論文：Journal

• 主 | Development of the omnidirectional transporting table based on omnidirectional driving gear.
  • Kazuki Abe, Gaku Matsui, Kenjiro Tadakuma, Mitsuhiro Yamano, and Riichiro Tadakuma
  • https://doi.org/10.1080/01691864.2020.1719884
  • Advanced Robotics
• 主 | ABENICS: Active Ball Joint Mechanism With Three-DoF Based on Spherical Gear Meshings.
  • Kazuki Abe, Kenjiro Tadakuma, and Riichiro Tadakuma
  • https://doi.org/10.1109/TRO.2021.3070124
  • IEEE transactions on Robotics
• 共 | 2自由度を有する球状全方向駆動歯車機構の研究.
  • 多田隈 建二郎, 齋藤 寛人, 阿部 一樹, 羽尾 伸之介, 多田隈 理一郎
  • https://doi.org/10.7210/jrsj.36.627
  • 日本ロボット学会誌
• 共 | Study on visual machine-learning on the omnidirectional transporting robot.
  • Adrian Zambrano, Kazuki Abe, Ikumi Suzuki, Theo Combelles, Kenjiro Tadakuma, and Riichiro Tadakuma
  • https://doi.org/10.1080/01691864.2020.1762734
  • Advanced Robotics
• 共 | Study on hypercompact and lightweight data logger separators for wild animals.
  • Takuma Abe, Natsumi Kubo, Kazuki Abe, Hirokazu Suzuki, Ken Yoda, Riichiro Tadakuma, and Yuichi Tsumaki
  • https://doi.org/10.1080/01691864.2020.1855245
  • Advanced Robotics
• 共 | Study on portable haptic guide device with omnidirectional driving gear.
  • Tetsuya Aizawa, Haruhiko Iizima, Kazuki Abe, Kenjiro Tadakuma, and Riichiro Tadakuma
  • https://doi.org/10.1080/01691864.2021.1888796
  • Advanced Robotics
• 共 | Development of Data Logger Separator for Bio-Logging of Wild Seabirds.
  • Takuma Abe, Natsumi Kubo, Kazuki Abe, Hirokazu Suzuki, Yuichi Mizutani, Ken Yoda, Riichiro Tadakuma, and Yuichi Tsumaki
  • http://dx.doi.org/10.20965/jrm.2021.p0446
  • Journal of Robotics and Mechatronics
• 共 | Omni-Table Next Type（Comming soon?）

Reviewed Proceedings

• 主 | SII2021 :
  Control Algorithm with Singularity Avoidance for Spherical Gear（Printing）
  • 〇K. Abe and R. Tadakuma
• 共 | SII2020 :
  Study on machine vision for fast position tracking of multiple trays on an omnidirectional robotic device.
  • 〇A. Zambrano, K. Abe, T. Combelles, K. Tadakuma and R. Tadakuma
  • https://doi.org/10.1109/SII46433.2020.9026181

学会：Conference

• RSJ2019 OS24:生物移動情報学 3N3-02：
  遠隔操作型データロガー分離装置の研究
  • 安部 拓真, 久保 那津美, 齋藤 善暉, 〇阿部 一樹, 鈴木 宏和, 依田 憲, 多田隈 理一郎, 妻木 勇一
  • 第 37 回日本ロボット学会学術講演会予稿集 DVD-ROM, 3N3-02
• SI2017 生物移動情報学 3A3-14：
  野生動物用超小型軽量データロガー分離装置の研究（第２報）
  • 〇安部 拓真, 久保 那津美, 鈴木 理史, 阿部 一樹, 鈴木 宏和, 依田 憲, 多田隈 理一郎, 妻木 勇一
  • ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2018
• ロボティクス・メカトロニクス 講演会2018 2P2-M02：
  野生動物用超小型軽量データロガー分離装置の開発
  • 斎藤立義, 〇鈴木理史, 中野芳樹, 阿部一樹, 鈴木宏和, 山本誉士, 依田憲, 多田隈理一郎, 妻木勇一
  • https://doi.org/10.1299/jsmermd.2018.2P2-M02
• RSJ2016 メカニズム・アクチュエータ 1X2-02：
  ２自由度を持つ球状全方向駆動歯車の研究
  • 〇齋藤寛人, 阿部一樹, 多田隈建二郎, 多田隈理一郎
  • 第 34 回日本ロボット学会学術講演会予稿集 DVD-ROM, 1X2-02
• RSJ2016 産業ロボット 3E1-02：
  方向物体搬送テーブルの多自由度実時間制御に関する研究
  • 〇阿部一樹, 多田隈建二郎, 多田隈理一郎
  • 第 34 回日本ロボット学会学術講演会予稿集 DVD-ROM, 3E1-02

