並列的解法を用いた移動ロボットのフィードフォワード制御
Feed-Forward Control of Mobile Robot Using Parallel Solution Scheme

Abstract


 近年様々な分野でロボットの研究・開発が進んでいる.中でも,歩行ロボットや自由度数が多いマニピュレータに関する研究は,加速的に進んでいる.しかし,現在ではまだロボットが移動する際,走るというような高速動作に対する制御は極めて困難であると認知されている.その理由として,ロボットが高速動作をする際には,遠心力やコリオリ力などの非線形力項を初めとしたダイナミクスの影響が無視できなくなるためである.安定な制御を行うためには,これらの項を補償するために逆動力学計算を行い,算出されたトルクをフィードフォワード的に入力することが有効であることが知られている.逆動力学計算に関しては,従来から多くの研究が実施されており,様々な系に対する計算法が存在する.従来のニュートン・オイラー法やラグランジュ法などの解法によって得られる動力学方程式は,系固有のものとなりトルクの厳密解を得ることができるが,系が直列的に扱われるために各リンクの情報が相互に依存し合うという特徴を持っている.
 一方,リンク系の形態や剛性に依存しない汎用的な逆動力学計算法として,磯部らによって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.この解法は,系全体を有限要素で離散化し,並列的に節点力を求め,力学的関係よりトルクを算出するという特徴を持っている.よって,機構の変化に対しても入力データの変更のみで柔軟に対応することができ,閉リンク機構や柔軟リンク系など様々な機構に対しても適用可能であることが確認されている.本研究では,制御困難とされているロボットの高速移動を実現するため,まず並列的解法によりロボットの移動に必要なトルク算出を行い,機構の開発を行う.次に,算出トルクを移動ロボットに対してフィードフォワード的に入力し,高速移動の実現と,並列的解法の有効性の検証を目指す.


The purpose of this study is to stably control a mobile robot in high speed motion. A mobile robot in high speed motion needs consideration of nonlinear components such as centrifugal force and Coriolis force. Feed-forward control is known to be effective against these components. In this paper, a simple mobile robot is developed to carry out the high speed motion experiments, and the parallel solution scheme is applied to calculate the required torque for the feed-forward control of the robot. We aim to confirm the practicability of the parallel solution scheme against mobile robots.


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