2020 Fiscal Year Annual Research Report
Extensive Systematization of Omnidirectional Driving System based on Super-Transformable Mechanism
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19H02101
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
多田隈 理一郎 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (50520813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多田隈 建二郎 東北大学, タフ・サイバーフィジカルAI研究センター, 准教授 (30508833)
戸森 央貴 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (30783881)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 繊毛振動型移動機構 / 超複合起歪機構 / 全方向駆動システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、超複合起歪機構として、それぞれ個別に無線通信に対応したマイコンを内蔵した駆動ユニットを製作し、それらを弾性体で直列に連結することで、蛇のような多節構造を構成して、配管内部のような狭隘空間を移動出来るシステムを構成した。この無線マイコンを内蔵した駆動ユニットは、それぞれが超複合起歪機構としての繊毛を有しており、それ単体でも、配管内部を移動することが可能であるが、それらを連結すると、それぞれの推力を合成して、より強力な推進力により、安定した移動が可能になるものである。
これにより、狭隘空間を移動するために必要な推力に応じて、２個以上の駆動ユニットを連結して、移動する環境に最適な構成の移動ロボットを運用することが可能となった。
さらに、繊毛振動型移動機構に、ネオジム磁石とホールセンサとの組み合わせによる回転型エンコーダと、加速度センサ・ジャイロセンサを内蔵し、それらのセンサからの出力信号により、ロボット自身が、自分の姿勢と、移動した距離、および狭隘空間の三次元的な地図情報をリアルタイムに取得することが可能となった。これにより、繊毛振動型移動機構が移動しながら、配管内部の三次元地図情報を作成してゆくことが可能となり、水道管などのメンテナンスロボットとして運用するための基礎的な機能を実現することができた。
もし、万が一、配管内部のような狭隘空間で、ロボットが障害物などに移動を阻まれて、出発地点まで戻れなくなった場合に備えて、ニクロム線で、超複合起歪機構としての繊毛などを有する被覆を焼き切ることで、自らの体を小さくした上で、内部の電子機器部分のみを、電源供給用のケーブルなどを引っ張ったりして回収することを可能とし、狭隘空間を塞いだり、環境に負荷を与えたりすることなく、狭隘空間の探査用移動ロボットとして運用することを可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超複合起歪機構としての繊毛振動型移動ロボットを、実際の配管探査に利用可能な程度にまで完成度を高めつつ改良するのみならず、その繊毛の方向を自在に制御して全方向に駆動することを可能とする機構を、物体の搬送にも使用可能な、汎用的な「全方向駆動システム」として開発した点などから、当初の計画以上に研究が進展していると言える。
また、ネオジム磁石とホールセンサの組み合わせによる磁気センサも、回転型エンコーダとしての用途のみならず、超複合起歪機構の姿勢を読み取る内界センサとしての「曲げセンサ」として使用可能な構成でも開発を進めており、これにより実現する超複合起歪機構の固有受容感覚を利用して、より高精度の三次元地図情報を、配管内部などの狭隘空間において作成することが可能となり、さらに、万が一狭隘空間内部で繊毛振動型移動ロボットが引っ掛かったような場合でも、ニクロム線の熱でロボットの体が自壊することで、環境に負荷をかけず回収されることを可能にした点も、「当初の計画以上に研究が進展している」と判断できる根拠である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、繊毛の形状や剛性を、物理シミュレーションソフトウェアで解析しつつ、実際に製作した超複合起歪機構としての繊毛振動型移動ロボットの移動実験の定量的な結果と比較し、効率良く改良を進めつつ、エネルギー効率の高い全方向駆動システムを構築してゆくことが挙げられる。
狭隘空間の移動に用途を限ることなく、対人親和性の高い物体搬送装置などの用途も開拓し、繊毛の振動に用いるアクチュエータにも複数の方式を試してみることにより、用途に応じて、最適な構成が可能な、汎用性の高い超複合起歪機構および全方向駆動システムを製作してゆく。
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