ロボット工学入門

2016 基礎セミナー
ロボット工学入門
担当教員 ○新井 健生
前 泰志
小嶋 勝
[email protected]
基礎セミナー ロボット工学入門, 2016
ロボット工学 序論
1. さまざまなロボット
2. ロボットとは
3. ロボットの歴史
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ロボット工学 序論
1. さまざまなロボット
2. ロボットとは
3. ロボットの歴史
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高度なロボットの例
HRP4C, AIST, press-released Mar.16, 2009
ASIMO 3rd Generation, Honda, 2011
HUBO, KAIST, Korea, YouTube 2009
PETMAN, Boston Dynamics, YouTube 2009
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本当にヒューマノイド
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かなりすごい
Atlas, Boston Dynamics, YouTube in Feb., 2016
基礎セミナー ロボット工学入門, 2016
高度なロボットの例
Big Dog, Boston Dynamics, YouTube on Mar., 2008
Wild Cat, Boston Dynamics in Dec., 2012
Wild Horse, Boston Dynamics In Dec., 2012
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高度なロボットの例
ASTARISK, Arai Lab, 2005
Wild Cat, Boston Dynamics
YouTube Uploaded on Dec., 2012
Big Dog, Boston Dynamics
YouTube Uploaded on Mar., 2008
Wild Horse, Boston Dynamics
YouTube Uploaded on Dec., 2012
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これもロボット
Auto Drive, Mercedes Benz, 2013.8
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産業用ロボット
• ５ないし６の関節を有し，
ティーチング・プレイバック
により多自由度の運動機
能を実現．
• ハードウェアはロボットアー
ム，マニピュレータなどと呼
ばれる．
• 手先に作業用のツール（エ
ンドエフェクタ）を搭載して
様々な作業に適用される．
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産業用ロボットの活躍
日本では1970年代後半に自動車工場の
組み立てラインに導入される．以後，急速
に普及する．
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産業用ロボット が行う作業例
handling
spot welding
arc welding
assembling
spraying
de-burring
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世界の産業用ロボット稼動台数
Number of robots in the world
(2008)
China, 31787
Taiwan, 23644
Spain, 28693
UK, 15133
Others,
93219
France,
34370
Japan, 355562
2013
2009
2005
2000
JAPAN
304,001
(22.8%)
332,720
(32.6%)
373,481
(40.5%)
389,442
(51.9%)
USA
182,249
166,183
139,984
89,880
GERMANY
167,579
144,133
126,294
91,184
KOREA
156,110
79,003
61,576
37,987
ITALY
59,078
62,242
56,198
39,238
FRANCE
32,301
30,236
20,674
SPAIN
28,091
24,141
13,163
UK
15,591
13,923
34,099
12,344
1,332,218 1,020,731
28,781
750,580
Italy, 63051
Korea,
76923
Germany,
144803
North America,
168489
TOTAL
日本は現在でも世界一の稼働台数を誇っている．
かつては世界の半数を占め，ロボット王国とも言われた．
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日本のロボット産業売上高
Number
Amount
2013
108,725
¥492B
2009
43,069
¥289B
2008
97,878
¥622B
2007
108,239
¥712B
2006
109,067
¥ 730B
2005
107,910
¥ 657B
2004
98,059
¥ 589B
2003
81,277
¥ 493B
Sales in Car Industry (2008.3) : ¥26,289 B
TOYOTA only, 42% share, 2009.3: ¥20,529 B)
Sales in Pachinko* (2011) : ¥18.896B (2011)
*Japanese entertainment game service
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日本でなぜ産業用ロボットが発展したのか
1. 高度成長期の1980年代に政府（通産省）が生産拡大の政
策として産業用ロボットの導入を優遇した．
2. 産業用ロボットが労働者の作業を取って代わったとしても，
労働者には別の仕事が与えられた．これは欧米などと比較
すると，労働組合の構造の違いによるものである．すなわち
，労働組合は日本では職場単位，欧米では職種単位となっ
ているからである．
3. 日本人は元来ロボットに対して親しみを持っており，工場へ
のロボット導入に対して抵抗感が少なかった．
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様々なロボット
• 用途（作業）別
– 産業用ロボット(industrial)，建設用ロボット(construction)，医療用ロ
ボット(medical)，宇宙ロボット(space)，水中ロボット(underwater)，メ
ンテナンスロボット(maintenance)，人間共存型ロボット(human
friendly)，エンターテインメントロボット(entertainment)，レスキューロ
ボット(rescue)，農業ロボット(agricultural)
– 製造業以外で利用されるロボットをサービスロボット(service robot)と
呼ぶこともある
• 機能別
– プレイバック・ロボット(teaching play-back)，遠隔操作ロボット(teleor tele-operated)，生物型ロボット(bio)，生物模倣型ロボット
(biologically inspired)，ヒューマノイド，アンドロイド，適応型ロボット
(adaptive)，自律(型)ロボット(autonomous)，自立(型)ロボット(selfsufficient or self-contained)，知能ロボット(intelligent)，移動ロボット
(mobile)，群ロボット(multi agent)，マイクロロボット（micro or nano)
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Can humanoid help us?
