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ロボットマニピュレータとは?:ロボット工学の基礎知識1

ロボット工学の基礎知識

更新日:2017年10月13日(初回投稿)
著者:福岡工業大学 工学部 教授 木野 仁

一昔前、ロボットといえば、鉄腕アトムやドラえもん、ガンダムであり、現実には存在しない空想の産物でした。しかし、現在ではソフトバンクのPepperやiRobot社のロボット掃除機ルンバのように、私たちの身近な場所でさまざまなロボットが活躍しています。技術者がロボットを活用するためには、多くの知識が必要です。本連載では、技術者に必要なロボット工学の基礎知識について解説します。

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1. ロボットの過去と現在

近年、ロボット技術が非常に注目されるようになりました。ターニングポイントは、本田技研工業のヒューマノイドロボットであるP2の登場です。二足歩行ロボットの実用化には、まだまだ時間がかかると考えられていた時代でした。その中で、人間のように滑らかに歩行動作を行うロボットの登場は、大きな驚きでした。筆者が初めてP2の動きを見たとき、あまりの滑らかな動きに驚き、人が入っているのではと疑ったほどです。その後、P3を経て、2000年にはASIMO(アシモ)が発表され、ヒューマノイドロボットの実用化の扉が開かれました(図1)。

図1:本田技研工業のP3(左)とアシモ(右)

図1:本田技研工業のP3(左)とアシモ(右)(引用:Romram、P3(左)とASIMO(右)、Wikipedia、2006年)

ロボットが注目されるようになった理由として、1980年代後半から2000年にかけて起こった、急速な科学技術の発展が挙げられます。特に情報技術(コンピュータに関連する技術分野)の発展には目を見張るものがあります。コンピュータの計算速度や扱えるデータ数が飛躍的に増加し、より高度なプログラムの利用や、新しいアクチュエータやセンサ、新素材などを設計・開発できるようになりました。

現在、さまざまな種類のロボットが実用化され、社会で活躍しています。工場で活用されている産業用ロボットや家庭用のロボット掃除機、軍事産業の無人偵察飛行機や無人戦車なども、広い意味でいえばロボットの一種です。私たちが意識しないところでもロボットは活躍しています。例えば、マッサージチェアは、ロボットアームが人間をマッサージしていると考えられますし、自動車の自動走行もロボット技術の応用といえます。

2. ロボットマニピュレータとは?

一言でロボット技術といっても、人工知能、ロボットハンド、画像処理、ロコモーション(歩行などの移動方法)と、その内容は多岐にわたります。この基礎知識では、特にロボットマニピュレータを取り上げます。マニピュレータとは、Manipulate(操作する)の派生語です。産業用ロボットに代表されるロボットアームをイメージしてください(図2)。マニピュレータについて理解することで、産業用ロボットの特性を理解できます。また、ヒューマノイドロボットに代表される二足歩行ロボットや、その他の多足ロボットを動作させる基礎にもなります。なぜならば、ヒューマノイドロボットは、胴体に腕2本、脚(足)2本の合計4本のマニピュレータが接続したものと考えることができるからです。

図2:ロボットマニピュレータの例

図2:ロボットマニピュレータの例

3. ロボットマニピュレータの基礎用語

ロボットマニピュレータを学ぶ上で、基礎的な用語を説明します。マニピュレータを動作させる際には、手先位置や関節角度などを希望する位置や角度に動かします。このように、対象とする物体の位置や速度などの物理量を、希望の状態にすることを制御(コントロール)といいます。例えば、ロボットの手先位置を指定の位置まで移動するときは、手先位置を制御するといいます。

次に、マニピュレータの基本要素の名称を説明します(図3)。ロボットハンドなどが装着されているマニピュレータの先端部分はエンドエフェクタ(手先効果器)です。何か作業する部分を指します。モノを運んだり並べたりするときは、図3のようにモノをつかめるハンド形状です。溶接時にはアーク溶接部、切削加工時にはエンドミルなどになります。腕の棒状の部分はリンク(Link)といい、つながりやつなぎ留めるモノを意味します。ネット用語でもリンクを張る、リンク切れなどが用いられており、マニピュレータの場合は、関節と関節をつなぎとめている部分を指します。また、人間の関節に相当する部分は、関節(関節部)やジョイント(Joint)と呼ばれます。産業用ロボットなどでは、マニピュレータはベース部や土台と呼ばれる台座に固定されています。

図3:マニピュレータの要素

図3:マニピュレータの要素

いかがでしたか? 今回は、ロボットマニピュレータについて解説しました。次回はロボットマニピュレータを駆動させるアクチュエータについて説明します。お楽しみに!

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