分岐理論に基づく吊り橋の上の左右揺動歩行ロボットの同期現象の解明
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22K12178
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61040:Soft computing-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
坪根 正 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (50334694)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 左右揺動歩行ロボット / 同期現象 / 吊り橋 / 分岐理論 / 分岐現象 / 非線形力学系 |
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| Outline of Research at the Start |
振り子モデルを基にした基礎（吊り橋）の上で左右揺動歩行（左右の足踏みの様な歩容）を行うロボットの動作を記述するモデルの導出を行い，基礎の揺れ（振動）と歩行のリズム（歩容が）揃うような現象，つまり同期状態へ至るメカニズムを解明する．また，その同期現象の発生条件を導くための分岐解析を行う．モデルの妥当性を確認するために実機の作成を行い歩行動作の測定実験による検証も行う．これらより，同期モードが遷移する分岐現象のメカニズムや発生するパラメータ条件を明らかにする．更に，複数の左右揺動歩行ロボットによる大規模な検証を行い，ロボット同士の自然な同調メカニズムの解明を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，良く知られている振り子モデルを基にして，吊り橋の様な動く基礎の上で左右の足踏みの様な歩容である左右揺動歩行を行う左右揺動歩行ロボットの動作を記述するモデルの導出を行った．このモデルは4次元の非線形微分方程式で記述され，基礎の揺れと歩行のリズムが揃う同期現象を確認できた．モデルの妥当性を確認するために実機を作成し歩行実験を行った．前年までに予備実験を行っていた左右揺動歩行ロボットを吊られた床の上に乗せて左右の歩行運動をさせて測定を行い，導出したモデルで確認された同期現象と定性的かつ一部は定量的に一致する現象を確認できた．
次に，同期現象を呈する数理モデルに対して同期モードが遷移する分岐現象のメカニズムや発生するパラメータ条件を明らかにするために，計算機を補助的に利用した厳密解放を提案して解析を行った．アーノルドの舌と呼ばれる同期引き込み領域の存在や，サドルノード分岐やピッチフォーク分岐など，提案システムにも典型的な同期メカニズムが存在していることを確認することができた．
また，複数の左右揺動歩行ロボットによる大規模実験へ展開するための第1歩として，2台の左右揺動歩行ロボットを吊られた床の上に乗せた場合の実験を行った．この予備実験の結果では，2台の左右揺動歩行ロボットの歩容が自然と揃っていく現象を定性的に確認できた．この実験結果をもとに大規模実験を実施するための実験装置の開発に着手した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通りに左右揺動歩行ロボットを複数台用いた実験に着手することができた．左右揺動歩行ロボットの実現には，両足先にソレノイドバルブという電子信号によって空気の流れを制御できる弁を搭載してエアーコンプレッサーで圧縮された空気を瞬時に排出することで地面を蹴る動作を実現した．このシンプルな歩行が揺れる床と自然と同調する物理現象を確認できたことは申請者が知る限り初めての成果であり，研究成果としては満足のいくものであると考える．現象解析においても，同期引き込み領域の解析に用いた手法は申請者らのオリジナルであり，それによって分岐現象が発生する構造が一部明らかになったことは，価値が認められるものであると考える．以上より，申請研究はおおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，導出した4次元非線形微分方程式で記述されるモデルに対して，更に詳細に同期モードが遷移する分岐現象のメカニズムや発生するパラメータ条件を明らかにする．特に，カオス的な挙動の発生やパラメータロバストの低い現象の発現が予想されるので実機実験のデータとの比較検討を繰り返しながら，実物理系でみられる同期現象の発生メカニズムとその根底である分岐構造を明らかにする．
また，複数の左右揺動歩行ロボットによる大規模実験へ展開するための前段階として，2台の左右揺動歩行ロボットに見られる同期現象の考察を進める．
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
