Snake Robots

• 2011～

• アクチュエータ：Dynamixel AX-12A

• 車輪は全て受動．うねり動作をしないと推進できない．企業に勤めていた時期に自費で個人的に作ったもの．

【参考文献】

1. 田中基康，田中一男，“ヘビ型ロボットの段差降り制御”，第30回日本ロボット学会学術講演会，1I2-1, 2012.

• 2012/11～2017/8

• アクチュエータ：Dynamixel MX-106R

• 車輪は全て受動．アクチュエータを強化し，様々な制御研究の検証用に使用．オープンキャンパスや出張講義等でのデモンストレーションや見学者への操縦体験会でも使用．

• 現在：JSTフェア出典に伴うT2 Snake-3のサブ機開発のため，2017/8に分解されて消滅．パーツは全てT2 Snake-3の2号機として今も活躍．

【参考文献】

1. M. Tanaka and F. Matsuno, "Control of Snake Robots with Switching Constraints: trajectory tracking with moving obstacle," Advanced Robotics, vol.28, issue 6, 415-429, 2014.

2. M. Tanaka, K. Tanaka, and F. Matsuno, "Approximate Path-Tracking Control of Snake Robot Joints with Switching Constraints," IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol.20, no.4, pp.1633-1641, 2015.

3. M. Tanaka and K. Tanaka, "Control of a Snake Robot for Ascending and Descending Steps," IEEE Trans. on Robotics, vol.31, no.2, pp.511-520, 2015.

4. M. Tanaka and Kazuo Tanaka, "Shape Control of a Snake Robot with Joint Limit and Self-collision Avoidance," IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol.25, no.4, pp.1441-1448, 2017. 

• 2013～

• アクチュエータ：Dynamixel MX-64R

• 車輪は全て受動．T2 Snake-2にマイコン(SEED MS1A)やセンサを搭載したもの．その時々で様々なセンサを搭載し，接地情報を利用した半自律段差昇降，測域センサ情報を利用した自律段差登り，測域センサと横方向距離センサ情報を利用した全身の障害物回避，が可能．

• ロボカップ2014レスキュー実機リーグに出場し，SICEのSI部門賞を獲得．詳細は別ページ．

• 関わった学生さん： 中島瑞

【参考文献】

1. K. Kon, M. Tanaka, and Kazuo Tanaka, "Mixed Integer Programming-Based Semi-autonomous Step Climbing of a Snake Robot Considering Sensing Strategy," IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol.24, no.1, pp.252-264, 2016. 

2. M. Tanaka, K. Kon, and K. Tanaka, "Range-sensor-based Semiautonomous Whole-body Collision Avoidance of a Snake Robot," IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol.23, no.5, pp.1927-1934, 2015. 

• 2016～

• 車輪は能動と受動の混合．片側のみ能動．狭所進入，高さ1mの段差昇降，半自律階段昇降が可能．

• 詳細は別ページ．

• 関わった学生さん： 中島瑞，宮本勇太（インタフェース）

【参考文献】

1. M. Tanaka, M. Nakajima, Y. Suzuki, and K. Tanaka, "Development and Control of Articulated Mobile Robot for Climbing Steep Stairs," IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol.23, issue 2, pp.531-541, 2018.

2. 高さ１ｍの段差や階段を登ることができるヘビ型ロボットを開発～ＩｍＰＡＣＴタフ・ロボティクス・チャレンジによるプラント点検用ヘビ型ロボット～ 

• 2017～

• T2 Snake-3の先頭にOmni-Gripper(東北大多田隈研)を搭載したもの．グリッパ用の真空引きモータや電磁弁も全て搭載した無線構成．T2 Snake-3ができること＋グリッパを用いた作業（バルブ開閉，小物体拾いなど）が可能

• 詳細は別ページ．

• 関わった学生さん： 中島瑞，松本修尚（カメラアーム），宮本勇太（インタフェース），福井幸佑（タイヤ），澤部英壮（タイヤ）

【参考文献】

1. M. Tanaka, K. Tadakuma, M. Nakajima, and M. Fujita, "Task-space Control of Articulated Mobile Robots with a Soft Gripper for Operations," IEEE Trans. on Robotics, vol.35, issue 1, pp.135-146, 2019. 

