概要 生活支援ロボットと安全性 生活支援ロボット関連ナショナルプロジェクト NEDO 生活支援ロボット実用化プロジェクト 経済産業省ロボット介護機器開発 導入促進事業 高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待 1

生活支援ロボットの研究開発最前線

〜高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待

比留川博久

（独）産業技術総合研究所

概要

• 生活支援ロボットと安全性

• 生活支援ロボット関連ナショナルプロジェクト

– NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト

– 経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進事業

• 高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待

1

• 全世界における稼働台数は年々増加 • 国内の産業用ロボットの稼働台数は全世界の３４％に相当（２００８年） • 日本の２００８年のロボット出荷額は約６，４９８億円 日本 34.3% アジア･豪州 （日本除く） 15.4% 米州地域 16.8% 欧州 33.2% その他 0.2% 138,457 447,711 605,296 750,728 922,875994,005 1,035,674 0 200,000 400,000 600,000 800,000 1,000,000 1,200,000 1985年 1990年 1995年 2000年 2005年 2007年 2008年 台 出典：日本ロボット工業会 「マニピュレータロボットに関する企 業実態調査」（2008）、IFR SD 「World Robotics 2009」 全世界における稼働台数

出典：IFR Statistical Department 「World Robotics 2009」 世界の産業用ロボット稼働台数（2008年） 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 ロボット出荷額の推移 輸出 国内その他 電気・電子機械産業 向け 1983年 1978年 1988年 1993年 1998年 2003年 2009年 （億円） 出典：ロボット工業会 ６，４９８億円 （０８年）

産業用ロボット市場の現状

2／25 2

主要国の産業用ロボット販売台数

3／25

市場動向詳細（2012年）

我が国の社会状況

2005年

2025年

増減

労働力人口

1)

（15才～64才）

6,770万人 6,300万人 ▲470万人

高齢者人口

2)

（65才～）

2,539万人 3,472万人

933万人

発生するギャップ

1,403万人

出典 1) 厚生労働省職業安定局推計(2002年7月) 2) 国立社会保障・人口問題研究所「日本の将来推計人口」（2002年1月） 5

高齢者数と医療費・介護費の推移

[厚生労働省] 6

3. 人間装着型ロボット _{4. 搭乗型ロボット} 2. 移動作業型ロボット 清掃ロボット _{物流センター} 搬送ロボット 1. 人間共存型産業用ロボット

2010年代に産業化が期待される次世代ロ

ボット

製造業空洞化の抑制 高齢化社会への対応 低炭素社会の実現 少子化への対応 社会インフラ維持 防災ロボット 7

8

安全の問題による負の連鎖

Negative Chain caused by a Safety Problem

消費者の 認知なし 低い ロボット普及率 動作・利用 実績なし 安全性・信頼性 自信なし，責任とれず 家電・自動車メーカ 不参入 需要喚起 なし

サービスロボット市場

負の連鎖

8

9

安全の責任分担の考え方

Who can be responsible for safety?

企業や国が，安全の全責任を負えるか？

販売 製造物責任 信頼 （適合マーク） 規格適合性認証

責任分担構造

生産者 ロボットメーカー 一般消費者 認証機関 （第三者機関） 安全規格（ISO/IEC →JIS）

EUなどは特に積極的に推進，TBT協定

生産者 ロボットメーカー 一般消費者

企業ブランドに頼る方法

信頼 （ブランド） 販売 責任 安全への 要求の増大 9

製品の安全性をどのように保証すべきか？

Who should guarantee the safety?

