研究
小俣研究室では，物体を把持・操作する研究とそれから発展したテーマを取り組んでいる．
人間に代わるような高度技能を持つロボットや，人間を支援するロボットの開発を目標に，医療・福祉ロボットに研究を展開している．
これまでに，ロボットハンドにより器用に物体を操作する研究を行い，さらに強力な指先力を発生できるロボットハンドの開発を行ってきた．
ロボットハンドならば人の手にはできないこともある．
分解して小さな穴からお腹の中に入れられるロボットハンドを提案している．
ロボットハンドばかりではなく，脚ロボットが物体を把持・操作することも考えられる．
そこで全身を活用して相対的に大型・重量物体を把持・操作できる４脚ロボットを開発した．
このような柔軟な発想により新しい方向を切り拓く研究を行っている．
腹腔内組立式タバコ縫合器・腹腔内組立式ハンド
特許出願：
手術機器械の組立方法及びその組立方法に用いる医具
特許出願：閉空間内で用いる遠隔操作装置
ロボット工学の医療分野への貢献が期待されている．
医療現場のニーズと問題点を的確に把握することが重要であり，
東京医科歯科大学と連携して研究を推進している．
腹腔鏡下手術では，腹に直径5〜10mm程度の穴を数箇所に開けトロッカーを設置し，
棒状の鉗子等の手術機器をトロッカーから挿入し手術を行う．
この程度の小さな穴は術後容易に塞がるため，患者への負担軽減という点では優れている．
しかし，小さな穴から入る手術機器しか利用できない．
そこで，器械を一旦小さい部品に分解してトロッカーから挿入し，
腹腔内で再び組立てるという斬新な方法を提案した．
図１に示すタバコ縫合（別名，巾着縫合）がその適用例である．
胃全摘手術や噴門側切除手術では，切除後に食道と腸または残胃を吻合する．
そのための前処置として食道のタバコ縫合をするが，
開腹用のタバコ縫合器は図２のようにＴ型形状をしており，トロッカーから挿入できない．
現状ではこれが挿入できる程度に切開する必要がある．
トロッカーから挿入できれば，患者への侵襲が少なくてすみ，
また気腹を保ち視野を確保して縫合ができるので，安全性の観点からもきわめて望ましい．
Fig. 1 タバコ縫合
Fig. 2 タバコ縫合器
そこで図３のように，二つの鉗子を用いて腹腔内で連結し，組み立てることを提案した．
開腹の場合と同様に，噛み直しができ，力強く噛み合えることが縫合不全を防ぐために重要であり，
そのような機構を考案している．
Fig.3 ＜動画＞タバコ縫合器の着脱(6.9MB Mpeg1使用)
さて，トロッカーから挿入できる棒状の手術器具だけでは，
肝臓，脾臓，膵臓等の大型の臓器を扱うことや圧排して空間確保することは難しい．
そこで，この組立式の考え方を拡張して，体腔内で大型臓器の把持圧排を可能にする斬新な組立式ハンドを考案した．
図４は3指５自由度を有する組立式ハンドである．
この研究の方向性は二つあり，一つは自由度をさらに増やす方向，
もう一つは自由度を少なくして容易な組立やコスト削減を目指す方向である．
この二つの方向性により開発を進めている．
Fig. 4 ハンドの組立と把持
従来，鉗子を多自由度化して操作性を向上する研究は多数行われてきた．
この組立式ハンドは，それらとは異なる発想の新しい手術ロボットに発展する可能性を秘めている．
術者の手のような器用さを持つ高性能ロボットハンドを開発することが将来的な目標である．
強力な指先力を発生できるロボットハンド
負荷感応無段変速機（ＣＶＴ）
特許出願：リンク式無段変速機
ロボットハンドの指には，俊敏に動作することと，物体を力強く把持することの二つが要求される．
スペース的に大型の高出力アクチュエータを使用できないこと，
および減速比において力と速度はトレードオフの関係にあることより，
この二つの要求を共に満たすことは難しい．
無段変速機があればこの問題は解決できる．
自動車用無段変速機を小型化してロボットに搭載することは難しい．
ロボットハンド等のロボットの関節は360度回転する必要がない．
また大きな力を出す方向は一方向だけである．
この事実に着目して５つのリンクとねじりコイルばねから構成される
小型・軽量な無段変速機を開発した．図に変速の様子を示す．
本５リンク機構は入力リンクが２つのリンクとねじりコイルばねで構成されている４リンク機構とみなすことができる．
指先に負荷がかからない時は，入力リンク長がねじりコイルばねによって長く保たれ俊敏に動かすことができる．
指先に負荷がかかると，入力リンク長が短くなり力強い動きをすることが出来る．
入力リンク長が変化することによって減速比が変化し無段変速機を実現している．
写真のように２kgのペットボトルを持ち上げることができる．
＜動画＞負荷感応無段変速機を内蔵した指の俊敏かつ力強い動き(12.3MB)
さらに変速機の機構強度を改良し，１０kgを持つことができる１００gの指関節の開発に成功した．
＜動画＞新型負荷感応無段変速機の俊敏かつ力強い動き(17.1MB)
このような技術をベースとして，変速機構を有する義手の開発に着手している.
