宇宙用フレキシブルマニピュレ-タのテンドン機構による運動と振動の制御

柔性空间机械臂腱机构运动与振动控制

基本信息

批准号：
03650216
负责人：
吉田和夫
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Keio 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：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙用マニピュレ-タの制御問題は、マニピュレ-タがフレキシブルな構造となるために、弾性変形を抑えながらいかに位置決めを行うかが重要な技術的な課題となっている。地上で用いられているようなマニピュレ-タのような駆動方式を採用すると、先端に重いペイロ-ドを有する場合マニピュ-レ-タの弾性変形が大きくなるので、本研究ではテンドン機構を用いることを提案し、そのモデリングと制御系設計の方法を確立し、その有効性を実験的に検討することを目的とした。本研究ではまず、モデリングにおいては弾性変形をはりの静たわみ曲線により近似することによって、設計のための簡易モデルの作成を行った。次に、この簡易モデルを用いて1リンクフレキシブルマニピュレ-タのモデリングを行い、これに基づいてテンドン機構により制御の最適制御則を導出した。そして、その有効性を数値シミュレ-ションおよび制御実験によって検証した。なお、テンドン機構により制御した場合と、一般に行われているように回転軸をモ-タにより直接駆動した場合との比較を数値計算によって行った。その結果、制御実験と数値シミュレ-ションの結果はよく一致し、本研究のモデリングと制御手法の有効性が示された。さらに、2リンクフレキシブルマニピュレ-タのモデリングを行った後最適制御を求め、これについて数値シミュレ-ションと制御実験を行った。2リンクフレキシブルマニピュレ-タの場合は、1リンクの場合ほどシミュレ-ションと実験の対応がよくなかったが、基本的にはテンドン機構による制御手法の有効性確認された。以上、本研究で提案した2リンクフレキシブルマニピュレ-タのテンドン機構による運動と振動の制御の有効性が確認されてた。

对于空间机械臂的控制问题，由于机械臂具有柔性结构，如何在抑制弹性变形的同时进行定位是一个重要的技术问题。如果采用地面使用的机械手这样的驱动系统，如果尖端的有效载荷较大，机械手的弹性变形就会很大，因此在本研究中，采用了腱机构。提出一种建模和控制系统设计方法，并通过实验检验其有效性。在本研究中，我们首先通过使用梁的静态挠度曲线来近似弹性变形，创建了一个简单的设计模型。接下来，我们利用这个简单的模型对单连杆柔性机械臂进行了建模，并在此基础上推导了利用腱机构进行控制的最优控制律。然后，通过数值模拟和对照实验验证了其有效性。另外，还进行了数值计算，以比较使用腱机构进行控制的情况和通常由电机直接驱动旋转轴的情况。结果，控制实验和数值模拟的结果吻合良好，证明了本研究建模和控制方法的有效性。此外，在对二连杆柔性机械臂进行建模后，确定了最优控制，并对此进行了数值模拟和控制实验。在两连杆柔性机械臂的情况下，仿真与实验的对应性不如一连杆的情况，但基本证实了利用腱机构的控制方法的有效性。如上所述，证实了本研究提出的二连杆柔性机械臂利用腱机构控制运动和振动的有效性。