日本の得意分野であるロボット産業は、愛知万博や様々なロボットコンテストで見て取れるように驚くような進展を見せている。そんな最中、我国が抱える少子・高齢化、安全・安心、便利・ゆとりの課題解決のために、医療福祉、防災警備、生活など様々な分野で人と関わりながら稼動する“パートナーロボット”への期待が高まっている。
本書ではパートナーロボット普及のための要素技術のうち、より快適に人とコミュニケーションを図りやすくするための技術として「対話」、「動作」、「形状」の最新の技術と、ロボットとの共生のためのインフラ技術として「安心・安全」、「法の整備」、「ココロ」を解説する。また、巻末には139体の国内外のロボット図鑑を収録している。
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比留川博久 | (独)産業技術総合研究所知能システム研究部門 副研究部門長 |
武田一哉 | 名古屋大学大学院情報科学研究科 教授 |
伊藤克亘 | 名古屋大学大学院情報科学研究科 助教授 |
宮島千代美 | 名古屋大学大学院情報科学研究科 助手 |
西野隆典 | 名古屋大学情報メディア教育センター 助手 |
奥村明俊 | 日本電気(株)メディア情報研究所 研究部長 |
浅野太 | (独)産業技術総合研究所情報技術研究部門メディアインタラクショングループグループリーダ |
中村正規 | (株)アドバンスト・メディア開発本部応用技術開発部 |
広瀬啓吉 | 東京大学大学院情報理工学系研究科 教授 |
矢頭隆 | 沖電気工業(株) 研究開発本部 |
森山高明 | (株)アルカディア開発部 研究員 |
武野純一 | 明治大学理工学部情報科学科 教授 |
松崎辰夫 | (株)ココロ動刻部動刻営業課 主任 |
島谷直志 | (株)ココロ製造部製造課 設計担当 |
小林宏 | 東京理科大学工学部機械工学科 助教授 |
長谷和徳 | 名古屋大学大学院工学研究科 助教授 |
永嶋史朗 | (株)富士通研究所ストレージ・インテリジェントシステム研究所自律システム研究部主任研究員 |
熊本水頼 | 京都大学 名誉教授/(株)計算力学研究センター 顧問 |
稲葉雅幸 | 東京大学大学院情報理工学系研究科 教授 |
池内克史 | 東京大学大学院情報学環/生産技術研究所 教授 |
鈴木高宏 | 東京大学大学院情報学環/生産技術研究所 助教授 |
大西和夫 | イーメックス(株) 専務取締役 |
井上雅博 | 大阪大学産業科学研究所産業科学ナノテクノロジーセンター 助手 |
菅沼克昭 | 大阪大学産業科学研究所 教授 |
宮下敬宏 | (株)国際電気通信基礎技術研究所知能ロボティクス研究所 上級研究員 |
石黒浩 | 大阪大学大学院工学研究科 教授 |
金岡克弥 | 立命館大学理工学部ロボティクス学科 講師 |
高本陽一 | (株)テムザック 代表取締役社長 |
前野隆司 | 慶應義塾大学理工学部機械工学科 助教授 |
木山健 | 大阪大学大学院工学研究科 特任助手 |
植田慶輔 | アクティブリンク(株) テクニカルディレクター |
菅原雄介 | 早稲田大学理工学術院 客員研究助手 |
高西淳夫 | 早稲田大学理工学術院 教授 |
高橋智隆 | ロボ・ガレージ 代表/ロボットクリエイター |
喜多俊之 | 工業デザイナー/大阪芸術大学芸術学部 教授 |
松井龍哉 | フラワー・ロボティクス(株) 代表 |
杉本旭 | 北九州市立大学国際環境工学部環境機械システム工学科 教授 |
土屋博史 | 経済産業省産業機械課 技術担当課長補佐 |
小嶋秀樹 | (独)情報通信研究機構けいはんな情報通信融合研究センター 主任研究員 |
仲川こころ | (独)情報通信研究機構けいはんな情報通信融合研究センター 専攻研究員 |
光吉俊二 | (株)エイ・ジー・アイ 代表取締役 |
月本洋 | 東京電機大学工学部情報通信工学科 教授 |
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序論 | 次世代ロボットの産業化を目指して |
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1 | はじめに |
1.1 | 日本のロボット産業の現状 |
1.2 | ロボットの効用 |
2 | 次世代ロボット開発の取り組み |
2.1 | 次世代第二次産業用ロボット |
2.2 | 第一次産業用ロボット |
2.3 | 第三次産業用ロボット |
2.4 | 家庭用ロボット |
3 | 次世代ロボットの産業化を目指して |
3.1 | 次世代ロボットの普及予想 |
3.2 | 求められる取り組み |
4 | おわりに |
