| 研究課題/領域番号 |
22K03983
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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20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
山野 彰夫 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (90844184)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | バイオミメティクス / 索状推進体 / ロボティクス / システム同定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
粘性抗力が支配的な細菌において用いられる推進方法（らせん運動）に基づき，大きな抗力を受ける環境である汚泥内のヘビ型ロボット（索状推進体）において，信頼性・移動の効率性を向上させる駆動方法を構築する．申請者が構築した同定手法により，実験モデルを再現する数値解析モデルを構築し，流体の粘度に応じた適切な駆動形状・駆動条件を解明する．実験により，設計されたらせん運動の有効性を評価する．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，(A)流体の粘度ごとに最適ならせん運動を探索するとともにらせん運動とうねり運動の適用範囲を明らかにし，(B) 流体の粘度に応じて両者を切り替える機構を構築して実験により提案手法の有効性を示すことである．
2022年度は，研究目的(A)の（I）流体の条件（水～泥水）に対応した適切ならせん形状を探索，および（II）らせん構造の回転数などの駆動条件の探索において必要となるらせん形状が生成する推力に関する数値解析モデルの構築にあたった．2023年度に，昨年度設計した曲率：10.5[m^-1]，捩率：9.9[m^-1]のらせん形状について，水中の条件下で，実験モデルを用いて推力とらせん形状の回転数の関係を測定し，数値解析モデルにおける未知の係数である付加質量係数および抗力係数の同定を試みた．らせん形状の表面に作用する接線方向および法線方向の抗力に関する抗力において，ロードセルで計測された推力・負荷トルクおよびエンコーダで計測された回転数の値を基に，抗力係数を同定した．その結果，回転運動に関するレイノルズ数が大きくなるほど，抗力係数が減少し，一定値に収束することを確認した．
流体力の同定にはさらなる実験条件の追加が必要となるため，2024年度は高粘性流体中での実験およびらせん形状の曲率及び捩率を変化させた場合の実験を行う予定である．高粘性流体には，200, 3000, 5000 cP @ 15℃の潤滑油をそれぞれ400L準備しており，らせん形状の製作に３Dプリンタを用いる予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
初年度の目標であった，推力とらせん形状の回転数の関係を測定し流体力の同定を行うことに成功した．一方で実験条件は，水中の条件下で，曲率：10.5 [m^-1]，捩率：9.9 [m^-1]のらせん形状についてのみ行われており， 流体力の同定にはさらなる実験条件の追加が必要である．
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は［Step2］粘度に応じた最適な駆動方法の探索において必要となるらせん形状に作用する流体力に関する未知パラメータの同定の実験において，水以外の高粘性流体中での実験を至急実施する．また，曲率10.5 [m^-1]，捩率：9.9 [m^-1]以外のらせん形状についても３Dプリンタで製作し，実験を行う．高粘性流体については，すでに200, 3000, 5000 cP @ 15℃の潤滑油をそれぞれ400L準備している．その後，同定後の数値解析モデルを用いて，消費電力および推力を評価関数として，各流体の粘度に応じた最適ならせん形状を数値的に求める．また，らせん運動とうねり運動の適用範囲を明らかにする．
その後，【B】 実験による提案手法の有効性の評価として，［Step2］で得られた各粘度の流体で最適ならせん運動を実現する運動パラメータを推進体の実験モデルに実装し，水中(1cP)および潤滑油中(10~1000cP)で消費電力および推進速度を評価する予定である．うねり運動およびらせん運動を固定した場合と比較することで，粘度に応じて運動を切り替える提案手法で推進効率が向上するか評価する．
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