成果報告書詳細
管理番号20120000001020
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搭乗型生活支援ロボットの開発 搭乗型生活支援ロボットにおけるリスクアセスメントと安全機構の開発
公開日2013/4/10
報告書年度2009 - 2011
委託先名株式会社フォー・リンク・システムズ
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搭乗型生活支援ロボットの開発、搭乗型生活支援ロボットにおけるリスクアセスメントと安全機構の開発」
 人間の行動の範囲及び自由度を拡大する移動手段として、現在、自動車から自転車まで各種移動体が存在するが、少子高齢化の進展やCO2 ガス発生削減等の社会的課題を解決していくため、今後、高齢者や環境に配慮した移動体が求められてくる。本研究開発項目では、人や障害物が混在する状況において、人を乗せて移動する機能を備えた搭乗型生活支援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の要求仕様や安全ルールを明確にし、その課題を解決する安全技術を開発することを目的としている。 「本質安全」「衝突安全」「予防安全」を実施した搭乗型生活支援ロボットを実現するため、ソフトウェア視点で検討を重ねた。安全・認証を備えたソフトウェアプラットフォームとはどのような物であるべきかについて、ユースケース検討、リスクアセスメント、認証調査、開発プロセスや安全機能の仕様検討を行うことで、策定するソフトウェアプラットフォームの安全機能の向上を目指した。まず、ユースケース検討では、搭乗型生活支援ロボットに対して、使用される状況、使用者、使用場所を想定し、ユースケース表を作成した。ユースケース表の結果から、安全停止、転倒防止、システム異常検出が最重要課題としてピックアップされた。この課題の解決方法としてハードウェアによる停止処理では、人体に対しての負荷が大きいこと、ユースケース毎の要件に対する対応が困難であることから、ソフトウェアによる停止処理実装を検討した。本プロジェクトでは、安全・認証を備えたソフトウェアプラットフォームの策定にとどまらず、機能安全の考え方に基づくソフトウェア開発の実施も必要という観点から、特に、ソフトウェア安全ライフサイクルのプロセスに注力し、認証を取得するために必要となる管理体制、開発プロセスについての調査を行いプロセスごとに必要となるドキュメント等についてまとめを行った。認証取得と合わせて、そのソフトウェアを作成するための開発プロセスについて、要件定義やドキュメント体系についての検討を実施した。開発のあるべき姿として開発プロセスをV字プロセスとし、各フェーズにおける必要ドキュメント、運用体系についてガイドラインを作成した。また、これに合わせて、ソフトウェア開発プロセスにおける開発管理ツールの検討も実施した。 搭乗型生活支援ロボットの安全機能の側面から、異常時の停止については、人に与える影響の軽減を考えハードウェアによる停止以前に、ソフトウェアによる異常検出と安全停止機能について検討を行い、ハードウェア異常については、初期起動時に異常をチェックし、システム使用時は、定期的なハートビートによる異常検出を行うこととした。仕様が異なるロボットに広く適用できるよう、異常検出の方法や条件を設定できるよう詳細仕様を策定した。 机上での検討以外に、実際の搭乗型生活支援ロボットで発生している事象、特に特定の状態において発生している空転のケースに着目して実機での検証活動を行った。実証評価では、いくつかのユースケースを設定し、現在の搭乗型生活支援ロボットにおいて発生している空転のケースについて抽出を行った。ケースの抽出後、今回開発を行っている機能安全アプリケーションを実装することで、空転検出の性能と、その効果の検証を行い、搭乗型生活支援ロボットの空転制御処理での安全性について実機検証を行った。その結果、安全認証を備えたソフトウェアプラットフォームに取り込むことで、必要な要件を検討し、機能安全を実現したプラットフォームのアーキテクチャを策定した。 ソフトウェアプラットフォームの構成はユーザアプリケーションとハードウェアの間に位置し、安全性を実現する層として位置づけ、ロボットを制御するためにユーザが開発する各種機能を含むアプリケーションから呼び出される「システムソフトウェア」を共通機能の提供する窓口とした。ソフトウェアプラットフォームの共通処理の核となる部分で、最小限の機能を集約した「マイクロカーネル」を定義し、ユーザアプリケーションからの直接操作を行えない作りとした。ハードウェアに依存する部分のうち、CPUのアーキテクチャにアクセスする部分をASP(Architecture Support Package)にまとめ、CPU周辺機能とボードへのアクセスはBSP(Board Support Package)に機能を集約し、ハード依存部とソフトウェア部を分離することで、移植性や信頼性を兼ね備え、汎用的で機能安全も備えたプラットフォームを実現した。
英文要約Title: Project for practical applications of service robots, Development of person carrier robots based on safety technology, Development of risk assessment and safety mechanism for passenger robots (FY2009-FY2011) Final Report
At present, various types of mobility devices, from automobiles to bicycles, exist as a means of transportation to expand people's range and freedom of action. Going forward, however, mobility devices incorporating design considerations for the elderly and environment will be required to deal with various social issues, such as the combination of declining birthrate and aging society and the reduction of CO2 emissions. This purpose of this research and development project is to identify issues regarding the safety of a rideable life-assist robot that allows people to get on it and move around in situations in which people and obstacles coexist, define the specifications and safety rules required for realizing safety, and develop the safety technologies for resolving those issues.
To create a rideable life-assist robot that implements intrinsic safety, collision safety, and preventative safety, we also investigated software potentialities. A software platform that provides safety and certification had to have certain characteristics. Our aim was to enhance the safety functions of the software platform to be devised through a study of use cases, review, risk assessment, certification examination, and the specification for the development process and safety functions. Starting with use case study, we envisioned the usage conditions, users, and place of use for a rideable life-assist robot and created a use case table. From the use case table, we determined that the maximum priority issues were emergency stop, anti-roll, and system abnormality detection. As a means of resolving these issues, hardware-based stop processing exerts a great load on the human body and presents feasibility issues in terms of adapting to the individual requirements of each use case. This led us to investigate implementation of software-based emergency stop processing. We took the approach that creating a software platform providing safety and certification did not signify completion. The principle of functional safety also had to drive software development. With particular focus on the software safety lifecycle process, we put together the management system and documents needed by each process (as determined by development process review) required to obtain certification. Along with certification, we studied requirement definition and the documentation system for the development process for creating this software. The V process model was adopted as our essential development process, and the required documents for each phase and guidlines for the operational system produced. In conjunction with this, we also studied development management tools for the software development process.
With respect to the safety functions of a rideable life-assist robot and mitigating the effects on people of emergency stops, a study of software abnormality detection and safety stop functions was primary over software-based stopping. We specified a system in which a check for software abnormalities is performed during initial startup and periodic heartbeat abnormality detection is performed during system operation. To enable broad application to robots of varying specifications, we devised detailed specifications that allow the setting of the abnormality detection method and conditions.
Additional to theoretical study, we used an actual robot to execute validation activities focused on actual events generated by rideable life-assist robots, in particular wheel slip that occurs under specific circumstances. For demonstration assessment, we set several use cases and performed extraction for cases of wheel slip that occur with current rideable life-assist robots.
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