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  • 1972年，东京工业大学现任院长广濑重雄教授首次成功向世界展示了蛇形机器人“ACM-3”，从此开始了机器人研究。从那时起，我们建造和设计了许多类型的机器人，如步行机器人，轮式和履带式机器人等。我们一直强调独创性的重要性，并努力开发实际使用的机器人。下面将对每个主要项目进行解释，并附有简短的描述和适当的数字和照片。
产品组合

  • 机器蛇

  • “为什么蛇没有腿还能往前走?”从这个问题出发，我们开始了对蛇的生物机理的研究，并由此发展出了“蛇机器人”。蛇机器人有很多可能的应用，尽管结构很简单。

      • 主动码机制3号“ACM III”

      • (1972 - 1975)。图1,Active Cord Mechanism model ACM III。1972年12月26日晚，我们在世界上第一次成功地制造出了速度约为40厘米/秒的人造蛇形运动，使用的原理与实际蛇形运动相同。装置全长2米，有20个接头。

      • 自备有源电缆机构-修正3“ACM-R3”

      • (2001-) 1995年，研制出无线控制蛇形机器人“Active Cord Mechanism - Revision 1”(ACM-R1)。在大约半小时的时间内，该机器人可以通过控制波浪的速度、头部方向和摆动来实现蛇形运动。它不仅比旧型速度快了一倍，而且在缓坡时具有蛇形运动，机动性也更高。

      • 两栖蛇形机器人“ACM-R5”

      • 海蛇生活在水中，甚至陆地上的蛇有时也会在水面上游泳。事实上，蛇在水中和地面上推进的机制几乎是一样的。一种两栖蛇形机器人ACM-R5利用了这一事实。它可以在地面和水中活动，使它的长身体起伏不定

      • 气动主动绳状机构“纤瘦黏液”

      • (1999-) Slim Slime Robot是一种具有三维工作空间的ACM，由气动驱动器驱动的串行连接模块组成。Slim Slime Robot是针对其在对人有危险的作业中应用而开发的:化学或核能工厂的管道内检查，利用其形状救援倒塌房屋下的受害者，利用其自身重量分布探测地雷等。

      • 铰接体移动机器人“KORYU-II”(KR-II)

      • 大型机器人的机动性不够，无法在狭窄的环境中转弯，例如在核反应堆内、火场或峡谷地区。另一方面，小型机器人不能运输所需的操作设备，甚至不能运输自身操作所需的能源。正是在这种情况下，铰接体的力量得到了体现，它可以像火车一样分配和运输货物。

      • 联网履带式巡检车“酸渔一、二”

      • (1997 ~)在地震等自然灾害发生时，被困在破建筑中的人们必须立即获救。但是，爬进废墟中寻找患者是非常困难和危险的。因此，需要研制一种能够在这种环境下机动的机器，以便通过电视摄像机和麦克风找到这些受害者。

      • 软夹头I、II、III

      • (sg-i (1976)， sg-ii (1978)， sg-iii(1984))。软夹持器是一种蛇形机构，可以灵活地抓取任意形状的物体。为了灵活地抓取一个物体，必须能够在所有的抓取表面上创造一个统一的抓取力，同时包裹物体。这是在软夹持器的动作中完成的。

      • 耦合肌腱驱动臂“CT臂”

      • (1990 ~ 1993年)要想在核反应堆等机械复杂的环境中进行操作，就必须拥有像大象的鼻子一样可以自由改变形状的手臂。但是，这种多段机械手必须配备在基段上产生尽可能大的运动的致动器，这很难做到轻量化。

      • 铰接式多轮移动机器人“根部”

      • 蛇形机器人根部的特点是多体之间由大直径的被动关节和多主动轮连接。根部的典型应用之一是消防机器人作为排水设备拔消防水龙带。该机器人利用消防车的泵驱动轮内的液压马达移动。我们的实验室也在开发液压马达。另一项应用是用于探测不可接近的灾难地点或行星探测器的自动漫游车。

    • 步行机器人

    • 步行车辆具有以下非常规的特点:1)它们可以在非常粗糙的地形上移动，而轮式和履带式车辆无法做到;2)可以智能选择足迹，不需要连续跟踪;3)在进行搬运操作时，可将腿作为手，也可作为地形适应支架。

        • 泰坦四世

        • (1985)泰坦四号于1985年在筑波科学展政府馆展出，在半年的展览期间，它总共走了大约40公里，继续往返于一个有三个不同台阶的阶段，如图4所示。在此基础上，实现了静态和动态融合步态，实现了静态步态、爬行步态、动态步态和小跑步态的自动切换，两腿对角线交替行走。泰坦四号以40厘米/秒的速度行走。

