Development of mobile working robot inspired from the helical spring Slinky by expanding the deformation mechanism of Origami and its applications

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人工物のスリンキーの波状運動の特性を把握するために，計算機シミュレーションを行い運動の解析を行った．スリンキーの運動を解析するための数理モデルを，剛体リンクと捩りばねによる回転関節により構築した．そして段差を自由移動する場合について，構築した数理モデルを使い多体動力学に基づいた運動方程式およびMATLABにより解析を行った．この解析では，スリンキーの波状運動に大きく関係していると予想したばね定数，段差高さ，初速度，リンク姿勢などをパラメータとして扱い，運動の変化や運動の安定性を調査した．次に，開発する実験機の仕様を参考にして数理モデルのパラメータを再設定し，および捩りばねを能動的に制御できる関節と置換して，数理モデルを再構築してシミュレーションを行うことで，実験機の運動制御方法を模索した．低速度では関節を位置制御することにより良好な結果が得られたが，モデルの速度が遅く本来のスリンキーの運動とは大きく異なる結果となった．逆に大きい速度帯では関節へのトルク入力が有効であると予想し，モデルの速度を上げると同時に，トルク入力による制御を試みたが，実際のスリンキーの様なダイナミックな運動を再現するには至っていない．次年度以降で引き続き，検証が十分でないCPGやSLIPなどの手法を順次試していく予定である．さらに，次年度の実験機の開発準備として，駆動系以外のクレスリング折りに関連するロボット構造を3Dプリンタ等で試作し，構造設計を検討した．直接的に，クレスリング折りを剛体でモデリングしようとすると構造が複雑になるため，クレスリングパターンを修正した等価モデルを考案し，構造を簡略化した．クレスリング折りを忠実に模倣した再現モデルよりも簡略化した等価モデルの方が屈曲率や縮み率が大幅に向上したため，次年度の実験機の構造には等価モデルを採用することにした．