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小型作業ロボットの精密変位計測と精密位置決め制御（一年毎審査,３年継続)
2023.4 - 2026.3
Private Foundations 高橋産業経済研究財団研究助成
Investigator(s)：渕脇 大海
Authorship：Principal investigator
ロボット技術は多分野で自動化に貢献しているが，顕微作業や精密機器の隙間等の狭所での多軸精密作業への応用には，ロボット技術の小型化と高精度化が必要となる．
本研究では，小型作業ロボットの「①精密変位計測」，「②精密位置決め制御」
の２つの課題を達成することで、ロボット技術による狭所での多軸精密作業の自動化への突破口を開く． -
2025.4 - 2026.3
Private Foundations 一般財団法人中西奨学会 2024年度研究助成
Investigator(s)：渕脇 大海
Authorship：Principal investigator
ロボット技術は多分野で自動化に貢献している．もしも世界中の機器の隙間に簡単に設置できる「超小型で高性能なロボット」を実現出来れば，ニーズに応じて機能を自由にカスタマイズできるため，様々な機器の稼働率・応用範囲を大幅に拡大できる．しかし動作精度が１０μｍ程と不十分であるため，精密作業が必要な組立作業の実用性に課題がある．また狭所作業のための小型化技術も不十分である．
本研究の目的は以下の二つである．
①「小型精密XYZθステージ」と自走機能の付与
：広範囲・狭所にて１μｍの精度で精密作業できる自走型の直動型精密XYZθステージを開発する
②「機械学習による多軸精密作業の自動化」
：複雑形状の1～0.05mm微小部品の②―１：自動検出，②―２：自動組立に取り組む．
以上より，「高精度と高い汎用性を併せ持つ４軸精密作業ロボット」を実現し，ロボット技術の小型化・高精度化・作業範囲拡大を同時に実現するブレークスルー技術を創出する． -
Development of miniature 6-axis precise working robot equiped with miniature cycloidal reduction gears
2025.1 - 2025.12
Private Foundations Research grant of Tsugawa foundation
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
Authorship：Principal investigator
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６軸精密自走ロボットの開発と機械学習による自動精密作業の実現
2024.4 - 2026.3
Private Foundations メカトロニクス技術高度化「研究助成」
Investigator(s)：渕脇 大海
Authorship：Principal investigator
高い汎用性を持つロボット技術は工業・農業・食品等の多分野で自動化に貢献しているが，精密
作業分野での応用は進んでいない．もしも既存機器の狭所に簡単に設置できる「超小型で高性能な
ロボット」を実現出来れば，組立・加工・計測・回路実装・細胞操作等の精密作業を自在に付与で
きるようになるため，様々な機器の稼働率・応用範囲を大幅に拡大できる．
申請者らは，昆虫の多機能性・機動性を工学分野で実現する事を目標に，小型かつ軽量な精密自
走ロボットの機構・計測・加工・制御技術を蓄積している．具体的には，10nm の位置決め分解能と
1m2 以上の位置決め範囲を有するXYθホロノミック精密自走ロボット，0.1μm の計測分解能を有する
XYθ変位センサ，機械学習による微小物の精密マニピュレーションの自動化技術，小型自走ロボッ
トに搭載できる液架橋力グリッパ，液中マニピュレータ等を達成している．
本研究では「①６軸精密自走ロボット」,「②機械学習による自動精密作業」の二つの課題に取り
組むことで，自動化が極めて難しい熟練工による多軸精密作業(珪藻アート・機械式時計)の組立を
学習し自動化を実現することを目的とする．
本研究により電子・MEMS・生物・医療分野の精密作業に高い汎用性を持つロボット技術を創出す
る事が出来る. -
2024.4 - 2025.3
Private Foundations 一般財団法人中西奨学会 2024年度研究助成
Investigator(s)：渕脇 大海
Authorship：Principal investigator
汎用性の高い多関節ロボット技術は様々な分野に応用されているが，位置決め精度の限界は１
０μｍ程度であるため，１μｍの精度が要求される精密機械工業分野に応用するためには，各関
節の回転軸の偏心量を計測し，マニピュレータ先端の誤差を補正することが必要である．
本研究では，「複数のエンコーダ」と「一体型２次元スケール」により構成される「XYθ変位セ
ンサ」の小型化と計測範囲の拡大を実現し，多関節ロボットの各関節の回転軸の偏心量を精密計
測する技術を確立することを目的とする．
目的 ： XYθ変位センサの小型化と計測範囲の拡大
新規性：①小型軽量なXYθ変位センサの構成，②XYθ変位計測アルゴリズムの提案
進捗 ：解析・設計法の確立、原理確認実験に成功，計測範囲拡大法と校正式もほぼ確立
理由 ：ロボット技術の高精度化のためには，回転軸偏心量を精密計測できる小型XYθ変位セン
サが必要，これまでに原理確認実験は完了しているため，本申請によりセンサを試作
し，偏心量の精密計測と圧電ステージによる誤差補正により工学的有用性を実証する． -
XYθ displacement sensor by four encoders for wide and precise measuring of holonomic robot
2023.11
Private Foundations International Conference Grant for Presentations of Mitutoyo Association for Science and Technology
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
