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遼 銀河
３Ｄ・ＣＡＤを駆使して機械設計を生業としています。 本当は飛行機やレーシングカーを設計したかったので、趣味ではそちら方面に大変興味があります。
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2011.04.24
カテゴリ： テクノロジー
原子力災害だけで無く、様々な災害現場にも対応できるこの種のロボットが今まで開発されて来なかった理由は何であろうか？
既存の技術を寄せ集めるだけのものでも、かなり能力の高いロボットが作り得ると思われるのだが？・・・・・。
原子力災害の現場以外での利用出来るケースは、火災による高温や煙雰囲気中での消火活動や救助活動、爆発物の処理、地雷処理、二次災害の危険のある場所での捜索や救助、山岳遭難などの救難援助、発砲事件などの犯人確保、紛争、戦争での兵役など、ロボットのサイズを数種類用意するだけで様々なことに対応できると考えられる。
前の日記に書いたように、下半身は四肢構造で、歩進の論理は四肢にかかる荷重をロードセルなどで常に監視し、脚の関節の動きによって、四肢の足の裏全てが床に着いた状態で、胴体部分を前後左右に自由に動かして重心位置を変え、そのことで四肢の内の一脚を床から持ち上げても転倒しない重量配分に持ち込み、上げた足が障害物をまたいだり、障害物の上に乗ったりしながら、進める仕組みを一連の動作モードとして自立制御するが、平坦な床や地面、規則性のある階段や坂など以外は操縦者の意志による操縦が瞬時に反映されて、上げた足の着地場所と動作速度を変更し、さらに姿勢全体の重心位置変更を操縦者の座る椅子に配置したセンサー等で検知して、その変化をロボットに反映させる方式を使いたい。
つまり椅子の上で操縦者が体をくねらせるように上体を動かすことで、ロボットの胴体部分は前後左右に重心を変える動きが行えると言うことになる。
前足の運びは操縦者の前足に連動させる仕組みとし、膝を持ち上げる高さは乗算レートで設定して１倍～5倍程度の感度で調節して、僅かな操縦者の足の運動で高い障害物をまたぐことが出来るようにするが、膝を上げる高さにしか適応しないので、姿勢を乱す危険は殆ど起こりえないことになる。
また視覚的に前足の着地場所を決める動作は操縦者がかかとだけを動かす足踏み状態ではルーティーンの歩行を行うが、つま先部分を空中に上げると、着地する足の位置を操縦者の足の動き量に比例してロボットの前足が動いて、画面で見ている場所へと着地場所を変更する仕組みにすれば良いだろう。
そして右前足の着地していた位置に後ろ右足の着地を自動制御で行い、左後ろ足も同様に制御することで、操縦者は後ろ足の存在を意識せずに自由に動ける仕組みとし、振り向かない後退歩進では記憶しておいた空間座標に従って素早く後退できるようにするが、四肢を使った重心移動は新たに行い、上げる膝の量は前進時の記憶を使い、アイカメラを搭載した頭部を振り向かせて確認しながらの後退ももちろん可能とする。
大雑把なところではこのような下半身の運動制御でほぼ目的を果すと考えられるが、さらに四肢の足の裏側に設けた親指とそれ以外の可動部で掴み歩きが出来る構造が構築出来そうだが、それは別の感覚センサーや別の視覚カメラを四肢に其々取り付けることで、掴むと言う動作だけを足の着地の前に独立した制御で自立させ、足首を回転させることで成立させられそうである。
操縦は作業者の体の動きで行い、振り向くようなしぐさで反応し、首の動きだけで行えば頭部だけが動くような仕組みで良いだろう。
