最強のアクティブサスペンションとしての生物の構造・

質問

現時点では実現不可能であることも理解していますが、時にこういった妄想というか実現不可能なレベルでの構想というかを楽しんでいるリタイア間近の機械屋の質問ですので、お暇のある方やこうした分野に詳しい方のご意見など伺えればありがたく思います。

例えばの例ですがある車両のサスペンションを考える時に生物の動きを再現できれば最高のサスペンションが出来上がるような気がして考えてみたのですが、もちろんですが生物をメソッドとするのでアクティブサスペンションという事ですが、現在多くの車両などに使われている一定またはある変化率による可変のレートを持つスプリングのような物（ガス圧などを利用して媒介として液圧を利用するなどしたものもこれに含む）ではなく、生物の筋肉の動作のように全く力を持たない状態から最大の力を持つ状態まで瞬時に反応できるアクチュエーター（増減両方向への動作が可能なアクチュエーターならスプリングなどを使ったイニシャルはあっても問題ないでしょう）を用いて行うことはできないでしょうか？例えばリニアモーターのようなもので懸架することが出来れば、かなり高性能な物が出来そうに思えます。また、サスペンションを構成するリンケージなども1自由度の関節の組み合わせで、規定された一つの軌跡をトレースするのみの動きではなく生物の骨格のように各関節に2ないしは3自由度の関節を持つ動きが出来れば、非常に高性能な物に仕上がると思いませんか？例えば人の足首の動きだけをとっても、地面の状況に応じて左右への回転・前後への傾斜・上下の運動と3次元のすべての運動に対応して必要に応じて接地面の設置圧の分布や、懸架する物体の重心の位置や駆動力の方向まで変えて対応していますよねぇ。もちろんこれには非常に高度なセンシング技術とサーボ技術が必要なことは理解しています。サスペンションその物に各部の変移の速度や強さを検出するセンサーが必要なだけでなく、移動方向の状態を先読みするための光学（生物でいえば目に当たる）センサーや光学的な情報の3次元解析をする高度な処理機能が必要になるでしょうし、2足歩行のロボットなどより難しいかもしれませんが、もし可能になれば面白いとは思いませんか？

現在の4輪車のサスペンションシステムでは各車輪の3次元での位置制御ができているわけではありませんが、これが4足歩行生物の足のように指先まで独立して3次元で、それも視覚情報まで取り入れたフィードフォワード制御（これは自動運転にも必要な技術でしょうから開発は近いかもしれませんね）が出来て自動運転が可能になれば、走るホテルや応接室が実現できそうでしょ。自室にいる様にゆったりとくつろぎながら窓を流れる景色を楽しんで旅が出来るっていいでしょ？まるで今でいえばクルーズトレインのように、いやそれ以上にくつろげる旅が出来たらと思って質問しました。

回答No.5

lumiheart · ベストアンサー

＞例えばリニアモーターのようなもので懸架することが出来れば
ボストン・ダイナミクスのヒト型ロボット
https://wired.jp/2017/11/17/atlas-robot-does-backflips-now/
推定ではリニアモータでなく普通の回転型モータだけど
十分にサスペンションになってるね

因みにリニアモータにする意味はほぼ無いでしょうね
何しろ減速機が入らないし

回転型モータを使用する理由は減速機の効果が大きい
普通のギアでなくハーモニックドライブ
https://www.hds.co.jp/products/lineup/hd/
普通のロボットの関節には必需品

何故減速機かと言えばモータがとてつもなく大きくなるから
ＤＤモータ
http://www.nikkidenso.co.jp/product/directdrive/
http://www.nsk.com/jp/services/pm_techreport/report51a.html
減速機無しのＤＤモータも以前より有るけれど
とてつもなくデカイ
小型モータ＋ハーモニックドライブの体積以下に出来そうで出来ない

回転型モータでさえ出来てないのに
リニアモータなら尚更小型化は困難であろう

後は御予算次第

お礼

そうなんですよねぇ。リニアモーターで車体を支えるだけのトルクを持たせるとでかくなるし、そもそもとんでもなく電気を食いそうです。回転モーターによるハーモニックドライブですか、確かにバックラッシュは極限まで抑えられるでしょうけれど、高速度でノ応答性はかなり問題がありそうですよねぇ。もちろん生物の機構にこうだわった一番の理由はそのアクチュエーターである筋肉と制御機構ですが、それ以外にも接地面を3次元で制御できる関節機構も重要だと考えています。もちろん各関節ごとにアクチュエータが必要に複雑になることは確かですが・・・

