ワークが揺れても経路を外さないロボットアーム制御：UTSのMR-MPCC、平均輪郭誤差を約2割削減

フライス加工中の骨や固定した部品のように、経路を載せた対象が予期せず動いたとき、ロボットアームは精密な経路をどう追従すべきか。

多くのアーム制御器は時刻で指定した目標軌道を追う。t秒には工具がp(t)にあるべきだという考え方だ。経路を載せた座標系が押されると、時刻基準の制御器は時計を追い続け、経路から横にずれる誤差をためることがある。機械加工や手術用の切削で問題になるのはまさにこの誤差で、関節レベルの制御が安定して見えても工具は線を外れている場合がある。

PIやPID制御は軽く実績もあるが、先を予測せず制約も扱えない。ロバストMPC、チューブMPC、学習で補強したMPCは制約と外乱への対応を加えたが、時刻基準のままだ。経路に沿った誤差と直交する誤差を分けて測り、進む速さを制御器自身が決めるモデル予測輪郭制御（MPCC）は工作機械やドローンで定着しているが、ロボットアームでは主に7軸Pandaの障害物回避や特異姿勢回避に使われてきた。

MR-MPCCは500Hzで2層を動かす。上位層は10ステップの予測区間を持つ作業空間MPCCで、動く経路に固定した座標系で誤差を計算し、位置誤差を経路に直交する輪郭誤差と経路方向の遅れ誤差に分け、6自由度の姿勢のために向きの誤差を加え、手先速度とともに仮想的な進行速度を最適化する。輪郭誤差の重みは遅れ誤差の25倍（500対20）。下位層は制約付きの分解運動速度制御（RMRC）による二次計画で、手先速度を関節速度に変換しつつ、関節の位置、速度、加速度の限界、特異姿勢を避ける可操作度の障壁、自己干渉の距離を守る。ROS 2とMuJoCoのパイプラインで動き、実験ではNDI Auroraの電磁式トラッカーが40Hzで経路板と工具を同時に計測する。

条件ごとに同じ外乱で5回ずつ回したMuJoCoのシミュレーションで、MR-MPCCはすべての外乱設定で輪郭RMS誤差が最小だった。らせん経路で経路座標系に並進と回転を同時に加えた場合は4.28mmで、PIの5.36mmより20.2%、MPCの5.51mmより22.3%小さかった。相関のある外乱モデルの一つではMPCより21.0%（3.72mm対4.71mm）小さかった。差が最も大きかったのは並進のみの場合（0.70mm対MPCの0.97mm、27.3%減）で、難しい形状では縮み、花形の経路で3.1%、ヘリックスで1.3%にとどまった。最大輪郭誤差は3制御器とも約50〜53mmで同程度だった。記録を見ると、衝撃の後で制御器は経路上の進行を緩めてまず線に戻っており、一時的な遅れと引き換えに横方向の精度を得ている。手で押して揺らした板の上の直線、正弦、らせん経路をたどった実機UR5eでも、比較の2方式より輪郭誤差の中央値が低く、ばらつきも狭かった（シミュレーションの割合は論文の表からMEKAWIREが算出）。

実機の結果は箱ひげ図だけで、誤差の数値も16mmのリングゲージに対する許容外れの回数も示されておらず、本文には制御器あたりの試行回数が3回と10回の両方で書かれている。外乱は手で加えた。経路座標系の姿勢は予測区間の間は一定とみなし、40Hzで計測している。計測の遅れや不確かさ、接触力は今後の課題とされた。不良品や安全停止を分ける最大誤差は改善していない。プレプリントである。