        • 登上斜坡的四足步行机“TITAN VII”

        • (1994 -)。日本山区多，公路、铁路等交通设施的建设频繁进行。目前，工人们不得不冒着危险爬上斜坡从事工作，如图1所示。
          为了改善这些情况，我们已经开始研发一种移动机器人，它可以在崎岖和陡峭的斜坡上发挥移动平台的作用。对于基本结构，我们选择了行走方式，因为它可以避开障碍物，腿也可以作为强大的机械手。我们采用了四足动物，因为四足是实现静态稳定行走的最小腿部数量。

        • (2002-)在多山的日本，为了修建铁路和公路，经常要削山，并形成斜坡。如图1所示，这些边坡需要安装钢筋混凝土框架或锚杆或锚杆，以防止陡坡破坏或滑坡，这些锚杆或锚杆施工需要钻孔施工，大部分工序都是手工完成的。然而，这些建设是大规模的，昂贵的，耗时的。它也是危险的，容易跌倒和其他事故，有强烈的需求自动化的一些施工步骤。

        • 四足爬墙机器人“NINJA-I， -II”

        • 忍者i(1990-1993)，忍者ii(1994-)。在高速公路上对高层建筑的外墙和陆桥的外墙进行检查和操作是很危险的。它还需要大量的费用，以安装所需的脚手架。NINJA就是为了实现这种操作的自动化而开发的爬墙机器人。1号和2号机组高度均接近1.8米，左右宽0.5米，厚度0.4米，主体重量45公斤。

        • 腿轮混合步行车“滚轮步行车”

        • (1994 -)。目前关于腿-轮混合移动机器人的研究较多，这是因为步行机器人在不规则地面上具有较高的地形适应性，而轮式机器人则利用了平滑地面上的移动速度优势。在过去，主动轮通常用于轮式运动。然而，主动轮的安装在很大程度上限制了行走机的能力。因为主动轮需要执行机构、制动机构和转向机构。

        • 平行连接步行车“ParaWalker-S1， -II”

        • (1992, Para Walker-S1) (1997~， Para Walker-II)。
          一个实用的步行机器人应该是一个具有高地形适应性和高效率的自成体系的系统。但典型的步行机器人每条腿有3个自由度，导致自由度总数很大。因此需要很多驱动器，这样的机器人变得笨重，需要复杂的控制系统来控制多自由度。
          为了解决这些问题，我们开发了具有6自由度的Para Walker-II，这是保持行走机器人特性所需的最小自由度。

        • 双足构型行走和任务执行机器人“延博III”

        • (2000-)腿式步行机器人是移动和任务执行机器人之一，具有高度的地形适应性，是一种有效的移动和任务执行机器人。但是一般步行机器人需要很多自由度(DOF)，使得机器人变得笨重，机构也变得更加复杂。作为解决这些问题的有效方法之一，本研究开发的双足步行任务执行机器人，在保持要求性能的前提下，尽可能地减小自由度，行走和操作采用相同的机构。

        • 踩步机器人“ZeroCarrier”

        • 身体残疾的人总是使用轮椅来帮助自己在地面上通过意念自由移动。不仅扩大了移动范围，还可以完成一些工作。甚至，它可以被认为是有效的精神领域。但是，这种移动几乎是在地面上进行的，爬楼梯或者顶着障碍物移动仍然是当今一个比较困难的话题。因此，减少老年人和残疾人的身体障碍，如楼梯或颠簸的地方是预期的。公共场所(车站、医院、办公室等)设有残疾人专用设施，如电梯、辅助轮椅爬楼梯的机器等。由于成本高，对环境的适应性差，并不是所有的公共空间都可以提供配备这些设施。
          在这里，我们尝试开发一种轻便、廉价、安全的爬楼梯机器人来辅助轮椅的移动。试图找到一个解决方案，如何让机器人可以上下楼梯，并安全地移动障碍物，同时在它的轮椅。

        • 由气动驱动的跳跃四足动物“AirHopper”

        • 目前已经有相当多的用于救援行动的腿式机器人，但步行机器人的主要特点是在这种不平坦的地形中具有较高的地形适应性。目前正在研究的步行机器人无法克服灾区高度的不均匀性。而用于救援行动的机器人必须在广阔的区域内移动得更快。

