Series Elastic Actuator の直列剛性が位置制御系および力制御系の性能に与える影響について

摘要

ロボットの普及にともない，産業分野以外でも人とロボットが関わる機会が増えている．例えば，手術支援ロボットのダヴィンチやロボホンなどが挙げられる．人とロボットが物理的に接触する場面ではロボットが人を傷付けないことが重要である．人との接触を検知する手法として力センサを用いる事例があるが，この手法では力センサの設置箇所以外に加わる外力は検知不可能であるため，ロボット全体に加わる外力は検知できない．したがって，全ての外力を検知するにはロボットの全面に力センサを搭載する必要があるが，力センサを大量に搭載することは重量やコストの面において現実的ではない．この問題を解決する手法の一つとして，Series Elastic Actuator（以下，SEAとする）を使用して外力を推定する手法がある．SEAとは，バネをアクチュエータと負荷の間に直列に有する機構のことである．SEAなどを用いることで，外力によって変形したバネの変位から物体との接触時に加わる関節トルクが計測できるので，例えばその関節トルクから，外力を推定することができる．実際にSEAを用いて物体との接触を検知し，物体を破壊しないように制御する事例もある．