Modeling of McKibben pneumatic artificial muscle system using pressure-dependent friction
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Modeling of McKibben pneumatic artificial muscle system using pressure-dependent friction
- 1. 第1回SICE制御マルチシンポジウム 電気通信大学 2014/3/5 圧力依存のクーロン摩擦を用いた 空気圧ゴム人工筋モデル ○内藤 諒 奈良先端科学技術大学院大学 小木曽 公尚 電気通信大学 杉本 謙二 奈良先端科学技術大学院大学
- 3. はじめに McKibben型空気圧ゴム人工筋 軽量・柔軟・安全 福祉機器のアクチュエータとして期待 ON/OFF制御弁から比例流量制御弁へ 人工筋のダイナミクスを捉えることが必要 内部摩擦によるヒステリシス[1]や空気の切替えによる非線形性 挑戦的課題: 空気圧ゴム人工筋のモデル化[2] [1] T. V. Minh et al., 2011. 2 [2] B.Tondu et al., 2000.
- 4. 動機 モデル化の従来研究 並列の弾性体で表現[1] 平衡点ごとに係数の切替え[3] 全圧力帯域で近似誤差 制御仕様を満たさないおそれ 非線形切替えモデル[4] 制御系設計により汎用的なアクチュエータ開発へ 一定値のクーロン摩擦力 高圧域で膨張時の収縮率が変化しない 適切なパラメータ推定 圧力依存のクーロン摩擦力を導入 モデルの高精度化 複数のパラメータ推定法による比較 [1] T. V. Minh et al., 2011. 3 [3] G. Andrikopoulos et al., 2014. [4] T. Itto, et al., 2011.
- 7. 圧力依存のクーロン摩擦 離散時間摩擦モデル[5] 外部負荷の運動方程式の摩擦項 ：サンプリング時間 収縮率速度 のオイラー法による離散化 クーロン摩擦力の変更 従来モデル： 提案モデル： 圧力 に依存する構造 高圧域で が減少することで滑らかに膨張 モデルの高精度化が期待される 6 [5] R. Kikuuwe et al., 2006.
- 10. 実機実験による考察 レーザ変位計 コンプレッサ 人工筋 比例流量 制御弁 圧力 センサ TAA10 負荷 参照実験データ 人工筋 TAA10, 長さ250[mm], 直径10[mm], Active Link社 比例流量制御弁 を取得 MPYE-5-M5-010-B, FESTO社 レーザ変位計 ZX-LD300L, Omron社 圧力センサ AST-25G, EARTH MAN社 コンプレッサ 6-25, JUN AIR社 計測処理用PC VineLinux5.0+PreemptRT, CPU2.7[GHz], Mem.4[GB] 9 数値計算サーバ CentOS5.8, CPU2.93[GHz], Mem.24[GB]
- 11. 考察内容 考察①：モデル高精度化の確認 一定値・圧力依存の定常応答を比較 面積誤差の平均とモデルの改善率を比較 考察②：推定法の考察 勾配方向 面積誤差と推定時間の平均を比較 パラメータ推定法 • ゲーム理論的学習（格子点上・離散的）[6] 大 • 準ニュートン法（勾配使用）[7] • Nelder-Meadシンプレックス法（多点探索）[8] 小 10 [6] K. Kogiso et al., 2013. [7] C. G. Broyden et al., 1970. [8] J. A. Nelder et al., 1965.