非ホロノミック大型宇宙構造物の位置・姿勢と振動のハイブリッド制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450098
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 成清 辰生 豊田工業大学, 工学部, 教授 (70231496)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 進 豊田工業大学, 工学部, 助手 (40329850) ; TUAN Hoan Duong 豊田工業大学, 工学部, 助教授 (60262854)
• Keywords: 大型宇宙構造物 / 非ホロノミック / 振動制御 / チャプリギンシステム

Research Abstract

本研究では,オペレータによって操作されるマスタロボットを用いた遠隔操作による宇宙ロボットのベース姿勢の安定化制御について考察した.手先軌道をオペレータによって操作されるマスタロボットの手先軌道に追従させ,かつ内部状態と考えられるスレーブロボットの衛星べース角速度を完全に安定化する制御系を設計した.この制御目的を達成するため,新たに姿勢反力(attitude reaction force)という概念を導入した.この力をオペレータへフィードバックすることによりオペレータが角運動量保存則を力覚として認識することができ,ベース姿勢を変動させるオペレータ力が抑制されることを示した.閉ループ系の安定性は受動性の定理を用いて厳密に証明した.提案する制御系の有効性と操作性の確認のため,オペレータが実際に宇宙ロボットを操作しているような臨場感を有する実時間遠隔操作シミュレータを開発し,実験を行い,良好な制御性能と操作性を得た
さらに,柔軟リンクから成る2リンク平面宇宙ロボットの姿勢制御問題を検討した.このようなシステムはCaplyginシステムと呼ばれる非ホロノミックシステムであることが知られている.本研究では,滑らかで微分可能な時変フィードバック制御による安定化手法を開発し,数値シミュレーションによる制御効果の確認を行った.さらに,空気圧浮上型の平面宇宙ロボットを製作し,提案手法による制御実験を行った.柔軟リンクの振動モードを励起しないよう,詳細なシミュレーションを行い,制御則を設計した.柔軟リンク宇宙ロボットの姿勢安定化を実験により達成した.実験結果は,数値シミュレーションとほぼ同様な応答結果を示し,制御則の有効性を実証できた.

Research Products

• [Publications] K.Fuwa, T.Narikiyo, Y.Funahashi: "Construction of a Control System for Disturbance Rejection Using a Dual Observer"Electrical Engineering in Japan. 138・4. 50-60 (2002)
• [Publications] 不破勝彦, 成清辰生: "周波数変動外乱オブザーバを用いた振動制御系の実現"日本機械学会論文集. 68・674. 78-84 (2002)
• [Publications] N.V.Q.Hung, T.Narikiyo, H.D.Tuan: "Nonlinear Adaptive control of Master-Slave System in Teleoperation"Control Engineering Practice. 11. 1-10 (2003)
• [Publications] 不破勝彦, 成清辰生, 神藤久: "デュアルオブザーバを用いた多入力計での外乱抑制"計測自動制御学会論文集. 39・2. 110-119 (2003)