低剛性マニプレータの分散階層型制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 60460110
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械力学・制御工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉本 堅一 東大, 工学部, 教授 (10011074)
• 研究分担者: 宮本 康雄 東京大学, 工学部, 助手 (50010864) ; 小林 肇 東京大学, 工学部, 助手 (10010860)
• 研究期間 (年度): 1985 – 1986
• 研究課題ステータス: 完了 (1986年度)
• 配分額: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円); 1986年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 1985年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
• キーワード: 低剛性マニプレータ / 弾性リンク / 有限次元モデル / 最適1形サーボ系 / 分散階層制御系

研究概要

従来のロボットマニプレータでは、系の剛性を上げることにより位置精度の向上を計ってきた。しかし、それに伴なう重量増加のためエネルギ効率,高速運動特性の悪化を招いている。マニプレータのリンクの柔軟性を考慮した制御方式を開発すれば、マニプレータを軽量化できる。本研究では低剛性マニプレータの各関節毎に状態フィードバックを用いた分散階層型の制御系を構成し、低剛性マニプレータの高速高精度な実時間制御を実現した。得られた成果は以下のようにまとめられる。
1.低剛性マニプレータのモデル化では、柔軟リンク一次モードのみに注目し最も単純化したが、十分なモデル精度が得られた。高次なモデル化を行なっても複雑すぎて制御に適さない。
2.方程式の線形化に際し、一部非線形フィードバックを採用したが、これは単なる平衡点まわりの一次展開より良好な結果が得られた。
3.制振制御においては、動的撓み量を状態量としてフィードバックするのが有効である。
4.位置決め精度確保と残留弾性振動の抑制のため、関節部の固休摩擦に関するフィードフォワード補償が有効である。
5.さらに、負荷や摩擦の変化を補償し位置決め精度向上のため、各関節に1形サーボ系を構成する必要があった。
6.制御系の設計に当っては、振動モードの干渉によって生じる高次の振動モードをモード分解に基づく低次元化を行ったが試作したマニプレータは構造ダンピングが十分であったので、スピルオーバの問題は発生しなかった。