2023/04/28学生編集委員会企画：第40回日本ロボット学術講演会レポート(一般セッション：産業用ロボットの機構・制御・システム (1/2))

1.はじめに

　2022年9月5日から9日にかけて東京大学で開催された第40回日本ロボット学会学術講演会のセッション参加レポートをお届けします．

2.セッションレポート

　今回レポートするのは，セッション4日目，9月8日の午後に開かれた「産業用ロボットの機構・制御・システム (1/2)」になります．このセッションでは，ロボットの産業利用に関して，様々な観点から7件の提案がなされました．まずは発表の概要について紹介します．

　1件目はセイコーエプソン(株) の研究グループによる「力 制御を用いた樹脂部品組立作業での良否判定方法」[1] です．この発表では，力覚センサを用いたインピーダンス制御による樹脂製品の組立時のデータを解析することで，力制御のログから製品の良否判定が行えることを報告しています．

　2件目は長岡技術科学大学の研究グループによる「加速度センサによる単慣性化に基づく垂直多関節ロボットの負荷側加速度制御」[2] です．この発表では，外乱オブザーバ (DOb) を用いた加速度制御において，ロボットの機械的共振を抑えるための手法を提案しています．

　3件目は広島大学の研究グループによる「遅れがある速度指令型ロボットにおけるアドミッタンス制御の不安定化抑制手法」[3] です．この発表では，モーターの電力値からトルクを推定し接触中にアドミッタンス制御のパラメータを変化させることでアドミッタンス制御の振動を抑制する手法を提案しています．

　4件目は (株) 東芝の研究グループ「曲面上の微小なキズの検査をする 6 軸ロボットアーム制御システム」[4] です．この発表では，ワンショット BRDF という光学系を装備したロボットアームによって複雑な形状を持つ対象物表面の微少な傷を迅速に検査するシステムを提案しています．

　5件目は東芝インフラシステムズ(株) と(株) 東芝の研究グループによる「荷降ろしロボットのマルチハンド研究開発」[5] です．この発表では，近年需要の高まる荷降ろしロボットにおいて，不規則なサイズの荷物にも対応できるハンドを提案しています．

　6件目はセイコーエプソン(株) の研究グループによる「分光ビジョンシステムの原理と応用」[6] です．この発表では，色検査を自動化する分光システムを紹介し，そのシステムの応用例を報告しています．

　7件目は広島大学の研究者による「An Equation-of-Motion Representation of Gear Transmissions with Low Backdrivability」[7] です．可逆駆動性の減速機構の運動方程式表現について提案しています．

　これらの中から，私が特に興味を持った1件目の「力制御を用いた樹脂部品組立作業での良否判定方法」[1] と2件目の「加速度センサによる単慣性化に基づく垂直多関節ロボットの負荷側加速度制御」[2]，4件目の「曲面上の微小なキズの検査をする 6 軸ロボットアーム制御システム」[4] について詳しくレポートします．

 

(a) 使用されたロボット

(b) 押し込み力のログ
図 1: 組立作業の良否判定システム [1]

　まず，「力制御を用いた樹脂部品組立作業での良否判定方法」[1] についてです．この発表では，力制御時のログをタスクの成否と結びつけ，力制御と同時に製品の良否判定が可能であることを報告しています．

　この発表で行われた組立は，樹脂部品同士をスナップフィットではめ込むもので，はめ込み時の制御は力覚センサを利用した力制御によって行われます．具体的には，ロボットエンドエフェクタと作業対象の接触点で目標インピーダンスが実現されるように制御を行っています．

　今回報告された製品の判定法は，この力制御によるはめ込み時の力ログ (図 1) を使用しており，はめ込み時にスナップフィットがうまくいくことによる一時的な押し込み力の変動を観測できるかどうかで組立製品の良否判定を行えるとしています．

　はめ込みを行うために必要な力制御用のセンサの値を利用して，制御と同時に組立製品の評価もできるというのは面白いと思いました．

 

　次に「加速度センサによる単慣性化に基づく垂直多関節ロボットの負荷側加速度制御」[2] です．この発表では，モータではなく負荷側に加速センサをおく手法を提案しています．

　外乱オブザーバ (DOb) を用いた加速度制御は力と位置のハイブリッド制御が可能で，制御性能の向上を実現しています．一方で，剛性が低下し駆動部と負荷側の二慣性系になってしまう産業用ロボットにおいて，一般的な DOb を用いた加速度制御では，共振によってロボットが振動してしまうという問題があります．

