2018 Fiscal Year Research-status Report

Development of underground drone for tailings dam investigation

Research Project

Project/Area Number	18K18872
Research Institution	Akita University
Principal Investigator	川村洋平秋田大学, 国際資源学研究科, 教授 (40361323)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊達央筑波大学, システム情報系, 准教授 (50531985) 澁谷長史筑波大学, システム情報系, 助教 (90582776)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2021-03-31
Keywords	掘削 / 地中ドローン / ヘビ型推進機構 / 2重反転ドリル
Outline of Annual Research Achievements	本申請課題は、採鉱活動の副産物となる“ずり”の貯蔵場である“テーリングダム”の内部を調査可能な地中ドローンを開発するものである。地中（粒状物質中）を自在に移動可能な地中ドローンは世界的にも見られない。抵抗の非常に大きい粒状物質中を移動できる地中ドローンの実現のために求められるコア技術は、革新的な掘削機構・推進機構およびその小型化である。本申請課題2つのコア技術を組み合わせることで、粒状物質中を自在に動き回り、必要な情報を収集することが可能となる地中ドローンを提案する。掘削機構の開発では“ドリルビット形状の開発”を執り行った。現在のドリルビットは土用と砂用が共用であり、砂に対して最適な形状とは言い難い。粘性のない砂では、よりプロペラに近い形状が望まれ、また、ドリル自体からの推進力も期待できる。そこで、平成30年度は一般的な文献による知識から砂用ドリルビット形状を算出し、3Dプリンタで作製、評価した。また、計算結果と合わせて、金属製のドリルビットを作製した。推進機構では2次元運動ヘビ型推進機構つまりサーボモータを直列に連結した多関節駆動装置を設計し、プロトタイプを製作した。最大トルク4.8Nmの5つのサーボモータを関節とした。間接　ピッチ・ヨー2自由度を持つ関節ユニットを開発した際、主体的な動きと補助的な動きを明確にモデリングすることにより、関節モーターの要求トルクに制限を設けた。反力の強い土に対してはコンサーティーナ（アコーディオン）運動を、流体のような挙動を示す砂に対しては蛇行運動を実現できるよう、制御装置を設計した。また、コンサーティーナ運動の際に、より強い反力を得るよう、アンカリング機構を追加で設けた。蛇行運動においてはサーペノイド曲線をその運動の支配的な運動原理とした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ヘビ型推進機構に関して、2次元運動ではあるが当初予定よりも早くプロトタイプの製作に至った。2年目からは各種検証実験に移行できる状態に到達した。チーム間の連携は非常にスムーズであり、互いの得意分野での貢献が十分になされている。
Strategy for Future Research Activity	掘削部およびヘビ型推進機構部のプロトタイプに対し、それぞれ独立で性能検証試験を行い、問題点を見つけ出す。また、要求性能に対してプロトタイプの性能を近づける。一定の検証結果を得た後に、掘削部およびヘビ型推進機構部を接続し、一体型のプロトタイプを製作する。その後は、土槽、砂槽および水槽にて掘削および移動実験を重ねていく。平成30年度の研究遂行において、シミュレータの有効性の低さが確認された。そちらの開発に注力するよりも、実機での実証試験が重要であると判断している。
Causes of Carryover	シミュレータ開発の計画に遅れが生じている。31年度に繰り越し分を本来の目的のために使用するためには次年度使用が望ましいと判断いたしました。