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Osaka Univ.,
What is service robot?
A robot which operates semi- or fully
autonomously to perform services useful
to the well-being of humans and
equipment, excluding manufacturing
operations.
(from the definition in the World Robotics 2007,
http://www.worldrobotics.org/)
housework support, care & nursing,
rehabilitation, medical, welfare, receptionist,
security, cleaning, dust collector, power assist,
construction, maintenance, agriculture,
rescue, space, ocean …
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Service Robots Expected for Support
Watching/Communication
（PaPeRo , NEC)
Meal Support（SECOM）
Cleaner
Entertainment
Mental Commitment/Healing
（wakamaru, MHI）
（Paro, AIST）
Daily Care & Support
(HRP2, Osaka Univ.)
Guide/Security (SOKEI）
Clinic Support
(Android, Osaka Univ.)
Presentation/Education
(ASIMO, HONDA)
Receptionist/Guide (NEDO)
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Guide/Security
（enon, Fujitsu）
Security (TEMZAC)
福祉ロボット
抱き上げロボット(1979)
(2006)
食事介助ロボット
リハビリ支援ロボット
配膳ロボット
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建設ロボット
For Structure Construction Works:
Concrete finishing
Steel frame welding
Fire-proof spraying
For Finishing Works:
Ceiling panel positioning
Exterior wall spraying
(Developed by Shimizu )
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点検ロボット
架線点検ロボット（ハイボット，2014）
橋梁裏点検ロボット（NEDO，2014）
橋梁裏点検ロボット（橋竜）
トンネル点検ロボット
（西日本高㏿
道路エンジニアリング四国（株），2014）
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点検ロボット
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農業用ロボット(Agriculture)
除草用
千葉大学
収穫用
小型自走トラクタ
Valtra RoboTrac
農業分野へのロボットの適用は非常に困難であり，
研究開発が進んでいない．何故か？
収穫用ハンド，岡山大学
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医療ロボット
Minimal invasive surgery
低侵襲手術
-small pain and quick recovery
痛みが少ない，回復が早い
-small cost 低コスト（のはず）
-decreasing MD’s load
医師の負担軽減
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セキュリティロボット
ガードロボ（綜合警備保障）
ワカマル（三菱重工）
番竜（テムザック）
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癒しロボット
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宇宙探査ロボット(Explorer)
NASA JPL ATHLETE: All-Terrain HexLegged Extra-Terrestrial Explorer
火星探査用ローバー
(Mars rover, NASA)
月面基地用ロボットシステム
(on Moon base)
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レスキュー
援竜（テムザック）
情報収集ロボット“MA-1”（IRS・電通大）
蒼龍（IRS・東工大)
検査/探査ロボット「アスタリスク」（阪大）
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マイクロロボット
マイクロハンド（阪大）
飛行ロボ（セイコーエプソン）
136(直径)×85(高さ)mm、重量12.3g
移動ロボット「ムッシュII-P」
セイコーエプソン
基礎セミナー
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ヒューマノイド
P2（1.8[m]，210[kg]，ホンダ，96）
P3（1.6[m]，130[kg]，ホンダ，97）
プラットフォーム型ヒューマノイド
HRP2
ASIMO(1.3[m]，54[kg]ホンダ，2000）
車いすユーザ支援（新井研，2015）
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ヒューマノイド２
閑話： humanoidはhuman+oidであり，oidは「～のようなもの」を表す
接尾語．Animaloidやincectoidがあってもよいか？（新井）
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早急な復興
Kesen-numa city
destroyed by
Tsunami
Melt down/through &
explosion in Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant
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ロボットの活用
Quince carrying dosemeter & water-gauge, CIT
Radio-controlled
construction machines,
Japanese general
constructors
PackBot,
iRobot
Cooling water supply
Decontamination
plants
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意外と役立つラジコン建機
‐テレオペレーションの活用‐
雲仙普賢岳噴火後
の復旧作業，和歌
山県土砂災害普及
作業等での多くの実
績
遠隔操作型無人建機の活用
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パワースーツは装着型ロボット
Ripley’s power loader, 1979
From fiction movie “Alien”
GE HARDIMAN,1965-71
http://cyberneticzoo.co
m/manamplifiers/1966-69-g-ehardiman-i-ralphmosher-american/
HAL, U. Tsukuba, 2006
基礎セミナー ロボット工学入門, 2016
様々なパワーアシスト
HAL（下肢）, CYBERDYNE
パワーローダ，AL
HAL（腰）
PLL-01，ALロボット工学入門
PLN-01，AL
基礎セミナー
, 2016
HAL（単関節）
AWN-03，AL
様々なパワーアシスト
HAL（下肢）, CYBERDYNE
パワーローダ，AL
HAL（腰）
PLL-01，ALロボット工学入門
PLN-01，AL
基礎セミナー
, 2016
HAL（単関節）
AWN-03，AL
Good reasons for robot application
•
To cope with the increase of senior/ the decrease
of youth
– To support senior & infants/children cares.
