2017 Fiscal Year Annual Research Report
積分的モデリングに基づくフルスイング非線形制御とその大振幅ロコモーションへの応用
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16H04386
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
石川 将人 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20323826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
甲斐 健也 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 准教授 (60419471)
杉本 靖博 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70402972)
中西 大輔 松江工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (00806086)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 非線形制御 / アクチュエータ / ロコモーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，従来制御システムの解析や設計に主に用いられてきた「加えられた微小入力に対する，微小時間後の系の状態の微小変化」に着目した微分的なモデル観から脱し，初めから大振幅の入力，状態の大変化を前提とした積分的なモデル観に基づくシステム設計および非線形制御法(フルスイング制御)の研究を目的としている．
平成29年度には，まず理論面として前年度から行っていた多段級数展開に基づく非ホロノミック状態方程式の陽解表現を発展させ，入力パラメータと状態変化の代数的関係を導出し入力設計問題へとつなげたほか，低次項での級数の打ち切りによる影響を考察した．また分布定数系で表される柔軟ビームなどの複雑な力学システムに対し，離散力学と非線形最適化の方法論を融合した制御系設計法を提案した．
大振幅ロコモーションの実証研究については，McKibben型アクチュエータの動特性とコンプライアンスのモデリングを行ったこと，環境からの反力の活用について二つのアプローチで研究を進めたことが大きな進展である．一つは，複雑かつ不確実な環境からの反力をシンプルな仮想反力モデルで近似し制御系に組み込む方法で，微視的には必ずしも正確ではないにもかかわらず，マクロな挙動として実際とよく一致することが確かめられた．もう一つはアクチュエータと身体構造の剛性を下げ，環境からの反力に自然に従うコンプライアントな運動制御系を構築したことである．これにより，たとえば柔軟関節を有する三叉ヘビ型移動体，三脚移動体，転がり移動体などの大振幅かつ適応的なロコモーションが実現された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた大振幅アクチュエータとしての空気圧人工筋のモデリング，環境反力を活用したさまざまな大振幅ロコモーションの実現，級数展開を用いた非ホロノミック系の積分的モデリングなどが順調に実施できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の実施計画のとおり，積分的モデリングの理論的解析と，非線形アクチュエータおよび大振幅ロコモーションの実証的研究をすすめ，本研究課題を総括する．
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