軟弱狭隘空間で超安定走破性を実現する全方向面状クローラ機構の研究

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本研究の目的は「面状全方向クローラ機構」の具現化と設計・制御手法の確立である．面状全方向クローラ機構は面で接地することにより，受圧面積を大きく確保し荷重分散が容易であるため，軟弱地で重量物可搬が可能となる．さらに全方向移動により狭隘地での移動可能であるため，災害対応ロボットに適すると考える．これまでにラックチェーンを用いた２つのアクチュエータのみの駆動方式を考案し，小径履帯を複数配置した面状全方向クローラ移動体の設計・試作，実機実験を行い，駆動方式の原理の有効性を示した．さらに，旋回を可能とする左右２ユニット履帯構成のクローラを具現化し，旋回に対して並進は路面乱動性が小さい利点を示した．本年度の研究計画は次の３つであった．ラックチェーン機構の入出力の関係を導出し，制御手法の確立をする．さらに，走行性能と設計寸法の関係式を確立する．また，無限軌道上の回転体に動力伝達する機構を拡張・発展させる．それに対し本年度では，非対称差動方式の入出力の変換式を用いた並進の制御方法をまとめた．実機実験を通して進行方向の誤差を計測することにより，制御手法の有効性を確認した．本試作機は，平均2.7度の誤差で目標角度へ並進走行することが確認された．また様々な屋外不整地での全方位走行を実現した．さらに，段差踏破性能の異方性を立式化し，踏破可能な最大段差高さを導出した．左右２ユニット履帯構成では踏破可能な段差高さに進行方向に伴った異方性がある．この進行方向に対する段差踏破性能の異方性を，クローラの断面図を用いて，幾何学的な観点から明らかにした．その計算結果では，前方向53mm，側方向42mm，進行方向52度の時98mmの段差高さを裏返しに転倒せずに踏破できることが明らかとなった．また，動力伝達機構の拡張として，ヨー軸だけでなくピッチ・ロール軸を出力軸にもつことが可能なラックチェーン機構の開発を行った．