Multi-scale and multi-lateral controller based on scattering parameters for force control of robots

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06251
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 神永 拓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90571571)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Sパラメータ / 電気静油圧アクチュエータ

Outline of Annual Research Achievements

非定型作業を、非定型環境で行うことを求められるロボットは物体や環境との接触が確定的でなくなる。すなわち、産業用ロボットであれば位置制御で行える作業でも力を考慮した接触制御が求められるが、位置制御と力制御をどのように扱うのかはロボットの制御方法上の課題である。また、ロボットを遠隔に操作することを考えたと、特に移動ロボットにおいてはロボット自体の安定性を保つための制御は操作者の意図と無関係に作用するため、これと操作力をどのように調停するかも課題となる。
本研究では、力制御を含む制御系をどのように構成し、自律制御系との調停を扱うかを研究する。遠隔制御の分野では波変数と呼ばれる、高周波電気工学の分野で用いられるSパラメータのアナロジーを用いて相互作用力を記述する方法が用いられてきた。Sパラメータは一種のエネルギであり、速度と力から構成される量である。
本年度は、(1)電機システムのダイナミクスと波変数の関係の研究(2)センサシステムを接続する回路の実装(3)電気静油圧アクチュエータ実験用シリンダの試作
(1)では電気静油圧アクチュエータおよびPD制御系のSパラメータを導出した。また、制御系CADを用いてシミュレーション上でSパラメータを計測できることを確認した。(2)においては2019年度に設計したひずみゲージや圧力センサの信号を高精度に計測するための回路において部品配置、配線レイアウトを行い、小型高精度AD変換基板を実装した。(3)においては、電気静油圧アクチュエータを用いた実験を行うためのシリンダの試作を行った。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

昨年度、電磁モータを用いた駆動系において電気システムと機械システムのパラメータに逆転が生じる現象を発見した。この問題を解決するのに時間がかかったが、今年度は電気システムのパラメータを、対応する機械システムのパラメータの単位で表現することで逆転を防ぐ方法を考案しSパラメータを導出した。
遅れている要因の一つにはコロナウイルスの蔓延があり、特に2020年前半は保育園の休止などにより研究時間に影響が出た。

Strategy for Future Research Activity

フィードバックシステムのSパラメータとアクチュエータのSパラメータをカスケードすることにより全体のSパラメータを導出し、試作した電気静油圧アクチュエータでの制御実験との整合性を確認する。また制御システムのパラメータを変更することでSパラメータを間接的に操作し、位置と力を同時に扱う制御の実装を目指す。

Causes of Carryover

コロナウイルスの蔓延による研究の遅れのため余剰金が発生した。研究を継続するため1年間延長する手続きを行った。