人とロボットの衝突における衝撃力緩和動作制御技術の研究

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「衝撃力を緩和する動作制御の開発」を目的とし、計画に従って2022年度は次の2つの課題の進展を図った。① 衝突時の動作（計画:2022年度）衝突時に最大推力を発生して衝撃力を低減し、初期値補償法で反動を抑制する手法について1軸の実験装置を作成してシミュレーション同様の動作が実現できることを確認した。具体的には回転軸にアームを取り付け、アーム先端に500gの重りを取り付けて衝突させる。衝突時の衝撃力を測定する計測装置もバネとレーザセンサを組み合わせて作成した。0.5m/sの速度で500gの重りを75N/mのバネに衝突させる。外乱オブザーバでセンサレスで衝突を検知し、衝突を検知したらモータの瞬時最大トルクで反対方向に駆動して衝撃力を低減して衝突を緩和する。衝突緩和後瞬時最大トルクを出し続けると危険なのでPID制御による位置制御に切り替えるが、単純に切り替えるだけだと15mm程度の反動が見られる。位置制御に切り替えるときに初期値補償法を適用し反動を3mmに抑制できることを実験で確認した。② 衝突を予知した時の受け止め動作(計画:2022-2023年度)衝突を予知した時に位置制御で相対位置・相対速度を零としたうえで、対象物に働く力を制御してハンド部で受け止める「受け止め動作」を1軸の実験装置で実現する。高速な位置制御から力制御に瞬時に切り替え衝撃力を抑える。理想的には生卵も割らずにキャッチしたい。落下するプラスチックのダミー卵の今後の軌道を２つのフォトセンサの検出時間差から予測してハンド部を駆動する実験機は従来より作成済であった。位置制御のまま受け止めを行うが衝突時に相対速度が零となるよう駆動すると衝撃力はだいぶ小さい。今年度は力制御実現のためにハンド部に力センサを付加し、受け止め時の衝撃力を見たところ3N程度かと予想される。今後力制御への切替える動作を実現する。