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。

作为具有宽且通用空间的新机制，在平坦表面上悬挂3个链接操作器的机器人在起重机的下端配置，并建立了其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宇宙机器人一样移动时，低音本身就很复杂。在这项研究中，将电线支点倾斜到垂直轴，操纵器基础和电线角度为被动接头，然后通过活动接头的操作表达被动关节的操作，因此它是空间操纵器。操纵器的可移动区域受到长度和质量平衡的极大影响，因此使用上面获得的Jacobi矩阵进行了分析，结果，操纵器的链路长度，基本链路的电线安装点重力的基础中心已经表明，长距离和较大的基本质量对于增加了可移动区域。关于控制方法，要求操纵器的动力学，并将其分为被动的关节运动，操纵器关节练习，而被动关节的运动被视为约束运动，因此操纵器的强大公式具有被动的关节。在构造轨道控制算法时，将其分为两个阶段，轨道控制和振动控制，在轨道控制中，它是线性线性线性的，并通过配置PID控制系统进行了配置。在振动控制中，系统类似于平衡点附近的线性前景，并配置了最佳调节器。从使用模拟和DD电动机的控制实验的结果中，可以证明上述对照算法有效地发挥作用。