Abstract
本研究では，ロボット機構の構造強度に着目し，これを最大限に利用した姿勢決定および動作計画法を提案する．ロボットの姿勢決定および動作計画については，従来から様々な議論がされており，可操作度に着目した研究，消費エネルギの最小化や複数ロボットの協調作業を目指した研究などが行われてきた．これらの研究では，一般的にロボットの構成部材を剛体とし，リンク部材よりもモータなどの駆動部の方が損壊しやすいことを前提としており，構成部材の強度を考慮した姿勢決定や動作計画は実施されていない．一方，構造工学の分野では，従来から外力による部材変形や発生応力に着目し，目的に応じた適切な構造物の形態を決定する研究などが行われてきた．だが，これらの研究には，機構の姿勢が能動的に変化するという，ロボット工学的な要素は含まれていなかった．そこで本研究では，能動的に動作する機構に対して有限要素法（FEM）による構造解析を行い，機構内に蓄積される全体ひずみエネルギを計算し，部材の損壊を回避するためにこれを抑制させるような姿勢決定・動作計画を行う数値解析アルゴリズムを開発した．部材の強度的な危険性を判定するパラメータとしては，断面力レベルでの降伏危険性を使用する．本研究では，全ひずみエネルギの抑制を目的とした姿勢や動作軌道を導出することにより，目標姿勢や軌道への正確な追随よりも，機構の強度的な安全性を優先した動作を実現させることを目的としている．数値例としては，簡単なトラス型ロボット機構の姿勢決定問題を扱い，アルゴリズムの動作確認を行った．さらに，3リンクマニピュレータに対する動作計画を実施し，構造強度に関するパラメータの影響を調べた．
In this paper, we describe a new way of attitude determination and motion planning of robotic architecture avoiding structural failure by restraining total strain energy stored in the architecture. In the proposed motion-planning algorithm, when the risk of member yielding becomes higher while the robot is in motion, a safer attitude for restraining its total strain energy is searched. At the next step, a new trajectory is created, beginning with the obtained attitude, and ends with the final target which is initially given. The procedure is repeated until a converged attitude is obtained. Risk for member yielding and total strain energy are calculated by using the Finite Element Method (FEM), and an attitude for restraining total strain energy is searched by using the Direct Search Method (DSM). Some numerical tests are carried out with a truss-type robotic architecture and a 3-link manipulator, and interesting results are obtained by changing the judgment and target levels of structural parameters.