしている。プロ
ジェクト三年目となる平成３０年度では、以下の項目を重点項目として取り組んだ。
（１）人間支援ロボット用アクチュエーション技術の開発
平成２７年度研究シーズ育成事業から実施してきた、これまでの機能性ハプティックアクチュエータに関する開図１ プロジェクト概要

発研究で得られた知見を基にして、人間支援ロボットに実装可能なアクチュエーション技術の開発研究を継続してながら、これまで県プロジェクトで実施した消化器外科分野への応用研究で得られた成果を発展させ、脳神経外科分野、口腔外科分野、整形外科分野などへの横展開を加速さ実施する。特に平成３０年度では、アキシャル積層形モータの設計試作、磁気ギア内蔵リニアモータの試作と原理実せる。さらに、革新的な手術操作を可能とする多自由度鉗
子デバイスの試作や、植毛支援デバイスの試作についても、証を実施する。平成２９年度に 4 層モデルの試作を行った
ラジアル積層形モータについては、1 層から 3 層までの比

各分野の専門家と協力して研究を推進する。
（３）リハビリロボット・生活支援ロボットの研究

較モデルの製作を行い、比較検証を進めることで有用性実証を達成する。また、大型円弧モータについては、手術支

これまでに試作開発を行った移乗支援ロボット、下肢機能支援ロボット、下肢リハビリテーション支援ロボット、援ロボット用プラットフォーム等に実装するために、改良研究を継続して実施する。

座位保持支援装置といったリハビリロボット・生活支援ロ
ボットの研究を継続して行う。特に各種評価実験を通じて（２）医療デバイスの開発
プロジェクト後期となる平成３０年度からは、医療デバ

試作ロボットの有用性を多角的に明らかにする。またリハ
ビリ・介護ロボット分野でのコンソーシアムを設置し、積イスの試作開発をプロジェクト内の最重点テーマとして定める。JST リサーチコンプレックス事業の資金も活用し極的な成果発信と、地域連携体制の確立を達成する。

67

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

2．

平成３０年度の研究成果

平成３０年度においては、主に以下の研究成果を得た。
（１）人間支援ロボット用アクチュエーション技術の開発
平成２９年度に 4 層モデルの試作を行ったラジアル積層モータについては、1 層モデルから 3 層モデルまでの試作が完了し、有用性評価実験に着手した。前年度に試作したモデルでは、トルク重量比の最大化という観点から磁石の軸方向厚さが層毎に異なっていたが、新たに試作したモ
デルではトルク体積比の最大化という観点から設計を改良した。また、ラジアル積層モータの基本概念を応用した
アキシャル積層モータについても、実機の設計試作を完了した。平成３１年度に本試作機を用いた性能評価を行い、

図 3 口腔外科手術支援ロボット

有用性を実証する。磁気ギア内蔵リニアモータについては、試作機を用いた実験を完了し、その有用性を評価した。さ
らに、手術支援ロボット用円弧形リニアモータの改良製作を行い、多自由度鉗子ロボットを搭載した手術プラットフ
ォームを実現した。
（２）医療デバイスの開発
医療デバイスの開発では、各分野の医学研究者と連携し、JST リサーチコンプレックス事業の支援を活用しながらリ
アルハプティクス技術の応用実装研究を実施した。具体的には、脳神経外科、 整形外科、消化器外科、口腔外科、植毛治療といった分野におけるハプティックデバイスの試作開発を行い、実験を通して有用性を確認している。
脳神経外科分野では、昨年度に試作したマスタ・スレー
ブ一体型鑷子を改良し、実際の手術で用いられているバヨ

図４ 多自由度ハプティック鉗子デバイス

ネット型鑷子構造を採用した改良機の試作を新たに行った（図２）。このハプティック鑷子を用い、血管の脈動検

整形外科分野においては、リアルハプティクスを応用し知や脳組織の剛性抽出などの実験を行った。力触覚情報を活用することで、癌化領域のマッピングや脈動検知によるたドリルデバイスを試作し、切削力のフィードバック機能
やドリル貫通時の自動停止機能などの付加価値を医療デ

誤動作防止といった付加価値を与えることが可能であるとの見通しを得た。

バイスに与えることに成功した。消化器外科分野においては、これまでに開発したマスタ・スレーブ一体型鉗子を用い、鉗子把持力と臓器損傷の関連性を定量的に評価する実験を実施した。また、高出力モデルの試作を行い、さらなる有用性検証実験を実施している。
口腔外科分野では、図３に示す多自由度手術支援ロボットを開発し、リアルタイムでの鋭敏な力触覚フィードバッ
クが可能であること、口腔外科手術に必要となる基本自由度を獲得できていることなどを基礎実験により確認した。
今後は、画像データとの統合により、手術ナビゲーションの実現など発展的研究に移行する予定である。
植毛治療分野では、細胞移植を支援するための植毛ツールを開発した。平成３１年度には基礎性能を検証する実験を行い、マウス等での細胞移植実験により有用性を明らか

図２にする予定である。
また、一般外科を革新するための多自由度鉗子デバイス

バヨネット型ハプティック鑷子デバイスを試作した（図４）。本デバイスは、独立に開閉可能な 3
指と回転自由度を有しており、術者の手が体内に直接侵入する動作が実現可能である。

KISTEC研究報告2019（2019.7）

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【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット（３）リハビリロボット・生活支援ロボットの研究

３．

リハビリロボット・生活支援ロボットについては、昨年
度までに試作開発した実機を用いて、実験検証を継続してこれまでの開発研究により、様々な実験機の試作開発と、これらを用いた有用性実証を段階的に達成してきている。

実施した。移乗支援ロボットについては、日本人高齢女性の体格を模して作られた人体ダミーを用いた実験を行い、今後は、社会実装に向けた発展研究へとステージを移行しつつ、産業界との共同研究を加速させる予定である。

開発したロボットが移乗支援を実際に達成可能であることを確認した。座位保持支援装置については、座位保持支

人間支援ロボット用アクチュエーション技術の開発では、新アクチュエーション技術の原理実証を完遂し、学術援のための運動制御アルゴリズムを開発した。リクライニ
ング部分に開発した制御アルゴリズムを実装し、理学療法

的成果を発信すると共に、医療デバイスへの応用を見据えた技術開発に重点的に取り組む。医療デバイス開発におい士の協力を得て、制御パラメータの設計など実用に向けた開発研究を行った。下肢リハビリテーション支援ロボットては、試作機を用いた動物実験など非臨床 POC をそれぞれの分野において達成すると共に、産業界との連携を促進し、の研究では、下肢筋力の評価法を開発し、実機での検証を達成した。また、下肢機能支援ロボットの研究では、数理実用化に向けた開発プロセスへと移行する。また、リハビ
リロボット・介護ロボットの開発研究においては、特区や学的な基本モデル式を確立し、実験データとの比較を行う
ことで、必要となる改良点などを明らかにした。

