「車輪機構学」の確立に向けた未知機構の探究と統一的評価法の構築

次世代のモビリティとして様々な形式の移動装置が求められている。本研究では、移動装置の中でも車輪機構に注目し、未知機構の探究と統一的評価法の構築に取り組んでいる。車輪機構の可能な構成を探索し、その成立条件や動作特性を追求するとともに、あらゆる機構に共通する数理モデルを構築し、各種の機構を定量的に評価・比較する方法を創出する。本年度には、これまでの研究で考案した新動作原理に基づく運動法、車輪構造が走行特性に与える動的影響、車輪式移動装置の非ホロノミック性などについて研究を行った。新動作原理に基づく運動法は、周期性を利用して機構内に存在する対偶を受動化し、移動装置を少ない数のモータで駆動可能にするものである。本運動法が適用可能な機構を一般化して表現し、その成立条件を数理的に明らかにした。この結果を基に可能な機構の候補を複数示し、特に実用性が高いと考えられる機構に注目して、その運動のモデル化法、制御法、経路計画法を構築した。それらの有効性をシミュレーションと実験により実証した。動的特性の調査について、全方向移動を実現するために特殊な構造を有する車輪機構（アクティブオムニホイールおよびメカナムホイール）を対象として、その構造が振動や滑りといった面で走行性能に与える影響を議論した。アクティブオムニホイールに関して、一部の設計パラメータが滑りに強く関係することを明らかにした。メカナムホイールに関して、滑りが生じた際の挙動の不安定性を指摘した。非ホロノミック性について、移動装置を非ホロノミックロボットシステムの駆動源として利用する状況を考え、その際に発生する諸制約を考慮して適切な経路を生成する方法やその経路に追従するための制御法を構築した。以上の成果について、査読付きの雑誌論文や講演論文を複数投稿した（1本が掲載済み）。

次世代のモビリティとして様々な形式の移動装置が求められている。本研究では、移動装置の中でも車輪機構に注目し、未知機構の探究と統一的評価法の構築に取り組んでいる。車輪機構の可能な構成を探索し、その成立条件や動作特性を追求するとともに、あらゆる機構に共通する数理モデルを構築し、各種の機構を定量的に評価・比較する方法を創出する。本年度には、これまでの研究で考案した新動作原理に基づく運動法、車輪構造が走行特性に与える動的影響、車輪式移動装置の非ホロノミック性などについて研究を行った。新動作原理に基づく運動法は、周期性を利用して機構内に存在する対偶を受動化し、移動装置を少ない数のモータで駆動可能にするものである。本運動法が適用可能な機構を一般化して表現し、その成立条件を数理的に明らかにした。この結果を基に可能な機構の候補を複数示し、特に実用性が高いと考えられる機構に注目して、その運動のモデル化法、制御法、経路計画法を構築した。それらの有効性をシミュレーションと実験により実証した。動的特性の調査について、全方向移動を実現するために特殊な構造を有する車輪機構（アクティブオムニホイールおよびメカナムホイール）を対象として、その構造が振動や滑りといった面で走行性能に与える影響を議論した。アクティブオムニホイールに関して、一部の設計パラメータが滑りに強く関係することを明らかにした。メカナムホイールに関して、滑りが生じた際の挙動の不安定性を指摘した。非ホロノミック性について、移動装置を非ホロノミックロボットシステムの駆動源として利用する状況を考え、その際に発生する諸制約を考慮して適切な経路を生成する方法やその経路に追従するための制御法を構築した。以上の成果について、査読付きの雑誌論文や講演論文を複数投稿した（1本が掲載済み）。