化学繊維ロープを用いた長尺多関節ロボットアームの研究

使用化纤绳的长关节机器人手臂研究

• 批准号: 21J14027
• 负责人: 高田 敦
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology (2022)Tokyo Institute of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14027/
• 关键词: ロボットアーム; ワイヤ駆動; 高強度化学繊維

本研究では長尺な腱駆動ロボットアームで課題となるロープの伸びに起因する関節角制御の不安定性に対処し，腱の強度だけでなく安定性を加味した長尺アームの設計を目指した．2021年度では，1)全長10 mロボットアーム基部の腱を巻きとるモータに位置制御を導入した．これによりロープの伸びを可観測となった． 2)アームの機構的特徴を活用して，腱の負担を分散させた組み合わせを求める手法を定式化した．3)ロープの剛性を考慮したアーム動力学シミュレーションを行い，特にアームの体幹が上向きの姿勢ではこの不安定性が大きく，腱弾性による関節剛性を凌駕して関節角の不安定挙動を発生させることが分かった．この成果から，当初，腱素材の選定や剛性を補う機構を長尺化方策としていたが，有効な手段とはなり難いと結論付けた．そこで，本年度から，アームの制御をダイナミクスベースト制御の枠組みで行った． これは，アームは腱の剛性によって生成されるポテンシャルに従って動くと解釈するもので，目標の姿勢がポテンシャルの谷になるように腱の巻取りを制御するものである．そして，メカ的手段では解決できない不安定性への対処として次の3つに取り組んだ．4)ロボットアームのある姿勢における安定性を指標化した．具体的には，腱の弾性によるポテンシャルとロボットアームに働く重力ポテンシャルをそれぞれ定式化し，それらの和がどれくらい凹の安定平衡点であるかを評価式とした．5)不安定な挙動が発現しない関節角経路の計画法を提案した．開始位置から目標位置までを繋ぐ10個の関節角の経路には無数の選択肢がある．この中から4)で定式化した安定性指標が損なわれないように事前に安全な経路を探索するアルゴリズムを提案した．6)ペイロード5 kgを保持した実機を用いて5)で提案したアルゴリズムによる経路で不安定な挙動なくゴール地点にたどり着けることを確認した．

This study で は ruler な tendon 駆 dynamic ロ ボ ッ ト ア ー ム で subject と な る ロ ー プ の stretch び に cause す る masato section Angle suppression の labile に 処 seaborne し, tendon の strength だ け で な く stability を flavored し た ruler ア ー ム の design を refers し た. In 2021, で た, 1) a 10-meter-long ロボットア ム ム base of the tendon を roll ム とるモ とるモ タに position control を was introduced into た. Youdaoplaceholder5 れによ ロ ロ プ プ プ the びを can be used to 観 measure となった. 2) ア ー ム の institutions of 徴 を use し て, tendon の burden を dispersive さ せ た group み close わ せ を o め る gimmick を demean し た. 3) ロ ー プ の を considering rigidity し た ア ー ム dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, trevor に ア ー ム の body on dry が to き の posture で は こ の labile が big き く, tendon 弾 sex に よ る masato section rigidity を above し て masato section Angle の unrest 挙 dynamic を 発 raw さ せ る こ と が points か っ た. こ の results か ら, at the beginning, tendon material の や rigid を fill う selected institutions を long feet turn order と し て い た が, have sharper な means と は な り difficult い と conclusion pay け た. そ こ で, this year's か ら, ア ー ム の suppression を ダ イ ナ ミ ク ス ベ ー ス ト suppression の 枠 group み で line っ た. こ れ は, ア ー ム は tendon の rigid に よ っ て generated さ れ る ポ テ ン シ ャ ル に 従 っ て dynamic く と solution 釈 す る も の で, target の posture が ポ テ ン シ ャ ル の valley に な る よ う に tendon の 巻 take り を suppression す る も の で あ る. Means of そ し て, メ カ で は solve で き な い labile へ の 処 seaborne と し て の 3 つ に group take り ん だ. 4)ロボットア ロボットア ム ロボットア ある posture における stability を indexation た た. Specific に は, tendon の 弾 sex に よ る ポ テ ン シ ャ ル と ロ ボ ッ ト ア ー ム に 働 く gravity ポ テ ン シ ャ ル を そ れ ぞ れ demean し, そ れ ら の and が ど れ く ら い concave の stable equilibrium point で あ る か を review 価 type と し た. 5) Unstable な挙 movement が occurrence <s:1> な な related angular passage flow planning method を proposal た た. Starting position: ら target position: までを繋ぐ10 <s:1> joint angles: <s:1> path: に countless <s:1> selection: 択 limb: がある. In こ の か ら 4) で demean し た stability index が loss な わ れ な い よ う に に advance security な を 経 road explore す る ア ル ゴ リ ズ ム を proposal し た. 6) ペ イ ロ ー ド 5 kg を keep し た be machine を with い て 5) proposed で し た ア ル ゴ リ ズ ム に よ る 経 road で unrest な 挙 dynamic な く ゴ ー ル site に た ど り the け る こ と を confirm し た.

项目成果

ワイヤ干渉駆動型長尺多関節アームSuper Dragonの実規模スケールにおける探索動作の位置精度調査

线干扰驱动长关节臂“超级龙”全尺寸搜索运动位置精度研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Si-Yu Liu;Natsuki Kishida;Norihito Fukui;Michito Yoshizawa;Hiroshi Shinokubo;高田 敦
• 通讯作者: 高田 敦

ワイヤ干渉駆動型超長尺多関節アームSuper Dragonの手先コンプライアンス

线干扰驱动的超长关节臂“Super Dragon”的手部顺应性

• 发表时间: 2022
• 作者: 鎭目結稀;髙田敦;難波江裕之;鈴森 康一;遠藤 玄
• 通讯作者: 遠藤 玄

化学繊維ロープを用いたワイヤ干渉駆動型多関節アームの安定性解析

化纤绳钢丝干涉驱动关节臂稳定性分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Si-Yu Liu;Natsuki Kishida;Norihito Fukui;Michito Yoshizawa;Hiroshi Shinokubo;高田 敦
• 通讯作者: 高田 敦

ワイヤ干渉駆動型超長尺多関節アームSuper Dragonの消費電力測定

导线干扰驱动超长关节臂Super Dragon功耗测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 鎭目結稀;髙田敦;難波江裕之;遠藤 玄
• 通讯作者: 遠藤 玄

ワイヤ干渉駆動型長尺多関節アームのマニピュレーション動作計画

线干扰驱动长关节臂操纵运动规划

• 发表时间: 2022
• 作者: 髙田敦;難波江裕之;鈴森康一;木倉宏成;高橋秀治;遠藤玄
• 通讯作者: 遠藤玄