平成7年度-平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,課題番号.0745541

内山  勝

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内山, 勝

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フレキシブル双腕ロボットの協調制御に関する研究

application/pdf本学所蔵の学術情報資料・特許等 (academic resource/patent)平成7年度-平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,課題番号.074554163430049 bytesothe

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フレキシブル双腕ロボットの協調制御に関する研究著者 内山  勝URL http://hdl.handle.net/10097/41443~L 4+ーLln~ー~ -J=~_I_-㌔ -. -Tr.-一一-･･-･LIJ　　▲一一　　　　J.Iフレキシブル双腕ロボットの協調制御に関する研究(課題番号:07455416)平成7-9年度科学研究費補助金　基盤研究B( 2 )研究成果報告書一･-′一~1-･一･一･_ _Lr~､■. Tl.- I-ー- ▲                   - ヽr-1ご租Q-∴∴こ_:-　　∴一_　-1ミニー-.　11.ヽ-　　こ--一一ヽヽ■ー　　　　　√､iこ巴.｢=【′■ヽ.二　_　　､~■ヽiE:ヨ/一･､一･一∴こミ_=一-/rJ　　---∫J′一′､･ .･･ _′　◆～rJ､.-T TIくさi▲ll　　ヽ　-I-t･･-▼- ~､   -L fV.-㌔ -I_ 　-ノー.　　　~　　　､ヽ■■lL/-I--　■. ... ･ヽ-　　-T　__ヽ 1∴ A-7･_　~_′ ･平成10年3月1-t･･ヽ一･■･､【こヽ_r-～研究代表者　内山勝(東北大学大学院工学研究科教授)????????????????????????????????????????フレキシブル双腕ロボットの協調制御に関する研究(課題番号:07455416)平成7-9年度科学研究費補助金　基盤研究B(2)研究成果報告書平成10年3月研究代表者　内山勝00010138572(東北大学大学院工学研究科教授)はしがき本報告書は､平成7年4月より平成10年3月までの期間に､文部省科学研究費補助金(基盤研究B(2)) ｢フレキシブル双腕ロボットの協調制御に関する研究｣により､東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻宇宙機システム学講座で実施した研究の成果をまとめたものである｡本研究では､フレキシブル双腕ロボットの実作業への適用を目指し､その力制御と協調制御について､研究を実施した｡具体的には､フレキシブル双腕ロボットによる物体の把持､運搬､組み付け等の実作業過程の力学モデリング､ならびにこれに基づく力制御と協調制御について研究を行った｡その結果､フレキシブルアームのモデリング､力制御､双腕協調制御､および逆運動学･動力学について､成果を挙げ､これに基づき双腕協調制御系を設計することができた｡そして､この制御系を3次元フレキシブル双腕ロボットに適用し､物体の把持､運搬作業を実現した｡このような作業の実現は､世界でも例がない｡なお､本研究には､元大学院博士課程学生湯川俊浩君(現在､富士通)､修士課程学生薄井和明君(現在､日立製作所)､鈴木邦章君(現在､東北電力)､大学院研究生戴永強君(現在､日野自動車)､学部研究生AndreyA. Loukianov君(現在､ロシア科学アカデミー)､および現大学院博士課程3年金鎮秀君､同1年山野光裕君､修士課程1年桂島航君､学部4年川口順央君が参加し､大きな責献をした｡ここに記して感謝の意を表す｡平成10年3月　内山勝研究組織研究代表者:研究分担者:研究経費平成7年度平成8年度平成9年度計内山勝(東北大学大学院工学研究科教授)ドゥラゴミール･ネンチェフ(新潟大学工学部教授)阿部幸勇(東北大学工学部教務職員)3, 900千円1, 500千円1, 100千円6, 500千円研究発表Ⅰ.学会誌等ll] T. Yukawa, M･ Uchiyama, H･ hooka: Handling of a Constmined Flexible Objectby a Robot, PROCEEDINGS 1995 1EEE INTERNATIONAL CONFERENCE ONROBOTICS AND AUTOMATION, Nagoya, Japan, (1995/5), 324-329･[2] T. Yukawa, M･ Uchiyama, H･ hooka: Cooperative Control of a Vibrating FlexibleObject by a Rigid Dual-Arm Robot, PROCEEDINGS 1995 IEEE INTERNATIONALcoNFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION, Nagoya, Japan, (1995/5),1820-1826.【3】 A. Konno and M･ Uchiyama: VIBRATION SUPPRESSION CONTROL OF SPA-TIAL FLEXIBLE MANIPULATORS, CONTROL ENGINEERING PRACTICE, AJoumalof IFAC the hternationalFederation of Automatic Control, 3-9 (1995/9),1315-1321.