バーチャル力学モデルに基づく作業用6足歩行ロボットの力・姿勢および振動制御

基于虚拟力学模型的六足工作机器人力/姿态与振动控制

• 批准号: 16760175
• 负责人: 黄 慶久
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760175/
• 关键词: 6足歩行ロボット; バーチャル力学モデル; サスペンション制御; 力・姿勢および振動の制御; スラでリングモード制; 逐次検索法; 面接触作業; 位置・姿勢・力・モーメントのハイブリッド制御; 差分逆運動学; サスペンションの制御; 振動モード; モード分離; ロバスト制御; スライディングモード制御

昨年度で開発された1脚3自由度である6足歩行ロボットの実機および実機に基づいたバーチャル力学モデルに基づく力・姿勢および振動のロバスト制御によって,作業用6足歩行ロボットの安定歩行を実現した.本年度には6自由度マニピュレータ機構に基づく6足歩行ロボットの作業に関する研究を着目した.そこで,本研究では地表探査,塗装,なぞるなどの面接触作業を実現するため,以下のいくつかの提案研究を行った.まず,面接触作業をしやすい立場から,今までの手先のオイラ姿勢角を表現するPUMA型6自由度マニピュレータマニピュレータと比べて手先のピッチ角,ロール角,ヨー角を直接表現するPRY型6自由度マニピュレータの機構を提案して開発した.つぎに,逐次検索法を提案して手先の3関節の軸が一点に交わらなくても逆運動学を解けるようになった.また面接触作業に対応できるため従来の位置・力のハイブリッド制御を拡張して位置・姿勢・力・モーメントのハイブリッド制御を提案した.さらに逆ヤコビ行列の計算を回避するため差分逆運動学法を提案した.研究成果は2005年8月第9回日本機械学会「運動と振動の制御」シンポジウムにて発表された.また,この研究成果をまとめて日本機械学会の「運動と振動の制御の21世紀への新展開」特集号に投稿した.ここまでの外部環境との接触制御は点接触しか考えなかった.しかしながら,実際の作業には面接触作業の場合もある.たとえば,塗装・塗布,研削・研磨,地表探査,なぞるなどの作業.このため,研究代表者が提案したマニピュレータの手先の位置・姿勢・力・モーメントのハイブリッド制御は面接触作業を可能となっており,幅広く応用できる産業ロボットの作業技術である.さらに,このような点接触作業および面接触作業に両方対応できる手先の位置・姿勢・力・モーメントのハイブリッド制御は研究代表者の知る限りに日本国内外には見られないである.また,手先の3関節の軸が一点に交わらなくても逆運動学を解けるための逐次検索法,および大規模の逆ヤコビ行列の計算を回避するための差分逆運動学法という2つの提案手法は高い汎用性を持つため,マニピュレータの作業技術として独創的,実用的なアルゴリズムである.

基于去年开发的单腿三自由度实际六足机器人以及基于实际机器人的虚拟动态模型，通过对力、姿态和振动的鲁棒控制，实现了六足工作机器人的稳定行走今年，我们将开发六自由度机械手机构。因此，在本研究中，我们进行了以下几项提议的研究，以实现表面接触任务，例如表面探索、绘画和从容易完成的位置追踪表达手的油性姿势角度的P。我们提出并开发了一种PRY型6自由度机械手的机构，与UMA型6自由度机械手相比，直接表达手部的俯仰角、侧倾角和偏航角接下来，我们提出了一种顺序搜索方法，即使三个关节的轴不相交于一点，也可以求解逆运动学。此外，为了应对表面接触工作，我们扩展了传统的位置/力混合控制，提出了位置/姿态/力/力矩的混合控制。此外，为了避免逆雅可比矩阵的计算，我们提出一种微分逆运动学方法。研究成果发表于20058年。该研究成果在9月召开的第9届日本机械工程学会“运动与振动控制”研讨会上发表。这项研究成果也在日本机械工程学会“21世纪运动与振动控制的新进展”特刊中进行了总结。日本机械工程学会到目前为止，我们只考虑了与外部环境的接触控制。但实际工作中可能会涉及到表面接触工作，如喷漆/涂层、研磨/抛光、表面探查、描迹等。为此，课题组提出的机械手的位置、姿势、位置都是混合控制力和力矩的作用可以实现表面接触工作。 ，这是一项可以广泛应用的工业机器人作业技术。此外，据研究代表了解，手部位置、姿态、力、力矩的混合控制，既可以处理点接触作业，也可以处理面接触作业在日本还没有做过，而且，手指的3个关节是不可见的。所提出的两种方法具有高度通用性：顺序搜索方法可以解决逆运动学问题，即使轴为 。 因此，它是一种原始且实用的算法，作为机械手的工作技术。

项目成果

Robust Control of Posture and Vibration Based on Virtual Suspension Model for Six-Legged Walking Robot

基于虚拟悬架模型的六足步行机器人姿态与振动鲁棒控制

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the 7th international conference of Motion and Vibration Control (CD-ROM 41.pdf)
• 作者: Qing-Jiu Huang Masayoshi Yanai;Kyosuke Oon;Kenzo Nonami
• 通讯作者: Kenzo Nonami

CADモデルベースの不整地歩行6足歩行ロボット開発およびアクティブサスペンションの制御

基于CAD模型的六足步行机器人开发及主动悬架控制

• 发表时间: 2003
• 期刊: 第21回日本ロボット学会学術講演会予稿集 2G12
• 作者: 谷内 正芳;黄 慶九;野波 健蔵;小野 京右
• 通讯作者: 小野 京右

バーチャル力学モデルに基づく6足歩行ロボットの姿勢と振動のロバスト制御

基于虚拟动力学模型的六足步行机器人姿态与振动鲁棒控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第19回バイオメカニズム・シンポジウム (発表予定)
• 作者: 黄 慶九;福原 康之
• 通讯作者: 福原 康之

不整地用6足歩行ロボットのサスペンション制御

崎岖地形六足步行机器人的悬架控制

• 发表时间: 2003
• 期刊: 第8回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集 MOVIC2003
• 作者: 黄 慶九;谷内 正芳;山浦 弘;野波 健蔵
• 通讯作者: 野波 健蔵