吸盤併用グリッパの開発と登攀ロボットへの応用
電気通信大学

大学院情報理工学研究科
助教 木村 航平

情報学専攻

2023年5月11日

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はじめに1台で複数の役割を担えるロボットへ

1台で複数の形態に変化できるロボット

1台でドア周辺の複数の生活支援タスクを実現
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新技術の概要
同一機体で把持・吸着/異なる鉛直面の登攀が可能

吸盤併用グリッパの開発

登攀ロボットへの応用

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従来技術とその問題点１
物体把持・操作においてグリッパ単体では滑りやすく吸盤単体では揺れやたわみが生じる

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従来技術とその問題点２
異なる登攀面に対してロボットは異なる機体（エンドエフェクタ）が要求される

棒状の登攀面に対してはグリッパによる把持[1]

掴み所の無い壁面に対しては吸盤やマグネットによる吸着[2][1] Y. Guan, L. Jiang, H. Zhu, W. Wu, X. Zhou, H. Zhang, and X. Zhang, “Climbot: a bio-inspired modular biped climbing robot―systemdevelopment, climbing gaits, and experiments”, Journal of Mechanisms and Robotics, Vol. 8, No. 2, 2016.
[2] T. Bandyopadhyay, R. Steindl, F. Talbot, N. Kottege, R. Dungavell, B. Wood, J. Barker, K. Hoehn, and A. Elfes, “Magneto: A versatile
multi-limbed inspection robot”, In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp. 2253–2260, 2018.

5従来技術とその問題点３
ジャミンググリッパ[3]真空吸着ハンド[4]磁力で壁を登るロボット[5]

凹凸を有するワークに限定（壁など平面に対する吸着は困難）

真空タンク等の大型の装置をロボットに組み込む必要がある（登攀ロボットの自重増加）

金属製以外の壁面に対しては登攀が困難（壁の特性に依らず登攀をさせたい）[3] 形状自在な吸着グリッパ. 特開2012-236239. 株式会社ＩＨＩ.
[4] 真空式ロボットハンド. シュマルツ株式会社. http://www.schmalz.co.jp/products/vacuum-gripper.html.
[5] “電通大、磁力で壁を登るヘビ型ロボット”. 電気通信大学 田中基康研究室. 日刊工業新聞記事 https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00614968.

6新技術の特徴１
従来技術

+
相補

新技術：
吸盤併用グリッパ

両者の課題を解決

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新技術の特徴１
吸盤併用グリッパは(a) グリッパによる把持，(b) 吸盤による吸着，(c) aとbの同時実行，が可能
特に，cによりロバストな物体把持が可能(a) グリッパによる把持(b) 吸盤による吸着(c) aとbの同時実行
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新技術の特徴１• グリッパの爪の一端を先行するように配置⇒ これによりフェンスなどの登攀面に爪を引っかけ易くする• グリッパの開閉と吸盤の干渉を防止するために
i) 吸盤の取り付けに傾斜をつける，ii) 空洞を設ける

傾斜

吸盤取付用フレーム

空洞加工
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新技術の特徴２
棒状の登攀面に対してはグリッパによる把持[1]

掴み所の無い壁面に対しては吸盤やマグネットによる吸着[2]従来技術+異なる面を同一機体で登攀可能
壁面の登攀
フェンスの登攀グリッパ把持

吸盤吸着

高所からの視野提供[1] Y. Guan, L. Jiang, H. Zhu, W. Wu, X. Zhou, H. Zhang, and X. Zhang, “Climbot: a bio-inspired modular biped climbing robot―systemdevelopment, climbing gaits, and experiments”, Journal of Mechanisms and Robotics, Vol. 8, No. 2, 2016.
[2] T. Bandyopadhyay, R. Steindl, F. Talbot, N. Kottege, R. Dungavell, B. Wood, J. Barker, K. Hoehn, and A. Elfes, “Magneto: A versatile
multi-limbed inspection robot”, In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp. 2253–2260, 2018. 10

