ロボット技術を建設現場で活かす
ACTEC 先端建設技術セミナー
2016年６月30日（木） イイノホール

油田信一（ゆた しんいち）
芝浦工業大学 SIT総合研究所 特任教授

自己紹介： 油 田 信 一（ ゆた しんいち ）１９７５年 慶應義塾大学大学院工学研究科（電気工学）修了、工学博士
１９７５年－１９７８年 東京農工大学 電子工学科
１９７８年4月から２０１２年３月まで 筑波大学
（電子情報工学系、機能工学系、システム情報工学研究科）
この間２００４年－２００６年 同 理事・副学長 (研究、産学官連携、社会貢献担当)
２０１２年 芝浦工業大学 教授（特任）
現在 土木研究所招聘研究員、つくば市顧問、富士ソフト（株）社外取締役、次世代無人化施工技術研究組合理事長、NEDOインフラロボットプロジェクトPLなどを兼任
専門：ロボット工学、移動ロボット、フィールドロボティクス

30年にわたって研究用自律移動ロボットプラットフォーム「山彦」の開発と、それを用いた自律移動ロボット技術の研究を進めてきた。
（その一環として、）北陽電機の測域センサの開発にも参加。
2007年から、つくばチャレンジを提唱して実施
最近は、ロボット技術の災害対応や構造物のメインテナンスへの適用にも興味を持つ
IEEE Fellow (2000, Robotics & Automation Society）
日本ロボット学会フェロー(2004)2009年 IROS Harashima Award （IEEE)2012年 日本ロボット学会 ロボット活用社会貢献賞
2015年 日本機械学会 教育賞

まず、ロボットとロボット技術を考える• ロボットとは： 人間や動物を参考として、その機能（の一部）を実現する機械
 センサとアクチュエータ、情報処理系を有する機械

ロボット研究者・メーカが作った機械 ロボット技術を用いた機械• ロボット技術とは：そのための技術

まず、ロボットとロボット技術を考える「ロボット」に（厳密な）定義はない
人に「ロボット」と呼ばれると「ロボット」になる• どのような機械が「ロボット」と呼ばれているか： ロボットのイメージの機械 今までの機械に出来ないことを実現する機械 思い入れを持つことの出来る機械
 夢の機械・開発中の機械実現されるとロボットではなくなるどういう機械ならロボットと言えるか• 産業用ロボット• 全自動洗濯機• ２足歩行機械• 空を飛ぶ機械• パワーシャベル• 人の作業を代替• 人がやりたくないことを代替• 自動運転自動車• 自動掃除機

学術としてのロボット学• 基礎科学• 人間（の振る舞い）のメカニズム• 基盤要素技術• メカトロニクス／センシング／認識技術／制御技術／（機械の）操作技術／システム構築技術／人に対するサービス技術／マンマシンインタフェース• 有用なシステムとしてのロボットの設計構築法• 作業する機械 － 大出力、精密動作• 福祉機器／リハビリテーション• 人と機械の関わり方／エンターテインメント

ロボットの技術要素• 動作機能• センサ － 環境認識
• アクチュエータ － 制御
• ロボットの知能• Reasoning，学習• ヒューマンインターフェイス技術
• 操作
• 提示
• 実世界対応技術• 物理的制約• 実時間で動作を決定し制御• 社会的制約• システムインテグレーション• ハードウェアとソフトウェアの実装技術

ロボットの動作制御
１： テレオペレーション
遠隔制御
感覚のフィードバック

２： 自律行動
自律性、自立性
臨機応変な行動ロボットの働き
物体の操作・マニピュレーション<マニピュレータ,アーム>
対象物認識、器用な動作

自分自身の移動<移動ロボット>
環境認識、経路計画

ロボットの稼働領域•

マニピュレータ
ー ほぼロボット自身の大きさ•動きながら働く（移動）ロボット－ 自分自身の大きさの数百～数千倍

移動ロボットの特徴：行動・作業空間の大きさ

動き回って働くロボットの難しさ

作業空間の大きさ•環境の多様さと複雑さ•環境整備の難しさ•正確なモデル作成が不可能•時々刻々の変化

センサ／環境認識能力の不足

環
境を知り
対応す
る
ことの難しさ多機能の集積／共働への対処法（設計技術）

ロボット機能のモジュール化• 多機能ロボットにおける開発やメインテナンスの工数の爆発に対処• システム開発の手間 ＝ N＊＊（２～３）
N: ロボットの機能の数手間を N＊Log(N) まで（？）減らすーーーーーーーーーーーーーーー• 可能なものは開発を切り分ける• 必要な機能をあらかじめ準備しておく

