環境適応移動可能な3次元蛇型ロボットの研究開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360129
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 馬 書根 茨城大学, 工学部, 助教授 (20250988)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近藤 良 茨城大学, 工学部, 助教授 (90186867) ; 井上 康介 茨城大学, 工学部, 助手 (10344839)
• Keywords: 環境適応 / 生物機械学 / 舵型ロボット / 3自由度関節 / 差動駆動機構 / 蛇行移動

Research Abstract

本研究の目標は、高い信頼性・柔軟性を有する3次元蛇型ロボットの機械モデルを試作し、蛇の持つ環境適応運動機能を有する3次元蛇型移動ロボットの開発を行なうことである。平成15年度において、3自由度関節の設計・試作、及びそのロバストな制御システムの構築を行なった。
□3自由度を持つ関節の機構において、差動駆動機構を用いてピッチとヨーの2自由度を、内歯車で残りのロール1自由度を実現した。ヨー・ピッチ軸周りの回転に加えロール軸周りの回転も行えることで、生物の蛇では不可能な推進方法も可能となる。本年度は3自由度を持つ関節ユニットを三つ試作した。
□関節の制御系において,モータ駆動ドライバを関節の中に内蔵し、RT-Linuxを用いて関節の駆動制御系を構築した。本研究において構築した関節のロバストな制御系を使用し、ロール・ピッチ・ヨー3自由度を高い精度で制御することができる。
ロール・ピッチ・ヨーの3自由度を持つ関節を試作し、その制御システムをも構築した後に、関節機構の性能評価を行なった。実験の結果より、3自由度を持つ関節ユニットが広い可動限界角を有し、さらにロール軸周りの回転を加えることでより柔軟性の高い3次元蛇型ロボットを実現できることを明らかにした。しかし、試作した関節ユニットには十分な運動性能があるものの、その重量とスケールの大きさ、ロール軸の剛性、バッテリや制御ボードなどを搭載するスペースの無さなどという問題があることを判明した。次年度、関節ユニットの改良を行い、以上の問題点を克服する3次元蛇型ロボットを開発する。

Research Products

• [Publications] L.Chen, Y.Wang, S.Ma, et al.: "Study of Lateral Locomotion of a Snake Robot"Robot (a Chinese Journal). 25-3. 246-249 (2003)
• [Publications] C.Ye, S.Ma, et al.: "Coupled-drive-based Joint Design of a Snake Robot and its Body-lifting Method"Robot (a Chinese Journal). 25-5. 419-423 (2003)
• [Publications] 大豆生田, 馬, 井上: "3次元蛇型ロボットの動力学解"日本機械学会論文集. (採択決定). (2004)
• [Publications] S.Ma, Y.Ohmameuda, et al.: "Control of a 3-Dimensional Snake-like Robot"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'03). 2067-2072 (2003)
• [Publications] S.Ma, N.Tadokoro, et al.: "Analysis of Creeping Locomotion of a Snake Robot on a Slope"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'03). 2073-2078 (2003)
• [Publications] S.Ma: "Design and Control of a 3-Dimensional Snake-like Robot"Proc. 2003 Chinese Academy of Sciences Symposium on Robotics and Manufacturing Science (CASRMS'03)(招待). 72-77 (2003)
• [Publications] S.Ma, N.Tadokoro, et al.: "Influence of Inclining Angle of a Slope to Optimal Locomotion Curves of a Snake-like Robot"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing (RISSP'03)(招待). 353-358 (2003)
• [Publications] L.Chen, Y.Wang, S.Ma, et al.: "Analysis of Traveling Wave Locomotion of Snake Robot"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing (RISSP'03). 365-369 (2003)
• [Publications] Y.Lu, S.Ma, et al.: "Ground Condition Sensing of a Snake-like Robot"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing (RISSP'03). 1075-1080 (2003)
• [Publications] L.Chen, Y.Wang, S.Ma, et al.: "Studies on Lateral Rolling Locomotion of A Snake Robot"Proc. 2004 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'04). (予定). (2004)
• [Publications] K.Inoue, S.Ma, C.H.Jin: "Neural Oscillator Network-Based Controller for Meandering Locomotion of Snake Like Robots"Proc. 2004 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'04). (予定). (2004)
• [Publications] C.Ye, S.Ma, et al.: "Turning and side motion of snake-like robot"Proc. 2004 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'04). (予定). (2004)
• [Publications] S.Ma, M.Watanabe: "Dynamic Control of Curve-constrained Hyper-Redundant Manipulators"Journal of Robotics and Mechatronics. 16-1. 1-7 (2004)
• [Publications] S.Ma: "A Kinetostatic Index to Measure the Task-Executing Ability of Robotic Manipulators with Limit-driven Characteristics of Actuators"Int.J. of Advanced Robotics. (予定). (2004)
• [Publications] 大豆生田, 馬, 田所, 井上: "3次元蛇型ロボットの動力学解析"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 佐々木, 馬, 田所, 井上: "3自由度関節を有する蛇型ロボットの開発"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 田所, 馬, 井上: "舵型移動ロボットの斜面蛇行移動体形"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 金, 井上, 馬: "CPGを用いた蛇型ロボットの自律分散制御"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. (CD-ROM). (2004)
• [Publications] K.Inoue, S.Ma, J.Ota: "Acquisition of Global Information from Local Observation with Movement - Construction of Internal State-Representation under Partial Observabability"Proc. 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing (RISSP'03). 370-375 (2003)
• [Publications] J.B.Mbede, V.Graefe, S.Ma: "Intelligent Motion Control of Autonomous Mobile Manipulator among Dynamic Obstacles"Proc. 2003 IEEE Intelligent Automation Conference (IAC'03). (CD-ROM). (2003)
• [Publications] J.B.Mbede, S.Ma, et al.: "Robust Neuro-Fuzzy Navigation of Mobile Manipulator among Dynamic Obstacles"Proc. 2004 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'04). (予定). (2004)
• [Publications] 鯉渕, 宇野, 近藤: "インパクト発生機構を用いたホッピングロボットの跳躍制御"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. (CD-ROM). (2003)