          为了满足这些需求，本研究将开发跳跃运动机器人。这种跳跃机器人可以在以往行走机器人无法克服的高台阶和障碍物较多的灾区活动。所研制的跳跃机器人具有较高的地形适应性和机动性。

      • 轮式和履带式车辆

      • 运动是机器人实际系统发展的关键问题之一。通过使用轮子和履带，移动可以在不妨碍移动的情况下大大简化。我们实验室开发的轮式和履带式车辆主要用于非结构地形的野外工作和实际应用。

          • 地形自适应履带车辆“HELIOS-I, II, TAQT承运人”

          • (1987, heliosi) (1989, heliosii) (1991 TAQT Carrier)。如车轮、履带等无止尽的旋转运动，适合制造出具有几个自由度的高速高效移动的车辆，但这些机器人对地形的适应能力有限。例如，在爬楼梯时，在重心较高的车辆中，重心向后方倾斜，不稳定。随着提供滑块的改进，需要一个强大的驱动器沿着倾斜面拉动上托架。摆模型具有良好的平衡性，但重心仍然下降。

          • 踩步轮椅“HELIOS-III”

          • (1990 -)。希望开发出能够上下楼梯的老年人和残疾人用电动轮椅。”我们研制了一种实用的、能动的轮椅，可以可靠地上下楼梯。图1为第一代机型。图1所示的RC(远中心)机构解决了楼梯上升和下降过程中的不稳定问题。当姿态传感器检测到车辆的倾斜度时，座椅上部的部分会移动从而变得水平，同时车辆的重心始终保持在车辆的中心。驱动系统是一种沿着弧形轨道拉动同步带的机构，并通过轮椅上部提供的电机驱动同步带。RC机构是一种具有高刚性的实用机构，后来也应用于TAQT Carrier。

          • 地形自适应六轮车辆“太阳神- v”

          • (1997-2000)目前，对粗糙地形车辆平台的开发需求很大，可以在家里的楼梯等人工障碍物上下，在粗糙地形上高速行驶，效率高。未来，该平台将应用于残疾人和老年人的电动轮椅、帮助工人搬运重物的运输车辆和危险维修机器人。至此，世界各地已开发出多种满足这些要求的越野车和机械。但是这些车辆也存在一些严重的问题，主要表现在:(1)无论是在崎岖的地形上，还是在平坦的地面上，车辆的速度都极其缓慢。(2)移动机构复杂。(3)通过障碍物需要高输出扭矩。为了克服这些严重的问题，我们一直在研制“太阳神- v”6轮越野车。

          • 地形自适应履带车“太阳神- vi”

          • (2000-)新的太阳神VI，最新设计的版本，是一种履带式车辆，可以很容易地通过使用两个主动臂爬楼梯。它的形状不对称。单臂基本用于第一步与履带接触，辅助车辆运动。

            另一个臂调整有效载荷的位置，改变载体的姿态。控制载体的加速度和平移运动，以保持底盘的恒定姿态。

            对于转向，太阳神VI需要低的能量，因为重心主要位于车辆的前部(底盘自身的重量在驱动皮带轮的轴)，因此，转向阻力显著减少。

          • 地形自适应履带车“太阳神- vii”

          • (2002-)太阳神VII，由两台独立驱动的履带机组成，两台电机分别通过执行器连接到主体上。因此，履带可以相对于底盘旋转360度。该特性可用于稳定性控制。底盘作为具有四个自由度的手臂的基础。

          • 管道移动机器人“s- i， -II， -III”

          • (1993-)为直径为50mm和150mm的燃气管道研制了三种类型的管道检测机器人，thi - i, thi - ii, thi - iii。

          • 完整全向汽车“VUTON”

          • (1993)。在工厂、医院和仓库等场所作业的运输车辆必须具有全方位的性能，能够在狭窄的地面空间中向各个方向自由移动和转弯。“武顿”是新开发的汽车，具有以下特点:1)具有全向性，2)具有运动方向瞬时变化的完整性，3)多个驱动轮接触面积大，承载能力大，4)接触面积大，运动不打滑，不损坏地板，5)形状平整紧凑。

          • 完整全向车“VmaxCarrier”

          • (2000-)用于工厂、医院和仓库等场所的运输车辆必须具有全方位性能，能够在狭窄的地面空间中向各个方向自由移动和转弯。“VmaxCarrier”是新开发的汽车，具有以下特点:I)它具有全向性，ii)它还具有完整性，可以瞬间改变车辆的方向，iii)它具有扁平紧凑的形状，iv)它非常轻。

