Flexible Walking Robots

   可撓性材料からなる
       柔軟歩行ロボットに関する研究 
 

    〜A study on Walking Robots
           Consisting of Flexible Marerial〜

                   
                    2009.3 西田麻美

解説:
みなさん,こんにちわ.
本ページは,西田麻美のロボット研究の一部をまとめたものです.

柔らかい材料によって作られた歩行ロボットについて,
Q&A形式と写真や動画などを使って,
できるだけ簡単にご紹介したいと思います.

尚,写真や動画についての無断掲載を一切禁止します.

ご利用されたい方,遠慮なくご一報くださ〜い.


Q.1 どうして柔らかい歩行ロボットの研究をやろうとしたの?
A.1 西田さんの回答 

今の時代,ロボットは大人気で,
たくさんの開発や研究があちこちで切磋琢磨行われていて,いろいろなロボットが私達の生活の中で,
一緒に住んだり,お仕事したりするようになってきていますよね.
このような人間と一緒に働くロボット達には「人を傷つけてはいけないよ.」という
安全性柔軟性が求められるのです

だけどね,今のロボット達って,大きくて重くて体が硬いから,私達人間と接触したときに,とっても危ないの.
だからね,安全性柔軟性について,たくさんの人たちが危なくないように研究開発しているんだ.

ロボットには大きく分けて,
ハード側(ロボットの機構:メカやエレキ)とソフト側(コンピュータ側:情報や制御)の
2つの力が合わさって成り立っているんだよ.
今はね,
ロボットの危険な部分ソフト側を駆使して,回避しようとみんなががんばっているの.
でもね,人間の行動って,作業の目的もバラエティで,予想外の複雑な動きをするし,

もしロボットのシステムが故障したり,暴走しちゃったら,コンピュータで完全に危険を回避することが難しいでしょ?

だからね,ハード側からのアプローチはどうなのかな?という角度から,
全身が柔らかい材料で作られたロボット(柔軟歩行ロボット)ができたなら,
安全な部分をより向上させることができるのではないかなと考えたの.

    
そこでね,ロボットの知能の部分(基板)エネルギーを供給する部分(バッテリー)については,
現在の西田さんの力では,柔らかくすることができないから,

ロボットのコアな部分
,つまりね,リンクアクチュエータ(動かす源)に焦点をあてて,研究をスタートしたんだよ.

まずはね,ロボットの「柔かさ」と「剛さ」の研究を調査して比較したんだ.
そしたらね,剛体のリンク剛体のアクチュエータを使ったロボットの研究は昔からたーくさんあるけれど,
柔らかいリンク
柔らかいアクチュエータを使ったロボットの研究はとーっても少なくて,
特に,
歩行ロボットとなると皆無にひとしいの. 

図1にいままでの研究を「柔」と「剛」のベクトルに分けて比較したので見てみて!

右下の枠のエリアは研究が少ないことがわかるでしょ.




                       
図1.従来のロボット研究の比較


それとね,柔らかいロボットって
アクチュエータに大きく影響されるんだけど,
今のアクチュエータは,
液体の中で使用するものだったり,フニャフニャとあまりにも柔らかすぎて,
ロボットを歩行させるために使えそうなアクチュエータがなかったの.

だから,西田さんは,まず柔らかいアクチュエータを作らなくちゃいけないんだ.と考えたんだ.
開発したアクチュエータはね,
可撓性(かとうせい)材料:”下じき”のように,ちょっとの力でたわむことのできる材料
形状記憶合金(SMA)アクチュエータを組み合わせて作ったんだ.
そして”
FFP(Flexible Flate Plate)アクチュエータ”と名づけたんだよ.

このアクチュエータをロボットの足につけて,まずSMAで薄い板を弓のような形にたわませて,
薄い板がもとの形に戻ろうとするときのエネルギーを使って歩行をさせようと考えたんだ♪
柔らかいけど,剛性があって,とっても軽くて,小さくて,
誰でも
数十分作ることができて,そして簡単に制御できるんだよ.ちなみにとーってもお安いの!!!!
だから,
大量生産のロボットに向いていると思うわ.

それから,開発した
FFPアクチュエータを使って,レゴのように足を組み換えて,
二足四足やその他のたくさんの柔らかい歩行するロボットを作ったんだ.
そしてロボット達の
問題課題を明らかにして,柔軟歩行ロボットの分野を拡大させていこうと思っているんだよ.

Q.2 なんで柔らかい歩行ロボットの研究が少ないの?
A.2 西田さんの回答 

柔らかいリンクと柔らかいアクチュエータのロボットの研究は,
ロボットの運動力学的な特性にも大きな影響を与えるにもかかわらず,
残念なことに,あまり関心が持たれていないんだ.