　この発表では，負荷側にも加速度センサを用いることでねじれなどの補償を行い二慣性系を単慣性化した上で，負荷側の加速度制御を行う手法を提案しています．具体的には，負荷側の加速度をフィードバックすることで，負荷側の速度とねじれトルクを打ち消します．これにより単慣性化したロボットに対して，負荷側のジャーク(加加速度) を観測しフィードバックすることで振動抑制を行っています．

　実際の実験では，産業用垂直多関節ロボットを対象に提案手法の検証を行っており，シミュレーションと比較も行っています．実機では，モーター側の速度が 0 になり動摩擦から静止摩擦に切り替わったことで加速度の応答が悪い部分があったものの，負荷側加速度制御を行えることを確認しています．

　共振を抑えるために非駆動部に対して加速度センサを取付け，フィードバック制御により二慣性系であることにより発生する力を補償するというのは，制御対象をセンシングするという基本の通りではありますが，面白いと感じました．多軸動作への対応などを含めて今後に期待したいと思います．

 

図 2: ワンショット BRDF [4]

 

図 3: 検査の流れ [4]

　最後に「曲面上の微小なキズの検査をする6軸ロボットアーム制御システム」[4] です．この発表では，ワンショット BRDF という光学系を装備したロボットアームによって複雑な形状を持つ対象物表面の微少な傷を迅速に検査するシステムを提案しています．

　ワンショットBRDF(図 2) は傷に対して入射した光が大きく散乱されることを利用して，従来では検知することが難しかった微少な傷を瞬時に鮮明な画像として撮影できるシステムです．一方で，散乱光を利用するので，走査面に対して正対する必要があり，曲面などの場合は，正対したまま曲面に対して一定の距離の保ちながら曲面を走査する必要があります．

　この発表では，前述の要件に加え撮影時のブレをやロボットの運動を考慮して，シミュレーション上でベクトル変化量と移動距離の最適化を行い軌道を生成しています．さらに求めた最適化軌道に対して実際にワンショットBRDF を搭載した 6 軸ロボットアームを追従させ実際にマッピングと傷の確認ができることを確認しています．

　私自身研究で画像を利用したセンシングを行っており，複雑な画像処理を必要とせず光学的要素によって表面の微細な傷を走査するというのはとても興味深いと感じました．

 

　以上でセッション「産業用ロボットの機構・制御・システム (1/2)」の紹介を終わります．今回のセッションでは，ロボットに関して制御手法・センシング・機構に至るまで様々な提案がなされ，近い将来でのより多くの場面での省人化・自動化が予想されるような内容でした．

 

参考文献

[ 1 ] 奥山正幸, 丸山健一, 長谷川浩,“力制御を用いた樹脂部品組立作業での良否判定方法,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-01,2022.
[ 2 ] 長尾星空, 横倉勇希, 大石潔, 宮崎敏昌, 川合勇輔, “加速度センサによる単慣性化に基づく垂直多関節ロボットの負荷側加速度制御,”ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-02, 2022.
[ 3 ] 前龍生, 菊植亮, “遅れがある速度指令型ロボットにおけるアドミッタンス制御の不安定化抑制手法,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-03, 2022.
[ 4 ] 杉山暢克, 大明準治, 石原義之, 大賀淳一郎, 加納宏弥, 大野博司, “曲面上の微小なキズの検査をする 6 軸ロボットアーム制御システム,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-04, 2022.
[ 5 ] 芝田元二郎, 瀧利和, 林家佑, 牛山隆文, 菅原淳, 三ツ谷祐輔, 藤原弘章, “荷降ろしロボットのマルチハンド研究開発,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-05, 2022.
[ 6 ] 相磯政司, 長谷川浩, 丸山健一, “分光ビジョンシステムの原理と応用,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-06, 2022.
[ 7 ] R. Kikuuwe, “An Equation-of-Motion Representation of Gear Transmissions with Low Backdrivability,”日本ロボット学会第40回学術講演会予稿集，4C2-07, 2022.

 

田原芳基（Yoshiki Tahara）

2021 年横浜国立大学理工学部機械・材料・海洋系学科卒業．現在同大学大学院先進実践学環修士課程在学中.（日本ロボット学会学生会員）