アクチュエータの冗長性を活用した柔軟マニピュレータの省エネ高速位置決め制御の実現

本研究では，高次振動モードをも励起する柔軟マニピュレータの高速位置決め制御に対して，アクチュエータの冗長性を活用した新たな省エネルギー振動制御法の確立を試みる．この冗長性とは，モータに加えて柔軟マニピュレータに圧電フィルムを貼付してこれをアクチュエータとして用いることである．冗長性の活用として，サーボモータによる旋回運動と貼付された圧電フィルムによる変形を巧みに相互作用させ，飛躍的な省エネルギー化が図られるフィードフォワード高速位置決め制御の可能性を探ることが本研究の目的である．2022年度の研究実績は以下のとおりである．先行研究での柔軟マニピュレータの高速位置決め制御において，1次と2次振動モードからなる残留振動を抑制するために運動方程式を必要としてきた．しかしながらこの手法では，制御対象の高精度な数学モデルが必要となる．そこで，簡便に振動制御を実現するために，固有振動数のみを用いた柔軟マニピュレータのフィードフォワード振動制御法を新たに提案した．この手法において，マニピュレータの旋回軌道をサイクロイド関数とべき級数の結合で表現した．この場合，旋回軌道はべき級数の係数に依存し，残留振動が抑制されるようこの係数をチューニングする必要がある．そこで，固有角振動数に基づく線形不減衰系の残留振動抑制条件を満たすよう粒子群最適化を用いてこの係数をチューニングし，旋回軌道を生成させた．この手法の妥当性を検証するためにシミュレーション及びモデル実験を実施し，1次振動のみならず2次振動モードをも抑制することを明らかとした．

本研究では，高次振動モードをも励起する柔軟マニピュレータの高速位置決め制御に対して，アクチュエータの冗長性を活用した新たな省エネルギー振動制御法の確立を試みる．この冗長性とは，モータに加えて柔軟マニピュレータに圧電フィルムを貼付してこれをアクチュエータとして用いることである．冗長性の活用として，サーボモータによる旋回運動と貼付された圧電フィルムによる変形を巧みに相互作用させ，飛躍的な省エネルギー化が図られるフィードフォワード高速位置決め制御の可能性を探ることが本研究の目的である．2022年度の研究実績は以下のとおりである．先行研究での柔軟マニピュレータの高速位置決め制御において，1次と2次振動モードからなる残留振動を抑制するために運動方程式を必要としてきた．しかしながらこの手法では，制御対象の高精度な数学モデルが必要となる．そこで，簡便に振動制御を実現するために，固有振動数のみを用いた柔軟マニピュレータのフィードフォワード振動制御法を新たに提案した．この手法において，マニピュレータの旋回軌道をサイクロイド関数とべき級数の結合で表現した．この場合，旋回軌道はべき級数の係数に依存し，残留振動が抑制されるようこの係数をチューニングする必要がある．そこで，固有角振動数に基づく線形不減衰系の残留振動抑制条件を満たすよう粒子群最適化を用いてこの係数をチューニングし，旋回軌道を生成させた．この手法の妥当性を検証するためにシミュレーション及びモデル実験を実施し，1次振動のみならず2次振動モードをも抑制することを明らかとした．