現在使われている弾性による懸架ではなく筋肉のようなアクチュエータと多関節による各輪での3次元での追従とかはやはり難しいのでしょうねぇ。

ロートル技術屋の妄想にお付き合いくださりありがとうございました。

回答No.8

tetsumyi

生物の場合は路面状態を事前に把握して筋力や関節の角度を調整しています。
失敗すると筋肉や腱を傷めて怪我することになります
車で可変サスペンションとする場合でも衝撃を感知してからでは対応は不可能で恐らくすぐに故障します。
事前に路面状態を予測できるシステムが実現すれば可能となるでしょう。

お礼

お礼が大変に遅くなり申し訳ありませんでした。少々体調を崩してしまい遅れてしまいました。

確かに、もしこのようなシステムが実現できるとして肝は3つあるかと思います。その一つが視覚センサーなどによる事前の観測とそれに対する対応です。残る二つはスプリングのような弾性によらず筋肉のような小型軽量で瞬時に反応することが可能なアクチュエータと接地面に対して独立して各個が3次元追従可能なリンクシステムになるでしょう。

事前の観測と追従は速度や旋回などの情報を含めても現在の技術をもってすれば一種の先読みサーボ機構として実現が可能ではないかと思いますがいかがでしょう。

リンク装置の部分もかなり複雑になるかと思いますが可能であると思います。最も難しそうなのが、筋肉のようなアクチュエータになるかと思うのですが、この場合はアクチュエータはあえて弾性を持たせずセンサーから得たデータで得た演算結果に正確に追従する物が望まれるかと思います。小型で高速度で応答できる大きなトルクを得られるアクチュエーターがどうしても必要になるので、これがネックになるかと考えています。

ご回答ありがとうございました。

回答No.7

SangoJugo

<<前の回答に脱字があったので訂正します。>>

むかし馬術をやっていたことがあります。
その経験からして，四脚獣の乗り心地はとても悪いものです。
馬も歩き方にも個性があって，ソフトな乗り心地のものとハードなものがあります。
その中で最もソフトな乗り心地の馬も，最悪の四輪車より更に乗り心地は悪いです。
馬で軽く散歩を後したで，トラックの荷台に乗ると，「なんてスムーズなんだ！」と思えます。

お礼

お礼が大変に遅くなり申し訳ありませんでした。少々体調を崩してしまい遅れてしまいました。

訂正まで含めて丁寧な回答ありがとうございます。確かに馬に乗るという事であればそうかもしれませんが、それは馬という動物の設計（変な言い方ですが）が人を乗せる背中の位置での安定に主眼が置かれていないからではないでしょうか？多分ですが、頭部の位置ではかなり優秀な安定度を保っているかと思います。それは馬に限らず4足歩行の生物が頭部を安定させるように制御されているという事で、制御の中心となったところでは非常に高度に制御されているかと思います。

回答ありがとうございました。

回答No.6

SangoJugo

むかし馬術をやっていたことがあります。
その経験からして，四脚獣の乗り心地はとても悪いものです。
馬も歩き方に個性があって，ソフトな乗り心地のものとハードなものがあります。
その中で最もソフトな乗り心地の馬も，最悪の四輪車より更に乗り心地は悪いです。
馬で軽く散歩をしたで，トラックの荷台に乗ると，「なんてスムーズなんだ！」と思えます。

回答No.4

kaitara1

肉食獣が獲物に近よるとき地面の凹凸にかかわらず、頭部は一定の高さを保持しているようです。

お礼

そうなんですよねぇ。動物の動きは高速走行しているときでも頭や目の位置を一定に保つように非常に高度に制御されているんですよね。

それが出来るのは、生物でいうとこサスペンションを構成している骨格と筋肉による部分と、その制御をする視覚や加速度を検出する内耳のの機能と先読み制御をする脳の機能によるところでしょう。

視覚・加速度の検出はセンサーで出来るでしょう、脳の機能もサスペンション制御のみに限れば現在の技術なら可能でしょう。関節の機構についても複雑にはなりますが再現はできるでしょう。最も難しいのが筋肉に代わるアクチュエーターだと思うのですがいかがでしょうか？リニアモーターなどを使う手もあるかと思うのですが、電気を馬鹿食いしそうですし、そうかといって金属スプリングやエアスプリングでは筋肉のように度の位置でもコンスタントな反力を瞬時に生み出すという事は難しいのではないかと思います。コンスタントレートスプリング（例えばコンストンとか）という物があることも知ってはいますが、確かにどの位置にあっても一定に近いレートを得られますが、必要な時にレートを瞬時に変更する目的には合いませんよねぇ。

