遠隔操作型双腕ロボットマニピュレータのための修正インピーダンス制御系設計

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560216
• Research Institution: Daido Institute of Technology
• Principal Investigator: 尾形 和哉 大同工業大学, 工学部, 准教授 (30252258)
• Keywords: マニピュレータ / 遠隔操作 / 力制御 / インピーダンス制御 / ジョイスティック / 操作者支援 / 作業実験

Research Abstract

本研究では,遠隔操作型のロボットマニピュレータが対象物を安定して把持し操作できるような制御系の設計を目指した.そこで従来のインピーダンス制御系の構成を修正し,同一構造で「位置制御」「力制御」「インピーダンス制御」を容易に切り替えることができる「修正インピーダンス制御系」を構成し,対象物の位置や形状のモデルの誤差に対するロバスト性を調査することを目的とした.
1.まず操作者の操縦するデバイスとしてフォースフィードバック付ジョイスティックの制御プログラムをDirectInputという関数群を用いて作成した.ジョイスティックの角度の読み取りと操作者へのカの提示を,容易に実現することができた.ジョイスティックの操作自由度は3と少ないものの,トリガーボタンを併用し,仮想的に6自由度と考えることにして,対応するスレーブマニピュレータの手先の位置情報と姿勢情報にこれらの自由度を対応付けたところ,良好な操作性が確認された.
2.双腕で物体を持ち上げ搬送する作業実験を行った.双腕マニピュレータで物体を操作するためには左右のマニピュレータがバラバラの作業をしては強調動作ができない.接触反力の伝達をoffにしたところ,双腕で強調して物体を持ち上げる操作が大変困難になることがわかった.接触反力の伝達をonにすると,遠隔地のオペレータがロボットに代わり双腕の強調を行うことができ,良好な作業が可能であった.
3.弾性変形する物体を挟み込む作業実験を行った.変形する物体を必要以上のカで操作すると物体を破壊する恐れがある.弾性変形(曲げ)する物体を双腕で挟み込む作業を行ったところ,物体の反力(角軸方向の力+モーメント)が複雑に組み合わされていることがわかった.しかしながら,使用しているジョイスティックの力の提示は2自由度しかないため,オペレータに複雑な反力を提示するには不十分であることがわかった.
今後は,マニピュレータに設定したインピーダンス特性がオペレータに及ぼす影響を調査検討する予定である.