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  • 机器人研究始于1972年的东京工业大学，当时的主任广濑茂雄教授首次成功地向世界展示了蛇形机器人ACM-3。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实用机器人。下面解释每个主要项目，并附有简短的说明和适当的数字和照片。
产品组合

  • 机器蛇

  • “为什么蛇没有腿也能前进?”从这个问题开始，我们开始对蛇的生物机理进行研究，并发展出了“蛇机器人”。蛇机器人有很多可能的应用，尽管结构很简单。

      • 主动代码机制3号ACM III

      • (1972 - 1975)。图1，主动绳系机构ACM III模型。1972年12月26日晚上，我们在世界上第一次成功地制造出了人工蛇形运动，其速度约为40厘米/秒，利用的是与实际蛇相同的蛇形运动原理。整个装置的长度为2米，有20个接头。

      • 自备有源线绳机构-修正3“ACM-R3”

      • 1995年研制出一种无线控制的蛇形机器人——主动绳机构(Active Cord Mechanism - Revision 1, ACM-R1)。在大约半小时的时间内，该机器人可以在速度、头部方向和波浪摆动的控制下以蛇形运动进行推进。它不仅比旧型快两倍，而且具有较强的机动性，具有蛇形缓倾斜运动。

      • 两栖蛇形机器人“ACM-R5”

      • 海蛇生活在水中，甚至陆蛇有时也会在水面上游泳。事实上，蛇在水中和在地面上的推进机制几乎是一样的。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操作，它的长身体波动

      • 气动驱动主动钢丝绳机构“瘦泥”

      • (1999-) Slim Slime Robot是一种具有三维工作空间的ACM，由气动执行器驱动的串行连接模块组成。细长黏液机器人是针对其在对人有危险的作业中的应用而开发的，如利用其外形进行化工厂或核电站的管道内检查，援救倒塌房屋下的受害者，以及利用其自身重量进行地雷探测等。

      • 关节体移动机器人“KORYU-II”(KR-II)

      • (1989 ~)大型机器人在拥挤的环境中(如核反应堆内、火灾地点或峡谷地区)无法通过转弯。另一方面，小型机器人不能运输所需的操作设备，甚至也不能运输自身操作所需的能源。正是在这种情况下，体现了铰接体的力量，它可以分配和承载载荷，就像火车一样。

      • 连接式履带式检验车“酸鱼I、II”

      • (1997 ~)在地震等自然灾害发生时，被困在倒塌建筑物中的人必须立即获救。但是，爬进废墟中寻找患者是非常困难和危险的。因此，人们希望开发一种能够在这种环境下机动的机器，通过电视摄像机和麦克风来寻找这些受害者。

      • 软夹持器I, II, III

      • (sg-i (1976)， sg-ii (1978)， sg-iii(1984))。软夹持器是一种蛇形机构，可以灵活抓取任意形状的对象。要灵活地抓住一个物体，必须能够在所有的夹持器表面上产生均匀的抓取力，同时缠绕物体。这是通过以下方式在软夹持器的作用下完成的。

      • 耦合肌腱驱动臂CT臂

      • 为了将手臂伸入一个机械复杂的环境，如核反应堆等，进行操作，需要有一个像大象鼻子一样可以自由变换形状的手臂。然而，这种多节段机械手必须配备执行机构，使其在基段上产生尽可能大的运动，这很难做到轻量化。

      • 铰接多轮移动机器人“Genbu”

      • 蛇形机器人Genbu的特点是由被动关节连接的多体和多个大直径主动车轮。Genbu的典型应用之一是消防机器人作为消防软管的排水器。该机器人通过消防车的水泵驱动车轮内的液压马达进行运动。我们实验室也在研制液压马达。另一个应用是自动漫游车，用于探测无法接近的灾难地点或行星探测器。

    • 步行机器人

    • 步行车辆具有以下不同寻常的特点:1)它们可以在非常崎岖的地形上行驶，而轮式和履带式车辆无法通过;2)可智能选择足迹，移动无连续轨迹;3)当执行搬运操作时，它们可以把腿当成手，以及地形适应性支腿。

