数種の生物運動原理を融合した地震レスキュー用蛇型ロボットの研究開発

结合多种生物运动原理的地震救援蛇形机器人研发

基本信息

批准号：
09F09074
负责人：
馬書根
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、蛇の運動原理とミミズの移動原理を融合し、震災等における瓦礫の散在する環境下で生存者の探索・救援が行なえるロボットシステムを開発することを目的としている。平成22年度において、昨年度に試作された基本関節ユニット(直動駆動、ロール回転、及びピッチ回転の3自由度を持つ)を用いて、頭部と尾部をも持つロボットシステムの開発を行った。本ロボットには12自由度を有し、長さ92cm、直径10cm、重さ3.1kg、円柱型の外形を持つ。直動駆動自由度を持たせることで、このロボットは蛇型運動だけでなくミミズの移動原理も行え、蛇とミミズの移動原理を有機的に融合した超生物的な移動を実現することができる。次に、このロボットを駆動制御する制御システムを構築した。この制御システムには駆動電源を含め、サーボーモータ制御系や無線通信系などを全て各ユニット内に納め、ロボットを構成する関節同士やコード類などの相互干渉を無くすことができ、ロボットの運動性能、柔軟性、信頼性が向上できる。また、実機械モデルの開発と並列して、蛇の運動原理とミミズの移動原理を有機的に融合するための理論研究を行い、蛇型移動、ミミズ型移動、および蛇型-ミミズ型の混合移動を行う本ロボットの数学モデルを構築し、これらの運動について計算機シミュレーションで運動解析を行った。その結果として、開発されたロボットにミミズ型移動を導入することで、狭隘空間へ侵入が簡単となり、蛇型移動特有の特異姿勢問題も解決できることを判明した。本年度の研究は超多自由度多関節型移動ロボットを効率よく運動制御するための基礎を成している。

This research aims to develop a robot system that can fusion the principle of motion of snakes and the principle of movement of worms, and to develop a robot system that can search and rescue survivors in an environment where rubble is scattered during earthquakes, etc. In 2010, we developed a robot system that also has a head and tail using the basic joint unit (which has three degrees of freedom: linear driving, roll rotation, and pitch rotation) that was prototyped last year.该机器人具有12个自由度，长92厘米，直径10厘米，重3.1 kg，具有圆柱形形状。通过提供线性驾驶自由，该机器人不仅可以执行蛇形运动，还可以执行移动earth的原则，并实现超级生物学运动，从而有机地结合了移动蛇和earth的原理。接下来，构建了用于驾驶和控制该机器人的控制系统。该控制系统包括一个驱动器电源，伺服电机控制系统，无线通信系统等，所有设备内部都可以消除构成机器人的接头和绳索之间的相互干扰，从而提高机器人的运动性能，灵活性和可靠性。此外，与实际机械模型的发展并行，进行了理论研究，以有机地将蛇运动的原理与蠕虫运动原理融合，以及该机器人的数学模型，该机器人进行蛇运动，sear虫运动和混合运动的运动，并使用计算机模拟进行了这些运动的混合运动，并进行了这些运动的运动分析。结果，发现通过将earth型运动引入发达的机器人，进入狭窄的空间更容易，并且可以解决蛇形运动所独有的单一姿势问题。今年的研究构成了有效的运动控制超高级学位多关节移动机器人的基础。