油圧アームの非線形動力学の特徴を駆使したモデル予測制御高速化

充分利用液压臂非线性动力学特性加速模型预测控制

• 批准号: 21K03934
• 负责人: 酒井 悟
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03934/
• 关键词: 油圧ロボット; モデリング; カシミール関数; 非線形制御; 機械力学・制御; 和圧; ポートハミルトン系

変化の遅い系(例：化学プラント)への実装から変化の速い系(例：剛体アーム)への実装へと高速化が進展するモデル予測制御には，対人・対物安全性保証のため，油圧アームへの実装が期待されている（例えば，米国の著名な油圧ロボットでも，特異摂動を介して，モデル予測制御が実装されている）．本研究の目的は，油圧アームの非線形動力学の特徴を駆使して，非線形圧力ダイナミクスの近似を介さず「厳密に，かつ，高速に，」モデル予測制御の油圧アームへの実装を解決する提案解法の有効性を実験的に明らかとすることである．本年度は，４個の手順①から手順④までから構成される提案解法による高速化（汎用計算機を用いた非線形モデル予測制御器の閉ループ系制御実験）と装置製作（２自由度）を達成した．実装された汎用計算機は非線形圧力ダイナミクスを無視していないにも関わらず，視覚検出器（カメラ）と接続可能であり，かつ，油圧アーム実機は全て市販の構成要素（ピストン，弁，配管など）を有するため，汎用性の点でも（世界的に比較しても）非常に有利と期待される．なお，４個の手順は以下の通りである．手順①：等価変換（圧力より変化の遅い量への座標と入力変換・ハミルトン関数置換），手順②：切り離し（近似を介さず厳密に，制御対象を４次系から３次系に低次元化），手順③：積分器同一視　(近似を介さず厳密に，制御対象を３次系から２次系に低次元化)，手順④：目的関数を含む無次元化(近似を介さず厳密に，制御器の時間と状態を無次元化)．

In the process of transformation, the system (e.g., chemical conversion) is installed, the system (e.g., rigid body) is installed, the system is accelerated, the system is predicted to be installed, and the safety of people and objects is guaranteed. The system is expected to be installed in the oil pressure control system (e.g., the famous oil pressure control system in the United States, the special operation system, and the system is predicted to be installed). The purpose of this study is to investigate the nonlinear dynamic characteristics of oil pressure drop, and to approximate the nonlinear dynamic characteristics of oil pressure drop. This year, four new procedures were implemented, namely, speed improvement (universal computer application), non-linear pre-controller, closed-loop system control), and device manufacturing (2 degrees of freedom). The general purpose computer is equipped with a non-linear pressure sensor, a visual detector, and a connection possibility. The general purpose computer is expected to have a universal applicability to all market components.なお，4个の手顺は以下の通りである. Hand order ①: Wait for the switch.(Pressure change, volume change, coordinate change, input force change, parameter change), operation 2: switch off (Approximate-medium-density, control-object-4th-order system and 3th-order system are reduced in dimension), order ③: integrator same view (Approximate-medium-density, control-object-3th-order system and 2th-order system are reduced in dimension), order ④: objective relation-non-dimensionalization (Approximate-medium-density, control-object-time and state-non-dimensionalization).

项目成果

On the Geometric Featureless Visual Velocity of UGV in an Agriculture Scale

农业规模无人车的几何无特征视速研究

• DOI: 10.20965/jrm.2021.p1255
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Satoru Sakai;Daiki Nakabayashi
• 通讯作者: Daiki Nakabayashi

油圧アームのための同定入力の修正法について

如何修改液压臂识别输入

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤輝雄;新井遼;酒井悟
• 通讯作者: 酒井悟

On the Analysis of Energy Behaviors in Hydraulic Cylinder Dynamics via Modeling of Experimental Excavators

通过实验挖掘机建模分析液压缸动力学能量行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Arai;Teruo Kato;Satoru Sakai
• 通讯作者: Satoru Sakai

Analytical, Experimental, and Numerical Investigation of Energy in Hydraulic Cylinder Dynamics of Agriculture Scale Excavators

农业规模挖掘机液压缸动力学能量的分析、实验和数值研究

• DOI: 10.3390/en14196210
• 发表时间: 2021
• 期刊: Energies
• 影响因子: 3.2
• 作者: Arai Ryo;Sakai Satoru;Tatsuoka Akihiro;Zhang Qin
• 通讯作者: Zhang Qin

A Safety Problem of the Nonlinear Impedance Control for Collaborative Hydraulic Arms with Reachable Manifold

可到达流路协同液压臂非线性阻抗控制的安全问题

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Arai;Satoru Sakai
• 通讯作者: Satoru Sakai