水中における多関節構造体のパラメータ推定を用いないダイナミクス解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450107
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 川村 貞夫 立命館大学, 理工学部, 教授 (20186141)
• 研究分担者: 櫟 弘明 奈良工業高等専門学校, 助手 (40300602) ; 木野 仁 福岡工業大学, 工学部, 講師 (50293816) ; 伊坂 忠夫 立命館大学, 理工学部, 助教授 (30247811)
• キーワード: 水中運動 / 学習制御 / 時間軸変換 / 身体トルク / パラレルワイヤシステム

研究概要

本研究で得られた結果は以下に要約される.
[1]水中ロボットアームの学習制御
1自由度および3自由度の水中ロボットアームについて,水中での学習制御の有効性を実験的に検証した.その結果,空中での学習制御で得られた結果と同様の精度で,目標値に収束できることが確認された.
[2]水中ロボットアームダイナミクスの時間軸変換による解析
学習制御で得られたトルク波形に非線形の時間軸変換を行い,浮力などの流体項の分離に成功した.その結果,パラメータ推定を行わずに,流体項を時系列信号として求めることができるようになった.さらに,任意の時間での流体から受けるトルクを簡単な計算によって,既存のトルク波形から合成できることを確認した.
[3]パラレルワイヤ駆動による空中での身体のトルク計測
パラレルワイヤ駆動システムによって,空中での人間の駆動トルクを推定するシステムを実現した.この結果,肘と肩のトルクを0.2[Nm]の精度で計測できることが示された.
[4]パラレルワイヤ駆動における学習制御
パラレルワイヤ駆動システム学習制御について,誤差の収束性を関節角座標系と作業座標系の両方で理論的に証明し,実験によって目標軌道に手先運動が収束することを実験とシミュレーションによって確認した.
[5]任意の運動での人間のトルク計測
人間に装着したパラレルワイヤ駆動システムを用いて,任意の運動パターンを学習制御によって実現した.その結果,任意の運動パターンについての関節角トルクの計測が可能となった.
[6]水中での人間のトルク計測
水中で人間に装着したパラレルワイヤ駆動システムを用いることにより,水中運動時の関節角トルクを計測可能となった.また,空中と同じ運動パターンを学習制御によって達成することにより,流体から腕が受ける付加慣性,流体抗力,浮力などが時系列信号として得られた.

研究成果

• [文献書誌] 木野仁, 矢部茂, 古谷了, 川村貞夫: "シリアルリンク機構/パラレルワイヤ駆動システムによる力覚提示装置の開発"日本バーチャルリアリティ学会誌. 7巻,1号. 3-8 (2002)
• [文献書誌] Sadao Kawamura, Norimitsu Sakagami: "Analysis on Dynamics of Underwater Robot Manipulators basing on Iterative Learning Control and Time-Scale Transformation"IEEE Internatinal Conference on Robotics and Automation2002. Vol.2. 1088-1094 (2002)
• [文献書誌] Hitoshi Kino, Sadao Kawamura: "Development of A Serial Link Structure / Parallel Wire System for A Force Display"IEEE Internatinal Conference on Robotics and Automation2002. Vol.1. 829-834 (2002)
• [文献書誌] Norimitsu Sakagami, Manabu Inoue Sadao Kawamura: "Theoretical and experimental studies on iterative learning control for underwater robots"International Society of Offshore and Polar Engineering. Vol.2. 295-300 (2002)
• [文献書誌] Norimitsu Sakagami, Sadao Kawamura: "Analysis on dynamics of 3-DOF underwater robot manipulators based on time-scale transformation"JAPAN-USA Symposium on Flexible Automation. Vol.3. 1139-1145 (2002)
• [文献書誌] H.Kino, S.Yabe, S.Kawamura: "Sensor Feedback positioning control for a robot with serial-link structure driven by parallel-wire mechanism"JAPAN-USA Symposium on Flexible Automation. Vol.3. 1133-1138 (2002)
• [文献書誌] 坂上憲光, 井上学, 川村貞夫: "水中ロボットマニピュレータの繰り返し学習制御に関する理論的考察と実験的検証"日本造船学会論文集. 193号. 411-417 (2002)
• [文献書誌] Norimitsu Sakagami, Manabu Inoue, Sadao Kawamura: "Theoretical and Experimental Studies on Iterative Learning Control for Underwater Robots"International Journal of Offshore and Polar Engineering Conference. (ページ未確定). (2003)
• [文献書誌] 坂上憲光, 川村貞夫: "時間軸変換を利用した水中ロボットマニピュレータのフィードフォワード入力生成"日本ロボット学会誌. Vol.21,No.5(ページ未確定). (2003)
• [文献書誌] 坂上憲光, 井上 学, 吉崎武史, 川村貞夫: "繰り返し学習制御と時間軸変換を利用した3自由度水中マニピュレータのダイナミクス解析"ロボティクス・メカトロニクス講演会 '02講演論文集. 1A1-A09 (2002)
• [文献書誌] 木野 仁, 矢部 茂, 本荘直樹, 川村貞夫: "シリアルリンク機構/パラレルワイヤ駆動ロボットの位置センサフィードバック制御-PID位置制御について-"ロボティクス・メカトロニクス講演会 '02講演論文集. 1A1-H08 (2002)
• [文献書誌] 重歳憲治, 川村貞夫, 木野 仁, 金岡克弥, 谷口祥平, 石橋良太, 上村充典: "パラレルワイヤと学習制御を利用した水中での人間トルク計測構想"第23回バイオメカニズム学会講演会予稿集. 2B101 (2002)
• [文献書誌] 谷口祥平, 石橋良太, 植村充典, 重歳憲治, 木野 仁, 金岡克弥, 川村貞夫: "パラレルワイヤによる人間の関節トルク計測"第23回バイオメカニズム学会講演会予稿集. 2B102 (2002)
• [文献書誌] 坂上憲光, 川村貞夫: "水中ロボットマニピュレータの運動解析と制御"日本機械学会2002年度年次大会講演資料集. 444-445 (2002)
• [文献書誌] 川村貞夫, 谷口祥平, 木野 仁, 金岡克弥, 石橋良太, 植村充典, 重歳憲治: "パラレルワイヤ駆動システムの学習制御を利用した水中環境における人体の関節トルク解析"第8回ロボティクス・シンポジア. (ページ未確定). (2003)
• [文献書誌] 坂上憲光, 金岡克弥, 川村貞夫: "水中ロボットマニピュレータの学習制御と時間軸変換を利用した運動計画の実現手法"ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. (ページ未確定). (2003)
• [文献書誌] 井上学, 坂上憲光, 吉崎武史, 国友雅哉, 生田義和, 川村 貞夫: "三次元多自由度マニピュレータを搭載した水中ロボットによる作業の実現"ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. (ページ未確定). (2003)