柔軟ロボットアームのオンライン衝突検知と制御に関する研究

• Project/Area Number: 14750160
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 澤田 祐一 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助手 (80273548)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2004: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2003: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2002: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 柔軟マニピュレータ / 衝突検知 / イノベーション過程 / 衝突制御 / オンライン / 最適制御 / 柔軟マニピュレーター / 衝突検出 / カルマンフィルター / 不規則外乱 / 確率システム

Research Abstract

機械的に柔軟な構造をもつマニピュレータ(柔軟マニピュレータ)の使用においては,外界との相互作用,例えばその存在を予測し得ない物体(人,物,他のロボットなど)との衝突やマニピュレータが作業対象を把持する時に生じる接触など,は避けて通ることのできない現象である.本研究の目的は,柔軟マニピュレータに対する予測できない衝突や接触を,マニピュレータの挙動の観測データを基に検知し,その情報を基に,マニピュレータを安全かつそのダメージを最小にするように停止させる制御方法を開発することである.
平成16年度の研究では,平成14,15年度に実施した衝突検知に関する理論研究,シミュレーション及び検出実験の結果を踏まえ,衝突検知アルゴリズムを1リンクの柔軟マニピュレータに適用し,衝突検知およびマニピュレータの停止を行う衝突制御に関する総合研究を実施した.製作した1リンク柔軟マニピュレータの実験装置にて制御実験を行い,ノーマル運転の制御系と衝突時のための制御系の切り替えでは良好な結果を得た.また,衝突位置の検出に関しても,第1,2モード関数の比とその近似逆関数を用いた新たな衝突位置推定法を考案し,高い精度で衝突位置を得ることが出来ることを確認した.さらに,未知入力である衝突による外力(衝突入力)によって推定誤差が影響を受けないオブザーバを用いた衝突入力の間接的推定法も確立した.この方法によって得られる衝突入力の推定値を衝突検出のための原信号として用い,先に開発したモード関数比に基づく衝突位置推定法をこれに導入することで,より高精度の衝突位置推定が可能となった.一方,確率システムに対してロバスト性を考慮できるリスク感応型制御の導入も試みており,良い感触を得ている.

Research Products

• [Journal Article] イノベーション過程に基づいた柔軟片持ち梁の衝突発生のオンライン検知 (2004)
  • Author(s): 澤田祐一
  • Journal Title: システム制御情報学会論文集 Vol.17, No.8 Pages: 349-357
  • NAID: 10013552570
• [Journal Article] Collision Control of a Single-link Flexible Arm (2004)
  • Author(s): Y.Sawada
  • Journal Title: Proc.of the IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, Singapore Pages: 1032-1037
• [Journal Article] Risk-Sensitive Control of a Single-link Flexible Arm (2004)
  • Author(s): Y.Sawada, D.Koga
  • Journal Title: Proc.of the 43rd SICE Annual Conference, Sapporo Pages: 2337-2342
  • NAID: 130005441097
• [Journal Article] Collision Estimation for a Flexible Cantilevered-beam Subject to Random Disturhance (2003)
  • Author(s): Y.Sawada, T.Sako
  • Journal Title: Proc.of the 35th ISCIE International Symposium on Stochastic System Theory and Its Applications, Ube Pages: 183-188
• [Publications] Y.Sawada: "Detection of Collisions for a Flexible Beam Subject to Random Disturbance"Proc.of the 41st SICE Annual Conference 2002, Osaka. 268-273 (2002)
• [Publications] Y.Sawada: "Collision Detection for a Flexible Cantilever-beam Subject to Random Disturbance Based on Innovation Process"Proc.of the 2002 IEEE International Conference on Control Applications, Glasgow. 1171-1176 (2002)
• [Publications] Y.Sawada: "Collision Estimation for a Flexible Cantilevered-beam Subject to Random Disturbance"Proc.of the 34^<th> ISCIE International Symposium on Stochastic System Theory and Its Applications, Fukuoka. 183-188 (2002)
• [Publications] Y.Sawada: "Collision Detection of Controlled Flexible Structures with Random Disturbance"Proc.of the 42nd SICE Annual Conference 2003, Fukui. 2246-2251 (2003)
• [Publications] Y.Sawada: "Detection of Collisions for a Flexible Beam Subject to Random Disturbance"Proc. of the 41st SICE Annual Conference 2002, Osaka. 268-273 (2002)
• [Publications] Y.Sawada: "Collision Detection for a Flexible Cantilever-beam Subject to Random Disturbance Based on Innovation Process"Proc. of the 2002 IEEE International Conference on Control Applications, Glasgow. 1171-1176 (2002)