生物の特徴を生かした水中ロボットの 論理モデルとシミュレーションの作成
はじめに 背景
 既存の魚ロボットは複数の関節の角度を計
算し回転させ動作するタイプがほとんど  しかし、それらのロボットは動きがぎこちな
いし、関節角の計算も複雑
目的
 そこで、魚の筋骨格構造の仕組みを応用し、
複数の筋肉を収縮、弛緩することで、関節を
回転させるしくみを考える  それが実現すれば、簡単な計算で自然な動
きが可能になる 協調動作する魚の筋肉
拮抗筋
 ある動作で働く筋肉の逆に働く筋肉  一方が収縮のとき、もう一方は弛緩 シミュレーション実験
 図2の筋配列モデルのシミュレーション
7対の各拮抗筋へ加わる力
Ff-­‐e :各拮抗筋対の収縮力 Fq:全体の力ベクトルの長さ N = 7 : モータの数 ψ = 2π/N φ = ωt : 進行波の時間位相 ω : 遊泳運動の周波数 t : 時間 Ff1-­‐e1 = Fq (-­‐sinφ) Ff2-­‐e2 = Fq (-­‐sinφcosψ+couφsinψ) Ff3-­‐e3 = Fq (-­‐sinφcos2ψ+couφsin2ψ)
Ff4-­‐e4 = Fq (-­‐sinφcos3ψ+couφsin3ψ)
Ff5-­‐e5 = Fq (-­‐sinφcos4ψ+couφsin4ψ)
Ff6-­‐e6 = Fq (-­‐sinφcos5ψ+couφsin5ψ)
Ff7-­‐e7 = Fq (-­‐sinφcos6ψ+couφsin6ψ)
9つの各関節へ加わる力
Fjを各関節にかかる力とする Fj1 = Ff1-­‐e1 Fj2 = Ff1-­‐e1 + Ff2-­‐e2 Fj3= Ff1-­‐e1 + Ff2-­‐e2 + Ff3-­‐e3
Fj4 = Ff2-­‐e2 + Ff3-­‐e3 + Ff4-­‐e4
Fj5 = Ff3-­‐e3 + Ff4-­‐e4 + Ff5-­‐e5
Fj6 = Ff4-­‐e4 + Ff5-­‐e5 + Ff6-­‐e6
Fj7 = Ff5-­‐e5 + Ff6-­‐e6 + Ff7-­‐e7
横軸:時間t Fj8 = Ff6-­‐e6 + Ff7-­‐e7
縦軸:各関節に加わる力の合力Fj Fj9 = Ff7-­‐e7
ロボットの動作推移
3関節筋
 3つの関節をまたいでいる筋肉  この節筋が収縮、弛緩するとき、またいでい
る関節全てに力が同時に働く まとめ
図1. 1対の機能的3関節拮抗筋の構造と収縮
さらに、複数の3関節筋を並べて配置す
ることによって、より複雑な動作が可能 図2. 並べて配置した7対の3関節筋拮抗筋
 7対の拮抗筋を位相差を付けて独立に動
作させた  実際の魚と同じような、しなやかなS字状
運動が可能
今後の課題
 水中の抵抗を考慮していない ⇒水流や浮力などの考慮が必要  平面的な運動のみしか考慮してない ⇒上下運動の考慮も必要  胴体のみしか考慮してない ⇒各鰭の制御も必要 
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生物の特徴を生かした水中ロボットの 論理モデルと