資格・試験・認定

• 学士(工学) / 修士(工学) / 博士(工学)
  • 山形大学, JPN
  • 2013,Apr,1--2021,Mar,31
  • 最もお金のかかる資格たちのひとつ。
• 技術士補 (機械工学)
  • 公益社団法人 日本技術士会, JPN
  • 2018,Aug,2
  • 機械技術者の資格としては国内最高峰となる技術士、のひとつ手前の資格。機械の四力、および倫理試験に合格し登録することで取得可能。実務経験と面接試験により上位資格の技術士になることができる。海外ではAssosiate Professional Engineer (JP)の肩書きが得られる。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 第三種電気主任技術者試験
  • 経済産業省, JPN
  • 2015,Dec,11
  • 弱電から強電、DCから３相AC、理論から実務まで、網羅的に知識を問う資格。メディアの論客が肩書に書くくらい電気系としては難関資格。学部３年が暇すぎるので、体系的に電気を学びたいと思いこの資格を取得。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 基本情報処理技術者試験(FE)
  • 経済産業省, JPN
  • 2016,Nov,14
  • スキル寄りのIT系資格。難易度：午前は簡単、午後は程々。網羅的にIT技術を学ぶために取得。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 応用情報処理技術者試験(AP)
  • 経済産業省, JPN
  • 2019,Jun,21
  • 上流ベースのIT系資格。難易度は程々。網羅的にIT技術を勉強するついでに高度資格の午前１を免除するため取得。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• エンベデッドシステムスペシャリスト試験（ES）
  • 経済産業省, JPN
  • 2020,Dec,25
  • 組み込み技術に関する資格としては国内最高峰。難易度は難関と言われている。腕試しで取得。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 第一級陸上無線技術士
  • 総務省, JPN
  • 2017,Sep,4
  • 総務省主宰。無線技術系としては国内最高峰の資格。弱電アナログ回路と電波の特性・技術を学ぶために取得。アマチュア無線４級が含まれている。なお、国内で唯一、技術士資格以外で「～技術士」を冠する資格。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 第一級海上無線通信士
  • 総務省, JPN
  • 2020,Dec,8
  • 船舶で無線通信を行うための資格。難易度は程々。タイタニックの航行シーンが好きであるのと、フォネティックコードを身に着けたかったこと、そして免状が国際的な身分証明書となることを理由に取得。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 第二種電気工事士
  • 栃木県, JPN
  • 2010,Nov,18
  • 電気系の職人向け国家資格。記述は簡単だが実技は程々。手に職をつけるため取得。大学では電気工事アルバイトに就けるようになり、収入が大幅アップ。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• AI・DD総合種（工事担任者 総合通信）
  • 総務省, JPN
  • 2021,Dec,20
  • 電信電話・通信系の職人向け国家資格。難易度はやや高め。ネスペの前哨戦として物理的な通信網を知るために取得。インターネットが産まれるより以前に発展した、従来から存在する電信電話システムの独特な技術体系を見る事ができる。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 三級機械加工（普通旋盤作業）技能士
  • 栃木県, JPN
  • 2011,Aug,26
  • 旋盤作業に関するテクニシャン向け資格。全て実技のため、難易度は高め。旋盤が楽しくて仕方がない頃に腕試しで取得。試験結果（切削物）の精度が優れていたらしく、その年の栃木県（普通旋盤作業）技能試験最優秀成績賞を受賞。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 三級電気機器組立て（シーケンス制御）技能士
  • 栃木県, JPN
  • 2011,Mar,15
  • PLCを使ったシーケンス制御に関するテクニシャン向け資格。全て実技のため、難易度は程々。ラダープログラミングという、現場からボトムアップされたプログラムのパラダイムが面白いと感じ、取得。試験結果（プログラミング速度）が優れていたらしく、その年の栃木県（シーケンス制御）技能試験最優秀成績賞を受賞。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 測量士補となる資格（未登録）
  • 国土地理院, JPN
  • 2019,Jul,9
  • 測量士として働くための国土地理院主宰の資格。難易度は簡単。研究でRTK-GPSを使用するに際し、GIS知識とGNSS技術を網羅的に学ぶために取得。行政システムに登録することで測量士として業務可能。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 宅地建物取引士資格となる資格（未登録）
  • 不動産適正取引推進機構, JPN
  • 2019,Dec,4
  • 必然的に高額となる土地・建物の取引の仲介業務に必要な資格。難易度はやや高め。趣味で街づくりと再開発、都市形成史に興味があるため取得。講習を受け、行政システムに登録することで宅建士として業務可能。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 乙種危険物取扱者 １～６類（全類）
  • 栃木県 消防試験研究センター, JPN
  • 2010,Feb,24--2012,Aug,10
  • 法令基準以上の危険な物質を扱う際に必置となる資格。難易度は簡単。持っているとアルバイトで活かせることがある。
  • → Official website
  • → Wikipedia
• 高等学校教諭一種免許
  • 山形県教育委員会, JPN
  • 2016,Mar,31
  • 工業高校教員になるための資格。
  • → Wikipedia
• 第一種普通自動車免許
  • 栃木県公安委員会, JPN
  • 2012,Dec,26
  • ふつうの自動車運転ライセンス。
  • → Wikipedia

3自由度を有する球体歯車機構

私が提案した新機構であり、博士課程でのメインの研究テーマです（2017年より多田隈研究室球状歯車班にて）。まだあまり公表できないのですが、特許出願を終えたため、概要については多田隈（理）先生が発表した以下の資料から読むことができます。

JST新技術説明会

学部４年生時に企業さんとの共同研究にて提案した回転２自由度の球状歯車機構をさらに進化させるべく、回転３自由度を有する球状歯車として趣味がてら考案した機構です。ロボット関節などへの応用が期待されます。もともとは10個以上のモータを使用したアホアホな機構だったのですが、修士の頃に画期的な歯車構造を見つけたことで一気に現実的になりました。その後、指導教員や学部長へプレゼンし、ハイエース1.5台ぶんの予算を頂けたことで、めでたく具現化することができました。