コンソーシアム等を活用し、得られた成果の地域への還元を目指す。

また、リハビリ・介護ロボット分野における地域連携コンソーシアムを設立し、セミナーや第二回未来医療ロボッ

平成３１年度においても、昨年度と同様に、セミナーや
未来医療ロボット技術シンポジウム、教育講座などを実施

ト技術シンポジウムを開催するなど、開発技術の社会実装に向けた地域連携、産学公連携の体制を構築した。

し、積極的に地域への成果発信と産学公連携の充実化を図る予定である。

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今後の展望

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

大型円弧形リニアモータで駆動するプラットフォームを用いた手術支援システムの開発
松永

１．

卓也

はじめに

医療分野において患者の負担軽減を考慮した低侵襲性治療が注目されており、ロボット技術を駆使した治療の低侵襲化や，熟練の技術を要する低侵襲性手術における治療行為支援が試みられている [1]。特に、腹腔鏡下外科手術の 支 援 を 目 的 と し て 開 発 さ れ た da Vinci Ⓡ (Intuitive
Surgical, Inc.) に代表される遠隔操作ロボット技術を応用したマスタ・スレーブ型手術支援システムの研究開発が盛んにおこなわれている [2][3]。医師の遠隔操作下で実際に治療をおこなうロボット（スレーブ）は、視覚情報を取得するための腹腔鏡に加え、エンドエフェクタとして手術器具を備えた多自由度ロボットおよび多自由度ロボットを支えるプラットフォームで構成される。医師の手の代わり

図 1. 大型円弧形リニアモータで駆動する多自由度双腕型プラッ
トフォームの 3D モデルとなる多自由度ロボットには繊細な動作、プラットフォー
ムには高出力かつ大きな可動域が要求され、それぞれの要素について研究開発が進められている。

１．１

手術支援システム

本研究では、大型円弧形リニアモータで駆動する双腕型
プラットフォームと、手術における基本的な動作を可能とするマスタ・スレーブ型 3 自由度力触覚鉗子ロボットを中心として、手術支援システムを構成する [4]。

(a) マスタ１．１．１ 双腕型プラットフォーム
双腕型プラットフォームの各腕は大型円弧形リニアモータによって構成される。大型円弧形リニアモータはリア
ルハプティクス技術の医療分野への応用のために本プロジェクトで試作したアクチュエータであり [5]、高出力かつバックドライバビリティを有する。磁石を内蔵した円弧形のシャフトに沿ってコイルを内蔵した可動子が移動する。また、動力伝達機構を介さずに RCM（Remote Center of(b) スレーブ

Motion）機構を構成可能であり、可動子に取り付けたエン
ドエフェクタの先端を中心としたピボット運動が実現で

図 2. 3 自由度力触覚鉗子ロボット

きる。
図 1 に双腕型プラットフォームの 3D モデルを示す。土が存在する軸上に第二関節の RCM が配置されており、患部を中心とした 2 自由度のピボット運動が可能である。

台には中心角が約 270 度の大型円弧形リニアモータのシ
ャフトが固定されており、各腕の第一関節として 2 台の可１．１．２

動子を有する。そして、各腕の第一関節の可動部には中心角が約 90 度の大型円弧形リニアモータを備え、第二関節手術における基本的な動作として把持動作，直動動作，回転動作を備えたマスタ・スレーブ型 3 自由度力触覚鉗子

として駆動する。第一関節の円弧を含む平面と第二関節の円弧を含む平面は常に直交する。また、第一関節の RCM

ロボットは，マスタとスレーブがエンドエフェクタを除いて同様の構造を有する遠隔操作ロボットである。図 2 に 3KISTEC研究報告2019（2019.7）

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3 自由度力触覚鉗子ロボット

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

自由度力触覚鉗子ロボットの 3D モデルを示す。各ロボッ
トにおいて、2 台の直動型モータがそれぞれ把持動作、直動動作、回転型モータが回転動作をおこなう。エンドエフ
ェクタとしてマスタはハンドル，スレーブは腹腔鏡手術用
鉗子の先端を備える。

１．２

加速度制御

ロボットを駆動するモータの位置、力の高精度な制御は
外乱オブザーバ [6]を用いたロバストな加速度制御によって実現可能である。本研究では、プラットフォームに加速度制御に基づく位置制御、3 自由度力触覚鉗子ロボットに

図 3. 手術支援システムの構成

加速度制御に基づくバイラテラル制御を実装する。

１．２．１ 位置制御
加速度制御に基づき、モータの位置の PD 制御をおこなう。加速度参照値 X ref は式(1)で表される。
X ref = C p (X cmd – X res )(1)

Cp=Kp+sKv
(2)
cmd
res
X は位置指令値、X は位置応答値を表す。C p は位置制御器であり、本研究では PD 制御をおこなう。s、K p、K v
はそれぞれラプラス演算子、位置ゲイン、速度ゲインである。外乱オブザーバによって外乱を推定し補償することで、ロバストな加速度制御系となる。位置情報は各モータが備えるエンコーダで取得する。速度情報は位置応答値の擬似微分によって推定する。

た視覚情報を確認し、手元の入力装置で双腕型プラットフ
ォームに位置指令値を与え、力触覚鉗子ロボットのマスタ

１．２．２ バイラテラル制御を介してスレーブを操作する。なお、プラットフォームの左腕と右腕は同様の構造であるため、本実験では右腕のみ

マスタ・スレーブ型遠隔操作ロボットにおける力触覚伝
達手法の一つであるバイラテラル制御では、位置情報や力を使用して検証をおこなう。

情報を送信して力触覚を伝達する。本研究では、位置情報と力情報を双方向に送信する加速度制御に基づいたバイ

２．

ラテラル制御を用いる [7]。加速度制御に基づくバイラテ
ラル制御では、式(3)、式(4)の制御目標を同時に達成する本研究で開発した手術支援システムを用いて遠隔操作

形リニアモータの磁力が 3 自由度力触覚鉗子ロボットの動作に及ぼす影響を確認した。

(3)
(4)

式(3)でマスタの位置 X m とスレーブの位置 X s を一致させ、かつ、式(4)でマスタに加わる外力 F m とスレーブに加わる

２．１

実験方法

図 4 に示す操作者側の実験装置は、視覚情報を提示する
ためのディスプレイ、双腕型プラットフォームに位置指令

外力 F s に作用反作用の法則を成り立たせることで、環境のかたさを操作者に伝達することが可能となる。

値を与えるためのキーボード、3 自由度力触覚鉗子ロボッ
トのマスタで構成した。図 5 に示す環境側の実験装置は、

バイラテラル制御で扱う位置情報はエンコーダで取得する。一方、力情報は反力オブザーバで推定する [8]。力視覚情報取得のためのカメラ、右腕に 3 自由度力触覚鉗子
ロボットのスレーブを搭載した双腕型プラットフォーム

