トルクキャンセリングシステムのロボットへの搭載に向けた動揺抑制実験
Mechanical Sway Stabilization Using a Torque Cancelling System Aiming for Installation in a Robot

Abstract


 ロボットが回転運動を行うとき,その系全体に動揺が発生することがある.その原因は,入力トルクの反作用として回転軸および重心回りにモーメントが発生するからである.この反作用モーメントに対し,さらに逆向きのモーメントを与えることで反作用モーメントを打ち消し,系の動揺を抑制することが可能であると考えられる.一方,系が高速で動作する場合,動揺を抑制するためのモーメントをフィードフォワード的に入力する必要があり,そのためには系のダイナミクスを正確に把握することが求められる.本研究室で開発された並列的逆動力学計算法(以下,並列的解法)は,系を有限要素で離散化し各節点に作用する力を並列的に求めることで,複雑な系に対しても系内に生じるモーメントを算出することが可能である.さらにこの解法は,ロボットの動作に必要なトルクだけではなく,同時に動揺抑制に必要な反転トルクを算出することが可能である.これらの特長を生かし,先行研究ではロボットの動揺抑制機構としてトルクキャンセリングシステム(TCS)が提案され,単純なリンク系においてはフィードフォワード制御のみを用いて充分な動揺抑制を行えることを確認した.システムの実用化にあたってはより大きなトルクを必要とする場面が考えられる一方で,使用可能な電源の制約,およびシステム自体の小型,軽量化の観点から,可能な限り小型のモータを使用することが要求される.本稿ではこうした観点から,移動ロボットへの搭載を想定して減速機付きのTCSを用いた動揺抑制実験を行った.


This paper presents a method to cancel the mechanical sway which results from the reaction moment of rotary motion. The torque cancelling system (TCS), which consists of a motor and a rotating body, generates the required moment to remove the sway which is calculated by the parallel solution scheme. The system needs to supply more torque and be small and light enough when installed in a practical robot. We evaluated the effect of the TCS with a geared motor and confirmed that the feedback control is necessary to compensate the backlash in the gear.


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