17_0913 トルク制限付きアドミッタンス制御

日本ロボット学会における講演，2017年9月13日(水)．
より詳細な技術情報は，IEEE Transactions on Roboticsから出版されています．
http://dx.doi.org/10.1109/TRO.2019.2920069
https://home.hiroshima-u.ac.jp/kikuuwe/pub/19_tro_aut.pdf
特許出願済み技術です．

Transcript

1. 1 Torque-Bounded Torque-Bounded Admittance Controller Admittance Controller （トルク制限付きアドミッタンス制御） （トルク制限付きアドミッタンス制御） 九州大学大学院 工学研究院機械工学部門 菊 植 亮 Ryo Kikuuwe http://rk.mech.kyushu-u.ac.jp/ https://www.youtube.com/user/kikuuwe/
2. 2 外 界 外 界 現在 位置 接触力 指令 位置 位置 制御器 位置 制御器 トルク 指令 仮想物体 シミュレータ 仮想物体 シミュレータ 外力 ＋ ＋ ＋ アドミッタンス制御 アドミッタンス制御  ロボットの手先で所望の機械イ ンピーダンスを実現する制御 則のひとつ  別名； 「位置制御ベース・イン ピーダンス制御」など f Mv Bv  力センサが必要  ロボが仮想物体にきっちり追従できれば，ロボの見かけの 動特性が「目標動特性」に近くなる  位置制御器がロボットの動特性を抑えこんでくれる！  関節に減速機を持つロボット，リンク慣性が大きいロボットに有効
3. 3 アドミッタンス制御の欠点 アドミッタンス制御の欠点  力センサへの力に対してのみ 反応  力センサ外での外力には反応 しない． （位置制御器が位置を保持）  力センサ外で物体や人に接触 すると，破損や事故の可能性 外 界 外 界 現在 位置 接触力 指令 位置 位置 制御器 位置 制御器 トルク 指令 仮想物体 仮想物体 外力 ＋ ＋ ＋
4. 4 発生トルクに制限をかけたら？ 発生トルクに制限をかけたら？  まだ危ない！  仮想物体位置が外力に反応しな い⇒ 外力が取り除かれると，ロボッ トが仮想物体位置に戻ろうとする！  ロボットを抑えて力センサに力を加 えると，仮想物体が予期せぬ動き をしてしまうことも 外 界 外 界 現在 位置 接触力 指令 位置 位置 制御器 位置 制御器 トルク 指令 仮想物体 仮想物体 外力 ＋ ＋ ＋
5. 5 本研究の 本研究のContribution Contribution  トルク発生値に上限を付与できる新しいアドミッタン ス制御器を提案  トルクが上限値以下のときには，通常のアドミッタン ス制御と等価  トルク飽和時にも，仮想物体とロボットが乖離せず， バネのような復元力が発生しない
6. 6 制御則：通常のアドミッタンス制御 制御則：通常のアドミッタンス制御  仮想物体の運動をシミューレートする式と 位置制御の式から成る 外 界 外 界 現在 位置 接触力 指令 位置 位置 制御器 位置 制御器 トルク 指令 仮想物体 仮想物体 外力 ＋ ＋ ＋ ↓位置制御器 ←仮想物体  ロボ位置　　が仮想物体位置 に影響しない ⇒ 外力により，ロボットが仮想物体から乖離する
7. 7 制御則：提案手法 制御則：提案手法  「法錐」（符号関数の逆関数）の項を導入  未知数が　　と　 である微分代数包含式となる  代数ループとして 表現される ←仮想物体 ↓位置制御器 外 界 外 界 現在 位置 接触力 指令 位置 位置 制御器 位置 制御器 トルク 指令 仮想物体 仮想物体 外力 ＋ ＋ ＋ －
8. 8 (2) (1) この微分代数包含式の性質 この微分代数包含式の性質  結局，トルクが飽和したとき，(1)の法錐部が， 仮想物体をロボットに引き付けるように作用する． これにより，仮想物体がロボットから乖離しない．  式(1)は ¿ が の外にあることを許容しない  　　　 である限り，通常のアドミッタンス制御と同じ  のときは，式(2)に を代入した等式 が満たされるように，仮想物体加速度 が決まる
9. 9 実装：離散時間表現 実装：離散時間表現  後退オイラー法で離散化 （ 　　　　　　　　　　　　 など）  連立方程式（代数包含式） として解析的に解く  不連続性や多価性を含まない 普通の式になる！（飽和関数のみ） 微分代数 包含式
10. 10 アルゴリズム アルゴリズム 定数：  計算コストは特に大きくない．
11. 11 実装 実装  重力補償と摩擦補償を施し，トルク制限値1.5Nm ～6Nm程度のアドミッタンス制御を各軸に適用．  摩擦補償にはIwatani & Kikuuwe (2017, SICE-JCMSI) の方法を利用
12. 12  リンクに外力 旧：ロボットが仮想物体から 乖離．その後，戻るので危険 新：仮想物体はロボットに追 従  リンクを押さえて力セン サに外力 旧：仮想物体が遠くへ飛んで いく．そのあとロボットが追従 してしまって危険 新：仮想物体はロボットととも に留まる． 実験と結果 実験と結果 従来手法（旧） 提案手法（新）
13. 13 まとめ まとめ  安全にトルク制限値を設定できるアドミッタンス制御則を 提案した．  力センサ入力に対しては，指定の機械インピーダンスで 応答．外力に対しては，指定の大きさの力で降伏．  ロボットに対するダイレクトティーチング，人間と協調作業 するロボットなどへの応用が考えられる．  特許出願済み （出願人：九州大学，ライセンシー募集中！）