計測自動制御学会東北支部

第 310 回研究集会（2017.7.21）

資料番号310-9

伸縮式トーラス駆動機構
Expanding Torus Driving Mechanism〇藤本敏彰（1），西村礼貴（1），鉄井光（1），藤田政宏（1），野村陽人（1），髙根英里（1），小松洋音（1），多田隈建二郎（1），昆陽雅司（1），田所諭（1）○Toshiaki Fujimoto(1)，Ayaki Nishimura(1)，Hikaru Tetsui(1)，Masahiro Fujita(1)，Akito Nomura(1)，Eri Takane(1)，Hirone Komatsu(1)，Kenjiro Tadakuma(1)，Masashi Konyo(1)，Satoshi Tadokoro(1)，（1）東北大学(1)Tohoku University
キーワード機構（Mechanism），伸縮トーラス（Torus Extension），全方向移動（Omnidirectional）
連絡先〒980‐8579

宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 6－6－01

東北大学大学院情報科学研究科
Tel : 022-795-7025

Fax : 022-795-7023

応用情報科学専攻

藤本敏彰

E-mail : fujimoto.toshiaki@rm.is.tohoku.ac.jp

1. はじめに
図 1 に示すような，体内や瓦礫内などの狭隘部への侵入推進を可能にするために，トーラス型の移動体が従来から研究開発されている．我々のチームでも 2011 年からトーラス型移動体の研究開発を続けている．基本構造を図２に示す．またその試作機を図３に示す．
トーラス構造は通常，円環を軸方向に引き図１：トーラス型移動体の概念図伸ばした構造となっている．この袋状構造を密閉させること，および，このようなループ化した円環構造を駆動させることが，従来非常に困難であるという問題があった．また，従来のものでは，ループ状になったトーラス袋を駆動させるために，折り返し部において，歯付プーリなどの剛性の高い構造を端部に搭載する必要があり，狭隘部に受動的に変形しながら侵入することが不可能であった（図 4）．
本研究は上記のような問題を解決するために考案した伸縮式トーラス機構に関するものである．

図２：トーラス型移動体の基本構造

また，本ユニットを，複数連結することにより，半径方向に膨張させて突っ張り，前後方向に推進力を出すことが可能となる（図６）．
さらに，中央に回転軸を設けることで，本駆動機構の断面が円形であることを活用しての横方向駆動力を生成させて，軸方向の伸縮駆動と合わせることで，任意の方向に推進力を生成することが可能となる．
図３：試作第一号機

3. 伸縮式トーラス機構
3.1：

膨張動作

試作した伸縮式トーラス機構 1 ユニットによる膨張収縮動作実験を行った．その様子を図
図４：試作第一号機の内部構造（端部に硬い）2.伸縮式トーラス機構
トーラス構造を 2 つに分割したうえで，前７に示す．図からも，前後の 2 ユニットが同様に膨張している様子がわかる．
３．２：

軸方向への低抵抗な伸展動作

伸縮式トーラス機構 1 ユニットにおける軸方後の半トーラス袋状構造を，比較的に硬度の向への低い抵抗力での伸展動作実験を行った．

高い中央本体部材に取り付けることで，高いその様子を図８に示す．実験により，非常に密閉性を実現する構造についてのものである．

低い抵抗ながらも，軸方向に伸縮することが考案の構造は，連続的な膜駆動でなく，前後の半トーラス構造を交互に伸縮させることによって，推進する方式をとるものである．従って，中央本体部材に直動駆動機構を搭載す確認された．これは前後で同じ折り返しトーラス構造を有するダブルバルーンゆえの内圧一定効果である．

ることにより，折り返し端部において駆動機以上より，現段階では 1 ユニットのみであ構を搭載する必要がないため，狭隘部に容易るが，考案した伸縮式トーラス機構の基本動に侵入することができる．さらに，構造を飛躍的にシンプルに且つ稼働の確実性を高めた新しい構造となっている（図 5）．

図５：伸縮式トーラス構造の原理図

図６：伸縮式トーラス構造の連結版
図７：伸縮式トーラス機構 1 ユニットの膨張収縮動作

謝辞
本研究は総務省 異能 vation プログラムの支援を得て行われました．ここに謝意を表します．

参考文献

図８：伸縮式トーラス機構 1 ユニットにおける軸方向低抵抗伸展動作（前後で同じ折り返しトーラス構造を有するダブルバルーンゆえの内圧一定効果）

4. まとめ
本稿では，歯付プーリなどの剛性の高い構造を端部に搭載する必要があり，狭隘部に受動的に変形しながら侵入することが不可能であった問題と密閉性の困難さの問題を鑑みて考案した伸縮式トーラス構造について説明した．また，本原理に基づいて，試作実機を具現化した．試作した実機を用いた実験によって基本的な膨張動作・軸方向伸縮動作を確認した．

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