2013 Fiscal Year Research-status Report
車両搭載型クレーン間のテザー懸垂による空間移動装置を用いた広域作業システムの構築
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25820081
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
程島 竜一 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10432006)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | テザードロボット / 広域作業システム / 負のエネルギー / 群ロボット / 協調走行制御 |
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| Research Abstract |
本研究では，申請者がこれまでに研究を重ねてきたテザー連結型ロボットの研究を発展させ，並走する2機の走行車両の間に2本のテザーをループ状に架け渡し，そのテザーにより往復運動を行う懸垂装置を用いた広域作業システムを開発している．提案するシステムは作業空間に制限がなく，また作業環境により移動性能またはエネルギ効率を重視した駆動系を選択できるシステムである．
本年度は，まずテザーシステムの動力学解析および懸垂装置の運動軌道の検討を行った．まず提案するテザーシステムがパラレルテザーシステムであることを考慮し，比較的導出が容易な逆運動学と逆動力学の解析を行った．また最も基本的な運動であることと運動を観測しやすいことから単振動を基にして，懸垂装置の運動軌道を検討した．外乱によるテザー平面外への運動は基礎的な検討のみに止まったが，車両の運動を工夫することにより外乱による運動を抑制できることを確認した．この外乱による運動については，次年度以降も引き続き検討する．懸垂装置の安定作業領域やエネルギ消費量に関しても検討した運動軌道に基づいて評価を行った．
次にスケールモデルを新たに開発して，テザーシステムの予備的な知見を得るための検証を行った．スケールモデルを用いて事前に検討した動力学や運動軌道を検証し，また次年度以降で開発する試作システムの設計に関する指針を立てた．
最後に懸垂装置の駆動手法について，ヤコビ行列の逐次同定およびテザー張力に基づく位置制御手法を検討していたが，力計測の際のノイズや計算誤差の蓄積が無視できない水準になることが予想できたので，テザー放出角度の多点計測による方法も同時に検討し，良好な結果が得られた方法を採用することにした．
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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
申請した研究計画の内，全ての項目で基本的な成果が得られたと考えており，当初の目標の8割程度を達成できたと考えている．
「テザーおよび車両・懸垂装置が混在する系の動力学解析と運動軌道の計画」については，導入したテザーシステムがパラレルテザーシステムであることを考慮して，まず逆運動学や逆動力学を解析してシミュレーションを行い，システムの運動特性を検討した．運動軌道についても最も基本的な運動の一つである単振動を基にして運動軌道を計画した．また実際にスケールモデルを作成し簡単な予備実験を行うことにより，これらの検討結果とその妥当性を検証した．一方で，外乱による懸垂装置の運動については基礎的な解析を行うのみに止まった．これは，複数のテザーによる懸垂装置の運動の複雑さおよび車両の走行制御システムが密接に関係しているため，解析モデルの確立や定式化に時間を要したためである．しかしながら車両の走行制御を工夫することで，この運動を抑制できることは確認できた．そしてスケールモデルを用いた実験により，動力学解析の検証だけでなく次年度以降で開発する試作システムに関する基礎的な知見を得て，設計方針を決定した．
「テザー張力や姿勢情報に基づくテザー懸垂装置の駆動手法の開発」については，ヤコビ行列の逐次同定やテザー張力に基づく位置制御手法を検討していたが，力計測の際の計測値のノイズや計測のリアルタイム性，ヤコビ行列の逐次計算の際の誤差累積が無視できない水準になることが検討している内に予想できた．そこで，テザーの放出角度の多点計測により作業機の位置を導出する方法も検討することにした．この方法であれば，作業機とテザーを放出する柱との相対姿勢を計測するのみであるので比較的容易に位置情報が取得できると考えたからである．実際には二つの方式を試行し，良好な結果が得られた方法を採用する．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までは概ね計画通りに研究を進められているので，基本的には申請した計画に基づいて推進していくことを考えている．
なお今年度の研究で基本的な検討に止まった外乱によるテザー平面外への運動の解析やテザー懸垂装置の駆動法の開発については，引き続き次年度も行っていくこととした．これに加えシステムの性能を向上させるために，単振動に基づいた運動軌道以外の運動軌道についても検討していく予定である．
次年度にて行う「テザーシステムの開発」については，まず予算額を考慮し市販のラジコン模型自動車を改造することで走行車両を安価に開発することにした．これに合わせウィンチ機構やワイヤ張力測定装置，クレーンなどを開発するよう適宜計画を修正し，研究を進めていくこととする．
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Research Products
(1 results)