研究としては、主著で２報書いています。ありがたいことにIEEE transaction on Roboticsにて「条件付きアクセプト」を得ており、５人のピアと応戦中です（2020/12時点）「アクセプト」を得ました（2021/2）。ソフト材料やSLAM、AI系の先端的ロボット研究が支配的な昨今に於いて、このような古典的な研究分野がトップに掲載されるのは珍しいのではないでしょうか。

この技術、個人的には、もう１回くらいブレイクスルーすると実用化に至るんじゃないかなぁと思っています。

ロボットアーム（試作機）

企業さんと多田隈研究室との共同研究の一環で借り受け、展示したロボットアームの試作機です（2017年、多田隈研究室オムニテーブル班にて）。オムニテーブルとの協調動作実験のほか、ロボット工学の講義や大学の公開イベントなどでも使わせていただきました。

勉強がてらPC側のC++で作成したアプリケーションにて６自由度シリアルリンクマニピュレータの逆運動学を解き、取得した各関節角をUDPのソケット通信でCP制御（連続的な教示）を行っています。

科学フェスティバルでの展示

大学の一般公開イベント、科学フェスティバルにおいて、小中学生と大きい子供たち（大学生）を楽しませる出しものを毎回なにかしら作って空きスペースで展示していました。
例えば、

• ロボットの遠隔操作体験コーナー（2016年）
• Kinectで操作する物理シミュレータ（2015年）
• なりきりVtuber（2018, 2019年）
• など…

Kinect V1を用いてヨーヨー遊びができる展示（2015年）。小さい子にとても大人気。KinectのC++サンプルプログラムをベースに、ヨーヨーの物理シミュレーションを加えたもの。

会場から離れた場所の搬送ロボットを操作できる展示（2016年）。Webカメラを通してリアルタイムに操作できます。ちなみに、この展示で子どもたちにいじられ続けた結果、ロボットに設計上の致命的な問題があることが判明する。

Cobotta試作機のUFOキャッチャー的なものを展示（2017年）。C++で逆運動学を解いており、子どもたちのどんな操作でも特異点に至らないよう試行錯誤した一品。

Kinect V2、Real sense SDKから骨格と表情を検出し、UnityでMMDモデルに統合したもの（2018年）。ちょうどVtuberがブームになった頃で、それを作ってみたものです。画像のモデルはご本人公開のモデル「ばぁちゃる」

さらに自作のフィンガートラッキングデバイスと統合し、全身フルトラッキングを実現したもの（2019年）。顔、体、そして全ての指を独立に操作できる完全なリアルタイムフルトラッキングは、Vtuberを再現する為のシステムとしては当時アマチュア初の可能性があります（当時のTwitterやQiita、Youtube参考。なお、Vtuberとは無関係なプロのVR研究界隈では四半世紀前からあります…）。

私にとって最後となる2020年度の開催が、丁度コロナで中止になってしまったのが悔みどころ。

2自由度を有する球体歯車機構

学部４年生の時に、企業さんと多田隈研究室との共同研究にて提案した回転２自由度の球状歯車機構です（2015年～2018年、多田隈研究室球状歯車班にて）。特許取得済み。

詳しくは→_[DOI]

学部４年の時に、当時の修士の先輩の「球状の歯車を作る」という共同研究テーマが面白そうだったので首を突っ込んだのが始まりです。このメカニズムはそのときに私が提案したもので、研究そのものは先輩の修論テーマとなりました。個人的にはワッフルみたいな見た目のパーツがお気に入りです。私自身は修士１年頃までのサブテーマとして行い、動画で示されている機構も共同で設計、その後は後輩に譲ってこの研究から手を引きました。

ありがたいことに日本ロボット学会講演会において投稿推薦を戴き、東北大の多田隈（建）先生を筆頭とした論文が日本ロボット学会誌に掲載されました。また、これについて専門誌「機械設計」へ多田隈（理）先生が寄稿をしたほか、２年連続で横浜のET/IoT展(2016,2017)に展示されました。

全方向物体搬送テーブル

四方八方へ移動可能な搬送トレイをもつ搬送装置です（2015年～2019年、多田隈研究室オムニテーブル班にて）。白いトレイの底面に設けられた平面上のラックギアと、床に敷き詰められた能動的な駆動歯車とを噛み合わせることで、複数台のトレイをホロノミックかつ同時に移動可能となっています。学部４年生から博士１年生まで多田隈研究室で行っていた私のメイン研究テーマでした。

詳しくは→_[DOI]

メカニズムそのものは私が研究室へ所属する以前に先輩方によって構築されていましたが、制御アルゴリズムとモータの同期制御に難があり、半ば断念されていました。紆余曲折あってビッグサイトの国際ロボット展（IREX2015）へ展示することになり、私が請け負うかたちで制御アルゴリズムと制御システムを残り2か月というデスマーチのなか１からリビルド、さらに歯車のチャンファリング（面取り）を施すことでリアルタイム性を緩和させることに成功し、展示、今に至ります。

研究としては主著が１本、南米からの留学生の画像処理の研究と組み合わせた共著が２本掲載されています。後輩としてケニア留学生が２人つくなど、国際色豊かなプロジェクトでした。

