小惑星等の微小重力天体上を移動探査するロボットの新展開

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11875059
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉田 和哉 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00191578)
• Keywords: 小惑星 / 彗星 / 移動探査 / 微小重力 / 跳躍移動ロボット / ヘビ型移動ロボット

Research Abstract

小惑星のような微小天体上では,重力が地上の千分の1から1万分の1程度であると言われており,地球上を移動・走行する概念では探査ロボットは成立しない.地上の車輪走行では重力による鉛直荷重に面の摩擦係数をかけたものが推進力となるが,重力がきわめて小さい環境では円著悪荷重がほほゼロとなってしまうため,車輪はそのままでは原理的に微小重力天体での走行には適用できない.よって重力の大きさによらず確実に移動が可能な方式が求められる.
本研究では,微小重力天体上で推進力を得る方式について,(1)表面を蹴ることにより跳躍移動する,(2)ロボットを索状構造体としヘビのように表面に絡みつきながら推進力を得る,という2つの斬新な推進方式を検討し,それぞれについて実験を通して力学的考察を行しプロトタイプモデルを試作することにより実現性についてフィージビリティースタディをおこなった.
実験については,日本無重量総合研究所(MGLAB)において垂直落下微小重力実験を行う機会を得て,微小重力状態における,接触,反発,跳躍の様子を力学的に観察し,解析・検証をおこなった.実験の結果,表面が金属のように滑りやすい状況では摩擦力が非常に小さいものの,自然岩石のように表面が粗いものでは突起状のメカニズムが引っかかりを生じ,摩榛係数が1を越えるスティック状態がおこることが確認され,跳躍によって水平方向に駆動力を得ることが可能であることが示された.
しかしながら,跳躍運動はロボット本体の回転を伴い,どこへ移動しどのような姿勢で運動が停止するかが偶発的なものとなってしまう.そこで,ヘビのように屈曲する体幹節を持ち,天体表面の岩に絡みつきながら移動する方式を検証するプロトタイプモデルを試作した.ヘビ型移動方式では,メカニズムの構成が複雑となってしまうが,機構設計・製作上の問題点が解決されれば,安定確実な移動方式であることが確認された.

Research Products

• [Publications] Arata Noguchi, Hiroshi Kawabe, Kazuya Yoshida, Takashi Kubota: "Proc. 2001 ISAS 11^<th> Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics"Touch-Down Dynamics of MUSES-C for Asteroid Sampling. (印刷中). (2001)