ワイヤ懸垂型ロボットの開発

线悬浮机器人的研制

基本信息

批准号：
05750235
负责人：
大隅久
金额：
$ 0.58万
依托单位：
The University of Tokyo
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：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750235/
关键词：
ワイヤ懸垂系マニピュレータ動力学振動制御受動関節

项目摘要

可動空間が広く汎用性の高い新型機構としてクレーンのワイヤ下端に平面内3リンクマニピュレータを懸垂したロボットを構成し、その機構特性、制御法を確立した。本ロボットではマニピュレータベースがワイヤに連結されており、宇宙ロボットのようにマニピュレータの各関節を動かすとベース自身も傾くため、運動学自体が複雑となる。本研究では、ワイヤ支点の鉛直軸に対する傾き角と、マニピュレータベースとワイヤの成す角をそれぞれ受動関節角としてモデル化し、次に受動関節の動作を能動関節の動作により表現することにより、宇宙マニピュレータの拡張ヤコビ行列に対応したヤコビ行列を求めた。マニピュレータ手先の可動領域は、リンクの長さ、質量バランスに大きく影響されるため、上で求めたヤコビ行列を用いた解析を行い、その結果マニピュレータのリンク長、ベースリンクのワイヤ取り付け点とベース重心間の距離が長いこと、ベース質量が大きいこと等が可動領域を大きくするために必要であることを明らかにした。制御法に関しては、マニピュレータの動力学を求め、これを受動関節の運動、マニピュレータ関節の運動に分離し、受動関節の運動を拘束運動と見なすことにより、受動関節を持つマニピュレータの動力学方程式を求めた。軌道制御アルゴリズムの構築に当っては、軌道制御と振動制御の2つのフェーズに分離し、軌道制御においては非線形フィードバックにより線形化し、PID制御系を構成することで実現した。振動制御においては釣合点近傍において系を線形近似し、これに対して最適レギュレータを構成した。シミュレーション、DDモータを利用した制御実験の結果より、上記制御アルゴリズムが有効に作用することを検証した。

通过在起重机的下端悬挂三连锁操作机内的平面内，建立了一种具有宽可移动空间和高度通用性质的新机制，并建立了机理特性和控制方法。在此机器人中，操纵器基座连接到电线，当操纵器的每个关节像太空机器人一样移动时，基部本身就会倾斜，从而使运动学本身变得复杂。在这项研究中，电线支点相对于垂直轴的倾斜角度以及操纵基底和电线形成的角度被建模为被动关节角，然后被动关节的作用通过主动关节的作用表达，从而表达了与雅各布的雅各比矩阵相对应的雅各比型雅各布矩阵，从而获得了扩展的jacobian Maniprix。操纵器尖端的可移动区域受环节长度和质量平衡的影响很大，因此使用上面获得的雅各布式矩阵进行了分析，结果，据揭示了操纵器的链路长度，基本链路的电线附着点之间的长距离的链路长度和重力中心的基本链接和大型基础质量所需的较大的基础质量是可移动的区域。关于控制方法，我们计算了操纵器的动力学，将其分离为被动关节的运动和操纵器关节的运动，并通过将被动关节作为约束运动的运动，我们确定了用被动关节的操纵器的动力学方程。当构建轨道控制算法时，它是通过将其分为两个阶段来实现的：轨道控制和振动控制，以及通过在轨道控制中通过非线性反馈使其线性线性，它是通过构建PID控制系统实现的。在振动控制中，系统在平衡点附近线性近似，并为此构建了最佳调节器。基于使用DD电动机的模拟和控制实验的结果，可以证实上述控制算法有效地工作。