情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

2D04
2022/2/21

再構成可能な腱駆動モジュラーソフトロボット
大橋 直和1,a)

岩本 憲泰1,b)

梅舘 拓也1,c)

概要：モジュラーロボットは，容易に再構成できるという点で優れている．モジュラーロボットを従来の硬い材料だけではなく柔らかい材料と組み合わせて作ることで，しなやかな動きが出来るようになり，人と同じ空間で使用することも可能になる．そこで本研究では腱駆動アクチュエータを用いて再構成可能なモジュラーソフトロボットを作製した. モジュールはゴムライク樹脂を用いて「曲げ」「圧縮」「ひねり」のいずれかの変形が起きやすいように作製した．さらに用いるモジュールの個数及び組み合わせを変えることで一方向に曲がるモジュラーソフトロボットや螺旋状に曲がるモジュラーソフトロボットなどが作製可能であることが分かった．

1. はじめにモジュラーロボットは他のロボットと異なり，容易に再構成できるという点で優れている．さらにモジュラーロボッ
トのモジュールは再利用が可能であり，環境や用途に合わせて形状や動きを変えることが出来る．すでに再構成可能なモジュラーロボットの研究 [1]，[2]，[3]，[4]，[5]，[6] が行われており，代表的なものに M-TRAN[7] や ATRON[8]，SMORES[9] などがある．また，レゴのブロックのようにモジュラーロボットのモジュールを簡単に再構成出来るよ
うにしたロボット [10]，[11] も研究・開発がされている．
モジュラーロボットを従来の硬い材料だけではなく柔らかい材料と組み合わせて作ることで，人と同じ空間で使用でき，しなやかな動きをさせることができる [12]，[13]．柔図 1

らかい材料を用いて作られたモジュラーソフトロボットはロボットの全体像

空気圧アクチュエータで動いているものが多い [14]，[15]，[16]，[17]，[18]．モジュラーソフトロボットに空気圧アクなった振る舞いをさせることが出来る．いろいろな形状のチュエータを用いる場合，空気圧の制御は容易である一方腱駆動ロボットの研究・開発が行われているが [19]，[20]，で，コンプレッサーなどの装置の小型化が難しく，さらに再構成可能なモジュラーソフトロボットはまだない．本研

空気の漏れによるトラブルが発生しやすい．

究ではモジュールはゴムライク樹脂を用いて「曲げ」「圧そこで本研究では腱駆動アクチュエータを用いて再構成縮」「ひねり」のいずれかの変形が起きやすいように作製し可能なモジュラーソフトロボットを作製する. 腱駆動アクた．さらに用いるモジュールの個数及び組み合わせを変えチュエータは駆動発生機構部をコンパクトに作製でき，モることでどんな変形が出来るか検証した．一方向に曲がるジュールへのアクチュエータの取り付けが容易で，糸を通モジュラーソフトロボットや螺旋状に曲がるモジュラーソ

す順番を変えるだけで同じモジュールの組み合わせでも異フトロボットなどが作製可能であることが分かった．

2. ロボットの概要
1a)b)
c)

信州大学
Shinshu Uniersity
21fs306g@shinshu-u.ac.jp
iwamoto@shinshu-u.ac.jp
umedachi@shinshu-u.ac.jp© 2022 Information Processing Society of Japan

2.1 全体像
ロボットの全体像を図 1 に示す. ロボットは大きく分けてモジュールを繋げた部分と土台で構成されている. 土台に

268

情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

2D04
2022/2/21が発生しやすくなる．

2.2.3 「ひねり」のモジュール
時計回りの「ひねり」のモジュールを図 2c）に示す．斜め柱だけを使ってモジュールを作製することにより，上部に荷重を加えた際に「ひねり」の変形が発生しやすくなる．
斜め柱の方向を変えた反時計回りの「ひねり」のモジュールも作製した．

2.2.4 モジュールの作製方法
接着剤で接着する前のモジュールを図 2d）に示す．柔らかい部分の上側と下側に板状の硬い部分を接着剤を用いてサンドイッチ構造にすることによりモジュールを作製した．柔らかい部分はミッツ社の M3DS-SA5 を用いてゴムライク樹脂（ショア A ５ゴムライク樹脂）で造形した．
硬い部分は Raise 3D 社の Raise3D E2 を用いて PLA 樹脂（Raise3D 純正プレミアム PLA フィラメント）で造形した．接着剤はセメダイン社のスーパー XG 速乾クリアを用いた．

