2020 Fiscal Year Research-status Report

不静定問題を抱える円筒昇降ロボットの姿勢制御

Research Project

Project/Area Number	18K04017
Research Institution	Gifu University
Principal Investigator	川崎晴久岐阜大学, 工学部, 特任教授・名誉教授 (40224761)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	昇降ロボット / 不静定問題 / 姿勢制御 / 枝打ちロボット / 外乱オブザーバ
Outline of Annual Research Achievements	円筒昇降ロボットは、電柱点検ロボットや森林での枝打ちロボット等幅広い応用がある。自重を利用した昇降ロボットが細りのある円筒を昇ると、細りの影響でロボットの姿勢が変化し、点検や作業が困難となる。この解決のため、上下の車輪間の水平距離を調整する1自由度アームによる姿勢調整機構を設け、下部は姿勢のＰＩＤ制御、上部は下部位置のＰＩＤ制御による姿勢調整法を考案した。しかし、この昇降ロボットは、車輪と円筒との接触点での抗力や摩擦力が一意に定まらない不静定問題を抱え、姿勢調整時に過大な抗力が不規則的に発生し、制御が困難となる状況があった。本研究は、この抗力の発生要因を解明し、過大な抗力が生じない姿勢制御を研究することを目的としている。不静定系では，制御入力を与えても系の応答を解析できない．令和2年度は、二つの仮設のもとで数値解析し，実験結果と比較評価した。一つめの仮設は，サンプル時刻毎の制御入力の変化量に車輪での摩擦力が比例して変化するとした．二つめの仮設は，サンプル時刻毎の制御入力の変化量とそのときの機体の姿勢に応じて，車輪での抗力が変化するとした．いずれの仮設でも，動的状態での系の応答は実験結果と一部異なり，さらなる解明が必要となった．また，車輪に滑りが生じると抗力が減少する現象を静的状態で定性的に解明できた．これに基づく，制御法を今後検討する．昇降ロボットの関連研究として，前年度に理論化した外乱オブザーバを用いた接触位置の推定法を、枝打ちロボットと枝の接触位置の推定に応用し，その有効性を検証した．また，枝噛み，刃噛みの直前状態の推定が，チェンソーの電流と速度及び能動車輪速度を用いたIf-Thenルールによる推定法で可能であることを，環状実験機で確認した．今後は，森林環境での枝打ちロボットで検証する．本方法の確立により，枝打ちロボットが枝に挟まれて動作しなくなる状態を回避できる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 令和２年度の解析により，車輪に滑りが生じると抗力が減少する現象を静的状態で定性的に解明できた．この解明にもとづき，抗力が大きくなったときにあえて車輪で滑りを生じさせる制御により，抗力を低減できると見込んでいる．しかし，実験用昇降ロボットの制御回路が損傷し動作しなくなった．このため，共同研究企業が試作する枝打ちロボットを利用を見込んでいるが，新コロナ感染により企業の開発が遅れている．次年度に実施を目指し，助成金の残額を翌年度に繰り越しが承認されている．
Strategy for Future Research Activity	令和３年度は，抗力増加したときにその低減を図る制御法を企業と共同開発している枝打ちロボットを用いて，実験検証する．また，抗力が増加する要因については，さらなる仮設検証を行う．枝打ちロボットと枝との接触点を外乱オブザーバで推定する方法の森林環境での有効性を検証する．また，チェンソーの枝噛み，歯噛みの直前状態をif-thenルールに基づいて推定の有効性を森林環境で検証する．
Causes of Carryover	実験では，企業との共同開発している枝打ちロボットの利用を見込んでいる．しかし，新コロナ感染の影響でその開発が遅れたため次年度に行うこととし，予算を一部繰り越した．繰り越した予算は，センサー等の物品費２０万円程，旅費交通費２０万円程，学会参加費等５万円程としている．