Wheel-Based Stair Climbing Robot with Hopping Mechanism - Fast Stair Climbing and Soft Landing Using Vibration of 2-DOF System -

Abstract

We propose a simple hopping mechanism using the vibration of a two-degrees-of-freedom (DOF) system for a fast stair-climbing robot. The robot, consisting of two bodies connected by springs, hops by releasing energy stored in springs and travels quickly using wheels mounted on its lower body. The trajectories of bodies during hopping change based on design parameters such as the reduced mass of the two bodies, mass ratio between the upper and lower bodies, spring constant, and control parameters such as initial contraction of the spring and wire tension. This property allows the robot to quickly and economically climb stairs and land softly. In this paper, the characteristics of hopping for the design and control parameters are clarified by both numerical simulation and experiments. Furthermore, fast stair climbing and soft landing are demonstrated.

Practicality Evaluation of Noncircular Wheel “TFW” by a Wheeled Vehicle “SRIDER-II”

“…人間の生活空間内では様々な移動機構が用いられている． こうした移動機構の走行面の大半は整地であるため， その移動手段としては整地走行性能の高い車輪が用いられることが多い (1)(2) ．しかし，車輪には高い整地走行性能 を有する反面，踏破可能な段差高さが原理的に車輪直径の半分に満たないなど，段差踏破性能が低いという欠点 がある．そのため生活空間内においても，縁石や階段，ドア下の段差，部屋の仕切りなどによって走行範囲が限 定され，移動機構の使用に影響が生じる場合もある．近年ではバリアフリー化が促進され，生活空間内からの段 差の排除が試みられているが，社会に存在する全ての段差を無くすのは現実的に不可能である． このような背景から，高い整地走行性能と段差踏破性能を両立させた移動機構が数多く提案されている (3) ．例 えば，車輪ではなく脚やクローラを用いることで段差踏破性能を高めた移動機構 (4)- (8) ，整地は車輪で走行し，段 差はリンクを脚のように用いて踏破する移動機構 (1)(9)- (14) ，整地は車輪で走行し，車輪での走行が困難な地形では 跳躍を行う移動機構 (15) (16) ，整地は車輪で走行し，車輪の外部に配置した突起で段差踏破を行う移動機構 (17)- (19) など がある．しかし，このような移動機構が生活空間で普及しているとは言い難い．この原因は，提案された移動機 構を利用するためには車体そのものから専用設計を行う必要があり，また機構や制御が複雑であるため車体全体 が大型化・重量化・高コスト化しやすいためだと考えられる． そこで，従来の車輪型移動機構の車輪を交換するのみで段差踏破性能を高められ，さらに整地走行性能を維持 できる単純な構造の移動機構は実用性が高いのではないかと考えられる．こうしたコンセプトの移動機構として はスポークのみ，もしくは車輪外部に固定されたスポークを回転させることで段差を踏破する非円形車輪 (20)- (24) ， 地形に対して車輪が変形する事で不整地での走行性能を高めた低圧タイヤ (25)- (27) などがある．しかし，これらも生…”

Synthesis and evaluation of non-circular gear that realizes optimal gear ratio for jumping robot

“…These are researches on control. Shimoda [4] and Sakaguchi [5] developed a jumping principal and mechanism using inertia force M. Okada of a mass inside the body. Kovac [6], Curran [7] and Tsuda [8] proposed jumping mechanism using potential energy of a spring.…”

Optimal design of nonlinear profile of gear ratio using non-circular gear for jumping robot

“…Ugurlu [3] researches on control. Shimoda [4] and Sakaguchi [5] developed a jumping principal and mechanism using inertia force of a mass inside the body. Kovac [6], Curran [7] and Tsuda [8] proposed jumping mechanism using potential energy of a spring.…”