2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15H03959
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40185187)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 安弘 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70293248)
横倉 勇希 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70622364)
宮崎 敏昌 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90321413)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気機器 / 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度の平成２７年度は、各研究グループにおいて、「安全で俊敏に仕事をするソフトロボット」の開発のために必要な要素技術の開発とその実現に向けて、以下の目標で推進する。
「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加速度推定を行う「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、関節軸加速度の推定値フィードバックと加速度制御器に外乱オブザーバを結合して、広帯域関節軸加速度制御系を構成する。「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う。そして、ノイズと振動に対するロバスト性を持つ広帯域力覚センシング法を確立し、実装する。「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高速サンプリング周期で実装する。これより、スイッチングノイズのない電力増幅器により広帯域の応答性を有するの電流制御系を構成する。
以上、３グループで構成された制御系を、ロボット関節のギア結合サーボモータに対して、本体構造とモータはそのままで、サーボアンプのハードウェアとDSP・FPGAのソフトウェアの実装により実現できることを検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２７年度は、各研究グループにおいて、「安全で俊敏に仕事をするソフトロボット」の開発のために必要な要素技術の開発とその実現に向けて、以下の目標で推進することになっている。
「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加速度推定を行う「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」を構成した。さらに、関節軸加速度の推定値フィードバックと加速度制御器に外乱オブザーバを結合して、広帯域関節軸加速度制御系を構成した。。「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広帯域力覚センシング法を確立して、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高速サンプリング周期で実装した。これより、スイッチングノイズのない電力増幅器により広帯域の応答性を有するの電流制御系を構成した。
以上、各研究グループの当初の計画どおりに進めることができたので、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、各研究グループにおいて、「安全で俊敏に仕事をするソフトロボット」の開発のために必要な要素技術の開発とその実現に向けて、以下の目標で推進する。
「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加速度推定を行う「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、関節軸加速度の推定値フィードバックと加速度制御器に外乱オブザーバを結合して、広帯域関節軸加速度制御系を構成する。「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う。「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高速サンプリング周期で実装する。これより、スイッチングノイズのない電力増幅器により広帯域の応答性の電流制御系を構成する。３グループで構成された制御系を、ロボット関節のギア結合サーボモータに対して、サーボアンプとDSPまたはFPGAのソフトウェアの実装により実現する。
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