2.2.5 糸の取り付け方法
図 2e）のようにモジュールを取り付けるためのパーツをあらかじめ糸に通しておいた．図 2f）のようにモジュールの硬い部分の四方に開けた穴のいずれかに固定用のパーツを取り付けることにより，モジュール同士の固定とモジュールに糸を通す作業を同時に行えるようにした．この作業を繰り返すことにより，モジュールをつなげることと
図 2開発したモジュールはプーリ付きのモータが取り付けられている. モジュール

任意の穴に任意の順番で糸を取り付けることが出来る．

3. モジュール部分の変形の様子の上下の硬い部分の穴に糸を通しておく. ロボットはモー「曲げ」「圧縮」「ひねり」のモジュールの個数及び組みタを用いてモジュールに通した糸を引くことにより形を変合わせを変えることでどんな変形が出来るか検証した．検えることが出来る. モジュール部分は，「曲げ」「圧縮」「ひ証した変形の様子をいくつか紹介する．

ねり」のいずれかの特徴を持ったモジュールをいくつもつ
なげることによって構成されている. 本研究は腱に釣り糸を用いたが見やすさを重視するために，一部の図では太めのタコ糸を用いた．

3.1 変形の例 a)
曲げのモジュールのみで，同じ向きに曲がるようにロボットを構成した．このロボットのモジュール部分が，一方向に曲がる様子を図 3a）に示す．

2.2 モジュール
次に「曲げ」「圧縮」「ひねり」それぞれのモジュール及

3.2 変形の例 b)

び各パーツについて図 2 に示す. それぞれのモジュールの曲げのモジュールのみで上２つと下２つのモジュールが

大きさは縦が約 10mm，横が約 10mm，高さが「曲げ」「圧異なる向きに曲がるようにロボットを構成した．このロ縮」のモジュールは約 10mm「ひねり」のモジュールは約ボットのモジュール部分が，S 字に曲がる様子を図 3b）に20mm である．

示す．

2.2.1 「曲げ」のモジュール「曲げ」のモジュールを図 2a）に示す. 図 2a）中のモ

3.3 変形の例 c)

ジュールの左側を楕円，右側を支柱にすることにより，上時計回りと反時計回りのひねりのモジュールのみでロ部に荷重を加えた際に「曲げ」の変形が発生しやすくなる．

ボットを構成した．このロボットのモジュール部分が圧縮

2.2.2 「圧縮」のモジュールする様子を図 3c）に示す．時計回りと反時計回りの「ひね「圧縮」のモジュールを図 2b）に示す.4 辺の柱を楕円にり」のモジュールを用いることで上下の硬い部分は回らなすることにより，上部に荷重を加えた際に「圧縮」の変形いが，真ん中の硬い部分だけ回る変形をすることが出来る．

© 2022 Information Processing Society of Japan269

情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

2D04
2022/2/21

3.4 変形の例 d)
反時計回りのひねりのモジュールのみでロボットを構成した．このロボットのモジュール部分が螺旋状に曲がる様
子を図 3d）に示す．

3.5 変形の例 e)
圧縮のモジュールのみでロボットを構成した．このロボットのモジュール部分が圧縮する様子を図 3e）に示す．

4. 終わりに腱駆動アクチュエータを用いて再構成可能なモジュラーソフトロボットを作製した. そしてモジュールの個数及び組み合わせを変えることでどんな変形が出来るか検証した．一方向に曲がるモジュラーソフトロボットや螺旋状に曲がるモジュラーソフトロボットなどが作製可能であることが分かった．

5. 今後の展望
今後，再構成可能な腱駆動モジュラーソフトロボットを用いてどんなアプリケーションを作ることが出来るか検討していく．また，「曲げ」「圧縮」「ひねり」以外の変形をしやすいモジュールを作製していく．将来的に再構成可能な腱駆動モジュラーソフトロボットを教育の分野に応用出来ないか考えていく．
謝辞

本研究は JSPS 科研費，新学術領域研究「ソフトロボット学」JP18H05467 の助成，及び JSPS 科研費基盤研究 (B)21H01289 の助成を受けたものです．
参考文献
[1]

[2]

[3]

[4]

[5]
図 3

さまざまな変形の様子. a) モジュール部分が一方向に曲がる様子, b) モジュール部分が S 字に曲がる様子, c)「ひねり」の[6]モジュールのみを用いて，モジュール部分が圧縮する様子, d)
モジュール部分が螺旋状に曲がる様子，e)「圧縮」のモジュー
ルのみを用いて，モジュール部分が圧縮する様子© 2022 Information Processing Society of Japan[7]

