空気式パラレルリンクマニピュレータを用いた人に優しいロボットシステムに関する研究

基于气动并联机构的人性化机器人系统研究

基本信息

批准号：
09750300
负责人：
高岩昌弘
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

本質的に安全かつ柔軟な対人間型ロボットを実現するために,空気圧シリンダをアクチュエータとするパラレルマニピュレータを構築した.そして,人間-ロボット間での円滑な接触動作を実行するため,カセンサを用いることなく,マニピュレー夕に作用する力の大きさ,およびその作用点を検出する方法を提案し,その有効性を実験により検証した.本マニピュレー夕は空気の圧縮性のために,位置制御系を構成した場合でも外力に対して一種の弾性体として機能する.このため,弾性特性(機械インピーダンス特性)が既知であれば,比較的に簡単な計算から接触力を算出する事ができる.まず,同定により求めた機械インピーダンス特性の伝達関数モデルを用いて,接触力を推定した.検証のために用いたカセンサの出力と比較した結果,十分な精度の推定性能が確認された.さらに,接触点位置も検出するため,弾性特性の利用に加えて新たに,球殻とコンプライアンス中心の考えを導入した.まず,コンプライアンス中心を球心とする球殻でマニピュレータを覆う.これにより,接触力は球殻面の法線方向に作用するとすれば,コンプライアンス中心の物理的特徴から,コンプライアンス中心に作用する力ベクトルの方向と,コンプライアンス中心を基準としてみた球殻面上の接触点の位置ベクトルの方向が一致する.この特性を利用して,球殻面上の接触位置を検出するものである.そこで,本マニピュレータのコンプライアンス中心を導出した後,球殻(一部)を製作し,マニピュレータに実装した,続いて行った接触力ならびに接触点位置の推定実験より得られた結果は提案する手法の妥当性を十分に示すものであった.本手法によれば,視覚を有しないロボットの環境認識や,接触により情報を伝達するようなヒューマンインターフェースの実現が期待される.

为了实现本质上安全且灵活的仿人机器人，我们构建了一个使用气缸作为执行器的并联机械手。我们还使用力传感器来执行人与机器人之间的平滑接触运动，取而代之的是，我们提出了一种方法。用于检测作用在机械手上的力的大小及其作用点，并通过实验验证其有效性。由于空气的可压缩性，机械手配置了位置控制系统。因此，如果弹性特性（机械阻抗特性）已知，则可以通过相对简单的计算来计算接触力。首先，通过辨识，利用获得的机械阻抗特性的传递函数模型来估计接触力。与用于验证的力传感器的输出证实了估计性能足够准确。此外，还估计了接触点位置以利用弹性特性来检测。另外，我们新引入了球壳和柔顺中心的思想。首先，机械臂被一个以柔顺中心为中心的球壳覆盖。假设接触力作用在球壳表面的法线方向，那么，由于柔顺中心的物理特性，作用在柔顺中心上的力矢量的方向与球壳表面上的接触点相对于柔顺中心的位置矢量的方向相匹配。因此，在推导了该机械臂的柔顺中心后，我们制作了一个球壳（部分）并将其安装在机械臂上，然后估计了接触力和接触点位置，实验得到的结果充分证明了该方法的有效性。根据该方法，可以在没有视觉的情况下识别机器人的环境，并有望实现通过触摸传递信息的人机界面。