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ロボット関係のメモ書き. 自分用メモに使っているので, 人に読ませることを意識せずに書きなぐります.

論文メモ: Implementation of Nonlinear Model Predictive Path-Following Control for an Industrial Robot

今日の論文メモ.

読んだ論文

ロボットマニピュレータの軌道追従制御問題(path-following control)に非線形モデル予測制御を適用した論文.
Implementation of Nonlinear Model Predictive Path-Following Control for an Industrial Robot - IEEE Journals & Magazine

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Implementation of Nonlinear Model Predictive Path-Following Control for an Industrial Robot

どんなもの?(概要)

軌跡の指令が与えられた条件下で, その指令軌跡にマニピュレータのエンドエフェクタを追従させる動作生成の問題を, 拘束条件付きの非線形モデル予測制御問題として捉えた論文. 軌跡上の移動速度を事前に指定できるような問題設定も可能. また,リアルタイム演算が可能な実装を念頭に置いた検討を行っている.

先行研究と比べてどこがすごい?(関連研究との比較)

path-following controlに非線形モデル予測制御を適用した事例として, x-yテーブルやクレーンの制御に適用した研究がある. また, 著者らの研究によって, ロボットマニピュレータに非線形モデル予測制御がすでに適用されていた. 著者らの従来研究と比較して, 対象とするロボットの関節数を増やし, かつ関節空間でなく作業空間でのpath-following control問題の演算を, 1msオーダの計算時間で実行可能とした点が, 本研究の貢献となっている.

技術や手法の肝はどこ?(新規性)

軌跡を表現するパラメータとして軌跡長が用いられることが一般的であるが, そのパラメータを仮想的な状態変数として扱った拡大系を構築した点が, 本研究のキモとなっている.

どうやって有効だと検証した?(実験方法)

KUKAのLWRを対象として, 簡単化のために3つの関節のみを考慮した実験を実施した. また, 作業空間上の軌跡は多項式スプライン関数で補間し, クローバ型の軌跡や「hello」という筆記体の文字を表した軌跡を評価用のパターンとして用いた. 最適化にはACADO toolkitを用い, C/C++で実装している.

議論はある?(未解決課題)

KUKAのLWRを対象としているが, 3自由度分のみモデル化して次元数を落としている点が気になる. 全ての自由度を考慮した時(=冗長なシステムになった時)にどのような問題設定とすべきかは議論の余地がありそう. また, 計算時間に関しても大幅に増加するものと予想される. また, 月並みな疑問だがモデル化誤差に対する影響も気になる. さらに, 今回の問題設定は時間最適性に関しては考慮されていないので, 時間最短最適制御問題が解けるようになると面白そう.

次に読むべき文献は?

T. Faulwasser, R. Findeisen, "Nonlinear model predictive control for constrained output path following", IEEE Trans. Autom. Control, vol. 61, no. 4, pp. 1026-1039, Apr. 2016.
Nonlinear Model Predictive Control for Constrained Output Path Following - IEEE Journals & Magazine

B. Houska, H. J. Ferreau, M. Diehl, "An auto-generated real-time iteration algorithm for nonlinear MPC in the microsecond range", Automatica, vol. 47, no. 10, pp. 2279-2285, 2011.
http://sist.shanghaitech.edu.cn/faculty/boris/paper/autogeneratedMPC.pdf