手と感覚 — ロボットハンド・触覚・力覚・視覚

ロボットハンドは、関節の部品を手のひらの大きさに縮めて十数個詰め込んだ「小さな人型ロボット」

人間の手には27個の骨と、20を超える自由度があります。ロボットハンドはこれを、小さなモーター・減速機・ねじ・角度のセンサー・触覚のセンサーで再現しようとします。関節の部品を手のひらの大きさに縮め、十数個を詰め込むので、人型ロボットの部品の供給網が1つの手に集まります。

指の動かし方は大きく2つあります。前腕にモーターを置き、腱のようなワイヤーで指を引く方式は、指を軽く細くできますが、ワイヤーの伸びと摩擦で力の制御が難しくなります。指の関節ごとに小さなモーターを置く方式は、制御は素直ですが、指が太く重くなります。投稿が引用した証券会社の採点で、ロボットハンドの「技術の選択の確かさ」が最低の1なのは、この方式がまだ定まっていないためです。

手は、人型ロボットの価値の大きな部分を占めます。同じ採点で、ロボットハンドは波動歯車に次ぐ15点でした。最も複雑で、組み上げたときの付加価値が大きく、5本指で力を加減する手を大量に必要とする製品はほかにありません。ただし、投稿の筆者は、最先端の手はテスラ・フィギュア・サンクチュアリなどの完成品メーカーが自社で作ることが多く、部品会社にとっては内製化されることがリスクだと指摘しています。公表された仕様では、テスラのオプティマスの試作機 (2022年) の手は6本のアクチュエーターで11の自由度を持ち、指は金属の腱で動きます。第2世代 (2023年) では全部の指に触覚を加えました。フィギュア 02 の手は16自由度、ワンエックスの NEO の手は22自由度です。日本ではハーモニック・ドライブ・システムズとミネベアミツミが、指1本で5キログラムを持てる小さな駆動部品を共同で開発しました。中国では兆威機電が小型モーターと歯車とねじで手の駆動部品を作り、匯川技術がモーターの制御で、帕西尼が触覚で手に関わります。

触覚センサーは、指先の「どこに・どれだけの力が・滑っているか」を測る

人は、卵を持つときも紙コップを持つときも、目で見る前に指先の感覚で力を加減しています。ロボットにこれをさせるのが触覚センサーです。指先の柔らかい皮膚の下に小さな感知点を並べ、どこにどれだけの力がかかっているか、物が指の間で滑り始めていないかを測ります。

力覚センサーは関節ごと・手首と足首に入り、1体に何十個も繰り返し使われる

6軸力覚センサーは、押す・引く力を3つの向きで、ねじる力を3つの軸のまわりで、合わせて6つの成分を1つで測ります。中には十字や車輪の形をした金属の梁があり、そこに貼ったひずみゲージが、力で梁がわずかに伸び縮みするのを電気の抵抗の変化として読みます。手首に付ければ、工具を押し当てる力や、物を持ったときの重さが分かります。足首に付ければ、足の裏のどこに体重がかかっているかが分かり、転ばずに歩くための制御に使えます。

業界地図のセンサーの列には、米国のノバンタ (6軸力覚センサーの ATI を傘下に持つ) とビシェイ・プレシジョン、中国の坤維科技、日本の村田製作所と TDK が並びます。投稿の筆者は、角度を測る磁気センサーのアレグロ・マイクロシステムズも挙げています。投稿の筆者が強調するのは、カメラは頭に1組しか付かないのに対し、力を測るセンサーは関節ごと・指先ごとに繰り返し入る点です。1体あたりの数が多く、しかも精度の要る部品は、人型ロボットが増えるほど需要が掛け算で増えます。

目はカメラと LiDAR — 自動車と部品が共通で、値下がりが速い

ロボットの目の中心はカメラです。人間の両目と同じように、少し離して置いた2つのカメラの見え方のずれから、物までの距離を計算できます (ステレオカメラ)。光の模様や光の往復時間で画素ごとに距離を測る深度カメラや、レーザーを回転させて周囲の形を点の集まりとしてとらえるLiDAR (ライダー) を組み合わせる機種もあります。

目の部品は、自動車の運転支援や掃除ロボットと共通です。中国では LiDAR とカメラの値下げ競争が進み、禾賽・速騰聚創・奥比中光・舜宇光学などが大量に生産しています。投稿の筆者は、米国の固体式 LiDAR のオースター、工場の画像検査のコグネックス、カメラのインテルも挙げています。投稿が引用した証券会社の採点では、カメラと LiDAR は電池と並ぶ最下位の12点で、「部品表に占める金額」は最低の1でした。目は人型ロボットに欠かせませんが、人型ロボットが利益の源になる部品ではない、という評価です。

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