人間共存・協調ロボットのための近接覚・触覚センサ

福岡大学 工学部 電気工学科助教 辻 聡史

1

提案技術の概要

センサ接触面

近接覚(非接触)

触覚(圧力)

単一システムで近接・接触測定が可能

近接測定：対象の有無接触測定：圧力

自己静電容量測定単電極(E)とGND間の静電容量C

A

CE

GND

2

ロボット安全柵

作業員

ワーク

背景(従来の産業用ロボット)

安全柵が必要スペースが必要人と協調作業困難

自動車業界を中心にロボットが活躍

3

背景

人間共存型ロボット(協調ロボット)が注目

安全確保が必要

ロボット全体を覆う近接覚・触覚センサの開発

Work

Robot

Productionline

Worker

Safety fance Worker

WorkRobot

Sensor

Productionline

4

近接覚 触覚

衝突回避安全性 作業性

安全性向上作業性(直感的な操作)

目的

Sensor

Robot

Object Detectionarea

5

Conductor(GND) Other

近接覚・対象の接近を検出

触覚・圧力を検出・材質を識別

デモ

6

Proximity ■ProximityTactile■GND■Other

押込み量(圧力)センサ 制御回路

圧力 識別

デモ

7IEEE Sensors 2015 (2015)

接続AE2-E1間C2 測定

接触の有無 押し込み量

対象の有無 材質識別

接続BE1-対象間C1 測定

原理

E1

E2

C2

E1

E2

C2

Object

E2

C1

E1

E2

C1

E1

Detectioncircuit

A

BS

Elastic body

SA

B

E1

E2Shield

CDC

自己静電容量測定を利用接続A、Bを連続的に切替 8

センサシステム

148

60

70

80I

II

III

IV

I

IIIIIIV E1

E2 C2

E1

E2

C1

E1：大 非接触検知能力向上

E2：小 接触分解能向上

センサ裏(横)に測定回路9

提案センサの特徴

・近接測定、接触(圧力)測定

・自己静電容量測定のみ・センサ構造が単純

・測定システムが単純

・形の変更、曲面に配置可

・低コスト

・I2Cバスで通信、省配線

・後付が可能

単純なシステムでロボット全体を覆うことが可能

Elastic body

E1

E2

10

操作法の例

Sensor

Robot

Object Detectionarea

ロボット停止安全性向上

TP不要な操作(直感的な操作)

TP

SI2016 (2016) 11

0

1000

2000

3000

0

1000

2000

3000

0

1000

2000

3000

1000

2000

3000

00

1000

2000

3000

0

500

1000

1500

0

500

1000

1500

0

500

1000

1500

500

1000

1500

0 0

500

1000

1500

操作法の例

停止 移動 開 閉ロボット ハンド

安全性向上 TP不要な操作

接続

A

接続

B

12SI2016 (2016)

A B C D E

Proximity ■Proximity

Tactile■GND■Other

I

III IIIV

IIIIIIIV

IIIIIIIV

13SI2016 (2016)

操作法の例(デモ)

曲面への取り付け

14IEEE ICIT2017 (2017)

Proximity ■ProximityTactile■GND■Other

曲面への取り付け(デモ)

15IEEE ICIT2017 (2017)

想定される用途

センサ

近接検出範囲

産業用ロボット ヒューマノイド 車いす(医療分野)

ロボット

センサ

近接検出範囲

作業員

ワークロボット

センサ

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想定される用途①

作業員

ワークロボット

センサ

生産ライン

・非接触対象検出：ロボットを減速、停止：安全性向上・圧力検出：圧力に合わせロボットを操作：操作性向上

ロボットアーム(産業用ロボット)

センサ

近接検出範囲

産業用ロボット

17

想定される用途②

・非接触対象検出：ロボットを減速、停止：安全性向上・圧力検出：圧力に合わせロボットを操作：操作性向上

ロボット

センサ

近接検出範囲

対象

ヒューマノイド

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想定される用途③

センサ

近接検出範囲

・非接触検出：衝突回避、搭乗者に通知：安全性向上・圧力検出：外部から操作、搭乗者に通知：操作性向上

(電動)車いす (医療分野)

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実用化に向けた課題企業への期待

現状、研究室レベルでの研究、検証

・実環境下における影響・ロボットの動き・温湿度・周辺機器からのノイズ

・精度向上による近接検出距離向上

・サンプリング周波数の向上

実用化への展開20

まとめ

・近接覚・触覚手法の提案・単純な構造、システム

・ロボット等の触覚への可能性

特許出願済 :「近接・触覚センサ」PCT/JP2013/81231

特許出願済 :「近接・触覚センサ及び情報端末」特願2015-040239

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その他の研究①近接・圧力タッチパネル

計測研究会 (2016)一般的なタッチパネルの構造

・電極が大きい

・電極が半分に分離可・相互容量測定

近接：対象の位置検出

接触：中心位置・圧力測定

Pressuresensor

Film

E1

E2

Cover

22

その他の研究① 近接(遠)

近接(近)

接触

Pressuresensor

Film

E1

E2

Cover

CT1

CT2

E1E2

Glass Pressuresensor

CT2

Detection circuit

CT2

Detection circuit

Detection circuit

計測研究会 (2016) 23

お問い合わせ先

福岡大学 研究推進部 産学官連携センタ―担当コーディネーター 川上 由基人

ＴＥＬ 092－871－6631（内線 2806 ）ＦＡＸ 092－866－2308e-mail sanchi@adm.fukuoka-u.ac.jp

共同開発・研究を希望しています。興味のある方は、声をかけて下さい。

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