企業さんとの共同研究が２つほどあり、横浜のET/IoT展(2018)にも簡易版が展示されました。

鎖状探査ロボットの制御システムとUI

国際ロボット展（IREX2017）での研究プロジェクトの展示・説明用にProcessing（Java）で製作した制御UI。リアルタイム性が不要のため、描画が容易なProcessing（Java）を使用。連接ロボットそれぞれをタッチパネルで個別に操作することができます。モータ発熱を予防するため、オンから一定時間が経つと湯気のエフェクトが出始めて勝手にオフになる仕様です。

分離装置親機

データロガー分離装置の通信親機です（2019年。多田隈研究室バイオロギング班にて）。詳しくは→_[DOI]これまではブレッドボード上で親機を組み、通信する度に通信相手を変更したプログラムをマイコンへ書き込む必要がありました。この親機は操作画面から通信相手のUUIDを任意に設定することができ、それらを解決します。ユーザたる野生生物研究者のフィールドワークの様子から、片手で作業を全て完結できるような機能デザインを目指しました。人差し指でトリガーを引くことで通信を開始する構造としています。

使用しているマイコンはTWELITE-DIP（NXP）のみです。LCDもTWELITE内部のNXPペリフェラルを叩いてI2C経由で表示しています。

余談ですが、秋葉原で探し出した『最高に押し心地が良いと思ったスイッチ』を電源用に使っています。

超小型＆軽量：遠隔ロガー分離装置

自分はTWELITEの組み込み通信システムと電気回路全般に携わりました。詳しくは→_[DOI]

なりきりVtuber

なりきれます。

RTK-GPS用基準局：米沢

親しいアパート大家さんと連携して、山形県南部、米沢地区のRTK-GPS用の基準局を運用しています（2018年より多田隈研究室にて半分趣味）。サブで参画していた研究用に、トラ技で紹介されていたRTK-GPSを使ってみよう、と個人的に準備したのが始まりです。どの研究でどんな風に使ったかは、そのうち公開されるかと思われます。

写真の人物はGNSS測量沼についてきてしまった高橋くん。大学グラウンドでの広範囲測位テスト、夜露したたる深夜の捕捉テストを乗り越え、果ては「北斗は微妙」という言葉を残すまでにGNSS測量の沼に嵌ってしまい、トラ技の講習会まで行ってきた強者。最終的にRTK-GPSシステムの構築と研究への導入が彼の修論のメインに。

この基準局はGNSSアンテナ信号をubloxのF9Pで受信し、raspberry piから電波の位相情報をサーバーへアップロードしています。移動局は携帯ネットワークを介してこれと接続し、移動局の位相情報と照合します。位相誤差が整合してFIX解となれば、ミリオーダで移動局の位置を測位できます。しばらくは運用する予定ですが、いずれ停止するつもりです。

なりきりVtuber用TWELITE送受信機

自作のフィンガートラッキングデバイスの情報をPCへ橋渡しする装置です（2019、趣味で製作）。を繋ぐ筐体はForm2。送受信機はTWELITE。電子部品はLEDや三端子レギュレータなど。

筐体側面の溝は、ノートパソコンのモニタに挟み込めるようにしたもの。

School Viewer

Google maps apiを用いて、ストリートビューのように母校をバーチャルに探索できるウェブサービスです（2013、趣味で製作）。

このために1300枚撮影。パノラマ画像200枚余り。EOS70D、Sigma 8-16mm使用。

CFD on javascript

JavascriptによるCFD = 数値流体解析（2014、趣味で製作）。カルマン渦を作りたいと思い立ち、学部３年で受講した「計算流体」の内容を参考にして２次元のナビエストークス方程式を実装したものです（N.S.式はホント見事）。このデモはN.S.式に熱伝達式を加えて、画面右方向へ流れる流体の温度分布を可視化したものです。だいたい3000フレーム（３～５分）くらいで円柱背後にカルマン渦が発生する様子が見れるはずです。なお、この処理速度はパソコンに依存します。

デモ→demo

ゲルでできたハチ公像

やわらか素材で作られたハチ公像（2019、SOFMOプロジェクトにて）。人が表面を触ると、振動による応答を返します。SOFMOという研究プロジェクトの成果の１つです。癒し系ロボットと呼べるかもしれません

２回の展示会に出演しており、2019年の渋谷で展示したものについてはハチ公内部の組み込みを一部担当。2020年では首から下げる非接触体温センサモジュールの回路の改造、そしてなめし革バックの製作を担当。

詳しくは→“やわらかいハチ公ロボ”降臨　AI搭載で声掛けや触れ合いに反応

PCBミリングマシン

留学生が使いたいということで研究室で買って頂いたのですが、結局あまり使われなかったですね…。

フーリエ級数展開 on CANVAS

某、数学系gif画像に感銘を受けて作成したもの（2015、趣味で製作）。Javascriptで実装してあります。詳しくは→demo

リアルタイム積雪計アプリ：米沢

気象庁のアメダスと連携してリアルタイムに積雪状況を可視化します（2018、アルバイト用に個人製作）。以前住んでいたアパートの除雪の管理を請け負っていた頃に、素早く行動できるよう作りました。

下側がアメダスの積雪量の時系列データで、上側がそれを単位時間当たりにした微分値のデータです。積雪量は測定地の環境次第なのであまり参考になりませんが、その微分値は現在の降雪の規模を把握する指標として役に立ちます。

赤色のグラフが当時住んでいた米沢市のアメダス値、そして灰色のグラフが西北西に位置する小国という町のそれです。日本海側は大陸からの季節風により、雪雲が北西～西から流れ込みます。従って、北西のアメダス値を参考に示すことにより、将来の降雪状況を予測することができます。

