機能性流体を用いた柔軟関節マニピュレータの開発－人間との接触力の緩和と振動の抑制に関する検討

摘要

人間との協調活動が必要とされるロボットシステムの研究が盛hに行なわれている．これらのロボットは，人間と同じフィールドに存在するため，接触や衝突といった，人間とロボットとの間の頻繁な干渉を想定しなければならない．生田らは，ロボットと人間との衝突に関する安全性を統一的に評価し，その安全戦略について検討している．また山田らは，人間とロボットの接触および衝突に関する痛覚耐性個を実験的に検討している．しかしながら，現在ロボットに用いられているアクチュエータの多くは，減速比の高い機構を有していることから，人間との接触に対して十分な安全性が確保されていない．近年，ロボットの対人安全性を確保するために，その関節やリンクにメカニカル（受動的）な柔軟性を実現するような機構が注目されている．たとえば，森田らは，リンクに衝撃吸収材を施すことによって，人間に対する衝撃吸収効果を検討している．また，高橋らは，人間とロボットとの衝撃はロボットを低速に駆動することによって回避できるとした上で，Non-Backdrivableな減速器をもつマニピュレータと人間との接触力の低減について検討している．このマニピュレータはメカニカルコンプライアンスな柔軟関節を併用しているので，人間を含めた外部環境の損傷を軽減することが可能となる．しかしながら，関節の柔軟性に起因した振動に対して，アクチエエータによるソフトウェアダンピングを利用していることから完全なパッシブ機構は実現されていない．したがって，アクチュエータの故障や予期せぬ外乱による制御系の不安定性を考慮した場合，フェイルセーフの観点から十分な対人安全性は確保されていない．