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発表・掲載日:2009/03/16

人間に近い外観と動作性能を備えたロボットの開発に成功

-エンターテインメント分野への応用を期待-

ポイント

  • リアルな頭部と日本人青年女性の平均体型を持つ人間型ロボットを開発
  • 人間に近い動作や音声認識にもとづく応答を実現
  • エンターテインメント分野や人間シミュレーターとして機器評価への応用に期待

概要

 独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】(以下「産総研」という)知能システム研究部門【研究部門長 平井 成興】ヒューマノイド研究グループ 梶田 秀司 研究グループ長らは、人間に近い外観・形態を持ち、人間に極めて近い歩行や動作ができ、音声認識などを用いて人間とインタラクションできるヒューマノイドロボット(サイバネティックヒューマン、以下「HRP-4C」という)を開発した。

 HRP-4Cは、身長158cm、体重43kg(バッテリー含む)で、関節位置や寸法は日本人青年女性の平均値を参考に、人間に近い外観を実現した。歩行動作や全身動作はモーションキャプチャーで計測した人間の歩行動作や全身動作を参考にして、HRPにおいて開発された二足歩行ロボットの制御技術を適用することにより、人間に極めて近い動作を実現した。また、音声認識にもとづく応答動作など、人間とのインタラクションを実現した。

 HRP-4Cは、産総研が2006年度から3ヵ年計画で実施した産学連携プロジェクト「産総研産業変革研究イニシアティブ(以下「産総研イニシアティブ」という)」の「ユーザ指向ロボットオープンアーキテクチャの開発(以下「UCROA」という)」の一環として、エンターテインメント産業への応用を主な目的として開発され、ファッションショー等への利用が期待される。

 2009年3月23日に開幕する第8回「東京発 日本ファッション・ウィーク」のファッションショーの一つに出演を予定している。

開発した「HRP-4C」の写真1 開発した「HRP-4C」の写真2
開発した「HRP-4C」


開発の社会的背景

 経済産業省は、ロボット技術の高度化を通じた生産性と生活の質の向上を目的として、ロボット・新機械イノベーションプログラムを推進している。2007年7月には、次世代ロボット安全性確保ガイドラインをとりまとめ、現在もロボット産業政策研究会を実施し、生活支援ロボット等の実用化に向けた取り組みをしている。

 ヒューマノイドロボットは、次世代ロボットの最終形態の一つとして期待され、民間企業での取り組みも含め精力的に研究開発が行われているが、これまでに実現した応用は研究開発用のプラットフォーム、ホビー等に限定され、市場規模も年間10~20億円にとどまっている。

 次世代ロボットの中でも、特に二足歩行するヒューマノイドロボットの産業化は容易ではない。産業化を阻む主な理由として、(1)歩行するだけでは商品価値が乏しいこと、(2)単価が高いこと、(3)転倒すると大きく破損すること、の3点が挙げられる。

 二足歩行ヒューマノイドロボットの産業化のための方策の一つのとして、人間に極めて近い動作が可能であれば、展示会やファッションショー等のエンターテインメント分野への応用が考えられる。

研究の経緯

 産総研は、経済産業省「人間協調・共存型ロボットシステムの研究開発(HRP)」(1998~2002年度)においてHRP-2の開発、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)「実環境で働く人間型ロボット基盤技術の研究開発」(2002年度~2006年度)においてHRP-3の開発に参画してきた。HRP-2は、働くヒューマノイドロボットの実現可能性を示すとともに、研究開発用プラットフォームとして実用化され、これまで20体程度が国内外で利用されてきている。HRP-3は、防じん・防滴性能と高い運動機能を備え、3K作業への応用可能性を示した。また、2005年の愛・地球博では、NEDOと共同で恐竜型二足歩行ロボットを出展するとともに、185日間の連続運用に成功して、二足歩行技術のエンターテインメント分野への応用可能性を証明した。

 さらに、2006年5月には技術移転により研究開発用小型ヒューマノイドロボットHRP-2mを開発し、産総研認定ベンチャーから100体程度を販売するとともに、介護予防リハビリ体操インストラクター補助ヒューマノイドロボットも開発中である。

 また、産総研イニシアティブのUCROAでは、2010年に実用化が可能で大きな市場が期待できる次世代ロボットのプロトタイプを開発することにより、ユーザーの仕様に応じたロボット製品が再利用可能な基盤技術の組み合わせにより開発可能であることを社会に示すことを目標にしている。HRP-4Cは、UCROAで開発中の三つのプロトタイプロボットの一つとして開発された。

研究の内容

 HRP-4Cは、産総研で研究開発が行われてきた実時間LinuxRTミドルウエアロボットシミュレーターOpenHRP3音声認識二足歩行技術等のRT(ロボットテクノロジー)基盤技術を利用したユーザ指向ロボットオープンアーキテクチャにもとづき効率良く開発された。また、HRP-4Cは、以下のような新機能・特徴を持つことで、エンターテインメント分野、人間シミュレーターとして人間用の機器の評価、人間の動作を補助する機械への応用が期待されている。

 (1) 身長158cm、体重43kg(バッテリー含む)で、関節位置や寸法は「日本人人体寸法データベース1997-98」の青年女性の平均値を参考に、人間に近い外観を実現している。
 (2) 人間に極めて近い動作を実現するため、腰に3自由度、首に3自由度、顔に8自由度を設けている。
 (3) 歩行動作や全身動作はモーションキャプチャーで計測した人間の歩行動作や全身動作を参考にして、HRPにおいて開発された二足歩行ロボットの制御技術を適用することにより、人間に極めて近い動作を実現している。
 (4) 音声認識RTミドルウエアが実装された頭部コンピューターで人間の音声を認識し、音声認識結果にもとづく応答動作など、人間とのインタラクションを実現している。