わかりやすい機能ごとに整理（機能分散）• 切り分けられないものは､分けない：切り分けることによる複雑さの拡大を防ぐ•

ロボット技術が追求する機能の特徴
魔法使いの能力 ＝ 20世紀型価値観の成果• 空を飛ぶ• くらいところを明るく照らす• 重いものを運ぶ• 遠くの状況を見る／遠くの人と話す

人の能力＝ ロボット技術が追求する機能• 歩いてどこかへ行く• 器用に手を動かして何かを作る• ものを見て判断する• 人の気持ちが分かるロボット技術が働く領域（例:作業の機械化の中で）作業機械の知能化の進化を考える• 人による作業• 道具・機械による作業
作業
自体の効率

• 機械に向いた作業形態• 環境整備による完全機械化

ロボットが働く領域

フレ
キ
シ
ビ
リ
テ
ィ

準
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べき
枠組
みの規
模

働くロボットは矛盾の機械である
 人間の代わりとして：人間にできること（普通の機械にできないこと）を代替• 複雑な作業・色々な作業• 気の利く・気配りのいる作業• 細かい指示に従う• 言われなくてもやる 機械として：人間にできないことをする• 重いものを運ぶ• 精密な作業• 人の入れないところで働く（高温の中・放射線下・真空中・など）• 飽きないで繰り返す／文句を言わないで働く次世代のロボット技術への期待（知能ロボット）• 複雑な環境内で、複雑な仕事を実現－ 実世界対応技術－ （決められた）作業の達成能力• 簡単な指示でキチンと働く－ 良いヒューマンインタフェース－ （ユーザから見た）多目的性、汎用性

役立つ仕事をするロボット• タスクの実現• 人間による作業の支援
遠隔地（宇宙・深海）・危険地・マイクロ作業など－ オペレータ能力のエンハンスメント• 自動的・自律的なタスクの実現• 働かないロボット• 人間へのメンタルなサービスの提供

産業用ロボット• 形状による分類• 用途による分類
••
•

•
••

•

溶接ロボット
組立ロボット
搬送ロボット塗装ロボット
検査ロボット
研磨ロボット
洗浄ロボット• 垂直多関節ロボット 多関

節ロボットと単純に言った
場合はこれを指す事が多い。
• 水平多関節ロボット スカラー型ロボットとも言う。
• 直交ロボット• パラレルリンクロボット

非工業向けロボット• 産業用ロボットはIndustrial robotの邦訳である。
• サービス産業などで使われているロボットを産業用ロボットとは区別する• 建設ロボット• 農業用ロボット• 自走式トラクタ、田植機、野菜の収穫ロボットなど• 酪農用ロボット（ボックス型のロボットで乳牛の搾乳を自動化する搾乳ロボット、牛舎で餌槽通路に散らばった餌を走行しながら牛側に押し寄せる餌寄せロボットなど）• サービスロボット• 医療用ロボット• 掃除用ロボット ラクリートやルンバ (掃除機)などの家庭用の掃除ロボット• エフロボクリーンなどの業務用の掃除ロボット• レスキューロボット• エンタテインメントロボット（家庭向けと展示用を含む）• 家庭用ロボット

ロボットの作業環境
工場から自然環境・日常生活空間へ• 工場・生産ライン• 物流ライン• 建設作業現場• 農業・林業• 市街地• 公共の建物• 家庭• 産業用ロボット
工場内－ 工業生産活動をサポート• フィールドロボット
建設、農業、災害時－ 人の仕事をサポート• サービスロボット
家庭内、一般の生活環境－ 通常の生活をサポート

フィールドロボットの例

農作業ロボット

調査・探査ロボット

建設系現場のロボット

フィールドロボティクスの立場• （工場から出て）自然環境の中で働くロボットの技術• 現場で役に立つ調査・作業の実現• あるがままの（自然な）環境で働くこと
 ロボットのためには整備が出来ない稼働環境
 技術のキーは、作業そのものの難しさより、対応するべき環境の条件

フィールドで働くロボットに求められること• 自然な環境で働くこと

実世界問題• 普通の仕事をすること
実世界への対応:

