2023 Fiscal Year Research-status Report

Position/force control under binocular visual space visual servo for task realization of stiffness adjustable tendon arms

Research Project

Project/Area Number	22K04166
Research Institution	Mie University
Principal Investigator	駒田諭三重大学, 工学研究科, 教授 (10215387)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	矢代大祐三重大学, 工学研究科, 准教授 (60607323)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	ロボットアーム / 制御 / 非線形バネ / 腱駆動 / 剛性 / 視覚
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では人間と共存する環境で安全に作業を行えるロボットを開発することを目標としている。制御対象の非線形バネを用いた腱駆動アームは、非線形バネにより腱剛性を調節することで任意の作業空間剛性を実現できる。剛性可変腱駆動機構の制御に関しては、１関節における制御手法を開発した。１つめの方法は２慣性共振系の制御法として提案されてきた共振比制御を剛性可変腱駆動機構に適用する方法を考案し、シミュレーションにより有効性を示した。共振比制御では軸ねじれトルクを推定してそれをフィードバックすることで振動を抑制しているが、剛性可変腱駆動機構はモータが２つでアームが１つであるため従来の２慣性共振系よりも複雑になっている。そこで、２つのモータのそれぞれのワイヤの張力を推定してフィードバックすることを提案した。２つめの方法は、張力制御系を非線形バネの特性を考慮して張力の２階微分量の制御を実現できる方法を用いて、アームの位置の２階微分量の制御を実現した。この手法は別の非線形バネを用いた剛性可変腱駆動機構において提案されていたが、われわれが用いている非線形バネSATに応用した。さらに、外乱による影響を低減するために、アーム外乱を推定する外乱オブザーバを適用し、外乱の影響を低減した。剛性可変腱駆動機構は人間の筋骨格と似た特性を持っている。そこで、足関節の粘弾性を推定して、足の底屈と背屈力を推定する方法を提案した。このような研究を基にして、人間の動作戦略を明らかにし、それらを参考にして剛性可変腱駆動機構の制御手法の開発につなげる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 剛性可変腱駆動機構の制御手法を２種類考案できた。さらに、人間の足関節の動作戦略を知るために、足関節のトルクの推定を行った。
Strategy for Future Research Activity	シミュレーションにて検討を行っていたので、実験装置にて提案する制御手法の効果を検証する。その上で、手法の改良を行う。さらに、多関節の剛性可変腱駆動機構の制御手法の開発を行う。
Causes of Carryover	制御実験装置のコンピュータとインターフェイスボードの購入を検討していたが、検討が遅れて次年度購入となったため。（使用計画）：制御実験装置のコンピュータとインターフェイスボードの購入を行うと共に、国際会議での関連事項の調査のための旅費と参加費に使用する予定である。