第3章 先 行 研 究 で 実 現 し た 移 動 形 態 29
Fig. 3.17:Target angles of sidewinding
第3章 先 行 研 究 で 実 現 し た 移 動 形 態 30
Fig. 3.18:lateral rolling
Fig. 3.19:Lateral rolling target angle
Helical rollingを 行 う ヘ ビ 型 ロ ボット が 文 献[27]で も 紹 介 さ れ て い る ．し か し ，こ れ ら は 受 動 車 輪 を 持 た な い ヘ ビ 型 ロ ボット に よ り 実 現 さ れ て い る ．本 研 究 の 先 行 研 究[5]
で は ，受 動 車 輪 を 備 え た ヘ ビ 型 ロ ボット を 対 象 に し て お り，横 う ね り 推 進 に よ り 平 面 上 を 効 率 よ く 移 動 す る ヘ ビ 型 ロ ボット の 構 成 は そ の ま ま で ，螺 旋 捻 転 運 動 を 実 現 す る こ と は 非 常 に 有 用 で あ る と 考 え,受 動 車 輪 を 備 え た ヘ ビ 型 ロ ボット を 用 い て 配 管 を 昇 る こ と を 実 現 し た ．螺 旋 捻 転 運 動 は そ れ ぞ れ の 関 節 の 目 標 角 度 を 以 下 の よ う に 与 え る こ と で 実 現 で き る ．
eθdi (i, t) =−2δsκsin (τ iδs+ψ(t)) (i= even)
oθid(i, t) = 2δsκcos (τ iδs+ψ(t)) (i= odd)
(3.6) こ こ で ，eθdi (i, t)は ピッチ 軸 関 節 の 目 標 角 度 ，oθdi (i, t)は ヨ ー 軸 関 節 の 目 標 角 度 ，i は 関 節 番 号（i= 0,1,2· · ·），δsは 関 節 間 距 離 ，κは 曲 率 ，τ は 捩 率 ，ψ(t)は 捻 転 量 で
第3章 先 行 研 究 で 実 現 し た 移 動 形 態 31
Fig. 3.20:helical shapeg
あ る ．(3.6)式 の 曲 率κを 小 さ く す る と 螺 旋 半 径 が 大 き く な り，捩 率τを 小 さ く す る と 螺 旋 の ピッチ が 大 き く な る ．Fig.3.19に は ロ ボット のyaw軸 とpitch軸 関 節 の 目 標 角 度 を 示 す．螺 旋 捻 転 運 動 は ロ ボット の 体 幹 形 状 の 法 線 方 向 へ 移 動 す る ３ 次 元 運 動 で あ る ．
3.3 ま と め
本 章 で は ，先 行 研 究 で 実 現 で き て い る ヘ ビ 型 ロ ボット の 移 動 形 態 を 紹 介 し ，実 機 ロ ボット で 再 現 す る こ と で ヘ ビ 型 ロ ボット の 多 様 な 移 動 形 態 を 検 証 で き た ．
横 う ね り 推 進 の 特 徴 と し て は 生 物 の 蛇 の 移 動 形 態 と し て 最 も 典 型 的 な ス タ イ ル で あ る ．移 動 効 率 は 良 い が ，薄 い ス ト レ ー ト パ ス や 滑 り や す い 表 面 で は 適 し て な い ．受 動 車 輪 を 有 す る ヘ ビ 型 ロ ボット は 硬 く 滑 ら か な 床 面 で は 横 う ね り 推 進 に よっ て 効 率 的 に 移 動 す る こ と が で き る が ，受 動 車 輪 が 横 滑 り す る よ う な 滑 り や す い 環 境 で は 横 う ね り 推 進 は 不 可 能 で あ る ．
Sinus-lifting推 進 は 半 周 期 ご と に 体 幹 の 最 大 屈 曲 部 分 を 地 面 か ら 浮 か せ て 推 進 す る 移 動 方 式 で あ る ．
pedal waveは 狭 隘 環 境 に 進 入 可 能 で ，不 整 地 で も 使 用 可 能 な 移 動 方 式 で あ る[58, 39]． し か し こ れ ら の 移 動 方 式 は ，車 輪 を 用 い た ほ ふ く 推 進 に 比 べ る と 移 動 速 度 が 遅 く，
第3章 先 行 研 究 で 実 現 し た 移 動 形 態 32
Fig. 3.21:helical rolling
非 効 率 的 で あ る ．
Lateral rolling推 進 は 生 物 の 蛇 に は 見 ら れ な い 移 動 形 態 で あ る ．横 う ね り 推 進 は 真 横 に 移 動 で き な い が ，lateral rolling推 進 は 真 横 に 移 動 で き る の で ，ヘ ビ 型 ロ ボット を よ り 自 由 に 動 か す こ と が 可 能 と な る ．
