arXiv (Robotics)AI
TITLE_JA: 産業用ヒューマノイドロボットの機能安全認証に向けて:フェイル・パッシブギャップと実行可能性研究
Toward Certified Functional Safety for Industrial Humanoid Robots: The Fail-Passive Gap and a Feasibility Study
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産業用ヒューマノイドロボットの導入が進む中、その安全性認証は大きな課題となっています。本研究は、脚式ロボットの機能安全認証における根本的な問題——「フェイル・パッシブギャップ」——に焦点を当てています。
通常、産業機器の安全基準であるISO 13849-1やEN 60204-1は、電源を遮断することで安全状態を実現する「フェイル・パッシブ」の仮定に基づいています。しかし、歩行する二足ロボットの場合、電源を切ると制御不能な転倒が発生するため、古典的な電源遮断それ自体が危険となります。研究チームはこの矛盾を「フェイル・パッシブギャップ」と定義し、その正確な位置を特定する手法を提案しました。
研究では、光カーテン、緊急停止ボタン、フェイルセーフ入力、フェイルセーフPLC、無線PROFIsafeで構成された外部安全チェーンを使用し、確認された要素と未認証の要素を分離します。結論として、認証可能な反応サブシステムは接触器ベースの電源遮断(ストップカテゴリ0)ですが、これはバランス制御するヒューマノイドロボットには不可欠な要素であるという根本的な矛盾が明らかになりました。
Unitree G1 EDUロボットを用いた実験では、3m×1.5mの半密閉ワークスペースで検証を実施。転倒を危険として扱う能動的安全状態の分析、単脚支持停止境界、バランシング方針の残存リスク評価などを行い、産業用ソフトウェア定義オートメーションコントローラの統合による安全インターフェース実装の課題を示しました。