運動量交換やエネルギー交換に基づく衝撃応答制御の体系化と月惑星探査機への応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26249023
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 原 進 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40329850)
• 研究分担者: 大槻 真嗣 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50348827) ; 山田 陽滋 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90166744) ; 橋本 樹明 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (70228419) ; 久保田 孝 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (90211888) ; 山田 啓介 関西大学, システム理工学部, 准教授 (80456798) ; 前田 孝雄 中央大学, 理工学部, 助教 (00761149)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 惑星探査 / 機械力学 / 制御工学 / 航空宇宙工学 / 衝撃

研究実績の概要

研究代表者らはこれまで，機械構造物に発生する衝撃応答制御の問題，特に衝撃を受ける際のリバウンドと加速度の抑制に着目し，運動量交換型衝撃吸収ダンパに基づく手法と，力学的エネルギーの交換に基づく手法について研究してきた．本研究では，衝撃エネルギーを粘性減衰により散逸させるのとは全く異なる，これら２種類の新理論に基づいた衝撃応答制御手法を発展させて，従来にはない厳しい仕様を満たす衝撃応答制御に関する体系的な方法論を確立することを目的とした．そして，主な応用対象として月惑星探査機の着陸機構を取り上げた．
本年度は本研究の最終年度にあたり，これまで継続して考えてきた小型化・軽量化の観点でいくつかの解決の方向性が確かめられた．一つ目はモータなどの電磁アクチュエータに比べてはるかに小型軽量化が可能な形状記憶合金をアクチュエータとして本問題に活用する方法を提案し，基礎的なシミュレーションならびに実験によりその有効性を確認した．その成果は研究期間終了直後に国際会議AIAA SciTechで発表するとともに，現在AIAAのJournal of Spacecraft and Rockets誌に投稿中である．また，同内容は名古屋大学とJAXAの共同で特許出願も果たした．二つ目として，力学的エネルギー交換型手法の一定の完成版と見る，可変剛性型衝撃応答制御機構の提案を行った．これに関する学会発表で研究代表者・分担者らは第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会SI2018優秀講演賞を受賞した．また，月惑星探査機着陸機構以外への応用課題についても研究分担者の山田らの成果をまとめた論文が日本機械学会論文集に掲載決定している．
これまで研究期間全体を通した一連の研究業績に対し，研究代表者の日本機械学会機械力学・計測制御部門2018年度パイオニア賞の受賞が確定している．

現在までの達成度 (段落)

