高速ロボットアームの加減速制御

高速机械臂加减速控制

基本信息

批准号：
61550303
负责人：
池田雅夫
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

空気圧式ゴム製アクチュエータから成る2軸ロボットアームを購入し、滑らかな加減速制御について研究を行なった。制御法としては、まず、研究代表者らが電動や油圧式も含めた一般のロボットアームに対して提案してきた方法を適用し、その有効性を改めて確認した。この方法は加速度の変化の2乗積分を最小にし、ロボットアームの移動中および停止の際の振動軽減に大きな効果がある。次に、空気圧式ロボットアームの特徴を生かした制御法の開発を試みた。このアームは、人間の骨が筋肉によって引っ張られているように、2つのゴム製アクチュエータの内部空気圧によって生ずる力で両側から引っ張られる構造になっている。したがって、アームの位置は両側の空気圧の差で決まり、1つの位置を実現する空気圧の組合せは無数にある。そのなかで、両側の空気圧を下げて使用するとコンプライアンスが大きくなり、逆に上げるとコンプライアンスは小さくなる。この特徴を加減速制御に使うことを考え、種々の実験を行なった。そして、空気圧を低くして使うとアームの移動中の振動は極めて少ないが、停止時の位置精度が悪くなること、空気圧を高くするとその逆であることを定量的に確かめた。この結果より、アームの移動中は空気圧を低く、停止位置に近付くにつれて高くする方法を提案したい。現在のハードウエアでは動作中は両側の空気圧の和が一定となるので、この方法の有効性を確認するには至っていない。今後のハードウエアの改良を期待する。本研究で用いた空気圧式アクチュエータは、電動や油圧式に比ベて非線形性が強く、その特性を正確に同定することは困難である。そこで、システム同定なしに、入力と出力のデータを蓄積し、それを直接用いるディジタル制御法を開発しつつある。この方法は、計算機の一層の発達によって、実用性が高まるものと期待できる。

我们购买了由气动橡胶执行器组成的两轴机器人手臂，并对平滑的加减速控制进行了研究。在控制方法上，我们首先将研究代表提出的方法应用到通用机械臂上，包括电动型和液压型，并重新确认了其有效性。这种方法可以最小化加速度变化的平方积分，并且对于减少机器人手臂移动和停止时的振动非常有效。接下来，我们尝试开发一种利用气动机械臂特性的控制方法。手臂由两个橡胶致动器的内部气压产生的力从两侧拉动，类似于肌肉拉动人体骨骼的方式。因此，手臂的位置是由两侧气压的差异决定的，而可以实现一种位置的气压组合有无数种。在这种情况下，如果两侧的气压降低，则顺应性会增加，如果气压增加，则顺应性会减少。我们考虑使用此功能进行加速/减速控制并进行了各种实验。我们定量地证实，当气压降低时，手臂运动时的振动极小，但当手臂停止时，位置精度会变差，而当气压增加时，情况恰恰相反。基于这些结果，我们想提出一种在手臂移动时降低气压并在接近停止位置时增加气压的方法。在目前的硬件条件下，运行过程中两侧气压之和保持恒定，因此该方法的有效性尚未得到证实。我们期待未来硬件的改进。本研究中使用的气动执行机构比电动或液压执行机构具有更强的非线性，并且很难准确识别其特性。因此，我们正在开发一种数字控制方法，累积输入和输出数据并直接使用，无需系统识别。预计随着计算机的进一步发展，这种方法将变得更加实用。