• 2017～

• T2 Snake-3の狭所用カスタマイズ版．

• リンク数を減らし，軽量化（4kg）と持ち運びの容易さ向上．

• 先頭のPTZカメラで情報収集能力向上．

• 関わった学生さん： 中島瑞，福井幸佑（タイヤ），澤部英壮（タイヤ）

【参考文献】

1. 2019/3/10, 読売新聞オンライン，「震災8年‐ ヘビ型ロボ、救助に威力」

2. 2019/3/6, 20:45, 福井新聞D刊，「ヘビ型ロボ，災害活躍へ鯖江で実験」

• 2018～

• モータをX540シリーズに変更したT2 Snake-3の改良版．

• 全車輪が能動で，配線が美しくまとまっている．

• 写真上は有線版，写真下は無線の短い版．

• 実証実験や動作デモで絶賛活躍中．

• 関わった学生さん： 中島瑞（全体），福井幸佑（センサ）

• 2018/10～

• T2 Snake-3をベースに，プラント点検を目的としてカスタマイズ．先頭の折りたたみアームを使い，高さ1mでの作業（バルブ開閉やドア開閉）が可能．

• World Robot Summit 2018のプラント災害予防部門に出場．そこそこの成績（決勝には残れず）．詳細はそのうち．

• 関わった学生さん： 中島瑞（いろいろ），松本修尚（アーム），福井幸佑（タイヤ），澤部英壮（タイヤ），福村信之介 （インタフェース）   

【参考文献】

1. Motoyasu Tanaka, Kazuyuki Kon, Mizuki Nakajima, Nobutaka Matsumoto, Shinnosuke Fukumura, Kosuke Fukui, Hidemasa Sawabe, Masahiro Fujita, and Kenjiro Tadakuma: Development and Field Test of the Articulated Mobile Robot T2 Snake-4 for Plant Disaster Prevention, Advanced Robotics, vol.34, issue 2, pp.70-88, 2020. 

2. Nobutaka Matsumoto, Motoyasu Tanaka, Mizuki Nakajima, Masahiro Fujita, and Kenjiro Tadakuma: Development of a folding arm on an articulated mobile robot for plant disaster prevention, Advanced Robotics, vo.34, issue 2, pp.89-103, 2020. 

3. 2018/10/18, 日刊工業新聞電子版，「熱戦！ワールド・ロボット・サミット 世界のロボ競演」

• 2021/4～

• プラント点検が目的としたT2 Snake-4の改良版その１．先頭から先のアーム部分を改良．アームを全体的に単純化＆軽量化しつつ長尺化して先頭の到達範囲を拡大．蹴上面無しの1m段差を登れる．ただ，長すぎてヘビロボ本体が反力に耐えられないという問題が生じた．

• 関わった学生さん： 松本修尚（アーム，グリッパ） ，中島瑞（サポート） 

【参考文献】

1. Mizuki Nakajima, Nobutaka Matsumoto, and Motoyasu Tanaka, ``Development and Control of an Articulated Mobile Robot with a Long Folding Arm,’’ International Symposium on Socially and Technically Symbiotic Systems 2021, STSS-26, 2021.

• 2020/4～

• プラント点検が目的としたT2 Snake-4の改良版その２．前バージョン（4.1）のアームを少し短くしつつ高剛性化．大会参加のための各種センサが搭載され，いろいろな場所が改良されている．先端の「Cハンド」を使って大型バルブの開閉，折り畳みアームを活用した段差/階段昇降が可能．

• World Robot Summit 2020のプラント災害予防部門に出場．惜しくも決勝には残れず．詳細は論文参照．

• 関わった学生さん： Chin（いろいろ），古池（インタフェース），中島瑞（サポート） 

【参考文献】

1. Ching Wen Chin, Mizuki Nakajima, Koki Furuike, Kazuyuki Kon, and Motoyasu Tanaka: Development and Control of an Articulated Mobile Robot T2 Snake-4.2 for Plant Disaster Prevention -Development of M2 arm and C-hand-, Advanced Robotics, accepted.

• 2020～

• プラントにおけるタンク壁面のを点検をするためにカスタマイズ．磁石のついた車輪で壁面に吸着し，曲面に沿った移動や障害物乗り越えが可能．

• World Robot Summit 2020のプラント災害予防部門に出場．タンク壁面の移動やダクト内最深部まで到達．詳細はそのうち．

• 関わった学生さん： 上野翔太郎（ほぼ全部），中島瑞（サポート） 

【参考文献】

1. 上野翔太郎，中島瑞，田中基康，磁性体曲壁面を移動する多連結移動ロボットの開発，日本機械学会2021年度次大会，S151-09 （2021）

2. 2021/10/14, 日刊工業新聞電子版，「電通大、磁力で壁登るヘビ型ロボ　プラント点検の自動化提案」

3. Shotaro Ueno, Mizuki Nakajima, and Motoyasu Tanaka: Development of an Articulated Mobile Robot Moving on Magnetic Curved Walls and Passing Over Obstacles, Advanced Robotics, accepted.

