ロボット介護機器設計支援ツール（独）産業技術総合研究所
知能システム研究部門
ディペンダブルシステム研究グループ長

中坊 嘉宏

2014/3/19

0改めて、V字モデル
効果安全目標効果安全目標一日の生活の中での課題の明確化「している活動」での検証

開発コンセプト「参加」の具体像としての「活動」「できる活動」での検証目標となる「活動」の明確化

・メリット・デメリット（短期的・長期的）（被介護者・介護者、施設全体）
・適応と禁忌・使い方

項目と具体的内容

要素動作の明確化

要素動作での検証

人との関係

有用性・安全性に関する機能要求
有用性・安全性に関する性能要求
機構・制御部
安全関連部

工学システム

要件定義
システム設計妥当性確認
システム検証ハード・ソフト設計

ハード・ソフト試験

モジュール化設計

モジュール試験

プロトタイプ作成
2014/3/19

1

V字モデルの要点確かにできているか？

なんのためにそうするか？

どうやって実現するか？

やろうとすると、簡単ではない
2014/3/19

2

解決策の提案• モデルベース開発を導入する → SysML• 全て新規ではなく，再利用する
RTミドル• コンポーネントの組み合わせで作る ウエア• プラットフォームを活用する

2012/03/19

3

SysMLによるモデリング例（随時アップデート予定）

移乗介助機器(非装着型)

移乗介助機器(非装着型): コンテキスト図（例）ibd [Package] SysML-B-2.移乗介助機器(非装着型) [SysML-B-2-C]

機器据付けのための土台設置工事等の住宅等への据付け工事を伴わない。

移乗開始から終了まで、介助者が一人で使用することができる。

：病院・介護施設

：周りの人

：移乗対象

：被介護者関係者
0..*：他の入居者
1：機器保管場所

0..*
0..*
1

1

：移乗介助機器(非装着型)
1

1

11
1
1
10..1

：ベッド
：車いす

ベッドと車いすの間の移乗に用いることができる。

：便器

0..1

：椅子

0..1

：車1

：機器充電場所 1：廊下0..1

1

10..10..1：介護者
1：施設職員：脱衣所

つり下げ式移動用リフトは除く。

：被介護者
0..*

要介護者を移乗させる際、介助者の力の全部又は一部のパワーアシストを行うこと。

0..1：ストレッチャー

ロボット技術を用いて介助者による抱え上げ動作のパワーアシス
トを行う非装着型の機器
5

移乗介助機器(非装着型): ユースケース図（例）uc [Package] SysML-N-2.移乗介助機器(装着型) [SysML-N-2-U]

ロボット技術を用いて介助者による抱え上げ動作のパワーアシストを行う非装着型の機器

ベッドと車いすの間の移乗に用いることができる。

介護サービス
移乗介助機器(装着型)
乗り移らせる(d420)

移乗開始から終了まで、介助者が一人で使用することができる。

介護者

被介護者
<<include>>
パワーアシストを行う<<include>>

要介護者を移乗させる際、介助者の力の全部又は一部のパワーアシストを行うこと。

動作を指示する
スリングを交換される
清掃される
消毒される

排泄支援サービス
排泄(d530)をサポートする
衣服を着ること (d5400)をサポートする
衣服を脱ぐこと (d5401)をサポートする
つり下げ式移動用リフトは除く。

自宅以外の屋内移動 (d4601)をサポートする
車いすを押す機器据付けのための土台設置工事等の住宅等への据付け工事を伴わない。

ベッドを整える6

移乗介助機器(非装着型): アクティビティ図（例）act [Package] SysML-N-2.移乗介助機器(非装着型) [SysML-N-2-A-1]：介護者

機器を介護場所に移動する：移乗介助機器(装着型)

：被介護者

自走する

移乗を行う準備をする[移乗元=ベッド]

移乗元/先が｢ベッド｣以外の場合，高さ調整ができない
ため介護者の負担増[else]