0 20 40 60 80 100 パソコン 自動車 携帯電話 家庭用ゲーム機 洗浄機能付き便座 ドラム式洗濯機 家庭用ジューサーミキサー 電磁式調理台 マッサージチェア エスカレーター 電動車いす エレベーター パーソナルモビリティ 自律作業ロボット パワード・スーツ ロボティック・ベッド (%) メーカー・業界団体 消費者団体・利用者団体 中立的な専門機関 10

2.5 0 2.0 1.5 1.0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 パソコン 携帯電話 自動車 エレベーター 電動車いす エスカレーター 家庭用ゲーム機 マッサージチェア 電磁式調理台 ドラム式洗濯機 洗浄機能付き便座 ジューサーミキサー

リスクｰベネフィットのバランスによる製品の受容

Balances between Risks and Benefits

リスクとベネフィットの関係（全体）

家電製品 情報機器 自動車 自律作業ロボット パワードスーツ ロボテック・ヘッド 産業技術総合研究所 「製品の安全性イメージに関する調査」（2010年11月実施） ベ ネ フ ィ ッ ト の 多 さ （ 指 標 値 ） リスクの多さ（指標値） パーソナルモビリティ 11

概要

• 生活支援ロボットと安全性

• 生活支援ロボット関連ナショナルプロジェクト

– NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト

– 経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進事業

• 高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待

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リスク アセスメント （移動作業型、人間装着型、搭乗型） 生活支援ロボットの 安全性検証手法の研究開発 安全技術を導入した 生活支援ロボットの開発 ●対人安全性基準の確立 ●安全性基準に関する 適合性評価手法の研究開発 ●ロボットの安全技術の開発 ●ロボットの安全性検証 安全性試験 適合性評価 密接な 連携 （１）生活支援ロボットの対人安全性基準、試験方法及び認証手法の確立 （２）安全技術を搭載した生活支援ロボットの開発 （３）安全性基準の国際標準化提案、試験機関、認証機関の整備 認証スキーム（案） ＜プロジェクト体制＞ 期間 ：H２１年～H２５年（５年間） 移動作業型ロボット 装着型ロボット 搭乗型ロボット 第三者認証機関（ISO/IEC Guide 65適合） ロボット製造者 その他の試験機関※機種の特殊な 試験項目を試験 第三者試験機関 （安全検証センター） ※共通な試験項目を試験 ＩＳＯ１３４８２ （非医療用パーソナルケアに関する安全要求事項）の制定 （ＴＣ１８４／ＳＣ２／ＷＧ７） 国際標準化 ※本プロジェクト成果を国内審議団体を通じて提案 ＜目的＞

NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト

13

プロジェクトにおける対象ロボット

移動作業型（操縦中心）ロボット 移動作業型（自律中心）ロボット 人間装着（密着）型ロボット 搭乗型ロボット ロボティックベッド（パナソニック） 歩行アシスト （本田技術研究所） ロボットスーツＨＡＬ （CYBERDYNE） 搭乗型ロボット （トヨタ自動車） 電動車いす （アイシン精機） 屋外移動支援機器 （ＩＤＥＣ） 物流センターの無人搬送ロボット （ダイフク） （日立産機システム） ・耐荷重試験 ・衝撃耐久性試験 ・電波暗室試験 ・静的安定性試験 ・複合環境試験 ・衝突安全性試験機 ・障害物接近再現試験機 ・電波暗室試験 ・環境認識性能試験 ・多目的走行試験 ・耐荷重試験 ・衝撃耐久性試験 ・ベルト走行耐久試験 ・電波暗室試験 ・複合環境試験 ・耐荷重試験 ・衝撃耐久性試験 ・ドラム型走行耐久性能試験機 ・障害物接近再現試験機 ・複合環境試験 ・電波暗室試験 ISO13482、IEC6060-1、EN12184等 ISO13482 ＪＩＳ D 6802 、IEC61508、 ISO13849 ISO13482、IEC61496、IEC61508等

15

生活支援ロボット安全検証センターの役割

標準化提案機関（事務局：日本ロボット工業会） ロボット製造者 安全性認証機関 試験依頼 認証依頼 品質管理体制 及び製品の審査， 認証書の発行 試験データ提供 生活支援ロボット安全検証センター 試験結果 ●つくば市に2010年末に完成 ●生活支援ロボット用の安全性 試験拠点は世界初 ●日本主導の国際標準化に向けた 拠点として安全研究の実施 標準化団体（ＩＳＯ） 提案 （一財）日本自動車研究所 (一財)日本品質保証機構 データ 提供 技術・制度・法規制 等の相談 データ 提供依頼

