Abstract
近年，タスクの高速化およびエネルギ消費量の削減を図り，ロボット機構に対して軽量化の要求が高まっている．軽量化に伴って剛性が低下した柔軟リンク系の制御問題を取り扱う場合，機構に発生する弾性たわみや曲げ振動を抑制・補償することが必要となる．そのため，柔軟リンク系の動力学を考慮したモデル化や振動制御などの研究が精力的に行われている．しかし，従来から使用される動力学方程式は，前述のように様々な変数が混在した形となるため，その逆動力学計算過程を複雑なものとしている．
並列的解法は，各要素内の情報が集約された節点力を並列的に算出し，それを力学的な関係に基づいて関節トルクに換算する手法である．したがって，柔軟リンク系に適用した場合にも，リンク内に発生する弾性変形の影響が反映された節点力をトルクに換算することで，リンクの剛性に拠らずに逆動力学計算が可能となる．本研究では，並列的解法が持つ汎用性についてさらに検証を進めることを目的とし，これを2関節柔軟リンク系に対する制振実験に適用した．その際，発生する変形を予測し，それを打ち消すような軌道とトルクを算出し制御入力するといったモデルベースドの制振手法を用いることで，本解法の有効性を検証した．
In this paper, we revised and applied the parallel solution scheme of inverse dynamics to flexible link systems where elastic deformation and vibration normally occur in constituting link members. The calculation process of the scheme is based upon the Finite Element Method (FEM), which evaluates the analyzed model in absolute Cartesian coordinates with the equation of motion expressed in dimension of force. The calculated nodal forces are converted into joint torques using a matrix form equation divided into terms of force, transformation between coordinates, and length. Therefore, information from the entire system can be handled in parallel, which makes the calculation seamless in application to any type of link system regardless of its boundary conditions or stiffness values. The scheme is revised and the calculation time is shortened by applying Bernoulli-Euler beam elements, and the scheme is then combined with a kinematics solution scheme that calculates target trajectories for flexible models. The calculation flow of inverse dynamics is shown for a 5-link system, and some feed-forward control experiments are carried out on a 2-link system with different stiffness members. The accuracies of trajectories and torque curves are verified by applying the system to a sensorless, model-based vibration control.