Expansion of the drive environment by adding rotational degrees of freedom to a snake-like robot

本研究の目的は，(A)流体の粘度ごとに最適ならせん運動を探索するとともにらせん運動とうねり運動の適用範囲を明らかにし，(B) 流体の粘度に応じて両者を切り替える機構を構築して実験により提案手法の有効性を示すことである．2022年度は，研究目的(A)の（I）流体の条件（水～泥水）に対応した適切ならせん形状を探索，および（II）らせん構造の回転数などの駆動条件の探索において必要となるらせん形状が生成する推力に関する数値解析モデルの構築にあたった．数値解析モデルの構築において，断面直径，曲率，および捩率のパラメータでらせん形状を表現し，微小長さに作用する相対速度・加速度の関数である流体力を中心軸上で積分することで，回転数と推力・負荷トルクの関係を導出した．先行研究で想定されている範囲外 (レイノルズ数 ~ 10＾2, 10＾6) の粘度で駆動させることを想定している．また，この領域では，付加質量の影響を考慮し抗力係数は実験により同定する必要がある．そこで，数値解析モデルを同定するためのらせん形状の実験モデルの製作も行った．流体には，安価で大量に入手可能で，10~1000cPまで粘度を設定できる潤滑油を選定し，実験モデルの設計にあたってレイノルズ数が探索範囲内になるような寸法・回転数の条件を設定した．2023年度に，実験モデルを用いて推力とらせん形状の回転数の関係を測定し，数値解析モデルにおける未知の係数である付加質量係数および抗力係数を同定する予定である．

本研究の目的は，(A)流体の粘度ごとに最適ならせん運動を探索するとともにらせん運動とうねり運動の適用範囲を明らかにし，(B) 流体の粘度に応じて両者を切り替える機構を構築して実験により提案手法の有効性を示すことである．2022年度は，研究目的(A)の（I）流体の条件（水～泥水）に対応した適切ならせん形状を探索，および（II）らせん構造の回転数などの駆動条件の探索において必要となるらせん形状が生成する推力に関する数値解析モデルの構築にあたった．数値解析モデルの構築において，断面直径，曲率，および捩率のパラメータでらせん形状を表現し，微小長さに作用する相対速度・加速度の関数である流体力を中心軸上で積分することで，回転数と推力・負荷トルクの関係を導出した．先行研究で想定されている範囲外 (レイノルズ数 ~ 10＾2, 10＾6) の粘度で駆動させることを想定している．また，この領域では，付加質量の影響を考慮し抗力係数は実験により同定する必要がある．そこで，数値解析モデルを同定するためのらせん形状の実験モデルの製作も行った．流体には，安価で大量に入手可能で，10~1000cPまで粘度を設定できる潤滑油を選定し，実験モデルの設計にあたってレイノルズ数が探索範囲内になるような寸法・回転数の条件を設定した．2023年度に，実験モデルを用いて推力とらせん形状の回転数の関係を測定し，数値解析モデルにおける未知の係数である付加質量係数および抗力係数を同定する予定である．