人型ロボットとは — 体を9つの部位に分けて見る

人型ロボットは、人間のために作られた現場でそのまま働くために人の形をしている

工場で働く産業用ロボットは、床に固定された1本の腕が、安全柵の中で同じ作業を高速に繰り返します。速く正確ですが、決まった場所で決まった仕事しかできません。人型ロボットは歩いて移動し、人間向けに作られた通路・棚・扉・工具を使って、複数の種類の作業をこなすことを目指します。

人の形にこだわる理由は2つあります。1つは、工場・倉庫・家庭の設備が人間の体に合わせて作られていることです。ロボットのために建物を作り替える費用がかかりません。もう1つは、人間の動きを撮った映像や、人が遠隔で操作した記録を、動きを学ばせる手本に使えることです。

体を9つの部位に分けると、部品のつながりが見える

情報は、目や指先のセンサーから頭脳へ上がり、判断が指令になって関節へ下ります。電気は、腹の電池から電源回路を通って、関節ごとのモーターへ配られます。この2つの流れをたどると、9つの部位の関係が分かります。

関節アクチュエーターという「共通の積み木」を、腕と脚に約30個並べる

人型ロボットの体をよく見ると、同じ仕組みの部品が何度も出てきます。肩にも肘にも膝にも入っている関節アクチュエーターです。アクチュエーターは「動かす装置」という意味で、モーター・減速機・センサー・駆動回路の4つの部品を1つにまとめたものです。

モーターは電気で回りますが、速く回るかわりに力が弱い。減速機がその回転を遅くして力を強めます。自動車の変速機と同じ役目です。センサーは関節がいま何度曲がり、どれだけの力を出しているかを測ります。駆動回路はセンサーの値を見ながら、モーターへ送る電流を細かく調整します。

この4つの部品を大きさと形を変えて腕・脚・胴に約30個並べ、骨格で支え、電池と頭脳を載せると人型ロボットになります。1体に同じ部品が数十個入るので、ロボットが1万体売れれば関節の部品は数十万個売れます。どの部品に価値が集まるかを考えるときの出発点は、この掛け算です。

関節は「回る」回転関節と「伸び縮みする」直動関節の2種類

回転関節は、ドアの蝶番のように軸のまわりに回ります。モーターの回転をそのまま使えるので構造が単純で、肩・肘・股関節・腰・首に使われます。減速機には、小さく軽く大きな減速ができる波動歯車がよく使われます。

直動関節は、注射器のようにまっすぐ伸び縮みします。モーターの回転をねじで直線の動きに変え、棒を押し引きして関節を曲げます。人間の筋肉が骨を引いて関節を動かすのに近い使い方で、体重を支える膝や足首のように大きな力が要る場所に向きます。重い荷に耐えるねじとして遊星ローラーねじが使われます。

どちらをどこに使うかは設計の考え方で分かれ、機種によって違います。減速機とねじの仕組みは減速機の章で詳しく説明します。

部品の価値は「1体にいくつ入るか」と「作るのがどれだけ難しいか」で決まる

人型ロボットの話題では、完成品を作る会社の名前が注目を集めます。しかし部品の供給網を分解すると、別の見方ができます。1体に何十個も入り、作れる会社が世界に少ない部品は、ロボットが売れるほど数量が増え、値決めでも強い立場に立てます。

この見方で部品を採点した証券会社の資料があります。首位は回転関節の減速機である波動歯車で、ロボットハンド、アクチュエーターの組立、遊星ローラーねじが続きます。頭脳の半導体と電池は、同じ製品が自動車やデータセンターにも使われるため、人型ロボットで新しく増える需要が小さいと評価されています。採点の中身と、日本企業がどこにいるかは部品の価値と供給網の章で扱います。

この章の確認

次の章では、関節アクチュエーターの4つの部品を1つずつ取り出し、モーターの速い回転がどうやって関節の強い力に変わるのかを式で確かめます。