2020 Fiscal Year Research-status Report
可変コンプライアンスによる適応クローラロボットのリアルタイム環境適応能力発現
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20K04369
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
奥川 雅之 愛知工業大学, 工学部, 教授 (50290747)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 哲也 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 准教授 (70273802)
大金 一二 新潟工科大学, 工学部, 准教授 (70255230)
衣笠 哲也 岡山理科大学, 工学部, 教授 (20321474)
大坪 義一 近畿大学, 理工学部, 准教授 (90257973)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 移動ロボット / 不整地走破 / 対地適応性 / 環境適応 / 移動知 / コンプライアンス / ダイナミクス / 標準試験法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，サブクローラ回転ジョイント駆動系に対して可変コンプライアンス制御系を実装することにより，種々の走破／踏破環境に対するリアルタイム環境適応能力の発現を目指し，(1) 種々の走破対象（階段，濠／溝）に対するコンプライアンス性の影響に対する考察，(2) 可変コンプライアンス制御によるリアルタイム環境適応能力の発現，(3) 操縦者に優しいロボットの実現（レスキュー隊員や点検作業者による評価実験の実施）を研究課題としている．
本研究では，モータでサブクローラ回転ジョイントを制御可能な能動適応クローラロボットに対して，生物が有するリアルタイム環境適応能力（移動知）の発現方法として，ロボットと踏破対象路面との相互作用に注目したサブクローラ回転ジョイントのコンプライアンス制御の導入を提案している．令和2年度は，ロボットと踏破対象路面間で生じるモーメント関係を定式化することにより，最適なサブクローラ角度の存在を示した．研究成果を整理し，令和2年12月17日及び18日にオンラインにて開催された第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会にて論文発表を行った（論文タイトル「サブクサブクローラを有するクローラロボットにおける踏破環境とのインタラクション」）．関連分野の研究者と意見交換をするとともに，関連発表を聴講し，最新動向の調査を行った．
また，提案手法を検証するための試験評価用クローラロボットを設計し．全長約60cm，全幅40cm程度の前方左右2本のサブクローラを有するクローラロボットを製作した．サブクローラの駆動には，バックドライバビリティに優れたモータを採用し，機械的なパッシビティを有するとともに，電気的にそのコンプライアンス特性の変更を可能にした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の要となるサブクローラを有する移動ロボットの不整地走破時における踏破対象路面との力学的な相互作用を考察し定式化することにより，障害物に接触後，ロボット本体を持ち上げる動作に移行する際，最適なサブクローラ角度の存在を定量的に示すことができた．また，サブクローラ部回転ジョイントに関するコンプライアンス制御系設計手法として，状態フィードバック制御における極配置問題に帰着させ，希望するコンプライアンス（固有振動数）を規範モデルとして設定し，フィードバックゲインを設計した．数値計算により得られた制御系に対して基本的な制御特性を確認することができた．
一方で，提案手法を検証するために必要となる評価試験用ロボットの設計製作を行った．一部未完成な部分があるが，概ね設計通りに組み立てることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は，前年度の成果をもとに，制御系設計手法を確立するとともに，評価試験用ロボットに提案手法による制御系を実装し，検証評価実験を行い，定量的に提案手法の有効性を評価する．具体的な内容を以下に示す．
(1) 評価試験用ロボットの動作確認：前年度製作した評価試験用ロボットに制御用コンピュータなど搭載し，サブクローラ回転ジョイントに関する伝達特性のパラメータ同定を行うとともに，制御系の実装及び各状態量の測定を行う．
(2) 最適コンプライアンスを考慮した不整地走破制御系設計：前年度の成果として得られた最適サブクローラ角度に対して，サブクローラ回転ジョイントの回転剛性を丸棒のねじり剛性として考え，障害物接触時に発生するモーメントによるねじり角とサブクローラの角度が固定される回転拘束角度に関する定式化を試みる．その結果，棒のねじり振動系に帰着できることから，最適なサブクローラ回転拘束角度をねじり剛性及び固有振動数として数値化できるものと考えている．評価試験用ロボットに対して，提案する制御系設計手法の適用を試み検証を行う．
(3) 可変コンプライアンス制御系実装環境の構築：実装する制御系に関して，操作用コンピュータから動的にフィードバックゲインを変更できるように環境構築を行う．
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| Causes of Carryover |
本年度，使用額が生じた理由は，新型コロナウイルス感染症拡大防止のため諸学会講演会及び国際会議がオンライン化となったため，旅費の支出がなかったためである．
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