センサレスの構造を採用することで、装置のコストや機構の複雑化等を抑えることが可能である。

１．３

実験と結果

による検証実験をおこない、双腕型プラットフォームの基
本的な性能およびプラットフォームを構成する大型円弧ことで、スレーブが接触した物体（環境）のかたさを操作者に伝達する。
X m– X s = 0
F m+ Fs = 0

図 4. 操作者側の実験装置で構成した。環境として縫合練習パッドを使用した。
実験において、視覚情報はカメラで取得し、リアルタイ

実験の概要

ムで操作者に提示した。双腕型プラットフォームの各モー
タには一定の位置指令値を与え、キーボード入力時に第一双腕型プラットフォーム、3 自由度力触覚鉗子ロボット、カメラ等の機器で図 3 に示す手術支援システムを構成し、関節または第二関節の位置指令値を 0.5 秒間で 10mm 変化させた。位置指令値が変化した際の大型円弧形リニアモー

基礎的な検証実験をおこなう。バイラテラル制御を実装した 3 自由度力触覚鉗子ロボットのスレーブを双腕型プラ

タの移動速度は一定とした。環境への接触は 3 自由度力触覚鉗子ロボットを用いておこなった。

ットフォームの右腕に搭載する。操作者はカメラで取得し

71

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

図 6. 双腕型プラットフォーム右腕の位置応答

図 5. 環境側の実験装置(a) 把持動作、直動動作の位置応答

実験は下記の手順でおこなった。
（1）環境に非接触な状態で 3 自由度力触覚鉗子ロボットの各自由度を操作した。
（2）双腕型プラットフォームの右腕第二関節を上方向に駆動した。
（3）力触覚鉗子ロボットの直動動作で環境に接触した後、環境を 2 回把持した。
（4）第一関節を右方向に動かし、直動動作による環境へ(b) 把持動作、直動動作の力応答の接触動作をおこなった。
（5）第一関節を左方向に動かし、直動動作による環境への接触動作をおこなった。

２．２．実験結果
実験結果として双腕型プラットフォーム右腕の位置応答を図 6、3 自由度力触覚鉗子ロボットの位置応答および力応答を図 7 に示す。図 6 の位置応答値より、双腕型プラ(c) 回転動作の位置応答

ットフォーム右腕の第一関節、第二関節の位置応答値が与えられた位置指令値に追従したことが確認できる。図 7 の実験結果では、各動作においてマスタの位置応答値にスレーブの位置応答値が追従し、かつ推定反力に作用反作用の法則が成立していることが確認できる。環境への接触では使用した動作において反力が増大しており、マスタ・スレーブ間において力触覚が伝達された。一方、本実験では重力の影響を考慮していないため、双腕型プラットフォーム(d) 回転動作の力応答
図 7. 3 自由度力触覚鉗子ロボットの位置・力応答の第二関節を上方向に駆動した後に、重力によって生じる力も操作者に伝達されたことが確認できる。

３．

評価をおこなう必要がある。また、大型円弧形リニアモータは磁力が強く、モータ間に干渉が生じる可能性があったが、本実験において影響は確認されなかった。しかし、プ考察及び今後の展望

本実験で使用した 3 自由度鉗子ロボットのスレーブの質量は約 2.5 kg である。図 6 において双腕型プラットフォ

ラットフォームの動作に応じた重力の補償は必要である。
今後の展望としては、積載量や位置決め精度の検証など、ームの右腕第二関節を上方向に移動させた際にも精度良く指令値に応答値が追従したことから、開発したプラット

双腕型プラットフォームの基本性能の検証を進める。縫合作業等の両手を用いた作業や、持ち上げ動作等の大きな出フォームが約 2.5 kg 程度の多自由度ロボットを持ち上げる能力を有することが確認できる。一方、搭載した多自由力を要する作業による評価をおこなう。また、本研究では
腹腔鏡下外科手術を想定した多自由度ロボットを開発し度ロボットが環境を持ち上げる場合には、一時的に負荷が増大する。したがって、手術中に想定される様々な作業で

KISTEC研究報告2019（2019.7）

たが、プラットフォームに搭載する多自由度ロボットについては他分野にも拡張する予定である。

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【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット【参考文献】

Industrial Electronics (2019).

1. R. H. Taylor and D. Stoianovici, IEEE Transactions on
Robotics and Automation, 19, 5, 765-781 (2003).

5. H. Asai, T. Shimono, Y. Fujimoto, T. Mizoguchi, and K.
Ohnishi, IEEE Transactions on Industry Applications, 55, 1,

2. G. S. Guthart and J. K. Salisbury Jr., Proceedings of IEEE
International Conference on Robotics and Automation, 618-621

437-447 (2019).
6. K. Ohnishi, M. Shibata, and T. Murakami, IEEE/ASME(2000).
3. B. Hannaford, J. Rosen, D. W. Friedman, H. King, P. Roan, L.

Transactions on Mechatronics, 1, 1, 56-67 (1996).
7. W. Iida and K. Ohnishi, Proceedings of the 8th IEEE

Cheng, D. Glozman, J. Ma, S. N. Kosari, and L. White, IEEE
Transactions on Biomedical Engineering, 60, 4, 954-959

International Workshop on Advanced Motion Control, 217-222(2004).

(2013).
4. T. Matsunaga, H. Asai, T. Shimono, and K. Ohnishi,

8. T. Murakami, F. Yu, and K. Ohnishi, IEEE Transactions on
Industrial Electronics, 40, 2, 259-265 (1993)

Proceedings of the 28th IEEE International Symposium on

73

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

脳性麻痺児のための 3 軸座位保持支援装置の開発
富樫

１．

信之

序論

近年の研究により新生児 1000 人の内，2 から 3 人の割合で脳性麻痺を発症するという調査結果が報告されている[1]。このような脳性麻痺を発症した児童の生活支援を行うため，今日ではロボット技術の導入による支援が行われるようになっている[2][3]。
脳性麻痺を発症した児童は，日常生活において座位姿勢の保持に多くの問題を抱えている。脳性麻痺を発症した児童は会話や食事等の僅かな刺激を受けた際に，座位姿勢を崩す。そのため，抱きかかえるようにして座位姿勢を保持しなければならず，介護を行う親の負担が増加する。その問題を解決するため，今日では児童の座位姿勢を保持する器具が開発されている。また，児童の自立支援を促すため，
ロボット技術を導入した車椅子型の座位保持支援の研究についても報告されている[4][5][6]。
しかしながら，これらの器具はいずれも座位姿勢を強制的に保持するものであり，児童が姿勢を自由に反らすことが困難となってしまう。自由に座位姿勢を変えることが出来なくなってしまった結果，児童がストレスを抱え込んでしまう等の問題が生じる。そこで，本研究では椅子に加わった力に応じて座位姿勢を変えることが可能な椅子型の装置を開発した。この装置はリクライニング，腰のひねり及び首周りにモータが搭載されており，モータにより駆動

