Abstract
アクチュエータを有する物体が動作する際に，トルク入力に対する反作用として回転軸回りおよび重心回りにモーメントが発生し，系全体が動揺してしまう場合がある．このような現象は特に拘束力が小さくなる無重力空間では顕著に現れるため，宇宙飛行士は，物体を操作する際には余計な加速度を発生させないように注意深く作業する必要がある．また，軌道上の人工衛星などにはControl Momentum Gyroやリアクション・ホイールと呼ばれるシステムが搭載され，反作用によって発生する動きをフィードバック的にキャンセリングしている．他にも，このような動揺をパッシブに抑制する方法として動吸振器を配置する方法，アクティブな方法としてはヘリコプターのツインロータシステムなどに代表されるような，モーメントが発生する点に逆方向に物体を回転させ，トルクをキャンセリングする方法などがある．しかし，前者はあくまでもセンサに頼るフィードバック的な方法で，後者は動作対象のダイナミクスを正確に把握していないと逆効果となる恐れがある方法であり，いずれも複雑なダイナミクスを有するロボットの高速動作には適用が困難である．他方，磯部らはこれまでに柔軟リンクや劣駆動リンク，閉リンクなど様々なリンク系の逆動力学を正確に算出可能な並列的逆動力学計算法（以後，並列的解法と記す）を開発してきた．従来の動力学方程式を用いた逆動力学計算法では，閉ループ系および枝分かれ系，柔軟リンク系などが混在した複雑な機構のダイナミクスを計算することは困難である．一方，並列的解法は，有限要素法を基に開発されているために，複雑な機構でも数値モデル化することでそのダイナミクスを正確に把握でき，またモデル内の任意の箇所に発生するモーメントなどの断面力を算出できるなどの大きな特長を有している．さらに，系内に発生するたわみや振動を考慮することも可能であるため，柔軟リンク系に対しても剛体リンク系の場合と全く同じ過程でトルクを算出し，そのフィードフォワード制御に適用することができる．以上のことから，並列的解法は，力学的に複雑な機構のフィードフォワード制御を行うのに適しているだけでなく，その動作によって発生してしまう反作用モーメントをフィードフォワード的にキャンセリングするシステムに適用可能であると考えられる．本研究では，ロボット機構の高速安定動作に寄与する上記のようなシステムをトルクキャンセリングシステム（以下，TCSと記す）[8][9]と呼び，並列的解法を用いてこれを開発することを目的とした．並列的解法では，ロボット全体をモデル化した上でそのダイナミクスを計算し，かつTCSへの入力トルクを算出することが可能なため，TCSが搭載されているロボット本体が行う動作の影響も算出トルクに反映されることとなる．そのため，複雑な機構の複雑な動作に対するトルク供給，およびそれに伴う動揺を抑制するためのトルク供給が単一のシステムで実現され，ロボット機構の高速動作における安定性の向上に大きく貢献できるものと思われる．
In this paper, a new concept of torque cancelling system which stabilizes mechanical sway in architectures is presented. The torque cancelling system (TCS) cancels the reaction moment generated by the motion of an object. The reaction moment can be calculated accurately using the parallel solution scheme, which handles the dynamics of various robotic architectures by modeling them with finite elements. Once knowing the reaction moment, it can be cancelled by applying an anti-torque to the TCS. In this paper, an outline of the parallel solution scheme is first described. An experiment is carried out for verification, on a flexible link system where difficult assumptions are normally required to consider the accurate dynamics.