移動ロボットではとくに重要

実世界問題のためのキー
開発者による• 環境の理解• ミッション／タスクの理解システムのインテグレーション• 多機能の集積／共働• インテグレーションのための枠組（アーキテクチャ）実世界で働くロボットの実現法
一歩ずつの理解• ミッション／タスクについて• 環境について一歩ずつのインテグレーション（機能と対応可能な環境の追加）

インクリメンタルな開発
重要なこと：
開発におけるフィードバックサイクルの短さ

建設施工へのロボット技術の導入

背景：最近の建設施工におけるロボット技術への期待：建設労働者の不足と高齢化

背景：最近のインフラストラクチャにおけるロボット技術への期待• 頻発する災害への対応

例：・ 東日本震災(2011)
・ 不順な気候の頻発［台風12号＝紀伊半島豪雨(2011)、鬼怒川の氾濫(2015) など］

・ 火山噴火と土石流 ［新燃岳(2011)］

背景：最近の建設施工におけるロボット技術への期待
インフラ設備の老朽化への対応（例）・ 笹子トンネルの天井板落下事故
・ 老朽化した橋梁

建設ロボット懇談会（２０１２）提言

建設ロボット懇談会 提言の内容
 建設ロボット技術開発・利用の分野

１．建設分野における労働生産性・安全性の向上
２．災害に対応した建設施工のシステム（無人化施工など）
３．インフラのメインテナンスへのロボット技術の導入
 建設ロボット開発の手法・手順
 実現場・実問題への適用をループに入れた開発
 システムの評価と、必要な仕様の明確化、問題点・改良点の発見

建設分野でロボット・ロボット技術に期待される役割• 人に加わる負荷や必要人数を軽減／人が働くための環境整備のコストの削減• 作業環境の拡大：危険な環境／人が入れない環境（放射線環境下）など• 作業の精密化・情報化／作業対象の大型化・重量物への対応

キーワード ＝ 維持
• 現在の（科学技術に支えられた）快適な環境の確保・維持こそがチャレンジ• 社会のインフラとなっている設備の維持（メインテナンス）

エネルギー網、通信網、輸送網、交通網、原材料製造• メインテナンス技術の重要性と課題• 維持の切断（日常に潜む危機）の回避 ：• インフラ維持のために社会が負担するコストの軽減• 災害時への対応• 二次災害を避けて状況の調査と応急的復旧

２１世紀における技術者のチャレンジ• 西暦２１００年になっても、スイッチを押せば電気がつくか• 社会のインフラとなっているシステム（電力システムなど）の維持：• ものの維持• 技術の維持インフラの維持管理／（自然）災害時の調査・復旧に対応するロボットの技術要素


アクセス技術（現場に行く） 検査対象や作業現場に機械をアクセスさせる

移動技術（地上、空中、壁面、水中 ．．．）
 人は遠方から監視・操作
 現地が危険な場合（高所、二時災害の恐れ、放射能など）

計測・作業技術（仕事をする）
 検査・監視のための対象の計測

 軽作業（計測のため／維持・更新のため）
 無人で行う（本格的な）作業・施工など

 実環境で実際に役立つ統合システムの構築
 ハードウェア、ソフトウェア、制御系、ユーザインタフェースの統合最近の災害対応／インフラ維持のためのロボット技術～ 技術開発と利用に関する国の施策 ～ロボットを作る vs. ロボットを使う

ロボット新戦略 Japan’s Robot Strategy （2015.1月）―ビジョン・戦略・アクションプラン―
第１部 総論 ／第１章 序章 ／第３節 ロボット革命で目指すこと
第２項 ロボット革命で目指す三つの柱①世界のロボットイノベーション拠点－ロボット創出力の抜本的強化②世界一のロボット利活用社会－ショーケース（ロボットがある日常の実現）
中堅・中小を含めたものづくり、サービス、介護・医療、インフラ・災害対応・建設、農業など幅広い分野で、真に使えるロボットを創り活かすために、ロボットの開発、導入を戦略的に進めるとともに、その前提となるロボットを活かすための環境整備を実施する。
③世界をリードするロボット新時代への戦略

ロボットの開発より、利用を重視

災害対応／インフラ維持のためのロボット技術～ 技術開発と利用のアクティビティ
 無人化施工＋遠隔調査
 大規模崩落（土砂崩れ、土砂ダム） (例えば2011紀伊半島豪雨)
 福島第1原子力発電所の安定化／廃炉 (2011～)
 国土交通省・経済産業省連携による次世代インフラ用ロボットの開発・導入の促進 (2014～)
 NEDOインフラロボットプロジェクト
 国交省 インフラ用ロボットの現場実証（技術公募に基づく）

