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軟弱狭隘空間で超安定走破性を実現する全方向面状クローラ機構の研究

Research Project

Project/Area Number 17J02818
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

髙根 英里  東北大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords機構設計 / 全方向 / 移動機構 / 災害対応ロボット / クローラ機構
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は「面状全方向クローラ機構」の具現化と設計・制御手法の確立である.面状全方向クローラ機構は面で接地することにより,受圧面積を大きく確保し荷重分散が容易であるため,軟弱地で重量物可搬が可能となる.さらに全方向移動により狭隘地での移動可能であるため,災害対応ロボットに適すると考える.これまでにラックチェーンを用いた2つのアクチュエータのみの駆動方式を考案し,小径履帯を複数配置した面状全方向クローラ移動体の設計・試作,実機実験を行い,駆動方式の原理の有効性を示した.さらに,旋回を可能とする左右2ユニット履帯構成のクローラを具現化し,旋回に対して並進は路面乱動性が小さい利点を示した.
本年度の研究計画は次の3つであった.ラックチェーン機構の入出力の関係を導出し,制御手法の確立をする.さらに,走行性能と設計寸法の関係式を確立する.また,無限軌道上の回転体に動力伝達する機構を拡張・発展させる.
それに対し本年度では,非対称差動方式の入出力の変換式を用いた並進の制御方法をまとめた.実機実験を通して進行方向の誤差を計測することにより,制御手法の有効性を確認した.本試作機は,平均2.7度の誤差で目標角度へ並進走行することが確認された.また様々な屋外不整地での全方位走行を実現した.
さらに,段差踏破性能の異方性を立式化し,踏破可能な最大段差高さを導出した.左右2ユニット履帯構成では踏破可能な段差高さに進行方向に伴った異方性がある.この進行方向に対する段差踏破性能の異方性を,クローラの断面図を用いて,幾何学的な観点から明らかにした.その計算結果では,前方向53mm,側方向42mm,進行方向52度の時98mmの段差高さを裏返しに転倒せずに踏破できることが明らかとなった.
また,動力伝達機構の拡張として,ヨー軸だけでなくピッチ・ロール軸を出力軸にもつことが可能なラックチェーン機構の開発を行った.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Planar Omnidirectional Crawler Mobile Mechanism -Development of Actual Mechanical Prototype and Basic Experiments-2017

    • Author(s)
      Kenjiro Tadakuma*, Eri Takane*, Masahiro Fujita, Hirone Komatsu, Akito Nomura, Masashi Konyo and Satoshi Tadokoro, (*These authors contributed equally to this work. )
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 3 Pages: 395-402

    • DOI

      10.1109/lra.2017.2739101

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 面状全方向クローラ機構 ― 第9報:方向切替進行時の路面乱動抑制効果 ―2019

    • Author(s)
      髙根英里,清水杜織,林聡輔,渡辺将広,多田隈建二郎,鏡慎吾,永谷圭司,昆陽雅司,田所諭
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Basic Performance of Planar Omnidirectional Crawler during Direction Switching using Disturbance Degree of Ground Evaluation Method2019

    • Author(s)
      Eri Takane, Kenjiro TADAKUMA, Tori SHIMIZU, Sosuke HAYASHI, Masahiro WATANABE, Shingo KAGAMI, Keiji NAGATANI, Masashi KONYO, and Satoshi TADOKORO
    • Organizer
      2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スクリュー式差動回転機構を活用した関節・腕メカニズム ―2入力2出力の伝達構造の観点からの駆動方法―2018

    • Author(s)
      髙根英里
    • Organizer
      第62回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI’18)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 面状全方向クローラ機構 ― 第8報:テーパ状履帯版における段差・雪上走行実験 および左右2ユニット履帯構成 ―2018

    • Author(s)
      髙根英里
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Planar Omnidirectional Crawler Mobile Mechanism -Development of Actual Mechanical Prototype and Basic Experiments-2017

    • Author(s)
      Eri TAKANE
    • Organizer
      2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 面状全方向クローラ機構 -第7報:側方向踏破性能向上のための履帯脱離低減機構・テーパ状履帯構造の具現化-2017

    • Author(s)
      髙根英里
    • Organizer
      第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 面状全方向クローラ移動機構 ―第 6 報:自立走行試験および走行面への荷重分散についての計測―2017

    • Author(s)
      髙根英里
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] Eri Takane

    • URL

      https://takane4869.wordpress.com/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] Eri TAKANE

    • URL

      https://takane4869.wordpress.com/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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