ベッドの高さを調整する

被介護者にスリングを装着する

動作を指示する

抱え上げ動作のパワーアシストを行う

抱え上げられて移乗する

移乗介護機器を操作して移乗を行う

被介護者からスリングを外す7

移乗介助機器(装着型): アクティビティ図２ （例）：介護者：移乗介助機器(装着型)：被介護者

適切な姿勢であるか確認する[適切な姿勢ではない][else]

適切な姿勢に変える

適切な姿勢に変わる[移乗先=ベッド]

ベッドの高さを戻す[else]

移乗後の片付けを行う
作業順不定
他の作業を行う

排泄介助，移動介助(車いすなど)，ベッドの整えなどの介助作業や，手洗いなどの一般的な作業

機器を保管場所に移動する[機器が汚れた場合Or定期的]

機器を清掃する[else]

機器を消毒する[スリングの交換要]

スリングが汚れた場合，破損した場合など定期的に交換する可能性もありスリングを交換する

8

移乗介助機器(非装着型): 要求図（例）req [Package] SysML-N--2.移乗介助機器(非装着型) [SysML-N-2-R]<<requirement>>
リスク低減<<deriveReqt>><<deriveReqt>><<deriveReqt>><<requirement>>
アラーム<<requirement>>
試用<<requirement>>
人に対する安全性

Id=
Text=“要介護者を保持したまま長時間経過した場合，アラームで警告すること”

Id=
Text=“試用時の移乗介助は有資格者による指導のもとに実施すること”

Id=
Text=“介護者，被介護者，周囲の人に危害を加えないこと”<<deriveReqt>><<requirement>>
残留リスク対応(No.28)
Id=
Text=“使用者に機器の不具合を知らせることにより事故を回避するために，対象機器に警報や表示をして，危険情報を伝達できること”<<deriveReqt>><<deriveReqt>><<deriveReqt>><<deriveReqt>><<deriveReqt>><<deriveReqt>><<requirement>>
本質的安全化(No.20)<<requirement>>
デザイン(No.22)<<requirement>>
姿勢(No.24)<<requirement>>
電気的危険性の防止(No.25)<<requirement>>
安定性の確保(No.26)<<requirement>>
停止機能(No.27)

Id=
Text=“機器の形状に鋭利部，突出部，挟圧部などがないこと”

Id=
Text=“機器の色，形状などの外観，大きさ，質量，構造が人に対して肉体的，精神的にストレスを与えないように配慮されていること”

Id=
Text=“保守保全作業を含め，無理な姿勢での対象機器操作(人による重量物の扱い，人の動作を極端に規制する装置など)がないこと”

Id=
Text=“使用者が感電することなく安全に使用できるよ
うに，金属露出部の絶縁性，対環境性に配慮されていること”

Id=
Text=“使用者が機器使用の準備を安全に行えるように，機器脱着に人の動作に支障を及ぼす(バランスを損なうなど)ことがないこと”

Id=
Text=“使用者が不安に感じた時に事故を未然に防げるように，人が操作する緊急停止装置を装備しているか，保護停止機能を有していること”<<deriveReqt>><<deriveReqt>><<requirement>>
インターフェース(No.23)<<requirement>>
停止時の安定性(No.25)

Id=
Text=“マン・マシンイン
ターフェースが，人が誤動作や誤解をしないように配慮すること”

Id=
Text=“使用者が不安に感じないように，停止時に転倒しない，又は安定した状態に移行できること”

9SysMLによるモデリング• 要求仕様、機器仕様（上流工程）の明確化が可能• 基準コンソで考える、重点課題分野の機器についてのあるべきモデルについて作成中• お申し出頂ければ、モデルの提供と使用のお手伝いをします2014/3/19

