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日本のロボット研究の歩みHistory of Robotics Research and Development of Japan2012Sensing〈センシング〉メカトロニックシステムのための放物線型スライディングモード・ノイズ除去フィルタ


金 山海九州大学
菊植 亮九州大学
山本 元司九州大学

この論文は、ロボット研究開発アーカイブ「日本のロボット研究開発の歩み」掲載論文です。

本研究では,各種センサ信号からノイズを実時間で効率的に除去するためのデジタルフィルタが提案されています.このフィルタは放物線型のスライディング平面を持つスライディングモードフィルタであり,既報では放物線型スライディングモードフィルタ(PSMF)と呼ばれています.PSMFは線形のローパスフィルタや従来の類似フィルタに比較して,位相遅れが小さいという特徴があります.このため,たとえば力制御に適用した場合にも,不安定化しにくい特性を持つことが示されています.

また, PSMFの改良版として,Adaptive Windowing PSMF(AW-PSMF)というものも提案されています.それは,信号の微分値を得るための有限差分計算のウィンドウサイズを適応的に変化させるもので,有限差分に伴うノイズを低減する効果が示されています.AW-PSMFは位置制御における速度フィードバック信号を改善する効果があることが,実験的に示されています.

2013年 第1回日本ロボット学会Advanced Robotics Best Paper Award受賞

提案フィルタの放物線型スライディング平面(太曲線)と状態軌道(細曲線)
提案フィルタの放物線型スライディング平面(太曲線)と状態軌道(細曲線)

対応論文


Shanhai Jin, Ryo Kikuuwe, and Motoji Yamamoto:Realtime Quadratic Sliding Mode Filter for Removing Noise

Advanced Robotics, vol. 26, no. 8-9, pp. 877-896, 2012.

Shanhai Jin, Ryo Kikuuwe, and Motoji Yamamoto:Parameter Selection Guidelines for a Parabolic Sliding Mode Filter Based on Frequency and Time Domain Characteristics

Journal of Control Science and Engineering, vol. 2012, article 923679, 2012. doi:10.1155/2012/923679.

Shanhai Jin, Ryo Kikuuwe, and Motoji Yamamoto:Improving Velocity Feedback for Position Control by Using a Discrete-Time Sliding Mode Filtering with Adaptive Windowing

Advanced Robotics, vol. 28, no.14, pp. 943-953, 2014.

関連論文


[1] J. Q. Han and W. Wang: "Nonlinear tracking-differentiator," Journal of Systems Science and Mathematical Science, vol. 14, no. 2, pp. 177–183, 1994. (in Chinese)

[2] 江丸 貴紀,土谷 武士:“スライディングモードを利用したセンサ情報に対する平滑化および微分値推定法 : 超音波センサへの適用”,日本機械学会論文集C編,Vol.66,No.652, pp.3947-3954, 2000.

[3] T. Emaru and T. Tsuchiya: "Research on estimating smoothed value and differential value by using sliding mode system," IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 19, no. 3, pp. 391–402, 2003.

[4] 江丸 貴紀,土谷 武士,田中 一男:“インパルス性雑音除去フィルタの計算高速化手法”,日本機械学会論文集C編,Vol.70,No.689,pp.62-68, 2004.

[5] R. Kikuuwe, N. Takesue and H. Fujimoto: "A control framework to generate nonenergy-storing virtual fixtures: use of simulated plasticity," IEEE Transactions on Robotics, vol. 24, no. 4, pp. 781–793, 2008.

[6] R. Kikuuwe, S. Yasukouchi, H. Fujimoto and M. Yamamoto: "Proxy-based sliding mode control: a safer extension of PID position control," IEEE Transactions on Robotics, vol. 26, no. 4, pp. 670–683, 2010.

[7] J. Q. Han and Y. C. Huang: "Frequency characteristic of second-order tracking-differentiator," Mathematics in Practice and Theory, vol. 33, no. 3, pp. 71–74, 2003 (in Chinese).

[8] F. Janabi-Sharifi, V.Hayward and C. S. J. Chen: "Discrete-time adaptive windowing for velocity estimation," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 8, no. 6, pp. 1003–1009, 2000.