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Extensive Systematization of Omnidirectional Driving System based on Super-Transformable Mechanism

Research Project

Project/Area Number 19H02101
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

Tadakuma Riichiro  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50520813)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 多田隈 建二郎  東北大学, タフ・サイバーフィジカルAI研究センター, 准教授 (30508833)
戸森 央貴  山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (30783881)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords繊毛振動型移動機構 / 超複合起歪機構 / 全方向駆動システム
Outline of Research at the Start

本研究においては、小型・軽量及び低コストの全方向駆動機構で瓦礫内部や配管内などの狭隘空間の探査を効率良く行うことを目的とし、単純で小型の機構で全方向に移動することが可能な推進機構を開発する。
具体的には、方向の異なる弾性系から構成される繊毛のような起歪機構を用いて、全方向に駆動可能なシステムを開発する。
まず、出力回転軸に偏心させた重りを搭載した振動モータにより、起歪機構を振動させ、外界から受ける反作用の力を用いて推進する原理を、全方向に拡張する。
その上で、振動モータの回転する方向や、回転の振動数を制御することにより、瞬時に方向を転換可能なホロノミック全方向駆動システムを開発する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, the omnidirectional mobile robotic system with vibration of flexible cilia has been developed. This omnidirectional mobile system is composed of multiple flexible materials for its cilia, body, and tilted horn. The mobile robot can generate 3D map information while moving inside of the narrow place such as complicated pipes by using sensors.
In particular, by limiting the number of motors inside of the mobile robot only one, the tiled horn can be rotated to control the angular momentum of the whole body of the robot while the horn can vibrate the flexible cilia to make the thrust of the robot.
This function can change the orientation angle of the robot not only back and forward but also left and right at a T-shaped branch in the pipe.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究における成果として、超複合起歪機構を駆動するためのモータの個数を、回転頭角内部の1個に留めた上で、そのモータを、弾性を有する繊毛を振動させることに用いるのみならず、ロボット全体の角運動量を制御して、胴体の回転方向を切り替えることに用いたことが挙げられる。この頭角の回転方向の切り換えにより生じる角運動量を最大限利用するための繊毛の断面形状やヤング率も、実験を通じて明らかにできた。
これにより、ロボットを小型・軽量に留めた上で、狭隘空間において、前後左右へ全方向駆動することが可能となり、同様に体系化された推力生成原理を、物流や配管探査などの、様々な分野に拡張することが可能となった。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Study on Locomotion Mechanism of Pipe Inspection Robot with Rotating Horn2024

    • Author(s)
      多田隈理一郎,岡田龍斗,酒井柊,菅井祐太
    • Journal Title

      Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 60 Issue: 1 Pages: 58-66

    • DOI

      10.9746/sicetr.60.58

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study on portable haptic guide device with omnidirectional driving gear2021

    • Author(s)
      Aizawa Tetsuya、Iizima Haruhiko、Abe Kazuki、Tadakuma Kenjiro、Tadakuma Riichiro
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 35 Issue: 5 Pages: 320-336

    • DOI

      10.1080/01691864.2021.1888796

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study on visual machine-learning on the omnidirectional transporting robot2020

    • Author(s)
      Zambrano Adrian、Abe Kazuki、Suzuki Ikumi、Combelles Theo、Tadakuma Kenjiro、Tadakuma Riichiro
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 34 Issue: 13 Pages: 917-930

    • DOI

      10.1080/01691864.2020.1762734

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of the omnidirectional transporting table based on omnidirectional driving gear2020

    • Author(s)
      Kazuki Abe, Gaku Matsui, Kenjiro Tadakuma, Mitsuhiro Yamano and Riichiro Tadakuma
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 34 Pages: 358-374

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 三次元地図生成機能を有する振動推進型配管探査ロボットの研究2022

    • Author(s)
      山廼邉和史,酒井柊,菅井祐太,阪本惇暉,笹川一輝,多田隈理一郎
    • Organizer
      第40回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 回転頭角を有する配管用移動ロボットの推進機構に関する研究2022

    • Author(s)
      阪本惇暉,山廼邉和史,多田隈理一郎
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 振動推進型ロボットにおける自己位置推定および配管図構築の研究2022

    • Author(s)
      笹川一輝、阪本惇暉、菅井祐太、山廼邉和史、村上久斗、多田隈理一郎
    • Organizer
      一般社団法人 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] Riichiro Tadakuma Laboratory

    • URL

      https://tadakuma.yz.yamagata-u.ac.jp/

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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