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第1編 | パートナーロボットの普及要素 |
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第1章 | 対話 |
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第1節 | 音声認識 |
第1項 | 高度な意志疎通能力を持つロボットの開発 |
1 | はじめに |
2 | システム概要 |
2.1 | タスク |
2.2 | ハードウェア |
2.3 | 対話シナリオ |
2.4 | キャラクタ |
3 | ソフトウェア |
3.1 | 対話管理 |
3.2 | 応答生成 |
3.3 | 音声認識 |
4 | むすび |
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第2項 | 高精度な話し言葉認識技術 |
1 | はじめに |
2 | スケーラブルな大語彙連続音声認識フレームワーク |
2.1 | 音響モデル |
2.1.1 | MDL基準に基づく混合ガウス分布数削減 |
2.1.2 | ガウス分布の対角共分散行列の共有化 |
2.1.3 | ガウス分布木構造化に基づく高速計算 |
2.2 | 言語モデル |
2.3 | サーチ |
2.4 | コンパクト化評価実験 |
2.4.1 | 音響モデル |
2.4.2 | 言語モデル |
2.4.3 | サーチ |
2.4.4 | 統合結果 |
3 | 応用システム |
3.1 | 旅行会話向け自動通訳PDA |
3.2 | 携帯電話マニュアルの音声検索システム |
3.3 | 電話大語彙姓名認識システム |
3.4 | コンタクトセンタ向け音声認識 |
3.5 | 放送講演認識システム |
4 | まとめ |
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第3項 | 雑音の中でも指示認識 |
1 | はじめに |
2 | アルゴリズム |
2.1 | 概要 |
2.2 | 情報統合を用いた発話検出 |
2.3 | 適応ビームフォーマを用いた音源分離 |
2.4 | 音声認識とモデル適応 |
3 | ハードウェア |
4 | HRP―2への実装 |
5 | まとめ |
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第4項 | 不特定話者の自然発話を文章ベースで認識 |
1 | 音声認識とは |
2 | 音声認識の基本的な仕組み |
3 | ロボットが人の言葉を認識するために |
4 | 実環境での使用 |
5 | 不特定話者の実現について |
6 | これからの課題 |
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第2節 | 音声合成 |
第1項 | 柔軟な音声合成 |
1 | はじめに |
2 | ルールベース合成とコーパスベース合成 |
3 | HMMに基づく音声合成 |
4 | 韻律的特徴の合成 |
5 | おわりに |
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第2項 | きれいな日本語の音声合成技術 |
1 | まえがき |
2 | テキスト音声合成処理 |
2.1 | テキスト解析 |
2.1.1 | 形態素解析 |
2.1.2 | アクセント結合 |
2.1.3 | 係り受け解析 |
2.2 | 韻律制御 |
2.3 | 音声合成方式 |
2.3.1 | 音声合成単位 |
2.3.2 | 合成方式 |
3 | 拡張機能 |
4 | 製品バリエーション |
5 | あとがき |
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第3項 | 肉声を再現する音声合成技術 |
1 | はじめに |
2 | 文音声合成とフレーズ音声合成 |
3 | 音声コーパス |
4 | 音声合成システムSpeeCAN |
4.1 | テキスト解析 |
4.2 | 探索 |
4.3 | 音声単位の接続 |
5 | SpeeCANを用いた合成音声作成 |
5.1 | 合成可能性の検討 |
5.2 | 音声単位のチューニング |
6 | さらなる肉声を目指して |
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第3節 | 言語 |
言語・連想データベースのロボットへの応用 |
1 | まえがき |
2 | 連想・感性ネットワークと意識ネットワーク |
3 | 連想・感性ネットワークの構築とデータベース化 |
3.1 | 連想語の発見、連想値そして感性値 |
