| 研究課題/領域番号 |
18K03903
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山本 晃生 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40313035)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 二足歩行 / 受動歩行 / バイメタル / 熱エネルギ / エナジーハーベスト / 自励振動 |
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| 研究実績の概要 |
熱歩行機構は，バイメタルシートの自励振動を活用することでセンサ・アクチュエータなしに高温水平面上を歩行する機構である．この熱歩行機構を対象に研究を行い，本年度は，主に以下に述べる二つの成果を得た．
(1)従来の熱歩行機構は，バイメタル自励振動により機体を横方向（ロール方向）に揺らし，それにより片足を持ち上げて重力により前方に振り出す，という歩行形態をとっている．これまでの報告では主に水平面上においての検証がなされてきたが，本年度は，前後あるいは左右の傾斜面上における動作特性を理論と実験の両面から検討した．その結果，前後の傾斜では，傾斜角度に対しておおよそ直線的な関係で歩幅が変化すること．また，足の重心位置設計次第で登坂が可能であること，上りと下りでは最適な重心位置が異なっており幅広い傾斜に対応するためには重心位置の自動調整が望ましいこと，を見出した．一方，左右の傾斜面では，水平面に比べて歩幅が減少することを確認し，その改善の方策として振動周期の自動調整が重要となることを見出した．
(2)熱歩行機構は，将来的には通常の二足歩行機構と統合しモータ動作をアシストすることで，歩行時の消費電力低減に寄与することが期待される．しかし，上述の従来型の熱歩行機構は，歩行時に体を大きくロールさせることから一般的な二足歩行機構との統合が難しい．そこで，より一般的な歩行形態に近づけるため，バイメタル振動を前後方向（ピッチ方向）に用いた機体（一般の受動歩行においてコンパス型と呼ばれる機体）の実現に取り組んだ．足底面の円弧半径，重心位置，脚長などのパラメータを適切に設計することにより，着地点に置き石をおいた水平面上において，コンパス型による熱歩行を実現した．実験エリアの制限から実現した歩数は２歩のみであるが，バイメタル自励振動を前後方向に用いても歩行が可能であることが初めて示された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初目的にかかげた機構動作の理論的解析や，新しい歩行形態の実現の点で確実な進捗が得られている．また，歩行に必要な温度を低減するという目的に対しても，基礎的な実験を進めており，次年度以降の成果に結びつくことが期待できる．以上のことから，おおむね順調に研究は進展していると考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度取り組んだコンパス型機構（バイメタル振動を前後方向に用いる機構）について，より安定かつ継続的な歩行を実現するための方策を検討していきたい．
また，歩行に必要な動作温度を低減するために，形状記憶合金などの熱変形素子の利用可能性について検討を進めるほか，本年度基礎的な実験に取り組み有用な知見を得ている共振振動の活用についても検討を進めていき，動作温度の低減を実現したい．
研究成果については，国内外の学会や学術雑誌等において公表していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
熱自励振動を起こすための熱変形素子として形状記憶合金の購入を検討しているが，必要なスペックの材料の入手に時間がかかり，翌年度以降に購入を延期している．また，バイメタル素子についても，市販のバイメタルでは性能的に十分でないことから，市販品に対して研究室にて追加工をすることを考えている．そのための装置の選定を進めており，翌年度以降に手配を予定している．
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