超冗長性を有する多自由度マニピュレータの干渉インピーダンス制御による力伝送制御

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650343
• Research Institution: KEIO University
• Principal Investigator: 大西 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80137984)
• Keywords: 超冗長 / 多自由度マニピュレータ / 力伝送制御 / 干渉インピーダンス / サブシステム分野 / 伸縮動作 / 姿勢制御 / 筋肉モデル

Research Abstract

本研究課題では,冗長マニピュレータの制御において,隣接する関節間に干渉インピーダンスと呼ばれる新たな概念を導入することによって,アクチュエータ間を力が伝播する制御系を実現する.ここで,超冗長マニピュレータの最終目的動作は,筋肉組織にみられる伸縮動作である.提案手法では,このような伸縮動作を実現するための簡単なアルゴリズムでかつ制御構成が容易な手法を確立した.
本アルゴリズムでは,従来のマニピュレータ制御に用いられていた幾何学的な関係式を直接適用せずに,ローカルな制御系を陽に関係づけることで冗長マニピュレータ全体の動作を考慮せずにマニピュレータ全体の動作ならびにマニピュレータ先端の動作を制御する事が可能である.制御アルゴリズムの大きな流れを以下に示す.
1.冗長マニピュレータを任意の自由度システムに分割する.ここで,分割された各システムをサブシステムと呼ぶ.
2.各サブシステム内でローカルにフィードバック系を構成する.
3.隣接するサブシステム間でお互いの入力を決める.本アルゴリズムでは,各サブシステムを線形なバネマスインピーダンスモデルで連結している(干渉インピーダンス).
4.冗長マニピュレータ全体の運動を決めるため,各サブシステムごとに評価指標を定め,その評価指標に応じてバネ-マスインピーダンスモデルのパラメータを可変とする.本アルゴリズムではマニピュレータが特異姿勢にならないための評価指標を設定した.言い換えれば,常に任意の動作を行いやすい姿勢となっている.
5.先端動作は末端のサブシステムに力指令を与えて実現する.
上記のアルゴリズムの有効性を実証するため,昨年度製作した6自由度平面型冗長マニピュレータを用いた実機実験を行った.本アルゴリズムは従来手法に比べ制御系の構造が簡単であり,冗長マニピュレータの自由度に関係なく先端制御,姿勢制御が容易に行えることを実機実験により確認した.

Research Products

• [Publications] K.Ohnishi et al.: "A Decentralized Control Strategy of Redundant Manipulator" Proceedings of the 3^<rd> France-Japan Congress. Vol.2. 821-825 (1996)
• [Publications] K.Ohnishi et al.: "Observer Based Local Torque Optimization in Redundant Manipulator" 22^<nd> International Conference on Industrial Electronics,Control and Instrumentation (IECON'96). Vol.3. 1915-1921 (1996)
• [Publications] 大西公平 他: "オブザ-バに基づく冗長マニピュレータの局所トルク最適化" 日本機械学会論文集. 6巻602号. 48-54 (1996)