計測自動制御学会東北支部第17呂回研究集会（19服11．叫
資料番号178−8

フリーフラインヴ宇宙ロボット〔ETS−VII〕にぉける
無反動マニピュレーションの可能性

AProposalofReactionlessOperationsIbrETS−ⅤⅠⅠ○吉田和哉＊

D．N．ネンチェフ＊＊

OKazuyaヽbshirla．＊aTldD．N．Nencll飢′＊ヰ
＊東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻＊新潟大学工学部機械システム工学科＊DepartlnentOfAeronaut・icsandSpaceEngincerlIlgTTohokuUniversity＊DepartmentofMechaIlicalandProductiollEngineerlng，NiigataUniverslty
キーワードエ ブリーフライング宇宙ロボットげree−8yingspa〔erOb叫，技術試験ⅤIl型（ETS一Ⅵ町ロボットマニ
ピュレータ（roboticma−1ipulator），衛星姿勢運動（s昆t−elLi一・eattitudedynamics），無反動動作（，e。【＝ti。n］。SSm。t．i。n）

連絡先：〒9阻鮎79 仙白市青葉匡荒巻青葉01東北大芋大学院工学研究科航空宇宙工学専攻 吉田和親
TelL＝（022）217−69921Fax・＝〔022）217−6992，E−mail＝yOShida鮎畠trD・rneCh・tOhku，a⊂，jp

1． まえがき・外国宇田機関〔DL札ESA）とNASDAとの共同実験

宇田ロボットと自動ランデブドッキング技術の試験衛星である宇宙開発事業団の技術試験衛星ⅤⅠⅠ型〔ETS−Ⅴ叫1）2）は，平成9年11月2呂口にH一ⅠⅠロランデブ■ドッキング実験●FPl〜FP6の各フライトパスの実験

ケットによって打ち上げられ，現在順調に運用が続けられている．同衛星による軌道卜菓旗は平成11年5月末日までの閏に以下の内容のものが予定されている．
ロボット実験

また，上記の実験が首尾よく終了し，なおかつ衛星寿命に余裕がある場合には．後期利用の発展実験の可能性が指摘されている．そのような発展実験の可能性の一つとして，本稿では搭載ロボットアームの無反動動作の可能性について検討する．

●遠隔制御実験●軌道上サービス実験

2．衛星への反動に留意したマニピュレータ動作●衛星姿勢とアームの協調制御実験

ETS−1・rIIのようなブリーフライング型の宇宙・国立研究桟関（MITl，CRL，ⅣAL）の実験

ロボソトでは．搭載マニピュレータの動作反動による姿勢変動は無視することができない．特に静止でありここではゼロと仮定する．また，Tは関節軌道上のデータ中継衛星（TDR．S）を経由Lてコマトルクである．

ンド送信／テレメトリや画像の受信を行う場合に外力が作用せずに系全体の運動量・角運動量がはハイゲインアンテナを使用L．そのボインティ保存される時，〔1）式の積分が存在L，来生体の重ンデ精度はおよそ1産山下である．よって，アー心まわりの角運動量ほ以下のように起される．

ムの動作反動によって衛星姿勢が1度以上揺らぐ

上p＝旗勅＋軌7m￠

ことになれば，通信が途絶し運用ができなくなってしまう．

（2）

また，ペースからみたマニビュレ」タハンドの衛星の姿勢を維持するために，ETS−VlIには3並進速度・角速度を軸i」アクションホイールおよぴガスジェットスラ
如…［ニニ］

スタが搭載されており，またマニピュレータの動作反動を予測してフィードフォワード的に姿勢制とすると，その運動学問倖は，御をおこなう協調制御モードも組み込まれておりコ），これまでに予想通りの性能を発揮Lている．

［ニニ］＝［持もうひとつの興味として，反動が小さくなる（3）となる．

ようにマニピュレータの動作軌道を工夫できないか，という考え方がある．これまでにいくつかの

4．無反動動作

興味探い研究が知られているが）4），理論的な可（2）式について考える，能性の指摘にとどまっている．筆者らも「撫反動動作」というマニピュレーションの方法について仇m￠＝8〔4）

これまで理論的な角軍析を続けてきたが5），以■卜でを満たす師

はEllS−ⅤⅠⅠにおけるミッションを具体的な対象とLた撫反動動作について検討する．

中＝岬一身L仇mほ3．ダイナミクスの定式化（5）は系の角運動量およびペースの姿勢を変化きせない．よって，（5）式で与えられる関節運動はペースETS−ⅤⅠⅠをフリーフライングベースとその上の姿勢を変化きせない「無反動動作」を生成する．に搭載される6自由度剛体マニピュレータシステ

