惑星探査ロボットの走行性能評価のためのPEPTによる紛体三次元解析

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360352
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: 桑木 賢也 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (80302917)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 衣笠 哲也 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (20321474)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 宇宙利用・探査 / 粉体工学 / 混相流 / ロボティクス / 可視化 / テラメカニクス

Research Abstract

月や火星などの天体は非常に細かい砂礫で構成された表面を持つため、ローバーの効率的な移動のためにはローバーと砂礫との力学(テラメカニクス)が重要となる。本研究では粉体解析に用いられるPEPT(Positron Emission Particle Tracking)を導入することでこれまで不可能であった砂礫粒子の3次元運動の可視化を実現し、DEM解析を併用することで惑星探査ローバーの車輪や履帯と砂礫地盤との相互作用の三次元的かつ動的な解析手法の確立を目指している。
本年度はまず、惑星探査ローバーホイールテストヘッド装置の製作を行い、PEPT実験を行うイギリス・バーミンガム大学に搬送し、3月にほぼ1ヶ月間、集中的に実験を行った。これらは当初の予定通り実施した。
実験は舵角、滑り率を変化させ行い、それぞれの条件でトレーサー粒子を様々な位置に配置し行った。実験の結果、三次元的な粒子軌跡を得ることに成功した。砂礫地盤内の勇断面付近で砂礫がどのような運動をしているのか可視化することは、車両の牽引力がどのようなメカニズムで発生しているのか詳細に明らかにすることにつながるため、本研究で得られた情報は非常に意義深いものと考えられる。また、トレーサー粒子とホイールの位置関係を明らかにするため、ホイール取り付け部分にもトレーサー粒子を貼り付け、同時測定し、データ解析時に2つの位置情報を分離することにも成功した。それぞれの軌跡は、ホイールの動きによる砂層の考えられる運動を表しており、妥当なデータが得られたと考えている。本研究で得られて三次元的な粒子軌跡は調査した範囲内ではこれまで世界的に得られておらず、PEPTによる可視化が非常に効果的な手法であることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

PEPTによる実験データがほぼ予定した通り得られており、当初の予定通り研究は進んでいるものと考える。
なお、PEPTによる実験が初年度末の3月に行い、それに向けて装置の製作、搬送などを行う計画であったため、初年度は本研究に関する研究発表は行っていない。

Strategy for Future Research Activity

初年度に得られた実験データを整理し、解析を行った上で学会発表を行う。また、8月末から9月上旬にかけて再度イギリス・バーミンガム大学にてPEPTによる実験を行う。今回はさらに多くのパラメータについて粒子軌跡を得るとともに、粒子の初期位置の精度を増す検討を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当該助成金はPEPT施設使用料としてバーミンガム大学に支払う予定で計上していたものである。実験が年度末の3月に行い、バーミンガム大学からの支払い請求が3月末までに行われなかったため、繰越を行ったものである。翌年度に支払う予定である。