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キツツキの舌に学んだ高ペイロード伸縮屈曲ロボットアーム

Research Project

Project/Area Number 22K14224
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

金田 礼人  九州大学, 工学研究院, 助教 (60879972)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords連続体ロボット / 伸縮アーム / 伸縮ロボット / ロボットアーム / ソフトロボット / 生体模倣
Outline of Research at the Start

介護・福祉・災害救助などの非構造化環境において、安全かつ力強い伸縮ロボットアームの活躍が期待されている。例えば、伸縮アームは、伸びたり曲がったりしながら周囲の障害物を避けて目標物まで到達し、それが重たい荷物であっても持ち上げて操作する。このようなコンセプトはアニメや映画の世界ではよく見られるが、その実現は容易ではない。なぜなら、マジックハンドなどの剛体伸縮構造は屈曲動作ができず、ソフトロボットなどの柔軟伸縮構造は可搬重量が低いためである。そこで本研究は、しなやかさと頑強さを兼ね備えるキツツキの舌骨構造から着想を得た、高ペイロード伸縮屈曲ロボットアームを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

介護・福祉・災害救助などの非構造化環境において、安全かつ力強い伸縮ロボットアームの活躍が期待されている。例えば、伸縮アームは、伸びたり曲がったりしながら周囲の障害物を避けて目標物まで到達し、それが重たい荷物であっても持ち上げて操作する。このようなコンセプトはアニメや映画の世界ではよく見られるが、その実現は容易ではない。なぜなら、マジックハンドなどの剛体伸縮構造は屈曲動作ができず、ソフトロボットなどの柔軟伸縮構造は可搬重量が低いためである。そこで本研究は、しなやかさと頑強さを兼ね備えるキツツキの舌骨構造から着想を得た、高ペイロード伸縮屈曲ロボットアームを開発する。初めに、本研究のキーテクノロジーである「キツツキの舌骨を模倣した伸縮屈曲機構」を2次元から3次元に拡張する。3次元での動作を可能にするために、等方性剛性のあるラックギアを開発する。次に、提案機構を組み込んだ6自由度マニピュレータを開発する。提案機構はそのままでは3自由度しか持たないが、テレスコピック構造を応用することで、提案機構を2つ重ね合わせて6自由度に拡張する。最後に、試作したマニピュレータの運動モデルを構築し、モデルに基づいた制御手法の開発に取り組む。3次元空間で動作するマニピュレータの軌道追従性およびペイロード下の手先精度を評価する。申請者の提案手法は、ロボットマニピュレータにおけるシンプルな基礎技術であり応用範囲が広い。スーパーのバックヤードから災害救助現場に至るまで、安全かつ器用に働くマニピュレータの基礎として役立つだろう。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

今年度は3次元マニピュレータの多自由度化に取り組んだ。当初はモータユニットを追加することで自由度を増加させる予定であったが、モータユニットがマニピュレータの体幹上に配置されることで、柔軟なマニピュレータがたわんでしまう問題が発生した。これを解決するために、全てのモータを土台に搭載できる新たな機構を開発した。提案機構を用いた6自由度マニピュレータを作成し、その基本的な動作試験に成功した。

Strategy for Future Research Activity

次年度の研究方針は大きく以下の2つである。1つは、試作した6自由度マニピュレータのモデリングである。逆運動学モデルを構築しマニピュレータの制御を行う。もう1つは、マニピュレータの性能評価である。軌道追従性およびペイロードに関する試験を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Geared Rod-Driven Continuum Robot With Woodpecker-Inspired Extension Mechanism and IMU-Based Force Sensing2024

    • Author(s)
      Mavinkurve Ujjal、Kanada Ayato、Tafrishi Seyed Amir、Honda Koki、Nakashima Yasutaka、Yamamoto Motoji
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 135-142

    • DOI

      10.1109/lra.2023.3331650

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Woodpecker’s Tongue-Inspired, Bendable and Extendable Robot Manipulator With Structural Stiffness2022

    • Author(s)
      Matsuda Ryota、Mavinkurve Ujjal、Kanada Ayato、Honda Koki、Nakashima Yasutaka、Yamamoto Motoji
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Issue: 2 Pages: 3334-3341

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3146954

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Design of 3D-printed Flexible Robotic Arm with Bendable and Extendable Capacity2023

    • Author(s)
      R. Matsuda
    • Organizer
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of 3D-printed Flexible Robotic Arm with Bendable and Extendable Capacity2023

    • Author(s)
      R. Matsuda, U. Mavinkurve, A. Kanada, K. Honda, Y. Nakashima, M. Yamamoto
    • Organizer
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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