ノンホロノミック宇宙ロボットの姿勢制御に関する研究

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宇宙空間で作業を行う宇宙ロボットはノンホロノミックシステム(拘束条件が一般化座標と時間を変数にもつ代数方程式で表されないシステム)であるため,スタティックな連続状態フィードバックによって平衡点を漸近安定化できるとは限らない。そのため,これまで双方向アプローチによる軌道計画は報告されているが,フィードバック安定化については,まだ議論されていなかった。しかし,実際にロボットに作業を行わせることを考えると軌道計画だけでは実用的でなく,フィードバックによるシステムの安定化が実現できなければならない。本研究では,従来の方法では制御することができなかったノンホロノミック宇宙ロボットの姿勢制御の設計手法を確立するため,申請者の提案している“時間軸の変換を用いた補償器の設計法"を適用する方法を提案し,シミュレーション及び実験によって,その有効性を実証した。具体的には,1.ノンホロノミックシステムを座標変換とフィードバック時間軸変換を用いて時間軸状態制御形に変換する。2.時間軸状態制御系に従来の制御系設計法を用いて安定化補償器を設計する。の2段階からなる設計法を用いて補償器を設計し,申請したパーソナルコンピュータ上でシミュレーションを行ない,申請した機械部品と電子部品を用いて擬似宇宙ロボットシステムを製作し,実験を行なった。その結果,提案する制御系設計法が有効であることが分かった。また,無視しているベースとアームの間の摩擦力が制御性能にどれだけ影響を与えるかを実験により確認した。