射出成型機

オリジナルマインドの卓上射出成型機、INARIです。3Dプリントでは材料特性がマチマチで、信頼性のある設計は難しいなと感じていました。射出成型機では一般的な材料で成形できますので、信頼性の高い物性値を適用して設計できます（たぶん）。A40などの柔らか素材も使えるらしいですが、試していません…。

振動工学 on CANVAS

Javascriptで実装してあります（2015、趣味で製作）。詳しくは→demo

電気・電子回路設計

ここではいくつかの電子回路をまとめています。

24Vのモータを駆動できるHブリッジおよびその周辺回路（2015、趣味で製作）。手のひらの乗るサイズです。制御ピンをマイコンへ接続し、9W程度のDCモータを２系統ぶん制御できます。

使用しているHブリッジICが優秀なので、始動電流をカットオフすることができます。

500 pulse/rotのインクリメンタル型ロータリエンコーダを４逓倍で読んでくれるモジュール（2015、趣味で製作）。ArduinoでATtiny2313へ書き込んでいますが、高速化のためファームウェアはAVRネイティブの関数やレジスタを直接叩いています。

やはりロジックICには敵いませんが、高級なマイコンのQuadrature Decoder周辺モジュールと同等レベルの回転速度まで、外部割り込みで読み落とさずカウントできていました。

6V BLDCモータ駆動基板の開発

MAXON公式のモータドライバの制御通信速度に満足できなくなって自作したBLDCモータ制御システム（2017、趣味から研究へ流用）。ブラシレスDCモータをSVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation：ベクトル制御）でキビキビ動かします。ハイサイドとローサイドがそれぞれP-chとN-chで構成されたICを使っているので、発熱に少し難ありです。

上は純粋な三相交流信号をとったもの。一番上だけデッドタイム入りの相補PWMもキャプチャ。

三相交流のきれいな正弦波電圧をインバータでそのまま生成してしまうと、電源に対するモータの（コイル両端にかかる）線間電圧が最大で86%にしかなりません。ですので、上の図のようにSVM（Space Vector Modulation）化して線間電圧が100%になるよう最適化しています。

搭載しているマイコンは72MHzのArm Cortex-M4です。このマイコンは１つの内部カウンターで６つのPWM出力を司るアーキテクチャとなっているため、インバータ用の６つのPWM信号を同期させることが可能です。これにより、オシロスコープのGIFのような相補的なPWMを（相補出力のレジスタ設定をせずとも）出力できます。

欠点を挙げるなら、電流センシングが微妙なところでしょうか。PWMと同期させているつもりなのですが、あまり上手く値を取れていません。時間が無かったため、最終的には相間電圧と相電流が比例すると見做しています。普通なら測定した相電流の値を負帰還させて、ロータとステータの磁界を直交させる必要があるのですが…。単一シャントということもあって、A/D測定タイミング用のタイマーとPWMのタイマーとのずれが影響しているのかもしれません。

日光：華厳渓谷のレリーフ

光造形プリンタ：Form2にて出力した地形レリーフ（2017、趣味で製作）。地形、特に発達史地形学や都市形成史が好きです。

旋盤技能士

旋盤技能士およびシーケンス制御技能士免許を保有しています（2012）。

• 栃木県 旋盤技能士試験 成績最優秀賞
• 栃木県 シーケンス制御技能士試験 成績最優秀賞

全方向物体搬送テーブルの制御システム

24Vモータ16個を同期制御（2015、多田隈研究室オムニテーブル班にて）。マスタとスレーブマイコン16個をデイジーチェインSPIで接続。全体の距離が3mに及ぶためRS485で接続。PC側のUIはJava。マスタはATMEL SAM3X8E、スレーブはATMEL ATmega328。

技術的には特に新しいことはありません。教科書的でシンプルな回路です（修士論文より）。展示会までの1か月余りで製作する突貫プロジェクトだったため、最低限のキャパシタや抵抗のみ使っています。安定性とのトレードオフですね。

この制御システムはその後、AlteraのMAX10というFlashを備えたFPGAでの再構築を試みました。FPGAは並列処理に優れるため、エンコーダの読み取りを非常に正確かつ高速に行うことができるほか、複数モータのPID制御を高い制御フレームで実行することができます。高位合成なしでVerilog HDLを使用しましたが、従来の手続き型プログラムとは全くパラダイムが異なり面白かったです。wireとregの関係はロジック回路そのままなので、電気屋さんの方が組みやすい気がしました。

結局のところ「FPGAは後輩への引継ぎに難がある」ということで、採用を見送ることになりました。同期設計とメタステーブルの概念はマイコンでも重要だったりするので、ほんと良い経験でした。

３自由度球体歯車機構の制御システム

４つのモータを同期制御するシステムです（2018、多田隈研究室球状歯車班にて）。４つの72 MHzのCortex-M4のマイコンをベクトル制御に、１つの180 MHzのCortex-M4を逆運動学を解くモーションコントローラとして使用しています。通信はSPI。

センサフュージョン

TWELITEとMPU9250とMadgwickで無線 9-axes AHRS（2021、趣味で製作）。ROS用のMadgwick filter libraryをCに書き換えてTWELITEに移植、vProcessEvCoreにて125Hzでぶん回し。通信は無ACK、無CCAで83.33Hz。Java描画が60fps。なので生じ得る最大遅延は（カーネルをベストエフォートとして）40ms程度のはず。ただ、電波混線時はいろいろキツそうだ…。