図 1. 3 軸座位保持支援装置[10]する装置となっている。本稿では開発した装置及びリクラ
イニングの制御手法について述べる。

表 1. 3 軸座位保持支援装置のパラメータ[10]２． 3 軸座位保持支援装置と運動制御
２．１ 3 軸座位保持支援装置
図 1 に開発した 3 軸座位保持支援装置を示す。この装置
はリクライニング，腰のひねり，首周りの 3 箇所がモータによって駆動される。それぞれの可動範囲はリクライニン
グが 45°，腰のひねりが±30°，首周りが 45°となっている。
また，各駆動部には減速機が実装されており，これにより大きなトルクが出力可能となっている。さらにリクライニ
ングにおいては減速比の増加を抑え，良好なバックドライ

1.14×103 mm

Weight of the reclining part17.0 kg

Length of the backrest

540 mmSeat size

400 mm ×400 mm

Weight of the chair

67.0 kg

Gear ratio of the right side in reclining

96.0

Gear ratio of the left side in reclining

96.0

Gear ratio of the twist of hip

35.8

Gear ratio of the neck

5.00ている。表 1 に開発した 3 軸座位保持支援装置の機械的パバビリティを獲得するため，2 個のモータによるツインド
ライブ方式を採用している。装置に取り付けられている背ラメータを示す。

もたれや座面，首周りのクッションやシートは車椅子型の座位保持器具から移植したものであり，対象となる被験者

２．２の体格に合わせて作成されたものとなっている。座面には，股の開き具合を固定するクッションが取り付けられており，背もたれには体の軸を固定するベルトが備え付けられ

KISTEC研究報告2019（2019.7）

Length of the reclining part

リクライニングの運動制御

本装置では力に応じて姿勢の保持と姿勢の変化を切り替えるために，可変コンプライアンス制御を実装する[7]。
また，ロバストな加速度制御を実現するために外乱オブザ
ーバを，人が装置に加えた力をトルクとして推定するため74

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

図 4. 反り返りの動作における力の関係を設ける。この状態における遷移条件は次の通りである。

図 2. リクライニングにおける運動制御のブロック線図

a. Tlow<Treac のとき，t1 秒待機する。t1 秒後，Tlow<Treac を満たしている場合，Treac に応じて b または c の条件のどちらかを実行する。満たしていない場合は普段の姿勢の保持を継続する。
b. Tlow<Treac<Thigh のとき，変化の目標値 θlow を設定して，反り返りの動作に移る。
c. Treac>Thigh のとき，変化の目標値 θhigh を設定して，反り返りの動作に移る。
Tlow および Thigh はそれぞれ，トルクの閾値を示し，θlow お
よび θhigh はそれぞれ小さく反る場合の変化量の目標値と大きく反る場合の変化量の目標値を示す。t1 はこの状態における設定した待機時間を示す。

図 3. 座位の状態[10]２．２．２に反トルク推定オブザーバを実装する[8][9]。図 2 にリク
ライニングに実装したブロック線図を示す。図中の DOB

反り返りの動作

反り返りの動作においては，図 4 に示すように急な加減速を防止するために，動作開始時は椅子から人に加わる抵

は外乱オブザーバを，RTOB は反トルク推定オブザーバを示す。Treac は RTOB によって推定された人が装置に加えた抗力を減少させ徐々に加速し，目標角度付近に接近した場
合は抵抗力を増加して減速する必要がある。この力関係を

トルクを示す。θini は普段の姿勢を表し，装置に印加された力に応じて生成された角度，角速度，角加速度の変化量満たすよう設計した，反り返り時における可変コンプライ
アンス制御が(2)式から(5)式である。

を普段の姿勢の角度に加えて演算することによって，姿勢の変化と姿勢の保持を切り替える。
図 3 に座位の状態図を示す。座位の状態は，1.普段の状態の保持，2.反り返りの動作，3.反り返り後の姿勢の保持，4.普段の状態まで戻す動作の 4 つに状態分けされる。この4 つの状態に応じた生成すべき角度，角速度，角加速度の変化量および状態遷移の条件について述べる。

２．２．１ 普段の状態の保持
普段の状態の保持における可変コンプライアンス制御(2)式から(5)式中の s はラプラス演算子を示す。Kf，Kc1，器によって生成される角度，角速度，角加速度の変化量は(1)式となる。

Dc1，M はコンプライアンス制御に用いる力ゲインおよび仮想的な弾性，粘性，慣性を表し，それぞれ定数値として用いる。また，Tmin は動作中の抵抗力の極小値を示す。θcmdには θlow または θhigh が代入される。
椅子からの抵抗力 Tcomp(1)式に示すように変化量を 0 とすることによって，姿勢が(3)式によって生成され，(2)式により加速度が計算され，(4)式および(5)式に示すようにその積分によって角度およの保持が可能となる。
普段の姿勢の保持から反り返りの動作への遷移条件は，

び角速度の変化量が生成される。θc が 0<θc<θcmd /2 の範囲にある場合には抵抗力が減少し，θcmd /2<θc<θcmd の範囲に椅子に印加された力によって決定する。反り返りの動作においては，小さく反る場合と大きく反る場合の 2 種類があある場合には抵抗力が増加する。これにより，図 4 の力関係を満たすように動作することが可能となる。θc≧θcmd をるため，力に応じて反り返り動作における変化量の目標値を設定する。また，過敏な動作を防止するため，待機時間

満たした場合，反り返り後の姿勢の保持に移行する。

75

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

２．２．３ 反り返り後の姿勢の保持
反り返り後の姿勢の保持における可変コンプライアン
ス制御器によって生成される角度，角速度，角加速度の変化量は(6)式および(7)式となる。

生成される角度を θcmd に固定し，角速度および角加速度を0 とする。これにより，変化後の姿勢を保持することが可能となる。
また，反り返り後の姿勢の保持から次の動作に遷移する
場合，遷移する状態が 2 通りあり，元の姿勢に戻る場合か
あるいはより大きく姿勢を反る場合のどちらかである。遷

