2018 Fiscal Year Research-status Report
受動ストレージ要素を用いたマルチボディシステムの省エネルギー駆動法の拡張と実用化
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17K06242
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
岩村 誠人 福岡大学, 工学部, 教授 (90341411)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ロボット / 省エネルギー / マルチボディダイナミクス / 受動ストレージ要素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，機械システムに対して省エネルギー化の要求が非常に厳しくなっている．本課題研究代表者は，先の研究でシリアル型ロボットに適用可能な「受動ストレージ要素を利用した省エネルギー駆動法」を提案した．そして，提案手法に基づいて省エネルギー型SCARAロボットを試作し，従来よりも大幅に消費エネルギーを低減できることを確認した．しかし，位置決め精度が不十分，境界条件の変更が困難などの課題を残していた．また，提案手法はシリアル型ロボットに対してしか適用できないという問題があった．本課題では，これらの問題を解決し，提案手法を応用範囲の広い実用的な技術として確立することを目的としている．
平成29年度は，位置決め精度の向上を図るために，適応制御法，および計算トルク法とディープラーニングを併用する制御法を提案した．また，境界条件設定の制約を緩和するために，関節剛性を自由に変更し，系の固有振動数を任意に調整できる機構を考案した．
平成30年度は，平成29年度に考案した剛性可変機構を実際に製作してその有効性を確認すると同時に，新たに二つのタイプの剛性可変機構を提案した．平成29年度に提案した剛性可変機構は生物の関節に例えると単関節筋に相当する形であったが，平成30年度は，ばねが二つの関節にまたがって作用する二関節筋に相当する機構を提案した．また，リンク上に錘を設置し，その錘の位置を変化させることで固有振動数を調整する機構も考案した．
さらに，提案手法を閉ループ構造のシステムにも適用できるようにするために理論的な拡張を試みた．初段階としてDELTAロボットを取り上げ，数値シミュレーションにより，検証を行った．また，今後実験による検証を行うためにDELTAロボットの設計も行った．
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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
提案する省エネルギー駆動法は，関節部にばねを付加し，系の固有振動を利用して省エネルギー化を図るものである．そのため，関節は自由に回転できる必要があり，関節にモータを有する従来のロボットには直接には適用することができない．そこで，関節は自由関節とし，リンク上の適当な位置にリアクションホイールを設置して，そこからトルクを印加する構造を採用した．また，回転ばねは剛性の調整が難しいため，２本の引張ばねと特殊なスプリングホルダーによって関節に剛性を付与する方法を考案した．この方法では，境界条件が変更されると系の固有振動を変える必要があるため，ばね剛性を調整しなければならない．そこで，平成29年度に，スプリングホルダーのばね取り付け点をスライドさせられるようにして剛性を調整する方法を提案した．そして，平成30年度にその剛性可変機構を実際に製作し，剛性可変機構単体の実験により有効性を確認した．
さらに，提案手法を，閉ループ構造を有するシステムにも適用できるように理論拡張することを試みた．閉ループ構造を有するDELTAロボットを例として，マルチボディダイナミクス理論と経路パラメータ法とよばれる手法を融合した方法を適用し，数値シミュレーションにより有効性を確認した．さらに，実機による検証の準備としてDELTAロボットの設計も行った．
平成30年度中に剛性可変機構を実際にロボットに取り付けて提案手法全体の有効性を検証するまでには至らなかったが，研究は当初の計画通りほぼ順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度は，まず平成30年度に製作した剛性可変機構を現有設備である省エネルギー型SCARAロボットに実装する．そして，この剛性可変機構を利用することによって，任意の境界条件に対応できるようになることを確認する．また，平成29年度に提案した適応制御法，および計算トルク法とディープラーニングを併用する制御法も実装し，位置決め精度の向上が達成できることを確認する．
さらに，平成30年度に新たに考案した二つの剛性可変機構，すなわち生物の関節にみられる二関節筋を模擬した剛性可変機構，およびリンク上に設置した錘をスライドさせることによって固有振動数を調整する剛性可変機構についてもさらに解析・設計を進め，実際に製作して省エネルギー型SCARAロボットに実装することを試みる．
また，提案している省エネルギー駆動法をシリアル型ロボットだけでなく任意構造のシステムに適用できるように拡張する．既にマルチボディダイナミクスと経路パラメータ法と呼ばれる手法を融合することによってDELTAロボットの最小エネルギー軌道を見出すことを試みているが，この手法を発展させて，対象とする任意構造のシステムのどの位置にどのようにばねを付加し，全体をどのように動かせば大きな省エネルギー効果が得られるかという問題を効率的に解くことができるアルゴリズムを確立する．そして，DELTAロボットの実験装置を製作し，実機実験により拡張した提案手法の妥当性や得られる省エネルギー効果を検証する．
以上の研究成果を国内学会，国際会議で発表し，論文としてまとめて学術雑誌に投稿する．また，開発したロボットをロボット産業振興展やロボット産業マッチングフェア等に出展したい．
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| Causes of Carryover |
製作した剛性可変機構を平成30年度中に現有設備である省エネルギー型SCARAロボットに実装する予定であったが，新たに得られたアイデアの検証を優先したため，時間的に間に合わなかった．そのため，計上していた予算の一部が未使用となり，次年度に繰り越しとなっている．この繰越金は令和元年度に当初の目的に沿って使用する予定である．
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Research Products
(2 results)
