5.1 はじめに
ここでは，本研究の適用事例として，３次元２リンクフレキシブルロボットア ームについて，モデリング，制御器設計，制御シミュレーション，制御実験ま でを述べる．ロボットアームは関節が稼動する以上，姿勢の変動に対してもロ バストである必要性がある．従来の方法ではロボットアームのひとつの姿勢の みのコントローラしか作成できず，姿勢が変動した場合の制御性能の変化につ いては考慮されていない．これでは，ロボットアームの姿勢が変動した場合，
コントローラが不安定になる可能性が生じてくる．そこで，本研究ではこの変 動を考慮した制御系設計手法を用いて複数のアーム姿勢を同時に制御すること のできるH∞制御器を作成する方法について説明する．
柔軟ロボットアームを第2章で説明した低次元化物理モデル作成法をもちい て２自由度集中定数系物理モデルに低次元化する．本研究では2つの物理モデ ルを用いる．一つ目は制御対象である柔軟ロボットアームの標準状態で肘関節 がまっすぐの状態，もうひとつはアームの肘関節が９０度曲がった状態である．
本研究では，前者をノミナルモデル，後者を変動モデルと呼ぶ．
本章では，最初に本研究で用いる実験装置と制御対象の概要について説明す る．
次に，物理モデルを作成する．その手順は，まず制御対象を低次元化物理モ デル作成法を用いて低次元化し振動を表す物理モデルを導出する．次に，アク チュエータと平板を考慮した剛体モデルを作成する．その後，その2つを運動 方程式上で結合させ運動と振動を表す物理モデルを導出する．最後に，作成し たモデルの検証としてP制御を行い，物理モデルと制御対象の妥当性を検証す る．
２つのロボットアームの状態をモデリング化した後，そのモデルのパラメー タの差を構造的誤差として一般化プラントに組み込む．パラメータ変動を3.2節 のH∞標準問題として取り扱うことができ，内部安定性と式(3-6)を満たす制御 器を求めることができる．この方法を用いて，本事例は作成したノミナルモデ ルと変動モデルの2つを制御対象とし，この構造的誤差を考慮したH∞制御器を 設計していく．
肩関節から肘関節までを構成している平板を１STリンクとし，肘関節から先の 平板を２NDリンクとしている．また，本研究ではアクチュエータとしてACサ ーボモータを，センサとして変位センサ，加速度ピックアップ，ポテンショメ ータを使用している．使用する機材の仕様を以下に示す．
Fig.5-1 実験装置概要
・ACサーボコントロールユニット （肩関節）
型式 ハーモニックドライブ社製 HA-655-2 最大出力電流(rms) 7.3[A]
連続出力電流(rms) 2.4[A]
出力電圧 0～±10[V]
制御方式 正弦波PWM方式
・ACサーボコントロールユニット （肘関節）
型式 ハーモニックドライブ社製 HA-655-1 最大出力電流(rms) 3.2[A]
連続出力電流(rms) 1.0[A]
出力電圧 0～±10[V]
制御方式 正弦波PWM方式
・ハーモニックドライブ機能付きACサーボモータ（肩関節）
形式 ハーモニックドライブ社製 FHA-25C
定格出力 110[W]
最大トルク 230[Nm]
最大回転数 28[Nm/s]
誘起電圧定数 2.6[V/pm]
・ハーモニックドライブ機能付きACサーボモータ（肘関節）
形式 ハーモニックドライブ社製 FHA-11C
定格出力 110[W]
最大トルク 11[Nm]
最大回転数 60[Nm/s]
誘起電圧定数 1.6[V/pm]
・加速度ピックアップ
型番 小野測器製 NP-2110
感度 0.16pC/(m/s2)±2dB
静電容量 700pF±20%
周波数範囲 fc～20[kHz]±3[dB]
最大使用加速度 10000[m/s2]
質量 0.6[g]
・加速度ピックアップ用チャージアンプ
型番 小野測器製 CH-1200 最大入力電荷 50000[pC]
周波数応答特性 加速度 0.2[Hz]～50[kHz]±3[dB]
速度 3.0[Hz]～3[kHz] ±0.5[dB]
変位 3.0[Hz]～500[Hz]±1[dB]
精度 加速度 ±2[%]
速度 ±3[%]
変位 ±5[%]
最大出力電圧 ±5[V]
・変位センサ
型番(センサヘッド) キーエンス製 LK-080 型番(アンプユニット) キーエンス製 LK-2100
基準距離 80[mm]
測定範囲 ±15[mm]
分解能 3[μm]
電圧出力 ±5[V](3[μm/mV])
サンプリング周期 512[μs]
・ポテンショメータ
型番 日本電産コパル電子製 JC30S 有効電気的回転角度 343[deg]±5[deg]
機械的回転角度 360[deg] 連続
分解度 理論的に無限小
関数精度 ±0.5
定格電力 0.7[W]