– To bring women & seniors back in their jobs.
•
To prevent crimes & strengthen security
– Precise monitoring with little pressure & stress.
– High quality home security.
•
2005 → 2025
Labor pop. ：66%→60%
Senior pop.：20%→30%
1985 → 2009
crimes：1.5M→1.7M
Arrest rate ：60%
→32％
Forecast by METI
– ¥9.7 trillion(1012) service robot market in 2035.
– In the technology road map needs for service robot and their marketing
scenario have been introduced.
http://www.meti.go.jp/policy/economy/gijutsu_kakushin/kenkyu_kaihatu/str2010.html
•
Long term strategic guideline shows so much expectation for the robots.
– High quality care robot, watch-over robot, home robot, nurse robot
– Daily life support and physical task aid
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Scenario to introduce robot in our society
2010
2005
2015
Preparing infrastructures
for practical applications Pre-spread
Expecte
d market
Business
promotio
n
Support
s and
funds
for R &
D 2016/10/28
Single task robot
professional cleaning,
inspection, delivery, security,
monitoring house
Spread
2025
Full scale spread
Specific task robot for specific
users
care & nursing, welfare
Autonomous multi
task robot
Council for Robot Business Promotion (Founded
in 2006)
Award system (2006- )
Safety
Safety
Exploring social
guideline for
evaluation for
consensus & systems
service robots
EXPO robots
Expo
Project (‘04’06)
cleaning
security
reception
Development
of RT
Middleware
(‘02-’04)
Practical
Market Creation
Application of
for Service
Daily Support
Robot (‘06-’07)
Robot
(‘09-’13)
Practical
Open
Application of
Innovation
Human Assist
Project (‘08Next
Robot (‘05-’07)
’11)
New
Key Technology for
Project
Strategic Advanced
s?
Robots (‘06-’10)
Common Platforms
for Next Generation
Robot (‘05-’07)
Title ofIntelligence
the class for
Smart
Next Generation Robot
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Robot
& RT
Assist
ed
Societ
y
42
Key issues for daily support robot
Smart
Environment
RFID tag
Sensor network
3D mapping
SLAM
Manipulation
Expected tasks
Communication
& Interfaces
Voice recognition
Dialogue algorithm
Gesture recognition
& generation
Capable of domestic
tasks
Multi finger hand
2D tactile sensor
3D positioning
sensor
Application
& Utility
Locomotion
Capable of moving
at in-door site
Wide range, high
resolution and
sensitive sensors
2016/10/28
Safety
Issues
Development
tool
Task teaching
tool
Energy Sources &
Fail safe & fool
Power
proof
Managements
Mental safety
Power saving control
Data log &
TitleHigh
of thepower
class battery
analysis
mechanisms
Compliance
基礎セミナー Light
ロボット工学入門
, 2016
• Tasks in
unreachable zone
• Heavy stuff carrier
• Cleaning
• Transferring
• Transportation
• Conversation
• Schedule
management
• News and weather
provider
(Color indicates
our R&D
activities.)
43
ＢＭＩは究極のインタフェースか？
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Safety issues for service robot
• The Service robot has potential interactions with humans in itself. The
safety code for industrial robot could not be applied in the case.
• METI was interested in setting up some safety standard for the service
robot. (Service robot safety guideline, 2007)
• Mental safety is another issue for the service robot.
Industrial robot
case
Service robot case
No this
design.
No this way.
Never
collision
Scaring me?
Robot should have fences around itself
& no human should enter its working
space during its motions. (Labor Safety
Code by the MHLW)
Absolute safety & any
accident preventions should
be taken.
•No out-of-control.
•No injury even in collisions
•Measures assuming any
基礎セミナーpotential
ロボット工学入門
, 2016
risks.
Even understand its
physical safety, no
good enough for
comfortable and
happy use.
安心感の評価法
Psychological assessment by VR (ROMAN2004)
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ロボット安心感の要因
F (10, 1) = 24.76 ( p <.001)
• 6因子が抽出
– 得点が高いほど安心感が高い
– ヒューマノイドに対する安心感の
構成要素が明らかとなった
– 安心感を定量的に評価できる心理尺度作成
• 心理的受容，高性能，信頼性は重要な要素
• 統制可能性(刃向かわない，従順であること)
もある程度重要
• 人間らしさ，実体性はロボットごとに
信頼性
吟味することが必要
• 今後の課題：
• 安心できるロボットのデザインとは？
Q2 ,ASIMO, F ＞･･･＞Geminoid, HRP-2
心理的
受容
高性能
統制
可能性
人間
らしさ
ヒューマ
ノイドの
安心感
実体性
47
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What the robot?
Q1: あなたが考えるロボットの定義
は？
Humanoid
Full automated washing
machine
Q.2: あなたの定義にしたがうと，全自動
洗濯機はロボットですか?
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