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Next Generation Flexible Snake-like Rescue Robot for Effective Search with Autonomy

Research Project

Project/Area Number 20J12891
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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

Principal Investigator

山内 悠  東北大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords索状ロボット / ヘビ型ロボット / レスキューロボット / アクチュエータ / 流体噴射
Outline of Research at the Start

災害時の捜索活動の効率化のために,柔軟ヘビ型レスキューロボットの自律捜索を実現する.本研究では,限られた情報の中から被災者のいる可能性の高い方向に自律的に進路を選択し,被災者を効率的に発見するシステムの実現を目指す.具体的には,柔軟性を活かしながら目標へ移動させる制御方法の提案と,被災者の存在可能性とロボットの到達難易度を考慮した進路決定の捜索フレームワークの構築と検証を行う.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は水噴射駆動柔軟ヘビ型ロボットに着目し,1)柔軟ヘビ型ロボットの大変形を実現する水噴射ノズルユニットの開発,2)大変形を実現可能な水噴射柔軟ヘビ型ロボットの開発を行った.以下,各項目について詳細を記述する.
1)これまでに合力方向にユニットの姿勢が自動追尾する水噴射ノズルを開発してきた.これは,柔軟ヘビ型ロボットは形状変化等でねじれると,ノズルユニットの姿勢が変わり,浮上できなくなる問題を解決するためである.これまでは,基礎検証として合力の方向を2次元に限定してきたが,柔軟ヘビ型ロボットに搭載するために,ノズルの数を2つから4つに増やし,ノズルユニットの3次元化を行う.3次元に拡張したノズルユニットにおいても同様にユニットの姿勢が自動追尾するかの原理検証を行う.ノズルユニットをモデル化し,その原理が成り立つことを確認した.2次元とは違い,姿勢の応答性が大きく変化することも明らかにした.また,実機実験においても,同様に姿勢が自動的に追尾することを確認した.本技術は,柔軟ヘビ型ロボットの課題である,ねじれの問題を解決する.
2)狭隘空間の捜索を行うためには,ロボットの形状を大きく変える必要がある.そのため,3次元に拡張したノズルユニットを搭載した柔軟ヘビ型ロボットを開発し,ロボットの形状を大きく変化させることを実現する.開発したノズルユニットを先端に搭載した1.6 mの柔軟ヘビ型ロボットを開発した.実機実験により,ロボットを浮上させ,先端の姿勢を-90度から90度まで変化させることができ,大変形を実現した.ノズルユニットのねじれは最大で20度程度となり,従来40度以上変化していたことと比較すると,半分以上に抑制できていることが確認された.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Development of a continuum robot enhanced with distributed sensors for search and rescue2022

    • Author(s)
      Yamauchi Yu、Ambe Yuichi、Nagano Hikaru、Konyo Masashi、Bando Yoshiaki、Ito Eisuke、Arnold Solvi、Yamazaki Kimitoshi、Itoyama Katsutoshi、Okatani Takayuki、Okuno Hiroshi G.、Tadokoro Satoshi
    • Journal Title

      ROBOMECH Journal

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1186/s40648-022-00223-x

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Realizing Large Shape Deformations of a Flying Continuum Robot With a Passive Rotating Nozzle Unit That Enlarges Jet Directions in Three-Dimensional Space2022

    • Author(s)
      Yamauchi Yu、Ambe Yuichi、Konyo Masashi、Tadakuma Kenjiro、Tadokoro Satoshi
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 37646-37657

    • DOI

      10.1109/access.2022.3162835

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Passive Orientation Control of Nozzle Unit With Multiple Water Jets to Expand the Net Force Direction Range for Aerial Hose-Type Robots2021

    • Author(s)
      Yamauchi Yu、Ambe Yuichi、Konyo Masashi、Tadakuma Kenjiro、Tadokoro Satoshi
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 6 Issue: 3 Pages: 5634-5641

    • DOI

      10.1109/lra.2021.3082019

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Passive Orientation Control of Nozzle Unit With Multiple Water Jets to Expand the Net Force Direction Range for Aerial Hose-Type Robots2021

    • Author(s)
      Y. Yamauchi, Y. Ambe, M. Konyo, K. Tadakuma, and S. Tadokoro
    • Organizer
      2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 複数の水噴射ノズルを用いた受動回転制御による合力の実現範囲を拡大した消火ホースロボットの実現2021

    • Author(s)
      山内悠,前澤侑大,安部祐一,昆陽雅司,多田隈建二郎,田所諭
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 信頼性を向上させた水噴射により浮上する索状ロボットの開発2020

    • Author(s)
      山内悠,前澤侑大,髙橋優太,郷初瑠,Quek Ching Alvin,Nath Anubrata,安藤久人,安部祐一,昆陽雅司,多田隈建二郎,圓山重直,田所諭
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス 講演会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 分布繊毛推進機構により駆動される柔軟索状ロボットのモデルの評価と分散制御の検討2020

    • Author(s)
      山内悠,安部祐一,昆陽雅司,多田隈建二郎,田所諭
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門学術講演会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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