1997 Fiscal Year Annual Research Report
人間との共同作業のための冗長腱駆動ロボットアームの開発
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09650298
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
小林 博明 明治大学, 理工学部, 教授 (60130811)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兵頭 和人 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (10271371)
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| Keywords | 腱駆動ロボットアーム / 冗長性 / 関節剛性調節 / 知的制御 / ニューラルネットワーク制御 |
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| Research Abstract |
本研究は平成9年度から平成12年までの4年間で、同一環境内で人間と共同作業できるロボットを開発することを目的としている。本年度はその初年度として主に以下の研究を行った。(1)7自由度20本腱駆動ロボットアームの基本設計と肩部までの政策。(2)腱駆動ロボット機構の剛性調整法と知的制御システムの研究。(3)腱駆動機構のニューラルネットワーク制御。以下に、得られた結果について簡単に説明する。
(1)以前に作成した7自由度10本腱駆動ロボットの経験を生かして、7自由度20本腱駆動ボットアームを設計し、制作を開始した。基本使用として、(a)人間と程度のサイズ、重量で同程度の精度、速度、可搬重量を持つこと、(b)関節剛性を人年と同程度の範囲で調整可能であること、とした。腱を20本としたことで6×6次元配置空間剛性行列の即率な21要素のうち13個の要素を独立に調整できることになる。駆動力をできるだけ効率よく用いるため、モンテカルロ法により腱の張り方を決定した。
(2)本研究で開発中のロボットアームの最大の特徴は、腱の経路中に非線型弾性要素を挿入することによって、関節剛性の調整可能範囲を大幅に拡大すると共に、接触などによるシステムの不安定化を防止することである。その反面、作業に必要な関節トルクのみでなく、最も安全な関節剛性も決定する必要が生じる。そこで、最小腱張力及び最大腱張力が与えられた時に最も安全な関節剛性を求める方法について検討した。さらに、任意の複数本の腱が同時に切断してもなお制御可能な安全度について考察し、腱切断時にも目標関節トルク及び目標関節剛性を維持できる知的制御システムを構築した。
(3)非線型性が強く、不等式拘束を含む腱駆動機構を効率よく制御するために、RBF方ニューラルネットワークを導入し、シミュレーション及び実験により有効性を示した。
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