3.2 | データベース化について |
4 | ロボットへの応用と考察 |
5 | まとめ |
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第2章 | 動作 |
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第1節 | 顔の動き |
第1項 | 人間に酷似したロボットの表情生成 |
1 | はじめに |
2 | 表情の重要性 |
3 | 空気圧シリンダーのサーボ制御 |
4 | 口の周りの動作 |
5 | 目の周りの動作 |
6 | 動作生成 |
7 | おわりに |
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第2項 | 表情豊かな顔ロボット |
1 | はじめに |
2 | 表情表出のメカニズム |
3 | 顔ロボット1号機の開発 |
3.1 | フレキシブルマイクロアクチュエータ:FMA |
3.2 | 1号機の全体構成 |
3.3 | 表情表出 |
4 | 顔ロボット3号機の開発 |
4.1 | McKibben型人工筋肉 |
4.2 | 3号機のシステム構成 |
4.3 | 3号機の内部構造と表情表出 |
5 | ロボット受付嬢SAYA |
5.1 | 受付業務内容 |
5.2 | システム構成 |
5.3 | ロボット受付嬢の効果 |
6 | まとめと今後の課題 |
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第3項 | 会話に合わせた自然な表情 |
1 | はじめに |
2 | 顔表情ロボットの開発と感情表現について |
2.1 | 顔表情について |
2.2 | 口の開閉について |
2.3 | 目の表情について |
3 | 意識と感情表現の理論 |
4 | 会話に合わせた自然な顔表情を実現するシステム |
5 | まとめ |
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第2節 | 四肢の動き |
第1項 | 遺伝的アルゴリズム手法を用いた自律歩行 |
1 | はじめに |
2 | 歩行モデルとGAの基本的利用 |
2.1 | 三次元全身神経筋骨格モデル |
2.2 | GAによる神経系パラメータの調整 |
2.3 | 歩行シミュレーションにおけるGAの有用性 |
3 | GAの応用 |
3.1 | 神経系構造の自律的獲得 |
3.2 | 進化シミュレーション |
3.3 | 医療福祉応用 |
4 | おわりに |
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第2項 | ニューラルネットワークによる運動生成 |
1 | はじめに |
2 | CPGモデル |
2.1 | RNNモデル |
2.2 | CPGモデル |
3 | NP法 |
3.1 | 摂動法 |
3.2 | NP法 |
4 | 運動学習 |
5 | 実機HOAPによる実証実験 |
6 | おわりに |
|
第3項 | 動物の2関節筋機能の工学的応用 |
1 | はじめに |
2 | 実効筋概念の導入 |
2.1 | 下肢拮抗2関節筋について |
2.2 | 上肢拮抗2関節筋について |
2.3 | 実効筋概念の導入 |
3 | 基礎的制御機能Animal Inspired Technology |
3.1 | 出力・出力方向制御 |
3.1.1 | 動作筋電図学的解析 |
3.1.2 | 拮抗2関節筋装備2関節リンク機構先端出力の力学的解析 |
3.1.3 | ロボット工学的解析 |
3.1.4 | 拮抗筋群の協調活動を再現する神経回路網 |
3.2 | 剛性制御 |
3.3 | 軌道制御(力と変位の関係) |
4 | ロボット工学的応用Animal Inspired Robot |
4.1 | BiCCOM OKI―ARM |
4.2 | BiCCOM OKI―LEG |
5 | 総括論議 |
5.1 | 生体の運動解析に自由度の概念は適用できない |
5.2 | ロボット工学領域 |
5.3 | ヒューマンシミュレーションモデル領域 |
5.4 | 工業デザイン領域 |
5.5 | 身体運動学関連領域、人類学領域、等々 |
6 | おわりに |
|
第4項 | 体幹に柔軟構造を備えた全身筋骨格ロボット |
1 | はじめに |
2 | 脊柱構造の設計と実装 |
2.1 | 縮みバネ型脊椎を持つモグラ規範型行動体 |
2.2 | 体幹の可変剛性を利用した全身運動 |
2.3 | 椎骨の弾性体連結駆動構造 |
2.4 | 球面ジョイント型脊椎を持つ行動体 |
2.5 | 空気圧人工筋による冗長駆動型脊椎体幹 |