ETS−ⅤⅠⅠの場合，搭載マニピュレータは6自由ムとして定式化する．マニピュレータハンドに外度であり（5）式が生成するペース姿勢の無反動空力が作用しないとき，運動方程式は以下のように間は3自由度である．よって，3白山度分の冗長性書くことができる．
T﹈︑．−−＼郡

たほ姿勢に関する運動学関係式と連立し，l

是認］［汁［ニ］がある．そこで，マニピュレータ．ハンドの位置まほl巨＝［ニ］

ここで〔6〕もしくはペースの並進速度，姿勢角速度，￠は関節変位で控中＝に］ある．∫bはスラスタによりペースに作用する力−2−〔7）

を考える．ニの両式の左辺の行列はいずれも6x6の正方行列となり，両者をまとめて〃￠＝；r（呂）RobotA（mOnETS一丁［∃亘＝L軍t肝t′St完1L 訃叩」

金田子行列を用いると特異朗二よらずに常に安定「一箪∴・＼と書くことにする．正方行列茸の逆行列ではなく．

した解が得られることが知られていが〕．
車＝丘・ad．j（ガ）諾

（9）

ただし血は任意の定数であり，特異点近傍でない場合にはた＝1／det（ガ）とすれば，上式はふつうの逆行列解を与える．

■払。・tり［吏9・ヰ口座Vl榊lい1r・／鮎⊥ul

以上の師析の結果として，方程式〔6）を〔9〕のFig．1 Sim111ationmodelofETS−VII

手法によって解いた場合には，マニピュレータハンドの位置を任意に制御しながらペースに重圧動2ハU︵U．15

タハンドの姿勢を任意に制御Lながらベースに無−﹇uエリO苫岩d〔9〕の手法によって解いた場合には，マニピュレー■︺な動作を行う運動が得られ，一万，方群式（7）を︵U比勤運動が得られる

0．1■︺

口0．］

0．5

Tim巳［s亡り4nu0動を示している．ベースはわずかに並進運動する

0．ユ︹n段がこのときのペースの並進運動．中段が姿勢運〔I．1O

冒声工中l如uヰ一己竃r

動動作実現のための関節軌道であり仲1、軸）．上L O

その結果をFig．2に示■r．同国の一番下段が陳反

0．4

nU

くJ ∧U 5 つ﹂

0を下向きにしてORUを掴む準備に至る動作を，撫反動的に実規する動作を（7）式を用いて計算した．

0．5

nU

ここでは，搭載アームの基準姿勢から，ハンド0．45示す．

1p空一∈篤−u︺て︹︺ETS−ⅤIlのシミュレpションモデルをFig・1に21■・■1nU

X

0−5

Time【s亡C］
1︵

5． シミュレーション

D．2

0．1 0．2

0．3 （〕．4 （1．5Tjnle［sec】

ものの，姿勢変動はゼロであることがよくわかる．

Fig・2 A simulation re＄ult ofthc rcactionless

6． あとがきOperation5

本稿では，反動零空間および余国子行列法組
み合わせてブリーフライングロポットのベース姿

勢を変化きせない無反動マニピュレーションを碍
−3−

る方法を明らかにLた．E・TS一VHを対象とLた動作の−一一例を示Lた．さまぎまなバリエ・−ションや，実際の運用上の安全性等を慎重に検討L，後期利用案膜の候補とLて提案するつもりである．Fig．2のシミュレーション結果を実証するフライトデー

タが得られることを待ち望んでいる．

参考文献
1）http：／／os61．tksc．Tlaβda．苫0．jp／ets−7／ets7＿j／pr−index・htm12）小田：字音開発事業団技術報告，衛星搭載ロ
ボ・7トアームと衛星姿勢の協調制御の研究，
TASDA−T九JIR．−96003011997．

3）DuhowskyandTorrcs＝ MiItimiEingAtLitude
ControIFuelinSpaceMaTtipulatorSyht．emS，丁⊃PTOC・OflstInt．Symp・On AI，Robotics，andA11tOmationlnSp且Ce，Pp．259−262，Kobe，
J叩aIl，19gO．

4）山田，土屋：宇宙ロボットのハンドの運動軌

道と本体の姿勢変動について，計測自動制御
学会論文集，Ⅵ〕1朋フNo．a，pp．374−3呂2，1992．
5）K．Yoshidaarld D．N．NeIIChev，

A GcIleml

Formulatioll【〕fUnder−Act11計ted ManiplllatorS）r5tCmS， iI1月：ロ占口如占蝕郎瓜和ん，m亡血■画商J扇即7血山肌J軸Ⅳ卿血m，pp．33−44，Springer，199呂．

6）妻木，小寺．ネンチェ7，内山：6自由度マニ

ピュレータの特異点適合遠隔操作．日本ロボット学会誌，Vol．16，Nu，2，pP．195−2叫t99乱4