Abstract
アシモフのロボット３原則第３条に，「ロボットは，第１条および第２条に反する恐れのない限り，自分の身を守らなければならない」とある．すなわち，人間への危害を加えることなく，命令に服従し，その上で自分の身を守る義務があるというのである．一方，例えばロボットの姿勢決定および動作計画については従来から様々な議論がされており，可操作度に着目した研究，消費エネルギの最小化や複数ロボットの協調作業を目指した研究などがある．これらの研究では，上記３原則の中では第２条(命令服従，換言すればタスク遂行)の遵守を目的としていると考えられる．そこで我々は，ロボットの姿勢決定および動作計画において第３条の遵守を目的とした，“軟弱ロボティクス”の概念を提案する．これは，タスクを実行する際に，機構内の強度的危険性を常に計算し，場合によっては目標とする姿勢や軌道への正確な追随よりも，機構の破損回避を優先させようという概念である．
本研究では，機構の強度的安全性を優先した姿勢決定・動作計画を行うため，有限要素法（FEM）を用いて機構内に蓄積される全ひずみエネルギを計算するとともに，断面力レベルでの部材の強度的な危険性を求め，強度的に危険だと判定された瞬間に全ひずみエネルギを抑制させるように姿勢または軌道を修正するアルゴリズムを開発した．適用例としては簡単なトラス型ロボット機構の姿勢決定問題および3リンクマニピュレータに対する動作計画問題を挙げ，全ひずみエネルギ抑制目標レベルや降伏危険性判定レベルなどの，構造強度パラメータが解析結果に対して与える影響を調べた．
In this paper, a new way of attitude determination and motion planning of robotic architecture for avoiding structural failure by restraining total strain energy stored in the architecture is described. It leads to a concept of feeble robotics, where robots are encouraged to protect themselves from destruction rather than to accomplish the given tasks. In the proposed motion-planning algorithm, when the risk of member yielding becomes higher while the robot is in motion, a safer attitude for restraining its total strain energy is searched. At the next step, a new trajectory is created, beginning with the obtained attitude, and ends with the final target which is initially given. The procedure is repeated until a converged attitude is obtained. Risk for member yielding and total strain energy are calculated by using the Finite Element Method (FEM), and an attitude for restraining total strain energy is searched by using the Direct Search Method (DSM). Some numerical tests are carried out with a truss-type robotic architecture and a 3-link manipulator, and interesting results are obtained by changing the judgment and target levels of structural parameters.