PM型ステッピングモータのCogging-less制御

分解能の荒いステッピングモータを遊びがてらなめらかに回転させたものです（2016、趣味で製作）。一般的に、低コストの機器には構造が簡単なパーマネント型のステッピングモータが用いられていますが、これは分解能が粗いため、その回転に永久磁石と珪素鋼板との吸着トルク、いわゆる「コギングトルク」という振動が生じます。このGIFでは、コギングトルクを打消すトルク電流を加えた制御手法を使用して、コギングを低減させています。

探したら同じ手法の特許があったので、再発明になります。

点群生成ソフトウェア

Javaで作ったメカニズムのメッシュ形状を出力する数値計算ソフト（2019）。

教育向け3Dプリント手巻きウィンチ

大学の製図でおなじみ、手巻きウインチの3Dミニチュアモデルです（2018、趣味で製作）。3Dプリントしたものを大学に寄贈しています。

3Dプリント：テトラポッド

消波ブロック。

とうふシミュレータ

Javascriptで実装してあります（2014、趣味で製作）。格子点間のバネポテンシャルを用いてやわらか物体をシミュレーションしています。デモ→demo

手作り誘導モータ

電気主任技術者試験で学んだ誘導モータの仕組みを再現したもの（2015、趣味で製作）。導電性の高い材料は、磁場の動きに引っ張られる性質があります（アラゴの円盤）。誘導モータは、そのような材料を梯子状に編んだロータを回転磁場の中に配置し、生じる回転力を取り出す電動機です。回転磁場の制御はオンオフ制御。筐体は全て3DプリンタによるABS製。回転磁場を作るステータたるコイルの鉄心は、珪素鋼板の代わりとして手作業で針金を巻いています。

カラカラと緩く回る様子は鑑賞用としては上出来なのですが、コイルに6Aも流れるためか、開始20秒くらいでABSの焦臭が漂うのが欠点です。

自作：電動カメラスライダー

タイムラプス撮影用に製作した電動カメラスライダーです（2018、趣味で製作）。青い樹脂はSLA3Dプリンタを用いた光造形パーツです。アクチュエータはロータリーサーボ。ぶら下がっているのがArduino。

安い戸車を使用しているため、どうしてもガタツキが大きくなってしまいます。上はAdobe Premiereによる手振れ補正後です。

3Dプリンタ

光造形方式ではForm Labs社のForm2とForm3、Stratesys社のObjetなど：積層方式ではUp miniやRaise 3Dなどを使うことがあります。

CFD：噴流

CFDシミュレータの初期条件を変更すると、噴流のシミュレーションも可能です。割とかめはめ波。

ティッシュ運びロボット

くしゃみを検知したら周囲に居る人を探索し、近寄ってティッシュを渡してくれるコンテスト用ロボットです。（2014、山野研究室にて）

センサ：圧電マイク、距離センサ、焦電センサ。マイコン：Arduino。アクチュエータ：タミヤモータ、サーボモータ。待機状態では圧電マイクを監視し、閾値を超える音をトリガとしてシーケンス開始。その場で旋回しながら距離センサと焦電センサの組合せで「最も近い AND 体温あり」を探索。距離センサを監視しながら近づき、ある程度近づいたらロボットアームのティッシュ受け渡し動作開始。あとは元の位置に戻ってシーケンスを終了する。技術的キモとしては、焦電センサのICを魔改造してリアルタイム化したことと、短い移動を断続的に繰り返して移動することで慣性の影響を排除した、つまりデッドレコニングの精度を向上させたこと、の二つが挙げられます。

学内ロボコンで出したところ、８組中の優秀賞でした。

はすば歯車

歯車の理論を用いてCADで歯車形状を作成するのは案外難しいです…。

はすば歯車には２つのモジュールがあり、歯に直角な断面で見た「歯直角モジュール」と、回転軸に直角な「軸直角モジュール」が存在します。一般的には切削が容易なので歯直角が使われているみたいです。

エンコーダ読み取りロジックデバイス

ロジックICのみで、ロータリエンコーダ読み取り、４逓倍化、SPIシリアル出力までしてくれる優れものです（2015、趣味で製作）。ただし製作には12時間必要。

ポリウレタン導線で接続しており、ややクロストークが発生しがちな回路に。この頃はまだパスコンも特に考えていませんでした。

回路としては、初段の微分回路とシュミットトリガICで４逓倍化、次に32bit分のカウンタICでカウント、最後にPISO-ICでSPI出力としています。余談ですが、「CPUの創りかた」という本がとても好きです。

遺伝的アルゴリズムによる最適歯車列の生成

遺伝的アルゴリズムを用いて、最小の平歯車構成、最小の材料の重さとなる減速比を導くプログラムです（2018、講義課題、大町研究室にて）。Javascriptを使用しています。

何が一番大変だったかといえば、最後に歯車の形状として描画するところでしたね。

ゴム紐経路計画

経路計画手法の一環として考えていたゴム紐理論です（2017、趣味で製作）。縦軸が時系列、横と奥行きが平面で、一番上のフレームが現在時間となります。そのフレームの黒い丸がロボットで、一番下のフレームが目標の移動位置。現在位置と目標位置をロボットの大きさを太さとしたゴム紐で結ぶようにし、時空間上で弾性体の３次元シミュレーションを解くことで、最小エネルギー形状、つまり時空間上での最短経路を導きます。既存の経路計画に比べて柔軟性が高く、（パソコンの処理が追いつけば）リアルタイムに実行可能なのが特徴です。

