浮遊型水中ロボットアームの内力による位置決め制御

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中立浮力型の水中ロボットにおいて,ロボット本体の質量がマニピュレータの質量に比して小さい場合,マニピュレータの位置決めに際してロボット本体の運動も制御しなければならない。本体にスラスタを設けて制御すると流れの場を乱すが冗長なマニピュレータを付加したり,内部にリアクションホイールを設ければ,より正確な位置決め制御を行うことができる。本研究はこのような方法の実現性を水平面内に限定した水中実験によって確認したものである。直立円筒形の本体に作業用アームと冗長アームを対称な位置に配置し,その運動が軸対称となるようにして水平面内の力を相殺し,力のモーメントについてはリアクションホイールによって相殺する方法をとっている。アームの回転はエンコーダで検出し,本体の位置は水槽上部に固定されたPSD(位置検出器)で検出し,本体の回転は振動ジャイロで検出して,これらの信号はアームとリアクションホイールを駆動するDCサーボモータにフィードバックするシステムを構築した。制御則は最適制御理論によって決定している。試作したロボットの静止水中における実験の結果,冗長マニピュレータおよびリアクションホイールは,小型の中立浮力型水中ロボットのマニピュレータの位置決め制御に有効であることが確認された。すなわち、ロボット本体の位置は静止状態にとどまり,本体は初期において回転をはじめるがリアクションホイールの回転によって直ちにもとの状態に戻る。リアクションホイールの回転はタコジェネレータによって検出している。