新技術の特徴２x2

屋外フェンスの登攀x2

下降移動も可能
磁力で吸着できない壁

x2

梯子と違い左右方向へも移動可能

x2

吸盤により金属以外の壁も登攀可能
11新技術の特徴２• 把持確認の導入：登攀中の把持動作の指令後にグリッパをロール方向に回転させて，i) 把持成功の場合：指定した角度まで回転しないii) 把持失敗の場合：指定した角度まで回転してしまうを検知・判定することで把持を確認している

ロール

把持失敗時

把持成功時：
指定した角度に達する前に把持により回転が打ち切り

12新技術の特徴３• ワイヤ駆動により吸盤の着脱を制御• 短いワイヤを弛緩/牽引することで吸盤の吸着/離脱の切り替えを実現する• 大掛かりな真空吸着装置などが不要⇒ 登攀ロボットの自重の軽量化に寄与

13新技術の特徴３ワイヤ駆動を組み合わせ【新規性】

組み合わせた際の問題を解決
【進歩性】

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新技術の特徴３• (a)，(b)のように，提案した着脱装置が備わっていない場合は，吸盤の取り外しが困難• (c)のように，提案した着脱装置を備えた場合は，容易に吸盤の取り外しが可能

課題

解決
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想定される用途• フェンス等で保護された機器や設備の点検

登攀ロボットによる点検のイメージ搭載したスマートフォンからの視野の提供 16想定される用途• 室内からの高所監視や天井を移動可能なカメラ付き登攀ロボット

吸盤の吸着による窓への張り付き

グリッパの把持による天井移動
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想定される用途• 物体操作（マニピュレーション）

手先吸盤を活用した
取っ手の無い物体の操作

胸部吸盤を活用した
全身を使った重量物の操作18実用化に向けた課題✖ 登攀中の関節モータの発熱によるタスク継続困難• 吸盤併用グリッパのロボット身体部位における分散構成戦略の検討• 関節モータユニットへのラジエーターの取り付けや冷却シートの貼り付け• 関節の適時脱力による登攀中の休憩行動の割り込み✖ 平地移動と登攀移動の切り替え• 平地では車輪移動/鉛直面に対しては吸盤併用グリッパによる登攀，を切り替え可能なように形態変化 ⇒ 平地と鉛直面の相の切り替わりが課題
19実用化に向けた課題✖ 登攀中の関節モータの発熱によるタスク継続困難• 吸盤併用グリッパのロボット身体部位における分散構成戦略の検討
吸盤併用グリッパ

負荷を分散

３肢登攀ロボットにおける分散構成例

ヒューマノイドロボットにおける分散構成例

20実用化に向けた課題✖ 平地移動と登攀移動の切り替え• 平地では車輪移動/鉛直面に対しては吸盤併用グリッパによる登攀，を切り替え可能なように形態変化 ⇒ 平地と鉛直面の相の切り替わりが課題

形態変化

例：屋外用ネット
平地

平地での車輪移動

平地移動から登攀移動に形態を切り替え

吸盤併用グリッパによる登攀移動21

企業への期待• 登攀ロボットの利活用，多目的での応用の他，開発した吸盤併用グリッパを用いた物体操作技術（マニピュレーション）等へのニーズがある企業との共同研究• 実用化に向けた課題を克服するためのアクチュエータの放熱・冷却技術の他，ロボットの移動形態を切り替える形態変化技術の応用に関するご協力
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：吸着グリッパおよび登攀ロボット• 出願番号 ：特願2023-015844• 出願人：電気通信大学• 発明者：木村 航平，柿沼 龍
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お問い合わせ先
国立大学法人電気通信大学
産学官連携センター
産学官連携ワンストップサービス
ＴＥＬ 042－443－5871
ＦＡＸ 042－443－5725
E-mail onestop@sangaku.uec.ac.jp
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