①多目的走行性試験路 ②傾斜走行性試験路 ③環境認識性能試験装置 ④ロボット走行状態模擬装置 ⑤３次元動作解析装置 ⑥障害物接近再現装置 ⑦衝突安全性試験機 ⑧静的安定性試験装置 ⑨ダミー校正装置 ⑩複合環境振動試験機 ⑪衝撃耐久性試験機 ⑫耐荷重試験機 ⑬装着型生活支援ロボット耐久試験機 ⑭ベルト型走行耐久性能試験機 ⑮ドラム型走行耐久性能試験機 ⑯重心移動制御装置 ⑰装着型生活支援ロボット強度試験機 ⑱電波暗室

（１）走行試験関連エリア

（２）対人試験関連エリア

（３）強度試験関連エリア

（４）ＥＭＣ試験関連エリア

安全検証センターの内部エリア概要

ISO13482正式発行

移動作業型 ロボット 人間装着型 ロボット 搭乗型 ロボット ＜ロボットの例＞ パーソナルケアロボットの安全規格で2014年2月1日にISO（国際標準化機構）より発行

ISO 13482の構成

1. 適用範囲 2. 参照規格 3. 用語と定義 4. リスクアセスメント 5. 安全要求事項と保護方策 代表的危険源 （エネルギー源、振動、熱、耐久性など） に対する要求事項 6. 安全関連制御システム要求事項 安全関連制御システム （停止、速度制御、環境センシング、力制御など）に 対する要求事項 7. 検証と妥当性確認 8. 使用上の注意

NEDO生活支援ロボット実用化ＰＪメンバーが草案を提出。

議論をリードして正式発行に至った！

17

生活支援ロボット実用化ＰＪ参画企業のISO13482認証

昨年：2013年2月27日

ISO/DIS 13482

今回：2014年2月17日

ISO13482: 2014

ドラフト（原案）版

CYBERDYNE（株） 「ロボットスーツＨＡＬ」

パナソニック（株）

「リショーネ®」

（株）ダイフク

「エリア管理システム」

正式版

ISO 13482:2014

Robots and robotic devices – Safety requirements for personal care robots

パーソナルケアロボットの安全規格で

2014年2月1日にISO（国際標準化機構）

より発行

適用範囲

年齢や能力に関係なく、意図した機能を利用者の生活の質の向上のためタスクを

実行するロボット。主に次の3タイプがある

Mobile servant robot （移動作業型ロボット）

Physical assistant robot（人間装着型ロボット）

Person carrier robot（搭乗型ロボット）

＜適用外＞ - 20km/hrより速い速度で移動するロボット - おもちゃのロボット - 海事又は飛行ロボット - 産業用ロボット - 医療機器としてのロボット - 軍事、治安に供されるロボット