Recently, various holonomic mobile robots have been proposed, such as omni-wheel, multi-legged, and piezoelectric driven mechanisms. In the piezoelectric driven mechanisms, there are many drive principles, such as stick-slip, inchworm, multi-legged, ultra-sonic, and alternative tripod gait. Most of those piezo-based holonomic mobile robots have holonomic mobility, sub-micrometer resolution, and wide positioning area, simultaneously. For measuring those mobile robots, the visual feedback control has been commonly used for its ease of operation, however there are tradeoff among the measuring cycle, resolution, and area. In this paper, we describe compact XYθ displacement sensor composed of four optical linear encoders and an integrated two-dimensional scale for measuring those precise mobile robots with sub-micrometer resolution, fast measuring cycle, and wide measuring area, simultaneously. We also discuss future prospect of the XYθ displacement sensor.
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A Piezoelectric Stick-slip Manipulator for a Holonomic Precision Mobile Robot
2023.11
Private Foundations International Conference Grant for Presentations of Suzuki Foundation
Investigator(s)：Ryosuke Kinoshita
In this study, we developed a piezoelectric stick-slip actuator for developing compact and precise manipulator for a holonomic precision mobile robot. Firstly, we have designed an actuator using the piezoelectric stick-slip phenomenon. Then, we defined a mechanical model of the actuator as two mass system, for analyzing the dynamic characteristics. In experiments, we measured the displacement of the actuator under several conditions. The maximum speed of Z-axis was 8.9 [mm/s], and the payload was 30 [g]. We also developed the compact manipulator with weight of 55.3 [g] and size of 47 [mm]×62 [mm]×48 [mm]. The manipulator has two degrees of freedom and consists of a Z-axis stage and tweezers for realizing compact and precise mobile manipulator.
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Compact mobile manipulator with high precision and versatility
2023.4 - 2024.3
Private Foundations Research grant of Amano Institute of Technology Foundation
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
Authorship：Principal investigator
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Development of miniature cycloidal reduction gear and realization of minitature robotic arm
2023.1 - 2023.12
Private Foundations Research grant of Tsugawa foundation
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
Authorship：Principal investigator
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Vision Feedback Conrtrol for Automation of Pick-and-Place of Capillary Force Gripper
2022.5 - 2022.8
Private Foundations 中部電気利用基礎研究振興財団 出版助成
Authorship：Principal investigator
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Development of XYθ displacement sensor for evaluating axial run out of joint mechanism
