2021 Fiscal Year Research-status Report
宇宙ロボットの緩衝のための関節弾性機構と制御の基盤的研究
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17K06119
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
西田 信一郎 鳥取大学, 工学研究科, 特任教授 (50358529)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 直列弾性機構 / インピーダンス制御 / コロケーション / スペースデブリ / ハンド / コンプライアンス / センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙デブリを除去するための軌道上での捕獲においては、宇宙デブリに３次元の回転運動が残留し、取っ手を持たない非協力ターゲットである宇宙デブリとの力学干渉により、動的な荷重の発生が避けられない。このため、捕獲するロボットアームには、荷重の緩衝機能および制動力の印加により対象の運動を徐々に停止させる制動動作機能が必要である。このため、本研究では、新規の（半円板型弾性機構）方式の関節弾性機構を構成し、アーム先端部での大きな弾性変形ストロークを確保するとともに、関節のトルクセンサによる関節インピーダンス制御の発展形態の（仮想デプス）制御を適用し、センサとアクチュエータのコロケーションによりアーム構造共振を制御ループ外に位置付けることで高い制御応答性を確保し、これらにより、良好な緩衝性能を実現することを目指して、弾性要求設計手法検討、弾性機構構成検討、システム特性確認などを進めてきた。
そして、弾性要素を用いた走行機構、水平２関節コンプライアンス機構、ハンド機構などの試作・実験・研究を行い、さらに実際の宇宙デブリ除去衛星を想定したエンジニアリングモデルレベルの関節機構２式とCFRP製ブーム、捕獲ハンドなどで構成される水平２関節ロボットアームの試作を実施した。これらの成果については、ロボティクス・メカトロニクス講演会2021、第65回宇宙科学技術連合講演会などの学会で報告した。関節に内蔵する捻り弾性機構については、単体で剛性特性を取得し、単関節の詳細なシミュレーションモデルを構築し、動力学シミュレーションにより提案している制御手法の緩衝機能の有効性を確認した。また、水平２関節ロボットアームの関節試作を実施した。ロボットアームとしての組上げ・調整およびマイコンでの動作制御用のソフトウエアのコーディングを進めている。今後、この試作機ロボットアームを使用して各種の評価実験を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
コロナ禍による登校および研究室立ち入り規制等があり、試作、実験、使用計算機が限定される動力学・制御解析などが当初の計画どおりに実施することができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
試作した関節２式およびハンド機構を接続し、水平２関節ロボットアームの組上げ・調整を実施し、ロボットアームのマイクロコンピュータによる動作制御用のソフトウエアのコーディングを進めている。今後、この試作機ロボットアームを使用して、ロボットアームによる宇宙デブリ・ターゲット（模擬機）の捕獲・緩衝に関する各種の実験を行い、評価を行う。
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| Causes of Carryover |
・理由：コロナ禍により、大学への登校および研究室への立ち入り規制等があり、試作や実験、解析を計画どおりに実施することができなかったため。
・使用計画： 試作機のロボットアームとしての組上げ・調整およびマイコンでの動作制御用のソフトウエアのコーディングのための機材や部品の物品費、学会発表や論文投稿のための旅費、参加費、掲載費、英文校正費などに使用する。
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