2020 Fiscal Year Annual Research Report
Novel safety control strategy at the time of collision under the worst condition for a robot with a single fault detection capability
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20H02114
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山田 陽滋 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90166744)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 靖博 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00610536)
岡本 正吾 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10579064)
磯貝 善蔵 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 病院, 部長 (20285208)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フェールセイフ接触運動 / 単一故障暴走空間 / 指背部 / 機械インピーダンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人間が単一故障検知機能を有するロボットエンドエフェクタに装備されているツールにまさに押しつぶされそうな局面において発生した故障に対して、従来の故障即停止の安全確保の仕方と概念的に真逆で、安全状態のさらなる拡大を目指して短い時間ながら運転を続けるという制御戦略を加えた場合の効果を検証した.本研究には、コントローラの入力センサ部あるいは論理部のみならず機器の出力（アクチュエータ）部の故障にも対応すべく、つねに機器の故障も予見しながらロボットが運転され、暴走を含む最悪の条件がもたらされても停止以外の方策で対応するという先駆的な提案が含まれた．
理論構築の上では「FS接触運動空間」を構築する前の準備として、既に発表した「潜在暴走空間」の改良版である以下の空間を求めた。すなわち、単一故障による暴走変位ベクトル全て―3次元空間であれば6×2方向の暴走変位ベクトルの集合のみとなる―を包含する最小ボリウムの楕円体「単一故障潜在暴走空間」である。これは、最小体積の囲み楕円体を計算するアルゴリズムを用いるもので、ロボットの暴走時の加速度を算出する新しい方法である．提案手法と動的操作性楕円体（DME）法を、事例を用いて比較した．
実験系構築の観点では、本研究予算で購入した小型垂直多関節マニピュレータを検証実験系として用いた。単一故障が生じた場合、マニピュレータの運動を停止・変更することができる制御系を構築した。他方、レーザ変位計でヒトの指までの距離を計測し、実際のヒト指、とくに最好発部位である指背側に着目して、皮膚及び皮下組織以下の機械インピーダンスを推定する実験系を構築し、被験者を用いた心理物理学実験による調査を実施した。実験は、名古屋大学工学部倫理部会の承認を得て行った。機械的なモデルを規定し、接触子の位置と速度および発生する接触力の時間変化を観測して、これらのデータからパラメータを同定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論構築の上で、「単一故障潜在暴走空間」が提案でき、提案手法と動的操作性楕円体（DME）法を、事例を用いて比較できた。また、実験系構築の観点では、小型垂直多関節マニピュレータを検証実験系として用い、単一故障が生じた場合、マニピュレータの運動を停止・変更することができる制御系を構築できたこと。加えて、ヒト指の機械インピーダンスを推定する実験系を構築し、名古屋大学工学部倫理部会の承認を得て、被験者を用いたヒト指に接触する接触子の位置と速度および発生する接触力の時間変化を観測して、これらのデータから機械インピーダンスをモデルに基づいて同定できたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
「FS接触運動空間」の構築とヒト指にエンドエフェクタが衝突した場合と同等の摩擦力および変形特性を示すダミー指の製作
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| Remarks |
研究成果の一部が、ISO/TR21260の付録に掲載された。
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