2024/01/09学生編集委員会企画:第41回日本ロボット学会学術講演会レポート（一般セッション：機構（2/2））

1 はじめに

2023年9月11日（月）から14日（木）にかけて仙台国際センターで開催された第41回日本ロボット学会学術講演会のセッションレポートをお届けします．

2 セッションレポート

今回レポートするのは，2日目に開催された一般セッション「機構(2/2)」です．このセッションでは合計8件の発表が行われました．まずは発表の概要について紹介します．

1件目は東北大学，シンガポール国立大学の研究グループによる「車輪－グリッパ間変形可能機構の開発と把持性能評価」[1]です．この発表では，凹凸の激しい極限環境において，車輪での走行だけでなく，把持と登攀動作を行うための車輪-グリッパ間の変形が可能な機構を提案しています．

2件目は極限環境ロボット研究所の研究グループによる「擬似平行開閉と大開閉を両立する4節リンク型グリッパの量の総合に向けた機構定数解析」[2]です．この研究では，4節リンク機構の寸法を適切に選ぶことで，擬似平行開閉と大開閉を両立可能なリンク寸法に関する特徴を明らかにしています．

3件目は三重大学,Wuxi大学,サンユー技研工業株式会社の研究グループによる「持ち上げ作業時における筋負担の軽減を考慮した装着型重量免荷システムの開発」[3]です．この研究では，重量物を扱う際に生じる腰部及び腕部への筋負担を軽減可能とする装着型重量免荷システムを提案しています．

4件目は株式会社人機一体の研究グループによる「樹脂3Dプリント部品と金属をハイブリッド化した構造を有する人型重機の設計と製造」[4]です．この研究では，FDM方式の3Dプリンタと金属材料部品をハイブリッド化することで人を超えるサイズの人型重機を開発しました．

5件目は神奈川大学の研究グループによる「昇降ロボットの携帯型屋内昇降試験装置の開発」[5]です．この研究では，宇宙エレベーター昇降ロボットについて，長距離・長時間の耐久試験を行うことが可能な屋内昇降試験装置を提案しています．

6件目は木更津高等専門学校の研究グループによる「全軸ワイヤ干渉駆動機構型肩義手システムのワイヤ経路の改善」[6]です．この研究では，肩義手の課題である，複数のモーターやアクチュエーターを搭載することによる重量の課題を解決するために，動力伝達機構として全軸ワイヤ干渉駆動機構を提案しています．

7件目は中央大学の研究グループによる「遊星歯車機構を用いた角型ダクト清掃機構の性能評価」[7]です．この研究では，角ダクトの内壁に付着した高粘性の油塵を擦り落とすために，ダブルピニオン式遊星歯車機構を応用した卵形ブラシ付き清掃ロボットを提案しています．

8件目は東北大学の研究グループによる「磁気対向配置型移動メカニズム」[8]です．この研究では，水中の網付近の環境において，磁石を内包した筐体で網を挟んで頑健に吸着し波動推進で移動可能な機構を提案しています．

これらの中から，私が特に興味を持った1件目の「車輪－グリッパ間変形可能機構の開発と把持性能評価」[1]と，5件目の「昇降ロボットの携帯型屋内昇降試験装置の開発」[5]について詳しくレポートします．

まず，「車輪－グリッパ間変形可能機構の開発と把持性能評価[1]」についてです．この研究では図1に示すような，駆動用の車輪と物体の把持や登攀動作を行うためのグリッパ間の変形を行う機構を提案しています．

 

Figure 1: 車輪-グリッパ間変形機構[1]

このグリッパには8 本の指が取り付けられています．それぞれの指は図2に示す3つのリンクで構成されており，各リンクはジョイント部のプーリーを介して1本の糸 (string)で繋がれています．この糸を機構に取り付けられたアクチュエータで巻き取ると，それぞれのリンクが閉じていき，糸を緩めるとバネによる復元力によりグリッパが開いていきます．糸を完全に巻き取ることにより，グリッパが完全に閉じた状態になると，第二リンクが円筒の外側に並ぶように設計されているため，車輪として用いることができるようになります．

