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．

为了掌握伪影的波动运动的特征，对计算器进行了模拟并分析了运动。用于分析沉没锻炼的数学模型是通过具有刚性链接和扭曲的旋转关节建造的。在步骤的自由运动的情况下，使用使用运动方程和MATLAB构建的数学模型进行了分析。在此分析中，我们将常数，步长，初始速度，链路姿势等视为预期的参数与Slinkie作为参数的波浪运动非常相关，并研究了运动的变化和运动的稳定性。接下来，通过参考要开发的实验机的规格，重置了数学模型的参数，并用可以积极控制的关节代替扭曲，并重建和模拟了数学模型。实验机的运动控制方法。在低速下，通过控制接头获得了良好的结果，但是模型的速度很慢，结果与原始的下沉运动大不相同。相反，预计接头的扭矩输入在较大的速度范围内是有效的，我们试图提高模型的速度，同时控制扭矩输入，但要像实际的Slinkie一样重现动态运动。未达到。我们计划尝试使用CPG和SLIP等技术，这些技术还不足以在下一个财政年度及以后进行验证。此外，作为下一个财政年度实验机的开发的准备，与驱动系统以外的无易用环折叠相关的机器人结构是用3D打印机和其他结构设计原型的。直接，如果您尝试用刚体的身体建模无易用的环折叠，则结构变得复杂，因此设计了无易用的环模式的等效模型，并简化了结构。实验机器下一个财政年度的等效模型决定在下一个会计年度的结构中采用等效模型，因为简化了cresting褶皱的等效模型比模仿cresting折叠的繁殖模型显着模仿。