<ISO 13482説明資料（1/3）>

移動作業型 ロボット 人間装着型 ロボット 搭乗型 ロボット ＜ロボットの例＞ 19

ISO 13482の構成

<ISO 13482説明資料（2/3）>

1. 適用範囲

2. 参照規格

3. 用語と定義

4. リスクアセスメント

5. 安全要求事項と保護方策

代表的危険源（エネルギー源、振動、熱、耐久性など）に対する要求事項

6. 安全関連制御システム要求事項

安全関連制御システム（停止、速度制御、環境センシング、力制御など）に

対する要求事項

7. 検証と妥当性確認

8. 使用上の注意

付属書A（参考） パーソナルケアロボットの重大ハザードリスト

付属書B（参考） 作業空間の例

付属書C（参考） 安全防護空間の遂行例

付属書D（参考） パーソナルケアロボットの機能タスク例（ロボットの例示）

付属書E（参考） パーソナルケアロボットのマーキング例

リスクアセスメント

リスク低減プロセス（3ステップ）

- 本質安全設計 - 保護方策 - 使用上の情報

保護方策に制御

を使用した場合

PL/SIL対応

妥当性確認

保護方策に制御

を使用しない場合

ISO 12100を適用（4項） 安全要求事項に対して リスク低減プロセスを適用 （5項） ISO 13849-1 or IEC 62061を適用（6項）

使用上の情報

（マニュアル、マーキング等） 妥当性確認試験など（7項） マニュアル、マーキング等（8項）

ISO 13482の構成（概要）

<ISO 13482説明資料（3/3）>

21

生活支援ロボットは人との接 触度が高くなるため，安全対 策を確認する制度が必要 日本自動車研究所・産業技術総合研究所・労働安全衛生総合研究所・名古屋大学・ 日本品質保証機構・日本認証・日本ロボット工業会・製造科学技術センター 生活支援ロボットに適した認 証スキームの確立 研究開発内容 認証スキーム ISO/DIS 13482 への適合認 証第一号（HALR福祉用） ・・・ ・・・ 認証に関する決定 サンプリング(選択） 特性の確定 レビュー 認証契約の締結 サーベイランス ・・・ ・・・ ・・・ 【適用規格の選択】 ISO/DIS 13482（安全性要求） 【評価の対象を選択 】 設計管理体制，リスクアセスメント， 製品の安全性評価 【評価手法と評価基準の確定＋評価活動】 フェーズ1) 設計管理体制の評価， 設計コンセプト検証， 設計検証など フェーズ2) 製造現場の品質管理 体制評価＋製品試験 ライセンス授与 設計管理体制の評価、製品試験， 品質管理体制評価 評価活動の結果（評価結果）の検証 認証可否の判断 ・・・ 課題 成果 本件に関するお問い合わせ先：日本品質保証機構 http://www.jqa.jp/service_list/fs/action/form/index.html

ISO 13482 認証スキームの開発

日本自動車研究所・産業技術総合研究所 労働安全衛生総合研究所・名古屋大学・日本品質保証機構 日本認証・日本ロボット工業会・製造科学技術センター 生活支援ロボットは人との接 触度が高くなるため安全対策 の立案と確認のためのツー ルが必要 ・設計コンセプトチェックシート ・リスクアセスメントシート ・機能安全設計支援ツール 研究開発内容 安全なロボット開発を支援す るツールの開発 危険源同定 リスク見積 段階 _{No. 危険源 危険状態/危険事象} 危険 区域 対象者 危害 の酷 さ S 危害の 発生確 率 頻 度 F 確 率 Ps 回 避 A リス ク点 数 R 起動・シャッ トダウン 12 電磁波 車いすが電磁波で 誤動作して衝突す る 周辺 搭乗者 第三者 4 7 2 2 3 28 前進／後退 ／旋回／停 車 22 加減速 _不安定性 車いすが転倒する 乗車部 周辺 搭乗者 第三者 4 6 3 2 1 24 27 誤操作 車いすが周囲の人_{に衝突する} 周辺 第三者 4 6 3 2 1 24 28 制御系の_故障 車いすが周囲の人_{に衝突する} 周辺 第三者 4 8 3 2 3 32

安全整合性

水準

機能安全設計支援ツール リスクアセスメントシート雛形 （http://robotsafety.jp/wordpress/で参照可能） 課題 成果 故障率 データベース 部品表

FMEDA

本件に関するお問い合わせ先：日本認証 http://www.japan-certification.com

安全なロボットの開発支援ツールの開発

23

日本自動車研究所・産業技術総合研究所 労働安全衛生総合研究所・名古屋大学・日本品質保証機構 日本認証・日本ロボット工業会・製造科学技術センター 生活支援ロボットは人との接 触度が高くなるため，安全対 策を確認する試験方法が必 要 ・試験方法の確立 ・国際標準化への提案 研究開発内容 安全検証試験方法開発 生活支援ロボット安全検証センター 課題 成果 振動 温湿度 サイクル EMC試験 関連エリア 強度試験 関連エリア 対人試験 関連エリア 走行試験 関連エリア EMC 試験 耐久試験 耐環境試験 衝突試験 光学センサの 試験 障害物回避試験 走行安定性試験 センターに関するお問い合わせ先： 生活支援ロボット安全検証センター http://robotsafety.jp/wordpress/ 試験実施に関するお問い合わせ先： 日本自動車研究所 http://www.jari.or.jp

安全検証試験方法の開発

概要

• 生活支援ロボットと安全性

• 生活支援ロボット関連ナショナルプロジェクト

– NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト

– 経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進事業

• 高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待

25

排泄支援 見守り支援 移乗支援 移動支援

経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進事業

 目的 高齢者の自立支援, 介護者の負担軽減に資するロボ ット介護機器の開発・導入を促進すること. 次の2事業を実施.  開発補助事業 介護現場のニーズを踏まえてロボット技術の利用が 有望な分野を重点分野として特定し,開発企業に対し 補助を行う.  基準策定・評価事業 機器の開発に必要となる安全性と効果のアセスメント 手法・検証方法、倫理審査等の「実証プロトコル」を確 立する.

平成

25年度重点分野（介護施設向）



移乗介助



介護者のパワーアシスト

を行う

装着型

の機器



介護者のパワーアシスト

を行う

非装着型

の機器



移動支援



高齢者等の外出をサポー

トし

,荷物等を安全に運搬

できる

歩行支援

機器

27

平成

25年度重点分野（介護施設向）



排泄支援



排泄物処理の行える設置

位置の調整可能

なトイレ



認知症の方の見守り



センサー

や外部通信機能

を備えた見守り機器

平成

26年度新規重点分野（在宅）

移動支援： 屋内移動や立ち座りを サポートする 認知症の方の見守り： 外部通信機能を備えた 転倒検知 入浴支援： 浴槽の出入りの 動作の支援 29

リスクアセスメントシートの紹介

シート構成：表紙、初期分析・評価シート、方策後再分析シート、基本仕様

ロボット介護機器別シートひな形

： 移乗介助(装着型、非装着型)、移動支援、

排泄支援、見守り

ロボット介護機器の安全設計の支援のため

→

安全仕様（安全方策の選定、安全性能の決定）

設計者のため （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

RAひな形シートで採用したリスク見積もり方法

危害の酷さ

（S）

リスク

（Ｒ）

は と の組み合わせ （関数）

暴露の頻度及び時間（Ｆ）

災害回避または制限の可能性（A）

危険事象の発生確率（Ps）

（ISO12100）

ひな形シートの算出式：ハイブリッド法

R = S × (F + A + Ps)

Ph

（危害の発生確率）

あくまでも一 例であるが、S の重み付けを 重視した 31 注：あくまでも危害の起こりやすさのランク 設計者が負う 責任の重さ （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

RAひな形シートのリスク見積り基準一覧

危害の発生確率：F+ Ps + A 危害の酷さ：S 3 4 5 6 7 8 9 10 11 重大傷害（長期間治療） 4 12 16 20 24 28 32 36 40 44 医療措置（短期間治療） 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 応急手当で回復 2 6 8 10 12 14 16 18 20 22 無傷／一時的痛み 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 晒される頻度又は_時間：F 危険事象の発生確率：Ps 危害を回避又は 制限できる可能性：A 連続的/常時 4 高い 4 頻繁/長時間 3 起こり得る 3 困難 3 時々/短時間 2 起こり難い 2 可能 1 まれ/瞬間的 1 低い（まれ） 1

リスク見積値：R ＝ S × (F + Ps + A)

（独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

リスク要素の見積もり基準例(1)

S

酷さ

例

4

重大傷害（長期間治療）

死亡，手足切断，骨折，永久傷害，入院が

必要，全治1週間以上 など

3

医療措置（短期間治療）

要診察，縫合伴う切傷，完治可能，通院，

全治1週間未満 など

2

応急手当で回復

通院不要，赤チン（切傷・打撲）など

1

無傷／一時的痛み

痣の残らない圧迫・打撲 など

危害の酷さ（1名を対象とした場合）

危害の対象者により傷害

耐性が異なる

33 （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

リスク要素の見積もり基準例(2)

危険源への暴露頻度/時間

F

頻度／時間

例

4

連続的／常時

1回超/時の頻度で晒される

1回に晒される時間が60分超

3

頻繁／長時間

1回以下/時の頻度で晒される

1回に晒される時間が60分以下

2

時々／短時間

10回以下/日の頻度で晒される

1回に晒される時間が30分以下

1

まれ／瞬間的

1回以下/日の頻度で晒される

1回に晒される時間が10分以下

装着型では、装着時間と稼働時間

で分ける場合もある

34 （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

リスク要素の見積もり基準例(3)

危険事象の発生確率

Pｓ

発生確率

技術的要因の例

人的要因の例

4

高い

安全関連部が非安全関連部

から明確に分離していない

類似ロボットや類似機械で

事故

がある／ヒヤリハットが度々ある

3

有り得る

安全関連部に非安全関連部

要素が混じっている

類似ロボットや類似機械で

ヒヤリ

ハット

の報告がある

2

起こりにく

い

安全関連部は非安全関連部

から分離して，多くは関連安

全規格に準拠している

非定常な

作業や複雑な作業にお

いて，注意が行き渡らない／

散漫になりやすい

1

低い（ま

れ）

安全関連部は全て関連安全

規格に準拠して構成される

日常ではミスはほとんど起こりに

くい

技術的区分は厳しく（設計者として）

人の属性でも区分は変わる

35 （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

リスク要素の見積もり基準例(4)

危害回避の可能性

A

回避又は制限

の可能性

例

加味条件

3

困難

動作速度が高速

死角が多い

非常停止装置が設置され

ていない又は操作できない

保護具が装備されていない

1

可能

可動部が250 [mm/s] 以

下で動作し，かつ，可動部

を認識でき，回避のため

の十分な空間がある

非常停止装置が操作可能

位置に設置されている

指定された保護具の着用

が遵守される

回避又は制限の説明ができるか否か

36 （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康

見積値 R

評 価

リスク低減の必要性

15以上

リスクは高く，受入れられない．

必須，技術的方策が不可欠

7～14

リスクの低減が必要．ただし，条

件付（他に方策がない，低減が

現実的でない）で許容可能．

必要，技術的方策が困難な場

合は警告表示及び管理的方策

を講じる

＊ALARPとして考慮もありえる

6以下

リスクは十分低い．

不要

リスク評価基準

37 （独）労働安全衛生総合研究所 池田 博康 危害の発生確率：F+ Ps + A 危害の酷さ：S 3 4 5 6 7 8 9 10 11 重大傷害（長期間治療） 4 12 16 20 24 28 32 36 40 44 医療措置（短期間治療） 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 応急手当で回復 2 6 8 10 12 14 16 18 20 22 無傷／一時的痛み 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11

38 Ⅰ．実生活での活用法 項目 具体的内容 記入者 ・記入日 一 日 の 生 活 の 中 で の 目 標 被 介 護 者 介 護 者 目 標 と す る 「 活 動 」 : 項 目 と 具 体 的 内 容 ・ 留 意 点 被 介 護 者 介 護 者 使用する環境（場所、時、物、人等） お こ り う る マ イ ナ ス と 対 処 法 被 介 護者 疾患 心身機能 活動 参加 介 護 者 疾患 心身機能 活動 参加 適 応 と 禁 忌 被 介 護者 適応 疾患 心身機能 活動 参加 禁忌 介 護 者 適応 疾患 心身機能 活動 参加 禁忌 実生活での活用の基本方針

ICFに基づく開発コンセプトシート

（独）産業技術総合研究所 大川弥生

39

40

介護作業記録・分析支援システム

居室 _食堂 トイレ 浴室 事務室 

スマホを用いた介護記録システム（産総研）



「良くなる介護のための記録」



ナースコールから呼び出し可能なスマホ



iBeaconを用いた位置計測（アプライドビジョンシステム）



これらの統合により

個別作業毎の作業時間を記録

41

ロボット介護機器（装着型移乗支援）

移乗介助支援用ロボットスーツHAL （サイバーダイン） スマートスーツライト （注） （スマートサポート） （注）既製品。本プロジェクトの 成果物ではありません。 42

移乗介助サポートロボット（富士機械製造）

離床アシストベッド（パナソニック） ROBOHELPER SASUKA（マッスル）

移乗アシスト装置（安川電機）

ロボット介護機器（非装着型移乗支援）

歩行アシストカート（船井電機）

ロボット介護機器（屋外移動支援・見守り）

３次元電子マット式見守りシステム（NKワークス）

概要

• 生活支援ロボットと安全性

• 生活支援ロボット関連ナショナルプロジェクト

– NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト

– 経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進事業

• 高信頼ソフトウェア開発支援技術への期待

45

ロボットソフトウェア開発の課題

• 研究開発から量産開発へ

– 研究段階では開発が属人的

– 組込み開発での品質確保手法の導入

– トレーサビリティの実現により関係性を把握

• 機能安全プロセスに多大な工数がかかる

– ガイドラインの作成

– 開発ツールの整備

46

開発ツールの整備

• IEC 61508機能安全プロセス

• 開発プロセス支援ツール

• IEC 61508 capable認証済ロボットミドルウェア

認証可能なロボット開発プロセスの実証研究

認証プロセスのイメージ

IEC61508機能安全のプロセス

• V字モデル開発

• 全安全ライフサイクル

目標とするエレ・メカ開発プロセス

論理設計開発 企画／設計 開発 シミュレーション 検査 展開 物理制御開発 調整 環境構築 ・プロジェクト管理 ・変更管理 試作 ・構成／版管理 ・ビルド管理 ・リソース管理 ・コミュニケーション管理 妥当性確認 現場調整 変更管理／成果物管理 実機テスト （試作） レポート 検査結果分析 ロボット設計 ライン設計 ロボット シミュレーション ライン シミュレーション 要件定義書 制御 シミュレーション レポート 現場検証 要件管理 ・変更管理 ・トレーサビリティ テスト コード生成／修正 プロトタイピング ・コード自動生成 ・コード修正の反映 ・テストケース生成 論理設計 MBD 論理シミュレーション テスト管理 ・自動テスト ・要求との連携 ・品質管理 52

開発ツールの整備

Development Tools

• IEC 61508機能安全プロセス

Functional Safety Process

• 開発プロセス支援ツール

Development Tools

• IEC 61508 capable認証済ロボットミドルウェア

IEC 61508 capable certificated Robot Middleware

モデルベース・ツールチェーンの実現例

論理設計開発 物理制御開発 妥当性確認 現場調整 変更管理／成果物管理 実機テスト （試作） レポート 検査結果分析 ロボット設計 ライン設計 ロボット シミュレーション ライン シミュレーション 要件定義書 制御 シミュレーション レポート 現場検証 要件管理 テスト コード生成／修正 プロトタイピング 論理設計 MBD 論理シミュレーション テスト・管理 企画／設計 開発 シミュレーション 検査 展開 調整 環境構築 試作