3 | 肋骨を利用するヒューマノイド「腱太」 |
4 | 肩甲骨を備えたヒューマノイド「小太郎」 |
4.1 | 復元力を持つ脊柱構造 |
4.2 | 肩甲骨構造 |
4.3 | 脚と筋ユニット |
5 | おわりに |
|
第5項 | 全身を用いた人の舞踊動作の再現 |
1 | はじめに |
2 | 人の動きの取得 |
3 | 動作の再現における問題 |
4 | タスクモデルに基づく動作再現の枠組み |
5 | 脚タスク認識 |
6 | 脚タスクモデルによる脚軌道生成 |
7 | 上半身タスク:留めと軌道生成 |
8 | 全身バランス調整 |
9 | まとめ |
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第6項 | 超柔軟ロボットシステムの開発 |
1 | はじめに |
2 | 超柔軟マニピュレータ |
3 | メカトロニック人工食道 |
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第7項 | ソフトアクチュエータの開発と応用 |
1 | はじめに |
2 | イオン伝導アクチュエータ |
2.1 | 動作原理 |
2.2 | 特徴 |
2.3 | 生物運動模倣モデル |
2.3.1 | 変位速度の異なるデバイス |
2.3.2 | 多連結デバイス |
2.3.3 | グリッパーデバイス |
2.3.4 | 多連結多足デバイス |
2.3.5 | 面アクチュエータ(人工皮膚) |
2.3.6 | 眼モデル |
2.3.7 | ロボットハンド |
2.3.8 | 魚ロボット |
2.4 | オートフォーカス |
2.5 | 4方向素子 |
2.6 | マイクロ能動カテーテル(チューブ状素子) |
2.7 | センサ機能 |
3 | 導電性高分子アクチュエータ |
3.1 | 動作原理 |
3.2 | 作動特性 |
3.3 | 応用 |
3.3.1 | フィルム状アクチュエータ |
3.3.2 | 人工筋繊維 |
3.3.3 | 平面状金属電極との複合構造体 |
4 | 今後の開発 |
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第3章 | 形状 |
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第1節 | 質感 |
第1項 | 人間そっくりの外観を持つロボット製作の概要 |
1 | はじめに |
2 | 人間そっくりということ |
3 | 設計手法 |
4 | 内骨格の構造 |
5 | 外装 |
6 | 外装負荷とアクチュエータ選定 |
7 | まとめ |
|
第2項 | 柔らかい皮膚の開発 |
1 | はじめに |
2 | 柔らかい人工皮膚の材料と実装技術 |
2.1 | 基材 |
2.2 | 配線および電極 |
2.3 | センサ素子および回路部品の実装 |
|
第2節 | 操作系 |
第1項 | マンマシンシナジーエフェクタ(人間機械相乗効果器) |
1 | はじめに |
2 | ロボット:人と環境とのインターフェース |
2.1 | 直接接続 |
2.2 | 非力学的インターフェース(代替接続・遠隔接続) |
2.3 | 力学的インターフェース(並列接続) |
2.4 | 力学的インターフェース(直列接続) |
3 | 仮想パワーリミッタシステムによるマンマシンシナジーの実現 |
3.1 | 非対称なパワー伝達 |
3.2 | マンマシンシナジー |
4 | マンマシンシナジーエフェクタの開発 |
4.1 | パワーエフェクタ |
4.2 | パワーフィンガー |
5 | おわりに |
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第2項 | 役立つロボットを目指して〜レスキューロボットT―52援竜について〜 |
1 | レスキューロボットの現状 |
2 | (株)テムザックの取り組み |
3 | 援竜の特徴 |
4 | 消防救助隊との合同訓練 |
5 | T―52援竜スペック |
| 援竜本体 |
6 | (株)テムザックについて |
7 | 発明の内容 |
8 | 開発の経緯 |
9 | まとめ |
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第3項 | 遠隔操作によるヒトの手の器用な動作の再現 |
1 | はじめに |
2 | 把持と動作の分類 |
3 | ハプティックデバイス |
3.1 | 道具媒介型 |
3.2 | 対象指向型 |
3.3 | エグゾスケルトン型 |
4 | スレーブロボットハンド |
4.1 | アクチュエータ内蔵型ロボットハンド |