• 2022～

• 車輪のないタイプで，櫛構造を採用し凹凸の少ない表面となっている．共同研究者の竹森君（元京大）が開発したロボをちょっと改良して作り直したもの．ヘビロボ動作手法の検証用の機体でいろいろと活躍中．

• 関わった学生さん： 高梨拓朗（改良と組立），竹森達也（もともとの設計者），中島瑞（サポート） 

【参考文献】

1. Takuro Takanashi, Mizuki Nakajima, Tatsuya Takemori, and Motoyasu Tanaka: Obstacle-Aided Locomotion of a Snake Robot Using Piecewise Helixes, IEEE Robotics and Automation Letters, vol.7, issue 4, pp.10542-10549, 2022.

• 2022～

• 大末建設株式会社との共同研究の成果．事前に与えた点検ポイントに基づき，地下ピットを自律点検できる．地下ピットには「人通口」と呼ばれる穴で部屋間がつながっているが，ヘビロボの「細さ」「長さ」を利用してこの穴を通過する．下半分は防水構造なので水たまりの上も移動可能．

• 関わった学生さん： 宮本壮太（機体＆システム），木村優太郎（システム），高津茂明（制御＆システム） 

【参考文献】

1. Motoyasu Tanaka, Sota Miyamoto, Shigeaki Takatsu, Yutaro Kimura, and Hironori Tozawa: Autonomous Inspection System for Underground Pits using an Articulated Mobile Robot, Journal of Robotics and Mechatronics, accepted.

• 2D版：2012～，3D版：2014～

• 人の体に巻き付いてマッサージをすることを目的に開発．力センサを搭載し，目標の接触力となるように，かつ施術部以外は人にぶつからないように制御．2D版と3D版がある．

• 関わった学生さん：佐藤順亮，中島瑞（3D版）

【参考文献】

1. 佐藤順亮，田中基康，田中一男，松野文俊，田中悠也，``冗長多リンクマッサージロボットの開発と楕円螺旋を用いた擦り制御’’，第33回日本ロボット学会学術講演会，3H3-02, Sep/2015. 

2. 田中基康，佐藤順亮，田中一男，松野文俊: 冗長シリアルリンクロボットの多点接触における衝突回避制御，計測自動制御学会論文集，vol.51, no.4, pp.226-232, 2015. 

• 2014～

• 底面各所のモップで拭き掃除．段差越え，障害物を回避しながらの掃除が可能．T2 Snake-3と関節&車輪構成が同じ．タッチセンサで障害物との接触を検知可．

• 関わった学生さん：鈴木兼悟（胴体部の開発），木村康太（端部，センサ部，制御），中島瑞（マイコン）

【参考文献】

1. 田中基康，鈴木兼悟，田中一男，松野文俊，``狭所・段差の清掃が可能な多連結掃除ロボットの開発と制御’’，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’15，1P2-R07，May/2015.

2. 木村康太，田中基康，松野文俊，``多連結清掃ロボットの開発と机上清掃制御’’, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 1A1-14a7, Jun/2016. 

• 2013～2016

• 円柱表面に必ず複数車輪で接触し，かつなるべく滑らかにゴロゴロ転がることを目的とした特殊ユニットを搭載．ユニットと関節との間に弾性要素を配置．

• 現在：他ロボのためにモータを奪われ，ユニットが残るのみ．

• 関わった学生さん：中島瑞

【参考文献】

1. 中島瑞，田中基康，田中一男，松野文俊，``スライダリンク機構を用いた曲面に適応可能なヘビ型ロボットのユニット開発’’, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’14，3A1-J01，May/2014.  

• 2014～

• アクチュエータ： Dynamixel MX-64R

• T2 Snake-2の片側の車輪を能動輪にしたもの．T2 Snake-3と関節&車輪構成がほぼ同じ．能動車輪はベルトを介してモータで回転．うちの研究室で能動車輪を初めて搭載した記念すべきヘビ．ということで能動輪ありの制御の検証に利用[文献1]．

• 現在：管内移動ヘビ用[文献2]に生まれ変わり使用中．

• 関わった学生さん：中島瑞，澤部英壮

【参考文献】

1. M. Tanaka, M. Nakajima, and K. Tanaka, "Smooth Control of an Articulated Mobile Robot with Switching Constraints," Advanced Robotics, vol.30, no.1, pp.29-40, 2016. 

2. Hidemasa Sawabe, Mizuki Nakajima, Motoyasu Tanaka, Kazuo Tanaka, and Fumitoshi Matsuno: Control of an Articulated Wheeled Mobile Robot in Pipes, Advanced Robotics, no.33, issue 20, pp.1072-1086, 2019. 