[4] Jin-SooKin, Kuniaki Suzuki, Atsushi Konno, MasaruUchiyama: Hybrid Posi-tion/Force Control of Flexible Manipulators, Proceedings 0f the loth KOREA AU-TOMATIC CONTROL CONFERENCE, International Program, October 23-25, 1995,Seoul, Korea, (1995/10), 408-411･【51近野敦､内山勝:三次元フレキシブルマニピュレータの可変ゲイン振動抑制制御実験､日本機械学会論文集(C編) ､ 6ト591 (1995/ll/25), 4345-4350･【61近野敦､内山勝､貴答豊､村上真人:フレキシブルアームマニピュレータの姿勢依存撮動可制御性､計測自動制御学会論文集､ 32-1 (1996/1), 78-86･[7] Masa.ruUchiyama and Atsushi Konno: Modeling7 Controuability and Vibration Sup-presslOn Of 3D Flexible Robots, Robotics Research, The Seventh hternationalSym-posium, Georges Gira.ltand Gerhard Hirzinger (Eds), Springer, (1996), 90-99･【8】内山勝: FLEBOT (FLExible roBOT) ⅠⅠ,日本ロボット学会誌､ 14-3 (1996/4), 340-340.[91内山勝: ADAM (Aerospace DualA- Ma･mipulator)日本ロボット学会誌､ 14-3(1996/4), 341-341･[10] Jin-Soo Kin, Kuniaki Suzuki, Atsushi Konno and Masaru Uchiyama: Force Controlof Constrained Flexible Manipulators, Proceedings of the 1996 IEEE Internationalconference on Roboticsand Automation, Minneapolis, Minnesota, USA, (1996/4),635-640.lll] T･ Yukawa, M･ Uchiyama, DI N･ Nenchev, H･ hookn: Stability of Control System inHandling of a Flexible Object by Rigid A- Robots, Proceedings of the 1996 IEEE In-ternationalConference on Roboticsand Automation, Minneapolis, Minnesota, USA,(1996/4), 2332-2339･[12] Jib-SooKim, Kuniaki Suzuki, Mitsuhiro Yamano and MasaruUchiyama: HYBRIDPOSITION/FORCE CONTROL OF SPATIAL FLEXIBLE MANIPULATORS, PRO-CEEDINGS THE THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON MOTION ANDVIBRATION CONTROL, Chiba, JAPAN, Edited by K. Nonamiand T. Mizun0,Volume 1 (1996/9/1-6), 222-227･【13】金鎮秀､近野敦､内山勝:フレキシブルマニピュレータ動力学の高精度集中定数モデリング､日本機械学会論文集(C編)､ 62-602 (1996/10), 4005-4011.[14] Atsushi Konno, Masaru Uchiyama: Modeling of a Flexible Manipulator DynamicsBa5ed upon Holzer's Model, Proceedings of the 1996 IEEE/RSJ InternationalCon-ference on htelligent Robotsand Systems, Osakn, Japan, (1996/ll), 223-229･[15] Jin-Soo Kin, Kuniaki Suzukiand MasaruUchiyama: Force Control of a FlexibleManipulator Based on the Measurement Of Link De且ections, Proceedings of the1996 IEEE/RSJ hternationalConference on htelligent Robotsand Systems, Os-aka, Japan, (1996/ll), 238-245･[16] Y･ Q･ Dai, K･ Usuiand MI Uchiyama: A New Iterative Approach to Solving h-verse Flexible-Link Manipulator Kinematics, Proceedings of the 35th Conference onDecision and Control, Robe, Japan, (1996/12/ll, 12, 13), 2493-2494･[17] Jin-Soo Kin, Kuniaki Suzuki, Mitsuhiro Yamanoand Masaru Uchiyama: VibrationSuppression Control of Constmined SpatialFlexible Manipulators, Proceedings ofthe 1997 IEEE htemationalConference on Robotics and Automation, Albuquerque,New Mexico, USA, (1997/4), 283ト2837･[18] Y. Q･ Dai, A･ A･ Loukianov, M･ Uchiyama: A Hybrid NunericalMethod for Solvingthe Inverse Kinenatics of a Class of Spatial Flexible Manipulators, Proceedings ofthe 