成果報告書詳細
管理番号20140000000497
タイトル平成22年度-平成25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 屋外移動支援機器における安全エンジニアリング技術の研究開発
公開日2014/9/18
報告書年度2010 - 2013
委託先名IDEC株式会社
プロジェクト番号P09009
部署名ロボット・機械システム部
和文要約件名:平成22年度-平成25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 「屋外移動支援機器における安全エンジニアリング技術の研究開発」

1.実施した研究開発の概要
生活支援ロボットの実用化において最大の課題である安全対策について、電磁誘導式ゴルフカート及びハンドル型電動車いすを対象に、安全エンジニアリング技術として包括的に研究開発を実施した。安全エンジニアリング技術はセーフティセンサなどの安全機器技術、リスクアセスメントの結果必要となる安全制御システム設計技術、また残留リスクに対応するためのソフトウェア要素技術としての安全運用技術の3つの技術である。
研究開発の結果、誘導式ゴルフカートにおいてシステム全体でSIL2、PLd相当の安全関連部を実現することができた。
2.実施計画の達成状況
(1)電磁誘導式ゴルフカート
・屋外対応レーザスキャナの開発
ジンバル機構による3Dスキャン方式により、太陽光の影響を軽減した屋外対応レーザスキャナをPLd、SIL2の安全性能で試作した。安全防護のための検知エリアは2m、応答速度270msである。
・安全無線非常停止装置の開発
移動ロボットに共通して必要となる安全無線による非常停止装置を開発した。応答時間160ms(1:1通信時)、通信距離最大150m、国際規格に準拠した安全な停止と表示機能を備えている。
・リスクアセスメント技術の開発
電磁誘導式ゴルフカートにおける自動走行モードを対象にリスクアセスメントを実施した。また、ゴルフ場の責任者(支配人など)、キャディ、プレイヤ、保険金支払い記録などの多角的な事故調査により、これを補完した。
・安全制御システム技術の開発
リスクアセスメントの結果から要求される安全性能の維持能力(PLd、SIL2)をもった機能安全制御システムを構築した。また故障挿入試験(FIT)試験による妥当性確認を実施し合格した。
・安全運用技術の開発
残留リスクへの対応と、ゴルフ場に対する包括的な安全運用マニュアルを策定した。
(2)ハンドル型電動車いす
・段差検知センサ開発
転落防止のための段差検知センサを開発した。最大検知距離は2m、角度120°の範囲で安全エリアを設定でき、これより遠方を危険と判断する。
また障害物検知機能も搭載しており、2m以内で距離設定でき、角度90°に入る障害物を検知することができる。
・リスクアセスメント技術の開発
事故事例調査に基づくリスクアセスメントを実施し、最大のリスクが転落による搭乗者の死亡であるという結果を得た。
・安全性評価手法構築のための貢献
生活支援ロボット安全検証センターに対して、段差検知による停止性能測定、斜面における姿勢変化の影響測定などの性能評価方法を提案した。
英文要約Title:Project for practical applications of service robots, Development of passenger robots based on safety technology, Research and Development of Safety Engineering Technology for Outdoor Mobile Personal Care Robots (FY2010-FY2013) Final Report

1. Overview of research and development
Focusing on an electromagnetic guided golf cart and mobility scooter, a comprehensive safety engineering technology study was conducted on safety measures, the biggest issue for the practical application of service robots. Safety engineering consists of three technologies: safety device technology such as safety sensors etc.; system design technology for safety control which is necessary for risk assessment reasons; and safety operational technology, namely software component technology for taking countermeasures against residual risks.
Based on the results of the study, we constructed safety-related part that is equivalent to SIL2 and PLd in the overall system for electromagnetic guided golf carts.

2. Achievement status of implementation plan
(1) Electromagnetic guided golf cart
・ Development of laser scanner for outdoor use
We built a prototype laser scanner for outdoor use that reduces the solar effect and with safety performance levels comparable to PLd and SIL2 using a 3D scanning method that utilizes a gimbal mechanism. Distance of protection is two meters and the response time is 270 ms.
・ Development of wireless emergency stop system
A wireless emergency stop system that will be a vital component of all mobile robots was developed. With a response time of 160 ms (1:1 communications) and a maximum communication distance of 150 m, the device has safety stop and indication functions that conform to international standards.
・ Development of risk assessment technology
Risk assessment of the electromagnetic guided golf cart was carried out in automatic running mode. This was also supplemented by a wide-ranging accident investigation of the golf course manager, caddies, players, insurance payment records, etc.
・ Development of safety control system technology
In accordance with risk assesment result, a functional safety control system was constructed having to meet PLd and SIL2. The system also passed a validation test, which was carried out using a fault insertion test (FIT).
・ Development of safety operational technology
A comprehensive safety operational manual was prepared for the golf course to deal with residual risks.
(2) Mobility scooter
・ Development of uneven surface detection sensor
A sensor to detect uneven surfaces was developed to prevent falls. A safety area with a maximum detection distance of two meters and an angular coverage of 120° can be set up.
The scooter also has the ability to detect obstructions up to two meters away and within an angle of 90°.
・ Development of risk assessment technology
Risk assessment based on accident case studies was carried out. The findings showed that the highest risk is death of driver due to falls.
・ Contributions to constructing a safety validation method
We proposed performance evaluation methods to the Robot Safety Center. These included measuring the stop performance through uneven surface detection and the impact of changes in posture on sloping surfaces.
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