関節剛性が不確かなモータ位置制御フレキシブル関節ロボットの適応制御

フレキシブル関節ロボットは、その軽量性と衝突安全性から近年大きな注目を集めています。しかし、これらのロボットを高精度に制御するためには、関節の剛性を正確に把握する必要があります。従来のモデルベース制御手法は、正確な剛性モデルに依存していますが、実際の産業現場では、弾性要素の特性が温度や負荷などの動作条件によって変化し、さらに経年劣化や摩耗によって徐々に変化するため、長期間にわたって正確なモデルを維持することは極めて困難です。

このような課題を解決するために、研究チームは適応制御に基づく新しいアプローチを提案しました。提案手法の特徴は、各関節の非線形なトルク-たわみ関係の推定値をオンラインで更新することにあります。これは、従来の非弾性ロボット向け適応制御とは根本的に異なり、暗黙的な制御則と制御入力に依存する回帰行列を活用することで、不確かな関節剛性を扱えるようにしています。さらに、モータ位置制御器が持つ誤差に対するロバスト性も理論的に解析されており、実機適用時の安定性が確保されています。

提案手法の有効性を検証するため、研究チームは非線形剛性特性を持つフレキシブル関節を用いた実験を行いました。実験の結果、本手法は関節のトルク-たわみ関係を正確に推定できるだけでなく、高精度な軌道追従を実現することが確認されました。特に、動作条件が変化したり、関節の摩耗が進行した場合でも、適応的に推定を更新することで良好な制御性能を維持できることが示されました。

この研究成果は、2026年に開催されるIEEE/ASME国際会議（AIM 2026）で発表される予定です。本手法は、フレキシブル関節ロボットの信頼性と制御精度を向上させるものであり、今後の産業用ロボット、サービスロボット、さらには医療ロボットなど様々な分野への応用が期待されています。特に、長期間の運用や過酷な環境下での使用が求められるアプリケーションにおいて、その効果を発揮すると考えられます。