図 5. 実験における動作

移条件は次の通りである。
a. Treac< Tlow または Treac>Thigh のとき，t2 秒待機する。t2 秒
後，その条件を満たしている場合，Treac に応じて以下 b ま
たは c の条件を実行する。満たしていない場合は反り返り
後の姿勢の保持を継続する。
b. Treac< Tlow のとき，普段の状態まで戻す動作に移る。
c. Treac>Thigh かつ姿勢の保持の変化量が θlow の場合，変化の
目標値 θhigh を設定して，反り返りの動作に移る。
t2 はこの状態における設定した待機時間を示す。

図 6. 角度応答２．２．４ 普段の状態に戻す動作
普段の姿勢に戻す場合は，急激な変化を防止するために設定した時間によって戻るよう制御する必要がある。その条件を満たすよう設計した，可変コンプライアンス制御によって生成される椅子からの抵抗力は(8)式となる。

Kc2，Dc2 はコンプライアンス制御に用いる仮想的な弾性，
粘性，および慣性を表し，それぞれ定数値として用いる。

図 7. トルク応答

また，t および tconst は普段の状態に戻す動作に遷移してから経過した時間及び元の姿勢に戻すまでに要する時間をれぞれ 40.0Nm，65.0Nm とした。また，実験の動作を図 5に示す。図 5 に示すように，始めは小さい反り返りの動作示す。(8)式によって生成された椅子からの抵抗力 Tcomp を(2)式，(4)式および(5)式に代入することによって，変化すから開始し，その後小さい反り返り姿勢を保持した。その後元の姿勢に戻し，大きい反り返り動作を行い，大きい反べき角度，角速度，角加速度を得る。これにより，tconstで設定した時間通りに普段の状態に戻ることが可能となる。θcmd が 0 と一致した場合，普段の状態の保持に移る。

り返り姿勢を保持し，最後に元の姿勢に戻るよう椅子に力
を加えた。

３． 実験
３．１ 実験方法

３．２

図 6 および図 7 にリクライニングの角度応答及びトルク応答を示す。図の青色部分は反り返り後の姿勢の保持期間

実際にセラピストの方に試乗して頂き，前述のリクライ
ニングの運動制御について検証を行った。
θini は 30.0°とし，を表している。実験開始から 4 秒ほどでトルク応答が増加しており閾値 Tlow を超えているが，閾値 Thigh 未満であるた

姿勢を反らした場合，小さい反り返りの場合は 20.0°に，大きい反り返りの場合は 5.00°に収束する設定となってめに，小さい反り返り動作が実行され，角度 20.0°程まで動作している。その後，角度 20.0°程で数秒保持し，トルいる。姿勢保持中の待機時間 t1，および t2 はそれぞれ 1.00
秒および 3.00 秒とし，トルクの閾値 Tlow および Thigh はそKISTEC研究報告2019（2019.7）

実験結果

ク応答が閾値 Tlow を下回っているため，しばらく保持して76【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボットの他，腰のひねりや首周りの制御の設計が挙げられる。また，共同研究先である心身障害児総合医療療育センターの協力の下，臨床試験を実施することを予定している。

【参考文献】
1. C. Morris, “Definition and classification of cerebral palsy: ahistorical perspective,” Development Medicine and Child
Neurology, Vol. 109, No. 49 pp. 3–7, 2007.
2. L. Maisa, F. Frascarelli, P. Morasso, G. Di. Rosa, M. Petrarca,
E. Castelli, and P. Cappa, “Reduced short term adaptation to
robot generated dynamic environment in children affected by

図 8. 大きい反り返りの動作時の速度応答

Cerebral Palsy,” Journal of Neuroengineering
Rehabilitation, No. 1, Vol. 8, article No. 28, 2011.

から元の姿勢に戻っていることがわかる。これにより，小さい反り返りに対して適切に動作していることが確認さ

3. C. Bayon, R. Raya, S. L. Lara, O. Ramirez, I. Serrano J, andE. Rocon, “ Robotic Therapies for Children with Cerebral

れた。
大きい反り返りの動作についても同様に，実験開始から

Palsy: A Systematic Review,” Translational Biomedicine, No.
1:44, Vol. 7, pp. 1–10, 2016.

15 秒程で閾値 Thigh を超えている。そのため，角度 5.00°程まで動作し，その後数秒程角度 5.00°で保持されているため，大きい反り返りの動作が実行されていることがわかる。
さらにその後，トルク応答が閾値 Tlow を下回っているため，しばらく反り返り姿勢を保持した後に元の姿勢に戻っていることがわかる。このことから，大きい反り返りの動作

4. L. Marchal-Crespo, J. Furumasu, and D. J. Reinkensmeyer,“A robotic wheelchair trainer: design overview and a feasibility
study,” Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, No. 1,
Vol. 7, article No. 40, 2010.
5. C. W. Dennis, S. Stansfield, and H. M. Larin, “Feasability ofa mobile robot with alternative control system for a child withについても適切に動作することが確認された。
次に大きい反り返りの動作に注目し，反り返りの動作時

cerebral palsy,” Proceedings of the FICCDAT RESNA
Conference, pp. 1–4, Toronto, Canada, 2011.

の速度応答について検証する。図 8 に大きい反り返りの動作時の速度応答を示す。緑色の部分は反り返り動作の期間

6. C. Y. Zheng and T. T. Yang, “Development of portable handcycle for children with cerebral palsy ― The Malaysianを表している。反り返り開始から 15.5 秒ほどまで速度が増加していることから，安全に反り返り動作を開始していscenario: Wheelchair propulsion motion,” Proceedings of 2017
IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference, pp.

るということが伺える。また，15.5 秒からは速度が減少していることから，徐々に減速して停止を試みているという

873–877, 2017.
7. N. Motoi, T. Shimono, R. Kubo and A. Kawamura, “Task

様子が伺える。このことから，反り返り動作中の可変コン
プライアンス制御が有効に機能しているということが確

Realization by a Force-Based Variable Compliance Controller
for Flexible Motion Control Systems,” IEEE Transactions on

認された。しかしながら，反り返り動作の期間中に速度が0 まで減速せず，姿勢保持に移行してから 0 に収束してしIndustrial Electronics, Vol. 61, No. 2, pp. 1009-1021, February
2014.

まったため，急な減速となってしまっていることも確認さ
れた。

４．

and

8. T. Murakami, F. Yu, and K. Ohnishi, “Torque Sensorless
Control in Multi degree-of-freedom Manipulator,” IEEE

考察及び今後の展望Transactions on Industrial Electronics, Vol. 40, No. 2, pp.
259–265, 1993.