4.2 | アクチュエータ外部設置型ロボットハンド |
5 | おわりに |
|
第4項 | 操作性の優れたパワーアシストスーツの開発を目指して |
1 | はじめに |
2 | パワーアシストスーツの開発 |
3 | ロバスト正則化問題と可解条件 |
4 | 同時最適化設計 |
4.1 | アルゴリズム |
4.1.1 | 問題設定 |
4.1.2 | 拡張された線形化法 |
4.2 | 基本的な数値例 |
5 | パワーアシストスーツの展望 |
6 | おわりに |
|
第5項 | 搭乗型歩行ロボットのメカニズムと制御 |
1 | はじめに |
2 | 基本設計 |
3 | 歩行制御法 |
3.1 | 歩行パターンの生成 |
3.2 | 仮想コンプライアンス制御 |
4 | 自重支持トルク低減機構 |
5 | 階段昇降 |
6 | おわりに |
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第3節 | ロボットデザイン |
第1項 | これからのロボットデザインのあり方 |
1 | ロボット開発とデザイン |
1.1 | ロボット開発 |
1.2 | ロボットデザイン |
1.3 | ロボット実用化とデザイン |
2 | 実機製作例 |
2.1 | クロイノのコンセプト |
2.2 | SHIN―Walkとは |
2.3 | フレームの構造 |
2.4 | クロイノのデザイン要素の解説 |
2.5 | 軸配置 |
2.6 | モーションデザイン |
3 | おわりに |
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第2項 | 人と暮らすロボットのデザイン |
第3項 | ロボットデザインの役割と方法 |
1 | はじめに |
2 | プロジェクト背景の変遷 |
3 | ロボットデザイン |
3.1 | 新たなデザイン分野と複雑さ |
3.2 | デザインは「計画と設計」 |
4 | フレームデザインと意匠デザイン |
5 | デザイナーのかかわり「Pull型手法」の特徴 |
6 | 形態とメカニズムとシステムの関係 |
7 | 設計プロセス |
8 | マネキン型ロボットに見る設計プロセス |
8.1 | 戦略目標の設定 |
8.1.1 | 研究開発の目的・背景・現状 |
8.1.2 | 研究開発の特徴など |
8.1.3 | 新規性(従来品との比較、従来にない新しい開発要素など) |
8.1.4 | 優秀性(従来品と比較して優れる点、便利になる点など) |
8.1.5 | 生産用プロトタイプの計画. |
8.1.6 | 市場性(市場動向、製品化) |
9 | まとめ |
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第2編 | 人間とロボットの共存 |
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第1章 | 安心・安全 |
安全の現状とサービスロボットの安全認証技術 |
1 | はじめに |
2 | 日本の安全概念 |
3 | 安全におけるグローバルな責任原則 |
4 | 欧州における安全認証システムとその有利性 |
5 | 日本における免責システムの可能性 |
6 | State of the artの責任原則とリスクアセスメント |
7 | ISO12100とサービスロボットの安全確保 |
7.1 | 規格の階層構造の意味 |
7.2 | 愛知万博(愛・地球博)の安全ガイドライン |
7.3 | 事前の安全責任と事後の補償責任 |
8 | 次世代ロボットの安全技術上の問題点 |
9 | おわりに |
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第2章 | 法の整備 |
人間とロボットが共存する社会に向けた環境整備 |
1 | はじめに |
2 | ロボット産業を巡る経済社会環境 |
2.1 | ロボットとは何か |
2.2 | 新産業となりうる基本要素の具備 |
2.3 | ロボット産業を支える日本の「ものづくり」基盤産業の存在 |
2.4 | 少子高齢化社会と労働力不足の顕在化 |
3 | サービスロボットの現状と政策 |
3.1 | 日本のサービスロボット産業の現状 |
3.2 | 日本のサービスロボット産業の特徴 |
3.3 | 日本のこれまでのロボット政策―供給側から需要側への展開― |
4 | サービスロボットの今後の展望と政府の役割 |
4.1 | サービスロボットの今後の展望 |
4.2 | サービスロボットの市場環境整備における政府の役割 |
5 | おわりに |
|
第3章 | ココロ |
第1項 | ロボットの心の作り方 |
