成果報告書詳細
管理番号20120000001019
タイトル平成21年度-平成23年度成果報告書 生活支援ロボット実用化プロジェクト 安全技術を導入した移動作業型(自律が中心)生活支援ロボットの開発 安全技術を導入した警備ロボットシステムの開発
公開日2013/4/10
報告書年度2009 - 2011
委託先名綜合警備保障株式会社 北陽電機株式会社 三菱電機特機システム株式会社
プロジェクト番号P09009
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成21年度-平成23年度成果報告書 「生活支援ロボット実用化プロジェクト、安全技術を導入した移動作業型(自律が中心)生活支援ロボットの開発 安全技術を導入した警備ロボットシステムの開発」

本事業では、自律性を有する移動作業型ロボットの安全に関する課題を洗い出し、安全を実現するために要求仕様や運用ルールを明確にし、その課題を解決する。ここでは、自律性を有する移動作業型ロボットとして、自律的な判断に基づいて巡回監視や案内を行う「警備ロボット」を対象とした。
警備ロボットの自律走行は衝突によるリスクレベルを低減するため、周囲に人が近づいた場合は距離センサーで人を感知し減速や停止処理を行っているが、商業施設など多数の人が存在する環境ではロボットが頻繁に停止してしまい、決められた時間内での巡回実施が困難となっている。
ロボットが周囲の障害物や人間の位置や動きを検知することで衝突リスクを見積もり、障害物回避や音声による注意喚起を行うことで、人が多数存在する環境中でも自律走行が可能な技術の開発を行った。具体的には安全性検証手法研究開発実施者と連携し、リスクアセスメント、安全性試験、パイロットスタディを実施した。その他に回避技術や危険予防技術の開発、測域センサのSIL2準拠や冗長性データバスなどの開発により、本質的安全設計や安全技術の開発を実施した。
(1) リスクアセスメントに関する研究開発については、自律的な判断に基づいて巡回監視や案内を行う警備ロボットを開発するにあたり、ロボットの使用目的、使用シーン及び運用シナリオ等を考慮し、安全性検証手法研究開発実施者と連携し現行の警備ロボットのリスクアセスメントの見直し、設計コンセプト検証を実施した。また、安全性検証手法研究開発実施者と連携し、パイロットスタディ、安全性試験を実施した。
(2) 人・障害物回避技術および自律走行技術の研究開発については、測域センサを用いた周囲環境認識技術に関する調査を行い、警備ロボットへの適用を考慮し、認識手法を決定した。これにより、ロボット周囲の静止障害物を検出し、動的に回避経路を生成する機能を開発した。
(3) 危険予防技術の研究開発については、ロボットが走行中に周囲の人間に対して注意喚起を行い、危険を予防する手法を検討した。また、検討した手法をロボットに実装した。
(4) 小型軽量な安全測域センサの研究開発については、警備ロボットの自動巡回に必要な安全測域センサの性能を決定し、実装において3台のカスケード接続が可能な安全測域センサを開発した。安全測域センサについては国際規格を調査して、警備ロボットに必須な安全水準SIL2相当の要求事項の達成方法を検討し、Safety Requirement Specification(SRS)を作成した。SIL3の安全通信の認証実績があるTTP通信の採用により、安全出力(OSSD)だけではなく、危険区域外のより遠くの測距データを障害物の事前回避に利用することでリスクを低減した。
(5) 姿勢安定化台車および冗長通信データバスの研究開発については、段差、傾斜などの路面環境でロボットが転倒して人を押し潰すリスクを軽減するために、ロボット上体の姿勢を水平に保つように電動シリンダの伸縮を制御する姿勢制御システムを開発した。また、通信のトラブルによりロボットが暴走するリスクを低減するために、SIL4の認証実績を有するTTP/C通信プロトコルによるデータバスの開発を行い、信頼性の高い走行制御及び姿勢制御のデータ通信を実現した。さらに、本ロボットが有する衝突のリスクと段差転落のリスクを軽減するために、これらの事象をセンサにて検出して緊急停止を行う既存の安全機能を、ソフトウェアによる制御処理と分離独立させ、SIL2の要求事項に基づいた設計を行うことで安全性を大幅に向上させた。
英文要約Title: Project for practical applications of service robots, Development of autonomously controlled mobile servant robots based on safety technology, Development of security robots based on safety technology (FY2009-FY2011) Final Report

The purpose of this project is to investigate the problem of the safety requirements for autonomously controlled mobile servant robots and define the specification and the operation-rule in order to solve the problem. The subject of this project is “Security Robots” which monitor and conduct based on its autonomous judgment as autonomously controlled mobile servant robots. Concretely we executed the risk assessment with the development provider of the safety verification technology. Besides, we performed the development of essential safety design, safety technology by the development of avoidance technology, hazard prevention technology, the development of laser range sensor to conform Safety Integrity Level-2 (SIL-2), and redundant data buses.
1) Development of risk assessment
In the development of the security robot, we reconsidered the risk assessment for the present security robot with safety verification technology and development provider. Furthermore, we simulated basic tests for safety verification.
2) Development of the person/obstacle avoidance technology and autonomous running technology
We determined detection method of the obstacle and the area where collision risk is generated.
We developed the function to generate an avoidable route, when the robot detects the obstacles.
3) Development of hazard prevention technology
To reduce the risk of crash, we implemented a program which automatically generates alert actions when the robot is going to move, stop, and turn and others.
4) Development of compact and lightweight safety laser range sensor
Laser range sensor’s specifications that fulfilled the requirements of the self-motion security robot were determined, a compact and lightweight sensor was designed according to the requirements. We developed laser range sensors in which cascade connection is possible and communication safety functionality.
5) Development of attitude stabilization vehicle and redundant communication data bus
In order to reduce the person squashing risk caused by tumbling down from inclination or difference level on the floor, we developed the attitude stabilization vehicle system which controls elasticity electric cylinder based on the attitude measured (robot base part) data by 3D gyroscope, to keep the horizontal posture of the robot upper part. And in order to reduce the risk of robot uncontrolled by communication error, we developed the data bus based on the TTP/C communication protocol standard certified SIL4, and realized high reliability data communication for drive/attitude control. And furthermore in order to reduce the risk of collision and tumbling down, we made robot improved more safety, by separate and became independent shut down safety function from software control process and also designed under SIL2 requirement.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る