蛇の運動原理の解明とヘビ型移動ロボットの開発

• Project/Area Number: 10750181
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 馬 書根 茨城大学, 工学部, 助教授 (20250988)
• Project Period (FY): 1998 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1999: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 1998: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 生物機械学 / 蛇型移動ロボット / 蛇行移動 / 最適蛇行形状 / 蛇行形状数 / 初期くねり角 / 環境適応 / 蛇行形状 / 蛇行曲線 / 筋骨格系

Research Abstract

本研究の目標は,自律知能蛇型移動ロボットを実現していく上に不可欠な,「節対幹」形態を有する蛇とヘビ型ロボットの,外界環境に適応する運動形態の決定メカニズムを見い出すことにある.そのために,ヘビ型移動ロボットの機械モデルを試作し,機械モデルを用いて外界環境に適応する運動形態の決定メカニズムの解明を行う.
本年度において,
1.ヘビ型移動ロボットの設計・試作,及びその制御システムの構築
へビ型移動ロボットの機械モデルを試作し,その制御システムをも構築した.開発した蛇行移動ロボットは,直列に繋ぐ12関節からなり,各関節がDCモータにより左右駆動されている.本ロボットは一般の車輪型ロボットと違って前進のアクチュエータを持たず,その体幹を左右運動させることによって前進・後退し,蛇のように蛇行運動を行なう.
2.様々な地面におけるロボットの移動実験
絨毯上(ロボットの体軸方向摩擦が0.015,その体軸垂直方向摩擦が0.6)とアクリル床上(ロボットの体軸方向摩擦が0.01,体軸垂直方向摩擦が0.5)におけるヘビ型移動ロボットの動作実験を行なった.実機実験により進行速度と蛇行運動形状との関係を誘導し,蛇行形状のS-形状数が2でしかも初期くねり角が35°のとき,進行速度が最も大きいということを判明した.今後,様々な環境にかけるへビ型移動ロボットの動作実験を更に行ない,計算機シミュレーションによる解析結果と比較しながら,環境に適応する運動形態の決定メカニズムを見い出していく.

Research Products

• [Publications] Shugen Ma: "Analysis of Snake Movement Forms for Realization of Snake-like Robots"Proc.1999 IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation (ICRA'99). 3007-30131 (1999)
• [Publications] Shugen Ma: "Simulation of Snake-like Robot Creeping Locomotion Adapted to Environment"Proc.1999 TITech COE/Super Mechano-Systems Workshop (SMS'99). 94-103 (1999)
• [Publications] 馬 書根: "蛇型移動ロボットの蛇行移動形状に関する一考察"第17回日本ロボット学会学術講演会論文集. CD-ROM (1999)
• [Publications] 馬 書根: "アクチュエータの駆動特性を考慮したモレイ型多関節ロボットアームの軌道追従制御"日本ロボット学会誌. 18-1. 135-141 (2000)
• [Publications] Shugen Ma: "Time Optimal Control of Manipulators with Limit Heat Characteristics of Actuators"Proc.1999 Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems (IROS'99). 318-343 (1999)
• [Publications] 渡辺 充: "ワイヤ干渉駆動型多関節ロボットアームの最短時間軌道追従制御"第17回日本ロボット学会学術講演会論文集. CD-ROM (1999)
• [Publications] 長田 義仁 (編集代表): "バイオミメティックスハンドブック"株式会社 エヌ・ティー・エス (予定). 900 (2000)
• [Publications] Shugen Ma: "Analysis of Snake Movement Forms for Realization of Snake-like Robots" Proc.1999 IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(ICRA'99). (1999)
• [Publications] Shugen Ma: "Simulation of Snake-like Robot Creeping Locomotion Adapted to Environment" Proc.1999 TITech COE/Super Mechano-Systems Workshop(SMS'99). 94-103 (1999)
• [Publications] S.Ma and I.Kobayashi: "An Obstacle Avoidance Control Scheme for the “Moray Arm" on Basis of Posture Space Analysis" Proc.1998 Symp.on Image,Speech,Signal Processing,and Robotics(ISSPR'98). 1. 363-368 (1998)
• [Publications] 馬・渡辺・小林: "アクチュエータ駆動力を考慮したワイヤ干渉駆動型超冗長ロボットアームの最小時間軌道追従制御" 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会"99講演論文集. (1999)
• [Publications] 小林・馬・渡辺: "アクチュエータ駆動特性を考慮したモレイ型多関節ロボットアームの最小時間軌道追従制御" 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会"99講演論文集. (1999)