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測地線に基づいた低減速比ロボットアームの簡易動作生成法の開発

基于测地线的低减速比机械臂简单运动生成方法的开发

基本信息

批准号：
20K04377
负责人：
関本昌紘
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

人や物との接触を柔軟に行うため，ロボットアームの関節駆動部ギアを低減速比化した場合，動作アームの慣性モーメントの影響増加により運動方程式の非線形性が強くなり，出力できる制御トルクが小さくなる．本研究の目的は，この非線形運動の制約制御問題に対し，リーマン多様体上の測地線の速度台形則への着眼から，慣性を効果的に用いた簡易動作生成法を確立することである．本年度の研究実績を以下に示す．１．運動エネルギー（慣性行列）に関係するリーマン計量を導入した多関節系の配位空間は，リーマン多様体になる．手先の直線運動などのホロノミック拘束運動は，この部分多様体上で表せる．部分リーマン多様体上の２点における等速かつ最短の移動は，ホロノミック拘束を保った多関節系の慣性運動に対応する．つまり，多関節系の慣性運動を，リーマン多様体上で質点の慣性運動のように捉えることができる．慣性運動は，動作方向への加速無しに終端姿勢へ多関節系を導ける観点から効率的であり，各リンクの慣性力が終端姿勢に向けて協調的に貢献している運動である．このようなリーマン多様体の動力学的な特徴をホロノミック拘束時にも展開できることについて，学術雑誌論文にて報告した．この研究成果は，本研究課題の基礎をなす．２．ロボットアームの基本動作として，手先の直線運動の他に円運動がある．手先の円運動は，ホロノミック拘束運動として表せる．上記を踏まえ，ロボットアームのクランク回しを例に，１周動作の初期・終端姿勢を境界条件として，ホロノミック拘束付き運動方程式に対する二点境界値問題を解く動力学シミュレーションを行った．慣性運動による１周動作の解軌道（ホロノミック拘束リーマン多様体上の測地線）の存在を確認した．３周までの解軌道の存在を確認したが，それ以上の周回の解軌道は確認できていない．

The contact between people and objects is soft, and the joint motion of the motor is slow. The influence of the inertia of the motor is increased. The nonlinearity of the motion equation is strong. The force is controlled by the small deceleration ratio. The purpose of this study is to establish a simple motion generation method for nonlinear motion control problems. This year's research achievements are as follows: 1. Motion and mass (inertia matrix) relationship measurement and introduction of coordination space of multi-joint system. Hand linear motion 2 points on the multi-body, constant velocity, shortest movement, multi-joint constraint, inertial motion, etc.つまり，多关节系の惯性运动を，リーマン多様体上で质点の惯性运动のように捉えることができる. Inertial motion, acceleration in motion direction, terminal posture, multi-joint system, guidance point, rate of motion, imaginary forces of each element contribute to coordinated motion in terminal posture. The characteristics of multi-body dynamics are reported in academic papers. 2. The basic motion of hand movement and other motion of hand movement. The movement of the hand is the same as that of the hand. In the example above, the initial and terminal postures of 1-week movement are boundary conditions, and the two-point boundary value problem for the equation of motion is solved dynamically. The existence of the solution orbit (geodesic line on the polygon) of the inertial motion in the first cycle is confirmed. The existence of the solution orbit in the third cycle is confirmed. The solution orbit in the first cycle is confirmed.