Abstract
ロボットの軽量化は，動作の高速化や消費エネルギの軽減，安全性等の点から重要視される．しかしその反面，軽量化は機構強度の低下につながり，破損の可能性が高まるという問題も生じる．近年研究が盛んな福祉関連ロボットや生活支援ロボットなど，人間との共存を目指すロボットにおいては，人間に危害を加えないように軽く，しかも多種多様な環境や作業に柔軟に対応できることが望まれる．このような汎用的なロボットにおいては，適切な強度設計とともに，その動作段階で外力に対して安全な姿勢をとらせることが，機構の破損を回避する有効な手段の1つであると考えられる．
従来，ロボットの姿勢決定や動作計画については様々な研究が行われており，タスク遂行のための効果的な姿勢決定法の開発を目的とした研究などもある．しかしながら，これまでのロボットの研究において，アシモフの3原則第3条のような｢自己を守る｣という観点での研究例は少ない．そこで，ロボット機構を構造工学的に捉え，その強度的な危険性を評価し，場合によってはタスクの遂行よりも機構の破損回避を優先させるような動作計画法が提案された．これは，有限要素法を用いた構造解析を時々刻々行い，断面力レベルでの部材降伏危険性と機構に蓄積される全ひずみエネルギという2つのパラメータにより姿勢を変更し，機構の強度的危険性を回避する手法である．
本報告では，以下に示すような2つの構造力学的パラメータを用いた動作計画法について検証した．
・全ひずみエネルギのみを用い，その極小化を行う手法(Scheme A)
・断面力レベルでの部材の降伏危険性判定後，その抑制を行う手法(Scheme B)
・断面力レベルでの部材の降伏危険性判定後，全ひずみエネルギを抑制する手法(Scheme C)
さらに，本動作計画アルゴリズムを導入したインターフェースを作成し，低剛性のリンク部材を使用した実機による動作実験を行い，本手法の有効性について検証した．
In this paper, a motion-planning scheme of manipulators to avoid structural failure is described. In this method, manipulators are encouraged to protect themselves from structural failure by searching a safer attitude rather than to accomplish the given tasks in case their structural risk becomes high. The structural risk is judged by using two parameters, risk for member yielding and total strain energy stored in the architectures, which are calculated by using the Finite Element Method (FEM). Three schemes of motion planning using the structural parameters are compared by carrying out some numerical tests. Furthermore, the motion-planning algorithm is implemented into an experimental system with low-stiffness member to verify its validity.