SubVersion Trac EPM MBD

論理シミュレーション

メカ協調設計

設計時の品質確保 （状態遷移表）

CATS資料から

ロボットは、基本シナリオ実行時に非同期に発生する

事象（例外・異常）への対応が品質確保のカギをにぎる。

基本シナリオ１ 基本シナリオ２ STM S1 S2 S3 S4 E1 _Action1S2 _Action1S2 E2 S3 S4 S3

Action2 Action3 ACtion4

E3 S3 Action5 E4 _Action6S1

S4

S1

S2

S3

状態遷移表で

設計の抜け漏れ防止

55

検証時の品質確保 （エビデンス）

ロボット開発に適したデバッグ環境

モータ制御マイコン

・モデル上でリアルタイムに実機デバッグ／解析

・ログトレースから設計カバレッジを計算

・実機センサーログからモデルシミュレーション検証

RT-System Editor

ZIPC-RT

構造モデル

ふるまいモデル

フィーチャー図 （ユーザーレベル） ZIPC Feature コンテキスト図 （動作環境の分析） Enterprise Architect ステートマシン図 （ユースケースまとめ） ZIPC 内部ブロック図 （ハードウェア） Enterprise Architect 内部ブロック図 （ソフトウェア） Enterprise Architect 状態遷移表 （詳細設計レベル） ZIPC システム アーキテクチャ 設計 システム 要求定義 ソフトウェア 要求定義 ソフトウェア アーキテクチャ 設計 ソフトウェア 詳細設計 ユースケースシナリオ （ユーザーレベル） Word フィーチャー図 （ソフトウェアレベル） ZIPC Feature ユースケースシナリオ （ソフトウェアレベル） Word Semi-formal methods C D E F Structured methods Modular approach Simulation/modeling Impact analysis

Reverify changed software module Reverify affected software module

Software configuration management

K L M O

Computer-aided specification tools

A

B Computer-aided design tools

A A B B C A D E F B D E C B F 変更管理 構成管理 課題管理 O K L M IEC61508で定義されている手法

先行開発と量産開発をスムースにつなぐ

「設計図の設計図」 を作り、変更の影響を制御可能にする

CATS資料から モデルベースツールチェーンによる設計トレーサビリティ 57

開発ツールの整備

Development Tools

• IEC 61508機能安全プロセス

Functional Safety Process

• 開発プロセス支援ツール

Development Tools

• IEC 61508 capable認証済ロボットミドルウェア

IEC 61508 capable certificated Robot Middleware

IEC61508 SIL3 Capable の製品認証を取得 ロボット用コンポーネント （RTC）とCPU負荷を均一化 するフレームワークを提供 RTCの生存状況を監視す る機能（Safety Function Library）を装備 GIOP / CDR準拠の軽量通 信プロトコルを実装し、様々 なネットワークプロトコルに対 応可能（Network Protocol） OpenRTM-aistと連携する 機能を搭載（RTM Safety Bridge） Camera

Safe Kernel（Partitioning OS）

CORBA RTMSafety RTMSafety Bridge OpenRTM -aist Non-Safety Partition

Application / Safety RT-Component

Obstacle Information Control Component Life State Monitor RTMSafety コンポーネント フレームワーク 安全機能 ライブラリ ネットワークライブラリ RT-Component Manipulator Component

Control Board Manipulator

Relay Unit

Safety Partition

UDP/CDR Camera

Component

Emergency Stop Control

RTMSafety （株式会社セック）

世界初の安全コンセプトをもつロボット用ミドルウェア

RTC RTC RTC Communication middleware Certified real-time OS Lightweight RT-Middleware LwRTC LwRTC LwRTC Communication middleware 安全関連系(要認証) 非安全関連系 RTC RTC RTC Communication middleware Certified real-time OS Lightweight RT-Middleware LwRTC LwRTC LwRTC Communication middleware 安全関連系(要認証) 非安全関連系 エラーが 伝搬しない エラーが 伝搬しにくい 通常の RTC 高信頼 RTC 動的 システム 静的 システム

RTMSafetyの構成とメリット

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機能安全対応センサ HARDWARE OS MIDDLEWARE コンポーネントフレームワーク 安全機能 ライブラリ _{ネットワーク抽象化層} APPLICATION 故障監視 アプリケーション 機能安全対応RTコンポーネント群 OS抽象化層 セーフティカーネル _{故障検出機能} デバイスドライバ 電源 マニピュレータ CPU ミドルウェア層まで機能安 全に対応していると･･･ •汎用的なアプリケーショ ンフレームワークや共通の 安全機能を利用することで 開発効率の向上が見込める •新規開発部分を少なくす ることで、安全の積み上げ が容易になり、機能安全認 証にかかるコストも低減で きる •機能安全対応のRTコン ポーネントを再利用するこ とで開発を効率化

RTMSafetyの構成とメリット

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まとめ

• 生活支援ロボット実用化の鍵は

– 効果評価プロトコルの確立

– 安全評価手法の確立

• ナショナルプロジェクト

– NEDO生活支援ロボット実用化プロジェクト完了

– METIロボット介護機器開発・導入促進事業実施中

• 高信頼ソフトウェア開発支援技術に期待

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