        • 殖民地的机器人

        • 蜂群机器人有多种可能的应用，如位置识别、测绘、测量等。本实验室研制的蚁群机器人具有地形适应性强、机构可拆卸、安全冗余等优点。

            • 协同定位系统“CPS-I、CPS-II、CPS-III”

            • 对于自主移动机器人来说，高精度地识别机器人所处的位置是非常重要的。传统的两种方法，航迹推算法和地标法存在以下缺陷:1)航迹推算法是通过计数轮子的转动来估计机器人的位置，测量累积误差不可避免;2)地标法需要事先放置地标。


              提出了一种名为“协同定位系统(CPS)”的方法，该方法能够通过多个机器人的积极使用，在粗糙和/或未知地形上高精度地识别移动机器人的位置。图1是CPS的一个例子，它使用了三个移动机器人。当机器人3到达位置P3时，机器人1和机器人2测量机器人3相对的方位角、仰角θ1、θ2、φ1、φ2，确定机器人3的位置。然后以机器人1为例，机器人1按照虚线的指示向前移动，机器人2和机器人3按照之前的方法测量机器人1的相对角度。这种运动和测量重复进行，直到到达目的地。

            • 协作自主机器人“君龙”

            • (1992~)“Gunryu(GR)”在日语中是“一群龙”的意思，是一群机器人，每个部分都有自主权，但同时可以与其他部分连接，进行合作操作。具有连接能力的群机器人的想法已经过时了。然而，直到现在还存在一个问题。不幸的是，连接机构往往很重，其重量在很大程度上限制了整个系统的功能。

              GR通过引入机械臂来解决这个问题，机械臂是机器人不可缺少的齿轮。它既是主动连接机构，又是处理任务的机械手。

          • 特殊的移动机器人

          • 通常的移动机器人有轮子、腿等来移动。利用特殊机构实现了机器人爬壁等特殊运动。

              • 蜂群式爬壁机器人“锚攀爬者”

              • (2004~)另一方面，大量的巨型结构已经建成，需要对其进行定期的维护和检查，以避免因陈旧、缺陷等而损坏的危险。建筑由具有特殊技能的工人维护和检查。然而，从安全、成本、效率等方面考虑，迫切需要开发出能够替代人工作业的爬壁机器人。高机动性和大载荷能力是爬壁机器人的重要特点。不幸的是，传统设计只能同时提供其中一种功能，而不能同时提供这两种功能。为了解决这一问题，我们提出了一种名为“锚攀爬机器人”的群体爬壁机器人系统。该机器人系统由两个或多个子单元组成，子单元在静止状态下可以牢固地贴在墙上，也可以在移动状态下自由可靠地在墙上移动，并有足够的附着力，不会从墙上掉下来。该机器人系统有一个母单元，母单元包括控制盒、电池、工作装置等。子单元和父单元通过连接单元连接。

              • 铸造的手臂

              • (2002-)在灾区不平整的地面上，或在山区的陡坡上，轮式或履带式车辆行走非常困难。即使是腿型车辆也不能越过这么大的障碍。在这种情况下，我们建议使用新的移动方法，使用周围的物体，如树，而不是在地面上移动。它将缆绳(金属丝)抛向周围的物体并抓住它们，并利用金属丝的牵引来移动。

            • 医疗机器人

            • 对更小、更简单和更有效机制的研究也可以用于改进传统医疗应用。

                • 活动内窥镜“ELASTOR，形状记忆合金机器人”

                • (1980 - 1986)。由于目前使用的内窥镜只有尖端可与导管线向两个方向弯曲，将其插入胃和结肠的手术难度较大，且技术要求较高。因此，作为蛇形机器人的应用领域之一，我们开发了一种主动内窥镜，它可以主动弯曲，以便进行医学治疗检查和检查复杂机械的内部。

                • 腹腔镜手术用导向性内窥镜

                • 腹腔镜手术是通过在腹壁上的小切口插入细长的器械来进行的。视觉反馈由带摄像头的内窥镜提供。切口点限制了内窥镜的自由度(DOF)从6到4。因此，在保持焦点不变的情况下，不可能从不同侧面观察器官。这降低了外科医生感知深度的能力。

                  在与荷兰代尔夫特理工大学人机系统小组的密切合作下，一种新的可操作的腹腔镜内窥镜已经被开发出来。内窥镜，被称为内窥镜，被设计成一个空间平行四边形机构，尖端有一个微型摄像头。6自由度可操纵尖端可从不同侧面观察器官。手柄上有一个箭头，箭头总是指向相机的视线方向。这提供了对尖端的直观控制，向外科医生展示了摄像机在腹腔内的方向。

