傾斜支持型球駆動式全方向移動装置の開発

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04274
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮本 弘之 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (20336100)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 全方向移動装置 / 球型車輪

Outline of Annual Research Achievements

移動機構は走行安定性が最重要課題の一つであるが、従来の全方向移動機構は走行安定性に問題があった。それに対して申請者は外乱に強く安定した走行が可能な球駆動方式全方向移動機構を開発した。しかし、球を駆動するロータが滑り、高い走行安定性を維持するため、球と駆動ロータを圧接するアイドラの定期 的な調整が必要であった。また、弾力性のある滑り難い材質の駆動ロータは耐久性が低い、という問題があった。そこで本研究では、駆動ロータの弾性に依存し ない全く新しい機構、具体的には、台車の荷重を駆動ロータの圧接力に分散する駆動ロータの配置方法を提案する。本機構が完成すると、弾性が少ない代わりに 耐久性の高い駆動ロータが使え、かつ走行安定性の更なる向上が可能となる。さらに圧接力生成をアイドラに頼らないので、調整やメンテナンスが不要となる。 ミニチュアの試作機で有効性は確認したが、実用化のステージに進むには、人間が搭乗できるサイズの試作機で設計パラメタの最適化を図る必要がある。本研究開発の目標が達成されたあかつきには、全方向移動が可能な搬送台車、電動車椅子、パーソナルモビリティ等の実現に直ちに応用できる。しかし、段差や任 意方向への進行方向変更時に球とロータ間の圧接力が低下し滑りが生じるとモータの動力が球に伝達されにくくなり走行が不安定となる。
令和1年度は、直径20cm球を用いた台車を製作した。令和2年度は、走行時のロータと球の滑りを計測し、滑りの発生がほぼ無いことを確認した。令和3年度は、提案装置のさらなる有効性を示すため、傾斜角度の高い台車を製作した。2台の台車を同じ路面条件で走行させ比較し、ロータ配置が高い台車では走行時の位置ずれが、わずかに大きくなることが分かった。令和4年度では、段差を走行時の外乱とし、負荷を変更して走行性の比較を行い、重心位置制御による段差乗り越え性能向上を確認した。