2017 Fiscal Year Annual Research Report
負荷側エンコーダ情報を用いた２慣性系の精密な力制御
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16J02698
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山田 翔太 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | モーションコントロール / 力制御 / 外力推定 / 協働ロボット / ロバスト性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ファクトリーオートメーションの推進のため，人と協調して働けるロボットが要求され始め，また福祉の分野では介護ロボットが求められている．このような人と同じ環境での動作を求められるロボットには，人に危害を加えない柔軟な動作を可能にする力制御が求められている．力制御により，位置制御では困難であった動作が可能になる．例えば，産業用ロボットにおいては組立作業などの高度な作業，福祉用ロボットでは人に危害を加えない柔軟な制御，人間の力をアシストするウェアラブルロボットにおいてはバックドライバビリティの改善，工作機械においては切削力の制御等が可能となる．
精密な力制御の実現のためには，精密な力の検出が必要となる．力検出のために力センサを利用することも可能であるが，高コスト化を招き産業応用上好ましくない．したがって，力センサレスでの推定が求められている．しかし，力センサレス推定にはプラントのモデルが必要となり，モデル化誤差によって推定精度が大きく劣化してしまう．そこで，今年度はモデル化誤差にロバストな力センサレス外力推定法を提案した．
本手法は，近年応用の広がっている負荷側エンコーダの情報を有効に用いた手法である．減速機出力側に備えられる負荷側エンコーダは，最終位置決めをしたい負荷側制御の精度向上のため，近年普及が進んでいる．この負荷側のエンコーダからの情報を有効に用いることで，2慣性系における駆動側や伝達部のダイナミクス，またセンサのノイズを考慮したうえで，推定外力の分散が最小化するような手法を提案した．本研究では，駆動側エンコーダのみしか使えない場合，負荷側エンコーダも使える場合の従来法2手法と，提案手法を統計的なシミュレーション及び実験によって比較をし，提案手法の有効性を定量的に示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度報告書における今年度の研究方針は，負荷側エンコーダ情報を用いた高帯域なセンサレス外力推定法の開発及びその性能の定量的評価を進めること及び，プラントモデルのパラメータ誤差に対して低感度化を達成する推定法の構築を目指すであった．
実際に，今年度の研究進捗として負荷側エンコーダ情報を用いた，モデル化誤差に対してロバストなセンサレス推定法を提案することができた．また，シミュレーション及び実験によって，駆動側エンコーダしか用いない従来法，負荷側エンコーダも用いた場合の2つの従来法と提案法とで定量的な評価を行い，提案法の有効性を示すことに成功した．更に，産業界で実際に用いられている協働ロボットでは当たり前のように用いられるようになった軸トルクセンサを用いた場合にも提案法を適用できるように拡張を行い，同じくシミュレーションや実験を行い，定量的にその有効性を示すことに成功した．
これらの成果は，複数の国際会議に投稿済みであり，アクセプトされ，2019年度に発表予定である．
以上より，当初の計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は，引き続き負荷側情報を有効に用いた2慣性系の精密な制御に関して研究を推進していく予定である．今年度提案した手法は，負荷側エンコーダ情報を有効に用いることで，2慣性系における駆動側や伝達部のモデル化誤差に対してロバストな推定を可能にする手法であった．実際のアプリケーションを考えた場合，特にロボット等において最も変動しやすいパラメータは負荷側のパラメータであり，負荷側のパラメータに対してロバストな推定手法が求められる．
そこで，今後の研究として，負荷側のパラメータ変動に対して対応可能な推定手法を検討する予定である．負荷側のパラメータ変動に対して，オンラインで負荷側のパラメータ変動を推定することで，ロバストな推定手法を実現する予定である．オンライン推定を実現するためには，P.E性を考慮した上で，条件付きで更新していく必要がある．
また，負荷側パラメータのオンライン推定を実現した後には，更なる拡張として，駆動側や伝達部のパラメータのオンライン推定も考えられる．また，伝達部に内在する非線形性や，負荷側摩擦への対応も今後の課題として考えられる．
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