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 電磁力を用いた運動量交換型衝撃吸収ダンパによる衝撃振動の低減 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河田雅至・山田啓介・原 進・宇津野秀夫・倉田純一・村上佳広
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 85 ページ: -
  • DOI: 10.1299/transjsme.18-00485
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trajectory Control of Launched Mass for Lunar/Planetary Exploration Spacecraft with Base-Extension Separation Mechanism (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu HARA, Naoaki SAEKI and Masatsugu OTSUKI
  • 雑誌名: Journal of Space Technology and Science 巻: 29 ページ: 掲載決定
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Momentum Exchange Impact Damper Design Methodology for Object-Wall-Collision Problems (2018)
  • 著者名/発表者名: Yohei KUSHIDA, Hiroaki UMEHARA, Susumu HARA and Keisuke YAMADA
  • 雑誌名: Journal of Vibration and Control 巻: 24 ページ: 3206-3218
  • DOI: 10.1177/1077546317703202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Planetary Exploration Spacecraft Landing Gear with Three-Dimensional Linear-Rotary-Energy-Conversion Mechanism (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu HARA, Satoshi SAITO, Keisuke SUGITA and Takao MAEDA
  • 雑誌名: Transactions of the JSASS, Aerospace Technology Japan 巻: 16 ページ: 635-643
  • DOI: 10.2322/tastj.16.635
  • 査読あり
• [雑誌論文] 運動量やエネルギーの交換に着想を得た衝撃応答制御技術とビークル制御への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 進
  • 雑誌名: 計測と制御 巻: 57 ページ: 241-246
  • DOI: 10.11499/sicejl.57.241
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 柔軟心がみえた研究や教育 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 進
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: 36 ページ: 258-261
  • DOI: 10.7210/jrsj.36.258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of Kinetic-Impact Effectiveness for Asteroid Deflection Using Impact-Geometry Maps (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohei YAMAGUCHI and Hiroshi YAMAKAWA
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: 55 ページ: 1181-1197
  • DOI: 10.2514/1.A33985
  • 査読あり
• [雑誌論文] 並進回転運動変換機構を用いた月惑星着陸機の転倒抑制 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田孝雄・原 進・尾崎 岳・松井慎太郎・大槻真嗣
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 53 ページ: 319-326
  • DOI: 10.9746/sicetr53.319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proposal of Novel Hybrid-MEID Mechanism for Shock Response Control -A Method with Time-Difference-Operation of Passive and Active Motions (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu HARA, Takeshi OZAKI and Shintaro MATSUI
  • 雑誌名: Journal of International Council on Electrical Engineering 巻: 7 ページ: 205-213
  • DOI: 10.1080/22348972.2017.1345372
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Touchdown Dynamics of Planetary Lander with Translation-Rotation Motion Conversion Mechanism (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao MAEDA, Takeshi OZAKI, Susumu HARA and Shintaro MATSUI
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: 54 ページ: 972-979
  • DOI: 10.2514/1.A33630
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 運動量交換を主体とした水平移動体の衝突リバウンド抑制制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原 進・三島直子・桑村航矢
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 83 ページ: -
  • DOI: 10.1299/transjsme.17-00303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Proposal of Feedback Control Systems for Thermal Driven High Power Density Actuator (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke SUGITA, Kikuko MIYATA, Susumu HARA, Masatsugu OTSUKI and Tadashige IKEDA
  • 学会等名: The 2019 AIAA Thermophysics Conference at the 2019 AIAA Science and Technology Forum and Exposition (SciTech 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling of Space-Use Actuator System for Drive Timing Improvement (2019)
  • 著者名/発表者名: Manato NOZAKI, Kikuko MIYATA, Susumu HARA and Masatsugu OTSUKI
  • 学会等名: The 32nd International Symposium on Space Technology and Science (32nd ISTS)
  • 国際学会
• [学会発表] Spacecraft Landing Using Base-Extension Separation Mechanisms (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu HARA
  • 学会等名: The 2018 3rd International Conference on Control and Robotics Engineering (ICCRE 2018) and the 2018 5th International Conference on Mechatronics, Electronics and Automation Engineering (ICMEAE 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電磁力を用いた運動量交換型衝撃吸収ダンパによる衝撃と残留振動の低減 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部ほのか・山田啓介・原 進
  • 学会等名: 日本機械学会関西学生会２０１７年度学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] 形状記憶合金アクチュエータの過渡特性向上のため熱-力学連成解析モデル構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉田佳祐・宮田喜久子・原 進・池田忠繁
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第６７期総会・講演会 (Tokai Engineering Complex 2018, TEC18)
• [学会発表] Impact Geometry Mapを用いた小惑星衝突機の軌道最適化手法に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 羽山 諒・山口皓平・宮田喜久子・原 進
  • 学会等名: 第６２回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 微小重力天体における着陸ダイナミクス解析のためのレゴリスシミュラントを用いた真空微小重力実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前田孝雄・大槻真嗣・能見公博・橋本樹明・原 進・石上玄也
  • 学会等名: 第６２回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 運動量やエネルギーの交換に基づく天体着陸探査機の衝撃応答制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 進
  • 学会等名: 第６１回自動制御連合講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 衝撃応答制御のための応答適応型可変剛性機構の提案 －天体着陸探査機の転倒回避への適用－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 聡・原 進・宮田喜久子・大槻真嗣
  • 学会等名: 第１９回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（ＳＩ２０１８）
• [学会発表] Planetary Exploration Spacecraft Landing Gear with Three-Dimensional Linear-Rotary-Energy-Conversion Mechanism (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu HARA, Satoshi SAITO, Keisuke SUGITA and Takao MAEDA
  • 学会等名: The 31st International Symposium on Space Technology and Science (31st ISTS) and the 26th International Symposium on Space Flight Dynamics (26th ISSFD)
  • 国際学会
• [学会発表] 電磁石とコンデンサを用いた運動量交換型衝撃吸収ダンパ (2017)
  • 著者名/発表者名: 河田雅至・山田啓介・原 進
  • 学会等名: 日本機械学会機械力学・計測制御講演会（Ｄ＆Ｄ ２０１７）
• [学会発表] 新しい衝撃応答制御の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原 進
  • 学会等名: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所宇宙科学談話会（第86回）
  • 招待講演
• [学会発表] 力学的エネルギー交換と運動量交換の利点が共存する着陸衝撃応答制御の方法論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子・野崎愛斗・山口皓平・原 進
  • 学会等名: 第６１回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 伸縮ロック機構を挟む異なる２つのばねから構成される衝撃応答制御機構と天体着陸探査への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 聡・宮田喜久子・原 進・杉田佳祐・大槻真嗣
  • 学会等名: 第１８回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（ＳＩ２０１７）
• [学会発表] 力学的エネルギー交換と運動量交換の利点が共存する着陸衝撃応答制御の方法論 －着陸時の未知パラメータに対応するロバスト性向上の試み－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子・野崎愛斗・山口皓平・原 進
  • 学会等名: 第１８回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（ＳＩ２０１７）
• [学会発表] インパクトジオメトリ解析を用いた小惑星衝突機の軌道最適化手法に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽山 諒・山口皓平・原 進
  • 学会等名: 日本機械学会第２６回スペース・エンジニアリング・コンファレンス
• [備考] 名古屋大学 大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 制御システム工学研究グループ ホームページ
  • URL: http://jupiter.nuae.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [産業財産権] ボルト破断式アクチュエータの制御装置、制御システム (2018)
  • 発明者名: 宮田喜久子・原 進・杉田佳祐・大槻真嗣
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学・国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-245991