非駆動関節を有するマニピュレータの時間軸伸縮による制御

荒井　裕彦, 　谷江　和雄,　 城間　直司

日本ロボット学会誌，Vol.16，No.4，pp.561-568, 1998.

［和文要旨］

重力の作用しない1軸の非駆動関節をもつマニピュレータの位置制御のための軌道計画およびフィードバック制御手法を提案する．非駆動関節によって生ずる動力学的拘束は２階の非ホロノミック拘束となる．能動関節にある決まった形の加減速軌道を与え，その時間軸を一定の倍率で伸縮させた場合，軌道前後の非駆動関節の角度変化は時間軸の伸縮に関係なく一定であり，軌道両端における角速度は時間軸の伸縮率に比例することを示す．初期位置と目標位置の双方向から数値計算された軌道を，時間軸の伸縮により自由回転区間で接続することによって，位置決めを実現する軌道を求める．この方法では近似ではなく厳密な解軌道を得ることが可能で，能動関節の2回のスイングのみで能動関節と非駆動関節を同時に位置決めできる．また，マニピュレータの形状を目標経路に追従させるためのフィードバック制御について述べる．提案した軌道計画およびフィードバック制御手法を用いて目標位置への位置決めが実現できることをシミュレーションと実験により示す．

Time-scaling Control of an Underactuated Manipulator

Hirohiko Arai, Kazuo Tanie and Naoji Shiroma

Journal of the Robotics Society of Japan，Vol.16，No.4，pp.561-568, 1998.

[Abstract]

Position control of an underactuated manipulator that has one passive joint is investigated. The dynamic constraint caused by the passive joint is second-order nonholonomic. Time-scaling of the active joint trajectory and bi-directional motion planning from the initial and the desired configurations provide an exact solution of the positioning trajectory. The active and passive joints can be positioned to the desired angles simultaneously by swinging the active joints only twice. Feedback control constrains the manipulator along the planned path in the configuration space. Simulation and experimental results show the validity of the proposed methods.

[Keywords]

Underactuated Manipulator, Passive Joint, Nonholonomic Constraint, Time-scaling