High mobility control of a unmanned two-wheel robot using a weight shifting device by CMG

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04061
• Research Institution: Kushiro National College of Technology
• Principal Investigator: 小谷 斉之 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (10804502)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大内 茂人 早稲田大学, 理工学術院, 客員上級研究員(研究院客員教授) (20287030) ; 稲葉 毅 東海大学, 情報理工学部, 教授 (90242271)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: モーションコントロール / 非線形制御 / コントロールモーメントジャイロ

Outline of Annual Research Achievements

本事業では，ＣＭＧを疑似荷重移動装置として応用した高機動機能を有するＣＭＧ搭載型無人二輪車の制御系設計を行い，さらに災害現場等の危険領域探査や遠隔地への自律搬送への利用も考慮するために外界センサ測定による周囲環境に応じた自律走行制御についても模索を行った。
二輪バイクの走行では本来バイクに乗った人間が適切なタイミングで荷重移動とステアリング操作を行うことによって直進走行および旋回走行を実現している。しかし，本事業が提案する無人状態における活用を考えているバイクでは荷重移動を行う人間がいないため，特にバイクを傾けながら旋回するような走行を行うことができない。そこで，独自に力を発生させることができるＣＭＧを用いた疑似荷重運動を行うことによって車体のバンク動作をさせながら滑らかな旋回走行を実現する。このとき，目標とする曲線軌道の追従や障害物回避のために適切なタイミングで疑似荷重運動を図れるように，走行可能な領域と回避すべき障害物を事前に把握するための周囲環境測定を行う必要がある。
当初の研究計画では，ステレオカメラを用いた周囲環境測定を予定していたが，膨大なデータ容量管理と構築に時間がかかるステレオカメラ方式での実現が困難となったため，扱う情報量を落としたレーザー測域センサ方式を用いた方法を模索した。しかし，今回無人バイクに搭載した２Ｄ－ＬｉＤＡＲでは情報量が足りず，高軌道運転を実現できる十分な周囲環境測定をすることができなかったため，周囲環境測定に基づいた自律運転を無人二輪車へ実現するに至らなかった。このため本事業の成果は，ＣＭＧ荷重移動装置を利用して旋回走行を実現するハイモビリティ制御までの報告であり，自律運転機能も備えた無人二輪ロボットに対する国内外の研究報告は行えていない状況である。