1 | はじめに |
2 | ロボットの心についての従来の研究 |
3 | 従来のヒトの「心」のモデル |
4 | 自律分散的「無意識」 |
5 | 受動的「意識」 |
6 | 自律分散的「無意識」と受動的「意識」を持つロボット |
7 | おわりに |
|
第2項 | 心を感じさせるロボットには何が必要か |
1 | はじめに |
2 | 子どもが心を見つける時 |
3 | 注意と情動をつなげるロボット |
3.1 | 子ども型ロボットInfanoid |
3.2 | ぬいぐるみロボットKeepon |
3.3 | 注意と情動をつなげるメカニズム |
4 | 子どもとのインタラクション |
4.1 | Infanoidとのインタラクション |
4.2 | Keeponとのインタラクション |
5 | おわりに |
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第3項 | ロボットの感情認識から「ココロ」「自我の創発」まで |
| 概要 |
1 | まえがき |
2 | 心・感受性 |
2.1 | ロボットコミュニケーションにおける音声認識の問題 |
2.2 | 問題の解決手段 |
3 | 感情認識 |
3.1 | 音声からの感情認識 |
3.2 | 人間同士の感情認識 |
3.3 | 音声からの感情認識・第一世代 |
3.4 | 音声からの感情認識・第二世代 |
3.4.1 | F0と感情の関係 |
3.4.2 | 確率モデルによる感情認識 |
3.4.3 | ニューラルネットワークでの感情認識 |
3.4.4 | 第二世代の特徴 |
3.4.5 | 感情認識の課題 |
3.4.6 | 感情認識の位置 |
3.4.7 | 感情認識の展開 |
3.5 | 感情認識の判断要素 |
3.6 | 音声資料 |
3.7 | 第二世代の感情認識と人間の認識比較 |
3.7.1 | 第一世代の感情認識との比較 |
3.7.2 | 感情別認識率特性 |
3.8 | 感情認識のロボットへの応用 |
3.9 | 感情認識の問題点・人間の不確実性 |
4 | ロボットに必要な心理系技術(PST)による不確実性回避(心理学仮説の利用)の構想 |
4.1 | 感情判定ロジックの心理補正 |
4.2 | PSTでの心理補正と人間の「揺らぎ」 |
4.3 | PS⇔D振動(Move)原理による揺らぎの検知 |
| PS⇔D振動(Move)原理の心理特性 |
4.4 | ビオングリッド |
4.5 | PS⇔D振動(Move)原理とグリッドによる自我の可能性 |
4.6 | 脳科学とPS⇔D振動の類似性 |
4.7 | 無意識からくる深層と感情の関係 |
5 | ロボットの仮想自我(仮説) |
5.1 | 自我に必要な情動の創発 |
5.1.1 | 自律情動ジェネレータ |
5.1.2 | 感情の共鳴と情動の創発 |
5.1.3 | 創発の原点 |
5.1.4 | 創発の想定(「無」から「有」は実在するのか) |
5.2 | 超自我制御(理性による抑制) |
5.2.1 | 超自我の自律情動ジェネレータへの影響の仕方 |
5.2.2 | 仮説実証のための手段 |
6 | ロボットの「ココロ」の考察 |
6.1 | 人間の不確実性の問題 |
6.2 | 問題の克服 |
6.3 | ロボットの「ココロ」 |
6.4 | 「ココロ」の構築手法 |
7 | 今後の課題 |
8 | むすび |
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第4項 | ロボットに想像力を―ロボットの自律的言語理解を目指して― |
1 | はじめに |
2 | 人間の言語理解について―理解の二重性― |
2.1 | 言葉は主観的存在である |
2.2 | 意味の理解の二重性 |
2.3 | 想像可能性と記号操作性について |
3 | 仮想的身体運動としての想像 |
4 | 身体性構造・身体性人工知能・身体運動意味論 |
4.1 | 身体性構造・身体性人工知能 |
4.2 | 身体運動意味論 |
4.3 | 記号表現と記号内容の結合 |
5 | ロボットが抽象的な言葉を自律的に理解するには |
5.1 | 抽象的な言葉はメタファーを通してイメージに結合される |
5.2 | メタファーの基本領域の形式と構造 |
5.3 | 応用領域への組み合わせ的投射 |
6 | おわりに |
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第5項 | スキンシップコミュニケーションにおける皮膚センサ |
1 | はじめに |
2 | 全身触覚を持つ人型ロボット |
3 | ロボットが全身触覚を持つことで実現できる人とのコミュニケーション |
4 | おわりに |