| 研究課題/領域番号 |
16K06434
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| 研究機関 | 香川高等専門学校 |
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研究代表者 |
漆原 史朗 香川高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (90311092)
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| 研究分担者 |
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 広域域力センシング / センサレス力制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題を3年間で完遂するために，初年度の平成28年度において、対象する産業用ロボットの各軸の数学モデルと非線形摩擦特性の詳細モデルリングを行った。産業用ロボットのエンドエフェクタとしてボールねじ機構を想定し，エンドエフェクタの周波数特性や非線形摩擦解析結果に基づいて、エンドエフェクタの接触反力に対して広帯域なセンシング技術を考案した。
まずは単軸のセンサレス力制御システムを構築し、実機実験に基づいて制御システムの良否を検証する制御システムのハードウェアシステムを構成した。具体的には，制御用パーソナルコンピュータにD/AやA/D変換ボードなどのPCIボードを挿入し、LinuxOSでのリアルタイム制御を可能とするハードウェア設計を行った。
次に、シミュレーション解析から作業空間をセンサレス力覚フィードバックの適用範囲や問題点を検証した。反力推定オブザーバの設計においては、押しつけ動作をする材料や道具などの作業環境をばね定数やダンパー定数で表現し、非線形摩擦の影響をディザ信号を重畳することで低減化について検証を行っている。ここで，ディザ信号とは振幅が非線形摩擦力より大きく、実際の指令信号に影響を与えない程度の高周波の正弦波信号である。このディザ信号を常にモータに入力することで、モータには振動的な力が加わり常に動作している状態にある。
一方、熟練者技能の再現を図るために熟練者の工作物への道具の当て方や力加減をデータベース化への準備を行った。熟練者の道具の位置や力加減のデータを収集するには道具に力センサや位置を計測する必要がある。これらのハードウェア構成やデータ収集システムを構築してデータ収集の準備が整えている。
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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
初年度の平成28年度では，卒業研究テーマとして学生1名を研究協力者として専任し，1年間本課題に対して研究を進めてきた。卒業研究では，主に摩擦力などの非線形特性の影響が顕著に表れるボールねじシステムに対して広帯域反力推定オブザーバの設計方法を検討した。さらに，制御用パーソナルコンピュータにD/AやA/D変換ボードなどのPCIボードを挿入し、LinuxOSでのリアルタイム制御を可能とするハードウェア設計を行った。また、実際に簡単な位置制御実験を行い、実際にロボットをリアルタイムに制御可能であることが確認して，実機実験の準備を整えることができた。
また、反力推定オブザーバの設計においては、シミュレーション上で推定した値に対して、真値との振幅比を求め、変換ゲインを計算する必要があるが、入力した反力に対して、反力を推定することができた。今後は、押しつけ動作をする材料や道具などの作業環境をばね定数やダンパー定数で表現し、非線形摩擦の影響をディザ信号を重畳することで低減化について検証を行う。
今後は、実機であるボールねじシステムに対して、構成した制御システムを用いて、センシング帯域と推定値をフィードバックさせた場合の制御システム安定性について検討する。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度では、前年度シミュレーション解析により問題点等を改良したセンサレス力覚フィードバック制御系を試作システムに実装し、ボールねじシステムにおける実機実験にて提案するセンサレス力制御系の検証を行う。さらに、研磨工程を想定した押しつけ動作に対して力および位置の指令データとして解析を行い、それらのデータ量を最小かつ最適化を図るデータ補間アルゴリズムを考案する。さらに、熟練機能最小データから元データへの逆再生の可否を検証する。これらの技術を融合した熟練技能の再現する力制御システムを改めて再設計し、試作システムへの搭載を行い評価する。
さらに、部品の研磨作業を目的とする位置制御とセンサレス力制御とのハイブリッド制御系設計方法について検討する。この際、実機への搭載の前段階としてシミュレーション解析により、制御精度の検証を行う。この測定データの解析と評価に際して、システム同定解析ソフト(MATLAB、SIMULINK)として300千円を計上する。また、高速フィードバック制御系を実現できるインターフェースボードと高速演算処理装置（TI DSKC6713相当）とシステムソフトウェアの開発環境に300千円を計上する。また、研究グループの打合せに240千円と研究調査のための国内旅費として300千円を計上する。さらに、基礎データ収集などの実験補助の大学院生や専攻科生2名に対する謝金として60千円を計上する。
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