月探査懇談会

月探査ロボット開発の方向性

東京工業大学 機械宇宙システム専攻広瀬茂男

1

資料４

月探査ロボット開発の方向性

有人を目指すか否かに関わらず、月探査に日本のお家芸であるロボット技術を活用する方向性を設定して国全体として開発を進めることは、世界の宇宙開発競争の中での日本の存在感を高め、平和的な極限環境ロボットを開発するという日本の国家目標を、軍事研究駆動型開発研究を進める諸外国に対抗する形で明確化でき、さらにそれによって多様なフィールドロボティックス産業の育成を促すことができるなどの効果があり、国益に適う。

[条件]• 著しく厳しい環境（温度、斜面、凹凸、塵埃）の制限

• 著しく厳しい重量と容量の制限

• 必要とされる多様な機能性、そして高度な遠隔操作性と自律性

• （膨大な血税を出費する国民を失望させない）目標設定と失敗しない技術

[月探査ロボット開発の方向性]• 軽量コンパクトで必要十分な対環境適応機能とミッション達成機能を有する、

適な「形態」を有するロボットコンセプトの選択を慎重に行うことが必要

• 目的とする「機能」に適合した 適な「形態」の選択こそがマシン設計の根幹！

2

日本独自のロボット技術を強調したい？↓

日本が起源の変幻自在ロボットである｢トランスフォーマー｣を日の丸月面探査ロボットの主題としたらどうか

別に人型に変形する必要はないが・・

3

トランスフォーマー型月面探査ロボットの特徴

• 夜はテントを張り中で丸くなって放熱を防ぎ、昼はミラーで陰を作り動きやすい形態で探査を行う、というように熱対策を取りながら月面において長期の探査作業を続けられるロボットシステムが実現可能である。

• ランダー内にはコンパクトな形態で格納され、月面においては与えられたミッションを達成するもっとも 適な形態に変形する、という搬送性とミッション遂行性を両立させられる探査ロボットが実現可能である。

• 物まねでない、状況に応じて形態を変形していくという、著しく合理的で独創性の高いロボットが実現出来る。このような独創的なロボットによって月面での困難な諸作業を遂行出来れば、日本発の創造的な技術を世界にアピール出来る。また科学技術の面白さと可能性を一般大衆に印象付けることが出来て、子供たちの理科離れを防げる。

4

これまで開発された惑星探査ローバー

5

LUNOKHOD I1970

6

USA

Lunar Rover Apollo 15-17

7

Rover Exposition ‘92 Washington DC

8

Nomad Rover CMU

Appearance

Motion of Expanding and Retracting

http://www.nren.nasa.gov/apps/nomad.html

9

ESA Lunar Robotic Challenge 1

CESAR: A Lunar Crater Exploration and Sample Return Robot

Jakob Schwendner, et al. University of Bremen and the DFKI Robotics Institute

The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and SystemsOctober 11-15, 2009 St. Louis, USA

10

'Moon Hound' rover from Madrid during ESA's Lunar Robotics Challenge in Tenerife.

Walking robot from the Santa Anna School of Advanced Studies was one of the most advanced - and

ESA Lunar Robotic Challenge 2

11

Team from the Univeristy of Oulu in Finland brought in a tank-like rover to compete in the final of ESA‘s Lunar Robotics Challenge in Tenerife.

Surrey University's SELENE rover on her only excursion during ESA's Lunar Robotics Challenge in Tenerife

ESA Lunar Robotic Challenge 3

12

東工大でのローバー開発

13

Three Wheeled Rover “Tri-Star II”

Shigeo Hirose, Naritoshi Ootsukasa, Takaya Shirasu, Hiroyuki Kuwahara, and Kan Yoneda ：Fundamental Considerations for the Design of a Planetary Rover, Proc. ICRA, Nagoya, pp.1939-1944 (1995)(IEEE Robotics and Automation Society 1995 Best Conference Paper Award 1995.5.26)

14

Demonstration of Tri-Star II “Rover Round Up” at Santa Monica Beach in 1997

morning

deploy

Hill climb

Over Rocks

15

Marshod Russia

Rocky 7 NASA

16

Variable Motion Mode of the Tri-Star

17

Expandable Wheel

Manual

Auto

18

Our Tri-Star II has influenced the rover design of the world Inflatable Rover Robotics Institute CMU

http://www.ilcdover.com/SpaceInf/solararrays/rover.htm

Jones, J.A. “Inflatable Rover Demonstration,” video proc of IEEE Conf. on Robotics and Automation, (ICRA) San Francisco CA, May 2000

19

Retracted

Tri-Star III

Expanded

Tri-Star III has the ability to change its posture while it is moving. This function enhances its mobility and other performances.

20

Single rover system Multiple homogenous rovers

Introduction of Parent-children type rover

Child Rovers

Mother Rover

21

SMC Rover 1999Super Mechano-Colony (SMC) Rover has detachable wheels which, named Uni-Rover, consists of cylindrical wheel/ body and arm/connecting mechanism. Uni-Rover acts as independent child rover and performs many tasks such as sampling of the rocks.

K. Motomura, A.Kawakami, S.Hirose: SMC Rover: Planetary Rover with Transformable Wheels, Proc. ICRA, 2003, Taipei (best video finalist)

22

Why “single” wheel with arm

Large wheels maximize the mobility on rough terrain

Arm can support reaction force to produce propulsive force

r

W'

r

W

CMUSpool tank : Source of imagination

23

Souki IIModified model of Uni-Rover with two wheels and 5 dof arm

Shintaro Mizunuma, Kazuhiro Motomura, Shigeo Hirose: Development of the Arm-Wheel Hybrid Robot “Souki-II” (Total System Design and BasicComponents), IROS, St. Louis, 4535-4540, 2009

24

Stair Climbing

Single Souki-II

- It can climb but takes time.

Two docked Souki-II

- It climbs much easier.

25

他のトランスフォーマー型（形状可変形）ロボット

26

M-TRAN 産総研 東工大(村田智）

Tokyo Tech Prof. Satoshi Murata

27

Free to rotate

Wire drive

Rotational axis Z

offset

Tim ing beltW orm

w heel

Stay

Thrust

bearingT op V ie w

R otation axis

R eaction

torque

Roller Walker

28

クローラ

歩行

TITAN XChange the transmission belt to the crawler!

脚先への動力伝達手段=移動のため

の推進手段

29

Specification of the TITAN X

30

Length×Wedth×Height 890mm × 581mm × 303mm (Crawler Posture)

Mass 23 2kg

Degrees of Freedom16 DOF

Leg Joints (脚関節) : 12 DOFChanging Mechanism (形態切替機構) : 4 DOF

クローラ形態 歩行形態

30

おわりに

• 人寄せパンダのようなロボット開発ではなく、国際的に評価される真に役立つ月探査ロボットの開発を進めるためには、その形態の選択に 大限の注意を払うべきである。

• 月面のような極限環境で機能するトランスフォーマー型ロボットの研究開発は、日本のお家芸である「からくり」の技術を現代に復活させようとするものであり、日本の独自性を発揮しやすく、また人々をわくわくさせる。

• トランスフォーマー型ロボットの研究開発はまた、地球環境保全、食糧危機、グリーンエネルギー生成などの世界的課題を解決していく鍵となるフィールドロボティックス関連の産業を発展させる起爆剤にもなる。

• 2020年頃に向けて、この分野の技術開発へ「持続する」サポートが続けられることが望まれる。

31