高度安全性を目指したマルチリンク柔軟マニピュレータの衝突検出と制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 21560240
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械力学・制御
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 澤田 祐一 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (80273548)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2010年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2009年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: マニピュレータ / 柔軟構造物 / 制御 / 衝突検出 / 安全性

研究概要

本研究課題では以下のような成果を得た.非線形性の強い柔軟マニピュレータに対する衝突検出を出来るようにするため,非線形状態推定器であるunscentedカルマンフィルタ(UKF)を導入した.これにより多リンク柔軟マニピュレータの衝突検知が可能となった.衝突による衝撃力は未知外乱であるため,カルマンフィルタやUKFの状態推定精度を悪化させるため,衝突入力が状態推定に影響を及ぼさないようなロバストフィルタを導入して,衝突検出と推定制御それぞれに機能を振り分けたフィルタを用意することで,より安定的に停止制御が行えるような方法論を考案し,その有効性を示した.

研究成果

• [雑誌論文] An Improved Recursive Algorithm of Optimal Filter for Discrete-time Linear Systems Subject to Colored Observation Noise, Int. J. Inno-vative Computing (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada and A. Tanikawa
  • 雑誌名: Information and Con-trol 巻: Vol.8, No.3(B) ページ: 2389-2397
  • 査読あり
• [雑誌論文] UKF-Based Collision Detection and Con-trol of Parallel-structured Two-link Flexi-ble Manipulators, Int. J. Innovative Com-puting (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada, J. Kondo and Y. Watanabe
  • 雑誌名: Information and Control 巻: Vol.8, No.3(B) ページ: 2399-2413
  • 査読あり
• [雑誌論文] UKF-Based Collision Detection and Control of Parallel-structured Two-link Flexible Manipulators (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Sawada, Junki Kondo, Yusuke Watanabe
  • 雑誌名: International Journal of Innovative Computing, Information & Control 巻: Vol.8 ページ: 2399-2413
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Improved Recursive Algorithm of Optimal Filter for Discrete-time Linear Systems Subject to Colored Observation Noise (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Sawada, Akio Tanikawa
  • 雑誌名: International Journal of Innovative Computing, Information & Control 巻: Vol.8 ページ: 2389-2397
  • 査読あり
• [学会発表] 衝突入力の影響を受けないUKFを用いた柔軟アームの制御とイノベーション過程に基づく衝突検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 澤田祐一, 寳壁俊之
  • 学会等名: 第54回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 愛知県豊橋市・豊橋技術科学大学
  • 年月日: 2011-11-20
• [学会発表] Robust Filter Based Control of A Single-link Flexible Arm and Its Collision Detection Using Innovation Process (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Sawada, Tatsuya Fujimoto, Atsushi Moritani, Akio Tanikawa
  • 学会等名: The 43rd ISCIE International Symposium on Stochastic SystemsTheory and Its Applications
  • 発表場所: 滋賀県草津市・立命館大学(Epoch Ritsumei 21)
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] Control of a Parallel-link Flexible Manipulator based on Lumped Parameter Model Approach Using Strain Sensor Model (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Andoy, Y.Sawaday, G.Takahashiz, S.Yokosuka
  • 学会等名: 第55回システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪府吹田市・大阪大学コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-05-17
• [学会発表] Control of a Parallel-link Flexible Manipulator based on Lumped Parameter Model Approach Using Strain Sensor Model (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ando, Y.Sawada, G.Takahashi, S.Yokosuka
  • 学会等名: The 42nd ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター(発表予定)
  • 年月日: 2011-05-17
• [学会発表] 衝突入力の影響を受けないUKFを用いた柔軟アームの制御とイノベーション過程に基づく衝突検知 (2011)
  • 著者名/発表者名: 澤田祐一, 寳壁俊之
  • 学会等名: 第54回自動制御連合講演会予稿集
  • 発表場所: 豊橋市
• [学会発表] Robust Filter Based Control of a Single-link Flexible Arm and Its Col-lision Detection Using Innovation Process (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada, T. Fujimoto, A. Moritani and A. Tanikawa
  • 学会等名: the 43rd ISCIE International Sympo-sium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
  • 発表場所: Shiga, Japan
• [学会発表] 1リンク柔軟アームの衝突検出と衝突の方向を考慮した停止制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寳壁俊之, 澤田祐一
  • 学会等名: 第21回インテリジェント・システム・シンポジウム講演原稿集
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] Collision Detection and Control of Parallel-structured Two-link Flexible Manipulators using Unscented Kalman Filter (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Sawada, J.Kondo, Y.Watanabe
  • 学会等名: The 42nd ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
  • 発表場所: 岡山理科大学
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Unscented Kalman Fiterを用いた柔軟マニピュレータの衝突検出とUnscented変換の特性検証 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊裕介・澤田祐一
  • 学会等名: 第53回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 高知県高知城ホール
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Unscented Kalman フィルターを用いた1リンク柔軟マニピュレータの衝突検知 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊裕介, 澤田祐一, 近藤純基
  • 学会等名: 第10回計測自動制御学会 制御部門大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2010-03-16
• [学会発表] Optimal State Estimators for a Class of Discrete-time Linear Systems with Colored Obser-vation Noise Using Improved Recursive For-mula (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada and A. Tanikawa
  • 学会等名: the 42nd ISCIE International Symposium on Stochastic Systems The-ory and Its Applications
  • 発表場所: Okayama, Japan
• [学会発表] Collision Detection and Control of Parallel-structured Two-link Flexible Manipulators Using Unscented Kalman Filter (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada, J. Kondo and Y. Watanabe
  • 学会等名: the 42nd ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applica-tions
  • 発表場所: Okayama, Japan
• [学会発表] Unscented Kalman Filterを用いた柔軟マニピュレータの衝突検出とUnscented変換の特性検証 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊裕介, 澤田祐一
  • 学会等名: 第53回自動制御連合講演会予稿集
  • 発表場所: 高知
• [学会発表] Unscented Kalman Filterに基づいた不規則外乱を受ける並行構造2リンク柔軟マニピュレータの衝突検知 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤純基, 澤田祐一
  • 学会等名: 第52回自動制御連合講演会予稿集
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-11-21
• [学会発表] Unscented Kalman Filter に基づいた不規則外乱を受ける並行構造2リンク柔軟マニピュレータの衝突検知 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤純基, 澤田祐一
  • 学会等名: 第52回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-11-21
• [学会発表] On a Control of Multi-link Flexi-ble Manipulators Using Sliding Mode Ob-server and Its Numerical Simulations (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Okumura, Y. Sawada and G. Taka-hashi
  • 学会等名: the 53rd Annual Conference of the Institute of Systems, Control and Information Engi-neers
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Model-ing of a Parallel-structured Two-link Flexi-ble Arm (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Fukui, Y. Sawada and J. Kondo
  • 学会等名: the 53rd Annual Conference of the Institute of Systems, Control and In-formation Engineers
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [図書] Ad-vanced Strategies for Robot Manipulators (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sawada, J. Kondo and Y. Watanabe
  • 出版者: Seyed Ehsan Shafiei Sciyo
• [図書] Advanced Strategies for Robot Manipulators(共著) (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Sawada, Y.Watanabe, J.Kondo
  • 出版者: Sciyo