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惑星探査ローバーのダイナミクスと走行制御

研究課題

研究課題/領域番号 10044113
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関東北大学

研究代表者

吉田 和哉  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00191578)

研究分担者 DUBOWOKY Ste  マサチューセッツ工科大学, 機械工学科, 教授
SHILLER Zvi  カリフォルニア大学, ロサンゼルス校・機械および航空工学科, 助教授
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
4,600千円 (直接経費: 4,600千円)
2000年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
1999年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1998年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワード月・惑星探査 / 不整地走行 / Rocker-Bogieサスペンション / 走行力学 / ダイナミクスシミュレーション / トラクションコントロール / 6輪型ローバー / Rocker-Bogieシステム / Rocher-Bogieシステム / 自然地形モデリング / 走行経路計画
研究概要

本研究では,月・惑星表面上に送り込まれる無人探査ローバーが,石や砂で覆われた自然地形を踏破し,ミッションを達成するための走行力学と制御法を明らかにすることを目的としている.米国ではNASAの主導のもと,火星探査計画が進行している.一方,日本では,宇宙科学研究所およびNASDAとの共同により月面探査計画が進められている.
本研究では特に,(1)ローバーの走行シミュレーションを可能とするための力学的定式化,(2)6輪型ローバーテストベッドを用いた実験検証および実験データ解析に基づく走行力学モデルの確立および,(3)以上の知見を応用し,不整地環境における安定した走行制御法の検討,を重点的におこなった.
まず,力学的定式化においては,The SpaceDynと名付けた汎用多体系ダイナミクスシミュレーション環境を開発・拡張し,ローバーの走行力学をシミュレートする環境を整えた.米国の火星探査計画で用いられている6輪型ローバーは,Rocker-Bogieシステムと呼ばれるリンク機構を用いた特殊なサスペンションを採用しているが,その不整地踏破の挙動を的確にシミュレーションすることができるようになった.次いで6輪型ローバーのテストベッドを開発し,砂地,岩れき地などの自然地形における走行性能を確認した.特に砂地では,登坂時などに走行抵抗が増大すると車輪のすべり率(の絶対値)が増大し,牽引力を失い,最終的には空転状態となる様子が観察された.計測結果に基づき,この際のすべり率-牽引力の関係を推定し,数値シミュレーションに用いることにより,観察された現象を再現することができた.
以上の解析結果をもとに,車輪の空転やスタックを生じにくい走行制御法を検討し,各軸への荷重の均等配分あるいは,荷重が均等でない場合には,トルクの傾斜配分を考慮した走行制御を行うことにより,走行性能が向上するを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (29件)

  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "Dynamic Simulation of an Articulated off-Road Vehicle"AIAA Modeling & Simulation Technology Conference. AIAA98-4362. 1-5 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉田和哉: "The Space Dyn:ダイナミクス計算のためのMATLABツールボックス"計測と制御. 38・2. 138-143 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The Space Dyn : a MATLAB Toolbox for Space and Mobile Robots"Proc.of 1999 IEEE/RSJ Int.Conf.on Infellizant Robots and Systems. Vol.3. 1633-1638 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉田和哉: "タイヤモデルを考慮した連接ローバーの運動シミュレーション"ロボティクス・メカトロニクス講演会'99講演論文集. IPI-06・046. 1-2 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉田和哉: "惑星探査ローバーの不整地走行ダイナミクスの検討"第18回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 第1分冊. 39-40 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉田和哉: "車輪移動ロボットの経路変更マヌーバにおける動的安定性の考察"第18回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 第3分冊. 1141-1142 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "Motion Dynamics Simulation of Exploration Robots"2000 ISAS 10th Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. 330-333 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "H_2O Ice Exploration with a Robotic System"2000 ISAS 10th Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. 334-335 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The Space Dyn : a MAILAB Toolbox for Space and Mobile Robots"Journal of Robotics and Mechatronics. Vol.12 No.4. 411-416 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "Motion Dynamics of Exploration Rovers on Natural Terrain : Experiments and Simulations"Proceedings of the Field and Service Robotics 2001. (印刷中).

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "Dynamics Simulation of an Articulated Off-Road Vehicle"AIAA Modeling & Simulation Technology Conference. AIAA98-4326. 1-5 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The SpaceDyn : a MATLAB Tool box for Space Mobile Robots (in Japanese)"Journal of SICE. Vol.38, No.2. 138-143 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The SpaceDyn : a MATLAB Tool box for Space Mobile Robots"Proc. of 1999 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems. Vol.3. 1633-1638 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "Dynamic Simulation of a Segmented Rover with Tire Traction Model"Proc. ROBOMEC99. 1P1-06-046(in Japanese). 1-2 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "Motion Dynamics of Planetary Exploration Rovers on Uneven Terrain"Proc. 18^<th> Annual Conf. of RSJ. Vol.1(in Japanese). 39-40 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "The Study of Dynamic Stability at Lane Change Manuver of Wheel Robot"Proc. 18^<th> Annual Conf. of RSJ. Vol.3(in Japanese). 1141-1142 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "Motion Dynamics Simulation of Exploration Robots"2000 ISAS 10^<th> Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. 330-333 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "H2O Ice Exploration with a Robotic System"2000 ISAS 10^<th> Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. 334-335 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The SpaceDyn : a MATLAB Tool box for Space Mobile Robots"Journal of Robotics and Mechatronics. Vol.12, No.4. 411-416 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida et al: "Motion Dynamics of Exploration Rovers on Natural Terrain : Experiments and Simulations"Proc. of the Field and Service Robotics 2001. (to appear). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉田和哉: "惑星探査ローバーの不整地走行ダイナミクスの検討"第18回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 第1分冊. 39-40 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 吉田和哉: "車輪移動ロボットの経路変更マヌーバにおける動的安定性の考察"第18回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 第3分冊. 1141-1142 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "Motion Dynamics Simulation of Exploration Rovers"2000 ISAS 10th workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. C10,1-4 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "H_2O Ice Exploration with a Robotic System"2000 ISAS 10th workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. C11,1-2 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 吉田 和哉: "The Space Dyn: ダイナミクス計算のための MATLAB ツールボックス"計測と制御. 38・2. 138-143 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "The Space Dyn:aMATLAB Tool box for Space and Mobile Robots"Proc.of 1999IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems. Vol.3. 1633-1638 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 吉田 和哉: "タイヤモデルを考慮した連接ローバーの運動シミュレーション"ロボティクス・メカトロニクス講演会'99講演論文集. IPI-06-046. 1-2 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuya Yoshida: "Dynamic Simulation of an Articulated Off-Road Vehicle" AIAA Modeling & Simulation Technologies Conference. 98-4362. 1-5 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Shane Farritor: "Physics-Based Planning For Planetary Exploration" Proceedings of the 1998 IEEE Int.Conf.on Robotics & Automation. 278-283 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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