欠点を１つ挙げるとすれば、局所最適解になりがち、ということでしょうか。シミュレーションを開始する前の初期状態において、ゴム紐同士がどのような上下関係になっているかで「最短経路」が変わる場合があります。GIFのアルゴリズムではこの問題を緩和させているのですが、完全ではないと思われます。局所最適解を回避する手法はいろんな分野で提案されていますので、そこらへんを適用できるような気がします。まぁ、やる予定はありませんが。

そんなに面白くはないので、新規性があるか無いかは特に調べてません。

測定機器やPC98の修理

アルバイトとしてhpやAgilentなどの測定機器やOCXO、NEC PC98の修理を行っていました。勤め先はコチラ。雇い人さんが元々発振素子系の技術者をやっていたとのことで、いろいろと意気投合してやっています。

hpの測定機器やOCXOは非常に古くなっているため、パターンの腐食のほか、部品が割れているなどして問題が生じていることが多いです。回路図が公開されているケースが多いですので、それを参考に問題個所を特定していきます。昔ながらの電流駆動型の低インピーダンスな回路ですので、なかなか厄介。

PC98については、PC9801US、NS、NXなどを６台ほど修理（成功率は五分五分）。まだ表面実装用の電解コンデンサの製造技術が未熟だった頃のため、液漏れが発生して基板を腐食していたり、ノイズが素通りして誤作動が生じているパターンが多いです。後者の場合は電源ラインのノイズをオシロで確認しながら怪しい部分にコンデンサを並列に繋いでいくことで、異常個所を特定できます。

河川と波のシミュレータ

波です。一次直線の格子に陽解法の移流項を適用しているため、水っぽく跳ねたりしないのが残念なところ。やはり時代は粒子法か…。

ラジコンの開発

マイコンと433Mhz無線モジュールを使用して、通信プロトコルから考案して開発したラジコンです（2012、趣味で製作）。私が高校生の頃（Arduinoが登場した頃）に作ったもので、まだUARTなどを知らない頃でした。

写真の右上にある赤色のは「Japanino」と呼ばれるArduino互換機。科学の学研が出版している「大人の科学」のvol. 27（2010）の付録であり、Arduinoがまだイタリアの小さな町工場で作られていた頃にリリースされたものです。8bit PICの難解さとH8の堅さに辟易としていた当時、このArduinoにド嵌りしました。（もしかするとこれが人生のターニングポイント）

3Dモデリング

Google Earthで表示する建築物3Dモデルの製作に軸足を置いて、様々なコンテンツを製作していました。Google Earthが日本語に対応する前から2013年あたり迄のお話です。

手巻きウィンチ閲覧サービス

手巻きウィンチの3Dモデルを操作したり、グリグリと閲覧できるサービス（2021、趣味で製作）。Three.jsを使用。

ギアチェンジのモーションが推しポイントです。これは解析的に角度を算出したり、物理シミュレーション的にかみ合わせている訳ではなく、それぞれの歯の位相成分を抽出し、整合するようリアルタイムにフィードバックを行ったものとなっています。

jQueryなしですが、HTML5とCSS3のポテンシャルを活かすことで、かなり贅沢な画面を作ることができます。

メカCGアニメーション１

プレゼン用の機構解説アニメーション（2020）。BlenderとPremiereを使用。Youtube等でも公開。

メカCGアニメーション２

プレゼン用のメカニズム解説映像（2019）。知財の関係でトリミング。BlenderとPremiereを使用。

フレキシブル回路

遠隔ロガー分離装置用の回路をフレキシブル基板で構成したもの（2020、多田隈研究室バイオロギング班にて）。装置の筐体内部に折り紙のように格納することができ、筐体内側のツメに引っ掛けていくだけで容易に回路を設置・固定できる優れものです。A4用紙を何枚かビリビリに破って３次元的な回路のアイデアを出し続けた結果、辿り着いた形状です。

既に学会誌に投稿済みです。ガーバーデータはメンバーの安倍くんがメインで作成。

Oculus rift 2

Naissanseという、弐瓶勉のBLAMEにインスパイアされた冒険ゲームをVRでやりたいがために購入。以前、Oculus rift DK2を使用していましたが、その頃に比べると解像度も使用感も遥かに秀逸なものとなっていました。

カメラとレンズ

中学のときにEOS kiss X2のお下がりを貰い、一眼レフの世界へ。今はEOS 70Dと、EF-S 18-135、sigma 30mm、8-16mm、70-200mmを揃えています。旅の際にはハイエンドコンデジのSony RX-100。最近は動画がキレイなαシリーズに浮気がち。

機械設計

3DCAD設計、CAE、図面起こし、相見積もり、町工場との折衝、予算獲得バトルなどを時折していました。ただし、幾何公差はまだそこまで自信がありません。

電蝕や膨潤を加味して材料選定をしっかり考えると、かなり沼にはまれます。PEEK大好き。

材料コストの高い高機能材料を使ったほうが、工場での人的コストが低くなって結果として部品単価が安くなることがあります。こういう逆ザヤな現象は面白いですね。

やわらか3Dプリント

最近の光造形3Dプリンタは、やわらかい材料も高い精度をもって印刷できます。いろんなことができるかも。

Sympy

ロボットの運動学の代数計算はもっぱらSympyです。SympyはPythonベースの代数計算ライブラリの総称です。処理速度が遅いのが難点。

無線モータドライバ基板

無線マイコンとモタドラICを搭載し、遠隔で２つのモータをサーボ制御できる基板（2021、趣味から研究へ流用）。単一24VDC電源から電力系をすべて賄えるのが売りです。

