ヒューマノイド・ロボットの周波数ハイブリッドコンプライアンスの設計に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650246
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中村 仁彦 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (20159073)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 昌史 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 講師 (60323523)
• Keywords: ハイブリッドコンプライアンス / H∞制御 / 力学的技量 / ヒューマノイド・ロボット / アクティブコンプライアンス / パッシブコンプライアンス / エネルギーの制御 / ロボティクス

Research Abstract

人間と空間を共有するヒューマノイド・ロボットが安全性・作業性能の向上のために柔らかさを持つことが必要とされている.しかし,どのような状況で,あるいはタスクに対してどの程度の柔らかさが要求されるのかという評価基準は明確にされていない.本研究ではまず,コンプライアンスの概念を周波数領域に拡張したダイナミックコンプライアンスによって,タスク・安全性に必要な特性を表現した.次に,希望のコンプライアンス特性をメカニカルなコンプライアンス(パッシブ)とフィードバックによるコンプライアンス(アクティブ)の2つで実現した.特に後者では周波数領域での補償器設計法であるロバスト制御則を用い,パッシブとアクティブの両方の利点を生かしたハイブリッドコンプライアンスを実現する.これにより,タスクや安全性とコンプライアンス特性の関係が明確化され,されにこの特性を実現する体系的な手法を確立することで,コンプライアンス制御の新たな指針だけでなく,ヒューマノイド・ロボットに柔らかさを導入する有効性が示されることによって新たな機構設計の展開をもたらす.
一方,コンプライアンスを有効に利用することはロボットの運動性能の向上につながる.具体的には柔らかなリンクにポテンシャルエネルギを蓄え,これを一気に放出することでモータだけでは出力できないパワーを瞬間的に得ることができる.平成14年度は,コンプライアンス制御の応用として,エネルギの蓄積と放出の制御を行うことにより得られる新たな性能を力学的技量と呼び,これがロボットの力学特性に依存した能力を発揮することを示した.また,この設計論を上半身型のヒューマノイド・ロボットに応用し,素振り動作に置いて大きな速度を得るための軌道計画方を提案した.

Research Products

• [Publications] Masafumi OKADA, Shigeki BAN, Yoshihiko NAKAMURA: "Skill of Compliance with Controlled Charging/Discharging of Kinetic Energy"Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2455-2460 (2002)
• [Publications] 伴茂樹, 岡田昌史, 中村仁彦: "エネルギーの蓄積・放出の制御による力学的技量の実現"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02. (2002)
• [Publications] 門根秀樹, 岡田昌史, 中村仁彦: "非線形力学系の同期を用いたロボットの運動制御"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02. (2002)