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2023 年度 実績報告書

伸展・屈曲機構を用い成長するロボットの設計・制御論の構築に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2881
配分区分基金
研究機関早稲田大学

研究代表者

佐竹 祐紀  早稲田大学, 創造理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワード伸展型ロボット / ソフトロボット / インフレータブルロボット / 熱加工機構
研究実績の概要

本年度は伸展型ロボットにおいて複数のボディを用いた運用の1つの形態として、オンデマンドにボディが分岐するための機構を実現した。この機構では樹脂フィルムに熱溶断を施すことで分岐の起点となる穴を作成し、その穴を通じて新たなチューブを繰り出すことで分岐したボディの伸展を行う。伸展型ロボットが分岐形状を持つことにより、1台のロボットが広範囲を同時に探索できるほか、ボディを構造物として用いる際にも複雑な形状を作成することができるようになる。本年度は子分岐機構の最も核となる要素であるフィルムの熱溶断において、チューブの内圧とニクロム線の発熱量が極めて重要なパラメータであることを明らかにし、モデルの構築を行った。
また、これまで研究を行ってきた伸展動作機構、熱加工技術に関する知見を応用し、長尺インフレータブルチューブを用いた2本の伸縮腕によって3次元空間内を移動するという新たな移動手法の提案、およびそのロボットに関する設計論の構築を行った。
研究機関全体を通じた成果としては、伸展・屈曲機構を用いて成長するロボットに関する設計論や新たな運用手法の構築を行った。特に、オンデマンドな熱溶着による屈曲形状の作成というこれまでにない技術において、熱溶着が施された箇所の変形モデルの構築を行い、設計時、運用時におけるロボットの動作の予見を可能とした。また、この成果をロボットの制御に組み込むことにより、ロボットが目標地点に到達するために必要となる熱溶着のタイミングを求める独自の制御手法の構築に成功した。最終年度の成果であるオンデマンドな分岐形状の作成はこれまで世界中の他の研究機関では実現されていない技術であり、これを実現したことにより伸展型ロボットの運用手法の幅が大きく拡大するものと確信している。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Novel Design of a Pneumatic Longitudinal Actuator for Both Extending and Contracting Motions2024

    • 著者名/発表者名
      Tago Yasuka、Satake Yuki、Ishii Hiroyuki
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 9 ページ: 1436~1443

    • DOI

      10.1109/LRA.2023.3343628

    • 査読あり
  • [学会発表] リング状ガイド部材により大規模な伸縮変形を可能とした空気圧ソフトアクチュエータの開発2024

    • 著者名/発表者名
      佐竹祐紀,多胡靖歌,石井裕之
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第30期総会・講演会
  • [学会発表] 伸展型ソフトロボットのための屈曲角度一定の拘束を伴う経路計画手法に関する比較検討2023

    • 著者名/発表者名
      佐竹祐紀,石井裕之
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
  • [学会発表] 伸展型ソフトインフレータブルロボットにおける熱溶断を用いたオンデマンド分岐機構の開発 ―分岐孔作成性能の検証―2023

    • 著者名/発表者名
      佐竹祐紀,石井裕之
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] Path planning method with constant bending angle constraint for soft growing robot using heat welding mechanism2023

    • 著者名/発表者名
      Satake Yuki, Ishii Hiroyuki
    • 学会等名
      2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] オンデマンドな分岐を行う伸展型ソフトロボットにおける伸展制御機構の開発2023

    • 著者名/発表者名
      佐竹祐紀,石井裕之
    • 学会等名
      第24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

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公開日: 2024-12-25  

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