日本のロボット研究の歩みHistory of Robotics Research and Development of Japan1991Manipulation〈マニピュレーション〉宇宙ロボットの多腕協調制御

軌道上フリーフライングロボットにおいてマニピュレータアームを操作すると， その動作反力によってベースの位置・姿勢が変動してしまう[1]。ロボット衛星が， たとえば故障衛星の捕捉などの作業を行う際には，ターゲットを注視しながら 近接ランデブー飛行を維持し，通信アンテナ等の指向性も常に保たなければならず， マニピュレーション中にベースの姿勢を保持することが強く求められる。 このような要求を満たす制御を実現するために，本研究では，以下の点を明らかにした。

1. 図１に示すような一つのアームを搭載する宇宙ロボットにおいて，リアクションホイール によってアームの動作反力による姿勢変動を打ち消そうとすると，ホイールに非常に大きな トルクが必要となり，現実のハードウェアでは達成困難である。 動画1
2. そこで図２のように第２の腕（スタビライジングアーム）を搭載する宇宙ロボットを 考える。この場合，第２の腕を反動制御用のカウンターバランスをとして使用することに よりホイールの負担を軽減できる。本論文では，冗長性分解制御の考え方に基づき， 全アクチュエータのトルク配分を重み付きで最適化する手法を明らかにした。 動画2 なお，スタビライジングアームは，対象衛星捕獲後には対象物を保持するための アームとして，または，宇宙ステーション等において作業をするときには，自分自身を 保持するアンカーアームとして使用することが可能である。

1997年に，わが国が世界に先駆けて軌道上フリーフライングロボットの技術実証を行った ETS-VII（図３）は図１の形態をとっており，リアクションホイールのトルク容量の 範囲内でマニピュレーションを行うために，アームの動作速度はゆっくりとしたものであり， 姿勢回復のための待ち時間も必要であった。ベースの 姿勢維持性能を向上させるいくつかの取り組みがなされたが，吉田らのグループはアームの 動作軌道を工夫することによりベースへの反動をゼロにする「無反動マニピュレーション」へと 研究を展開し[2]，ETS-VIIを使った軌道上実験によりその有効性・実用性を検証した [3][4]。
実用型のフリーフライングロボットでは，これらの成果を反映して，複数の腕を 持ちそれらを協調させた上で，反動を最小化するマニピュレーションを行うことが 望まれる。

1993年　第7回日本ロボット学会論文賞受賞