今回の実験では，力に応じて姿勢の保持と姿勢の変化を切り替えるという機能的な部分については有効に動作し

9. K. Ohnishi, M. Shibata, and T. Murakami, “Motion Control
for Advanced Mechatronics,” IEEE/ASME Transactions onているという知見が得られた。しかし，反り返り動作時において姿勢の保持に移行する前に十分に減速せず，急な減

Mechatronics, Vol. 1, No. 1. pp. 56–67, 1996.
10. N. Togashi, S. Shimono, T. Nozaki, T. Shibata, Y. Aoyama,

速になってしまっていることも確認された。この現象については，姿勢の保持と姿勢の変化の間に制御の連続性がな

and Y. Kitahashi, “Development of Three-axis Seating Posture
Holding Assist Chair and Proposed Variable Compliance

いために引き起こされてしまっていると考えられる。したがって，姿勢の保持と姿勢の変化を連続して行うことが可Control,” Proceedings of International Conference
Mechatronics, ICM2019, Vol. 1, pp. 455—460, 2019.

能なコンプライアンス制御の提案が今後必要となる。
今後の展望としては，リクライニングの運動制御の改善

77

on

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

磁気ギアードリニアモータの開発
下野

１．

誠通、浅井

はじめに

昨今，機械式ギアの代替となる駆動力増幅機構として非接触での動力伝達が可能な磁気ギアが注目を浴びている。
永久磁石同士の引力・斥力によって動力が伝達される磁気ギアは従来の機械式ギアに比べ，低騒音・低振動・メンテ
図 1. 磁気ギアードリニアモータ[6]ナンスフリーといった特徴を持つ[1]。また過剰な負荷が印加された際はギアの内部で空転が発生するため，システム全体を保護するトルクリミッタとしての役割を果たすことも可能である。このような永久磁石を用いた磁気ギアに永久磁石型同期モータを一体化させた磁気ギアードモー
タと呼ばれるシステムも提案されている。互いの永久磁石が共通要素として構成されており，モータと磁気ギアを個別に用いる場合に比べ部品点数の削減やシステム全体の小型化が可能である[2]。先行研究ではラジアル型やアキシ
ャル型の磁気ギア[3]や，リニアモータを組み合わせた磁気
ギアードリニアモータ[4]などが提案されている。

２．

磁気ギアードリニアモータの構造・原理

図 2. 磁気ギアードリニアモータ CAD 図[6]

そこで本研究では，直動型磁気ギアに三相同期モータを組み合わせた磁気ギアードリニアモータを開発した[5][6]。
磁気ギアードリニアモータの実機および CAD 図をそれぞ表 1. 磁気ギアードリニアモータのパラメータ[6]Permanent magnets

Outer/Inner

Material

Neodymium N40SH

Inner diameter [mm]31.0/11.0側(高速側)永久磁石，ポールピース，内側(低速側)永久磁石で構成されており，3 相コイルと高速側永久磁石がリニア

Outer diameter [mm]45.0/0.00

Thickness [mm]20.0/3.75

モータを，高速側永久磁石，ポールピース，低速側永久磁
石が磁気ギアを構築している。磁石はいずれも軸方向に磁Pole piece

れ図 1 および図 2 に示す。また構造パラメータを表 1 に示す。磁気ギアードリニアモータはそれぞれ 3 相コイル，外化されており，同極同士で接合することで接合部に径方向の磁束が集中する構造となっている。
リニアモータ部では，コイルに印加された 3 相交流と径方向への磁束が鎖交することによって高速側永久磁石にSteel S45C

Inner diameter [mm]15.0Outer diameter [mm]28.0

Thickness [mm]3.16

Coil windings

軸方向への推力が生成される。磁気ギア部は，永久磁石による磁束がポールピースによって変調されることで内外磁石が同期し，推力が伝達・増幅される原理となっている。
そのためこのモータは，磁気ギアによって増幅されたリニMaterial

CopperNumber of turns[/slot]

40

Magnetic gear

アモータの推力を低速側永久磁石から出力として得られる構造となっており，従来のリニアモータに比べ推力密度の増加が期待できる。ここで高速側磁石極対数を Nh，低速側磁石極対数を Nl とするとポールピース極数 Npp および磁気ギアによるギア比 Gr はそれぞれ式(1)および式(2)から定められる。
𝑁𝑁𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑁𝑁𝑙𝑙± 𝑁𝑁ℎ ……………………………(1)
𝐺𝐺𝑟𝑟 = ∓ 𝑁𝑁𝑙𝑙 ⁄𝑁𝑁ℎ ……………………………(2)KISTEC研究報告2019（2019.7）

Material

78

Number of pole pairs forhigh speed mover3

Number of pole pairs forlow speed mover16

Number of pole pairs forpole piece

19

Gear ratio

-5.33

洋

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

図 3. 高速側永久磁石による磁束密度のスペクトル[6]図 5. 低速側永久磁石による磁束密度のスペクトル[6]図 4. 高速側永久磁石による変調後磁束密度のスペクトル[6]図 6. 低速側永久磁石による変調後磁束密度のスペクトル[6]なお負のギア比は高速側と低速側が互いに反対方向へ駆を目的とした構造の検討も行われている[7]。また周期動することを意味する。

120mm に対する低速側永久磁石による磁束密度分布のス
ペクトル分析結果を図 5 に示す。この結果から図 4 の変調

３．

本章では磁気ギアードリニアモータの電磁界解析を行

後磁束密度と同様に 16 次の成分を有することが分かる。
以上から,高速側永久磁石による磁束密度分布がポールピ

い，磁気ギア部の原理検証や最大伝達推力およびコギング力の導出を行う。

ースによって低速側永久磁石と同一の周期を有する磁束密度分布へと変調されていることが確認できる。さらに低前章にて述べた通り，磁気ギアにおけるポールピースは磁束の周期を変調し高速側および低速側の永久磁石を同速側永久磁石によって生成された磁束密度の変調後のスペクトル分析結果を図 6 に示す。この結果においても同様期させる役割を持つ。そこでポールピースによる磁束の変調を確認するため電磁界解析ソフト JMAG Designer によに高速側極対数である Nh =3 次の高調波成分が生成されている。以上から高速側から低速側，または低速側から高速る有限要素解析を行った。図 3 は周期 120mm に対する高速側永久磁石による磁束密度分布のスペクトル分析結果側のどちらの場合であっても同一の周期を有する分布へと変調されていることが分かる。

を示す。なお周期 120mm は高速側 1 磁極対 40mm と低速
側 1 磁極対 7.50mm の最小公倍数である。この結果から高また電磁界解析から磁気ギア部における最大伝達推力を導出する。最大伝達推力とは磁気ギアが伝達可能な力の速側極対数として設計した Nh =3 次の高調波成分が生成されていることが確認できる。これらの磁束密度は Npp=19

最大値であり，最大伝達推力以上の力が印加された場合は可動部が空転する。最大伝達推力は高速側可動子(永久磁

次のポールピースによって異なるスペクトルを有する磁束密度へと変調される。変調後の磁束密度のスペクトル分石)を固定した状態で低速側可動子(永久磁石)を移動させることで空転状態を解析上で再現し，発生する磁気吸引力

