ロッククライマー型小天体探査ロボットの力学と運動制御

攀岩者型小天体探测机器人力学与运动控制

• 批准号: 16J01975
• 负责人: 湯口 雄大
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01975/
• 关键词: 小天体探査ロボット; 表面把持移動; 無反動歩容制御; 空気浮上テストベッド

申請者は，小惑星や彗星などの小天体表面を自在に移動可能なロッククライマー型小天体探査ロボットの移動技術の確立を目指した研究を行った．このロボットは，小天体表面にしがみつきながら移動することで，崖や起伏の激しい不整地においても継続的な探査を可能とする．このロボットの安定した移動を実現するためには，遊腕動作による支持腕のグリッパーへの反動を排除する運動制御法の確立が求められる．本年度は，以下の項目について研究を実施した．（１）無反動歩容制御則の定式化とシミュレーション検証ロボットが冗長自由度を有する際に存在する反動零空間を利用した無反動軌道を生成することにより，支持腕のグリッパーに対して反動を与えない歩容制御則を構築した．さらに，アルゴリズミック特異点への進入を回避するため，可操作度の値に応じて無反動拘束を緩和する制御法を構築した他，ベース部と小天体表面との距離がある一定の間隔を維持するように歩幅を選択する遊腕の手先目標軌道生成アルゴリズムを構築した．この制御則は，二次元および三次元動力学シミュレーションにより検証した．その結果，ロボットが支持腕のグリッパーに対して反力を発生させず，且つ，ベース部が小天体表面との接触を生じることなく連続して移動可能なことを明らかにした．（２）二次元微小重力環境における無反動歩容制御則の実験的検証双腕型の空気浮上テストベッドを開発して，制御則の妥当性を実験的に検証した．このテストベッドは，空気タンクを備えており，圧縮した空気をエアベアリングから噴出することで，二次元微小重力環境での挙動を模擬することができる．さらに，両腕の手先には模擬小天体表面にしがみつくための平行開閉グリッパーを備えている．実験では，無反動歩容制御を導入することで，テストベッドが運動中に浮遊することなく移動できることを確認し，提案した制御則の有効性を実験的に明らかにした．

The applicant shall conduct research on the possibility of free movement of small stars and comets on the surface of small celestial bodies. The surface of a small celestial body may be subject to motion, undulations, and fluctuations. The stability of the movement is realized by the movement of the wrist. During the year, the following projects were carried out: (1) Non-reaction control rules are formulated to support reaction control rules. In addition, the special point of entry is avoided. The operation degree is controlled by the non-reaction constraint. The distance between the surface of the small body and the surface of the small body is maintained at a certain interval. The initial orbit of the hand is generated by the selection of the amplitude. The theory of two-dimensional dynamics and three-dimensional dynamics is discussed in detail. As a result, the reaction force generated by the support arm is detected, and the contact between the surface of the small object and the surface of the small object is detected. (2) Two dimensional microgravity environment without reaction of the volume control principle of the implementation of the test to prove the double wrist type of air floating on the ground to develop, the control principle of the adequacy of the implementation of the test. The simulation of the motion of the two-dimensional microgravity environment is carried out by the simulation of the motion of the two-dimensional microgravity environment. Today, the hand of the wrist is the first to simulate the surface of the small celestial body. In fact, there is no reaction to control the introduction of the movement.

项目成果

Extended Gripping Conditions of Rock Climber-Like Robot for Asymmetric Gripping Configuration in Microgravity

微重力条件下类攀岩机器人非对称抓取结构的扩展抓取条件

• 发表时间: 2016
• 作者: Kyohei Maruya;Yudai Yuguchi;Wudom Tesshin;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida

Microgravity Experiment of Rock Climbing Locomotion for Exploration Robot on Minor Body

勘探机器人小型体攀岩运动微重力实验

• 发表时间: 2016
• 作者: Yudai Yuguchi;Wudom Tesshin;Kyohei Maruya;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida

Analysis on Motion Control Based on Reaction Null Space for Ground Grip Robot on an Asteroid

小行星地面抓地机器人基于反应零空间的运动控制分析

• DOI: 10.2322/tastj.14.pk_125
• 发表时间: 2016
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: Yudai YUGUCHI;Warley F. R. RIBEIRO;Kenji NAGAOKA;Kazuya YOSHIDA
• 通讯作者: Kazuya YOSHIDA

Verification of Gait Control Based on Reaction Null-Space for Ground-Gripping Robot in Microgravity

微重力下抓地机器人基于反应零空间的步态控制验证

• 发表时间: 2016
• 作者: Yudai Yuguchi;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida