日本國立研究開發法人新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）和埼玉大學在興電舍公司及WACOH-TECH公司的協助下，全球首次成功開發出了採用高動態範圍（HDR）力覺感測器的組裝機器人。
此次新開發出了力檢測範圍（動態範圍）爲10g至20kg重、達到原來10倍的感測器，以及能識別微小力度的人工智慧（AI）技術，透過配備這些技術，機器人可以邊調節微小的力度邊進行精密的組裝作業。
該機器人不但能控制力度組裝容易刮痕的樹脂材料等，還可以檢測提醒組裝操作已完成的咔噠聲，利用機器人的組裝作業有望實施升級。
圖1：採用HDR力覺感測器的組裝機器人
1．概要
近年來，透過配備力覺感測器，在調節力度的同時實施高級組裝的機器人越來越多。不過，這些機器人存在一個嚴重的課題，即力覺感測器的檢測範圍（動態範圍）較小，無法測量微小的力，無法精確調節力度。因此，產業領域要想推進省力化，需要開發和導入採用高性能力覺感測器的組裝機器人。
爲此，NEDO和國立大學法人埼玉大學爲實施高級組裝動作的自動化，於2018年度起動了利用高動態範圍（HDR）運動解析技術的組裝機器人研究發展專案。在該專案中，與WACOH-TECH公司合作開發了能大範圍檢測力（從微小的力到較大的力）的HDR力覺感測器，此次又在興電舍公司的協助下，成功開發出了採用該感測器的組裝機器人。這是全球首次開發出配備HDR力覺感測器的組裝機器人。
該機器人的力檢測範圍爲原來的商用力覺感測器的10倍，可檢測從10g重到20kg重的力。由於最小能檢測原來十分之一的力，樹脂材料等容易刮痕的物件物也可以控制力度進行組裝。另外，利用可基於精確的力資訊進行機器學習的人工智慧（AI）技術能準確識別組裝狀態，可實施更高級的組裝作業。例如，組裝結束時會進行振動，進行會發出表示安裝成功的咔噠聲的組裝作業時，透過利用力檢測振動，機器人能更準確識別出組裝成功，提高作業的可靠性。由此，除了利用以往的機器人力覺感測器能完成的作業外，還可以擴大機器人的應用範圍，完成需要精確調節力度的作業。
2．成果
【1】透過動態範圍爲原來10倍的力覺感測器和機器人實施精確的力覺檢測
此次開發的HDR感測器透過採用結合不同範圍應變發生體的獨特多級結構，與以往的商用感測器相比，實施了10倍的動態範圍，能檢測10g至20kg重的力。配備該感測器的機器人具備非常靈敏的力覺，即使利用像羽毛一樣輕的物體觸碰機器人也能檢測到。雖然機器人重達30kg，但用一支羽毛就能操作。
圖2：隨着羽毛觸碰產生的力（重約10g）行程
【2】利用精確的力覺實施組裝
利用上述【1】的技術實施了組裝動作。在插軸入孔作業中，以前很難組裝塑膠等容易刮痕的材料，但此次由於最小能檢測到原來十分之一的力，能以不會傷害材料的微小力度接觸並進行組裝。
圖3：樹脂材料的組裝作業
【3】利用識別微小力覺的AI技術提高組裝作業的可靠性
在對機器人精度要求比較高的蓋子組裝等高級組裝作業中，爲提高成功率，需要識別作業是否成功，並透過在失敗時重新作業來提高成功率。因此，此次開發了利用力覺檢測技術檢測表示作業成功的咔噠聲，用以判斷作業是否成功的人工智慧（AI）技術。利用AI的深度學習功能，組裝作業失敗時可微調動作重新作業，由此能大幅提高高級組裝動作的可靠性。
圖4：作業失敗後重新作業的機器人
【4】利用自動調整機器人剛性的AI技術實施高級組裝作業
衆所周知，人類透過調節身體的剛度來精確調節力的大小。研究團隊此次根據這一點，開發了透過強化學習來自動學習適合組裝作業的機器人剛度的AI技術，並配備於機器人。透過從過去的動作中學習，即使是高級組裝動作，也能精確而迅速地調節力度。
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
