パラレルワイヤ駆動システムの逆運動学近似における手先位置の誤差評価：平面3本ワイヤシステムにおける評価法の提案

摘要

東日本大震災の原発事故以降，日本では消費電力量の問題を取り上げられることが多くなってきている．そこで2010 年度の年間の消費電力量の内訳を見てみると産業部門が43%を占めている．産業部門の消費電力量の中には，産業用ロボットにおける消費電力も含まれており，今まで以上に，電力消費を抑えた産業用ロボットの実用化が重要であると考えられる．このような現状の中，筆者らは省エネルギーな産業用ロボットとして，パラレルワイヤ駆動システムに注目し，実用化に向けて研究を行っている．パラレルワイヤ駆動システムは，パラレルメカニズムの1 種である．図1 に示すように，通常のパラレルメカニズムと大きく異なる点は，剛体リンクの代わりに，柔軟·軽量なワイヤケーブル（以下，ワイヤ）を用いることである．このシステムの利点としては，制御対象を軽量に製作することができ，高速移動が可能となる．また，アクチュエータを小さくすることができ，消費電力を抑えることができるため，産業用ロボットの省エネルギー化に大きく期待できる．パラレルワイヤ駆動ロボットを産業用ロボットとして実用化する際の1つのポイントが，手先精度の問題である．リンクの代わりに用いるワイヤは柔軟性を持つ反面，剛性が低い．また，ワイヤをアクチュエータで巻き取る際，巻き取りプーリやガイドプーリなどのワイヤ接点が手先位置によって変化する．しかしながら，運動学計算ではプーリのワイヤ接点が定点と近似する場合もあり，上述したこれらの原因から，手先の位置決め誤差が大きくなる場合がある．本研究では，パラレルワイヤ駆動システムの実用化に向けて手先位置の制御精度の向上を目指し，逆運動学の近似に伴う手先位置誤差について取り扱う．特に本論文では完全拘束型3 本ワイヤシステムを対象とし，逆運動学の近似から生じる手先誤差の定量的な評価法を提案する．また，実際にいくつかの事例について誤差評価を行う．