| 研究課題/領域番号 |
21K03969
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
藤川 太郎 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (40618394)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 蝶 / はばたき / 翅形状 / 飛翔メカニズム / 運動解析 / はばたきロボット / アゲハチョウ科 / タテハチョウ科 / 数値流体シミュレーション / 飛翔特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請研究では，手のひらサイズの小型はばたきロボットの自由飛翔を実現するため，モデルとしている蝶について，種によって異なる翅形状とその飛翔特性の違いを運動解析と数値流体解析により明らかにすることを目的とする．第一に，翅形状の異なる複数種の蝶の自由飛翔を高速度カメラで撮影して運動解析を行い，3Dモデルによる数値流体解析結果と合わせることで，翅形状の違いによる飛翔特性の違いを明らかにする．これにより，はばたきロボットの自由飛翔を実現させるための最適な翅形状の設計原理を求める．第二に，これを基に製作した小型はばたきロボットの飛翔実験により，翅形状と飛翔特性の関係を立証する．
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| 研究実績の概要 |
昨年度開発した，水平飛翔可能な2gの小型はばたきロボットをベースとし，アゲハチョウ科のナミアゲハとジャコウアゲハ，タテハチョウ科のアサギマダラとオオゴマダラのそれぞれをモデルとした翅を実装した機体を4種類製作した．直径4mmのコアレスモータと減速機，リチウムイオン二次電池を搭載し，7Hz程度のはばたき運動により飛翔する．翼面荷重を考慮し，いずれの機体も翅のサイズは翼幅長110mmとした．
これらの機体を0.3m/sの初速を与えてはばたかせたところ，翅形状にかかわらずどの機体も飛び立ち後200mm程度下降し，その後は一定の高度を保って飛翔した．実際の蝶と同様に，飛翔中は上下動を繰り返していることも確認できた，高速度カメラを用いた運動解析の結果，種の違いによる飛翔の違いとして，アゲハチョウ科の翅形状を模した機体は，タテハチョウ科の翅形状を模したものよりも下降後により上昇傾向にあり，タテハチョウ科の翅形状を模した機体は，飛び立ち後の降下距離がアゲハチョウ科の翅形状の機体よりも短い傾向であることが明らかになった．つまり，アゲハチョウ科の飛翔は比較的上下動が大きく，タテハチョウ科の飛翔は上下動の少ない飛翔であることがわかった．
飛翔中の姿勢に着目すると，飛翔方向と体軸のなす角を迎角とした場合，その角度変化量の平均値はナミアゲハが約55deg，ジャコウアゲハが約61deg，アサギマダラが約34deg，オオゴマダラが約30degとなった．これは，アゲハチョウ科の翅の方がタテハチョウ科の翅よりも後翅の幅が狭く，はばたき時に機体重心まわりのピッチングモーメントがより大きくなるためであると考えられる．
以上より，種によって異なる翅形状が及ぼす飛翔軌跡と迎角変化の影響について，蝶型はばたきロボットの運動解析を行うことによってその一部を明らかにした．
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