        • 泰坦四世

        • (1985) TITAN IV于1985年在筑波科学展览的政府馆展出，在半年的展览期间，它总共走了大约40公里，继续在一个有三个不同台阶的舞台上来回旅行，如图所示。此外，随后它还实现了静态和动态融合步态，步态从静态、爬行步态、动态和小跑步态自动切换，在小跑步态中，它用两条对角腿交替行走。泰坦4号以每秒40厘米的速度行走。

        • 四足行走机器“TITAN VII”爬上斜坡

        • (1994 -)。日本山区多，公路、铁路等交通设施建设频繁。目前，工人们必须爬上斜坡，面对危险进行作业，如图1所示。
          为了改善这些情况，我们已经开始开发一种移动机器人，它可以在施工中的崎岖和陡峭的斜坡上充当移动平台的角色。对于基本的结构，我们选择了步行的方式，因为它可以避开障碍物，腿也可以作为一个有力的操纵器。我们采用了四足动物，因为四条腿是达到静态稳定行走的最小数量。

        • (2002-)在多山的日本，为了修建铁路和公路，经常削山造坡。如图1所示，这些斜坡需要安装钢筋混凝土框架或锚杆或地脚螺栓，以防止陡坡破坏或滑坡，这些锚杆或地脚螺栓的施工需要钻孔施工，大部分施工都是人工进行的。然而，这些建筑是大规模的，昂贵的，耗时的。它也很危险，容易摔倒和其他事故，对一些施工步骤的自动化有很强的需求。

        • 四足爬壁机器人NINJA-I， -II

        • 忍者i(1990-1993)，忍者ii(1994-)。对高层建筑的外墙和高速公路上的陆桥进行所有的检查和操作都是危险的。为了安装所需的脚手架也需要大量的费用。NINJA是一种爬墙机器人，其开发目的是实现这种操作的自动化。1号和2号机组高近1.8米，左右宽0.5米，厚度0.4米，主体重量45公斤。

        • 腿轮混合动力步行车“滚筒式步行车”

        • (1994 -)。目前，由于步行机器人在不规则地面上具有较高的地形适应性，而轮式机器人在平坦地面上则利用了移动速度的优势，因此对腿轮混合移动机器人的研究较多。在过去，主动轮通常用于轮式运动。但是主动轮的安装在很大程度上限制了行走机的能力。因为主动车轮需要执行机构、制动机构和转向机构。

        • 并联步行车“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独立系统。但典型的步行机器人每条腿有3个自由度，导致总自由度很大。因此，这类机器人需要大量的执行机构，并且变得笨重，需要复杂的控制系统来控制多个自由度。
          作为这些问题的解决方案之一，我们开发了具有6自由度的Para Walker-II，这是保持步行机器人特性所需的最小自由度。

        • 双足步行和任务执行机器人“YANBO III”

        • (2000-)一种移动和任务执行机器人，腿步行型，具有高度的地形适应性，是有效的。但一般步行机器人需要很多自由度，这使得机器人变重，其机构也变得更加复杂。作为有效解决这些问题的方法之一，在本研究中，我们开发了双足步行任务执行机器人，其自由度尽可能降低，以保持其所需的性能，并使用相同的机构步行和操作。

        • 踩步机器人“ZeroCarrier”

        • 身体残障人士常借助轮椅，借助意念在地面上自由移动。不仅扩大了移动范围，还可以实现一些工作。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，爬楼梯或克服障碍仍然是当今的一个难题。因此，要减少老年人和残疾人的身体障碍，如楼梯或颠簸的任何地方。公共场所(车站、医院、办公室等)为残疾人配备了设施，如电梯和辅助轮椅爬楼梯的机器。由于成本高、对环境适应性差，并不是所有的公共空间都能提供这种设施。
          在这里，我们尝试开发一种轻便，便宜，安全的爬楼梯机器人来辅助轮椅的移动。试着找到一个解决方案，让机器人在携带轮椅的同时，可以安全地上下楼梯和跨越障碍。

