2023年度JKA補助事業
岩壁や構造物の近接調査技術を高度化する6脚ロボットおよび
ワイヤ牽引型自重補償システムの開発
Harvestman-like hexapod walking robot: ASURA-II
解説図・実験写真
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図1：開発するロボットの3D-CADモデル
ザトウグモを規範とした長脚と小型胴体を有する6脚歩行ロボット
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図2：脚機構設計
ワイヤ干渉駆動を導入し、スナッチブロックを用いた小型減速機による減速比の異なる差動機構を実現
研究概要
日本で需要の高い山間地の岩壁の安全調査や、都市部のビルや橋梁などのインフラ点検を作業員に代わりに行い高度化する新たな近接調査システムを構築するための基盤技術を開発する。具体的には（1）ワイヤネットワークにより協調駆動する長脚、三次元不整地を自在に歩行するための歩行パターン生成手法、歩行ロボットに特化した環境認識技術を有する6脚歩行ロボット、および（2）重力の影響を無視し急斜面や壁面で、水平面と同じように移動体が縦横自在に移動できるための力制御されたワイヤを用いた自重補償システムの研究に取り組む。
研究背景
山間地の多い日本では岩壁や急崖の安全調査の需要は常に高いが、それらは専ら望遠による遠隔調査やロープを用いた作業員の近接作業により行われる。また、近年増加している都市部でのビルや橋梁等のインフラ点検も、同様にロープを用いた作業員の近接作業により行われる。これらの調査技術は国土交通省にも認可されている期待の大きい技術であるが、本質的に危険な作業であり滑落等の労働災害をいかに防止し、作業効率をいかに向上させるかが大きな課題となっており、同様に専門技術員を育成・確保するコストや時間も喫緊の問題となっている。
研究内容
現在行われている山間部の崖面の健全度調査や都市部のビル等のインフラ点検を高度化する6脚ロボットによる近接調査システムを創製する。 そのためにロボットの機構設計、センサシステム開発、運動制御法の確立をそれぞれ行うこととする。具体的に行う研究内容は以下の通りである。
- 高強度繊維ワイヤによる二重干渉駆動による脚機構
脚機構を長くすることで段差踏破性能や歩行安定性を向上させる。 高強度繊維ワイヤと複数のアクチュエータによる干渉駆動系により、可動範囲が広く脚出力の大きい脚機構を開発する。 - 不整地での歩容パターン生成法
凹凸のある不整地を効率よく移動可能にするグラフ理論を応用した歩行計画手法を開発する。 実時間での歩行計画を可能とする高速歩容パターン生成手法、路面の高低に対応できる三次元歩容パターン生成手法を検討する。 - 脚ロボット特化型SLAM
現状の車輪ロボットを前提とした環境認識技術であるSLAM技術を脚型ロボット向けに発展させる。 具体的には脚接地点のずれ、脚の撓みによる胴体姿勢の変化などによる脚型ロボット特有のSLAMの課題を解決する。 - 不整地踏破性能の高い6脚ロボット
これまでに開発してきた各要素を統合して不整地踏破性能の高い6脚ロボットを開発する。 また不整地踏破性能を高めるため胴体を小型化し、凹凸路面に接地可能な胴体構造にすることで、従来のロボットにない胴体を活用した移動を可能にする。 - ワイヤ式自重補償システム
脚機構にも導入した高強度繊維ワイヤと力制御可能な巻取りウィンチ機構を用いて、急斜面でロボットを牽引する自重補償システムを開発する。 これにより壁面を移動可能にする。
