オペレータ理論に基づくL型アームのロバスト非線形最適振動制御

摘要

これまではアームの重量化で剛性を保ち減衰性能を高めたが，近年多くのロボットや産業システムでは作業効率を向上させるために，アームの軽量化が進hでいる.この軽量化によって，駆動し始めてから停止後のある一定の時間までアームは振動する.精密な操作の上でこの振動は作業効率に悪影響を及ぼ危険性があるため，このようなアームの振動の制御に関する手法について，圧電素子や形状記憶合金，ペルチェ素子などのスマート材料をアクチュエータとした制御方法が数多く提案されている.その中でも圧電素子は強誘電体とそれを挟む2枚の電極で構成され，単純型素子と複合型素子に分類される.単純型素子は電界誘起ひずみの縦および横効果のみを利用する.複合型素子は強誘電体自身の誘起ひずみ単体に加えて，他の弾性材料などと組み合わせて変位量を空間的·時間的に拡大する.圧電素子の性質として，電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換することができ，この特性を振動を制御するアクチュエータとして利用している.また機械的エネルギーを電気的エネルギー変換も可能であり，この特性を振動を感知するセンサに利用している.さらに，印加電圧の分解能が高い，発生力が大きい，電磁ノイズが全く出ないなどの長所を持つ.しかし圧電アクチュエータは，ヒステリシスと呼ばれる非線形特性を有しており，入力電圧を印加した際，圧電アクチュエータの変位を精密に制御するにはこの特性を考慮しなければならない.