非ホロノミック柔軟ロボットのロバスト運動制御

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650247
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 吉田 和夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80101997)
• Keywords: 非ホロノミックシステム / フレキシブルアーム / 柔軟構造物 / 運動制御 / 軌道計画 / 姿勢制御 / ロバスト制御

Research Abstract

本研究は,非ホロノミックな拘束を受ける柔軟ロボットのロバストな制御手法の確立を目指して,非駆動関節を有する2リンクフレキシブルアームの運動制御の研究を行った.非駆動関節においてモーメントが伝達されないというリンク間の速成の拘束条件が非ホロノミツクな拘束条件となり,その運動計画は容易ではない.本研究では,まずフレキシブルアームの変形を静的たわみ曲線で近似してモデリングを行い,そしてフーリエ基底アルゴリズムを用いることによって軌道計画問題を最適パラメータ問題に帰着させ,最適軌道計画を行った.なお,計算機シミュレーションにより得られた結果からアニメーションも作成した.その結果,フーリエ基底アルゴリズムを用いた本制御手法を用いることにより,2リンクフレキシブルアームのすべての状態量を目標値に到達させる軌道を得ることに成功し,本制御手法は非ホロノミックフレキシブルアームの姿勢制御問題に対して非常に有用であることを示した.さらに,いろいろな目標姿勢について最適軌道を導出し,得られた最適軌道について考察した.目標姿勢によって最適軌道は当然異なるものの,制御対象の自由度に対応した数の波数を基本とする最適軌道になることを明らかにした,また,剛体アームの場合を比較して,その特徴も明らかにした.基本的には柔軟性による自由度の増大が本質的な差であり,先端のアームから目標姿勢を達成する特徴は同じであることがわかった.今後非線形軌道制御の非定常性を考慮した上でロバスト振動制御の開発を行い,総合的なロバスト運動制御手法を確立し,実験によって本手法の有効性を確認するために,実験装置を製作した.

Research Products

• [Publications] 吉田和夫,藤尾忠洋: "非駆動関節を有するフレキシブルアームの運動計画" 日本機械学会機械力学・計測制御講演会講演論文集. No.98・8I. 205-208 (1998)
• [Publications] F.E.de la Rosa B.,吉田和夫: "Optimal Motion and Position Control of Nonholonomic Flexible Arm" 14th International Synposium on Space Flight Dynamics. (1999)
• [Publications] Felipe de la Rosa,柳沢友紀,吉田和夫: "非ホロノミックな剛体およびフレキシブルアームの運動制御" 日本機械学会機械力学・計測制御講演会講演論文集. (1999)
• [Publications] 吉田和夫,藤尾忠洋: "非ホロノミックフレキシブルアームの姿勢制御" 日本機械学会ロボディクス・メカトロニクス講演会講演論文集. No.98-4. 2AIII2-4(1)-2AIII2-4(2) (1998)