実環境で働く人間型ロボット試作機HRP-3Pの発表

2005年09月08日

 

人間型ロボット試作機HRP-3P 遠隔操作コックピット 防滴機能

<ポイント>
  • HRP-3PはNEDO基盤技術研究促進事業の一環として開発された実環境で働くことを想定した人間型ロボットの試作機
  • HRP-2 Promet（プロメテ）と比較し、防塵・防滴機能を実現
  • 滑りやすい状態の路面でも歩行が可能
  • 脚腕協調制御による作業機能の拡大
  • 自律・遠隔ハイブリッド型全身操作技術による作業機能の拡大と操作に適した遠隔操作コックピットを開発

    • <概要>
    川田工業株式会社【代表取締役社長 川田 忠裕】（以下「川田工業」）は、独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】（以下「産総研」）、川崎重工業株式会社【代表取締役社長 大橋 忠晴】（以下「川崎重工」）と共同で、実環境で働く人間型ロボットの試作機HRP-3P（HRP-3 プロトタイプ）を開発いたしました。

    HRP-3Pは、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構【理事長 牧野 力】（以下「NEDO」）が2002年から5ヵ年計画で実施中の基盤技術研究促進事業「実環境で働く人間型ロボット基盤技術の研究開発」【プロジェクトリーダー 比留川 博久（産総研）】の一環として、川田工業への委託・産総研と川崎重工への再委託により開発された実環境で働く人間型ロボットの試作機です。

    共同開発の分担は、川田工業が主担当として人間型ロボットハードウェアの実環境対応技術の開発を行い、産総研知能システム研究部門ヒューマノイド研究グループが人間型ロボットソフトウェアの実環境対応技術の開発、川崎重工が人間型ロボットの実環境遠隔操作技術の開発を行いました。

    HRP-3Pは、以下のような新機能、特長を特つことで、実環境で働く人間型ロボットヘの実現に大きく前進しました。

    （1） 身長160cm、体重65kg（バッテリ含む）、腰2軸を含む36自由度を有しています。自由度は、HRP-2 Promet（プロメテ）に比べて片腕3自由度（下腕部1自由度、ハンド部2自由度）が追加され、より複雑な作業への対応が可能なロボットハードウェアとなっています。（川田工業担当）
    （2） 開節軸部や電装実装部位については、外部環境からの防塵・防滴性を維持するとともに内部熱源の外部排気が可能な機構を開発し、従来のロボットでは作業が難しかった悪環境・苛酷環境下でも稼動させることが可能なハードウェアとなっています。 （川田工業担当）
    （3） 滑らかな歩容生成技術とスリップ検出技術を開発するごとにより、摩擦係数:0.1の低μ路上歩行が実現し移動機能が拡大しています。また、ZMPの概念を支持点が同一平面上にない場合に拡張した「一般化ZMP」と呼ばれる指標を考案し、手で体を支えながらの動作を行う脚腕協調制御を実現しました。（産総研担当）
    （4） 操作者が意識して行う動作を遠隔操作で指示して、バランスをとるような無意識動作を自律制御で行う自律・遠隔ハイブリッド型全身操作技術により操作機能が向上しています。また、操作に適した遠隔操作コックピットを開発しました。（川崎重工担当）

    また、HRP-3Pは、産総研と株式会社ムービングアイ【代表取締役 小松 史男】が共同で間発した、実時間Ethernetをロボットの体内LANとして利用した、分散処理制御系を採用しています。

    ※ 下線部分は<用語の説明>を参照

    <開発の背景>
    近年我が国では、自動車メーカーや電機メーカーの新規開発・事業分野の一環として、人間型ロボットの研究開発が盛んに行われています。また、経済産業省は2005年5月にロボット政策研究会中間報告書を発表し5年後には次世代産業用ロボットとサービスロボット、10年後にはこれらに加えて家事労働の代替ロボットが有望な市場になると展望しています。
    本研究開発は、次世代ロボットの最終形態の一つになることが期待されている人間型ロボットの実用化を目指し、NEDO基盤技術研究促進事業「実環境で働く人間型ロボット基盤技術の研究開発」の一環として行っています。人間型ロボットは、我が国が絶対的な国際優位性を特っている技術でありますが、短期的には市場が見えていないため大規模な投資を継続することは容易ではありません。 本研究開発は、人間型ロボットを早期に実用化し、我が国の国際優位性を失わずに産業化することを目指して行っているものです。

