2018 Fiscal Year Research-status Report
Optimization method of redundant control inputs and fault tolerant control against partial actuator failure for six-legged-robot
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17K06243
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| Research Institution | Kisarazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
内田 洋彰 木更津工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00223561)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 6脚ロボット / 最適化 / 6自由度制御 / 姿勢制御 / 歩行方向制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は，第2の課題，“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”と第3の課題“6脚ロボットの脚関節を駆動する一部アクチュエータが故障した場合に胴体6自由度制御を実現する耐故障制御手法の開発”について，６脚ロボットの3DCADモデルを用いた3Dシミュレーションでの検討を行った。最初に平成29年度の成果に基づいて胴体6自由度の内，姿勢制御手法を用いて第3の課題について検討を行った．胴体6自由度の内，制御量は胴体高さ，ピッチ角およびロール角の3自由度を対象とした．問題設定としてアクチュエータの故障で姿勢制御を行うアクチュエータとしては使用不可能であるが胴体自体は支えることができるとして検討を行った．結果，5脚支持歩行で2脚がアクチュエータとして動作しない場合でも残りの3つのアクチュエータで5脚がアクチュエータとして制御を行う場合と同等の制御性能を示すことがわかった．
次に第2の課題，“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”の歩行方向制御（制御量は胴体重心位置x,yとヨー角）について検討した．歩容は冗長となる5脚支持歩行とし，これまでに報告者が6脚ロボットの歩行方向制御手法として提案している数学モデルを用いて設計する最適サーボ系を用いて支持脚旋回部リンクの制御入力を算出する。問題としては直線歩行を行い，胴体重心位置x,yおよびヨー角を目標値に追従刺させるサーボ系問題となる．6脚ロボットの支持脚位置の関係からx方向への変位は取りづらく最適化を行う前はx方向の追従性はあまりよくはなかった．また，y方向(進行方向)の目標値への追従性能は最適サーボ系の重み行列の取り方に追従性能は依存した．最適化を行った結果，最適化を行わない場合と比較してx，ｙ，ヨー角ともに追従性能が向上した。このことから最適化の有効性を確認した．
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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
第１の課題，“6脚ロボットの胴体6自由度制御手法のアクチュエータのダイナミクス変動に対するロバスト性”については，アクチュエータのダイナミクス変動を3つの脚関節の内，歩行方向制御に影響を与える旋回部に対して行い，胴体6自由度制御の内，歩行方向制御のロバスト性については確認している．今後は，腿部，脛部についても同様に行い，次に歩行方向制御に入力となる旋回部と脛部の組み合わせ，最後に歩行方向制御と姿勢制御の組み合わせた3関節の組み合わせについて検討する必要がある。歩行実験での検証は，引き続き検討していく予定である．
第2の課題，“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”については，平成29年度に胴体6自由度のうち，姿勢に関する3自由度について姿勢制御手法にもとづいて5脚支持歩行における最適化手法の有効性を検証した．平成30年度は同様に，歩行方向制御について検討し，5脚支持歩行における最適化手法の有効性を検証した．本年度は姿勢制御と歩行方向制御を組み合わせた胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の有効性を検討する。また，不整地での歩行について最適化手法の有効性を検討する．
第3の課題“6脚ロボットの脚関節を駆動する一部アクチュエータが故障した場合に胴体6自由度制御を実現する耐故障制御手法の開発”については，平成30年度に第2の課題“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”の姿勢制御手法を用いて5脚支持歩行において5脚のうち2脚がアクチュエータとして機能しない場合には残りの3脚で姿勢制御を実現できることを確認した．本年度は歩行方向制御のみの場合と姿勢制御と歩行方向制御の6自由度制御を行ってアクチュエータの損傷した場合について検討を進める予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
第１の課題，“6脚ロボットの胴体6自由度制御手法のアクチュエータのダイナミクス変動に対するロバスト性”については，姿勢制御で重要となる腿部，歩行方向制御に関わる脛部について，それぞれについて順次検討を行い，次に旋回部と脛部の歩行方向制御の組み合わせ，最後に歩行方向制御と姿勢制御の組み合わせた3関節の組み合わせについて検討する。3Dシミュレーションで最初検討し，実験環境が整い次第，実験での検討を行う．
第2の課題，“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”では，姿勢制御については4脚支持歩行，不整地での歩行について最適化手法の有効性を検討する。歩行方向制御については目標軌道を直線歩行のみだけではなく旋回歩行についても検討する．また，旋回部リンクと脛部リンクをともに制御する5脚支持歩行（アクチュエータが10個），4脚支持歩行について検討し検討する。最後に，胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の有効性を検討する。第1の課題同様，3Dシミュレーションで最初検討し，実験環境が整い次第，実験での検討を行う．
第3の課題，“6脚ロボットの脚関節を駆動する一部アクチュエータが故障した場合に胴体6自由度制御を実現する耐故障制御手法の開発”についても検討する。第2の課題，“胴体6自由度制御における冗長入力の最適化手法の開発”で姿勢制御手法と歩行方向制御（旋回部のみ）の最適化手法の有効性は検証されているので，この手法をベースに，6脚ロボットの3Dシミュレーション，歩行実験で検討する．
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| Causes of Carryover |
論文として投稿するための英文添削代と論文投稿料として計画していたもの
準備できしだい，英文添削および論文として投稿する予定
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Research Products
(2 results)
