| 研究課題/領域番号 |
19H02160
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
岩崎 誠 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10232662)
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| 研究分担者 |
前田 佳弘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70769869)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | メカトロニクス / モーションコントロール |
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| 研究実績の概要 |
〔負荷軸角度センサによるフルフィードバック2自由度位置決め制御系の設計と実証実験〕
2019年度には，本研究で用いる2軸水平スカラロボットとして，申請者らが科研費（基盤研究C:H28~30年度，課題番号16K06413）にて開発した負荷軸角度センサを設置した減速機内蔵型アクチュエータを導入した供試ロボット装置を用いて，従来のロボット制御では困難であったフルフィードバック制御系を構築した。この負荷側センサの併用によるフルフィードバック制御系を前提に，以下の制御系設計および対応する実証実験を実施した。
（１） 共振・摩擦・ばね要素を考慮したLagrange方程式ベースの物理モデルに対して，実機周波数特性と時間応答からモデルパラメータ同定を実施し，2つの機構共振モードを示す実機特性に対応した3慣性精密モデルを作成した。その場合，モデルパラメータ数が2軸で20個を超えるため，遺伝的アルゴリズムによる最適化を適用してパラメータ同定とした。
（２） 上記精密モデルに基づき，フルフィードバック2自由度制御系のフィードバック（FB）補償器とフィードフォワード（FF）補償器を，負荷外乱からモータ角度までの感度特性と目標値追従特性をH∞補償器設計の混合感度問題の枠組みにより，モータ高感度化と応答周波数の数値目標を満足可能なFB補償器を設計し，実験実証した。その結果，所望の周波数特性を有する制御仕様を満足するFB補償器設計を実現できた。
（３） さらに，フルフィードバックを前提とした負荷側状態量を含めたインピーダンス制御も実現し，所望のバックドライバビリティ（負荷側からモータ側への感度低減も含む）の実現に至った。
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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
申請時の2019年度研究計画・方法に従って，負荷軸角度センサによるフルフィードバック2自由度位置決め制御系の設計と実験検証に関して，Lagrange方程式ベースの物理モデルに基づく精密モデリングおよびそのパラメータ同定，周波数特性に関する制御仕様を満足する2自由度制御系のフィードバックおよびフィードフォワード補償器設計，バックドライバビリティに着目したインピーダンス制御系設計，のそれぞれを実施し，供試ロボット装置による実機検証も併せて提案手法の有効性を示すことができた。
これら一連の設計論と実験検証に対して，以降に示す学術論文や学会口頭発表により，その成果を公表できた。さらに，2020年度の研究計画に挙げている，線形行列不等式制約を用いたフィードフォワード補償器設計への展開に関しても，制御系CADベースの数値シミュレーションによって，設計論の基礎検討を年度前倒しで実施している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度では，2019年度に引き続いて供試2軸水平スカラロボットに対するフルフィードバック2自由度位置決め制御系の設計と実機実験検証および特性解析を行い，2021年度以降の課題である，センサ新規開発による制御性能の向上と垂直多関節ロボット制御への展開を準備する。
具体的には， 本研究で用いる2軸水平スカラロボットに対して，負荷側センサの併用によるフルフィードバック制御を前提に，以下を実施する。
（１） 共振・摩擦・ばね要素を考慮したLagrange方程式ベースの物理モデルによる精密モデルに基づき，フルフィードバック2自由度制御系のフィードバック(FB)補償器とフィードフォワード(FF)補償器を，負荷外乱からモータ角度までの感度特性と目標値追従特性をH∞補償器設計の混合感度問題の枠組みにより，モータ高感度化と応答周波数の数値目標を満足可能なFB補償器を設計し，実機検証する。
（２） FF補償器設計に際しては，モータトルクと残留振動に対して線形行列不等式（LMI）で制約を課すことで，状態量制約に対する最適設計を行う。
（３） 以上の制御系設計の枠組みに対して，モータ側と負荷側のセンサの組合せによる，セミクローズド制御系（モータ側センサのみ使用）とフルクローズド制御系（モータおよび負荷側センサを両方使用）の特性比較を，周波数領域（追従性，安定性，外乱抑圧性，ロバスト性）および時間領域（整定性，制振性）の各指標に着目して行い，センサ構成による特徴の明確化，フルフィードバック制御の有効性をそれぞれ提示する。
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