2020 Fiscal Year Research-status Report
運動・力触覚モデルによる非拘束マニピュレーションの最適操り運動プリミティブの獲得
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20K04370
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| Research Institution | Nanzan University |
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Principal Investigator |
中島 明 南山大学, 理工学部, 教授 (70377836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 登 南山大学, 理工学部, 教授 (00283416)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非拘束マニピュレーション / 最適制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第1の成果として，非拘束マニピュレーションの課題として研究計画書に挙げていたコンタクトジャグリングを取り扱い，パームサークルタスクを実現する操り制御を実現した．具体的には，3次元空間において，平板を手先効果器とする6軸マニピュレータによりボールを純粋転がり接触運動を用い重力下で安定化する制御問題を考えた．制御器は，実験機への適用の容易さを考慮し，第1ステップとして，手先部の加速度に対する制御器を設計した．ここでは，関節空間と手先空間の両方において互いに対応付けられた軌道追従制御を行うことで，追従性能の向上を図っている．また，第2ステップとして，加速度を入力としたLQRサーボ系制御器の2段構成とした．数値シミュレーションにより，提案した制御器の有効性を確認している．
第2の成果として，非拘束マニピュレーションの課題として挙げている卓球ラリー，デビルスティックにおいて発生する衝突現象による不連続性に対処するため，非整数階微分によるPID制御器の検討を行った．具体例としてバックラッシュ問題に対する制御問題を扱い，シミュレーションにおいて，応答の振動が抑制されるなど，通常のPID制御に比べ良好な結果を得た．
第3の成果として，アクロボットにおける非線形最適制御問題を扱い，研究計画書にて運動プリミティブを得るための有力なツールとして挙げていた安定多様体法を用いた非一意最適軌道の生成を行った．ここでは，不安定平衡点間を遷移する安定化制御器の設計を行い，シミュレーションおよび実験による有効性を確認している．
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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
研究計画書に挙げている非拘束マニピュレーションの一種であるコンタクトジャグリング問題を扱い，パームサークルタスクを実現するような制御器の設計が達せきできている．また，他の非拘束マニピュレーション問題である卓球やデビルスティックにおいて考える必要がある接触の不連続性について，有力な対処法である非整数階微分PID制御器の設計を行っている．さらには，運動プリミティブ導出を見越した安定多様体法による最適軌道の生成を達成しており，研究の足がかりとなるような成果を得ることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた成果はいずれも剛体由来のモデルであり，接触における変形，衝突における弾性の考慮などは未達である．今後，力触覚モデルを組み込んでいくことで，力触覚と運動の多次元モデルを作成していく．また，そのモデルに基づき，力触覚の物理量をフィードバック変数に組み込むことで，力触覚を積極的に利用した最適制御により，運動プリミティブとなる軌道の生成を目指していく．
具体的な問題としては，すでに取り扱っているコンタクトジャグリングにおいて，LuGreモデルを組み込むことで力触覚を表現できるモデルの開発，および制御系設計を目指す．一方で，衝突現象を伴う非拘束マニピュレーション問題として卓球における打ち上げタスクを扱う．ここでは，卓球ラバーの弾性を考慮した跳ね返りモデルを取り入れ，ボールの運動制御を行う制御器設計の構築を目指す．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により予定していた学会（国際，国内）への出張がなくなり，そのために当該金額の剰余が生じた．今回の剰余金は事前度予算と合算して，理論検証のための実験に必要な実験機器の購入に当てる予定である．
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Research Products
(3 results)