        • 气动动力“AirHopper”驱动的跳跃四足动物

        • (2002~)为救援行动而开发的有腿机器人为数不少，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。目前研究的步行机器人还不能克服灾区的高度不均匀性。而且为救援行动而开发的机器人必须在大范围内移动得更快。

          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有很多高台阶和障碍的灾区移动，这是以前行走机器人无法克服的。该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

      • 运动是发展实用机器人系统的关键问题之一。通过使用轮子和履带，运动可以大大简化，而不妨碍机动性。我们实验室开发的轮式和履带式车辆主要用于野外工作和非结构地形的实际应用。

          • 地形自适应履带式车辆“HELIOS-I, II, TAQT Carrier”

          • (1987，赫利奥斯- i)(1989，赫利奥斯- ii) (1991 TAQT载波)。无休止的旋转运动，如在车轮和履带等，适合做一个车辆，可以在几个自由度的情况下，以良好的效率高速移动，但这些机器人对地形的适应性有限。例如，在爬楼梯的时候，在重心高的车辆中，重心向后面倾斜，不稳定。随着提供滑块的改进，需要一个强大的执行机构沿斜面拉动上载体。摆模型平衡性很好，但重心还是下降。

          • 踩步轮椅“HELIOS-III”

          • (1990 -)。为老年人和残疾人开发可以上下楼梯的电动轮椅是值得期待的。我们研制了一种实用的、活动的轮椅，可以可靠地上下楼梯。图1为第一代型号。图1所示的RC(远程中心)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，上部座椅部分移动从而变为水平状态，同时车辆重心始终保持在车辆中心。所述驱动系统是一种机构，它沿弧形轨道牵引同步带，并通过安装在轮椅上部的电机驱动同步带。RC机构是一种具有高刚性的实用机构，后来这也被用于TAQT载体。

          • 地形适应性六轮车辆“HELIOS-V”

          • (1997-2000)目前，有很大的需求开发一种能够在家庭楼梯等人工障碍上上下坡，并能在崎岖地形上高速高效行驶的粗糙地形车辆平台。未来，该平台将应用于残疾人和老年人的动力轮椅、协助工人搬运重物的运载车辆和危险维护机器人。迄今为止，世界各地已经开发了许多满足这些要求的越野车和机器。然而，这些车辆有一些严重的问题，如下:(1)车辆的速度非常慢，不仅是在崎岖的地形，而且在平坦的地面上。(2)移动机构复杂。(3)通过障碍物需要较高的输出扭矩。为了克服这些严重的问题，我们一直在开发“HELIOS-V”，6轮越野车。

          • 地形自适应履带式车辆“HELIOS-VI”

          • 最新设计的太阳神6号是一种履带式运载工具，可以通过使用两个主动臂轻松爬上楼梯。它的形状不对称。一只手臂基本上是用来接触履带与第一步和协助车辆运动。

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

            对于转向，Helios VI需要较低的能量，因为重心主要位于车辆的前部(底盘的重量在驱动滑轮的轴上)，因此转弯阻力显著降低。

          • 地形自适应履带式车辆“HELIOS-VII”

          • (2002-)太阳神7号，由两个独立驱动的爬行器组成，由两个电机分别通过执行器连接到主体。因此，轨道可以相对于底盘360度旋转。该特性可用于稳定性控制。底盘作为一个有四个自由度的手臂的基座。

          • 移动机器人“s- i， -II， -III”

          • (1993-)针对直径为50mm和150mm的燃气管道，研制了三种管道检测机器人:s- i、s- ii、s- iii。

          • 全向飞行器“The VUTON”

          • (1993)。用于工厂、医院、仓库等场所作业的运输车辆必须具有全方位的特性，能够在狭窄的地面空间中向各个方向自由移动和转弯。“Vuton”是新开发的车辆，具有以下特点;1)它具有全方位的特性，2)它也具有完整的特性，使运动方向瞬间改变，3)它有很大的载荷能力，因为它的多个驱动轮的接触面积大，4)它不损坏地板，因为它的广泛的接触面积和不滑动运动的特性，v)它的扁平和紧凑的形状。

          • 全向飞行器“VmaxCarrier”

