Abstract
環境や作業条件の変化に伴い、制御システムのソフトウェアは変えずにハードウェアのみを様々な形状に再構成する、ロボットの並列制御が近年注目を浴びている。このような環境に対する適応性に優れたロボットシステムの概念はParallel Roboticsと呼ばれ、宇宙、海中、採鉱、建築などの作業状況が時々刻々変化する場での応用が期待されている。これは、システムの小サイズ化のみならず、遠隔操作中に一部の要素が機能を失ったとしても全体系の機能が維持できる、高い冗長性を持つことが大きな特長である。
ニュートン・オイラー法やラグランジュ法などにより運動方程式を導出し、それを使用する従来の制御システムでは、系の形状およびリンク部材の数量などの違いによって運動方程式が変化する。これは、各リンクの情報が拘束部に近いリンクの情報に依存する、いわゆる直列的な発想に基づいた運動方程式の立て方になっているためである（以下、直列法と呼ぶ）。このことより、例えば系の一部が故障した場合ソフトウェア内の記述を大幅に変更する必要があり、敏速かつ柔軟に対処ができないという欠点が存在する。
一方、連続体力学に基づく数値解析手法として多用される有限要素法（FEM）は、系全体を微小要素に離散化して解を求めるため、データを再入力するのみでハードウェアの構成変化に柔軟かつ容易に対応することが可能である。これは、各要素の情報を集めて系全体で情報を組み立て直す、いわゆる並列的なアプローチをしているためである（以下、並列法と呼ぶ。図1参照）。計算時間を短縮化しリアルタイム制御に適用可能となれば、FEMは非常に有用な並列制御手法となり得る。
In this paper, the Finite Element Method (FEM) is proposed for application to a control system of robotic manipulators. The equations of motion conducted by Newton-Euler method need to be changed when the shape of the system or the quantity of the linked members is suddenly changed during the control process. Meanwhile, as the entire system is considered as a continuum and subdivided into discrete elements in the FEM, the control software using the FEM becomes capable of expressing lack or disability of constituent members of the system only by changing input data. Particularly, by applying so called the Shifted Integration technique, a simple link structure of a half pin joint and a rigid bar can be expressed simply by shifting a numerical integration point in a linear Timoshenko beam element. An inverse problem theory using the Shifted Integration technique is described in this paper along with a simple simulation result. A possibility of using the FEM in the field of Parallel Robotics is suggested.