ロボット介護機器のイミュニティ試験における停止性能判定

労働安全衛生総合研究所

池田博康、風間 智

JNIOSH 2014.9.5

研究目的

14.9.5

• ロボット介護機器に対するイミュニティ試験の停止安全性

能判定基準の提案

• 停止性能（保護停止維持）を測定・判定する方法の提案と

検証

背景

• 人間との協働を目的とするロボット機器の導入

• イミュニティ試験の安全性能判定基準（FS基準）が規定

• サーボ停止による保護停止状態の定義（物理的）が不明

• モーションキャプチャの高性能化、低価格化

JNIOSH

イミュニティ試験の性能判定基準（現行規格）

14.9.5

判定ランク 試験中の判定基準

A 使用範囲内で動作を継続（試験後も含む）

B 一時的性能低下は許容、ただし、自動で回復（試験後は所定動作を継続）

C 一時的機能喪失は許容、ただし、自動的か人のリセットで回復（試験後も含む）

IEC 61000−6-1, 2：EMC一般基準（イミュニティ）

→ 製品の品質確保のため（動作の継続性）

＊IEC 61000-4シリーズの試験方法毎に対応ランクが規定

実用性を考慮したレベル → 最大妨害レベルではない！

JNIOSH

イミュニティ試験のFS性能判定基準

14.9.5

FS(Functional Safety)の判定基準

仕様の範囲外でも機器は影響を受けない

指定の状態を維持，または所定時間内に指定の状態を達成で

きるように反応すれば，妨害を受けてもよい

指定の状態を維持，または所定時間内に指定の状態を達成で

きる場合は，構成部品の破損があってもよい

IEC/TS 61000−6-2：EMC技術指針（電磁現象に対する機能安全実現の方法論）

→ IEC 62061（機能安全） → IEC61306-3-1（計測制御）

ISO 13482（パーソナルケアロボット）

IEC 61496シリーズ（センサ）、IEC61800-5-2（サーボドライブ）等

＊想定最大妨害レベルを適用 JNIOSH

14.9.5

ロボット介護機器用イミュニティ試験の安全性能判定基準（案）

安全性能

判定基準

（条件はor）

機器が危険な動作をしない

安全機能作動時に所定の安

全状態に機器が移行できる

安全が確保されるならば，機

器の障害は生じてもよい

停止状態の維持＊

制動性能、停止カテゴリ

機器全体としてカバー

＊停止状態の維持とは

サーボ停止による保護停止（カテゴリ2停止）の維持（非常停止は除く）

安全停止状態の物理的定義とその測定・判定の方法は？

JNIOSH

14.9.5

停止の始動 → 「危険な機械機能の終止」 → 完全停止

人に危害が及ばない状態（安全条件） →（JIS B 9715）

危険な機械機能終止に基づく安全停止条件

合理的に想定される最悪条件：ロボット機器が人体皮膚表面に触れている状態

(皮膚変位0)から、微動して皮膚を圧迫する

•人に危害が及ばない状態（安全条件）とは

1）皮膚の変位は許容値以内（変位条件）

2）許容変位を超える前に回避可能（時間条件）

→ 人の危険認知･回避時間より短い時間内でロボット機器の変位

量が皮膚の許容変位を超えれば、危害が及ぶ恐れあり

JNIOSH

14.9.5

人体への機械的刺激に対する「痛み」の限界 → 挟圧安全性の判定指標

許容変位量 ： 接触(押し付け力5Nで判断)から痛みの限界までのプローブ

押し込み量として記録

痛覚耐性に基づく皮膚の許容変位

Force limitation value widely accepted in industrial practices

Low pain tolerance region

High pain tolerance region

Thigh Buttock

0

50

100

150

200

250

10 20 30 40 50 60

Chest Abdomen

Shoulder blade

Forearm

Backhand

Back

Knee Calf

Shin

57,7N

2,1mm

Forehead

Upper arm

5th

perc

entile

of pain

to

lera

nce [

N]

5th percentile of tolerable deformation [mm] JNIOSH

人の危険認知･回避時間

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人がロボット不意動作を検知して停止操作するまでの時間を測定 触覚による危険認知・回避時間 ： 約0.5s

→ 視覚情報に基づく場合はより遅くなった （約1s弱）

ロボット介護機器の安全停止状態（最悪値を採用）

サーボ（一時）停止状態の機器（の一部）の変位量が1s間以上

2.1mm以内に収まっていること

＊この条件は保護停止過程の「完全停止」条件と同じである

＊時間条件は、測定時間も考慮する → 合理的な実施条件が必要

JNIOSH

14.9.5

時間

可動部変位

td

xa

停止時刻

td

xa

電磁妨害

OK NG

制動 保護停止（サーボ停止）状態

安全停止条件に基づく判定原理

JNIOSH

0.1s毎に監視ウインドゥを生成

RF印加アンテナ

80MHz-1000MHz

1%Step

RFパワーアンプ

信号発生器

EUT（ロボットアーム）

反射マーカー

（２個以上）

電波暗室

モーションキャプチャカメラ×３

光ファイバー

PCによる停止状態確認

・マーカー位置ロギング

・マーカー変位モニター

・マーカー速度モニター

フェライトコアによるEMC対策

ソフトウエアによる自動計測

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安全停止状態の監視方法と装置構成

3次元リアルタイムモーション計測装置 JNIOSH

電波暗室内での放射RF測定

14.9.5 JNIOSH

ESD測定

3次元リアルタイムモーション計測装置

ESDガンによるロボット教示ペンダントへの放電 14.9.5 JNIOSH

モーションキャプチャカメラ 多関節アームロボット

マーカー（TCP上）

14.9.5

ESD測定

JNIOSH

リファレンスからの相対位置で移動距離の測定

監視ソフトウエア

(LabVIEWソフトウェアにより作成） 14.9.5 JNIOSH

14.9.5 JNIOSH

測定結果例

1軸のみの微動（判定：○) 旋回軸の微動（判定：1軸×)

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おわりに

JNIOSH

イミュニティ試験における安全機能の判定基準を提案した

人の皮膚許容変位量と回避時間から、サーボ停止条件を

定めた

3次元リアルタイムモーション計測装置により、非接触で高

精度な停止監視方法を検証した