2015 Fiscal Year Research-status Report
災害探索用球体センサのための球体外殻を持つ歩行ロボットの研究
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26420206
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青木 岳史 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (20397045)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ロボット工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では超弾性ロッドで構成する球体外殻を持つ歩行ロボットの研究開発を行っている．本研究ではこれまでに歩行動作による移動方法の確立と，球体外殻を用いた複合移動の実現，跳躍動作による移動の実現を目指して，3台の試作機の開発を進めてきた．試作を進めているQRoSS IIとIVは球体外殻を用いた回転移動の検証を目的とし，QRoSS IIIは跳躍動作の検証を目的としている．
QRoSS IIは球体外殻を効果的に利用した移動方法として，球体外殻の外部へ出した対向する2脚を無限回転させる事によって地面からの反トルクを用いて球体外殻を連続的に回転させ移動を実現した．しかし球体外殻が構造上の問題で楕円に変形してしまうため，回転速度が一定せず周期的に加減速を繰り返してしまった．また球体外殻内での重心位置が偏心していたため，その影響による加減速も加わって地面に押し付けた足先が浮いてしまう現象が発生した．この問題点を解決するために脚の格納方法の見直しと，球体外殻の回転速度を一定とする制御法の実装を行い，足先の地面からの浮き上がりを最小限に抑えた．そして足先に受動車輪を付加して球体外殻と2本の脚による旋回動作を実現した．
QRoSS IVはQRoSS IIと異なる脚機構で構成し，脚を連続的に突き出すことによって球体外殻を回転させて複合移動を実現する．これまでに脚の可動範囲の確認を行い，球体外殻の回転角と脚の突き出し量，使用する脚の本数，足先の接地の有無についての検討を行った．また一番シンプルな脚の突き出し動作を実機へ実装し，複合移動が可能であることを確認した．
QRoSS IIIはこれまでに機体の試作と空気圧シリンダの性能実験を行ってきた．空気圧シリンダの性能を十分に引き出し跳躍高さを向上させるために磁石を用いた始動機構を導入し，始動圧力の高圧化を図った．これまでに数種類のシリンダとピストンの試作を行い，動作実験により検証を行っている．
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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
平成27年度は，球体外殻を用いた回転移動を行うQRoSS IIとIV，跳躍動作による移動を行うIIIの開発をそれぞれ進めた．これまでの進捗状況として各機体のハードウェアの基本的な試作は終了したので，センサシステムと動作計画の構築を進めている．現在は試作したハードウェアの改良と並行して動作に必要な制御システムの構築と基本動作の検証試験を行っている．平成27年度までの進捗状況としては，平均すると申請時の計画全体の70%が達成できており，進捗は順調であると考える．しかし当初計画していた姿勢センサと脚先に搭載する力覚センサの開発が遅れており，未知の不整地環境での機体姿勢の推定がまだできていない．進捗が遅れた原因としては，力覚センサを搭載する予定であったQRoSS IIを用いて回転移動時の旋回動作の実現を優先させたため，回転移動専用の脚先機構を試作し，動作実験を先行して行ったためであった．旋回動作の実現が成功したため，今後は力覚センサの導入に注力したいと考える．
また跳躍動作のために開発していたQRoSS IIIへ搭載する空圧シリンダの開発が遅れている．これまでにピストンの直径とシリンダの組み合わせと，マグネットとヨーク材の組み合わせを試しているが，機体内に組み込める最適な組み合わせがまだ見つかっていない．空圧シリンダは跳躍動作の実現に不可欠な要素なので，早い段階で完成させたいと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
QRoSS IIはこれまでに旋回動作を伴う回転移動を実現できている．しかし専用の車輪付き足先を用いての実現であり，また球体外殻の楕円断面への変形が残ってしまっているためスムーズな移動とはなっていない．そこで，これまでの動作実験から得た知見を基に歩行の回転移動の両動作で使用可能な足先を開発すると共に，球体外殻の変形を最少限に抑える外殻変形機構の試作と導入を行う予定である．これによりスムーズな回転移動が実現できると考える．さらに，これまで行ってこなかった球体外殻を接地点として用いて歩行動作を行う複合動作の検討を本格的に進める予定である．そして不整地環境での歩行による移動性能を定量的に評価したいと考える．
QRoSS IVはこれまでに起き上がり動作と基本的に歩容による移動を動作実験より確認した．今後は球体外殻内に格納した脚を連続的に外殻から突き出して行う回転移動を実現したいと考える．これまでに突き出す脚の本数と球体外殻の回転角の検討を行ってきたので，今後は動作実験を行いながら最適な突き出しのタイミングと本数を導きたいと考える．また突き出しのタイミングを確定するためには球体外殻の回転角を検出する姿勢センサの導入が必要不可欠であるため，併せて開発を進める予定である．
QRoSS IIIは空気圧シリンダの開発と並行して，跳躍準備姿勢の検討を行ってきた．これまでに脚機構の逆運動学を解いて，平面上で球体外殻と脚によって取りうる方向と角度の範囲を求める所までを完了させた．今後は不整地環境で正確な跳躍準備姿勢が取れるようにするために，姿勢センサによる状態のフィードバックを実装し，脚の接地点の環境に依らない跳躍準備姿勢の実現を試みる予定である．
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