非ホロノミックメカニカルシステムの運動計画と制御

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452153
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中村 仁彦 東京大学, 工学部, 助教授 (20159073)
• 研究分担者: 吉本 堅一 東京大学, 工学部, 教授 (10011074)
• キーワード: 非ホロノミック拘束 / 非線形制御 / 運動計画 / 宇宙構造物 / 宇宙ロボット / ロボティクス / 非可積分系 / 角運動量保存則

研究概要

1.自由関節をもつリンク系の運動制御 平成4年度には自由関節で連結された多体宇宙構造物の形状を1つの剛体に搭載された姿勢制御装置のみを使用して安定化する事を提案し、そのための一つの制御方法を確立した.平成5年度には、第2関節が自由関節である水平2関節マニピュレータの運動制御の問題を研究し、第1関節を任意な角度に、第2関節を±90度に同時に漸近安定化する方法を開発した.この理論と開ループ制御を併用して、任意な角度に位置決めできることを実験により示した.
2.宇宙ロボットのスパイラルモーションによる運動近似 自由飛行型宇宙ロボットでマニピュレータの駆動装置のみを用いて衛星姿勢とマニピュレータの運動を同時に制御することはできない.これを近似的に実現する方法として、エンドエフェクタの目標軌道の回りでスパイラルを描くことにより、衛星姿勢を制御することを提案しその計算法を確立した.
3.柔軟宇宙構造物の弾性振動によるドリフト運動 柔軟宇宙構造物では弾性振動の発生とその制振制御が重要視されてきたが、ここでは弾性振動の持続によって非ホロノミック性のために宇宙構造物の姿勢のドリフトが生じることを示した.ドリフト発生の条件やドリフトを生じにくくする方法についても研究した.これによってドリフトを未然に防ぐことができれば宇宙構造物のエネルギの節約に繋がる.
4.非ホロノミックマニピュイレータの開発 非ホロノミック性を利用することによって、2つのモータで任意なN関節のマニピュレータを任意な角度に位置決めできることを示し、その機構の構成法を提案した.また、この様なマニピュレータを任意な角度に指数関数的に安定化する制御則も提案している.

研究成果

• [文献書誌] 中村 仁彦: "電力を回生する宇宙ロボットシステムの姿勢制御装置の冗長性を利用した省エネルギ化制御" 日本ロボット学会誌. 11. 717-725 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "自由関節で連結された宇宙構造物の形状制御" 日本ロボット学会誌. 11. 883-891 (1993)
• [文献書誌] Yoshihiko Nakamura: "Exploiting Nonholonomic Redundancy of Free-Flying Space Robots" IEEE Trans.on Robotics and Automation. 9. 499-506 (1993)
• [文献書誌] Yoshihiko Nakamura: "Stabilization of the shape of Space Multibody Structure with Free Joints" Proc.1993 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2095-2101 (1993)
• [文献書誌] Yoshihiko Nakamura: "Lowering Energy Consumption of Space Robot Systems through Kinetic Energy Conservation" Proc.1993 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1019-1026 (1993)
• [文献書誌] Yoshihiko Nakamura: "Space Multibody Structure Connected with Free Joints and its Shape Control" Proc.32nd IEEE Conference on Decision and Control. 3126-3131 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "非ホロノミックロボットシステム,第1回非ホロノミックなロボットって何?" 日本ロボット学会誌. 11. 521-528 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "非ホロノミックロボットシステム,第2回幾何学的な非ホロノミック拘束の下での運動計画" 日本ロボット学会誌. 11. 655-662 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "非ホロノミックロボットシステム,第3回幾何学的な非ホロノミック拘束の下での運動制御" 日本ロボット学会誌. 11. 837-844 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "非ホロノミックロボットシステム,第4回動力学的な非ホロノミック拘束の下での運動" 日本ロボット学会誌. 11. 999-1005 (1993)
• [文献書誌] 中村 仁彦: "非ホロノミックロボットシステム,第5回動力学的な非ホロノミック拘束の運動制御" 日本ロボット学会誌. 12(予定). (1994)
• [文献書誌] Ole J.Sordalen: "Design of a Nonholonomic Manipulator" Proc.1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation. (予定). (1994)