Position-Commanding Sliding Mode Control Theory for Industrial Robotic Devices with Enhanced Affinity to Humans

具有增强人类亲和力的工业机器人设备的位置指令滑模控制理论

基本信息

批准号：
21K04122
负责人：
菊植亮
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今日の産業用ロボットの多くは専用のサーボアンプで制御されており，上位計算機からの位置指令にもとづいて動作する．これらは技術的にもコスト的にも成熟しているが，力の制御が必要な人間中心環境での応用には不向きである．本研究では，トルク指令型の従来制御技術群を改変し，産業用位置制御デバイスへの実装を前提とした「位置指令型スライディングモード制御」の実用技術群と基盤理論体系を創出する．2021年度より位置・速度指令型の商用協働ロボット（Universal Robots社製UR3e）をテストベッドとして研究を行ってきた．専用コントローラからのフィードバック信号には大きな遅延があり，通常のアドミッタンス制御技術を適用すると容易に不安定化するということが分かっていた．2022年度には，指令位置の１階微分から３階微分に対して適切なリミッタをかけることによって，不安定化や振動の発生を抑える手法を確立した．これに付随する各種理論を整備し，学術論文を1本投稿した．さらに，位置制御方式のクレーンシステムの制御についても，2021年度より，小型のクレーン実験装置を用いて研究を行ってきた．クレーンについては，ロボット制御と同様の速度・加速度リミッタと，有限時間で積分項をゼロに収束させる不完全積分器を用いた新しい制御手法を確立した．この手法を用いることで，人間が位置指令を自由に与えて操作可能でありながら，吊り荷の揺れを素早く減衰させることができるクレーンシステムを実現できる．このテーマについての論文は2022年度中に投稿し，2023年4月に採録が決定した．

当今的许多工业机器人均由专用伺服放大器控制，并根据主机的位置命令进行操作。尽管这些在技术和成本方面都很成熟，但它们不适合在需要力控制的以人为中心的环境中应用。本研究将对传统的扭矩指令型控制技术群进行改造，创建一个旨在于工业位置控制装置中实现的“位置指令型滑模控制”实用技术群和基础理论体系。自2021年以来，我们一直使用位置/速度指令型商用协作机器人（Universal Robots制造的UR3e）作为试验台进行研究。据了解，专用控制器的反馈信号具有较大的延迟，如果采用普通的导纳控制技术，很容易变得不稳定。 2022年，我们建立了一种通过对指令位置的一阶到三阶导数应用适当的限制器来抑制不稳定和振动的方法。我们提出了与此相关的各种理论并提交了一篇学术论文。此外，自2021年以来，我们一直在利用小型起重机实验设备进行位置控制起重机系统的控制研究。对于起重机，我们建立了一种新的控制方法，使用类似于机器人控制的速度/加速度限制器和不完美积分器，允许积分项在有限时间内收敛到零。通过使用这种方法，可以创建一种起重机系统，该起重机系统可以由人类通过自由发出位置命令来操作，并且可以快速衰减悬挂负载的摇摆。有关该主题的论文将于 2022 年提交，并于 2023 年 4 月被接受收录。