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

受螺旋弹簧Slinky启发，扩展Origami的变形机制开发移动工作机器人及其应用

• 批准号: 22K04024
• 负责人: 程島 竜一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04024/
• 关键词: スリンキー; 粗密波運動; 折紙工学; クレスリング折り; ワイヤ駆動; 伸縮屈曲機構; 移動作業ロボット; 人工物規範; 折紙変形機構; クレスリングパターン

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．

The characteristics of wave-like motion of artificial objects are grasped and analyzed by computer. The analysis of the motion of a rigid body is based on mathematical analysis. In the case of free movement of segment differences, mathematical models are constructed and multi-body dynamics are analyzed. The analysis of this problem is to investigate the relationship between the wave motion and the stability of the motion. Secondly, the development of the machine's performance reference, mathematical model of the movement control method to re-set, transition, active control, joint replacement, mathematical model of the movement control method to achieve. Low speed, low joint position, low joint position, low joint position The velocity of the joint in the reverse direction is high, and the force of the joint in the reverse direction is high. In the following year, the CPG and SLIP methods are tested in sequence. In addition, the development preparation of the next year's implementation machine is also discussed. The structure of the rigid body is simplified by the direct structure of the rigid body, and the structure of the rigid body is simplified. The structure of the machine in the next year is similar to that of the previous year.

项目成果

埼玉大学設計工学研究室

埼玉大学设计工程实验室