可変拘束機能をもつ超冗長系のダイナミクスベースト制御

具有可变约束函数的超冗余系统的基于动力学的控制

• 批准号: 07J12014
• 负责人: 田中 基康
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J12014/
• 关键词: ヘビ型ロボット; 冗長システム; 可変拘束システム; sinus-lifting; 協調制御; 軌道追従制御

本年度は,可変拘束機能をもつ超冗長機械システムに関する研究における第2年度に当たり,非ホロノミック拘束をもつ超冗長機械システムであるヘビ型ロボットを対象として,非接地部の導入および非接地部の動的変化を考慮した可変拘束機能をもつヘビ型ロボットの制御について研究を行った.まず拘束条件の変化を考慮したヘビ型ロボットのモデリングを行なった.体幹の持ち上げをロボット体幹と環境の間の速度拘束式の有無に置き換えることで3次元運動を2次元運動として扱った.本年度は,車輪と環境との間に存在する速度拘束の有無が動的に変化するような,拘束可変機能をもつヘビ型ロボットのモデリングを行なった.この際,接地部分の動的変化を新たな冗長性である「モード選択」という自由度として表現することでロボットをハイブリッドシステムとして定式化している.導出したモデルに対して,まずは非接地部を導入した場合に生じる冗長性の特徴の解析とそれを利用することで推進時に生じる諸問題を解決するような制御則を提案した.この際,ヘビ型ロボットの実機を製作し,実機を用いた実験によって制御則の有効性を検証した.次に接地点,すなわち車輪と環境との間に存在する速度拘束の有無が動的に変化するような,拘束可変機能をもつヘビ型ロボットの制御について研究を行った.拘束の動的な変化によって生じる新たな冗長性である「モード選択」を利用した制御方策を提案し,モード選択によって評価関数の最小化が実現できることをシミュレーションによって示した.さらに,体形曲線を生物規範であるserpenoid曲線,モード選択の評価関数を車輪の拘束力とした場合の推進形態について,生物のsinus-lifting滑走との比較を行なった.その結果,生物のヘビのsinus-lifting滑走は拘束力だけでなく,他の要因も考慮した適応推進である可能性があることがわかった.

今年，在对具有可变约束功能的超级机械系统研究的第二年中，我们对蛇形机器人的控制进行了研究，蛇形机器人是一种具有非全面约束的超级机械系统，考虑到了非地面零件的引入和动态变化，对非地面零件的变化进行了研究。首先，我们考虑了约束条件的变化，对蛇形机器人进行了建模。在机器人芯与环境之间存在速度约束的情况下，我们将核心提升。通过替换三维运动，我们将三维运动视为二维运动。今年，我们对具有可变约束函数的蛇形机器人建模，其中车轮和环境之间存在速度约束的存在或不存在。在这种情况下，我们通过表达接地部分的动态变化为一种新的自由度，称为“模式选择”，这是一种新的冗余，我们将机器人作为混合系统进行了形式。对于派生模型，我们首先引入了当引入非接地零件时发生的冗余功能的冗余功能。我们提出了一个控制规则，该规则解决了通过使用分析和使用分析在推进过程中出现的问题。在这种情况下，我们制造了一个真正的蛇机器人，并通过使用实际机器实验验证了控制规则的有效性。然后，我们对具有可变约束的蛇机器人的控制进行了研究，例如在接地点之间（即车轮和环境）之间存在的速度约束存在动态变化。我们提出了使用“模式选择”的控制策略，这是由约束动态变化引起的新冗余。我们提出了模拟，并证明可以通过模式选择来最大程度地减少评估函数。此外，我们比较当体形曲线是蛇形曲线时，我们比较了推进形式，这是生物学范围，而模式选择的评估函数的效果是车轮的结合力。结果，我们发现生物体的鼻窦伸入滑行可能不仅要考虑到结合力，还考虑其他因素。

项目成果

拘束可変機能をもつヘビ型ロボットによる sinus-lifting 滑走に関する一考察

可变约束功能蛇形机器人窦提升滑动研究

• 发表时间: 2008
• 作者: 田中基康;松野文俊
• 通讯作者: 松野文俊

3次元ヘビ型ロボットの冗長性を利用した制御

利用 3D 蛇形机器人的冗余进行控制

• 发表时间: 2008
• 期刊: 計測自動制御学会論文集 Vol.44, No.12
• 作者: 田中基康;松野文俊
• 通讯作者: 松野文俊

平面を移動する3次元ヘビ型ロボットの協調制御

平面上移动的3D蛇形机器人的协同控制

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本ロボット学会誌 Vol.26, No.6
• 作者: 田中基康;松野文俊
• 通讯作者: 松野文俊

円柱曲面上における蛇型ロポットの運動学に基づく制御

圆柱曲面上蛇形机器人的运动学控制

• 发表时间: 2007
• 作者: 塚野 洋章;田中 基康;松野 文俊
• 通讯作者: 松野 文俊

Experimental study of Redundant Snake Robot Based on Kinematidc Model

基于运动学模型的冗余蛇形机器人实验研究

• 发表时间: 2007
• 作者: Motoyasu Tanaka;Fumitoshi Matsuno
• 通讯作者: Fumitoshi Matsuno