          • (2000-)用于工厂、医院和仓库等的运输车辆必须具有全方位特性，能够在狭窄的地面空间中向各个方向自由移动和转弯。“VmaxCarrier”是新开发的车辆，具有以下特点:1)它具有全方位的特性，2)它还具有完整的特性，可以瞬时改变车辆的方向，3)它具有扁平和紧凑的形状，4)它非常轻。

        • 殖民地的机器人

        • 群体机器人有几种可能的应用，如位置识别、测绘、测量等。本实验室开发的蚁群机器人具有高地形适应性、可拆卸机构和安全冗余等优点。

            • 合作定位系统“CPS-I、CPS-II、CPS-III”

            • 对于自主移动机器人来说，高精度的定位是非常重要的。传统的两种方法，航迹推算法和路标法存在以下缺陷:航迹推算法是通过计算轮子的转动来估计机器人的位置，因此测量的累积误差是不可避免的;路标法需要事先放置路标。


              提出了一种“协同定位系统”(Cooperative Positioning System, CPS)的方法，通过积极使用多个机器人，即使在粗糙和/或未知地形上也能高精度地识别移动机器人的位置。图1显示了CPS的一个例子，它使用了三个移动机器人。当机器人3到达P3位置时，机器人1和机器人2测量相对于机器人3的方位角、仰角θ1、θ2、φ1、φ2，并确定机器人3的位置。然后，以机器人1为例，机器人1按照虚线所示向前移动并停止，然后机器人2和机器人3按照前面的测量方法测量与机器人1的相对角度。这种运动和测量是重复的，直到他们到达目的地。

            • 合作自主机器人“Gunryu”

            • (1992~)“Gunryu(GR)”在日语中的意思是“一群龙”，是一组机器人，每个部分都有自主权，但同时它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是一个古老的想法。然而，直到现在，一直有一个问题。不幸的是，连接机构往往很重，它的重量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一问题，机械臂是机器人不可缺少的齿轮。它既是一个主动连接机构，也是一个处理任务的机械手。

          • 特殊的移动机器人

          • 通常的移动机器人都有轮子、腿等来移动。特殊的机器人运动，如爬壁，通过特殊的机构来实现。

              • 蜂群式爬壁机器人“锚攀岩者”

              • (2004~)大量的巨型结构被制造出来，另一方面，有必要定期维护和检查它们，以避免因陈旧和缺陷等造成的破坏危险。建筑由具有特殊技能的工人进行维护和检查。然而，从安全、成本、效率等方面考虑，开发能够替代人类工作人员的爬壁机器人是迫切需要的。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，传统的设计只能提供其中一种功能，而不能同时提供这两种功能。为了解决这一问题，我们提出了蜂群式爬壁机器人系统，命名为“锚爬者”。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能牢固地贴在墙上，子单元在移动状态下能在墙上自由可靠地移动，有足够的附着力不会从墙上掉下来，父单元有控制箱、电池、工作装置等。子单元和父单元与连接单元连接。

              • 铸造的手臂

              • (2002-)在灾区不规则的地面上，或在山区的陡坡上，轮式或履带式车辆的移动非常困难。即使是腿型车辆也无法越过这么大的障碍。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，如树木，而不是在地面上移动。它把缆绳(电线)扔到周围的物体上并抓住它们，并利用电线的牵引力移动。

            • 医疗机器人

            • 对更小、更简单和更有效的机制的研究也可用于改进传统的医疗应用。

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

                • (1980 - 1986)。由于目前使用的内窥镜只有尖端可以通过导管线向两个方向弯曲，因此将其插入胃和结肠的操作难度较大，技术要求较高。因此，作为蛇形机器人的应用领域之一，我们开发了一种可以主动弯曲的主动内窥镜，以便进行医疗检查和检查复杂机械的内部。

                • 用于腹腔镜手术的可操纵内窥镜“内镜-潜望镜”