2022.1 - 2022.12
Private Foundations Tsugawa foundation research grant
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
Authorship：Principal investigator
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運動機能とセンシング機能を併せ持つ「フレキシブル・エレクトロニクス」の実現
2021.4 - 2022.3
Private Foundations 電子回路基板技術振興財団研究助成
Investigator(s)：渕脇 大海
[目的]
「フレキシブルエレクトロニクス」に「運動機能」と「センシング機能」を付与するのに必要なゲル上への１０µｍの分解能での液体金属の配線技術の確立．
＜内容＞
[アクチュエータ技術の現状と問題点]
＜超柔軟かつ超高精細な人工筋肉アクチュエータとセンシング機能の実現の必要性＞
人体には大小含めて600を超える筋肉が存在する．人工的に筋肉を造形し，運動機能だけでなく，センシング機能を付与する技術は，フレキシブルエレクトロニクス・バイオメカニクス分野の最重要課題の一つである．しかし，既存のアクチュエータ技術では，生体筋肉の小型軽量性，柔軟性，複雑形状性を実現できない．
表１に主なソフト・アクチュエータの比較を示す．申請者らの提案する「液体金属ゲル」アクチュエータは，ゲル内部に液体金属の配線を封入し，電流を流すことで発生するローレンツ力で駆動する．液体金属の超柔軟性により生体筋肉と同レベルの柔軟性・複雑形状性・高速応答性・小型軽量性を持ち，生体適合性も高いため，「人工筋肉」として理想的な特性を有している．また超柔軟なゲルの変形により液体金属の電気特性の変化を増幅する事で圧力，液体成分の高感度なセンシング機能・「人工神経系」を付与できる．
本申請では，人工臓器に運動機能とセンシング機能を付与するのに必要な１０µｍの分解能での液体金属のゲル上への配線技術の確立を目的とする． -
Development of a Δ-Type Mobile Robot Driven by Three Standing-Wave-Type Piezoelectric Ultrasonic Motors【鈴木正樹（渕脇研）】
2020.10
Private Foundations 公益財団法人 村田財団 海外派遣
Investigator(s)：渕脇 大海
該当する国際会議講演論文
発表者✓
著者：J. Zhou, ✓M. Suzuki , R. Takahashi, K. Tanabe, Y. Nishiyama, H Sugiuchi, Y. Maeda, O. Fuchiwaki
題目：Development of a Δ-Type Mobile Robot Driven by Three Standing-Wave-Type Piezoelectric Ultrasonic Motors
国際会議：IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2020), Oct., Ondemand, 2020 -
小型精密自走ロボットのXYΘ精密位置決め制御の高速化とAFMへの応用
2020.4 - 2021.3
Private Foundations スズキ財団 一般科学技術研究助成金
Investigator(s)：渕脇大海
精密機械工場の小型軽量化につながるインチワーム型ホロノミック精密自走ロボットに複数個のエンコーダにより構成される内界センサを搭載し， XYθ変位の精密制御を高速化することを第一の目的とする。第二の目的として，原子間力顕微鏡(AFM)のスキャナーとカンチレバーを2台に搭載し，AFMの観察範囲の拡大と自在化を実現する．
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Improvement of velocity and positioning accuracy of XYθ precise mobile robot for realizing flexible and miniaturized robotic factory
2020.4 - 2021.3
Private Foundations
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
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出版助成, Development of Δ-type Mobile Robot driven by 3 Standing Wave Type Piezoelectric Ultrasonic Motors
2020
Private Foundations （公財）中部電気利用基礎研究振興財団出版助成
J. Zhou, M. Suzuki , R. Takahashi, K. Tanabe, Y. Nishiyama, H Sugiuchi, Y. Maeda and O. Fuchiwaki, "Development of a Δ-Type Mobile Robot Driven by Three Standing-Wave-Type Piezoelectric Ultrasonic Motors," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 5, no. 4, pp. 6717-6723, Oct. 2020, doi: 10.1109/LRA.2020.3018031, open access, IF = 3.6
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ネジ型流路によるμミキサーに関する研究発表および議論，マイクロTAS分野の研究調査（渕脇）
2019.10
公益財団法人 スズキ財団 研究者海外研修助成金
Investigator(s)：渕脇 大海
µTAS2019（微小流路デバイスに関する国際会議、バーゼル国際会議場、バーゼル、スイス）に参加し、次のような活動を行った。
受給者：渕脇 大海
＜日程と活動内容＞
10月26日 ・研究成果発表会の発表準備・資料の事前調査