大把持力が得られる直動機構
特許出願：フィンガー把持装置
ロボットグリッパは工場内での搬送，組立て作業に多く用いられている．
それらは直動運動する出力により把持対象を把持するものが多い．
そこで，直動関節においても，早さと力強さを両立できる駆動系を開発した．
１つのアクチュエータでありながら，把持対象までは送りねじで俊敏に動かし，把持対象に接触後は倍力機構（レバー）で力強く把持できる機構である．
質量はわずか86gと軽量でありながら，把持対象の大きさに関わらず，200Nもの大きな把持力を得られることを確認している．
＜動画＞大把持力が得られる直動機構(5.3MB)
グリッパが軽量であれば，マニピュレータの先端に取り付けたとき，
軽量になった分，大きな質量の把持対象を扱うことや，
同じ質量の把持対象であればマニピュレータを高加速で動かすことも可能となる．
把持力増大機構を有する５指電動義手
特許出願：把持装置
重さ３２８ｇの５指電動義手を開発した．指を高速に開閉するためだけならば，小型のモータで十分である．
それとは別に，一つのモータを追加して物を握ったら握り込めるような駆動機構を開発した．
Tokyo-Tech 100N Hand
現在，把持力増大機構を搭載して１００Nの指先力が出せる重量約１ｋｇの３指８自由度ハンドを開発している．
ロボットハンドによる器用な物体操作
多くの指と関節を持つ多指ハンドロボットを用いて，器用な物体操作に関する研究を行った．
物体操作において，指先の把持力を調整することが重要である．
人間の手の場合，把持物体に外乱が加わった場合，瞬時に把持力を調整して滑らないようにしている．
同じことが多指ハンドロボットにもできなくてはすぐに物体を落としてしまう．
そこでドイツミュンヘン工科大学と協力して高速に把持力を調整することに取り組み，毎４ミリ秒という高速把持力調整を達成した．
外乱を指先力覚センサを用いて検出し，その変化を考慮して把持力を調整することが可能である．
写真のように，把持物体に重量物体を載せても，物体を落とさずに把持しているなどその絶大な効果が確認された．
これを応用して物体の持ち替え操作を実行させることができた．
持ち替え操作では，指を物体から離すため，把持している指の把持力を随時調整する必要がある．
今後の展開
柔軟物体や多様な物体を把持・操作する研究を現在行っている．
体内のような閉所で操作する方法も重要な課題であり，医療ロボットの研究開発を進めている．
脚ロボットによる物体の把持・操作
従来の４脚ロボットの研究では，歩行が研究の中心であった．
脚ロボットが物体を把持・操作することができればその有用性は高まる．
そこで当研究室では，独自の４脚ロボットQuadlatorを開発した．このロボットの特徴は
・様々な姿勢に遷移可能である．そのため，例えば歩行中倒れても起き上がり復帰することができる．
・脚を腕として活用できる．とくに膝立ち姿勢では２本の脚を腕として使うことができる．
である．
Quadlatorの関節数は１脚につき３，合計１２である． ４脚ロボットとしては典型的な関節数であり，決して多くはない．
しかし上記の特徴を生かすと，写真のように２本の腕により物体を抱え込むことにより，大型重量物体を扱うことも可能である．
16.5kgのロボットが約5kgの物体を持ち上げることや，力作業を実行することに成功している．
理論面では，この操作を実行するための自由度と運動成分を持つための機構的条件を明らかにした．
最近，後継機としてQualator IIを開発した．Qualator IIの特徴は
・電源，バッテリー，計算機等すべて本体に組み込み，自立化を達成したこと．
・脚関節駆動系に平行リンク等価機構を用いて，歩行に適した駆動系としたこと．
である．
移動するマニピュレータとして屋外，屋内の作業現場での応用が考えられる．また，災害現場での応用が考えられる．
パラレルメカニズム移動ロボット
移動ロボットの上体部をパラレルメカニズムとすると，さまざまな新しい機能が生まれる．
そのシンプルな例として，閉４リンク構造，閉５リンク構造のパラレルメカニズムを上体部に持つクローラ移動ロボットを開発した．
その利点は，単に移動ができるだけではなく，
・上回りの重心を移動させることにより，段差の乗り越えが容易になる．
・さまざまな形態で物体を搬送できる．
・閉４リンク構造のロボットは他の移動ロボット（写真では閉５リンク構造のロボット）を持ち上げることができる．
これにより持ち上げられたロボットは高所に登ることができる．
等がある．
これらのロボットは構造が簡単のため，１台の製作は容易である．よって多数台製作することも容易である．
多数台が組み合わされば，さらに複雑な３次元構造が構成できると期待できる．
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