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人と機械が協働しやすく、「からくり」ロボットハンドを新開発

1/12(金) 12:00配信

スマートジャパン

手の構造を機械的に模倣したロボットハンドの「からくり」

 NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)とダブル技研、東京都立産業技術高等専門学校は2018年1月11日に都内で会見を開き、単純な制御だけで多様な形状のワークを安定して優しく把持できるロボットハンド新機構の開発に成功したと発表した。手の構造を模倣した機械的な機構が特長で、複雑な電子制御への依存を最小限に抑えた高性能なロボットハンドが実現できる。

ロボットハンドがイチゴをつかむ様子

 ロボットの産業利用がますます進展する現在、どんなものでも把持できるロボットハンドは有用性が高く、人とロボットの協働可能性をさらに拡大する技術となる。従来の一般的なロボットハンドは、定形で硬いワークの把持は得意とする一方で、果物のような柔らかく形や大きさが定形ではないワークや、工具のような人間の手に最適化された形状のワークを傷つけずに把持することが難しいといった課題があった。

 その課題を克服するため、ロボットハンドに多数のセンサーやモーターを取り付け、各関節の角度や力を複雑に電子制御する解決策も提案されているが、この解決策ではコストや耐久性といった面で問題を抱えているという。

 これら課題を可能な限り電子制御に依存せず、機械的な構造で解決を目指したのが今回の「からくり」となる。からくりの基礎開発研究を主導した都立産技高専の深谷直樹准教授は「人の手を詳細に分析し、手の器用さを実現した」と説明する。

 このからくりは

・手に似た骨格構造を持ち、ロボットハンドの指部分に加えて手のひら部分でもワークを把持できる自由度を持つ
・ロボットハンドの関節をリンク機構で結合し、ワークの形状に応じて関節が把持に最適な屈曲角度と入力を機械的に自動で行う
・指先が微妙に回転することによる「指先なじみ機能」で薄物ワークの把持性を高める

ことが特長となる。同機構らは、これら特長をまとめて「協調リンク機構」と総称している。

 協調リンク機構を採用したロボットハンドは、全ての関節がリンクで接続されているため、関節動作に必要なサーボモーターやアクチュエーターを大きく減らすことができたという。また、機械的な機構によりワークを安定して把持できるため、ロボットの用途によってはセンサーなどの電装系や複雑な制御プラグラムを開発する負担が軽減するとした。

協調リンク機構を採用した3種類のロボットハンド

 発表では、協調リンク機構を採用した3種類のロボットハンドを紹介。1つ目の「F-hand」は協調リンク機構の開発・性能試験を行うためのもので、2つ目の「オリガミハンド」はその名の通り1枚の“紙”が材料となるロボットハンドとなる。これらは都立産技高専が主な開発担当となった。3つ目の「New D-hand」は産業用ロボットへの適用を目的としたロボットハンドであり、実用化研究開発を担当するダブル技研により開発された。

 F-handは人の手に非常に近い形状を取り、人間用のグローブや工具をそのまま活用できることがメリット。従来のロボットハンドでは丸形ドアノブが滑りのため把持できず、ドアを開閉することは非常に困難だったとして、深谷准教授は「福島第一原発の現場でもドアが開閉できずロボットが撤退したという話を聞いているが、このロボットハンドではドアノブを把持しドアを開閉することが可能」と自信を見せる。

 建築分野での活用シーンとして、ロボットによる立て付け具や建材の搬送、人間用工具を把持して作業員とロボットの協働作業が可能だとする。また、電装系がシンプルなため耐久性が求められるインフラ現場や災害対応での活用も考えられるとした。

 F-handのデモでは画像認識を用いた自動操作によって、細く滑りやすいワークとして油性ペン、小さく柔らかいワークとしてイチゴをロボットハンドが把持し、汎用性と把持時の安定性をアピールした。

 オリガミハンドは協調リンク機構の特長を持ちつつ、生産・廃棄コストが非常に小さい紙が材料のため、使い捨てが可能なことが最大のメリットとなる。これにより、食品・衛生分野での活用や金属固着が問題となる宇宙空間での利用が想定されている。

 New D-handは産業用ロボット汎用ロボットハンドであり、ワークに合わせてロボットハンドを調達・交換する必要がある現状のロボットシステムから、導入コスト低減や生産性向上が期待されている。指先なじみ機能により、ワークを把持するタイミングでのワーク形状と位置のズレを許容しつつ、産業用途で重要となる位置決め精度の確保を両立させた。

 これらロボットハンドと要素技術は、NEDOが推進する「次世代人工知能・ロボット中核技術開発」プロジェクトの一環として開発され、現在は先導研究の最終フェーズにあるという。2018年度から2年間の研究開発期間に入り、実用化は2019年度以降を目指す。