Abstract
宇宙空間など人間が活動することが困難な環境下で,マニピュレータは貴重な作業手段として用いられている．さらに，ペイロードの低減や限られたスペースの活用，構造を冗長系にすることにより迅速な作業を実現できる効果を狙い，リンクを付け替えて構造を変化させることが可能なマニピュレータがJAXAにより提案されている．このようなマニピュレータは無重力下で使用されるため，動作が低速であっても遠心力やコリオリ力など非線形力項が無視できなくなる．そのため，動力学補償を行うべく逆動力学計算が必要となってくる．しかし，現在使用されているNewton-Euler 法やLagrange 法といった方法では，相対回転座標系を用いリンク間で相互に依存した，系固有の動力学方程式を導出することとなる．そのため，複雑な構造をもつ系や構造が変化する系においては，式の導出が特に煩雑になるといった問題点がある．そこで，有限要素法(FEM)を適用した逆動力学計算法である並列的逆動力学計算法（以下，並列的解法と記す）が開発された．FEM では全体直交座標系で系全体を微小要素に離散化し，全体方程式にまとめて解を出す．そこでは，各要素の情報は並列的に取り扱われる．並列的解法ではこの特徴を使って節点力を出し，それを力学的な関係に基づいてトルクに換算するという2 段階の計算を行う．トルクに換算する過程においては，節点力，座標変換，リンク長に関する各々の成分はそれぞれ独立したマトリクスで表されている．そのため，例えば枝分かれ系といった複雑な構造への対応は入力データの変更のみで可能であり，さらには構造が変化する際でもその都度適切なデータを入力すれば対応することができる．本研究では，並列的解法を用いたリンク系に対する汎用的フィードフォワード制御システムの開発を行い，JAXA が提案したマニピュレータに準じた構造可変型マニピュレータの制御実験を行うことにより，制御システムの有効性を検証する．
In this paper, a general-purpose feed-forward control system for link systems is developed using the parallel solution scheme of inverse dynamics. The dynamic equations of complicated link systems are hard to conduct by generally used schemes such as the Newton-Euler method or the Lagrangian method, since the equations include interdependent variables between the constituting links. In the parallel solution scheme, the joint torque is calculated by converting the nodal forces, which is evaluated by equations of motion in a matrix form. Therefore, information of the entire system is handled in parallel, and it makes easier to deal with such complicated systems as structure-varying multi-armed manipulators. Some experiments are carried out using a structure-varying multi-armed manipulator to verify the practicability of the feed-forward control system using the parallel solution scheme.