2022 Fiscal Year Annual Research Report
Discrete Differential Geometry Approach to Kinematics and Shape Feedback Control for Surface Robots
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21K14127
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
岩本 憲泰 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (30778816)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 曲面形状ロボット / ソフトロボット / 運動学理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は（B-2）S-isothermic曲面形状ロボットの改良（A-2）平面内における等角変形の実現（B-3）3次元空間内における等角変形の実現，を計画していた．
（B-2）アクチュエータを4x4に並べたロボットを改良し，5x5のロボットを製作した．また，空気圧駆動装置を拡張した．
（A-2）一次分数変換の係数部分をコンフィグレーションパラメータとし，Levenberg-Marquardt法に基づいた逆運動学アルゴリズムを構築した．このアルゴリズムではロボット上の点が目標点に一致するようなアクチュエータ半径を求める．また，アクチュエータ半径と制御する内圧の変換則を実験的に算出した．それにより，ある軌道に沿ってロボット上の点位置を制御することが可能となった．一方でフィードバック制御については，計画していた方法では実現できなかったため，導電性伸縮センサをアクチュエータ上に貼り，アクチュエータ半径の推定する方針に切り替えた．本年度では伸縮センサの抵抗値から半径の値を算出することが可能であることを示した．
（B-3）過去に開発した目標曲面からアクチュエータ半径を算出するアルゴリズム，アクチュエータ半径と制御する内圧の変換則を用いてロボットを変形させたものの，等角な変形を実現できたかは，より調査が必要であるという結論に至った．
研究を進めるうちに，区分的に平均曲率一定な曲面モデルを考案できた．本モデル内の平均曲率一定な回転面を剱持方程式で表現することで，順運動学と逆運動学を構築できた．それに伴い，平均曲率一定な回転面を表現するアクチュエータや，本モデルを適用できる，円柱状の屈曲アクチュエータと布で構成したロボット，それをヒレに有するエイ型ロボットを開発した．円柱状の屈曲アクチュエータでは，その曲率に基づいてフィードバック制御則を考えると，制御則は平均曲率流に一致することがわかった．
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