大きく真後ろを向く時などは操縦者が体を動かし椅子が回転するほどに動けば、そのことを検知して回転台が動き、ロボットの首を回転させるのは視線と首の動きで画面の見たい方向に眼をやればアイカメラを搭載した頭部が回転し、視線を上下すれば同様にアイカメラはそれに呼応して上下に動いて見たい位置を映し出す。もちろん操縦者が一点を見て首を前に出す動作をすればカメラはズームアップし、首を前に出す動作を維持している間は最大ズーミングへ向かって表示拡大を続けるようにする。
次に４本の腕の操縦は前の日記にも書いたように、バイラテラル式マニピュレーターを２式備え、操縦は自分の腕の関節の動きを検出するセンサーとそれを支持する機械構造部にアクチェーターを搭載し、何かを動かそうととした時に受ける反力をロボット側の力覚センサで検出し操縦側のアクチェーターを動作させ、その反力の強さに応じた抵抗力を感じるように構成するが、操縦者の肉体的強度を冒さない範囲で動作し、ロボットが受けた力に限界点を設けて、ある程度以上の反力はエラーとして扱い、ロボットも壊さず、操縦者も怪我をしない工夫が必要になる。
その他の制御方式としては、操縦者の声紋登録によるボイスオペレーションも選べることを導入したい。様々な動作の中でアイカメラのズーム状態を維持したい時や、ロボットを定位させたいときなど、スイッチ操作ではなく、言葉で命令しコントロールが出来なくては両手が塞がっているマニピュレーターでは困ってしまうことだろう。マジックハンドのツールを交換する時もボイスオペレーションで行い、２対の腕を上手く使えば作業は効率よく安全に行えるであろう。
マニピュレーターの操縦にはそのほかにも追従動作へのオンとオフを的確に判断するセンサーや条件を必要とし、操縦者の不注意でロボットアームが突然速く動いて人身事故やロボットも損傷を負うことにもなるので、ロボット側の動作では、このまま動くと衝突的な干渉を起こす危険を、操縦者の視野以外でも超音波センサーやレーダーによって常に監視し、事故を未然に防ぐ仕組みがないと人間との協調作業は、安全性という点で困難になるだろう。
以上のような仕組みは既存の技術を組み合わせれば製作可能であり、私が一人で設計しても2年とかからずに完成させられると考えられるから、数人或いは数十人のプロのエンジニアのチームで行えば３ヶ月以内でかなりの完成度にまで到達するであろう・・・・問題になるのは資金だけかもしれない。
既存の技術を寄せ集めるだけのものでも、かなり能力の高いロボットが作り得ると思われるのだが？・・・・・。
原子力災害の現場以外での利用出来るケースは、火災による高温や煙雰囲気中での消火活動や救助活動、爆発物の処理、地雷処理、二次災害の危険のある場所での捜索や救助、山岳遭難などの救難援助、発砲事件などの犯人確保、紛争、戦争での兵役など、ロボットのサイズを数種類用意するだけで様々なことに対応できると考えられる。
前の日記に書いたように、下半身は四肢構造で、歩進の論理は四肢にかかる荷重をロードセルなどで常に監視し、脚の関節の動きによって、四肢の足の裏全てが床に着いた状態で、胴体部分を前後左右に自由に動かして重心位置を変え、そのことで四肢の内の一脚を床から持ち上げても転倒しない重量配分に持ち込み、上げた足が障害物をまたいだり、障害物の上に乗ったりしながら、進める仕組みを一連の動作モードとして自立制御するが、平坦な床や地面、規則性のある階段や坂など以外は操縦者の意志による操縦が瞬時に反映されて、上げた足の着地場所と動作速度を変更し、さらに姿勢全体の重心位置変更を操縦者の座る椅子に配置したセンサー等で検知して、その変化をロボットに反映させる方式を使いたい。
つまり椅子の上で操縦者が体をくねらせるように上体を動かすことで、ロボットの胴体部分は前後左右に重心を変える動きが行えると言うことになる。
前足の運びは操縦者の前足に連動させる仕組みとし、膝を持ち上げる高さは乗算レートで設定して１倍～5倍程度の感度で調節して、僅かな操縦者の足の運動で高い障害物をまたぐことが出来るようにするが、膝を上げる高さにしか適応しないので、姿勢を乱す危険は殆ど起こりえないことになる。