• 2015～2017

• アクチュエータ： Dynamixel AX-18A

• T2 Snake-3と関節&車輪構成がほぼ同じ．

• 先頭にタフなスマホ（G'z One）．先頭だけ防塵防水耐衝撃．

• 初めての無線遠隔構成．でも20分くらいしか動けない．

• ロボカップ2015レスキュー実機リーグに出場．関節部のギア欠けが頻発して大変．

• 部品取りに使われて分解消滅．

• 関わった学生さん：中島瑞（ほぼ全部），木村康太（先頭のスマホケース）

【参考文献】

1.  田中基康，中島瑞，田中一男，``多連結移動ロボットのためのタフな通信システムの開発’’, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 1A2-09a2, Jun/2016. パシフィコ横浜2016/6/9-10 

• 2015～2017

• アクチュエータ： Dynamixel MX-64R, 106R, 28AR

• T2 Snake-3と関節&車輪構成がほぼ同じ．

• 1号機の反省を活かし，モータは金属ギアのものに変更．

• 中島君の修論の実験で使用．（平面→斜面の移動）

• 関わった学生さん：中島瑞

【参考文献】

1. 田中基康，中島瑞，田中一男，``能動車輪型多連結ロボットの開発と手動環境適応推進’’ , 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 1A2-09a1, Jun/2016. パシフィコ横浜 2016/6/9-10

2. 田中基康，中島瑞，田中一男，``多連結移動ロボットのためのタフな通信システムの開発’’, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 1A2-09a2, Jun/2016. パシフィコ横浜2016/6/9-10 

• 2017～

• アクチュエータ： Dynamixel XM-430またはXH-430

• T2 Snake-2の後継機．関節&車輪構成が同じ．リンク間のケーブルが全く外に出ていない素晴らしい設計．T2 Snake-2に代わってデモンストレーションで活躍中．リンク数が増えたバージョンもある（面白い動作が論文化！）．

• 関わった学生さん：中島瑞（全部）

【参考文献】

1. Mizuki Nakajima, Motoyasu Tanaka, and Kazuo Tanaka: Simultaneous Control of Two Points for Snake Robot and Its Application to Transportation, IEEE Robotics and Automation Letters, vol.5, no.1, pp.111-118, 2020. 

• 2018～

• アクチュエータ： Dynamixel XM-540, XM-430

• 従来のピッチ回転，ヨー回転以外にリンクを伸縮する自由度をもつ．いろいろあって後回しにされてましたが，ようやく仕上げて論文化完了．

• 関わった学生さん：中島瑞

【参考文献】

1. 中島瑞，田中基康，田中一男，``伸縮関節をもつ車輪型索状ロボットの開発‐能動車輪つき関節ユニットの開発‐’’, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2018，2P1-J02, 2018. 

2. Motoyasu Tanaka, Mizuki Nakajima, Ryo Ariizumi, and Kazuo Tanaka: Three-dimensional Steering for an Articulated Mobile Robot with Prismatic Joints with consideration of hardware limitations, Advanced Robotics, vol.34, issue 11, pp.767-779, 2020.

• 2019～

• アクチュエータ： Dynamixel XM-540, XM-430

• 従来のピッチ回転，ヨー回転以外にリンクを伸縮する自由度をもつ．車輪は受動（アクチュエータなし）で，制御手法の検証実験用．伸縮自由度を活用した平面うねうね動作と段差昇降動作を実現．

• 関わった学生さん：井口雄太，中島瑞

【参考文献】

1. Yuta Iguchi, Mizuki Nakajima, Ryo Ariizumi, and Motoyasu Tanaka: Step Climbing Control of Snake Robot with Prismatic Joints, MDPI Sensors, vol.22, no.13: 4920, 2022.

• 2019～

• アクチュエータ： Dynamixel XH-430

• 非車輪タイプの動作手法検証用のロボ．外殻には摩擦係数増加用のスポンジが巻いてある．車輪がないので，「うねうね」というよりは「ごろごろ」と転がり（捻転）で移動していく．主にパイプ内外での動作の検証に使用．

• 関わった学生さん：Qi Cheng，小西良芽，中島瑞，谷平晴紀

【参考文献】

1. Mizuki Nakajima, Qi Cheng, and Motoyasu Tanaka: Gait Design and Experimental Validation of a Snake Robot on a Pipe with Branches Using Spiral Stairs Function, Artificial Life and Robotics, vol.27, pp.300-307, 2022.

2. Ryoga Konishi, Mizuki Nakajima, Kazuo Tanaka, Fumitoshi Matsuno, and Motoyasu Tanaka: Design for Snake Robot Motion via Partial Grasping on Pipes, Advanced Robotics, accepted.

• 2023～

• アクチュエータ： なし

• 父の日に息子がくれた木製のヘビ．蝶番で口も開く．背中に父が乗っている．

• 関わった人物：息子