Research on Design of Hybrid Compliance in Frequency Domain for Humanoid Robot

仿人机器人频域混合柔顺设计研究

• 批准号: 13650246
• 负责人: NAKAMURA Yoshihiko
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13650246/
• 关键词: Hybrid Compliance; H_∞ Control; Skill of Compliance; Humanoid robot; Active Compliance; Passive Compliance; Control of Kinetic Energy; Robotics; H∞制御; ヒューマノイド・ロボット; コンプライアンス制御; モーションプランニング; システム同定

For the improvement of the mobile performance and the safety of humanoid robots that share the environment with human, use of hardware characteristic of elasticity is effective. However it is difficult to represent the relationship between task execution and softness. In this paper, we represent the required characteristic of elasticity as dynamic compliance in frequency domain and realize it by active compliance (controlled compliance) using H_∞ control theory and passive compliance using mechanical compliant member. This result causes the design concept of the compliance characteristic and systematic design method of compliance controller. On the other hand, by the effective use of compliance, the humanoid robots have special mobile performance such that by releasing the kinetic energy that is accumulated in compliant members, it obtains the higher power than using only electrical actuators. In this paper, we proposed the design method of 'Skill of Compliance' by controlling charging and discharging of the kinetic energy in compliant members and showed design method of reference trajectory for the skill of compliance.

为了提高与人类共享环境的仿人机器人的移动性能和安全性，利用硬件的弹性特性是有效的。然而，任务执行和软性之间的关系很难表现出来。本文将弹性所需的特性表示为频域的动态柔度，采用H_∞控制理论的主动柔度（受控柔度）和机械柔杆的被动柔度来实现。由此产生了柔性特性的设计理念和柔性控制器的系统设计方法。另一方面，通过对柔度的有效利用，类人机器人具有特殊的移动性能，通过释放在柔度构件中积累的动能，获得比单纯使用电动执行机构更高的动力。本文提出了控制柔性构件动能充放电的“柔性技能”设计方法，并给出了柔性技能参考轨迹的设计方法。

项目成果

Masafumi OKADA, Shigeki BAN, Yoshihiko NAKAMURA: "Skill of Compliance with Controlled Charging/Discharging of Kinetic Energy"Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2455-2460 (2002)

Masafumi OKADA、Shigeki BAN、Yoshihiko NAKAMURA：“遵守动能受控充电/放电的技能”Proc。

門根秀樹, 岡田昌史, 中村仁彦: "非線形力学系の同期を用いたロボットの運動制御"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02. (CD-ROM). 2A1-L04 (2002)

Hideki Monne、Masashi Okada、Hitoshi Nakamura：“使用非线性动力系统同步的机器人运动控制”日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议 02（CD-ROM）。

門根秀樹, 岡田昌史, 中村仁彦: "非線形力学系の同期を用いたロボットの運動制御"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02. (2002)

Hideki Monne、Masashi Okada、Hitoshi Nakamura：“使用非线性动力系统同步的机器人运动控制”日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议02（2002）。

岡田 昌史, 中村 仁彦, 星野 慎一郎: "周波数特性の上限・下限を与えるハイブリッドコンプライアンスH∞設計法-ヒューマノイド・肩部コンプライアンスの整形と制御-"日本ロボット学会誌. Vol.19,No.8. 974-982 (2001)

Masashi Okada、Hitoshi Nakamura、Shinichiro Hoshino：“给出频率特性上限和下限的混合顺应性 H∞ 设计方法 - 人形肩部顺应性的塑造和控制 -”日本机器人学会杂志第 19 期，第 8 卷。 . 974 -982 (2001)

伴茂樹, 岡田昌史, 中村仁彦: "エネルギーの蓄積・放出の制御による力学的技量の実現"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02. (CD-ROM). 1A1-I11

Shigeki Ban、Masashi Okada、Hitoshi Nakamura：“通过控制能量存储和释放来实现机械技能”日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议02（CD-ROM）。