螺 旋 捻 転 運 動 は 配 管 な ど の 円 柱 状 物 体 の 内 側 や 外 側 に 沿って 移 動 す る こ と が で き る ．こ の 移 動 モ ー ション を 用 い て ヘ ビ 型 ロ ボット は 配 管 や 木 な ど の 円 柱 形 状 の 環 境 に 沿って 移 動 し ，点 検 や 監 視 な ど の 作 業 を す る と いった 産 業 へ の 応 用 が 期 待 さ れ て い る ．そ の よ う な 実 用 を 考 え た 場 合 ，ヘ ビ 型 ロ ボット は 円 柱 の 径 な ど の 円 柱 形 状 の 変 化 に あ る 程 度 対 応 で き る こ と が 望 ま し い ．こ れ ま で に ，螺 旋 捻 転 運 動 に よ り 円 柱 の 径 が 大 き く 変 化 し な い 場 合 に は 適 応 的 に 螺 旋 の 半 径 を 調 整 し て 円 柱 上 を 移 動 す る ア ル ゴ リ ズ ム は 提 案 さ れ て い る[12]．し か し な が ら ，産 業 用 プ ラ ン ト の 配 管 の 外 周 に 巻 き つ い て 移 動 す る 場 合 に は ，配 管 の 継 ぎ 目 に あ る フ ラ ン ジ や 分 岐 点(T字 分 岐 点 な ど)と いった 障 害 物 を 乗 り 越 え る 必 要 が あ る ．
本 章 で 実 現 で き た 移 動 形 態 を 以 下 の 表 に ま と め て 示 す．
第3章 先 行 研 究 で 実 現 し た 移 動 形 態 33
Fig. 3.22:Target angles of helical rolling
法 線 方 向 接 線 方 向 2D/3D 横 う ね り 推 進 移 動 し な い 移 動 す る 2D
Sinus-lifting 移 動 し な い 移 動 す る 3D
Pedal wave 移 動 し な い 移 動 す る 3D
Sidewinding 移 動 す る 移 動 し な い 3D
Lateral rolling 移 動 す る 移 動 し な い
Helical rolling 移 動 す る 移 動 し な い 3D
Inchworm gait 移 動 す る 移 動 し な い 3D
Helical wave propagation 移 動 し な い 移 動 す る 3D Table 3.1:snake robot locomotions
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第 4 章
螺旋尺取り方式運動と螺旋縦波方式運 動の設計
本 研 究 で は ，ヘ ビ 型 ロ ボット の 配 管 外 周 に 沿って 移 動 す る こ と に 注 目 す る ．そ し て ，配 管 の 外 周 に 金 具 や フ ラ ン ジ ，分 岐 点 な ど の 障 害 物 が 取 り 付 け ら れ て い る 場 合 に ヘ ビ 型 ロ ボット が ど の よ う な 形 状 に な り，ど の よ う な 振 る 舞 い を し た ら 障 害 物 を す り 抜 け る こ と が で き る か を 検 討 し て き た ．通 常 ，円 柱 体 の 外 周 に 巻 き 付 い て 移 動 す る 場 合 ，ヘ ビ 型 ロ ボット は 螺 旋 捻 転 運 動 を 用 い る こ と が 多 い[5, 12, 13, 14, 24]． 従 来 の 螺 旋 捻 転 運 動 は 配 管 と ヘ ビ 型 ロ ボット の 接 触 点 が 多 い た め ロ ボット の 自 重 を 分 散 で き ，接 触 点 で 配 管 に 及 ぼ す 力 が 小 さ く な る な ど の 利 点 が 挙 げ ら れ る ．し か し な が ら ，螺 旋 捻 転 運 動 は ロ ボット の 体 幹 形 状 の 従 法 線 方 向 へ 移 動 す る の で 障 害 物 を す り 抜 け る こ と が 困 難 で あ る ．
以 上 の 問 題 に 対 し て ，著 者 ら は 二 つ の 新 た な 移 動 形 態 を 提 案 し て い る ．一 つ 目 は 段 差 の あ る フ ラ ン ジ を 乗 り 越 え る た め に 設 計 し た 移 動 形 態 で ，ロ ボット が 螺 旋 曲 線 状 に なって 尺 取 り 虫 の よ う に 動 く た め ，螺 旋 尺 取 り 方 式 運 動（Inchworm Gait）と 名 前 付 け た[41]．二 つ 目 は パ イ プ の 分 岐 点 を 乗 り 越 え る た め に 設 計 し た 移 動 形 態 で あ り，
螺 旋 曲 線 状 に なった ヘ ビ 型 ロ ボット の 体 幹 の 接 線 方 向 に 沿って 縦 波 を 送って 移 動 さ せ る た め ，螺 旋 縦 波 方 式 運 動（Helical Wave Propagation Motion）と 名 前 付 け た[42, 43]． 本 章 で は ，そ れ ぞ れ の 移 動 形 態 の 設 計 方 法 を 説 明 し た 後 ，前 章2章 に 紹 介 し た 連 続 曲 線 モ デ ル の 考 え 方 を 用 い て 形 状 生 成 を 実 現 す る ．そ し て ，設 計 し た 曲 線 の 形 状 を 決 定 す る 各 パ ラ メ ー タ の 設 定 指 針 に つ い て 述 べ る ．