マスタ・スレーブ柔軟アームのテレオペレーションのためのモデル化手法と制御系の構築

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650266
• Research Institution: TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 松野 文俊 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00190489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 辰次 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (80134972)
• Keywords: 柔軟アーム / 分布定数モデル / PDS制御 / リアプノフの方法 / 不変原理 / 偏微作用素解析

Research Abstract

宇宙構造物や宇宙ロボットはロケットの打ち上げコストの削減要求から極端に軽量化されており,柔軟多体系とみなさなくてはならず,そのモデル化と制御に関して多くの研究がなされている.これら研究のほとんどは,分布定数系の有限次元近似システムに基づいて制御器を構成しようとするもので,本来の無限次元システムの本質を反映しているとはいいがたい.したがって,制御器の次数は大きくなり計算機パワーを必要とし,実装にも多大な労力を必要としてきた.また,これらの制御則は計算機の演算時間の遅れが重大な問題となるマスター・スレーブアームのテレオペレーションには有効ではない.
本研究では柔軟アームのモデルとして有限次元近似を用いない分布定数モデルを提案し,その物理的本質をいかした簡単な出力フィードバック則(PDS制御則)をリアプノフの方法と偏微分作用素論を用いることにより導出した.提案した制御則は,位置(P)・速度(D)・歪み(S)の情報を計測し,直接フィードバックするだけの静的制御器であり,実装が容易である.また,PDS制御則はシステムの物理パラメータに依存せず,閉ループ無限次元系を安定化することを保証したロバストな制御器である.PDS制御則を2リンク柔軟アームの位置決め制御と双腕1リンク柔軟アームの協調制御に適用し,その有効性を実験により検証した.
実験結果より,PDS制御則はアームの物理パラメータの不確定性やアーム先端の負荷変動に対してロバストであり,さらに,アームの姿勢変化やコリオリ・遠心力といった非線形性に対しても制御性能が確保されていることが確認された.
以上の結果より,提案した制御器は,計算機の演算時間を極力減少させることが可能となり,マスター・スレーブ柔軟アームのテレオペレーションに有効であると考えられる.

Research Products

• [Publications] 松野・平嶋: "剛結合した2本のビームのモデリングとロバスト制御" 計測自動制御学会論文誌. 34・7. 783-788 (1998)
• [Publications] F.Matsuno: "Optimal Path Planning for Flexible Plate Handling Using an n-Link Manipulator" J.Robotics and Mechatronics. 10・3. 178-183 (1998)
• [Publications] F.Matsuno and M.Kisoi: "Task Understanding for the Beam-in-Hole Task with Initial One-Point Contact" J.Robotics and Mechatronics. 10・3. 203-208 (1998)
• [Publications] F.Matsuno and S.Kasai: "Modeling and Robust Force Control of Constrained One-Link Flexible Arms" J.Robotic Systems. 15・8. 447-464 (1998)
• [Publications] 松野・大野・田中: "集中的および分布的柔軟性をもった大型宇宙構造物の分布定数制御(バネ結合した2本の柔軟ビームの場合)" 計測自動制御学会論文誌. 34・12. 1889-1896 (1998)
• [Publications] 松野 文俊: "機械システムのタスクディレクティドモデリング" システム/制御/情報. 42・9. 477-486 (1998)
• [Publications] F.Matsuno and M.Hatayama: "Robust Cooperative Control of Two Two-Link Flexible Manipulators on the Basis of Quasi-static Equations" Int.J.Robotics Research. 17・4(to appear). (1998)