月面ローバの研究モデルを用いた屋外自然環境での走行実験について
― JAXAと日産自動車e-4ORCEの共同研究 ―

2022年12月13日(更新日 12月22日)
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
宇宙探査イノベーションハブ



 宇宙探査イノベーションハブと日産自動車株式会社(以下、日産)は、2020年から月面ローバ(探査車)の駆動力制御技術の確立のために、研究課題「電動駆動制御による砂地走破性の向上」に関する共同研究を進めてきました。2021年12月には、日産グローバル本社ギャラリーで開催された「NISSAN FUTURES」において、共同研究を行っている月面ローバの研究モデルを公開しました(※1)。今回、2022年9月に東京都三宅島において、この月面ローバ研究モデルを使用した屋外フィールド実験を共同で行いました。
 これまで、JAXA宇宙探査実験棟の屋内フィールドで、月面ローバの駆動力制御技術に関する検証実験を行ってきましたが、今回の実験を通して、提案する駆動力制御技術が屋外の自然環境においても有効であり、険しい地形で月面ローバが効率良く走行できることを確認しました。



三宅島での撮影動画はこちらからご覧いただけます


【共同研究の背景】
 月の表面は、細かな砂(レゴリス)で覆われた軟弱地盤であり、またクレータの縁等には急な斜面が存在することが知られています。このような路面では、ローバのタイヤが砂に埋もれて空転してしまい、探査が継続できなくなる可能性があります。また、月面では、ローバは、太陽電池を使って自ら発電・充電しながら探査をしなければなりません。そのため、ローバには、砂地で効率良く走行するための技術が必要になります。
 一方、地上においても、砂漠などの砂地を走行するオフロード車には、タイヤを効率的に駆動し、運転者が快適に走行するための技術が必要になります。日産のe-4ORCEは、電動駆動ならではの4輪制御技術で、どのような環境下においてもドライバーが安心して運転できるだけでなく、車両姿勢を制御することにより同乗者にも快適な乗り心地を提供します。
 そこで、JAXAと日産は、宇宙探査イノベーションハブの研究提案公募の枠組みの下、JAXAが試作した月面ローバの研究モデルに、日産の電動駆動4輪制御技術e-4ORCEを応用することで、月面ローバの駆動力制御技術に関する共同研究を進めてきました。

【実験の概要】
 今回の実験は、これまでJAXA相模原キャンパス内の宇宙探査実験棟にある屋内フィールドで検証を進めてきた月面ローバの駆動力制御技術に関して、屋外の自然環境でその有効性を検証する目的で行いました。実験は、東京都三宅島にある新鼻新山付近の砂地で実施しました(※2)。
 屋外の自然環境は、屋内フィールド以上により月面に近い環境であると言えます。宇宙探査実験棟の屋内フィールドでは、フィールドの周囲に取り付けた計測装置により、ローバの移動量(自己位置)を正確に推定することができます。また、室内の湿度が一定に管理されており、実験毎の路面状況を整えやすいため、同一条件で再現性の高い実験を行うことができます。このような屋内フィールドの特徴は、ローバの駆動力制御の原理検証に有効です。一方、屋外の自然環境では、ローバは自ら自己位置を推定し、険しい路面を走行しなければなりません。
 まず実験では、月面でローバが走行することを想定し、GPS等を使用せず、ローバに搭載したカメラやセンサを使用して自己位置を推定する実験を行いました。実験では、月面ローバの研究モデルに対して、無線で操作者が操作コマンドを送り、ローバが走行する際のカメラによる画像やセンサデータを取得しました。これらデータを統合することで、ローバの車輪の滑りを精度良く推定・検知できること確認しました。
 次に、月面ローバの研究モデルに、日産のe-4ORCEを応用した駆動力制御技術を実装した走行実験を行いました。この実験では、上述の手法を使って推定される車輪の滑り量に基づき各車輪の駆動力を適切に制御しながら、ローバを走行させました。実験を通して、ローバが車輪の滑りに対しても安定して、効率良く走行できることを確認しました。
 実験の結果、屋外の自然環境においても、ローバの車輪の滑りを精度良く推定し、その滑り量を考慮した車輪の適切な駆動力制御によって、ローバが効率良く走行できることを確認しました。実験を通して、将来、より高性能な月面ローバの開発に応用できる成果が得られたと考えています。

【今後の展開】
 今後、本研究成果を活用し、JAXAは、将来の月面探査で必要となるローバの駆動力制御技術及び自動運転技術の確立を目指します。また、日産は、地上の市販車の研究開発においても、e-4ORCEをあらゆるシーンで安心して走行いただけるような技術へさらに進化させることを目指していきます。

※1 日産自動車、JAXAと共同研究中の月面ローバ試作機を公開
※2 特別に許可を得て実験を実施しております。

【走行実験の様子】 ※写真をクリックすると拡大します