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Adaptive Behavior Generation for 3D Snake Robots in Complex Environments

Research Project

Project/Area Number 20K04380
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

Kamegawa Tetsushi  岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (80432623)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsヘビ型ロボット / 形状ベースコンプライアンス制御 / 環境適応 / 圧力センサ
Outline of Research at the Start

ヘビ型ロボットは細長い構造であるので狭隘地や複雑な構造物に進入して探索をするロボットとしての応用が期待されている.本研究では3次元運動が可能なヘビ型ロボットのすべてのリンクに全周の圧力を測定するためのセンサを搭載し,このセンサ情報を利用した局所的アドミッタンス制御により適応的に複雑な環境を走破するヘビ型ロボットの実現を目指す.本研究成果は,災害発生時には倒壊した建築物内部を移動して要救助者の探索をしたり建築物の損害状況を調査したりするヘビ型ロボットの実現,ならびに,平常時には工場などで配管内の点検を行うロボット技術に応用されることが期待できる.

Outline of Final Research Achievements

Shape-based compliance control was applied to a snake robot performing a helicoidal rolling motion in a pipe. The parameters used for the shape-based compliance control were explored by a snake robot built in a simulator using a particle swarm optimization algorithm. In addition, it was demonstrated that the robot can locally adapt to both pipe diameters when the pipe diameter changes by adapting the shape of the head side and the tail side separately in an actual experiment. In addition, as special environments and conditions for applications of snake robots, we analyzed the impact force of a fall from a high place, generated motion in dense piping, and studied the setting of CPG parameters when moving on a soft floor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細長い構造であるヘビ型ロボットは狭隘地や複雑な構造物に進入して探索をするロボットとしての応用が期待される.本研究の目的は,ヘビ型ロボットを移動させるためのモーションを事前計画するだけでなく,ロボットと環境との力学的相互作用の中で適切に生成することである.環境との接触を積極的に利用して推進するヘビ型ロボットが実現されれば,本来期待されている用途でのヘビ型ロボットの実用化が加速する.本研究では3次元運動が可能なヘビ型ロボットのすべてのリンクに全周の圧力を測定するためのセンサを搭載し,このセンサ情報を利用した局所的アドミッタンス制御により適応的に環境を走破するヘビ型ロボットを実現することができた.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Parameter search of a CPG network using a genetic algorithm for a snake robot with tactile sensors moving on a soft floor2023

    • Author(s)
      Tamura Hajime、Kamegawa Tetsushi
    • Journal Title

      Frontiers in Robotics and AI

      Volume: 10

    • DOI

      10.3389/frobt.2023.1138019

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Realization of Crowded Pipes Climbing Locomotion of Snake Robot Using Hybrid Force?Position Control Method2022

    • Author(s)
      Wang Yongdong、Kamegawa Tetsushi
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 22 Issue: 22 Pages: 9016-9016

    • DOI

      10.3390/s22229016

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Motion planning of a snake robot that moves in crowded pipes2022

    • Author(s)
      Wang Yongdong、Kamegawa Tetsushi、Matsuda Eriko、Gofuku Akio
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 36 Issue: 16 Pages: 781-793

    • DOI

      10.1080/01691864.2022.2095225

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Joint States Feedback Adapt Control for Snake Robots That Move on Random Poles Environments2023

    • Author(s)
      Yongdong Wang, Yuya Shimizu, Tetsushi Kamegawa, Akio Gofuku
    • Organizer
      Proceedings of the Joint Symposium of AROB-ISBC-SWARM2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experiment and Simulation Verification of Damage to a Snake Robot Falling from a Height2023

    • Author(s)
      Yuya Shimizu, Yuina Kadowaki, Tetsushi Kamegawa, Akio Gofuku
    • Organizer
      Proceedings of the Joint Symposium of AROB-ISBC-SWARM2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study and Experimental Verification of the Landing Posture of a Falling Snake Robot2023

    • Author(s)
      Yuina Kadowaki, Yuya Shimizu, Tetsushi Kamegawa, Akio Gofuku
    • Organizer
      Proceedings of the Joint Symposium of AROB-ISBC-SWARM2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分岐配管推進時におけるヘビ型ロボットの曲螺旋捻転運動方向の補正2022

    • Author(s)
      長尾 頼, 亀川 哲志, 五福 明夫
    • 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
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘビ型ロボットにおけるPSOを用いたSBCパラメータの最適化2022

    • Author(s)
      宇津見 圭亮, 亀川 哲志, 五福 明夫
    • 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
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘビ型ロボットが自由落下する際の地面との衝突のシミュレーション2022

    • Author(s)
      清水 優椰, 亀川 哲志, 五福 明夫
    • 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
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 拡張カルマンフィルタを用いたヘビ型ロボットの歩容パラメータの推定と関節の可動範囲を考慮した配管内移動2022

    • Author(s)
      多田 祐基,亀川 哲志,五福 明夫
    • Organizer
      第66回システム制御情報学会研究発表講演会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 径の変化する配管における形状ベースコンプライアンス制御と単純形状の連結によるヘビ型ロボットの環境適応2022

    • Author(s)
      中野 大輝,亀川 哲志,五福 明夫
    • Organizer
      第66回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on propulsion of a snake robot with torque propagation based on modified curvature derivatives2021

    • Author(s)
      Yongdong Wang, Tetsushi Kamegawa and Akio Gofuku
    • Organizer
      IEEE International Conference on Mechatronics and Automation
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hybrid Force-position Control Method for a Snake Robot Climbing in Crowded Pipes2021

    • Author(s)
      Yongdong Wang, Tetsushi Kamegawa, Akio Gofuku
    • Organizer
      Joint Symposium of AROB-ISBC-SWARM2022
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimating Gait Parameters of a Snake Robot Using an Extended Kalman Filter for Moving in a Pipe2021

    • Author(s)
      Yuki Tada, Tetsushi Kamegawa and Akio Gofuku
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Distributed Autonomous Robotic Systems 2021 and The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-inspired Robotics 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shape-Based Compliance Control for a Snake Robot Moving in a Pipe with Different Diameter2021

    • Author(s)
      Daiki Nakano, Tetsushi Kamegawa, Toru Kishutani and Akio Gofuku
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Distributed Autonomous Robotic Systems 2021 and The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-inspired Robotics 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 拡張カルマンフィルタを用いたヘビ型ロボットの歩容パラメータの推定と配管内移動2021

    • Author(s)
      多田 祐基,亀川 哲志,五福 明夫
    • Organizer
      第65回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 径の変化する配管における形状ベースコンプライアンス制御を用いたヘビ型ロボットの環境適応2021

    • Author(s)
      中野 大輝,亀川 哲志,紀洲谷 暢,五福 明夫
    • Organizer
      第65回システム制御情報学会研究発表講演会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ヘビ型ロボットにおける活性化ウィンドウを用いた局所的形状生成2020

    • Author(s)
      紀洲谷 暢,中野 大輝,亀川 哲志,五福 明夫
    • Organizer
      第21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
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ヘビ型ロボットによる密集配管移動手法の提案と実証2020

    • Author(s)
      WANG Yongdong,亀川 哲志,松田 絵梨子,五福 明夫
    • Organizer
      第21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
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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