| 研究課題/領域番号 |
22K04166
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21040:制御およびシステム工学関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
駒田 諭 三重大学, 工学研究科, 教授 (10215387)
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| 研究分担者 |
矢代 大祐 三重大学, 工学研究科, 准教授 (60607323)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | ロボットアーム / 制御 / 非線形バネ / 腱駆動 / 剛性 / 視覚 / 関節剛性 / ビジュアルサーボ / 力制御 / 座標変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまで研究を続けてきた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。人間の空間知覚に関係した視空から腱空間までの座標変換を分割簡易化しており、画像・関節角度・力等の各種センサ値の任意の空間でのフィードバックが可能である。
本課題では、これまでに開発してきた上記システムに対して、複数のセンサとそれらをフィードバック・フィードフォワード補償する座標系の関係を検討することで、画像による制御を行いつつ、位置／力制御を行うシステムを開発し、人間環境で安全に様々なタスクを実行可能なロボットの実現に貢献する。
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| 研究実績の概要 |
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。
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