1997 IEEE hternational Conference on Roboticsand Automation, Albuquerque,New Mexico, USA, (1997/4), 3449-3454･[191 S･ L6pez-Linares, A･ Konno, and M･ Uchiyama: Vibration Controllability of 3DFlexible Ma.nipulators,Transactions of the ASME, Journalof Dynamic Systems,Measurement,and Control, 11912 (1997/6), 326-330･[20] A. A･ Loukianov, Y･ Q･ Dai, M･ Uchiyama: TrajectoryTracking of Spatial FlexibleLink Manipulators Using hverse Kinematics Solutionand Vibration Suppression,1997 8th hternationalConference on Advanced Robotics Proceedings, Monterey,Ca肋rnia, U.S.A., (1997/7/7-9), 22ト226･[21] Atsushi Konno, Masaru Uchiya･ma, Yutaka Kitoand Mahito Murakami: Configuration-Dependent Vibration Controllability of Flexible-Link Manipulators, The htema-tional Journal of Robotics Research, 16-4 (1997/8), 567-576･【22】内山勝､薄井和明､戴永強:学習アルゴリズムを用いたフレキシブルマニピュレータの逆運動学解法､計測自動制御学会論文集､ 33-8 (1997/8/31), 858-860･[23] Y. Q･ Dai, A･ A･ Loukianov, M･ Uchiyama: SPATIAL FLEXIBLE MANIPULA-TOR TRAJECTORY CONTROL THROUGH SOINING THE INVERSE KINE-MATICS, Preprints of the Fifth IFAC Symposium on Robot Control, Nantes, Ftance,(1997/9/3-5) , 273-279･[241 ユin-Soo Kin, Mitsuhiro Yamanoand Masaru Uchiyama: Lumped-Parameter Mod-eling for Cooperative Control of Two Flexible Manipulators,Asia-Pacific Vibrationconference '97, Proceedings, Kyongju, Korea, (1997/ll/9-13), 120-125･[25] Mitsuhiro Yamano, Jin-Soo Kin and MaBaruUchiyama: Experiments on Cooperativecontrol of Two Flexible Manipulators Working in 3D Space, Asia-Pacific Vibrationconference '97, Proceedings, Kyongju, Korea, (1997/ll/9-13), 274-279･[26】 S. L6pez-Linares, A･ Konno, M･ Uchiyama: Vibration Suppression Control of 3DFlexible Robots Using Velocity hputs, Journalof Robotic Systems, 14-12 (1997/12),823-837.[27】 Mitsuhiro Yamano, Jin-SooKimand MasaruUchiyama‥ Hybrid Position/Force Con-trol of Two Coopera･tive Flexible Manipulators Working in 3D Space, Proceedings ofthe 1998 IEEE hterna.tionalConference on Robotics and Automation, Leuven, Be1-かm, (1998/5/16-20), (to be presented)･ⅠⅠ.口頭発表【1】金鎮秀､近野敦､内山勝:フレキシブルマニピュレータの力制御に関する研究､日本機械学会【No. 95-171ロボテイクス･メカトロニクス講演会'95講演論文集､ (1995/6),157-160.【21湯川俊浩､内山勝､猪岡光:剛体ロボットにより柔軟対象物を把持する際の制御系の安定性､日本機械学会tNo. 95-17】ロボテイクス･メカトロニクス講演会'95講演論文集､ (1995/6), 169-172･【3】薄井和明､内山勝:フレキシブルマニピュレータ逆運動学の-解法､第13回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1995/ll), 51-52･･【4】鈴木邦章､金鎮秀､内山勝:3次元フレキシブルマニピュレータの力制御実験､第13回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1995/ll), 77-78･【51湯川俊浩､内山勝､猪岡光:双腕剛体ロボットによる柔軟対象物の変形制御､第13回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1995/ll), 779-780･【61薄井和明､内山勝:学習アルゴリズムによるフレキシブルロボットの逆運動学解法､計測自動制御学会東北支部第157回研究集会資料､ (1995/ll/24),資料番号157-7.