析結果を図 4 に示す。この結果から低速側極対数として設計した Nl=16 次の高調波成分へと変調されていることがの最大値を解析することで明らかになる。これら空転状態
を電磁界解析上で再現した際のポールピース，高速側可動確認できる。なお同様に生成されている 22 次成分は，式(1)における Nh =3 および Npp=19 での Nl の別解である。一子，低速側可動子に発生する力を図 7 に示す。この結果か
ら，設計した磁気ギアードリニアモータにおける最大伝達

般に磁気ギアでは非同期の高調波磁束によって磁石に渦電流が発生することが知られており,渦電流損失の低減

推力は 77.1N であることが確認された。
さらに磁気ギア部におけるコギング力を電磁界解析か

電磁界解析

79

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

図 9. 磁気ギアードリニアモータの推力特性試験結果[6]図 7. 空転時における磁気吸引力の変動[5]図 10. 電流印加時の位置応答値

る推力特性試験を行う。実験ではコイルに三相交流を印加し，両可動子に発生する推力をロードセルを用いて測定している。実効値 0.7A から 0.1A 毎に測定した推力を図 9 に示す。図 9 から高速側可動子の推力定数は 17.0N/A，低速
側可動子の推力定数は 84.6N/A となっており，リニアモータ部の出力が磁気ギアによって増幅されていることが確認できる。一方，両者の比率は 4.97 であり設計したギア比である 5.33 とは 6.75%の誤差が発生している。この誤差の主要因は前章にて述べたコギング力であり，特に高速側可

図 8. 無負荷時における磁気吸引力の変動[5]動子の推力定数である 17.0N/A に対しコギング力 8.17N の割合は非常に大きい。図 9 におけるエラーバーは推力計測

ら導出する。コギングとは磁石と磁性体間で働く吸引力による力の脈動現象であり，その原理から従来の機械式ギアでは発生しない。また磁気ギアではコギング力は低速側極値の最大値および最小値を示しており，高速側では特に変動が大きいことが分かる。

数とポールピース極数の最小公倍数が大きいほど小さくなることが知られている。コギング力は高速側可動子と低また図 10 はコイルに実効値 1.1A を印加した際の両可動子の位置応答値の変化を示す。実験開始から 5.5 秒後に速側可動子を互いに磁気的に安定な位置関係を保った状
態で駆動させることで無負荷状態を再現し，発生する力の脈動を解析することで明らかになる。これら無負荷状態を電磁界解析上で再現した際のポールピース,高速側可動子，
低速側可動子に発生する力を図 8 に示す。この結果から，設計した磁気ギア部におけるコギング力は高速側可動子

電流を印加しており，それに伴い両可動子が移動している。
両可動子の位置変動の比率は 5.59 であり，設計したギア比である 5.33 とは 4.88%の誤差が発生している。こちらに関しても同様にコギング力が誤差の主要因であることが予想される。

では 8.17N，低速側可動子では 5.27N であることが確認された。

５．

結論および今後の展望

本研究では磁束変調型磁気ギアにリニアモータを組み

４．

実機実験

合わせた磁気ギアードリニアモータを設計・開発した。本項では電磁界解析用の 3 次元モデルや実機をもとに磁気

本章では図 1 の磁気ギアードリニアモータ実機におけ

KISTEC研究報告2019（2019.7）

80

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

ギアードリニアモータの原理実証および特性試験を行っmarine energy,” IET Renewable Power Generation, Vol. 12,

た。これらの結果から，開発した磁気ギアードリニアモー
タが概ね設計ギア比通りに動作することを確認した。今後

Issue. 2, pp. 174-181, 2018.
4. S. Niu, S. L. Ho, and W. N. Fu: “Performance Analysis of aの展望としては，コギング力の主要因となる非同期高調波
磁束を対象とした各種検討を行っていく。

Novel Magnetic-geared Tubular Linear Permanent Magnet
Machine,” IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 10, pp.

【参考文献】

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算に基づく磁気ギアードリニアモータの推力導出,” 電“Pseudo” Direct-Drive Brushless Permanent Magnet Machine”,
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pp. 130-134, 2009 年.

81

KISTEC研究報告2019（2019.7）

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

業績【原著論文】

ＮＵ研究イノベーション・シンポジウム 2018, 2018 年 11

1. M.K.C.D. Chinthaka and T. Shimono, “Inertia Compensationof Motion Copying System for Dexterous Object Handling,”

月, 横浜

IEEJ Journal of Industry Applications, 7, 6, 495-505 (2018).

3. 下野誠通，“リアルハプティクスの医療機器応用”，
医療機器開発支援セミナー, 2018 年 12 月, 横浜

2. K. Ogawa, M. Yousef Ibrahim, and K. Ohnishi,“Development of Flexible Haptic Forceps Based on the

4. 大西公平，“リアルハプティクス技術を用いた外科支Electro-Hydraulic Transmission System,” IEEE Transactions
on Industrial Informatics, 14, 12, 5256-5267 (2018).

援手術ロボット”，
第 11 回日本ロボット外科学会学術集会,

2019 年 1 月, 名古屋

3. H. Asai, T. Shimono, Y. Fujimoto, T. Mizoguchi, and K.

5. K. Ohnishi, “Haptics-Led Innovation,” The IEEE 20thOhnishi, “Mathematical Modeling of Semicircular Linear
Motor Based on Vector Potential with Landen'sInternational Conference On Industrial Technology, ICIT2019,2019 年 2 月, オーストラリア

Transformation,” IEEE Transactions on Industry Applications,55, 1, 437-447 (2019).

【口頭発表】

4. H. Asai, T. Shimono, and T. Mizoguchi, “Disturbance

1. Y. Hatta and T. Shimono, “Analysis of Interior Permanent
Magnet Two Degrees of Freedom Motor Based onModeling based on Fourier Series for Precise Reaction Force
Estimation in Semicircular Linear Motor,” IEEJ Journal of

Cross-Coupled Structure,” The 2018 International PowerElectronics Conference, IPEC2018, 2018 年 5 月, 新潟

Industry Applications, 8, 3, 512-521 (2019).
2. N. Inamura, T. Shimono, T. Mizoguchi, T. Nozaki, S. Ishii
5. S. Nagai, R. Oboe, T. Shimono, and A. Kawamura, “FastForce Control without Force Sensor Using Combination ofand K. Ohnishi, “Improvement of Supporting Robot for
Lower Limb and Evaluation of Output Force in Vertical

aaKF and RFOB for In-circuit Test with Probing System,” IEEJ
Journal of Industry Applications, 8, 2, 152-159 (2019).

