インナーワイヤレスな移動関節型ヘビロボットJoint-repositionable inner-wireless snake robot

生物から着想を得たヘビ型ロボットは、その高い柔軟性と地形適応能力により、災害現場での探索や救助活動における活用が期待されている。
しかし、従来の多関節構造は多数のモーターユニットを直列に連結するため、システム重量の増大と数百ワット級の過大な消費電力が実用化における大きな障壁となっていた。
本研究は、高い運動自由度を維持しつつ、ロボットの大幅な軽量化と省電力化を実現することを目的とする。
この課題に対し、筐体内部のラックギア上を駆動ユニットが移動し、関節構成を動的に変更可能な「移動関節機構」を導入した。さらに、伸縮性コイルを内蔵したソフトロボットスキンにより内部ユニットへ無線給電を行うことで、配線の絡まりや断線のリスクを根本的に排除した。実機検証の結果、劣駆動系でありながら多様な屈曲動作を実現し、総重量1.3 kgの軽量設計と7.6 Wという低電力での安定したワイヤレス駆動を達成した。
本成果は、極限環境で稼働するロボットの機動性と持続性を飛躍的に高めるものである。

Bio-inspired snake robots show great promise for search and rescue operations in disaster zones, owing to their exceptional flexibility and adaptability to complex terrain. However, conventional multi-joint structures, which typically connect numerous motor units in series, suffer from increased system weight and excessive power consumption—often exceeding hundreds of watts—posing significant barriers to practical application. This study aims to achieve significant weight reduction and power efficiency while maintaining a high degree of freedom in motion. To address this, we developed a mechanism where motor-driven joint units move along an internal rack gear, allowing for the dynamic reconfiguration of joint connections. Furthermore, a soft robot skin embedded with stretchable coils wirelessly powers these internal units, thereby eliminating risks associated with wire tangling and disconnection. Consequently, the system demonstrates diverse bending motions, a lightweight design of 1.3 kg, and stable wireless power transfer with a low power consumption of 7.6 W. These results significantly enhance the mobility and operational sustainability of robots deployed in extreme environments.

Ayato Kaneda, Ryo Takahashi, Ryusuke Hosaka, Keito Hayashi, Yasuhiro Nakajima, Wakako Yukita, Tomoyuki Yokota, Takao Someya, Mitsuhiro Kamezaki, Yoshihiro Kawahara, Takashi Sato, Junya Kimita, Eiji Iwase, Motoji Yamamoto

連絡先/Contact
takahashi@akg.t.u-tokyo.ac.jp

KAWAHARA LABORATORY

インナーワイヤレスな移動関節型ヘビロボット
Joint-repositionable inner-wireless snake robot