成果報告書詳細
管理番号20110000001194
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 建設系産業廃棄物処理RTシステム(特殊環境用ロボット分野) 次世代マニピュレータによる廃棄物分離・選別システムの開発
公開日2011/10/12
報告書年度2006 - 2010
委託先名東急建設株式会社 日立建機株式会社
プロジェクト番号P06023
部署名機械システム部
和文要約 当研究コンソーシアムは、「建物解体時に発生する廃棄物材質の判定手法、廃棄物選別機の開発」、「解体・選別作業の効率化・安全・高信頼性技術」、「機械本体および施工現場の環境認識技術」、「多自由度・多腕マニピュレータおよび多機能ハンド」、「複数腕、複数軸の同時操作を容易にする操作系の研究」、および「オペレータ操作支援に最適な情報提示技術等の研究開発」を実施した。 中間目標1「建物解体時に発生する廃棄物のうち、異なる5種類以上の材質を選別判定できること」、2「建物解体時に発生する廃棄物を素材料毎に分離できること」と、最終目標である「中間目標で開発した要素技術を適用したプロトタイプ・マニピュレータ等を開発し、建物解体時に発生する実際の廃棄物(主として中間目標で対象とした材質)を選別判定し、廃棄物を移送できること。」具体的には、「マニピュレータにより複合廃棄物の分離作業を行い、5種類以上の材質を選別し、選別の精度(素材ごとの抽出率)は60%以上とする。開発にあたっては実際の現場において実証実験を2回以上実施する。」を達成するため、必要な要素技術を5分類14項目に分け、実用化を見据えた研究開発を実施した。 中間目標1については解体現場の実態調査の結果から、選別対象とする廃棄物を、コンクリート塊、鉄くず、アルミくず、木材、廃プラスチックの5品目に特定した。特定した5品目を画像処理による一次判定と近赤外線センサ、渦電流センサ、蛍光X線分析計を統合した二次判定システムを開発、廃棄物を選別する手法を確立した。2については、双腕マニピュレータ本体、および多機能ハンドを設計製作し、機能・性能及び耐環境性能の検証を実施した。複数腕を同時に操作する操作系を試作、レバーの操作性のシミュレーションを経てオペレータ評価実験を実施した。また、オペレータ操作支援システム(把持対象物質量測定機能、把持力制御機能、干渉防止機能等)を試作した。 ステージゲート通過後は、最終目標達成に向け廃棄物材質の判定手法では実用化の観点から非接触で安価、安全な画像による廃棄物の材質判定技術に注力し開発を行い、廃棄物を散在し画像処理による材質判定結果から廃棄物を5品目に選別する廃棄物選別機を開発した。5品目の選別精度(素材ごとの抽出率)は60%以上を達成した。また、双腕マニピュレータのプロトタイプ機は、実際の解体現場に試験導入し、オペレータへのヒアリング結果を受け、操作系およびハードウエア全体を再設計し、プロトタイプ機の開発を行った。プロトタイプ機は操作性が向上し、スムーズな動きで細かい複合材の分離作業を可能とした。 さらに、マニピュレータに搭載したカメラからの3D映像を見ながら無線により遠隔で操作する技術を開発した。遠隔操作時のオペレータへの操作支援情報として作業対象物の状態をセンシングするステレオビジョンを採用し、操作対象物の形状やマニピュレータからの位置、材質の簡易推定法を開発した。 現場環境計測システムを製作し、実際の解体現場で定常運用している。なお、開発成果物のリスクアセスメントを実施し、平成20年度まで作業員の安全確保に関する技術開発(作業員識別技術)も併せて実施した。 産業財産権および発表公表については、特許出願12件、意匠登録2件、論文発表25件、パブリシティへの公表(プレス発表)5回を行った。
英文要約Title:Project for Strategic Development of Advanced Robotics Elemental Technologies. Industry Waste Disposal Handling RT Systems in the Area of Special Environment Robots. Waste Separation / Sorting System by the Next-generation Manipulator (FY2006-FY2010 Final Report
Our research consortium performed the following developments: A) a sorting system for construction byproducts recycling based on robot vision, B) methods for efficiency, safety and reliability in the demolition and sorting works, C) measurement methods for environmental conditions around work machines and demolition sites, D) a work machine with dual front arms and a multi function robotic hand, and E) a man-machine interface for a remote control assistance of the machine and the hand. Our intermediate development objectives are: 1) a sensing system which distinguishes over five kinds of construction materials from demolition sites, and 2) a demolition device which can separate composite construction byproducts into raw materials. Our final development objectives are: 3) a dual-front manipulator with the demolition device, and 4) a sorting system which can distinguish and transfer actual construction byproducts with over 60% sorting accuracy. 5) Demonstration experiments of our system in actual demolition site more than twice. In order to achieve the 1st objective, based on our survey results on the actual demolition sites, we focused 5 kinds of construction byproducts: concrete wastes, iron scraps, aluminum scraps, waste woods, and waste plastics. In order to distinguish these byproducts, we developed a measurement system based on the vision sensor, the near-infrared sensor, the eddy-current sensor, and the X-ray fluorescence spectrometer. Regarding the 2nd objective, we designed and built the dual-front manipulator and the multi function robotic hand. A control system was built for the control of multi arms at the same time. The control ability of the system was evaluated by a computer simulation and actual operators. An operator assist system was also developed with the following functions: a weight measurement of grasping object, an automatic limitation of grasping force and turning speed, and a contact protection between the dual arms. The environmental measurement system was developed for visualization and an attention of the demolition noise, vibration, dust, etc. Human detection methods for the safety of site workers were also developed. After pass through the stage gate, we developed the sorting system based on the robot vision and the bayes' theorem. Its sorting accuracy was evaluated over 60% in the five kinds of the actual construction byproducts. The manipulator was used in actual demolition sites and improved based on the user hearings. The environmental measurement system was used constantly in over 20 actual construction and demolition sites. A remote control system for the manipulator was implemented by using a real-time wireless 3D camera. The camera was also used for the handling assistance based on the estimation of object positions, shapes and materials. Our development deliverables were published on 12 patent applications, 2 design registrations, 25 academic papers, and 4 press releases.
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