テザー・ハンドの協調制御による機動性の高い有人宇宙活動支援ロボットの実現

通过系绳手协同控制实现高机动性载人航天活动保障机器人

• 批准号: 11J06651
• 负责人: 平野 大地
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06651/
• 关键词: 宇宙ロボット; 柔軟構造物; テザーロボット; 伸展アーム; 仮想受動関節モデル; ロボットハンド; Caging; 劣駆動システム; 冗長系制御; 手先軌道制御; 振動抑制制御; なじみ機構; 閉空間把持; テザー移動

申請者は宇宙活動を支援するテザー移動型ロボットに適した移動技術と把持システムの確立を目指した研究を行った。テザー移動型ロボットは伸展アームや複数のテザーを搭載した小型で安全かつ広範囲で作業可能なシステムとして、将来的に大型宇宙船の外壁検査や資材の運搬に利用されることが期待されている。このような宇宙ロボットの実現には、伸展アームやテザーの柔軟性を考慮した制御やロバスト性の高いロボットハンドの確立が重要である。本年度は以下の項目について研究・開発を実施した。(1)テザー移動型ロボットの動特性解析宇宙航空研究開発機構JAXAと共同研究協定を結び、国際宇宙ステーションにおいて有人宇宙活動支援ロボット実証実験プロジェクトREX-Jの発展実験を実施した。この実験では、テザー移動型ロボットに搭載されている伸展アームやテザーの振動を計測し、地上では評価が難しい3次元的な伸展アームやテザーの動特性およびその相互作用の影響を解析した。この解析結果から、仮想受動関節モデルを用いて、テザー移動型ロボットの動力学モデルを提案した。さらに、提案したモデルに基づいた動力学シミュレータを構築し、シミュレーション結果と実験結果を比較することで提案したモデルの妥当性を検証した。(2)Cagingが可能な劣駆動ロボットハンドの研究把持対象物体の周辺に幾何学的な拘束を作ること(Caging)で予期せぬ衝突による突き飛ばしを防止し、さらに劣駆動システムを採用することで、複雑な制御なしで機構的に対象物の形状になじむように把持することが可能なロボットハンドの機構を提案し、試作機を製作した。試作機を用いて、提案した機構によってCaging動作や様々な形状を持つ物体の把持が可能であることを確認した。さらに、フリーフライング物体を把持する実験を行い、提案したロボットハンドのロバスト性を確認した。

The applicant shall conduct research on the establishment of a mobile technology control system in support of the universal activities. The mobile type of spacecraft extends from the outside to the inside of the spacecraft. The small spacecraft is equipped with a safe range of operating conditions. The future of the spacecraft is expected to be used for the inspection of the outer wall and the transportation of materials. It is important to consider the flexibility of the stretching material in order to establish the flexibility of the stretching material. This year, the following projects were carried out: (1)Analysis of Dynamic Characteristics of Mobile Spacecraft JAXA and Joint Research Agreement JAXA The vibration measurement of the three-dimensional stretching system and the analysis of the interaction between the two systems are discussed in detail. The results of this analysis include the application of the desired actuated joint and the proposed dynamics of the mobile joint. The results of this study were compared with those of the previous study. (2)Caging may be used to study geometric constraints on the periphery of the object, prevent unexpected collisions, and adopt complex control mechanisms to control the shape of the object. Try to use the machine, propose the mechanism, and confirm the shape of the object. In addition, the control of the object is carried out in the middle of the proposal, and the property of the object is confirmed.

项目成果

Impedance-based contact control of a free-flying space robot with respect to coefficient of restitution

• DOI: 10.1109/sii.2011.6147619
• 发表时间: 2011-12
• 期刊: 2011 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
• 作者: N. Uyama;Daichi Hirano;H. Nakanishi;K. Nagaoka;Kazuya Yoshida

Vibration suppression control of a space robot with flexible appendage based on simple dynamic model

• DOI: 10.1109/iros.2013.6696441
• 发表时间: 2013-12
• 期刊: 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
• 作者: Daichi Hirano;Y. Fujii;S. Abiko;R. Lampariello;K. Nagaoka;Kazuya Yoshida

Design of Underactuated Hand for Casing-Based Grasping of Free-Flying Object

用于基于套管抓取自由飞行物体的欠驱动手的设计

• 发表时间: 2013
• 作者: Daichi Hirano;Kazuya Yoshida;Mitsushige Oda;Hiroki Nakanishi;平野 大地;平野 大地
• 通讯作者: 平野 大地

Experimental Verification of Vibration Control of a Flexible Arm for REX-J Robotic Demonstration on JEM

JEM 上 REX-J 机器人演示的柔性臂振动控制实验验证

• DOI: 10.2322/tastj.10.pd_27
• 发表时间: 2012
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: Daichi Hirano;Kazuya Yoshida;Mitsushige Oda;Hiroki Nakanishi
• 通讯作者: Hiroki Nakanishi

Modeling and Analysis of Tether-Based Mobile Robot Based on Flight Experiments

基于飞行实验的系绳移动机器人建模与分析

• 发表时间: 2014
• 作者: Daichi Hirano;Kazuya Yoshida;Mitsushige Oda;Hiroki Nakanishi;平野 大地
• 通讯作者: 平野 大地