    <開発の経緯>
    我が国は急速に高齢化社会に突入しており、現在は人間しか行えない作業を代行できるロボットの実現が21世紀初頭の急務となっています。人開が働く職場、生活する家、使用する機械等は、何れも人間の形状及び機能に合わせて作られていることから、人間型ロボットにより人間の機能を代行出来れば、環境側への再投資は原則不要となり、社会全体のコストの低減も図れます。
    これに対し1998年から5ヶ年計画で、NEDOが産総研と共同で実施した「人間協調・共存型ロボットシステムプロジェクト（HRP）」では、働く人間型ロボットの例を社会に示すことに成功しました。しかしながら、実際の労働現場や生活環境等の実環境で人間型ロボットを活用するためには、稼動可能環境の拡大、稼動可能時間の延長、滑り易い路面での歩行や片腕で体を支えながらの作業の実現、遠隔操作の高度化等、さらなる人間型ロボットの基盤技術の研究開発が必要です。
    かかる社会状況を踏まえ、本研究開発では、HRPの成果を最大限に活用し、それを発展させることにより、実際の労働現場や生活環境等の実環境で働ける人間型ロボットの基盤技術の確立を目的としています。
    また、HRP-3Pは、HRP-2の開発技術を継承するとともに本田技研工業株式会社の特許権を実施することにより利用しています。

    <今後の予定>
    本研究開発では今後、HRP-3Pを用いて、個々の機能向上を回り、悪環境・危険環境・苛酷環境で実際に働く人間型ロボットの実用化を目指します。また、2006年度には最終成果機HRP-3を開発予定です。

    <本件に関するウェブサイトアドレス>
    川田工業【http://www.kawada.co.jp】
    産総研 【http://www.aist.go.jp】
    川崎重工【http://www.khi.co.jp】

    <ご参考>
    HRP-2 Promet（プロメテ）との比較

    HRP-2 Promet（プロメテ）は身長154cm、体重58kg（バッテリ含む）、HRP-3Pは身長160cm、体重65kg（バッテリ含む）です。 HRP-3Pは、脚のリンク長が大腿部、脛部とも20mm延長されています。
    HRP-3Pでは、実環境への対応を想定し、防塵・防滴機能が加わりました。これにより、悪環境・危険環境・苛酷環境での稼動が可能になりました。
    また、HRP-2 Promet（プロメテ）に比べて6自由度追加して全身36自由度を保有しています。その追加内訳は、下腕部に1自由度を追加して片腕7自由度にすると供に、ハンド部は片腕あたり2自由度追加して3自由度を保有しています。このごとにより、従来より複雑な作業をさせることが可能です。

    <用語の説明>
  • 自由度
    ロボットの関節数のこと。

  • 摩擦係数
    滑りはじめる時の垂直抗力と摩擦力の比率。摩擦係数:0.1は、非常に滑り易い氷板上の車のタイヤの摩擦係数に相当します。

  • ZMP
    Zero Moment Point（ゼロ・モーメント・ポイント）。ロボットと床面の間に働く水平軸まわりのモーメントがゼロになる点。重心の位置を慣性力で補正した点を床面に射影した点、と考えると分かり易い。ZMPは必ず床と足裏面の接地部内にあり、境界上に来ると足裏が床面から離れる可能性がある。

  • 脚腕協調制御
    脚と腕を協調させた制御。

  • 自律・遠隔ハイブリッド型全身操作技術
    人間型ロボットの自律機能を操作者の意図に基づき選択的に融合させ、人間型ロボットの全身動作を生成する遠隔操作技術。
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