H∞制御によるスラスタの動特性を考慮した水中回転弾性アームの位置決め制御

• Project/Area Number: 07750274
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Kanagawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 川島 豪 神奈川工科大学, 工学部, 助教授 (70186089)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 水中ロボット / マニプレータ / 位置決め / スラスタ / 柔軟構造物 / H∞制御

Research Abstract

水中ロボット用マニピュレータは速度の2乗に比例した流体抗力を受けるため、一般的なモータを用いた回転駆動方式ではアーム付け根に大きな曲げ応力が生じてしまう。この問題を解決するため、著者は駆動力としてマニピュレータ先端付近に取り付けたスラスタを用いることを提案してきた。しかし、小型のスラスタは回転数を測定できないことが多く、オブザ-バを必要とするが、強い非線形性のためオブザ-バの設計が難しいという問題がある。また、マニピュレータにより作業をおこなう場合、先端に未知の物体が把握されるため高いロバスト性が要求される。そこで本研究では、水中ロボット用マニピュレータの位置決め制御システムの設計に、制御器の次数が高くなり高速な演算装置を要求とするがロバスト性を考慮できかつオブザ-バを同時に設計できるH∞制御理論を適用することを提案、スラスタ駆動式水中回転弾性アーム用位置決め制御システムをスラスタ用のオブザ-バと共に開発した。そして、スラスタおよび水中アーム模型を製作して制御実験を行い、開発された位置決め制御システムの有効性を確認した。得られた主な成果を以下に示す。
1.最大推力30Nのスラスタにより、長さ847mm、外径19mm、内径17mmのアルミ製アームを、1msのサンプリングタイムで2秒以内に90度位置決めさせることができた。さらに、アームの先端に水を満たした径100mmの球形、1辺100mmの立方体形などのアクリル容器を取り付けて制御実験したところ、アームを速やかに位置決めさせることができ、本手法の先端物体に対するロバスト性の高さを確認できた。
2.先端物体を考慮して設計したコントローラより、先端物体なしで設計したコントローラのほうが先端物体に対するロバスト性の高いことが明らかになった。