冗長性を持つ高安全・高性能ロボットシステムの制御系設計

高安全高性能冗余机器人系统控制系统设计

• 批准号: 12F02748
• 负责人: 古関 隆章
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02748/
• 关键词: 冗長性解消; ロボットアーム; 2-norm; Infinity norm; CGI法; 二関節筋; 生体機構; 擬似逆行列; ロボット; 運動制御; 冗長性; 可変剛性; モータ; メカトロニクス; 無限大ノルム; 単関節筋; 駆動冗長性

平成26年度の成果として、まずは冗長性を持つ多剛体系の新たな制御アルゴリズムにつき下記の冗長性解消法の検討が挙げられる。ロボットアームの制御の分野で、従来もっとも良く知られた冗長性解消法は2-ノルム最適化に基づくMoore-Penroseの擬似逆行列法であったが、その従来法の限界を克服する方法論として以下の３つの方法を提案し検討した。A. Continuous Cascaded Generalized Inverse(cCGI-)法：すべての動作領域における制御入力の連続性を保証しつつ、従来法よりも動作領域を広げることのできる方法B. Extended Cascaded Generalized Inverse （eCGI-）法： 2-normに基づく冗長性解消法としては最も大きく動作領域を広げられるが、全域における制御入力の連続性は保証されない（=その結果として、動的な運動制御における振動などの問題を引き起こす可能性のある）方法C. 2-norm最適化と∞-norm最適化の2つの方法を切替える方法：これは、特に二関節筋相当のアクチュエータを持つ２リンクのロボットハンドなどの生体機構と類似のハードウェア構成を持つアクチュエータ冗長性の解消法として有用である。本方法における制御入力の連続性も数学的に証明されている。その実験的検証は、現在後輩の大学院生に引き継いで継続して作業している。つぎに、新たな駆動機構の提案として、ヒトの構成に似たばね定数が可変なアームの駆動機構の実装方法を検討した。アクチュエータ数を節約しつつヒトのアームと似た可変ばね定数と二関節同時駆動の可能な力伝達の機構を設計しロボットアームに実装した。その設計どおりの性能が出ていることを実験を通じ確認し、その理論的背景、設計法とともに対外発表文献にまとめた。

Pp.47-53 26 year の results と し て, ま ず は を hold つ more lengthy sex just system の new た な suppression ア ル ゴ リ ズ ム に つ き down under の lengthy elimination sex solution の beg が 検 挙 げ ら れ る. ロ ボ ッ ト ア ー ム の suppression の eset で, 従 も っ と も good く know ら れ た lengthy elimination sex solution は 2 - ノ ル ム optimization に base づ く Moore - Penrose の ranks of quasi inverse method で あ っ た が, そ の 従 to method の limit を overcome す る methodology と し て の below 3 つ の way を proposal し beg し 検 た. A. Continuous Cascaded Generalized Inverse(cCGI-) method: す べ て の action field に お け る suppression の into force even 続 を ensure し つ つ, 従 to よ り も action field を hiroo げ る こ と の で き る method b. Extended Cascaded Generalized Inverse method (eCGI -) : 2 - norm に base づ く lengthy elimination sex solution と し て は も most big き く action field を hiroo げ ら れ る が, whole domain に お け る suppression の into force even 続 は ensure さ れ な い (= そ の results と し て, dynamic な movement suppression に お け る vibration な ど の problem を lead き up こ す possibility の あ る) method C. 2 - norm optimization と up 2 - norm optimization の つ の way を cut for え る methods: こ れ は, に two section masato muscle quite の ア ク チ ュ エ ー タ を hold 2 リ つ ン ク の ロ ボ ッ ト ハ ン ド な ど の raw body institutions と similar の ハ ー ド ウ ェ ア constitute を hold つ ア ク チ ュ エ ー タ lengthy elimination sex の solution と し て useful で あ る. This method における provides a に proof of the <s:1> connection 続 of における mathematics of the input force されて る る. Youdaoplaceholder0 検 certificates of practical experience 検, current and junior <s:1> graduate students に guidance 継 継 で継続 て て assignment て る る る る. つ ぎ に, new た な 駆 mechanism proposed の と し て, ヒ ト の constitute に like た ば ね が can reduce variations な ア ー ム の 駆 mechanism の loading method be を beg し 検 た. ア ク チ ュ エ ー タ number を save し つ つ ヒ ト の ア ー ム と like た can - ば ね destiny と masato section at the same time two 駆 dynamic の may な force 伝 to の institution を design し ロ ボ ッ ト ア ー ム に be loaded し た. そ の design ど お り の performance が out て い る こ と を be 験 を じ confirm し, そ の theory background, design method of と と も に outside seaborne 発 table literature に ま と め た.

项目成果

2-norm, Infinity-norm Continuous Switching Resolution in Biarticularly Actuated Robot Arms

双驱动机器人手臂中的 2 范数、无穷范数连续切换分辨率

• 发表时间: 2014
• 作者: V. Salvucci;and T. Koseki;T. Baratcart and V. Salvucci
• 通讯作者: T. Baratcart and V. Salvucci

Analytical study on increasing isotropy of intrinsic stiffness in manipulators through biarticular structure

双关节结构增加机械臂固有刚度各向同性的解析研究

• DOI: 10.1109/aim.2014.6878078
• 发表时间: 2014
• 期刊: 2014 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM)
• 作者: Salvucci;V. ; Baratcart;T. ; Koseki;T.
• 通讯作者: T.

古関研究室 （年報一覧）

古关研究所（年度报告一览）

Improving dynamic performance of bi-articularly actuated robot arms by using infinity norm based actuation redundancy resolution

通过使用基于无穷大范数的驱动冗余分辨率来提高双关节驱动机器人手臂的动态性能

• DOI: 10.1109/aim.2013.6584212
• 发表时间: 2013
• 期刊: 2013 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics
• 作者: V. Salvucci;T. Koseki
• 通讯作者: T. Koseki

Comparing Approaches for Actuator Redundancy Resolution in Biarticularly-Actuated Robot Arms

• DOI: 10.1109/tmech.2013.2257826
• 发表时间: 2014-04
• 期刊: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
• 作者: V. Salvucci;Yasuto Kimura;Sehoon Oh;T. Koseki;Y. Hori