                • 腹腔镜手术是通过在腹壁上的小切口插入细长的器械进行的。视觉反馈是由带摄像头的内窥镜提供的。切口点将内窥镜的自由度(DOF)从6限制到4。因此，在保持视点聚焦的情况下，不可能从不同的角度观察器官。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，一种新的可引导的腹腔镜内窥镜已经开发出来。这种内窥镜被称为内窥镜，它被设计成一个空间平行四边形机构，尖端有一个微型相机。6自由度可操纵尖端可用于从不同侧面观察器官。手柄包含一个箭头，始终指向相机的视线方向。这提供了对针尖的直观控制，向外科医生展示了摄像机在腹腔中的定位。

              • 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移动并在这些工厂自动执行检查的机器人。

                  • 在役核反应堆检查机器人“GRIPEDE, MAGPEDE”

                  • 为了安全运行核反应堆，必须进行定期检查(在役检查)。为此，研制了两种用于检测核反应堆内汽包外围部件的机器人。

                  • 内平衡磁铁“IB磁铁”

                  • (1981)。过去，人们提出了几种剥离永磁体的机制。本文提出的IB磁体是一种全新的器件，原则上可以零能量剥离永磁体。

                  • 带有永磁圆盘轮的爬壁机器人“圆盘漫游者”

                  • (1990 - 1992)。这是一个机器人，它使用永磁碟轮绕着油罐和船舶的钢墙移动。

                • 行星探索机器人

                • 我们的实验室正在开发行星探测机器人，特别是在月球和火星上进行探测任务。这种机器人的一些主要特点是重量轻，可扩展的机构和亲子漫游车。

                    • 可扩展三轮探测车“三星二号”

                    • (1995-)目前，许多公司都计划发射用于行星探测的无人机器人漫游者。我们正在开发三星II作为与NASDA，日本NASA的一个联合研究项目。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，如从容纳扩展到扩展的姿态，全方位转向运动，并避免被困在沙地上。这些功能可以通过主动轮和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。膨胀也与提升机的同步向上运动相辅相成。三星II的车轮由不锈钢钢板弹簧组成，体积可以扩大三倍。

                    • 亲子型行星探测车“SMC Rover”和臂式单轮探测车“Uni-Rover”

                    • (1997-)作为COE/TITech超级机械系统项目的主要研究对象之一，我们一直在研究由分散的自主agent(子agent)和leader agent(父单元)组成的异构行星探测车系统。

                  • 地雷探测和清除机器人

                  • 在世界各地部署了大量地雷，每天都在伤害和杀害平民。在日本科学技术公司的支持下，我们正在开发和研究地雷探测和排除的仪器和系统。

                      • “Mine Hand III”扫雷机械主从手

                      • 大量地雷埋在阿富汗和柬埔寨等动乱国家。因此，对清除设备和方法的需求很大。虽然提出了一些清除地雷的方法，但最后的操作仍然是由人来完成的。排雷人员通过感觉和视觉，用探测器小心翼翼地挖掘地面，取出土壤露出地雷，最后通过爆炸摧毁地雷。为了让这项任务更安全，我们开发了一种遥控机械“地雷手”。排雷手可以让排雷手在低坐姿下操作，同时通过坚固透明的护盾观察任务，从而完美地防止爆炸。手是直接操纵杆给排雷者一个感觉的挖掘过程。强大的压力可以施加在“Mine Hand”通过踢踢运动的腿到滑动踏板。“地雷手”是轻便和轮式的，因此很容易运输到排雷地点。

                      • 用于“Gryphon-V”扫雷行动的臂式小车

                      • 金属探测仪和矿犬对雷场的扫描是排雷作业中使用最广泛的方法。虽然也经常使用脆弱型和分蘖型等重型机械，但它们不能完全清除雷区，因此仍然需要人工排雷。Gryphon的开发是为了使这项手工任务安全和高效。它由一个装有重量平衡的长臂的小车组成。车辆可以手动驾驶从基地到雷场。在远程操作模式下，鹰头狮沿着雷区边界移动，同时伸出手臂进入雷区。利用立体视觉，首先测量地形的不平整度，然后由地雷传感器进行扫描。地雷的位置可以用全球定位系统精确地记录下来，并用油漆或小划子标记出来。电力由马车的发电机提供，可以运行一整天而无需加油。2007年，我们在柬埔寨和克罗地亚进行了几次试验。 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.