              • 在职检验机器人

              • 在役检查对核电厂和其他设施至关重要。我们已经开发出能够在这样的工厂中自动移动和执行检查的机器人。

                  • 核反应堆在役检查机器人"GRIPEDE, MAGPEDE"

                  • (1980)为了安全运行核反应堆，必须进行定期检查(在役检查)。为此研制了两种用于核反应堆蒸汽桶外围部件检测的机器人。

                  • 内平衡磁体“IB磁体”

                  • (1981)。在过去，人们提出了几种去除永磁体的机制。这里提出的IB磁体是一种全新的装置，它可以在原理上以零能量剥离永磁体。

                  • 永磁圆盘轮爬壁机器人“圆盘探测车”

                  • (1990 - 1992)。这是一个机器人，它使用永久性的磁盘轮子，围绕着油罐和船只的钢壁移动。

                • 行星探索机器人

                • 我们的实验室正在开发行星探测机器人，特别是用于月球和火星的测量任务。这种机器人的主要特点是重量轻、可扩展的机构和亲子探测车。

                    • 可膨胀三轮漫游者“三星II”

                    • (1995-)目前，很多公司都在计划发射用于行星探测的无人机器人漫游者。我们正在与美国国家航空航天局(NASDA)、日本国家航空航天局(NASA)共同开发三星II。三星II有三个由垂直杆偏心支撑的轮子，可以执行多种功能，如从被安置扩展到扩展姿态，全向转向运动，并避免被困在沙质地面。这些功能可以通过主动轮与锁存器的协同驱动来实现，以固定和释放轮绕垂直偏心杆的旋转，以及倾斜滑臂的滑动运动。这种扩展还有助于提升机的同步上升运动。三星II的轮子是由不锈钢叶片弹簧组成的，能够扩大三倍的体积。

                    • 亲子型行星漫游者“SMC漫游者”与臂装单轮漫游者“Uni-Rover”

                    • (1997-)作为COE/TITech超级机械系统项目的主要研究对象之一，我们一直在研究一种由分散自治代理(儿童漫游车)和领导代理(父单元)组成的异构行星漫游车系统。

                  • 地雷探测和清除机器人

                  • 世界各地部署了大量地雷，每天都有平民伤亡。在日本科学技术公司的支持下，我们正在开发和研究用于地雷探测和清除的仪器和系统。

                      • 排雷机械主从手“矿手III”

                      • 阿富汗和柬埔寨等动乱国家埋有大量地雷。因此，对拆卸设备和方法有很大的需求。虽然已经提出了一些清除地雷的方法，但最后的行动仍然是由人工完成的。排雷人员通过感觉和视觉，用探测仪仔细地挖掘地面，取出泥土，露出地雷，最后通过爆炸摧毁地雷。为了使这项任务更安全，我们开发了一种遥控机械“矿手”。“地雷手”可以让排雷人员以低坐姿操作手，同时通过坚固透明的防护罩观看任务，从而完美地防止爆炸。手被杆直接操纵，使排雷人员对挖掘过程有一种感觉。通过腿对滑动踏板的蹬落动作，可以对“矿手”施加强大的压力。“地雷之手”是轻型和轮式的，因此很容易运输到排雷地点。

                      • “鹰头狮- v”排雷行动的装备式机动车辆

                      • 金属探测仪和雷犬对雷区进行扫描是目前扫雷作业中应用最广泛的方法。虽然也常用体弱型和分蘖型等重型机械，但不能完全清除雷区，仍需人工排雷。Gryphon的开发是为了使这项手工任务安全、高效。它由一个装有长臂重量平衡臂的小车组成。小车可以手动从基地开到雷区。在远程操作模式下，鹰头狮沿着雷区边界移动，同时将手臂伸入雷区。利用立体视觉技术，首先测量地形的不平度，然后用地雷传感器进行扫描。地雷的位置可以通过全球定位系统精确地记录下来，并通过油漆或小桨进行标记。电力是由小车的动力发电机提供的，可以在没有加油的情况下运行一整天。2007年，我们在柬埔寨和克罗地亚进行了几次实验。 In Croatia, for example, we could prove that the Gryphon-V with metal detector and its special signal map processing system detected mines better than human deminers. We are now researching how we can include grass cutting and tele-operated digging task to achieve the perfect humanitarian demining system.