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2021 年度 実績報告書

超柔軟素材を用いた分岐・伸展トーラス機構を基軸とするロボット駆動体の設計と具現化

計画研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 18H05471
研究機関東北大学

研究代表者

多田隈 建二郎  東北大学, タフ・サイバーフィジカルAI研究センター, 准教授 (30508833)

研究分担者 川上 勝  山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 准教授 (70452117)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワードソフトメカニズム / ロボット機構 / 機構設計 / 柔剛兼備 / 生物抽能
研究実績の概要

令和3年度においては,湾曲・伸縮・分岐を行うロボット駆動体において,特にトーラス型先端折り返し構造の搭載するための,展開動作も可能な湾曲型の指機構に関して機構の観点から原理創案・実機具現化した.平板状構造の初期状態から,湾曲させることで断面二次モーメントの値を大きくして剛性を高め,把持動作を行うものである.この創案した原理に基づいて,先端が伸展する際には狭隘空間に入りやすいように平らな状態になっているが,狭隘空間の先で作業を行う際には把持対象物に力を加えることが可能となるエンドエフェクタの基となる指機構の実機を設計・実機試作した.また,具現化した実機を用いた基礎実験を通して,創案した上記の展開および柔剛切替え機能についてその有効性を確認できた.また,ソフトロボット学における柔軟性のさらにその先の位置づけとして,柔らかいロボット身体内の「部分同士が離れるレベルにまで変形する」という考えを導入した.そのため,可食材料や,生分解性の材料のみで構成することが可能なアクチュエータやセンサ,機構や筐体などの要素からその組み合わせまで研究開発に取り組んだ.さらに,分解性の観点をより深く推し進めて,ロボット本体を取り囲む環境との比重差を用いることで,散らばった素材をも著しく容易に回収することが可能となる比重差回収方式に関しても新しく創案し,ワセリンをその概念検証のための素材として選定することによって実機具現化した.まだ本素材の有する粘性の効果への対処方法などの課題は残るものの,創案した基本的な素材回収動作に関してはその根源的な効果を実機実験を通して確認することができた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

トーラス型伸展機構において,従来非常に困難であった,狭隘空間内への挿入動作と,先端へのエンドエフェクタの搭載の2つを両立させることが可能となるエンドエフェクタの原理創案と実機具現化を成功させた点は,本新学術ソフトロボット学における難題を一つクリアする重要な位置づけとなるものである.また,これに加え,ソフトロボット学における柔らかさのその先に位置づけられるものが何かということを熟考し,その結果として可食性・生分解性の素材での構成,および簡易知能の創出のための流体素子の含有方法などについても体系化に向けて具体的な機構創案を実施したという点は,特記に値する.さらに,分解性の概念をさらに進めて,環境との比重差を活用することで素材回収容易性を実現するという比重差回収方式という学術の根本となる新要素技術に関しても,ソフトロボットの次なる学術領域の拡張となる概念の1つを生み出すに至った.以上のように,各要素からの底上げ技術に加え,次なる学術分野形成につながる拡張的な概念も,実機具現化を含めて数多く創出しているため,概ね順調に進展していると言える.

今後の研究の推進方策

今後は,これまでに実施してきたトーラス型駆動機構の研究開発の最終仕上げを,本領域の成果を代表する位置づけとして遂行する.本テーマは,機構学のみならず,材料や生物学的観点といった複数の学術を複合させることにより成し得る点においても,非常に重要な取り組みとなる.加えて,柔軟性の究極としての分解性の観点からの生分解性材料からなる要素機構およびそれら組み合わせ・総合によるロボット機体の創案・実機具現化にも学術的なリンク付けを含めて継続して実施する.さらに,同じ新学術間の共同研究者と連携して,医療を含めた産業応用も見据えての研究開発を推進していく予定である.今もまだ完全には明けていないコロナ禍での活動制限はされるものの,リモート会議システムなども並行して活用して,可能な限り効率的な研究打ち合わせを頻度高く実施し,成果につなげうるように取り組んでいく.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Two-Sheet Type Rotary-Driven Thin Bending Mechanism Realizing High Stiffness2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Takahashi, Masahiro Watanabe, Kenjiro Tadakuma, Eri Takane, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 6 ページ: 8333-8340

    • DOI

      10.1109/LRA.2021.3105744

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Eversion Robotic Mechanism with Hydraulic Skeleton to Realize Steering Function2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Takahashi, Kenjiro Tadakuma, Masahiro Watanabe, Eri Takane, Natsumi Hookabe, Hiroshi Kajihara, Takeshi Yamasaki, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 6 ページ: 5413-5420

