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

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650267
• Research Institution: SHIMAME 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すれば,大幅に消費エネルギーを節約できることがシミュレーションで昨年度までに明らかにされた。
本年度は,シミュレーションで得られた提案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。そして,この実験マニピュレータの有効慣性,相互慣性,遠心加速度係数,コリオリ加速度係数,クーロン摩擦力などパラメータを同定した。同定結果を基づいて,最適軌道を実現させる最適電流関数と最適速度関数をオフラインで計算した。最適電流関数でマニピュレータを動作させた場合,パラメータ同定誤差のために位置決め誤差が生じた。それに対して,最適速度関数でマニピュレータを動作させた場合,位置決め誤差は少なかった。
つぎに,消費電力を実測して,シミュレーション結果と比較検討した。消費電力は,マニピュレータを駆動するサーボ増幅器の入力電力で調べた。その結果,実測消費電力は,シミュレーションの値より30%位大きくなった。この違いは,サーボ増幅器の損失に相当するものである。また,クーロン摩擦力が実験条件によって微妙に変わるためか,実測消費電力値のバラツキが比較的大きかった。
最後に,今回求めた消費エネルギーを最小にする最適軌道における消費電力は,シミュレーション結果通りに従来軌道よりも低減できた。

Research Products

• [Publications] 泉照之: "3リンクマニピュレータ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. 656-661 (2000)
• [Publications] 泉照之: "PTP制御マニピュレータを省エネルギー化するための軌道計画"日本ロボット学会誌. 18巻・7号. 972-978 (2000)
• [Publications] Teruyuki Izumi: "Energy and Time Optimal Path Planning of a Horizontally Articulated Manipulator"Proceedings of 2000 Japan-USA Flexible Automation Conference. 1-8 (2000)