10

「I. 実生活での活用」の概念をモデル化

2014/3/19

11

モジュール化による解決
コストの問題
A社製移動ベースB社製アーム

技術の問題

ニーズの問題
多様なユーザ最新の理論・アルゴリズム

C社製センサ・・・仕様
RTコンポーネント化

！

！

！

！

モジュール化・再利用システム開発者ロボットの低コスト化

最新技術を利用したい

2014/3/19

カスタマイズが容易に多様なニーズ

12

機能によるRTCモジュール分割と連携
ロボット体内のコンポーネントによる構成例
画像データ
顔位置
問 合せ

カメラ
コ ンポーネント

画像データ

データ・コマンドの流れ
顔認識
コ ンポーネント

人物データ
表情データ

ステレオビジョン
コ ンポーネント

カメラ
コ ンポーネント

ポート

ジェスチャ
軌 道データカメラコントロール

音声データ
音声認識
コ ンポーネント

対話
コ ンポーネント
文字データ

頭・腕駆動
コ ンポーネント

音声合成
コ ンポーネント
文字データ

マイク
コ ンポーネント（モジュール）情報の隠蔽と公開
2014/3/19

13

ROBOSSA

出展：経産省 技術戦略マップ 2010

＋ 機能追加、研究開発

次世代ロボット
応用創出基盤
独自サービス

OpenRTC-aist＋ 作業ロボット例
作業知能

ステレオ視

新規ハードウエア作業計画

把持計画

次世代ロボット
研究開発基盤

物体認識

NEDO-RTCs
OSS RTCs etc.

移動知能

選択

人追跡
話す 話す 対話制御
物体認識
作業計画
人発見
聴く
ステレオ
自己位置
音声認識
視
推定
軌跡追従
自己位置
把持計画
動作理解 力制御
作業計画
地図作成
推定
物体認識
経路計画
聴く
モータ制御
障害物回 遠隔操作
軌跡追従
対話制御
ステレオ 避把持計画
障害物回 地図作成
視
避 音声認識
経路計画
ジェス
顔認識
チャ認識

選択

＋

新規センサ
移動ロボット例

コミュニケーション知能∂2013/06/25

自己位
置推定経路計
画
軌跡追従
地図作
障害物回
成
避

選択

話す

対話制御
聴く

独自技術

＋

音声認識

対話ロボット例

知能モジュール＋ 市販ロボット

ロボット高度化教育
プラットフォーム
14

機能安全に対応したCPUモジュール

CPUボード2014/3/19

CPUボード15

RTM Safety （セック）
世界初の安全コンセプトをもったロボット向けミドルウェア
IEC 61508 SIL3 Capableの認証取得
ISO26262(自動車分野)ISO13482 (パーソナルケアロボット分野)にも応用が可能
高い信頼性と安全性が要求されるロボット開発において、コストの低減と期間の短縮に貢献

2014/3/19

16

安全・安心ロガーシステム
ロボット介護機器の安全系が、開発コンセプトで設計した通りに動作しているかを、フィールドで記録・解析
開発コンセプトシステム開発フィールド検証

リスクを低減する
安全関連系の設計

リスクを低減する安全関連系の実装＋リスク低減の動作記録メカニズムの埋込み現場で安全関連系の解析
開発者へフィードバック

ハザード解析・
リスクアセスメント↓
安全目標↓
機能安全要求↓安全メカニズム
高信頼車両（機器に装着）ロガープロトタイプ

加速度情報

安全関連の状態遷移
テンプレート（概念モデル）

安全関連系の自動生成コー
ド

記録

or 通信

安全関連の状態遷移（網羅モデル）
接触非接触センサ

ロガーモータ

通信部

17

まとめ
• SysMLモデルベースの開発手法を紹介した。
• RTミドルウェアを用いたコンポーネント開発手法を紹介した。

• RTM SafetyによるCPUモジュールを紹介した。
• 安全関連系用のロガーシステムを紹介した。

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ご清聴ありがとうございました2014/3/19

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