DCモータを利用した小型連続跳躍ロボットの開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16760213
• Research Institution: Kushiro National College of Technology
• Principal Investigator: 梶原 秀一 釧路工業高等専門学校, 電子工学科, 助教授 (00280313)
• Keywords: 跳躍ロボット / 非線形振動子 / 引き込み現象 / ホッピング / エネルギー制御

Research Abstract

本研究ではDCモータを利用した走行ロボットの開発を最終目標とし,本年度はその基礎研究として,DCモータを利用した小型連続跳躍ロボットを開発することを目的としている.開発するロボットはモータに大きな負荷がかからない偏心ロータタイプの加振装置を持ち,本装置によりバネにエネルギーを蓄え跳躍動作ができる.本ロボットの制御手法として,本研究申請者が手案している周期入力制御法を適用し,連続的な跳躍動作(鉛直方向のみ)と任意の高さの跳躍動作を実現することを試みた.本年度得られた成果は以下の通りである.
1.跳躍ロボットの数理モデルを構築し,ロボットのダイナミクスを導出した.
2.導出したダイナミクスを利用して,偏心ロータの回転とロボット本体の運動をどのようなタイミングで同期させたときに,ロボットのエネルギーを増加させて跳躍動作が実現できるか解析した.その結果,ロボットが地面に接地した状態でエネルギーを増加するモードと接地状態と空中に浮かぶ動作を交互に繰り返すモードのそれぞれにおいて,エネルギー増加率が最大となるタイミングを明らかにした.
3.任意のタイミングで偏心ロータとロボットの運動を同期させるために,非線形振動子の引き込み(同期)現象を利用した制御系を構築した.
4.3の上位の制御系としてロボットのエネルギーを任意に制御する制御系を構築した.
5.3で構築した制御系によりロボットのエネルギーを増加させ続け,連続跳躍動作が実現できるかどうか数値シミュレーションにより確認した.
6.4で構築した制御系によりロボットのエネルギーを制御して,任意の高さで連続跳躍できるかどうか数値シミュレーションにより確認した.