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

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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．