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2017 年度 実績報告書

零スチフネス制御構造とセンサレス力制御による安全で俊敏に仕事をするソフトロボット

研究課題

研究課題/領域番号 15H03959
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

大石 潔  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)

研究分担者 和田 安弘  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70293248)
横倉 勇希  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70622364)
宮崎 敏昌  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90321413)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード電気機器工学 / モーションコントロール / 制御工学 / パワーエレクトロニクス
研究実績の概要

安全で俊敏に仕事をするロボットは、スチフネスが零の状態で高速モーション制御を行うソフトロボットである。この理想のソフトロボットを実現するには、全作業空間をスチフネスが零の状態で高速モーション制御をする必要がある。本研究では、関節軸側のねじれトルク制御を実現するために、共分散拡張カルマンフィルタと摩擦フリー状態オブザーバにより、広帯域な関節軸側の状態推定に基づくねじれトルク制御系を開発する。次に、振動と摩擦とノイズの影響を受けない反力推定オブザーバによる広帯域なセンサレス力制御系を開発することになる。これを以下のように解決した。
「安全で俊敏に仕事をするソフトロボット」の研究グループは、ロボット関節軸のモデル化を行い、モータ情報だけで、機械共振と摩擦の影響を受けないで関節軸側状態推定を行う「共分散カルマンフィルタと摩擦フリー状態オブザーバの結合系」を構成する。さらに、関節軸の状態推定値フィードバックとIP-Iねじれトルク制御器に外乱オブザーバを結合して、広帯域関節軸ねじれトルク制御系を実現した。「広帯域力覚センシング」研究グループでは、モータ軸情報だけで、非線形摩擦補償・ギアとメカの共振振動抑制・位置センサノイズの影響を受けにくい構造の可変雑音共分散拡張カルマンフィルタと反力オブザーバの理論的及び実験的解析を行った。そして、ノイズと振動に対するロバスト性を持つ4000rad/secの力覚フィードバック制御法を確立した。また、それを汎用CPUで実装した。「広帯域電流制御による力制御」研究グループでは、ロボット関節駆動用として、高効率低雑音のダイオードクランプ形リニア電力増幅器を実装した。
以上より、本研究の内容を完結した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Disturbance Observer and Kalman Filter Based Motion Control Realization2018

    • 著者名/発表者名
      Thao Tran Phuong, Kiyoshi Ohishi, Chowarit Mitsantisuk, Yuki Yokokura, Kouhei Ohnishi, Roberto Oboe, Asif Sabanovic
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 7 ページ: 1-14

    • DOI

      https://doi.org/10.1541/ieejjia.7.1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanical Admittance Realization Control Based on Feedforward Compensation for Fine Realization of Impedance2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Asai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 6 ページ: 83-90

    • DOI

      https://doi.org/10.1541/ieejjia.6.83

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Sensor-less Torque Control Considering Contact Phase for Two-mass System2017

    • 著者名/発表者名
      Thang Xuan Bo, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki and Yuki Yokokura
    • 学会等名
      IEEE 15th International Workshop on Advanced Motion Control
    • 国際学会
  • [学会発表] Haptic Signal Processing for Human-Robot Collaboration System using Moving Average Filter2017

    • 著者名/発表者名
      Chowarit Mitsantisuk, Busara Piriyanont, Kiyoshi Ohishi
    • 学会等名
      IEEE 15th International Workshop on Advanced Motion Control
    • 国際学会
  • [学会発表] Forward-back and Back-forward Drivable Controls for Human-robot Interaction2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi and Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      IEEE 15th International Workshop on Advanced Motion Control
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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