宇宙ステーション塔載ロボットアームの自律化・高機能化による作業効率化の研究

空间站塔塔机械臂自主化、高功能化提高工作效率研究

• 批准号: 03J07036
• 负责人: 安孫子 聡子
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J07036/
• 关键词: 振動抑制制御; 無反動制御; 適応制御; パラメータ推定; オンライン同定; 振動抑制制御; 無反動制御; 適応制御; パラメータ推定; オンライン同定

有人宇宙活動の危険性が再認識される中で,宇宙ロボットの利用はその打開策として大きく注目されている。しかし,現在使われている宇宙ロボットシステムは,決して作業効率の高いものとは言えない.そのため,宇宙飛行士に代って複雑な作業を遂行しうるロボットの開発や,その制御方法の構築が求められている.このような背景を受けて,本研究では,国際宇宙ステーション(ISS)に搭載されるマクロ・マイクロ型マニピュレータシステムJEMRMSの自律化・高機能化による作業効率化の研究を行ってきた.JEMRMSは作業領域の広い親アームと,精細作業に適した子アームからなる.しかしながら,腕の長い親アーム(マクロ部)は,親アームと子アーム(マイクロ部)が動的に干渉しているために,運用時に動作反動などにより振動してしまうことが指摘されている.そこで,本研究では,マクロ部とマイクロ部の動的な干渉を利用した振動抑制制御,および反動ゼロ空間を利用した無反動制御を適用し,作業効率の向上を目指してきた.それらの成果は,国際学会等において成果発表を行っている.一方,これらの制御法が,精度良く遂行されるためには,システム全体の正確な動的パラメータを予め取得している必要がある.しかし,ロボットが把持する対象物の慣性パラメータに誤差がある場合では,上記の制御を用いた場合であっても,目標軌道を逸脱したり,親アームの振動を励起してしまうことが懸念される.ここでは,ロボットが把持する対象物の慣性パラメータに誤差がある場合でも,振動抑制と位置決め制御を行いうる適応制御法について提案した.適応制御を用いることにより,力学パラメータの誤差によらずマクロ部の振動を漸近収束させることができ,結果として目標点への位置決め制御も可能となることを証明した.次いで,適応制御を拡張し,振動収束のプロセス中に未知の慣性パラメータを推定する方法について提案した.この際,振動のモードと推定できるパラメータとの関係を特異値分解法によって明らかにし,振動現象に支配的なパラメータのみを選択的に推定これらの情報から,把持対象物の質量等の動的パラメータを推定する手法を提案した.

由于重新发现载人空间活动的危险，太空机器人的使用引起了人们的关注。但是，当前正在使用的太空机器人系统不能被认为是高效的。因此，有必要开发可以代表宇航员执行复杂任务并建立控制方法的机器人。为了响应这种背景，这项研究一直在研究通过在国际空间站（ISS）安装的宏观微型操纵器系统JEMRMS的自主和高性能来提高工作效率。JEMRMS适用于具有较广泛工作区域的家长手臂的详细工作。然而，已经指出，长臂长的母臂（宏部分）动态干扰了母臂（微型部分），这会导致由于运动后坐力而导致的操作期间发生振动，等等。在这项研究中，使用宏观截面和微截面之间的动态干扰进行振动抑制控制，并使用零后退空间来提高工作效率。这些结果已在国际会议和其他活动中提出。同时，这些控制方法的精度很高。为了执行此过程，必须预先获取整个系统的准确动态参数。但是，如果机器人持有的对象的惯性参数存在错误，则担心即使使用上述控件，它也可能偏离目标轨迹或激发父臂的振动。在这里，我们提出了一种自适应控制方法，即使在机器人持有的对象的惯性参数中存在误差，它也可以抑制振动和控制定位。通过使用自适应控制，我们可以使用动态参数参数来启用动态参数。已经证明，宏部分的振动可以渐近地收敛而无需仪表误差，因此，也可以控制定位到目标点。接下来，我们提出了一种在振动收敛过程中扩展自适应控制和估计未知惯性参数的方法。在这种情况下，我们通过奇异值分解方法阐明了振动模式与估计参数之间的关系，并提出了一种估计动态参数的方法，例如要掌握的对象的质量，从这些信息中选择性地估计了参数由振动现象占主导地位。