 

Figure 2: 提案グリッパに搭載されている指の機構[1]

 

Figure 3: 把持性能評価テスト[1]

また，この研究では図3に示す通り，提案グリッパの把持性能の評価実験を実施しており，岩のように突起した地形を模擬した凸形状の物体に対して保持力を計測しています．

平地での効率的な車輪走行と車輪での走行が不可能な凹凸の激しい地形での移動の両立を行うために，車輪とグリッパの状態を機構的に変形させるというアイディアはとても革新的であると感じました．極限環境で実際に動作を想定するローバーへの応用が大きく期待できると思います．

次に，「昇降ロボットの携帯型屋内昇降試験装置の開発[5]」についてです．この研究では，図4に示す宇宙エレベーターを代表とする昇降ロボットの長距離昇降試験を屋内で実施するための試験装置を提案しています．特に，この研究では図5に示す試験装置の駆動部分の提案を行っています．

連続して長時間昇降試験を行うために，この装置では昇降するクライマー(昇降ロボット)が一定の位置を保つようにテザーを常に制御しています．この研究ではテザーを図5に示す様に駆動輪と受動輪で挟み制御しています．また，クライマーの位置は装置の下部に設置した距離センサーで取得をしており，これを入力値としてPID制御でクライマーの高さ制御を行っています． 提案装置の検証実験では，実際のクライマーに対して追従した制御を行うことができるということを確認しています．今後は速度制御を追加することで，追従精度を高めていくことが期待されています．

 

Figure 4: 屋内昇降試験装置[5]

 

Figure 5: 駆動部・受動部[5]

宇宙エレベーターをはじめとした屋外の昇降ロボットの課題である長距離・長時間の耐久試験を屋内環境で実施可能にすることはクライマー本体の開発を加速させる素晴らしい取り組みであると感じました．この研究に留まらず，将来的な宇宙エレベーターの導入へ向けて，機構の分野をはじめロボット分野の知見が多く生かされることを期待したいと思いました．

 

3 おわりに

以上でセッション「機構(2/2)」の紹介を終わります．このセッションでは，ロボットの使用環境に合わせた柔軟な発想をもとにした機構の提案が多く，実際のロボットへの応用が今後期待される内容だったと思います．

 

参考文献

[1] 宇田，澤，宇野，加藤，リム，吉田： “車輪－グリッパ間変形可能機構の開発と把持性能評価”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-01, 2023.
[2] 木村，樋口，広瀬： “擬似平行開閉と大開閉を両立する4節リンク型グリッパの量の総合に向けた機構定数解析”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-02, 2023.
[3] 小泉，田，矢野，中西，清水： “持ち上げ作業時における筋負担の軽減を考慮した装着型重量免荷システムの開発”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-03, 2023.
[4] 野村，金岡： “樹脂3Dプリント部品と金属をハイブリッド化した構造を有する人型重機の設計と製造”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-04, 2023.
[5] 礒端，吉中，廣野，野中，江上： “昇降ロボットの携帯型屋内昇降試験装置の開発”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-05, 2023.
[6] 倉持： “全軸ワイヤ干渉駆動機構型肩義手システムのワイヤ経路の改善”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-06, 2023.
[7] 門間，山中，人見，伊藤，中村： “遊星歯車機構を用いた角型ダクト清掃機構の性能評価”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-07, 2023.
[8] 清水，栢分，釼持，恩田，阿部，渡辺，渡辺，多田隈，昆陽，田所： “磁気対向配置型移動メカニズム”， 第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 1C4-08, 2023.

 

山本 晃平(Kohei Yamamoto)

東北大学大学院工学研究科博士前期課程修了．東北大学大学院工学研究科ロボティクス専攻在学中．炭素繊維をはじめとした連続複合材料をロボットを用いて積層造形する技術の研究に従事．