ロートル技術屋の妄想にお付き合い願いありがとうございました。

回答No.3

eroero4649

そこまで凝ったことをやらなくても、現状の技術でロックオンした状態で砲身を安定させるくらいのことはできます。
https://youtu.be/lt6PN86a560

この戦車砲が車内だと想定すれば、質問者さんのおっしゃるくつろげる車内になるわけですよね。このM1A2エイブラムスは1両9億円くらいするそうで、とはいえ最新式の装甲とかそういうのにもお金が使われていることを考えれば、数億円かければ作れなくもない気がします。

お礼

お礼が大変に遅くなり申し訳ありませんでした。少々体調を崩してしまい遅れてしまいました。

ハイドロニューマチック・アクティブ・サスペンションですね。存じております。日本の10式戦車も確か採用していましたね。確かに現在にアクティブサスペンションでもあのレベルまで行けば相当なものだと思うのですが、ここはロートル技術屋がさらに上をと夢見ているものとして考えてください。

生物のように3次元方向に稼働が出来るような機構に筋肉のようなアクチュエーターを組み合わせてやれば接地面の変化や走行時のGの変化にも対応して車体に掛かる反力の方向まで制御して非常に高度な安定性を得ることが出来るかと思った次第です。

回答ありがとうございました。

回答No.2

Dr_Hyper

生物に習うというのはITの分野も含めて生物科学を学ぶ者が応用を志すときの基本だと思います。仰ることの半分もメカニズムを理解できてないかも知れないですが，確かに理想的だと思います。
一方で構造的にまねることができたとしても，それを動かす神経組織までとなるとかなり難しい気がします。さらに機械は頑丈ですが人間の体は経年劣化によるダメージもそれなりに深刻です。いや80年持つじゃ無いか？と思われるかも知れませんが，機器と異なり体の方は再生を繰り返しております。その再生能が弱まるととたんに体は悲鳴をあげますよね。
つまり多くの複雑な可動域の大変大きなものをつくることでしなやかさを持てますが，それを正確に連動させて動かす，維持するということに逆にデメリットも抱えてしまう気がします。自動車の軟骨がすり減って悲鳴を上げている。まるで神経痛・・・・横からぶつかったら捻挫した・・・・ということが起きうるってことではないか。
と思いました。

お礼

お礼が大変に遅くなり申し訳ありませんでした。少々体調を崩してしまい遅れてしまいました。

確かに機械が怪我をするという事もありうるかもしれませんねぇ。

生物のような（特に筋肉の働き）を人工物で再現しできれば、制御の方は今の技術でかなりいいところまで行けるような気がします。もちろん最初は大きく高額なものになるでしょうけれど、筋肉のように自在に0から最大値まで瞬時にコントロールできるバネが出来たらどうだろうと考えた次第です。サスペンションを構成する機構も生物の関節のように3次元の自由度を持ったものにすれば接地面の角度や車体に対して加わる反力の方向もコントロールできるのではないかと考えて質問しました。現在のサスペンションでスプリングやダンパーに代わるものとして、応答速度の高い複数のアクチュエーターで置き換えるという考え方です。

回答ありがとうございました。

回答No.1

nagata2017

生体バネはショックアブソーバーも兼ね備えている優秀なスプリングですね。
ショックアブソーバーのほうも　かなり優秀です。
飛び降りる時　1回の沈み込みでショックを吸収して　ブレがない。
質問を読んで　こっちに注目してしまいました。

お礼

お礼が大変に遅くなり申し訳ありませんでした。少々体調を崩してしまい遅れてしまいました。

そうなんですよ。私も生物の関節の構造による多方向の自由度（こちらはリンクとかで再現が出来そうですけど）と、最も重要視するのが筋肉による単純なバネとかとは異なる力の出し方なんですよね。必要であれば反発力を瞬時に0若しくは負の値をとらせることもできる上に、共振なんて現象からも逃げられる。スプリングとダンパーを統合してアクティブに制御している点なんですよ。

回答ありがとうございました。