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Movie.1 急斜面登坂
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Movie.2 水平方向移動
(1994〜 ) 日本は数多くの山岳地帯を有するため、高速道路や鉄道の敷設の際に山を切り開いた傾斜面における建設作業が頻繁に行われている。このような急斜面作業面にはコンクリート製の格子状構造物などがあり,また作業面を全方向的に動き回って作業することが必要なため,従来からの単純な車輪やクローラ走行車では移動が著しく困難であった.そのため,相変わらず作業員が命綱を頼りに急斜面に登って作業しているのが現状であり,著しく非能率的でまた危険な作業となっている (Photo 1) .
我々はこのような作業の自動化を実現するため,このような現場での移動装置を検討したが,その結果4足歩行型の移動体の有効性が最も高いと判断した.その理由は,1)歩行機械であれば傾斜面の格子状の障害物も容易に乗り越えられる.2)急斜面で作業を行うときには,作業面に凹凸があっても脚を広げた状態で安定性を維持できる.3)地表面にドリルで穴を空ける作業などでは,脚の運動自由度を用いることで,強力なハンドリング力を生成できる.さらに,4)平地から急斜面地までを連続的に動き回れる,などの特性があるためである.
Fig.1 は4足歩行機械による作業の構想図である.ここに示すように,現場での不整地の移動は4足歩行機械による単独移動とし,急斜面を有する現場ではワイヤに牽引されながら安定に移動し,脚の運動を利用して傾斜面で建設作業を行っていることを示している.
試作したTITAN VIIの足先には,Photo 2 のように不整地に機構的に適応して滑落を防ぐロッカー・ボギー機構を用い,また床反力と障害物との接触を感知し足先の汚濁に強い足先センサーを有している.また,TIATN VIIの脚には斜面での胴体重心を適当に移動して安定性を増加できる脚伸縮機構を導入している.
このTIATN VIIの歩容に関しては,クロール歩容よりはるかに静的安定性を上げられる間歇クロール歩容(Fig.2 )を導入し,15度の斜面での全方向歩行(Photo 3)と,70度急斜面でのワイヤ牽引補助を用いた歩行(Photo 4 )に成功している.そのときの平均歩行速度は177 [mm/s],全質量は60 [kg]であった.現在,歩行機械前方の地形を計測する視覚センサを搭載しており(Photo 5),このセンサを用いた障害物の跨ぎ越え歩行に成功している. なお,この研究は東急建設との共同研究である.
Photo.1 Workers performing construction tasks on a steep slope
Fig.1 Future application
Fig.2 Comparison of motion and stability between the crawl gait and the intermittent crawl gait
Photo.2 Rocker Bogie Sole which can adapt itself to rough terrain
Photo.3 Over all view of TITAN VII climbing up 30 degree with its downhill legs extended<
Photo.4 TITAN VII climbing 70 degree slope
Fig.3 Dual drive mechanism of the up/down drive axle
References:
広瀬茂男,塚越秀行,米田完;不整地における歩行機械の静的安定性評価基準,日本ロボット学会誌,16,8,pp. 1076-1082 (1998) 塚越秀行,広瀬茂男;間歇クロール歩容の提案とその生成原理,日本ロボット学会誌,17,2,pp.301-309 (1999)
Hideyuki Tsukagoshi,Shigeo Hirose,Kan Yoneda;Maneuvering Operations of a Quadruped Walking Robot ,Advanced Robotics,11,4,pp.359-375(1997)
Shigeo Hirose,Kan Yoneda,Hideyuki Tsukagoshi; TITAN VII:Quadruped Walking and Manipulating Robot on a Steep Slope,Proc.Int.Conf.on Robotics and Automation,Albuquerque,New Mexico,pp.494-500(1997)
Doi, Hirose; 3D Visual Information Processing and Gait Controlof a Quadruped Robot, Journal of Robotics and Mechatronics,Vol.15, No.3.