様式論文内容の要旨氏名吉岡崇産業機器の自動制御技術の発展とともに、産業界における産業用ロボットの位置づけは重要性を増している。この背景には、産業ロボットに用いられるサーボモータの制御技術の発展や、減速機などの機械要素の精度の向上、および産業用ロボットの制御を担う組み込み向けプロセッサの性能向上が挙げられる。産業用ロボットの性能向上に伴い、近年では産業用ロボットの適用範囲についても広がりを見せ始めている。しかしながら、産業用ロボットの関節軸に生じる軸ねじれ振動が産業用ロボットのモーション制御の性能向上の妨げとなる。理想的な二慣性系の場合は状態フィードバックを始めとする振動抑制手法により効果的な振動抑制が可能であるが、産業用ロボットの場合は軸ねじれ振動だけでなく慣性変動や他軸干渉などの影響も同時に生じる上に、力制御のために環境と接触している場合は環境との相互作用も生じる。そのため、産業用ロボットの高性能化を図るためには、ロボットアームの振動要素に対する統合的な検討が必要となる。そこで、本論文では、産業ロボットのモーションコントロールの高性能化を図るための新しい要素技術として、先端加速度情報を用いた瞬時状態オブザーバに基づくロバストモーション制御法、整定時間と慣性変動を考慮したプロファイル設計に基づく振動抑制制御法、反共振比と瞬時状態オブザーバに基づく安定な力制御法について提案する。まず、第 1 章では、研究背景と本論文が解決しようとする課題、そして本論文の技術的な位置づけについて説明する。第 2 章では、産業用ロボットの関節軸に生じる軸ねじれ振動と、慣性変動や他軸干渉、環境との相互作用といった産業用ロボット特有の現象が組み合わさった場合に生じる問題について議論する。まず、産業用ロボットのように各軸間のダイナミクスが連成している二慣性系においては、他軸干渉によって本来自軸にはない振動成分が生じ、制御性能を劣化させる問題について述べる。次に、アームの姿勢変動に対してロバストな振動抑制制御と応答性はトレードオフの関係となり容易に両立できないことを示す。さらに、力制御時のように環境との相互作用を有する場合は二慣性系のばねと環境のばねに起因する振る舞いがそれぞれ現れ、単純な二慣性系としては取り扱えなくなることを示す。これらの議論を通して、産業用ロボットの高性能化のためにはロボットアームの振動要素に対する統合的な検討が必要となることを示す。第 3 章では、瞬時状態オブザーバに基づく産業用ロボットのロバストモーション制御について提案する。多軸干渉に起因する連成振動を抑制するためには、自軸に含まれないダイナミクスを外乱と見なして補償し非干渉化する必要がある。外乱オブザーバを用いて他軸干渉を補償する場合、産業用ロボットの他軸干渉は急峻な変化を示すために一般に用いられる 0 次外乱オブザーバでは推定遅れのために完全な補償は難しい。そこで、本論文では、二慣性系の負荷側に取り付けられた加速度センサを用いて、二慣性系の状態変数と負荷トルクを瞬時に推定することのできる瞬時状態オブザーバを提案する。本手法では、負 1 荷トルクを瞬時に推定した上でフィードバック制御系に入力することにより、外乱トルクに対してロバストなモーション制御を行うことが可能になる。第 4 章では、整定時間と慣性変動を考慮した終端状態制御に基づく産業用ロボットの振動抑制制御法を提案する。慣性変動に対してロバストな振動抑制制御と良好なロボット先端応答を両立するため、本論文では終端状態制御に基づいてプロファイル設計を行う手法を提案する。本手法は、終端状態制御則から得られたプロファイルを提案するフローチャートに基づいて再設計することにより、慣性変動時においても所望するロボット先端の整定時間を得ることができる。第 5 章では、反共振比と瞬時状態オブザーバに基づく産業用ロボットの安定な力制御法について提案する。二慣性系としてモデル化されるロボットアームが環境と接触している場合、環境と接触していない場合とは異なる振る舞いを示し、単純な二慣性系としては取り扱えなくなる。これを踏まえ、本論文では、環境を考慮した新しい共振比と瞬時状態オブザーバを用いた安定な共振比制御を提案する。さらに、係数図法に基づいて導き出した新しい共振比が反共振比によって決定されることを示す。最後に、第 6 章では、産業用ロボットのモーション制御の高性能化に対する本論文の成果および今後の課題について言及する。本論文で提案した手法を用いることにより、産業用ロボットのモーション制御上の課題を解決し、産業用ロボットのモーション制御の高性能化を図ることが可能になる。本論文は、産業用ロボットの振動要素を考慮した上で、ロボット先端加速度に基づく高性能モーション制御技術を確立したものであり、工学的かつ工業的に意義のあるものである。 2