 なお、HRP-4Cは、HRP-2の開発技術を継承するとともに本田技研工業株式会社の特許権を実施することにより利用している。

 今回開発したHRP-4Cは、現状では限られた動作(歩行を含む)であるが、人間に極めて近い動作が可能であり、展示会やファッションショー等のエンターテインメント分野への応用が期待される。また、人間に極めて近い外観・形態を有していることから、人間シミュレーターとして人間用の機器の評価への応用の可能性もある。さらに、人間に近い動特性を持つロボットの全身運動制御技術は、人間の動作を補助する機械(パワーアシストスーツ等)に応用されることも期待できる。

 HRP-4Cは、「人間の形態をしている」というヒューマノイドロボットの最大の特徴を活かし、ヒューマノイドロボットの早期の実用化に道を拓くものと考えられる。

開発した「HRP-4C」の写真3 開発した「HRP-4C」の写真4
図1
図2

開発した「HRP-4C」の写真5 開発した「HRP-4C」の写真6

図4

図3
 

今後の予定

 産総研イニシアティブUCROAは、2008年度(2009年3月末)で完了し、今後は全身運動制御技術の高度化を進めるとともに、エンターテインメント分野への応用の実現を目指し、コンテンツ開発支援技術の研究開発を実施する計画である。この第一歩として、2009年3月23日に開幕する第8回「東京発 日本ファッション・ウィーク」のファッションショーの一つに出演を予定している。


用語の説明

◆サイバネティックヒューマン
産総研のヒューマノイド研究グループでは、人間に近い外観・形態を持ち、人間に極めて近い歩行や動作ができ、音声認識などを用いて人間とインタラクションができるヒューマノイドロボットを、サイバネティックヒューマン(Cybernetic Human)と呼んでいる。[参照元へ戻る]
◆モーションキャプチャー
モーションキャプチャーとは、人の動きをコンピューターに取り込みモデル化する技術のこと。一般に、人間の各部に赤外線などの特殊な光をよく反射する球状のマーカーを複数取り付け、これを複数の赤外線カメラなどで観察することにより、各マーカーの3次元位置を得る光学式と、磁気センサーをマーカーに用いる磁気式がある。両者とも、ハリウッド等で人間の動きをコンピューターグラフィックス(CG)にとりいれ特殊シーンを撮影する場合によく使用されるようになり、近年爆発的に開発されてきた。[参照元へ戻る]
◆HRP(Humanoid Robotics Project)
1998~2002年度に経済産業省が5ヵ年計画で実施した「人間協調・共存型ロボットシステムの研究開発」のこと。[参照元へ戻る]
◆産総研産業変革研究イニシアティブ
イノベーション創出のためのシナリオドリブンの研究開発を行う産学官連携プロジェクトで、技術の「悪夢(死の谷)」を乗り越えた新産業創成を目指し、持続的発展可能な社会の実現に向けて、産業技術アーキテクトの主導により運用される。[参照元へ戻る]
◆ユーザ指向ロボットオープンアーキテクチャ(UCROA)
UCROA(User Centered Robot Open Architecture)。産総研イニシアティブの一つで、2006年度から3ヵ年計画で実施されたプロジェクト。[参照元へ戻る]
◆実時間Linux
旧工業技術院電子技術総合研究所で開発された実時間OSであるART-Linuxのこと。他の実時間Linuxとは異なり、実時間拡張がユーザー空間で実現されているため、既存のデバイスドライバーを無修正で使える点が特徴である。現在はART-Linux2.6の開発が独立行政法人 科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(CREST)「実用化を目指した組込みシステム用ディペンダブル・オペレーティングシステム(2008年10月~2014年3月)」で続けられている。[参照元へ戻る]
◆RTミドルウエア
産総研が開発中の分散オブジェクト技術を利用したロボットシステム構築のためのソフトウェア基盤技術。ロボットの要素技術をモジュール化するRTコンポーネントの共通仕様と、それを利用したロボットシステム構築のための支援ソフトウェアから構成される。現在、産総研、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、社団法人 日本ロボット工業会(JARA)が中心となって、RTコンポーネントの仕様の標準化を国際標準化団体OMG(Object Management Group)で行っている。[参照元へ戻る]
◆ロボットシミュレーターOpenHRP3
産総研、東京大学、ゼネラルロボティックス株式会社が分担し開発した多種多様なロボットのシミュレーションを行えるソフトウェアOpenHRP3 (Open Architecture Human-centered Robotics Platform 3)のこと。速度や加速度により発生する力も含めた物体の動きやロボットの動作の力学シミュレーションや、ロボットの動作が与えられたときにロボットのカメラから見える画像のシミュレーションを行うことができる。[参照元へ戻る]
◆音声認識
人間が発声した声をマイクから入力し、その言葉が何かを認識すること。[参照元へ戻る]
◆二足歩行技術
産総研が開発中のヒューマノイドロボットHRPシリーズで採用されている二足歩行技術のこと。[参照元へ戻る]
◆日本人人体寸法データベース 1997-98
1994年から1999年にかけて、日本人の青年男女(19-29歳)約200名および高齢者男女(60歳以上)100名を対象として計測した人体寸法、質量、重心位置などを収録したデータベース。旧工業技術院生命工学工業技術研究所、旧製品評価技術センターが実施した。 [参照元へ戻る]
◆自由度
自由度(Degrees of freedom)は自由に変更できる変数を意味し、ロボットの場合には自由に運動できる方向の数、すなわち、関節数を意味する。[参照元へ戻る]

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