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．

如今，许多工业机器人都由专用的伺服放大器控制，并根据高级计算机的位置命令进行操作。尽管这些在技术上和成本丰富，但它们不适用于需要控制力控制的以人为中心的环境中的应用。在这项研究中，我们将修改常规扭矩控制的控制技术组，并创建一个实用的“位置控制滑动模式控制”和基本理论系统，该组基于在工业位置控制设备中实现的前提。自2021财年以来，我们一直在使用位置和速度命令类型的商业协作机器人（Universal Robots制造的UR3E）作为测试床进行研究。已经发现，来自专用控制器的反馈信号具有很大的延迟，并且正常的入院控制技术很容易破坏稳定。在2022财年，我们通过将适当的限制器应用于指挥位置的一阶差异来抑制不稳定性和振动的方法。伴随着此伴随的各种理论已经准备好，并提交了一份学术论文。此外，自2021财政年度以来，我们一直在使用小型起重机实验设备对位置控制起重机系统进行控制。关于起重机，使用类似于机器人控制的速度和加速度限制器建立了一种新的控制方法，以及在有限时间将积分项收敛到零的不完整积分器。通过使用此技术，可以意识到，人类可以自由提供位置命令并操作它们，同时也很快减弱了悬挂载荷的颤抖。有关该主题的论文是在2022财政年度提交的，并决定在2023年4月接受这本书。