測地線に基づいた低減速比ロボットアームの簡易動作生成法の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04377
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 関本 昌紘 富山大学, 学術研究部工学系, 講師 (40454516)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ロボティクス / 多関節ロボット / 運動制御 / リーマン幾何学 / 低減速比関節

Outline of Annual Research Achievements

人や物との接触を柔軟に行うため，ロボットアームの関節駆動部ギアを低減速比化した場合，動作アームの慣性モーメントの影響増加により運動方程式の非線形性が強くなり，出力できる制御トルクが小さくなる．本研究の目的は，この非線形運動の制約制御問題に対し，リーマン多様体上の測地線の速度台形則への着眼から，慣性を効果的に用いた簡易動作生成法を確立することである． 本年度の研究実績を以下に示す．
１．実証実験のための環境整備を行った．当初予定していた低減速比垂直7関節ロボットアームが入手困難であることがわかり，ロボットアームの再調査を行った．本研究の検証に必要となる軌道制御機能および入手のしやすさを考慮し，小型６軸ロボットアームを選定・調達した．加えて，低減速比化の効果検討のため，減速比1/21の水平動作２軸ロボットアームを開発した．これらのロボットアームにおいて，指定する軌道を実現できる制御環境を整備した．
２．特定部分の動作を制約するホロノミック拘束を考慮した，多関節系の慣性行列からなるリーマン計量の測地線動作（計画軌道）について，質量バランスおよびアーム姿勢（関節角度）に対する振る舞いの違いを調査するための動力学シミュレータを開発した．この測地線動作は，指定する二つの姿勢を境界条件として，多関節系の慣性力，遠心力・コリオリ力，ホロノミック拘束を保つ強制力の和がゼロである方程式に対して二点境界値問題を解くことで得られる．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ロボットアームの再選定が必要になり，実験環境の整備に時間を要したため．

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画に沿って推進する．具体的には，測地線速度台形則による関節軌道計画法の構築，低次の時間関数に近似する簡易動作生成法の構築，実験検証，手先制御された動作への拡張を行う．

Causes of Carryover

実験の実施および研究成果発表に遅れが生じているためであり，当初計画の推進に使用する．