機構と制御系の最適設計を指向した低重心型同軸平行二輪ビークルの開発

• 研究課題/領域番号: 22K14209
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
• 研究機関: 豊田工業高等専門学校
• 研究代表者: 佐郷 幸法 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (70766435)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 同軸平行二輪ビークル / 移動ロボット / 重心移動 / 姿勢制御 / メカトロニクス / 機械力学

研究開始時の研究の概要

移動ロボットの機動性能と段差登坂性能，不整地走破性能の向上により移動ロボットの活動領域が広がり，パーソナルモビリティにおいては搭乗者の活動領域の拡大にもつながる．そのため，さまざまな移動機構が研究・開発されている．特に，同軸上に平行配置された二つの車輪で走行し，車体の傾斜および揺動も制御する同軸平行二輪ビークルは，最小の旋回半径でその場旋回ができるなど，小回りの利く車輪移動ロボットとして幅広い用途に適用が期待される．本研究では「機構と制御系の最適設計を指向した低重心型同軸平行二輪ビークルの開発」を行い，同軸平行二輪ビークルの適用範囲の拡大を目的とする．

研究成果の概要

令和4年度では，搭乗者や搬送物に相当する重りを様々に変更できる機構を低重心型同軸平行二輪ビークルに構築した．この機構は，ビークルの移動方向である前後方向に加えて上下方向の駆動を増加させた2軸方向に駆動可能である．実機実験により，2軸の重心移動により車体傾斜に影響を与えることを確認した．令和5年度では，低重心型同軸平行二輪ビークルの挙動を外部から計測する全方向移動ロボットを構築した．この計測ロボットは，低重心型同軸平行二輪ビークルと並走して画像撮影を行い，画像認識により車体の傾斜角度計測および車輪の回転角度計測を行う．構築した計測ロボットを走行時の車体と車輪の挙動の計測に利用できる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究代表者の従来研究において，用途に合わせた低重心型同軸平行二輪ビークルの設計手法の確立が解決すべき課題となっている．令和4年度に構築した2自由度重心移動機構は重心位置を静的に変更するだけでなく，走行中においても動作させて動的に変更できる．そのため，加減速時に生じる積荷の揺動による重心の変化を再現するなど，実際の利用を想定した実験が可能となる．また，このビークルは車体傾斜と連動して車輪が回転する場合があり，車体側に搭載された車輪モータのロータリエンコーダではこの回転情報を得られない．令和5年度に構築した計測ロボットにより，走行時の車体と車輪の挙動の計測，詳細なモデル検証に利用できる．