ゲルとワイヤ駆動機構により超多関節構造を実現する軽量柔軟ロボットハンドの開発

开发利用凝胶和线驱动机构实现超级多关节结构的轻型柔性机器人手

• 批准号: 19K04297
• 负责人: 山野 光裕
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Shiga Prefecture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04297/
• 关键词: ロボットハンド; ソフトロボティクス; 形状記憶ゲル; ワイヤ駆動; 腱駆動; 多指ハンド; ゲルロボット; ソフトロボット; ロボット制御

本研究全体の計画では，形状記憶ゲルとワイヤ駆動機構（腱駆動機構）を組み合わせ，軽量で多関節を持つ多指ロボットハンドおよびその制御方法を実現することを目指している．形状記憶ゲルは，温度により硬軟の切り替えができる性質を持つゲルであり，より詳しい説明は初年度の実施状況報告書に記載している．これまで開発したロボットハンドについて，指の腱を駆動する際の摩擦が大きいという問題があり，本年度はその改善に取り組んだ．1個のモータで多関節を駆動できるロボット指について，従来型では腱駆動の糸が動く際に滑り摩擦を生じ，とくに指の先端に近い関節を曲げる時は，滑り摩擦を生じる区間が長くなっていた．そこで，糸の動きに連動して回転可能なプーリを各関節部に用いた改良型の指を設計・製作した．本年度に試作したロボットハンドの指では，指の先端に近い関節を曲げる場合でも，糸が動く区間のプーリが連動して回るため，滑り摩擦が生じる箇所を非常に短くすることができた．また，この指は，1個のモータで腱駆動の糸の送り出しと巻き取りを同時に行うが，各関節のプーリは，送り出される糸と巻き取られる糸の両方と連動して回転するため，どちらの糸ともほとんど滑り摩擦を生じない．さらに糸の経路を工夫することで，糸同士の接触を避けつつ，各関節が深く曲がることができる構造にすることができた．また，前年度実績に記載したユニバーサルジョイントを用いた指の機構の改良にも取り組んだ．

这项研究的整个计划旨在将形状记忆凝胶与电线驱动机构（肌腱驱动机制）相结合，以实现轻巧的多指机器人手及其控制方法。形状内存凝胶是可以根据温度切换到硬和软的凝胶，在第一年的实施状态报告中提供了更详细的解释。到目前为止，我们已经开发出的机器人手存在一个问题，即在驾驶手指肌腱时存在很大的摩擦，我们今年致力于改进它。关于机器人的手指，可以用一个电动机驱动多个接头，在常规类型中，当肌腱驱动的螺纹移动，滑动摩擦时，尤其是当手指尖端附近的接头弯曲时，导致滑动摩擦的截面很长。因此，我们使用皮带轮设计并制造了改进的手指，该皮带轮可以与线的运动一起旋转。我们今年创建的机器人手的手指，即使在手指尖端附近弯曲关节时，螺纹移动的截面中的皮带轮则串联旋转，从而使滑动摩擦发生的区域变得非常短。此外，该手指同时用单个电动机喂食并缠绕肌腱驱动的线，但是每个关节处的皮带轮都与喂入纱线和纱线缠绕的纱线旋转，并且纱线都被缠绕，因此两条线都没有任何滑动，也没有摩擦。此外，通过设计螺纹路径，我们能够创建一个结构，使每个接头都可以深入弯曲，同时避免螺纹之间的接触。我们还使用上一年结果中描述的通用关节来改善手指机制。

项目成果

A Robot Finger with Many Joints Driven by One Motor Using Shape Memory Gel and Tendon-Driven Mechanism

使用形状记忆凝胶和肌腱驱动机构的一个电机驱动的多关节机器人手指

• DOI: 10.1109/icma52036.2021.9512604
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 2021 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA)
• 作者: Mitsuhiro Yamano;Naoya Hanabata;Akira Okamoto;Toshihiko Yasuda;Yasutaka Nishioka;MD Nahin Islam Shiblee;Kazunari Yoshida;Hidemitsu Furukawa;Riichiro Tadakuma
• 通讯作者: Riichiro Tadakuma

形状記憶ゲルとユニバーサルジョイント骨格を用いた腱駆動型ロボット指の開発

利用形状记忆凝胶和万向关节骨架开发腱驱动机器人手指

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Fukumoto;Y. Ebisawa;and S. Matsumoto;岡本曜，柴田大雅，山野光裕，安田寿彦，西岡靖貴，シブリ エムディ ナヒン イスラム，吉田一也， 古川英光，多田隈理一郎
• 通讯作者: 岡本曜，柴田大雅，山野光裕，安田寿彦，西岡靖貴，シブリ エムディ ナヒン イスラム，吉田一也， 古川英光，多田隈理一郎

Development and motion analysis of a light and many-joint robot finger using shape memory gel and tendon-driven mechanism with arc route

使用形状记忆凝胶和弧线腱驱动机构的轻型多关节机器人手指的开发和运动分析

• DOI: 10.1504/ijma.2022.122325
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Mechatronics and Automation (a revised and expanded version of 2021 IEEE ICMA Proceedings paper)
• 作者: Kota Oe;Tetsuya Akagi;Shujiro Dohta;Takashi Shinohara;Ryota Inoue and Mohd Aliff;Mitsuhiro Yamano; Naoya Hanabata; Akira Okamoto; Toshihiko Yasuda; Yasutaka Nishioka; M.D. Nahin Islam Shiblee; Kazunari Yoshida; Hidemitsu Furukawa; Riichiro Tadakuma
• 通讯作者: Mitsuhiro Yamano; Naoya Hanabata; Akira Okamoto; Toshihiko Yasuda; Yasutaka Nishioka; M.D. Nahin Islam Shiblee; Kazunari Yoshida; Hidemitsu Furukawa; Riichiro Tadakuma

形状記憶ゲルと腱駆動機構を用いて1モータで 駆動される多関節ロボット指の摩擦力低減のための改良

使用形状记忆凝胶和腱驱动机构减少单电机驱动的多关节机器人手指摩擦力的改进

• 发表时间: 2022
• 作者: Ren Kaneta;Takumi Hasegawa;Jun Kido;Takashi Abe;Masayuki Sohgawa;宮崎康佑，荒木望，中谷真太朗，小西康夫;福元清剛，宮本裕基，海老澤嘉伸;花畑 直哉,山野 光裕,安田 寿彦,西岡 靖貴,シブリ エムディ ナヒン イスラム,吉田 一也,古川 英光,多田隈 理一郎
• 通讯作者: 花畑 直哉,山野 光裕,安田 寿彦,西岡 靖貴,シブリ エムディ ナヒン イスラム,吉田 一也,古川 英光,多田隈 理一郎

Prototype of 32-Joint Robot Hand Using Shape Memory Gel and Tendon-Driven Mechanism

使用形状记忆凝胶和肌腱驱动机构的 32 关节机械手原型

• DOI: 10.1109/icm46511.2021.9385678
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 2021 IEEE International Conference on Mechatronics (ICM)
• 作者: Yamano Mitsuhiro;Okamoto Akira;Miyoshi Ryuhei;Yasuda Toshihiko;Nishioka Yasutaka;Islam Shiblee MD Nahin;Yoshida Kazunari;Furukawa Hidemitsu;Tadakuma Riichiro
• 通讯作者: Tadakuma Riichiro