2017 Fiscal Year Research-status Report
制御目標値削減による多関節ロボットの操作物接触順応法の開発
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17K06256
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
関本 昌紘 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 講師 (40454516)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マニピュレーション / 接触作業 / 適応 / 作業座標制御 / 冗長自由度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロボットアームによるバルブ開閉作業では，ねじピッチの不確かさによる制御目標値と実際の送り量の不一致が，ロボットに過度の駆動力を生じさせる．本研究は，このような接触操作時の位置誤差制御問題に対し，制御目標値の一部を削減し，零空間内のアーム姿勢（冗長自由度）の動的遷移を用いた解決法の確立を目的とする．本年度の研究成果を以下に示す．
１．ねじピッチ情報に誤差を含むバルブ回しにおける７関節ロボットアームの動作モデルを導出した．これは，ラグランジュの未定定数法による手先幾何拘束を考慮した，ロボットアームとバルブの運動方程式として表した．
２．導出した運動方程式に基づき，操作物への適切な接触順応を実現する制御則を構成した．作業空間における手先状態を，作業達成に必須であるバルブ回転位置２変数，操作物の幾何拘束を受けるバルブ水平傾斜角２変数とバルブ高さ変数，作業達成に関係性の低いバルブのノブ軸まわりの回転変数の３つに分類した．このうち，作業達成に必須の変数のみに制御目標値を与え，転置ヤコビ行列に基づく作業座標制御系を構成した．
３．バルブの取っ手とロボット手先部を直接連結し，所有するロボットアームによるバルブ回し実験を行った．ねじピッチが未知であるバルブの高さ変化に対し，提案手法は力覚情報無しに適応する結果を得た．このとき，アーム本体の姿勢は，意図した姿勢の領域内で動作することを確認した．しかし，想定していた結果であるが，試行を重ねる中で，手先目標値を満たすが，アーム肘部が土台側に引き込まれる場合があった．この原因究明は，次年度の課題とする．
４．産業用電動グリッパをベースにした１自由度ハンド，連動多関節機構からなる２本指ハンド（２自由度）の２種類のハンドを製作した．棒状操作物（ノブ）とハンドの10度程度の相対傾斜に対して接触反力を最大限に得る最適化により，形状・寸法を決定した．
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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
当初の研究実施計画であったモデル化，制御系構築，バルブ回し実験，ハンド開発をおおむね遂行できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，当初の研究実施計画に沿って推進する．開発したハンドをロボットアームに搭載し，バルブの接触操作実験を行う．加えて，本年度に確認された「アーム肘部の土台側引き込み現象」について，力学的な観点からのメカニズム解明を試みる．
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| Causes of Carryover |
接触順応実験を順調に実施できたため，ロボットアーム変更，ハンド開発のための費用の一部に残りが生じた．引き込み現象の原因究明の他，接触順応を効果的に発揮する条件の検討（システム変更）のために使用する．
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