2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of paddle-type propulsion unit using phase difference
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20K04402
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
李 根浩 宮崎大学, 工学部, 准教授 (60595776)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | エビの遊泳脚 / パドル式推進機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在用いられている主な海底における推進機は、クローラまたは小型プロペラなどが主流である。また、海に住む生き物を模倣した探査ロボットの研究開発も行われている。これらとは異なる本研究では、エビの遊泳脚に注目し、エビの遊泳中の腹肢の動きを応用した推進機を提案する。具体的な制御方針としては、各遊泳脚の運動のタイムラグによる推進力の向上に着目し運動制御を目指す。試作機を用いて動作実験を行うことで有効性を検証する．
上に述べた研究方向性に基づき、令和2年度（1年目）では、パドル式推進方式の利点を生かしつつ、効率性を高める手法についての研究に取り組んだ。エビのパドリングにおける位相差による推進力の向上に着目し運動制御可能なパドル式推進機を開発している。
予備研究として、エビの遊泳脚の動作モデルのように、サーボモータを制御し、動作解析を行って取得した結果を視覚化（グラフ化）した。その結果、各モータの回転角間に位相差をつけて動作させることが可能であることが確認できた。
予備研究の知見と結果から、探査ロボットの推進機として利用可能を目指して、研究の第一段階として，エビの遊泳脚のはたらきに着目した。そして推進機として活用可能なパドル式の運動モデルを案出し、このモデルから推進機を開発した。推進機に基づいた試作機を用いて、二次元平面上で前進・方向転換といった一連の動作制御を行い、有効性の評価を行った。また、提案するパドル式推進機の運動性の検証のために、二次元運動の軌跡の解析と位相差による推進力への影響の検証実験を行った。その結果、本推進機が一定の運動性能をもつことが確認できた。このことから水中ロボットの推進機としての活用が可能であると判断した。さらに、エビの遊泳運動における位相差が推進力を増加させることが明らかになった。
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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
パドル式推進機について運動式の導出から、試作機による動作実験により本推進機の運動制御が可能であることが確認できた。さらに、エビの遊泳運動を数理的に解析した位相差をパドル式推進機に用いることで通常時より、大きな推進力が得られることが検証実験を通して明らかにできた。このことより、提案する推進機が通常のパドル式推進機より推進能力が優れており、ロボットの移動装置として利用できると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年次に得られたデータに基づき、水中ロボットにおける推進本機の部品について寸法、形状を決定する。推進本機を開発し、実際に前進、旋回、後退、といった一連の動作を制御することで、水中ロボットの推進本機として動作制御の有効性を検証する。推進本機の開発は、３つの段階に分けて行う。
① 第一の推進本機は完成後、水に入れない状態で推進本機が動作するか動作実験をする。
② 第二の推進本機では、水上用の浮きを備えつけ、水面に浮いた状態で動作実験をする。これによって推進本機が水中で実際に推進力を生み出せているか検証する。
③ 第三の推進本機の製作は、推進本機の防水方法を検討してから行う。防水を施した実験機で、水中で前進、後退、方向転換、さらに沈んだり浮かんだりする動作が行えるかの検証実験を行う。
以上の動作実験で得られたデータをまとめる。必要があれば逐次改良し、水中ロボットの推進本機としての性能向上を目指す。
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