Position-Commanding Sliding Mode Control Theory for Industrial Robotic Devices with Enhanced Affinity to Humans

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今日の産業用ロボットの多くは専用のサーボアンプで制御されており，上位計算機からの位置指令にもとづいて動作する．これらは技術的にもコスト的にも成熟しているが，力の制御が必要な人間中心環境での応用には不向きである．本研究では，トルク指令型の従来制御技術群を改変し，産業用位置制御デバイスへの実装を前提とした「位置指令型スライディングモード制御」の実用技術群と基盤理論体系を創出する．2021年度より位置・速度指令型の商用協働ロボット（Universal Robots社製UR3e）をテストベッドとして研究を行ってきた．専用コントローラからのフィードバック信号には大きな遅延があり，通常のアドミッタンス制御技術を適用すると容易に不安定化するということが分かっていた．2022年度には，指令位置の１階微分から３階微分に対して適切なリミッタをかけることによって，不安定化や振動の発生を抑える手法を確立した．これに付随する各種理論を整備し，学術論文を1本投稿した．さらに，位置制御方式のクレーンシステムの制御についても，2021年度より，小型のクレーン実験装置を用いて研究を行ってきた．クレーンについては，ロボット制御と同様の速度・加速度リミッタと，有限時間で積分項をゼロに収束させる不完全積分器を用いた新しい制御手法を確立した．この手法を用いることで，人間が位置指令を自由に与えて操作可能でありながら，吊り荷の揺れを素早く減衰させることができるクレーンシステムを実現できる．このテーマについての論文は2022年度中に投稿し，2023年4月に採録が決定した．