その原因の一つ
には,古くから機械はそもそも剛体というシステムの中で制御されて働いてきていて,
その時に生じる構造的な柔らかさは,
振動の原因となったり,作業効率の低下不安定な現象
招いたりするんだ.
だから,
高精度・高性能を目指している研究分野では,柔らかいものを導入することは厄介だ.
という
産業機械の立場からの考え方が今日のロボット分野にも反映しているからだと思うの.

今後,日本の技術力はとても素晴らしいので,ロボットもいろいろな方面で発展していくでしょうね.
そうなると,
分野の垣根をこえた新しいロボットが出現してくるんじゃないかしら.
おそらく,次次世代は,私達が思いもつかない
行動によって,
思いもつかない
場所で,活躍するロボットが誕生するかもしれないよ.

だから本当は,
機械ロボットを切り離して考えていかなければいけないのだけれど,
まだまだ根本的なことを議論されていないのが現状なんだ.


Q.3 西田さんが作った柔らかい歩行ロボット紹介してくれる?
A.3 西田さんの回答

西田さんのおうちで生まれたロボットの一部を紹介するね.
国際学会で発表したものや論文に掲載したロボット達です.それ以外にもいるけれど公開できないの.ゴメンね.
どうぞ!ご覧ください.



35L×35W×70H[mm], 5.5[g]   35L×20W×70H[mm], 4.0[g]   22L×22W×70H[mm], 2.8[g]
    
  図2.振り子歩行ロボット         図3.カニ歩行ロボット       図4.二足歩行ロボット

50L×35W×70H[mm], 6.1[g]   50L×50W×80H[mm], 6.8[g]
 
図5.四足歩行ロボットAタイプ    図6.四足歩行ロボットBタイプ
ロボットの中央には,将来的に知能やバッテリーやカメラを乗せるられるように,設計してあるの.
実際に,前進・後退・旋回することができるんだよ.

動画も参照してね


図7.四足歩行ロボットの歩行実験    図8.二足歩行ロボットの歩行実験 
         (脚のみ)

Q.4 ロボットのアプリケーションは?
A.4 西田さんの回答

西田さんが作ったロボット達は,熱を放つSMAアクチュエータをベースにしているから,
それに対して
-70℃から150℃まで耐えられるポリエチレンプレートの薄い板を組み合わせているんだよ.
このプレートは,
アセトンベンゼンのような強化学薬品にも対応できるような強い材料でもあるんだ.
だから,たとえば,
金属の剛体で作られたロボットでは介入できないガス液体
高熱
が発生しているような特殊な環境腐食に厳しい場所で働く歩行ロボットして期待がもてると考えてるよ♪

それから,
無音無臭軽量小型という特徴があるので,
生物
にそっと近寄って,生体を観察する探査ロボットとしても使えるかもしれない♪

Q.5 どこで発表したの?
A.5 西田さんの回答

以下のところです.

[国際学会・論文発表]

[1] M.Nishida, K. Tanaka and H. O.Wang: “Development and Control of Small Biped Walking Robot using
  Shape Memory Alloy
,Journal of Robotics and Mechatronics, Vol.20,No.5,pp.793-800.2008.

[JRM]

[2] M.Nishida, K.Tanaka and H.O.Wang, "Development and Control of Micri Biped Walking Robot using
  Shape Memory Alloys", IEEE International Conference on Robottics and Autimation,pp.1604-1609,2006.

[ICRA/May 15-19, San Orlando Florida USA ]

[3] M.Nishida, K.Tanaka, "Application of FFP-Actuators to Legged Locomotion Robots",IEEE/RSJ
  International Conference on Intelligent RObots Systems(IROS),pp.2993-2998,2007.

[IROS/October 29-November 2, San Diego USA ]

[4] M.Nishida,K.Tanaka,"The Quadruped Locomotion Robot with Flexible Materials" IEEE/RSJ
  International Conference on Intelligent RObots Systems,pp.2649-2654,2008.

[IROS/September, 22-26 Nice France ]

[国内]

[1]西田麻美,田中一男,"SMAを用いたマイクロ二足歩行ロボットの開発"
  ロボティクスシンポジア,佐賀 pp.153-158 March (2006)

[2]西田麻美,田中 一男,"柔軟リンクをもつ四脚歩行ロボットの歩容生成",
  第25回日本ロボット学会学術講演会2G15 (2007)


Q.6 ロボットの研究に関するお問い合わせは?

A.6 西田さんの回答

こちらにメールくださいな〜♪メッセージお待ちしています!

柔らかい歩行ロボットに関する研究の係





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