【7】金鎮秀､鈴木邦章､内山勝:フレキシブルマニピュレータのモデリングと力制御､ '95ADAMSユーザ･コンファレンス､株式会社電通国際情報サービス､ (1995/12/1),22-28.t81金鎮秀､鈴木邦章､内山勝:リンクの歪みを用いるフレキシブルマニピュレータの力制御､日本機械学会【No. 96-21ロボテイクス･メカトロニクス講演会'96講演論文集､(1996/6/20, 21), 173-176･【91山野光裕､金鎮秀､鈴木邦章､内山勝:拘束環境下における3次元フレキシブルマニピュレータの集中定数系によるモデリング､東北支部八戸地方講演会講演論文集､No. 961-2,日本機械学会東北支部､ (1996/9/7), 338-340･[101Andrey Loukianov, Yongqiang Dai, MasaruUchiyama: A Method for Flexible Ma-nipulator hverseKinematics Using the Solution of a Differential-Algebra･ic System,第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1996/ll/1, 2, 3), 759-760･【11日山野光裕､金鎮秀､内山勝:及腕フレキシブルマニピュレータの協調制御実験､第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1996/ll/1, 2, 3), 1005-1006･[12】 Mitsuhiro Yamano, Jim-Soo Kin, Kuniaki Suzuki and MasaruUchiyama: Modelingof Constrained SpatialFlexible Mamipulators, Proceedings of U･S･-JapanGradua･testudent Forum in Robotics, Osaka, Japan, (1996/ll), 93-96･[131 MasaruUchiyama: MUIJTI-ARM ROBOT SYSTEMS‥ A SURVEY, Tutorial Su A4,Modelingand Control of Multi-A- Robot Systems, Organizers: Pasquale Chiac-chioand Stefano Chiaverini, 1997 IEEE InternationalConference on Robotics andAntomation, Albuquerque, New Mexico, USA, (1997/4/20), A-1lA125･【141山野光裕､金鎮秀､内山勝:及腕フレキシブルマニピュレータの協調制御における振動抑制制御､日本機械学会【No.97-221ロボテイクス･メカトロニクス講演会'97講演論文集､ (1997/6/7, 8), 199-202･【151桂島航､山野光裕､金鎮秀､内山勝:フレキシブル冗長マニピュレータの擬似逆行列を用いた位置制御及びその振動抑制効果､第15回日本ロボット学会学術講演会予稿集､ (1997/9/12, 13, 14), 9-10･【16】内山勝:フレキシブルマニピュレータの制御､第12回｢大学と科学｣公開シンポジウム予稿集､生物に学ぶマシンー柔らかく優しく動く機械-､ (1997/10/27, 28), 18-19･ⅠⅠⅠ.出版物[11 MaSaruUchiyama‥ Multirobotsand Cooperative Systems, Control Problems in RoboticsandAntomation, B. Sicilianoand K.P. Valavanis (Eds), Lecture Notes in Controlandlnfbrmation Sciences 230, Editor: M. Thoma, Springer, (1997), 19-34･目次研究成果の概要第1章フレキシブルアームのモデリング第2章フレキシブルアームの力制御第3章フレキシブルアームの双腕協調制第4章フレキシブルアームの逆運動学･動力学付録フレキシブル対象物のハンドリング1237597390研究成果の概要本研究では､フレキシブル双腕ロボットの実作業への適用を目指し､その力制御と協調制御について研究した｡具体的には､フレキシブル双腕ロボットによる物体の把持､運搬､組み付け等の実作業過程の力学モデリング､ならびにこれに基づく力制御と協調制御について研究した｡その成果の概要は以下の通りである｡1.フレキシブルアームのモデリングに関して､簡便かつ有効な集中定数モデルを提案し､その精度､適用範囲について評価を行った｡また､このモデルに基づき､従来研究されていなかった可制御性について､解析を行い､種々の興味深い不可制御姿勢を兄いだした｡2.フレキシブルアームの力制御について､まず拘束力学系としての定式化ならびに解析を行い､これに基づき制御系を設計した｡そして､実験により有効性を確認した｡また､力制御と振動制御の干渉について論じ､その幾何学を明らかにした｡3.フレキシブルアームの双腕協調制御について､力制御の場合と同様､拘束力学系としてのモデリングを行い､これに基づき協調制御系を設計した｡この制御系を3次元フレキシブル双腕ロボットに適用し､物体の把持､運搬作業を実現した｡このような作業の実現は､世界でも例がない｡4.フレキシブルアームの逆運動学･動力学について､この間題を微分代数方程式として定式化し､学習制御に基づく新しい解法を提案した｡本解法の収束性について解析し､その条件を導いた｡解の有効性を実験およびシミュレーションにより明らかにした｡一卜TOUR ： Tohoku University Repository コメント・シート  本報告書収録の学術雑誌等発表論文は本ファイルに登録しておりません。なお、このうち東北大学在籍の研究者の論文で、かつ、出版社等から著作権の許諾が得られた論文は、個別に TOURに登録しております。                                  TOUR http://ir.library.tohoku.ac.jp/  

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