歩行者保護を目的とした無人搬送車の衝突安全

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K17993
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 成川 輝真 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50424205)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 衝突安全 / 歩行者保護 / アクティブバンパ / 直列弾性アクチュエータ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、歩道や建物内など日常空間を移動する無人搬送車を想定し、歩行者保護を目的としたアクティブバンパの機構設計方法とその制御方法を確立するため、本年度はアクティブバンパに用いるアクチュエータ仕様の決定および直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパの設計を行った。無人搬送車が歩行者と接触した際に歩行者の傷害を低減するために、最適化手法を基にアクティブバンパの最適な発生力を算出した。アクティブバンパの最適な発生力を明らかにすることで、歩行者保護を目的とした無人搬送車用アクティブバンパに要求されるアクチュエータの仕様を明確にした。最適化により求めたアクティブバンパの発生力を実機において実現するために、軽量で所望の力を発生し、制御がない場合にも最低限の衝突安全性能が得られるという条件を満足する可能性がある直列弾性アクチュエータを採用した。アクティブバンパに用いる直列弾性アクチュエータは、小型サーボモータとボールねじにより駆動されるテーブルに対して、弾性要素が直列に配置される。直列弾性アクチュエータは弾性要素の縮み量と発生力が比例関係にあり、テーブルの位置制御により所望の力を得ることができる。そこで、最適化により求めた所望の発生力に追従するような位置制御方法について検討し、発生力の追従性能と弾性要素およびバンパ移動量との関係性を詳細に調査し、直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパの設計指針を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アクティブバンパを用いることで無人搬送車が歩行者と接触した際に歩行者の傷害を低減することを目的とし、最適化手法を用いてアクティブバンパの最適な接触力を算出した。実験装置で実現可能な最適解を得るために、バンパの許容ストロークやアクチュエータの最大発生力に制約を設け、得られた最適な接触力からアクチュエータの仕様を明らかにした。直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパを設計し、直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパの接触力の目標値に対する追従性能を明らかにし、耐故障性を確保するために制御なしでの衝突安全性能を示した。

Strategy for Future Research Activity

直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパおよび歩行者ダミーを製作する。製作したアクティブバンパの基本性能試験を行い、直列弾性アクチュエータの利点と課題点を明確にし、試験結果によってはアクティブバンパの再設計を行う。歩行者ダミーは頭部と胸部の傷害に着目し、１歳児５０th ％ileを基準として製作する。衝突試験を行うために、人の歩行速度の約1.5倍である時速８km程度を最高速度とする無人搬送車を製作する。アクティブバンパと搬送物を含めた無人搬送車の総質量は１５ kg前後とする。無人搬送車とダミーを用いて衝突安全性能の評価実験を行い、直列弾性アクチュエータを用いたアクティブバンパの有効性を検証する。

Causes of Carryover

アクティブバンパの製作が完了しなかったため物品費が当初計画よりも少なくなった。このため次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に製作するアクティブバンパを搭載した無人搬送車の物品費として使用する予定である。