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基礎セミナーロボット工学入門, 2016

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]

mailto:[email protected]


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


高度なロボットの例

ASIMO 3rd Generation, Honda, 2011

PETMAN, Boston Dynamics, YouTube 2009 HUBO, KAIST, Korea, YouTube 2009

HRP4C, AIST, press-released Mar.16, 2009


本当にヒューマノイド


かなりすごい

Atlas, Boston Dynamics, YouTube in Feb., 2016



Big Dog, Boston Dynamics, YouTube on Mar., 2008

Wild Cat, Boston Dynamics in Dec., 2012 Wild Horse, Boston Dynamics In Dec., 2012



Big Dog, Boston Dynamics

YouTube Uploaded on Mar., 2008ASTARISK, Arai Lab, 2005

Wild Cat, Boston Dynamics

YouTube Uploaded on Dec., 2012Wild Horse, Boston Dynamics

YouTube Uploaded on Dec., 2012


これもロボット

Auto Drive, Mercedes Benz, 2013.8


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．


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．


産業用ロボットが行う作業例

handling

spot weldingarc welding

spraying

de-burring

assembling


世界の産業用ロボット稼動台数

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

TOTAL 1,332,218 1,020,731 28,781 750,580

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．

Japan, 355562

North America, 168489

Germany, 144803Korea,

76923

Italy, 63051

France, 34370

Spain, 28693

Taiwan, 23644

China, 31787UK, 15133

Others, 93219

Number of robots in the world

(2008)


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


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．


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(tele-

or 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(self-

sufficient 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)


Can humanoid help us?

Osaka Univ.,

2005


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 …


Service Robots Expected for Support

Cleaner

Watching/Communication

（PaPeRo , NEC)

Security (TEMZAC)

Entertainment

（wakamaru, MHI）

Receptionist/Guide (NEDO)

Daily Care & Support

(HRP2, Osaka Univ.)

Guide/Security (SOKEI）

Mental Commitment/Healing

（Paro, AIST）

Meal Support（SECOM）

Guide/Security

（enon, Fujitsu）Presentation/Education

(ASIMO, HONDA)

Clinic Support

(Android, Osaka Univ.)


福祉ロボット

配膳ロボット

食事介助ロボット

リハビリ支援ロボット

抱き上げロボット(1979) (2006)


建設ロボット

Steel frame welding

Fire-proof spraying

Concrete finishing

Exterior wall spraying

(Developed by Shimizu )Ceiling panel positioning

For Structure Construction Works:

For Finishing Works:


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）


点検ロボット


農業用ロボット(Agriculture)

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？

除草用千葉大学

収穫用ハンド，岡山大学


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


セキュリティロボット

ワカマル（三菱重工）

番竜（テムザック）

ガードロボ（綜合警備保障）


癒しロボット


宇宙探査ロボット(Explorer)

火星探査用ローバー(Mars rover, NASA)

NASA JPL ATHLETE: All-Terrain Hex-

Legged Extra-Terrestrial Explorer

月面基地用ロボットシステム(on Moon base)

http://www.jspec.jaxa.jp/activity/humanlunar.html


レスキュー

援竜（テムザック）蒼龍（IRS・東工大)

情報収集ロボット“MA-1”（IRS・電通大）検査/探査ロボット「アスタリスク」（阪大）

http://www.rescuesystem.org/tmp/NEW/robot/soryu_webpage.avi

http://www.rescuesystem.org/tmp/NEW/robot/ma1_webpage.avi


マイクロロボット

マイクロハンド（阪大）

移動ロボット「ムッシュII-P」セイコーエプソン

飛行ロボ（セイコーエプソン）136(直径)×85(高さ)mm、重量12.3g

http://ascii24.com/news/i/tech/article/2003/03/10/imageview/images710972.jpg.html


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）

車いすユーザ支援（新井研，2015）

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）


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）


早急な復興

Kesen-numa city destroyed by Tsunami

Melt down/through & explosion in Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant


