ランダム振動子の集合体からなる超多自由度移動ロボットの研究

ホームロボット,レジャーロボットなど、将来,人間環境で稼働する超多自由度ロボットに,質量,体積ともに大きな従来のモータなどを搭載して個々に精密に制御するのは困難である.そこで本研究では,制御が容易で小型軽量の振動子式アクチュエータを多数集合させてロボットを構成し,振動子個々にはランダムな振動をさせつつ,適当な振動子群ごとに駆動/停止を制御するという単純な制御のみで,ロボット全体に知的運動を行わせる新しい概念の制御方式を提案し,2次元電磁振動子の集合体である多自由度平面移動ロボットについてを試作し,その駆動性能について検討した.本研究で得られた主な結果は以下の通りである.(1)電磁振動子アクチュエータの最適設計コイルばねの2箇所に希土類永久磁石を貼り付け,直交2方向に配置した電磁石により駆動される2自由度電磁振動子アクチュエータを提案し,等価単純はり-剛体-等価単純はりモデルの振動モード解析を行って,その発生力が最大となる寸法諸元を決定した.(2)超多自由度平面移動ロボットの試作(1)で制作した電磁振動子を矩形板下面に格子状に多数配置した平面移動ロボットを構成する.振動子にはチョッパ制御を施し,そのデューティ比を時刻と位置に関してランダムに与えると同時に,アクチュエータの群への電流をON/OFFする駆動制御系を構築した.(3)運動シミュレーションによる原理確認ロボットの制御系を模擬した運動解析を行った結果,振動子群のON/OFF制御により,ロボット全体の運動に偏りが生じることが確認され,本制御手法の可能性を示唆した.(4)ロボットの駆動実験ロボットの駆動実験を行った結果,未だ振動子の発生力不足により,自重負荷により運動が抑制されることが明らかになり,電磁石の構造変更による発生力増加のための検討を行った.

ホームロボット,レジャーロボットなど、将来,人間環境で稼働する超多自由度ロボットに,質量,体積ともに大きな従来のモータなどを搭載して個々に精密に制御するのは困難である.そこで本研究では,制御が容易で小型軽量の振動子式アクチュエータを多数集合させてロボットを構成し,振動子個々にはランダムな振動をさせつつ,適当な振動子群ごとに駆動/停止を制御するという単純な制御のみで,ロボット全体に知的運動を行わせる新しい概念の制御方式を提案し,2次元電磁振動子の集合体である多自由度平面移動ロボットについてを試作し,その駆動性能について検討した.本研究で得られた主な結果は以下の通りである.(1)電磁振動子アクチュエータの最適設計コイルばねの2箇所に希土類永久磁石を貼り付け,直交2方向に配置した電磁石により駆動される2自由度電磁振動子アクチュエータを提案し,等価単純はり-剛体-等価単純はりモデルの振動モード解析を行って,その発生力が最大となる寸法諸元を決定した.(2)超多自由度平面移動ロボットの試作(1)で制作した電磁振動子を矩形板下面に格子状に多数配置した平面移動ロボットを構成する.振動子にはチョッパ制御を施し,そのデューティ比を時刻と位置に関してランダムに与えると同時に,アクチュエータの群への電流をON/OFFする駆動制御系を構築した.(3)運動シミュレーションによる原理確認ロボットの制御系を模擬した運動解析を行った結果,振動子群のON/OFF制御により,ロボット全体の運動に偏りが生じることが確認され,本制御手法の可能性を示唆した.(4)ロボットの駆動実験ロボットの駆動実験を行った結果,未だ振動子の発生力不足により,自重負荷により運動が抑制されることが明らかになり,電磁石の構造変更による発生力増加のための検討を行った.