パナソニック、ロボット用「モーションセンシングユニット」を開発

パナソニック株式会社オートモーティブ＆インダストリアルシステムズ社は、産業用ロボットやサービスロボットなどの姿勢検出、位置推定を行う「モーションセンシングユニット[1]」を開発した。シリコンMEMS検出素子を採用したジャイロセンサ[2]と加速度センサ[3]に加え、センサの長所を生かすアルゴリズム技術の開発により、高精度な姿勢情報、位置情報の検出が可能。

産業用ロボットやサービスロボットなどのロボティクス分野は、製造現場の自動化、省人化の流れや少子高齢化などを背景に市場が急成長している。そのため、ロボットに求められる高精度な姿勢検出や位置推定などの機能を効率的に開発する必要性が高まっている。同開発品は、高精度なセンシング機能と独自アルゴリズムを組み込んだユニットで、顧客の用途に応じたパラメータ値を予め設定した状態で提供することが可能だという。

多くのロボットメーカーは、高精度なモーションセンシングユニットを実現するにはジャイロセンサや加速度センサなどのデバイスを購入し、それらを制御するためのソフトウェアを自社開発している。高精度な姿勢情報を得るために必要となるソフトウェア設計は負担が大きく、開発期間や費用の増大を招いていた。同開発品によりロボットの開発負担の軽減に貢献する。

用途は、産業用ロボット、サービスロボット、重機、農機、アミューズメント機器、産業用自律機械システム向け（自己位置推定、姿勢制御検知、異常検出、振動抑制）であり、2016年末にサンプル出荷予定としている。

特長

素子加工技術と独自アルゴリズムにより、高精度な姿勢情報を高速出力

ロボットがより高速、高精度な動作を行うためには、ロボット本体の姿勢や位置を速く正確に把握することが重要だ。同開発品はXYZ方向の回転運動や直進運動を検出し、精度が高い姿勢情報を高速に出力する。これにより、ロボットの走行制御や姿勢制御などにおいて、迅速かつ正確な制御が可能になる。

お客様の用途に応じたパラメータ値を設定して提供可能

ロボットの走行制御のためには、姿勢検出や位置推定など各種情報を検出することが必要。現行は、用途に応じてメーカーが、精度重視、速度重視など、各種ソフトウェアのパラメータ設定を行うなど負担がかかるという課題があった。同開発品は各種用途に応じパラメータを初期設定して提供できるため、メーカー側での開発負担の軽減に貢献できる。

XYZ方向の3軸回転運動と3軸直進運動を合わせた6軸検出に対応

ロボットを使用する環境の拡大やデザインの多様化を受け、搭載センサには、取り付け方向を選ばず簡単に設置できることが求められている。同開発品は、XYZ方向の回転運動と直進運動の6軸検出を実現しており、縦方向、横方向、斜め方向に取り付けても、複雑な動きを検出することができ、多様な使用環境や設置環境に対応、ロボット用途を拡大する。

内容

同開発品は次の要素技術から構成されている。

センサを組み合わせ最適化するアルゴリズム技術

一般にジャイロセンサは高速な応答に優れているが、長時間計測を継続すると測定値の誤差が大きくなりやすく、加速度センサは高精度な計測が可能ですが振動の影響を受けやすいという課題がある。同社では、独自アルゴリズムを開発することにより、それぞれのセンサの欠点を打ち消し、これまで困難であった高速応答と高精度検出を両立し、低速から高速までの動きに対し高精度な姿勢情報の出力を実現した。

シリコンMEMS検出素子の高精度加工技術

精度が高いセンサを実現するには、検出素子そのものを高精度に加工することが要求される。同社では、高いアスペクト比（素子の幅と厚みの比）かつ低歪の加工技術を保有し、高精度な姿勢情報を得ることが出来る小型のMEMS検出素子を実現した。

[1]モーションセンシングユニット
ジャイロセンサと加速度センサを内蔵し、物体の動き（モーション）を検出するユニット。同社では3軸ジャイロセンサと3軸加速度センサで検出したXYZ軸全ての動き（回転運動と直進運動）をアルゴリズム内蔵マイクロプロセッサで信号処理することにより、高精度姿勢情報として出力するユニット。

[2]ジャイロセンサ
物体が回転している速度（単位時間当たりの回転角度）を検出するセンサで、角速度センサもしくはジャイロスコープと呼ばれることもある。デジタルカメラやムービーの手ぶれ検出、航空機や自動車の位置及び姿勢検出、スマートフォンやゲームコントローラの動き検出などに使用されている。

[3]加速度センサ
物体が直進している速度の変化（単位時間当たりの速度変化）を検出するセンサ。ハードディスクの振動検知、歩数計、航空機や自動車の位置および姿勢検出、スマートフォンやゲームコントローラの姿勢検出などに使用されている。