力センサレスによるロボットの衝突衝撃力回避モーション制御

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従来の産業用ロボットでは、正確な動作と作業が要求されるため、ロバスト制御に代表される堅い制御が重要視される。これに対して、狭隘な作業場や複雑で細かな作業を要求される産業用ロボットでは、偶発的な衝突による衝撃力を回避できるような、柔らかい制御が必要である。しかしながら、柔らかい制御と堅い制御を一つの制御系で両立させることは大変難しい。本研究では、上記のような堅い制御と柔らかい制御を一つの制御系で両立させるような制御系を実機上で構築し、その性能を評価・検証することを目的とする。提案する制御系では、通常の作業時には堅い制御を、衝突時においては柔らかい制御を実現する指令値をそれぞれ生成し、それを切り替えて使用する。本研究で用いる衝突感知システムでは、動力学演算に基づいて衝突の位置や方向などの情報を算出する外乱オブザーバを用いる。堅い制御を行う場合には、目標指令値として関節角軌道をロボットの関節軸制御系に入力する。柔らかい制御を行うためには、衝突感知システムの情報から衝撃回避のための指令値を各関節軸毎に生成し目標値とする。これらにより、任意の局面において最適な応答を実現するロボットの制御システムを構築する。本研究では、まず衝突感知システムについて、外乱オブザーバとロボットのダイナミクスをベースとして実現した。また、ダイナミクス補償に基づいた高精度軌跡制御と衝突感知システムを構成し、シミュレーション上でその有効性を確認し、ロボット制御装置に実装した。衝突感知システムの実装およびその性能評価のために、加速度センサを用いてロボットの作業空間上での先端軌跡を非接触で測定できる先端位置推定装置を作成し装備した。すべての開発システムを統合し、その有効性について確認した。