【ロボット工学】東京都市大学、宇宙用ロボットアームにおける無反動制御の実用化とその性能評価を発表

もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／

日経プレスリリース
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=410074&lindID=5

東京都市大学、宇宙用ロボットアームにおける無反動制御の実用化とその性能評価を発表

宇宙用ロボットアームにおける無反動制御の実用化とその性能評価について　―軌道上の人工衛星に搭載したロボットアームによる点検作業をシミュレート―

　東京都市大学工学部（東京都世田谷区）機械システム工学科の金宮好和教授ら研究チームは、宇宙用ロボットアームの無反動制御［１］が軌道上での保守点検作業に適用可能であることを動力学シミュレーションによって検証し、宇宙開発における従来方法と比較して、作業効率とエネルギー効率の面で非常に優れた性能を発揮することを明らかにしました。本研究成果は、６月に開催されるロボティクス・メカトロニクス講演会　２０１６　in　Yokohama（日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門主催）にて発表の予定です。

■本研究のポイント
　●本研究では、技術試験衛星VII型（ETS－VII）［２］による軌道上実験において検証してきた宇宙用ロボットアームにおける無反動制御の研究成果を、軌道上における実際の作業に適用した。
　●宇宙環境において重要な指標である作業効率とエネルギー効率について従来手法と無反動制御を評価し、無反動制御が高効率な作業動作を実現する優れた性能を持つことを示した。
　●無反動制御により生成されるロボットアームの運動が、衛星の姿勢を拘束した状態における運動エネルギー［３］の最小の運動と高い精度で一致することを数値計算により示した。

■概要
　本研究では、人工衛星にロボットアームが搭載された浮遊ベースロボット（図１右側）の新しい制御法の開発とその性能評価について検討しました。この浮遊ベースロボットは、アームの動作により衛星本体に回転運動が生じることが特徴であり、またこれが制御［４］を困難なものとしています。我々は過去に衛星本体に回転運動を生じさせないロボットアームの制御方法である無反動制御を提案し、その有用性について検討してきました。
　本研究は、１９９７年よりJAXA［５］により実施された技術試験衛星VII型（ETS－VII）による軌道上実験を参考に、無反動制御の利用に適した実作業の提案とその性能評価を行ったものです。浮遊ベースロボットが頻繁に行う作業として、ロボットアーム手先に搭載されたカメラを用いた目視点検作業に着目し、無反動制御により実現する方法について検討しました。
　性能評価では、従来のロボットアームの制御方法と提案手法を同条件下において比較し、衛星本体に生じる姿勢変化量と運動エネルギーを指標として評価を行いました。姿勢変化量は間接的にロボットアームの動作反動を表しており、この変化量が大きいほど衛星本体に搭載された姿勢制御装置（リアクションホイール［６］など）による姿勢回復が困難になり、作業時間の増加につながります。無反動制御を実作業で用いることで、姿勢変化を生じさせることなく同様の作業を遂行できることから、作業効率の改善が期待できることを数値シミュレーションにより示しました。
　また、宇宙環境における重要な指標の一つであるエネルギー効率についても、リアクションホイールを用いた姿勢維持手法よりも、少ないエネルギーで同様の作業を実行可能であることを示しました。具体的には、先に述べた手先カメラを用いた点検作業（図１）を複数の条件下で実行した際、平均で１０００分の１程度にエネルギー消費量を削減できることを数値シミュレーションにより確認しました。これは、リアクションホイールの駆動に必要なエネルギーが過大であり、リアクションホイールを用いない無反動制御が実質的に運動エネルギー最小であることに起因します。このように無反動制御を実作業に用いることで、現在利用されているリアクションホイールでは困難な高効率な作業動作の実現、大幅なエネルギーの削減が期待できます。

（以下略）