10月27日～30日 ・研究成果発表会への参加（ポスターセッション，講演発表）
10月29日・研究成果の口頭発表（英語）への参加
・同分野の研究者とのディスカッションへの参加
＜成果＞
10月27日～30日の研究成果発表会では、微小流路デバイス(µTAS)に関する様々な最新技術の調査と、その問題点について学ぶことができた。
10月29日の研究成果のポスター発表では、今回研究したネジ型μミキサーの作成・設計・モデル化・解析・実験結果について発表を行った。様々な研究分野の研究者に研究内容を説明し、様々な角度から大変有意義な議論を行うことができた。
＜公表した講演論文＞
題名：3D HELICAL MICROMIXER BY LOST WAX CASTING
著者：Daiki Tachibana, Ken Matsubara, Yoshimi Tanaka, Hiroki Ota, and Ohmi Fuchiwaki
掲載誌：Proceedings of 2019 Int. Conf. on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2019)
ページ番号： pp.574 - 575
開催年月日：October 27-31, 2019. Basel, SWITZERLAND
＜謝辞＞
貴助成金により、航空チケット代、ホテル代の一部を拠出させていただき、充実した海外研修を行う事が出来ました。ありがとうございました。この研修の成果を、今後の研究および教育活動にも還元させていただく所存です。 -
ネジ型流路によるμミキサーに関する研究発表および議論，マイクロTAS分野の研究調査（橘大毅，渕脇研）
2019.10
公益財団法人 スズキ財団 研究者海外研修助成金
Investigator(s)：渕脇 大海
µTAS2019（微小流路デバイスに関する国際会議、バーゼル国際会議場、バーゼル、スイス）に参加し、次のような活動を行った。
受給者：橘 大毅（渕脇研）
＜日程と活動内容＞
10月26日 ・研究成果発表会の発表準備・資料の事前調査
10月27日～30日 ・研究成果発表会への参加（ポスターセッション，講演発表）
10月29日・研究成果の口頭発表（英語）への参加
・同分野の研究者とのディスカッションへの参加
＜成果＞
10月27日～30日の研究成果発表会では、微小流路デバイス(µTAS)に関する様々な最新技術の調査と、その問題点について学ぶことができた。
10月29日の研究成果のポスター発表では、今回研究したネジ型μミキサーの作成・設計・モデル化・解析・実験結果について発表を行った。様々な研究分野の研究者に研究内容を説明し、様々な角度から大変有意義な議論を行うことができた。
＜公表した講演論文＞
題名：3D HELICAL MICROMIXER BY LOST WAX CASTING
著者：Daiki Tachibana, Ken Matsubara, Yoshimi Tanaka, Hiroki Ota, and Ohmi Fuchiwaki
掲載誌：Proceedings of 2019 Int. Conf. on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2019)
ページ番号： pp.574 - 575
開催年月日：October 27-31, 2019. Basel, SWITZERLAND
＜謝辞＞
貴助成金により、航空チケット代、ホテル代の一部を拠出させていただき、充実した海外研修を行う事が出来ました。ありがとうございました。この研修の成果を、今後の研究および教育活動にも還元させていただく所存です。 -
国際会議IROS2019での発表・ロボット工学・自動制御分野の研究調査（徳井 良多，渕脇研）
2019.10
公益財団法人 スズキ財団 研究者海外研修助成金
Investigator(s)：渕脇 大海
IROS2019（ロボット工学と自動制御に関する国際会議、マカオ、中国）に参加し、研究発表と関連分野の調査を行った。
受給者：徳井 良多（渕脇研）
期間：11/4－11/8
該当する国際会議の講演論文（発表者✓）
著者：W. Hagiwara, T. Ito, K. Tanaka, ✓R. Tokui, and O. Fuchiwaki
題名：Capillary Force Gripper for Complex-Shaped Micro-Objects with Fast Droplet Forming by On-Off Control of a Piston Slider
会議：IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2019), Nov. 3-8, Macau, 2019 -
μＴＡＳの飛躍的な高機能化に寄与する 三次元マイクロミキサーの開発と細胞回転機能の実現
2019.4 - 2020.3
Private Foundations 天野工業技術研究所 研究助成金
Investigator(s)：渕脇 大海
μTAS（micro total analysis system）とは，MEMS 技術を用いてチップ上に微小流路や混合・反応装置を設けることで，1チップ上で試料分析を実現する装置である．微小化により，試料・コストの低減，反応時間の短縮，発生熱量の低減を同時に実現できる．生物，医療分野を中心に発展している分野であるが，二次元形状の流路パターンが主流であり，らせん流・渦流などに代表される三次元的な流れの発生には外部のアクチュエータの付与が必要となり，装置全体のサイズが大型化してしまう課題がある．装着型の医療デバイス，高密度チップの実現のためには，流路の形状を自在な三次元形状とすることで，液体を流すための圧送エネルギーを，らせん流．渦流などの”二次流れ”発生のために有効利用する必要がある．
申請者らは，今年度，ロストワックス法を応用することで，複雑な三次元構造を持つマイクロ流路の生成に成功した．従来と比較して，複雑な三次元形状をもつマイクロ流路を高い生産効率かつ低コストで生成できる特長を持つ．本申請では，提案法のさらなる発展のため次の課題に取組む．
① ネジ型流路の溝形状を変化させて，マイクロミキサーの混合効率を CFD ・ 実験により評価する．
② 微粒子や細胞を「らせん流」により回転させて，顕微鏡で多面観察する機能を開発する．
