マニピュレータを省エネルギー運転するための最適軌道と動作時間の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650267
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 泉 照之 島根大学, 総合理工学部, 教授 (10212953)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 周 海 島根大学, 総合理工学部, 助教授 (10250680)
• Keywords: マニピュレータ / 省エネルギー / 最適軌道 / 最適動作時間 / 重力 / PTP制御 / DSP / コントローラ

Research Abstract

ロボット・マニピュレータも多くの電力を使用しているので,地球温暖化防止のためにマニピュレータの省エネルギー化は急務な課題である。PTP制御におけるマニピュレータの消費エネルギーは,軌道に強く依存して変わるから,消費エネルギーを最小にする空間経路や動作時間を求めることを研究した。
マニピュレータの関節の可動範囲に制限を付けないで,最適軌道を大域的に探索した結果,リンクを重力方向へ始動し,かつ反重力方向へ制動停止する空間経路を選べば,大幅に消費エネルギーを節約できることが明らかになった。この空間経路を2点境界値問題の初期値として最適軌道を求め,いろいろな場所への物体搬送のシミュレーションをした結果,従来軌道に比べて消費エネルギーが 1/30〜1/14 に低減できた。
また,2点境界値問題は多くの計算時間を必要とする欠点があるので,PTP制御における準最適動作時間を簡便に求める方法を考案した。これによって,リンク数の多いマニピュレータでも簡単に準最適軌道が求められるようになった。この場合,最適軌道に比べて消費エネルギーは少し増加するが,従来軌道に比べれば非常に省エネルギー効果があった。
提案した最適軌道を実現するために,2自由度のダイレクト・ドライブ・マニピュレータの第1と第2リンクがそれぞれ360度以上自由に回転できるように改造した。
今後,DSP(Digital Signal Processor)システムを用いたコントローラでシミュレーションで得られた結果を実験機で確認する。

Research Products

• [Publications] Teruyuki Izumi: "Sub-optimal Operating Time for Saving Energy of an Articulated Manipulator"Journal of Rubotics and Mechatronics. 11巻4号. 289-297 (1999)
• [Publications] Teruyuki Izumi: "Energy Saving Manupulator for by Regenerating Conservative Energy"Proc. 6-th Int. Workshop on Advanced Motion Control. (予定). (2000)
• [Publications] 泉照之: "3リンク・マニピュレーターを省エネルギー運転するための軌道計画"電気学会論文誌C. 120巻5号(予定). (2000)