 SIP（戦略的イノベーションプログラム＝内閣府）のインフラ維持管理マネージメント技術 (2014~) （４）ロボット技術

国土交通省・経済産業省連携による次世代インフラ用ロボットの開発・導入の促進(2013)

経済産業省／NEDOの取り組み（2014～）
プロジェクト名：インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト

ＮＥＤＯインフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム
開発プロジェクト （2014～）
ＮＥＤＯ
運営委員会
NEDO、PL、SPL、有識者

下山SPL①インフラ状態モニタリン
グ用センサシステム開発

油田PL②イメージング技術を用いたインフラ状態モニタリング
システム開発油田PL③インフラ維持管理用
ロボット技術・非破壊センサ装置

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NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム

アクセス技術（地上の移動）
不整地移動コーン指数200kN/m2未満の軟弱地盤走破

 多自由度クローラ車両（三菱重工チーム）
 多自由度クローラ車両（大林組チーム） ワーム型メカニズム(タウ技研チーム)

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム

アクセス技術 壁面・天井面移動

 真空吸着の利用（開発設計コンサルタントチーム） 磁石による支持（熊谷組チーム）

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム

アクセス技術◆ 簡易レールの設置

 橋梁の点検のための移動機構（富士フイルム／イクシスリサーチ チーム）

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム◆ アクセス技術（水中：ダム堤体の検査など）

 Anchor Diver5 （ハイボットチーム）

 ROV （Q-I 社チーム）

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム◆ アクセス技術（空中）：マルチロータヘリ（マルチコプタ）
 災害監視・調査における技術的課題

ペイロード・飛行時間
 自律飛行（GPSベース）／通信の確保


電磁探査器をつり下げたマルチコプタ（日立製作所チーム）

 マルチコプタ（東北大チーム）

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム◆ アクセス技術（空中）マルチコプタによるインフラ点検
 インフラの点検作業における技術的課題

構造物への近接（橋脚の点検など）
 安定した飛行制御（風への対応）
 飛行の自動化（自己位置・姿勢の認識）
 構造物への接着 安全の確保 －＞ロープによる繋留 繋留マルチコプタによる検査（川田工業チーム）

マルチコプタの特徴：
低コスト

NEDO インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト（H26～） ：ロボットシステム

インフラの維持管理／（自然）災害時の調査・復旧へ対応するロボットの技術要素
 アクセス技術（現場に行く） 計測・作業技術（仕事をする）

 実環境の現場で実際に役立つ統合システムの構築
 ハードウェア、ソフトウェア、制御系、ユーザインタフェースの統合作る －＞ 現場に適用 －＞ 使う（経験の蓄積） －＞ 改良・改善のサイクルが重要
 運用体制、支援システム、オペレータ育成を含む

本プロジェクトのアプローチ
 具体的なニーズの重視し、その具体的問題を解決するシス
テムを指向 （vs. 汎用システム）
 実現場における実証と実ユーザによる評価

建設ロボット：考えるべきこと
 「作業上困っていること」をロボット技術で解決したい ニーズに基づく技術開発 （ニーズ主導 vs. シーズ主導）
 ロボット開発における実問題と実現場の重要さ（三現主義）
 個別の問題への適用から
 汎用プラットフォームの夢： プラットフォームも現場が育てる 産業用ロボットトも成功理由は利用者による開発
 ロボットはお助けマン： でも、呼んでも来るロボットはない ロボットと唱えることによる思考停止を避ける。
 継続した技術開発の必然性：問題を解決し続けること
 使いながら改良
 バブルや流行は、（一利はあっても）百害がある

インフラ維持・災害対応に関する社会課題解決のためのシステム開発
 現場で数十年にわたって使いつつ課題を解決していく

息の長い（長期にわたった）現場での使用経験と評価・改善を通した、統合システム全体の開発こそ重要－ 学術的要素の基礎研究ではないが、短期的なビジネスを追求するものではない－ 開発終了してから実用開始ではない。

これを前提とした、（実用を研究開発手段と考える）制度が必要

• 講演タイトル ロボット技術を建設現場で活かす

ご清聴ありがとうございました