人と共存するロボットのための柔軟な外装センサーの安全化

―さまざまなロボットの外装として適用できる安価な接触センサー―

株式会社 三重ロボット外装技術研究所

国立研究開発法人 産業技術総合研究所

■ ポイント ■

・生活の場で人と接するロボットを安全にする柔らかな接触センサーを実現

・国際安全規格に基づいた安全分析と対策を実施して安全性を確認

・さまざまなロボットの外装に使用して安全化できる接触センサーとして期待

■ 概 要 ■

三重ロボット外装技術研究所【代表取締役 森 大介】と国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)ロボットイノベーション研究センター ディペンダブルシステム研究チーム 中坊 嘉宏 研究チーム長らは、人と共存するロボットのための柔軟な外装型の接触センサー「柔らかロボD」について、国際安全規格に従った安全分析と評価を共同で行い、規格に適合した安全なセンサーとするための冗長化技術を開発した。三重ロボット外装技術研究所は、今後、製品化と第三者認証の取得を目指し、人と共存する安全なロボットの外装として使用できる、柔らかくでて安価なセンサーとして広く利用されることを訴求する。

なお、本研究成果は2018年12月13日~15日に開催される第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会で発表される。              ※      は【用語の説明】参照

■ 開発の社会的背景 ■

人口減少にともなう人手不足により、製造業やサービス分野で人と共存するロボットが求められている。例えば製造業では、これまでのようにロボットと人とを柵で隔離しない人協働型のセル生産ロボットなどが普及し、またサービス業でもホテルやレストラン、病院などで搬送ロボットや案内ロボットなどが使われ始めている。このようなロボットでは、柔らかい外装と接触センサーにより衝突時のリスクを低減し、安全な動作を保証することが重要だが、これまでは、国際規格などにより安全が保証された安価な接触センサーは開発されていなかった。

■ 研究の経緯 ■

三重ロボット外装技術研究所は、柔軟な外装型の接触センサーとして「柔らかロボD」を開発し、任意の形状、柔らかさを実現し、加工できる安価なロボットの外装として製品化開発を行ってきた。

産総研は、これまでに世界初の生活支援ロボットの国際安全規格 ISO13482の策定に貢献するなど、企業や研究機関と連携してロボットの安全設計、機能安全、安全センサーなどの研究開発を行ってきた。また国際安全規格認証やロボットの安全実証試験、安全センサー試験、標準化活動など、ロボットの安全性を評価し、保証する方法の研究も行い、人と共存する生活支援ロボットの実用化を目標に研究を行ってきた。

■ 研究の内容 ■

今回の研究では、柔軟な外装センサーの安全性の保証を目標に、三重ロボット外装技術研究所の柔軟な外装接触センサー「柔らかロボD」の技術をもとに、3つのステップで開発を進めた。まず人と共存するロボットの安全性を保証するための適合規格として、生活支援ロボットの国際安全規格ISO13482ほか製造業むけの協働ロボットの安全性を規定したISO10218、安全システム規格のIEC62061などを選定し、このセンサーをロボットに利用する際の利用方法を規定した。次に、これらの規格が要求する要件に基づき、センサーの故障や不具合が原因で起こりうる事故などのリスクについて、人協働型のアームロボットや、自律移動型ロボット、コミュニケーションロボットなどの各種ロボットを想定したリスクアセスメントと故障や不具合の影響分析を行った。最後に、前ステップで抽出された想定リスクのなかで重大なものについて、本センサーで対処可能な方策として、冗長化などのいくつかの手法を提案し、その妥当性を検証した。具体的には、安価に安全性を確保する方法として断面図に示される空気流路と流量センサーについて、これまで1系統のみ備えていたものを2系統に増やして冗長化し、1系統が故障したり不具合を起こしたりした場合でも、センサー出力の一致確認および故障検出アルゴリズムを用いて安全が確保できるようにした。その結果、安全なセンサーが構成できることを確認した。

以上によって、国際安全規格に基づいて安全性を確認した安価な柔軟外装センサーの技術を確立することができた。

今回のセンサーが国際安全規格に適合した認証済みの安全なセンサーとして製品化できれば、これを自律移動ロボットや協働型のロボットアームなどに搭載して、ロボットとしての安全認証が取得できるようになると考えられる。これにより、製造業やサービス分野などで人と共存できる安全なロボットの実用化に資すると期待される。

■ 今後の予定 ■

今後は、三重ロボット外装技術研究所にて安全な柔軟外装センサーの製品化を進めると同時に、第三者認証機関による規格認証の取得を目指す。また規格認証済みのセンサーを搭載することにより、人と共存するロボットの安全性を高め、ロボットそのものの安全認証に資すると期待される。

【用語の説明】

◆人と共存するロボット

これまで工場などで普及している産業用ロボットは柵で人から隔離して安全を確保しているのに対し、人とロボットが隣り合わせで、接触することが前提で動作するロボット。

◆第三者認証

対象の製品が国際安全規格などに準拠し適合していることを、公正・中立な専門機関が確認し、マークなどを付与して示すこと。

◆ISO13482

国際標準化機構ISOが発行している生活支援ロボットの安全規格。

◆リスクアセスメント

機器を利用する際の危険源をリストアップし、各危険源が危害に至る確率と危害の酷さを分析して、リスクとして評価すること。リスクを低減する方策の選定と組み合わせて使用される。

◆冗長化

機器の主要な要素部品のうち、故障すると危険に至る恐れがある部分を二重化し、片方が故障してももう一方が動作することで安全を確保する手法。