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全面クローラ連結走行車“蒼龍V号機” BACK TO SNAKE ROBOT

Movie.1 Drive Experiment on the snow
Movie.2 Drive Experiment of Souryu-V in Manipulator Dexterity field of “Response Robot Informal Evaluation Exercise #3"
Movie.3 Camera Images transmitted from Souryu-V in a experiment in Manipulator Dexterity field of “Response Robot Informal Evaluation Exercise #3”

蒼龍IV号機

(2003〜) 1995年の阪神・淡路大震災や2001年のアメリカ同時多発テロ事件のような 不幸な出来事により,災害現場での被災者探査や救助隊員を補助するロボットの必要性が より明らかになり,早急な開発が期待されている.このような背景より,本研究室では, 瓦礫内探査用クローラ連結走行車「蒼龍I, II, III号機」を開発し,その基本的な運動性能を 検証してきた.さらに災害後環境下などで走行・運用試験を行うことにより, 実環境下での走行・運用上の課題が明らかとなってきた.それら問題点は大別して, 1)不整地踏破性能,2)関節構造,3)防塵・防水性,であった.これら問題点を解決する ため,我々はクローラ連結走行車「蒼龍V号機(Fig. 1)」を開発した.

Fig.1 Overall view of “Souryu-V”

「蒼龍V号機」は,以下の特徴的な2つの機構から構成される.
(1) 全面クローラ構造
「蒼龍I, II, III号機」では,Fig. 2(a)に示すように幅が狭いクローラをユニット両側に配置していた. そのため不整地走行時に,クローラのない中央部分が障害物に接触,もしくは乗り上がってしまい, 走行が妨げられる場合が見受けられた.そこで,「蒼龍V号機」は,幅広のクローラで覆われた“全面クローラ” ユニットを開発した.Fig. 2(b)に示すように,不整地走行時に障害物に乗り上がった場合においても, その走行性能を十分に発揮できると考えられる.Fig. 3に試作した全面クローラユニット,Fig. 4にその駆動機構と 防塵・防水機構を示す.防塵・防水構造は,1)クローラ外側のリップと側板の摺動による大まかな異物の除去, 2)クローラ内部ラビリンスリングによる小さな異物と水分の除去,3)モータ軸に取り付けたVR sealによる電装系の防水, の3種類の機構から構成されている.また,頻繁に取り外す必要がある箇所はシリコンゴムシートを挟みこむことにより 密閉し,他の部分はシリコン充填剤を塗布することにより密閉性を高めている.

Fig.2 Terrain traversability comparison of the crawler configurations

Fig.3 Mono-Tread-Crawler unit of “Souryu-V”

Fig.4 Drive mechanism and dust- and waterproof mechanism(クリックして拡大できます)

(2)弾性棒関節機構
全面クローラユニットを直列に接続し,ユニット間の相対運動を行う場合,関節は全面クローラ ユニットの側部にのみ取り付けることが可能なため,「蒼龍I, II, III号機」で用いていたネジ軸と ユニバーサルジョイントから構成される関節機構では,Fig. 5(a)に示すように関節機構とクローラが 接触してしまう.そのため,「4本の弾性棒とその長さを調節する機構から構成される関節機構」を提案した .弾性棒は滑らかな曲線を描いて変形するため,Fig. 5(b)のように,クローラユニットと接触する問題が回避できる. Fig.6に示すように,弾性棒のそれぞれの長さを変化させることで,ヨー軸周り,ピッチ軸周りの関節運動が行われ ,また,関節間の長さを変化させることも出来る.また,Fig. 7に示すように,関節の長さ(クローラユニット間の隙間 )を変化させることで,地形に応じた走行形態をとる事も可能である.

Fig.5 Advantage of Elastic-Rod Type(b) to Avoid Mechanical Contact with the Crawlers against Universal Joint Type(a)

Fig.6 Mono-Tread-Crawler connected vehicle linked with elastic-rod-joint

Fig.7 The function of joint length adjusting mechanism of Souryu-V(b) compared with Souryu-III(a)

Fig. 8に試作した弾性棒関節とその機構を示す.タイミングベルトを介して,モータですべり ネジ軸を回転させている.弾性棒にはナットが取り付けてあり,すべりネジ軸の回転によって, その長さが調節される機構となっている.弾性棒の出入り口にはスクレーパを取り付け,防塵性 を向上させている.

Fig.8 Elastic-Rod-Joint mechanism(クリックして拡大できます)

蒼龍V号機の諸元をTable. 1に示す.動作試験により,旋回半径680[mm]で旋回可能であること,高さ640[mm]の障害物の踏破が可能 であることを確認した.蒼龍V号機は,2006年8月19日から21日にアメリカ,メリーランド州で開催された “Response Robot Informal Evaluation Exercise #3”において試験に参加し,Random-Step Field走行実験 (Fig.9)などの走行性・運用性に関する実験を行った.また雪上走行実験(Fig.10)も行い,これら実験結果から, その高い走行性能と防塵・防水性能を確認した.しかし,実際に運用するためにはセンサなどを追加し, 姿勢情報の提示や自動的な地形適応などの,操縦者の負担を減らす研究が必要である.

Fig.9 Drive experiment on random-step field

Fig.10 Drive experiment on snow

Table. 1 Soryu V specifications
Length 1160(1380)[mm]
hright 145 [mm]
Width 202 [mm]
Mass 16.5 [kg]
Actuators 8 motors for driving joints
3 motors for driving crawlers
Speed(On flat surface) ±250 [mm/sec]

References:

  1. ○田中良典(東工大),新井雅之(東工大),津久井慎吾(トピー工業株式会社),廣瀬茂男(東工大) :“瓦礫内推進連結クローラー走行車「蒼龍V号機」の開発”,SI2005, 2005年12月
  2. Yoshinori Tanaka (Tokyo Institute of Technology), Masayuki ARAI (Tokyo Institute of Technology), Shigeo Hirose (Tokyo Institute of Technology) , Shingo Tsukui (TOPY Industries, Ltd. ) : “Development of “Souryu-V” with Mono-Tread-Crawlers and Elastic-Rods Joint”, SSRR 2006,TUE-AM1,National Institute of Standards and Technology (NIST),Gaithersburg,MD,USA,August 22-24, 2006
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