    • DOI

      10.1109/LRA.2021.3073653

    • 査読あり
  • [学会発表] From a Deployable Soft Mechanism Inspired by a Nemertea Proboscis to a Robotic Blood Vessel Mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Tadakuma
    • 学会等名
      FINAL SHORT TALK SESSION, Embodied Intelligence Workshop 2022
    • 招待講演
  • [学会発表] ワセリン蓋式柔軟封入機構2021

    • 著者名/発表者名
      釼持優人,髙橋景虎,佐野峻輔,阿部一樹,渡辺将広,多田隈建二郎,昆陽雅司,田所諭
    • 学会等名
      第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] Robotic Blood Vessel Mechanism for Self-Healing Function of Soft Robots2021

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Tadakuma, Shohei Inomata, Yuta Yamazaki, Fumiya Shiga, Masanori Kameoka, MD Nahi Islam Shiblee, Issei Onda, Tomoya Takahashi, Yu Ozawa, Masahiro Watanabe, Hidemitsu Furukawa, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 学会等名
      The 11th JFPS International Symposium on Fluid Power
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-Sheet Type Rotary-Driven Thin Bending Mechanism Realizing High Stiffness2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Takahashi, Masahiro Watanabe, Kenjiro Tadakuma, Eri Takane, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 能動自己修復性ロボット血管機構,ー吸水性表面による修復能力の向上ー2021

    • 著者名/発表者名
      猪股翔平,山﨑裕太,志賀郁也,亀岡将成,MD Nahin Islam Shiblee,恩田一生,髙根英里,渡辺将広,多田隈建二郎,古川英光,昆陽雅司,田所諭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [学会発表] 袋内のMR流体に磁束を伝播する磁性ピンアレイグリッパ機構― 磁束伝播性能・剛性可変性・物体把持性能の評価 ―2021

    • 著者名/発表者名
      釼持優人,金田侑,西谷誠治,戸島亮,髙根英里,渡辺将広,多田隈建二郎,昆陽雅司,田所諭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [学会発表] Deformation Property of Space-Filling Mechanism Fabricated through Continuous Threading of Beads2021

    • 著者名/発表者名
      Anubrata NATH, Masahiro WATANABE, Eri TAKANE, Kenjiro TADAKUMA, Masashi KONYO, and Satoshi TADOKORO
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [学会発表] 任意の形状保持と可変剛性を実現する空圧式弾性線状体2021

    • 著者名/発表者名
      渡辺将広,多田隈建二郎,昆陽雅司,田所諭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [学会発表] 断面2次モーメントを活用した柔剛切替機構―柔剛切替性能の評価と車輪への応用―2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋優太,髙根英里,渡辺将広,多田隈建二郎,昆陽雅司,田所諭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [学会発表] Eversion Robotic Mechanism with Hydraulic Skeleton to Realize Steering Function2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Takahashi, Kenjiro Tadakuma, Masahiro Watanabe, Eri Takane, Natsumi Hookabe, Hiroshi Kajihara, Takeshi Yamasaki, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 学会等名
      2021 IEEE 4th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft)
    • 国際学会
  • [学会発表] Pneumatic Driven Hollow Variable Stiffness Mechanism Aiming Non-Contact Insertion of Telescopic Guide Tubes2021

    • 著者名/発表者名
      ssei Onda, Masahiro Watanabe, Kenjiro Tadakuma, Eri Takane, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
    • 学会等名
      2021 IEEE 4th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft)
    • 国際学会
  • [学会発表] Actual Process of Inventing Soft Robot Mechanisms and Embodying as Actual Real Prototypes2021

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Tadakuma
    • 学会等名
      32nd 2021 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (From Micro & Nano Scale Systems to Robotics & Mechatronics Systems)
    • 招待講演
  • [学会発表] 様々な作業を実現するロボット機構の原理考案と具現化2021

    • 著者名/発表者名
      多田隈 建二郎
    • 学会等名
      精密工学会 超精密位置決め専門委員会 9月度定例会(Webex)
    • 招待講演
  • [学会発表] 軟体動物学とソフトロボット機構学の間の正の超スパイラル共同研究機構,― 動物学 x ロボット機構学 ―2021

    • 著者名/発表者名
      多田隈 建二郎
    • 学会等名
      軟体動物学とソフトロボット機構学の間の正の超スパイラル共同研究機構,― 動物学 x ロボット機構学 ―
    • 招待講演
  • [産業財産権] 変形機構およびグリッパ2021

    • 発明者名
      高橋知也,渡辺将広,多田隈建二郎,髙根英里,昆陽雅司,田所諭
    • 権利者名
      高橋知也,渡辺将広,多田隈建二郎,髙根英里,昆陽雅司,田所諭
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-082469

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公開日: 2022-12-28  

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