地雷探知ロボットの歩行による地雷原移動技術の研究

步行探雷机器人雷场移动技术研究

• 批准号: 15710130
• 负责人: 内田 洋彰
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kisarazu National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15710130/
• 关键词: 地雷探知ロボット; 6足歩行ロボット; 不整地歩行; 姿勢制御; むだ時間; フィードフォワード; 最適制御; 3Dシミュレーション; 斜面歩行; 脚機構

報告者の研究グループで開発中の地雷探知用6足歩行ロボットの不整地歩行を実現する姿勢制御手法について検討した.対象とした歩行ロボットは,千葉大学で開発された実用レベルのCOMET-IIIとしている.一昨年度までの研究で,駆動アクチュエータの油圧システムに存在するむだ時間が問題となっていた。本年度は,昨年度姿勢制御手法として提案した脚リンクの駆動トルクを入力とし,脚リンクのダイナミクス,脚先が歩行面と接触した場合の接触力を考慮して胴体姿勢を出力とする数学モデルを用いた,姿勢制御手法の有効性を実機において検討した。具体的には,制御系設計ツールと機構解析ソフトを用いて3Dシミュレーションにより有効性が確認されている最適サーボ系を用いた姿勢制御手法についてである。実機に実装したところ,プログラムミス,センサ入力の正確な値検出等のバグのため実機においての有効性は現在まで確認できていない。今後も引き続き,有効性を確認するため継続して検証を行う。上記研究課題と平行して,むだ時間の時間遅れに対してはフィードフォワード入力が有効であるので,フィードフォワードを用いた地雷探知用6足歩行ロボットの歩行制御手法について,制御系設計ツールと機構解析ソフトを用いて3Dシミュレーションにより検討を行った。具体的には,油圧アクチュエータのむだ時間を含んだ各脚リンクのダイナミクスを3次遅れ系と仮定し,各脚リンクの目標軌道をこの逆関数に入力し,得られる出力をフィードフォワードとする。しかし,3次の進み系では得られる入力が大きくなりすぎ,アクチュエータは飽和してしまったので,歩行速度の周波数帯域でのゲインと位相がほぼ一致する1次の進み系でフィードフォワード制御器を構成した。その結果,むだ時間の影響が小さくなり,目標軌道に追従する制御系となることが,3Dシミュレーションにより確認された。今後は,フィードフォワード制御器を姿勢制御に組み込み,アクチュエータのむだ時間の影響を小さくする姿勢制御手法について検討していく予定である。

The reporter's research on mine detection in the development of 6-step walking and non-step walking is carried out in the posture control method. In response, Chiba University launched COMET-III. A study conducted last year found that there were significant problems with the oil pressure system. This year, the posture control method proposed last year is to consider the contact force in the case of walking surface and contact, and the posture control method is to discuss the mechanism of posture control. Specific control system design, mechanism analysis, application of 3D system design, validation of the effectiveness of the optimal control system, application of posture control methods, etc. The correct value of the input force is detected and the actual performance of the machine is confirmed. In the future, there will be no doubt about it. The above research topic is parallel to each other, and the time and space between them are related to the detection of mines. The 6-foot movement control method is related to the design of the control system. The 3D system analysis is related to the detection of mines. Specifically, the oil pressure loss time includes the three times the pressure loss time of each leg, the input force of each leg and the inverse relationship number of each leg, and the output time of each leg. The third order advance system is composed of a large input force, a saturated input force, and a first order advance control device. As a result, the influence of time is small, and the control system of the target orbit is confirmed. In the future, the attitude control method of the control device will be discussed in the middle of the predetermined period.

项目成果

内田洋彰, 野波健蔵: "6足歩行ロボットの姿勢制御を実現するフィードバック力指令値生成法"日本機械学会論文集(C編). 63巻685号. 2315-2322 (2003)

Hiroaki Uchida、Kenzo Nonami：“实现六足行走机器人姿态控制的反馈力命令值生成方法”，日本机械工程师学会会刊（ed.C），第 685 卷，2315-2322。 (2003)