日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构（NEDO）和埼玉大学在兴电舍公司及WACOH-TECH公司的协助下，全球首次成功开发出了采用高动态范围（HDR）力觉传感器的组装机器人。
此次新开发出了力检测范围（动态范围）为10g至20kg重、达到原来10倍的传感器，以及能识别微小力度的人工智能（AI）技术，通过配备这些技术，机器人可以边调节微小的力度边进行精密的组装作业。
该机器人不但能控制力度组装容易划伤的树脂材料等，还可以检测提醒组装操作已完成的咔哒声，利用机器人的组装作业有望实现升级。
图1：采用HDR力觉传感器的组装机器人
1．概要
近年来，通过配备力觉传感器，在调节力度的同时实现高级组装的机器人越来越多。不过，这些机器人存在一个严重的课题，即力觉传感器的检测范围（动态范围）较小，无法测量微小的力，无法精确调节力度。因此，产业领域要想推进省力化，需要开发和导入采用高性能力觉传感器的组装机器人。
为此，NEDO和国立大学法人埼玉大学为实现高级组装动作的自动化，于2018年度启动了利用高动态范围（HDR）运动解析技术的组装机器人研究开发项目。在该项目中，与WACOH-TECH公司合作开发了能大范围检测力（从微小的力到较大的力）的HDR力觉传感器，此次又在兴电舍公司的协助下，成功开发出了采用该传感器的组装机器人。这是全球首次开发出配备HDR力觉传感器的组装机器人。
该机器人的力检测范围为原来的商用力觉传感器的10倍，可检测从10g重到20kg重的力。由于最小能检测原来十分之一的力，树脂材料等容易划伤的对象物也可以控制力度进行组装。另外，利用可基于精确的力信息进行机器学习的人工智能（AI）技术能准确识别组装状态，可实现更高级的组装作业。例如，组装结束时会进行振动，进行会发出表示安装成功的咔哒声的组装作业时，通过利用力检测振动，机器人能更准确识别出组装成功，提高作业的可靠性。由此，除了利用以往的机器人力觉传感器能完成的作业外，还可以扩大机器人的应用范围，完成需要精确调节力度的作业。
2．成果
【1】通过动态范围为原来10倍的力觉传感器和机器人实现精确的力觉检测
此次开发的HDR传感器通过采用结合不同范围应变发生体的独特多级结构，与以往的商用传感器相比，实现了10倍的动态范围，能检测10g至20kg重的力。配备该传感器的机器人具备非常灵敏的力觉，即使利用像羽毛一样轻的物体触碰机器人也能检测到。虽然机器人重达30kg，但用一支羽毛就能操作。
图2：随着羽毛触碰产生的力（重约10g）移动
【2】利用精确的力觉实现组装
利用上述【1】的技术实现了组装动作。在插轴入孔作业中，以前很难组装塑料等容易划伤的材料，但此次由于最小能检测到原来十分之一的力，能以不会损伤材料的微小力度接触并进行组装。
图3：树脂材料的组装作业
【3】利用识别微小力觉的AI技术提高组装作业的可靠性
在对机器人精度要求比较高的盖子组装等高级组装作业中，为提高成功率，需要识别作业是否成功，并通过在失败时重新作业来提高成功率。因此，此次开发了利用力觉检测技术检测表示作业成功的咔哒声，用以判断作业是否成功的人工智能（AI）技术。利用AI的深度学习功能，组装作业失败时可微调动作重新作业，由此能大幅提高高级组装动作的可靠性。
图4：作业失败后重新作业的机器人
【4】利用自动调整机器人刚性的AI技术实现高级组装作业
众所周知，人类通过调节身体的刚度来精确调节力的大小。研究团队此次根据这一点，开发了通过强化学习来自动学习适合组装作业的机器人刚度的AI技术，并配备于机器人。通过从过去的动作中学习，即使是高级组装动作，也能精确而迅速地调节力度。
文：JST客观日本编辑部翻译整理