Chennareddy, S., Agrawal, A. and Karuppiah, A.: Modular self-reconﬁgurable robotic systems: a survey on
hardware architectures, Journal of Robotics, Vol. 2017(2017).
Moubarak, P. and Ben-Tzvi, P.: Modular and reconﬁgurable mobile robotics, Robotics and autonomous systems, Vol. 60, No. 12, pp. 1648–1663 (2012).
Yim, M., Shen, W.-M., Salemi, B., Rus, D., Moll, M.,
Lipson, H., Klavins, E. and Chirikjian, G. S.: Modular self-reconﬁgurable robot systems [grand challengesof robotics], IEEE Robotics & Automation Magazine,Vol. 14, No. 1, pp. 43–52 (2007).
Alattas, R. J., Patel, S. and Sobh, T. M.: Evolutionary
modular robotics: Survey and analysis, Journal of Intelligent & Robotic Systems, Vol. 95, No. 3, pp. 815–828(2019).
Chen, I.-M. and Yim, M.: Modular robots, Springer
Handbook of Robotics, Springer, pp. 531–542 (2016).
Seo, J., Paik, J. and Yim, M.: Modular reconﬁgurablerobotics, Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems, Vol. 2, pp. 63–88 (2019).
Murata, S., Yoshida, E., Kamimura, A., Kurokawa,
H., Tomita, K. and Kokaji, S.: M-TRAN: Selfreconﬁgurable modular robotic system, IEEE/ASME
transactions on mechatronics, Vol. 7, No. 4, pp. 431–441

270

情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

2D04
2022/2/21(2002).
Jorgensen, M. W., Ostergaard, E. H. and Lund, H. H.:
Modular ATRON: Modules for a self-reconﬁgurablerobot, 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)(IEEE Cat. No.
04CH37566), Vol. 2, Ieee, pp. 2068–2073 (2004).
Liu, C., Whitzer, M. and Yim, M.: A distributed reconﬁguration planning algorithm for modular robots, IEEE
Robotics and Automation Letters, Vol. 4, No. 4, pp.
4231–4238 (2019).
LEGO: Robots For Kids — Categories —レゴ ® ショップ公式オンラインストア JP, https://www.lego.com/jajp/categories/robots-for-kids. (Accessed on 12/13/2021).
Corporation, X.:
Xiaomi Mall - Xiaomi Corporation, https://www.mi.com/toyblock. (Accessed on12/13/2021).
Laschi, C., Mazzolai, B. and Cianchetti, M.: Softrobotics: Technologies and systems pushing the boundaries of robot abilities, Science robotics, Vol. 1, No. 1, p.
eaah3690 (2016).
Lee, C., Kim, M., Kim, Y. J., Hong, N., Ryu, S., Kim,
H. J. and Kim, S.: Soft robot review, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 15, No. 1,pp. 3–15 (2017).
Morin, S. A., Shevchenko, Y., Lessing, J., Kwok, S. W.,
Shepherd, R. F., Stokes, A. A. and Whitesides, G. M.:Using Click-e-Bricks to Make 3D Elastomeric Structures, Advanced Materials, Vol. 26, No. 34, pp. 5991–5999 (2014).
Robertson, M. A. and Paik, J.: New soft robots really
suck: Vacuum-powered systems empower diverse capabilities, Science Robotics, Vol. 2, No. 9 (2017).
Brunete, A., Ranganath, A., Segovia, S., d Frutos, J. P.,
Hernando, M. and Gambao, E.: Current trends in reconﬁgurable modular robots design, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 14, No. 3, p.
1729881417710457 (2017).
Sui, X., Cai, H., Bie, D., Zhang, Y., Zhao, J. and Zhu, Y.:
Automatic generation of locomotion patterns for soft
modular reconﬁgurable robots, Applied Sciences, Vol. 10,
No. 1, p. 294 (2020).
: Soft Robotics for Kids with LEGO Mindstorms — Soft
Robotics Toolkit, https://softroboticstoolkit.com/softrobotics-kids. (Accessed on 12/13/2021).
Maghooa, F., Stilli, A., Noh, Y., Althoefer, K. and Wurdemann, H. A.: Tendon and pressure actuation for a
bio-inspired manipulator based on an antagonistic principle, 2015 IEEE International Conference on Roboticsand Automation (ICRA), IEEE, pp. 2556–2561 (2015).
Clark, A. B., Mathivannan, V. and Rojas, N.: A Continuum Manipulator for Open-Source Surgical Robotics
Research and Shared Development, IEEE Transactions
on Medical Robotics and Bionics, Vol. 3, No. 1, pp. 277–280 (2020).

© 2022 Information Processing Society of Japan271