基板はオリジナルマインドの基板加工機にて製作。無線マイコンはTWELITE。ノイズ対策のためいろいろと対策されていたり、いなかったりしています。

TWELITE用の簡単な通信規約を組んでおり、親機からのコマンドとパラメータ群によってPTP制御（S字プロファイル）、CP制御、弾性のあるインピーダンス的なCP制御が可能。PID制御の設定ももちろん遠隔でできます。

Bluetoothだとその内部の手続きが不明なため、リアルタイム性の見積もりが難しい（特にOSのバッファを挟むと）。なので、ちょっと面倒ではあるけれど、TWELITEで通信プロトコルを独自に決めてあげて、その点の不安を解消しています。

After Effect

動画のアクセントとして、AEでモーションを作ることがあります。が、基本的にPremiereで満足することが多いです。

Unity+VRCSDK

VRCSDK3を使ってUnity上に構築したワールド。

Undifined

N/A

このサイトの動画についてのTips

ここでは長めのmp4動画の埋め込みをテストしています。

もともとこのサイトの動く画像は全てGIFを使っていたのですが、ランレングスなGIFは圧縮効率がすこぶる悪いため、画質のわりに表示に時間がかかっていました。そこでGIFをmp4に変換し、html5から導入されたvideoタグに搭載しつつIntersectionObserverのコールバックで遅延読込させることで、ロードの負荷を低減＆分散させています。

当サイトは最初に思っていた以上にコンテンツが増え、非常に賑やかになりました。読み込みの負荷は前述のようにして解決できたのですが、一方で、今度は閲覧時のCPU使用率が問題になってきていました。そんな理由もあり、実はサイトの動画のうち画面に表示されていないものは、スクロールなどで再表示されるまで一時停止されるようになっています。上下にスクロールして観察すると、分かりやすいのではないでしょうか。

能動メカナムホイール

教員になってから本格的に開始した個人的な研究テーマです（2018年、山形大 多田隈（理）研究室にて考案、2021年 東北大学 田所・昆陽・多田隈研究室にて本格開発）。まだあまり公表できないのですが、特許出願とRobomech2022での発表を終えています。

全方向車輪としてはオムニホイールやメカナムホイールが良く知られていますが、これらは不整地などのトラクションが不均一な環境ではまともに動くことができません。これらの車輪は3輪または4輪のそれぞれが展開するベクトルを合成することで、並進と回転の計3自由度を得ることができますが、言い換えれば、車輪の接地状況が悪い時は制御則と乖離し、あらぬ方向へ向かってしまうことになります。受動的に回転する車輪のサブローラに翻弄されてしまう、と表現しても良いかもしれません。

従って、オムニホイールやメカナムホイールのサブローラを能動化することは、不整地環境において極めて有効といえます。実はこのような観点から、東北大 多田隈（建）研究室にて能動オムニホイールがいくつか提案されていました（2018年頃）。それをRobomechかロボット学会で眺めて、自分だったらこうする、として2018年頃にCADで作ったのが本機構：能動メカナムの原型になります。なお、メカナムを能動化したわけでは無く、効率的な動力伝達を追求した結果、メカナム風になったというのが実際です。ちなみに１輪あたり2自由度なので、最低でも２輪あれば全方向に移動することが可能です。

当時は山形大に居ましたので、東北大 多田隈（建）研究室はあるいみ敵でした。結局、目が血走った東北大の連中を敵に回したくないなぁ、という思いからフォルダの奥深くに寝かせておいたのですが、何の因果か東北大 多田隈（建）先生のもとで特任助教になり、さらにこれで申請した予算も通ってしまったため、このように素敵なかたちで日の目をみることになった次第です。

本機構の特徴としては、１：サブローラが能動、２：サブローラが大口径、３：スクリュー形状、です。これによる移動能力での利点としては、Ａ：不整地での安定移動、Ｂ：軟弱地盤でのスタックの防止、Ｃ：水上・雪上・泥濘などでの推進力の獲得、Ｄ：前後の段差乗り越え能力の向上、があります。Ｃはガリンコ号、Ｄはtri star wheelに似たような原理ですね。また、Ｃのために特別な制御測が必要ないことも特筆すべき部分です。つまり、陸上でも水上でも同じ動きであれば同じ方向に移動することができます。なお、サブローラが互いに交差していて複雑な形状に見えますが、意外と噛み込み部分は少ないです。内部の伝達駆動部分が露出しませんし、サブローラの数も少ないですので。

個人的には走行時のモコモコ感がモルカーだなぁと思って愛でています。

液中先端成長メカニズム

東北大学 田所・昆陽・多田隈研究室に席を頂戴してから本格的に開始した個人的な研究テーマです（2021年から研究）。まだあまり公表できないのですが、Robomech2022での発表を終えています。

昨今の「ソフトロボット」のあり方に個人的に納得できず、ならば瞬間的な液体to固体/ゲルのメカニズムを作ってみよう、と試行錯誤した結果のひとつです。