また視覚的に前足の着地場所を決める動作は操縦者がかかとだけを動かす足踏み状態ではルーティーンの歩行を行うが、つま先部分を空中に上げると、着地する足の位置を操縦者の足の動き量に比例してロボットの前足が動いて、画面で見ている場所へと着地場所を変更する仕組みにすれば良いだろう。
そして右前足の着地していた位置に後ろ右足の着地を自動制御で行い、左後ろ足も同様に制御することで、操縦者は後ろ足の存在を意識せずに自由に動ける仕組みとし、振り向かない後退歩進では記憶しておいた空間座標に従って素早く後退できるようにするが、四肢を使った重心移動は新たに行い、上げる膝の量は前進時の記憶を使い、アイカメラを搭載した頭部を振り向かせて確認しながらの後退ももちろん可能とする。
大雑把なところではこのような下半身の運動制御でほぼ目的を果すと考えられるが、さらに四肢の足の裏側に設けた親指とそれ以外の可動部で掴み歩きが出来る構造が構築出来そうだが、それは別の感覚センサーや別の視覚カメラを四肢に其々取り付けることで、掴むと言う動作だけを足の着地の前に独立した制御で自立させ、足首を回転させることで成立させられそうである。
操縦は作業者の体の動きで行い、振り向くようなしぐさで反応し、首の動きだけで行えば頭部だけが動くような仕組みで良いだろう。
大きく真後ろを向く時などは操縦者が体を動かし椅子が回転するほどに動けば、そのことを検知して回転台が動き、ロボットの首を回転させるのは視線と首の動きで画面の見たい方向に眼をやればアイカメラを搭載した頭部が回転し、視線を上下すれば同様にアイカメラはそれに呼応して上下に動いて見たい位置を映し出す。もちろん操縦者が一点を見て首を前に出す動作をすればカメラはズームアップし、首を前に出す動作を維持している間は最大ズーミングへ向かって表示拡大を続けるようにする。
次に４本の腕の操縦は前の日記にも書いたように、バイラテラル式マニピュレーターを２式備え、操縦は自分の腕の関節の動きを検出するセンサーとそれを支持する機械構造部にアクチェーターを搭載し、何かを動かそうととした時に受ける反力をロボット側の力覚センサで検出し操縦側のアクチェーターを動作させ、その反力の強さに応じた抵抗力を感じるように構成するが、操縦者の肉体的強度を冒さない範囲で動作し、ロボットが受けた力に限界点を設けて、ある程度以上の反力はエラーとして扱い、ロボットも壊さず、操縦者も怪我をしない工夫が必要になる。
その他の制御方式としては、操縦者の声紋登録によるボイスオペレーションも選べることを導入したい。様々な動作の中でアイカメラのズーム状態を維持したい時や、ロボットを定位させたいときなど、スイッチ操作ではなく、言葉で命令しコントロールが出来なくては両手が塞がっているマニピュレーターでは困ってしまうことだろう。マジックハンドのツールを交換する時もボイスオペレーションで行い、２対の腕を上手く使えば作業は効率よく安全に行えるであろう。
マニピュレーターの操縦にはそのほかにも追従動作へのオンとオフを的確に判断するセンサーや条件を必要とし、操縦者の不注意でロボットアームが突然速く動いて人身事故やロボットも損傷を負うことにもなるので、ロボット側の動作では、このまま動くと衝突的な干渉を起こす危険を、操縦者の視野以外でも超音波センサーやレーダーによって常に監視し、事故を未然に防ぐ仕組みがないと人間との協調作業は、安全性という点で困難になるだろう。
以上のような仕組みは既存の技術を組み合わせれば製作可能であり、私が一人で設計しても2年とかからずに完成させられると考えられるから、数人或いは数十人のプロのエンジニアのチームで行えば３ヶ月以内でかなりの完成度にまで到達するであろう・・・・問題になるのは資金だけかもしれない。
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