データ取得の際は，液体混合の流線模様や粒子の軌道を，専門知識のない一般の方々でも直感的に理解できるように，蛍光マーキング法，全焦点法などを駆使して，視覚的に美しく，知的好奇心をくすぐる映像を作成する．従来の生産技術では困難とされてきた自在な断面形状を持つ流路及び三次元網目構造の生成法への突破口を開き，その有効性をビジュアル的に証明する． -
未来の精密機械工場の超小型軽量化につながるホロノミック精密自走ロボットの三軸並列ナノスケールサーボ制御の実現
2018.4 - 2019.3
Private Foundations 中部電気利用基礎研究振興財団 研究助成
Investigator(s)：渕脇 大海
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Simulation of 3-axis state State feedback Controller with Bang-bang control for positioning mechanism driven by 6 piezoelectric actuators,, 2016 IEEE International Conference on Advanced Intellignet Mechatronics (AIM)
2016.7 - 2016.9
Private Foundations
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Study of wet-coil tweezers for pick & place of micro objects
2016.4 - 2017.3
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In-situ Repetitive Calibration of Microscopic Probes Maneuvered by Holonomic Inchworm Robot for Flexible Microscopic Operations, Proc. of IEEE Int'l. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS 2015)
2015.10 - 2015.12
Private Foundations
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ホロノミック精密自走ロボットの内界式ナノスケールサーボ制御の研究
2015.4 - 2016.3
Private Foundations 平成26年度 科学技術研究助成金
Investigator(s)：渕脇 大海
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平成27年度ゴキブリを模倣した高速な自走方式の基礎研究補助事業
2015.4 - 2016.3
Private Foundations 自転車等機械工業振興補助金
Investigator(s)：渕脇 大海
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異種異形・超小型チップ部品の液架橋力式ピック&プレース法の開発
2014.12 - 2015.11
Japan Science and Technology Agency A-STEPフィージビリスタディ探索型
Investigator(s)：渕脇大海
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Formulation and optimization of pulley-gear-type SMA heat engine toward microfluidic MEMS motor, Proc. of IEEE Int'l. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS 2014)
2014.9 - 2014.12
Private Foundations
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Design and Development of a 3-axis PID Controller for a Holonomic Precision Inchworm Robot, titleModeling and primary experiment of a 3-axis PID control with 50 nm resolution for a holonomic precision inchworm robot, Proc. of IEEE Int'l. Conf. on Robotics & Automation (ICRA 2014)
2014.5 - 2014.6
Private Foundations
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独立三自由度を有する小型精密自走機構の位置決め精度向上と耐久性向上による実用性の探索
2012.11 - 2013.10
Japan Science and Technology Agency A-STEPフィージビリスタディ探索型
Investigator(s)：渕脇大海
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Nano Manipulation by Nano Robotics
2005.8 - 2006.2
Japan Science and Technology Agency
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki
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Development of Intelligence Microrobot Factory
2005.1 - 2007.12
Industrial Technology Development Organization (NEDO) of Japan Industrial Technology Research Grant Program in '05 from New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) of Japan.
Investigator(s)：Ohmi Fuchiwaki