Direction,” IEEE International Conference on AdvancedIntelligent Mechtronics, AIM2018, 2018 年 7 月, ニュージーランド

6. A. Suzumura and Y. Fujimoto, “Generalized Design of
3. M. Aoki1, T. Shimono, T. Matsunaga, T. Mizoguchi,
S. Shibao, H. Sasaki, and K. Ohnishi, “Identification Method

Position-Based
Bilateral
ControlParameterizedbyComplementary Sensitivity Function,” IEEE Transactions on
Industrial Electronics, 65, 1, 8707-8717 (2018).

of Environmental Stiffness using Haptic Forceps for Brain
Surgery,” IEEE International Conference on Advanced【総説・解説】
1. 下野誠通, 野崎貴裕，“高齢化社会におけるロボット活Intelligent Mechtronics, AIM2018, 2018 年 7 月, ニュージーランド

用の展望 リアルハプティクス技術で介護に幸福な未来を”，公益財団法人介護労働安定センター, CARE WORK，

4. A. Nakamura and T. Shimono, “Accurate Force Control of2018 年 5 月号, 10-12.

Flexible Manipulator based on Mismatch of Stiffness in LoadSide Observer,” IEEE International Conference on Advanced

2. 大西公平, 溝口貴弘, 下野誠通，“力触覚のあるロボッ
ト”，人工臓器, 47 巻 1 号, 1-6.

Intelligent Mechtronics, AIM2018, 2018 年 7 月, ニュージーランド

3. “力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット”, 機械

5. M. Horkoshi, T. Matsunaga, T. Shimono, T. Kageyama, and J.

設計 2018 年 11 月号別冊 The ROBOT 62 巻 13 号, 103

Fukuda,“Penetration
Detection
MethodUsing
jerk-dimension Signal without a Force Sensor,” The 8th【招待講演】
1. Kouhei Ohnishi, “Real Haptics,” The 37th Chinese Control

International Workshop on New Methods of Damage and
Failure Analysis of Structural Parts, 2018 年 9 月, チェコ共

Conference, CCC2018, 2018 年 7 月, 中国

和国

2. 下野誠通，“リアルハプティクスが拓く未来医療”，Ｙ

KISTEC研究報告2019（2019.7）

6. A. Zignoli ， T. Shimono, and F. Biral, “Rationale for82

【研究開発部】力を感じる医療・福祉介護次世代ロボット

robots:15. 藤代崇弘, 富樫信之, 下野誠通，“力情報に基づく下

simulation results,” The 44th Annual Conference of the IEEE
Industrial Electronics Society, IECON2018, 2018 年 10 月,

肢機能評価に関する一考察”，電気学会メカトロニクス
制御研究会, 2018 年 9 月，東京

researchingin

DOB/OC-based

rehabilitation

アメリカ
16. 生方瑞城, 下野誠通，“等価磁化電流による磁束密度
計算に基づく磁気ギアードリニアモータの推力導出”，
平成 31 年電気学会リニアドライブ研究会, 2019 年 1 月,

7. N. Inamura, T. Shimono, T. Mizoguchi, T. Nozaki, S. Ishii,
and K. Ohnishi, “Comparison between Calculated andMeasured Output Force of Supporting Robot for Lower Limb

東京

Function,” The IEEJ International Workshop on Sensing,
Actuation, Motion Control, and Optimization 2019,【展示会】
1. さがみロボット産業特区 かながわロボタウン, 神奈川

SAMCON2019，2019 年 3 月, 千葉

県庁, 辻堂テラスモール, 2018 年 11 月 23 日～25 日

8. M. Aoki, T. Shimono, T. Matsunaga, T. Mizoguchi, S. Shibao,
H. Sasaki, M. Nishimoto, E. Ishihara, and K. Ohnishi,

2. 健康未来 EXPO2019, ポートメッセなごや, 2019 年 3 月
30 日～4 月 7 日“Utility Consideration of Haptic Forceps for Brain Surgery,”The IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation,【記者発表・取材】

Motion Control, and Optimization 2019, SAMCON2019,2019 年 3 月, 千葉

1. 日刊工業社電子版, ロボ実用化へ連携呼びかけ
KISTEC が「未来医療シンポ」, 2019 年 3 月 8 日

9. M.K.C.D. Chinthaka, and T. Shimono, “Adaptability【その他】

Improvement of Handling Object based Inertia Variation in
Multi DOF Motion Copying System,” The IEEJ International

1. ものづくりライフイノベーション・シンポジウム 2018,
ポスター展示, 2018 年 6 月 27 日

Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, andOptimization 2019, SAMCON2019，2019 年 3 月, 千葉

2. かながわ福祉介護ロボットコンソーシアム

マッチン

グセミナー2018, 主催, KSP 西棟 7 階 709 号室, 2018

年 12 月 12 日

10. T. Matsunaga, T. Shimono, and K. Ohnishi, “Developmentof Multi Degree of Freedom Haptic Forceps Robot with
Multi Actuated Fingers,” The IEEJ International Workshop

3. 第 2 回未来医療ロボット技術シンポジウム, 共催, 2019

on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
2019, SAMCON2019，2019 年 3 月, 千葉

年3月1日

11. T. Mizoguchi, G. Kokubun, N.Yamaguchi, T. Shimono,and K. Ohnishi, “Experimental Study on Bilateral Control

4. KISTEC 教育講座「モーションコントロールの基礎」開講, 2019 年 3 月 7 日、8 日

System under Different Wireless Communication Methods,”
IEEE International Conference on Mechatronics, ICM2019,【特許】

2019 年 3 月, ドイツ

国際特許出願2件

国内特許出願1件

12. N. Togashi, S. Shimono, T. Nozaki, T. Shibata, Y. Aoyama,
And Y. Kitahashi, “Development of Three-axis Seating
Posture Holding Assist Chair and Proposed Variable
Compliance Control,” IEEE International Conference on【受賞】
1. 松永卓也，
一般財団法人 FA 財団 平成 30 年度 論文賞，

Mechatronics, ICM2019，2019 年 3 月, ドイツ

2018 年 12 月 14 日

13. 曽根田千夏, 佐久間昴輝, 浅井洋, 下野誠通,
大西公平，“積層型アキシャルモータの特性解析”，平

2. T. Matsunaga, T. Shimono, and K. Ohnishi, IEEJSAMCON2019, Outstanding Paper Award

成 30 年電気学会産業応用部門大会, 2018 年 8 月，横浜
14. 松永卓也, 下野誠通, 大西公平，“異構造力触覚装置で構成した動作再現システムにおけるスケーリングを用いた力触覚情報加工の一手法”，平成 30 年電気学会産業応用部門大会, 2018 年 8 月，横浜

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KISTEC研究報告2019（2019.7）