客觀日本

大林組利用液壓驅動式重型建築機械驗證力觸覺系統

2019年10月18日 機械/機器人

日本大林組公司爲實施讓重型建築機械的操作人員在作業時能感受到重型機械接觸物體的力、動作和觸覺,把與慶應義塾大學理工學部系統設計工學科專任講師野崎貴裕共同開發的 「真實觸覺」(Real Haptics)力觸覺再現技術,應用到了液壓驅動式重型建築機械上,並實際驗證了其性能和操作性。

大林組利用液壓驅動式重型建築機械驗證力觸覺系統

佩戴手套式裝置的驗證實驗

「真實觸覺」是慶應義塾大學全球研究所特任教授大西公平發明的「雙向傳輸現實物體與周邊環境的接觸資訊,再現力觸覺技術」。透過傳輸人類觸碰物體時感受到的軟硬度、氣球般的彈力及自主動作等力觸覺資訊,可以在遠處的操作者手上再現同樣的力觸覺。

另外,「真實觸覺」與其他觸覺技術不同,利用的是機械驅動部所承受的反作用力,因此特點是隻需使用很少的觸覺檢測感測器即可,還適合用於對感測器來說非常惡劣的外部環境。此外,由於能任意設定操作側和驅動側的「力的倍率」和「距離倍率」,即使操作側的手受力很小或輕微行程,也能以等比增大數倍的力操作驅動側。

該技術與在室外環境下操作重物的重型建築機械相容性比較強,不僅如此,對於僅依靠透過視覺和聽覺獲得的資訊進行操作的操作人員來說,透過引進和利用力觸覺技術,還有望提高作業安全和效率,因此大林組與慶應義塾大學爲了在重型建築機械上應用「真實觸覺」技術,於2018年開發了適合液壓驅動控制的演算法並推進了系統化。

此次,大林組將開發的系統應用於液壓挖掘機,實施了驗證實驗。驅動側安裝了抓鬥的液壓挖掘機將「力倍率」設定爲2,000倍,「距離倍率」設定爲16倍,然後根據操作側的指示操作抓鬥,抓取了試驗體。試驗結果顯示,針對厚度爲0.5mm的薄鋼管、H形鋼品和木材等10種特性各異的建築材料,均在操作人員的手上再現了力觸覺,連非常容易變形的薄鋼管也在沒有受損的情況下成功抓取並搬運。另外,還針對操作側的指示,測量了驅動側的位置、加速度和力等3項要素,並對數值進行比較,定量應答了驅動側是按照設定的倍率運行的。

此外,大林組還在無「真實觸覺」的狀態下實施了同樣操作的對比實驗。操作人員爲避免物體變形,要一邊用眼睛應答一邊慢慢抓取,所需的時間比較長,由此應答,透過感受力觸覺能提高作業效率。另外還應答,向現有的液壓驅動式重型機械追加配備該系統並不會花費太多費用和時間。

考慮到實驗時的實用性,大林組爲操作側開發了搖桿式和手套式2種裝置。利用搖桿式的話,操作人員可以邊感受力觸覺,邊透過最佳力度抓取建築材料,不僅如此,還能維持抓取力度。手套式採用機器人的遠程操作也使用的裝置,由於手部動作與實機的抓鬥動作是起伏同步的,即使是還沒習慣操作重型機械的人也能憑感覺操作。

大林組利用液壓驅動式重型建築機械驗證力觸覺系統

手套式裝置

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文:JST客觀日本編輯部翻譯整理