ロボットの活用

Decontamination plants

PackBot, iRobot

Quince carrying dose-meter & water-gauge, CIT

Radio-controlled construction machines, Japanese general constructors

Cooling water supply


意外と役立つラジコン建機‐テレオペレーションの活用‐

遠隔操作型無人建機の活用

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


パワースーツは装着型ロボット

GE HARDIMAN,1965-71

Ripley’s power loader, 1979

From fiction movie “Alien”

HAL, U. Tsukuba, 2006

http://cyberneticzoo.co

m/man-

amplifiers/1966-69-g-e-

hardiman-i-ralph-

mosher-american/


様々なパワーアシスト

HAL（下肢）, CYBERDYNE

パワーローダ，AL PLL-01，AL PLN-01，AL AWN-03，AL

HAL（腰） HAL（単関節）


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.

• 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

2005 → 2025

Labor pop. ：66%→60%

Senior pop.：20%→30%

1985 → 2009

crimes：1.5M→1.7M

Arrest rate ：60%

→32％


Robot

& RT

Assist

ed

Societ

y

Scenario to introduce robot in our society

2016/10/28 Title of the class 42

Single task robotprofessional cleaning,

inspection, delivery, security,

monitoring house

Specific task robot for specific userscare & nursing, welfare

Autonomous multi task robot

Preparing infrastructures

for practical applications Pre-spread Spread Full scale spread

2005 2010 2015 2025

Expecte

d market

Business

promotio

n

Safety evaluation for EXPO robots

Safety guideline for

service robots

Exploring social consensus & systems

Council for Robot Business Promotion (Founded in 2006)Award system (2006- )

Support

s and

funds

for R &

D Smart Intelligence for Next Generation Robot

(‘07-’11)

Development

of RT

Middleware

(‘02-’04)

Key Technology for Strategic Advanced

Robots (‘06-’10)

Common Platforms for Next Generation

Robot (‘05-’07)

Expo

Project (‘04-

’06)

cleaning

security

reception

Practical Application of Human Assist Robot (‘05-’07)

Market Creation for Service

Robot (‘06-’07)

Open Innovation

Project (‘08-’11)

Practical Application of Daily Support Robot (‘09-’13)

Next New

Projects?


Key issues for daily support robot

2016/10/28 Title of the class 43

Smart

Environment

RFID tag

Sensor network

3D mapping

SLAM

ManipulationCapable of domestic

tasks

Multi finger hand

2D tactile sensor

3D positioning

sensor

LocomotionCapable of moving

at in-door site

Wide range, high

resolution and

sensitive sensors

Safety

IssuesFail safe & fool

proof

Mental safety

Data log &

analysis

Compliance

control

Energy Sources &

Power

ManagementsPower saving control

High power battery

Light mechanisms

Application

& UtilityDevelopment

tool

Task teaching

tool

Communication

& InterfacesVoice recognition

Dialogue algorithm

Gesture recognition

& generation

Expected tasks• Tasks in

unreachable zone

• Heavy stuff carrier

• Cleaning

• Transferring

• Transportation

• Conversation

• Schedule

management

• News and weather

provider

(Color indicates

our R&D

activities.)


ＢＭＩは究極のインタフェースか？


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.

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

potential risks.

Even understand its

physical safety, no

good enough for

comfortable and

happy use.

Scaring me?

No this

design.

No this way.

Never

collision

Industrial robot

caseService robot case


安心感の評価法

Psychological assessment by VR (ROMAN2004)


ロボット安心感の要因

• 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？

47

ヒューマノイドの安心感

高性能

信頼性

心理的受容

統制可能性

人間らしさ

実体性

Q2 ,ASIMO, F ＞･･･＞Geminoid, HRP-2

F (10, 1) = 24.76 ( p <.001)


Full automated washing

machineHumanoid

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?

What the robot?

Q1: あなたが考えるロボットの定義は？

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