徹底検証!中国製パーソナルモビリティ「Robin-M1」

2012.08.07
PART 1 試乗検証:倒立2輪の基本機能を備える
―完成度はそこそこ!安全性は無頓着!

 中国国内では、すでに現地メーカーによる倒立2輪タイプのパーソナルモビリティの事業化が始まっている。現在、確認されるだけでも複数製品があり、Segway(セグウェイ)を模倣したと推定されるWindRunner(UPTECH Robotics社)とChegway(Yantai Rijiang Electric社ほか)に加え、トヨタ自動車が開発中のWinglet(ウィングレット)を意識したと思われるRobin-M1(Robstep Robot社)もある(図1)。販売価格は、WindRunnerが2,700~3,000米ドル(21万1,950~23万5,500円)程度、Chegwayが3,800~4,000米ドル(29万8,300~31万4,000円)程度(*1)、そして、Robin-M1は2,000米ドル(=15万7,000円)~20万円(*2)といずれも低価格であり、いまだ製品化に至らない国内ロボットメーカーを尻目に、ワールドワイドに展開している(いずれも7月時点での調査。1米ドル=78.5円で換算、Robin以外は通販サイトなどの価格も含めている)。

*1:Chegwayにはスクータタイプなど様々なモデルがあるため、標準モデルといえる倒立2輪タイプの価格帯を示している。
*2:国内の並行輸入業者を通じての購入価格である。例えば、BtoCショッピングサイト「Alibaba(アリババ)」を経由すれば、より低価格で購入できる可能性がある。

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図1 中国製パーソナルモビリティ(倒立2輪タイプ)の一例

  ロボナブル編集部では、事業化で先行した中国メーカーの技術レベルに興味を抱き、Robin-M1を入手して試乗調査ならびに分解調査を実施した。選定理由は、2012年2月には北京首都国際空港で警備用途で導入されるなど、中国国内で販売台数を着実に伸ばしているからである。本特集では、「PART 1」として試乗を通じての安全性の検証を、「PART 2」として分解調査を通じての技術検証をそれぞれレポートする。「PART 3」では、安全工学研究所(SEL)と国際レスキューシステム研究機構(IRS)が主催する「サービスロボット安全技術者認定講座」の協力のもと実施したリスクアセスメントを紹介する。なお、Robin-M1の走行性能は、動画1で確認してほしい。

 米Segway社が開発コードネームのGinger(ジンジャー)を改め、Segwayとして販売(*3)を始めたのが2001年12月。さらに遡ること、電気通信大学の山藤和男名誉教授らが基本原理といえる平行二輪車ロボットを発表したのは1986年(「同軸二輪車における姿勢制御方法」としての特許の出願は1987年)。
 倒立二輪機構は十二分にこなれた技術であり、これを応用した(立乗りタイプの)パーソナルモビリティは、中国メーカーの動向が示すように、すでにコモディティ化している。こうした状況下で事業化を目指す国内ロボットメーカーには、これらと同等の低価格化に加え、安全性の確保などが求められる。「PART 4」では事業化に向けた課題についても考察する。

*3:厳密には、米DEKA Products Limited Partnership社のライセンスを受けて製造販売。

動画1 Robstep Robot社が公開している、Robin-M1による機能への限界に挑んでいる様子。開発企業がこのような危険行為を公開するのは珍しく、好ましい行為とは言い難い。

Segwayを模倣した基本機能

  開発元のRobstep Robot社では、自社製品でありながらRobin-M1を「mini-Segway」と称してワールドワイドに展開している。外観はWingletに似ているとはいえ、それだけSegwayを模倣して基本機能をつくり込んでいることが初期調査を通じて伺えた。

 基本構成は、大きくは倒立2輪機構を搭載するカーボディプラットフォーム(以下、プラットフォーム)と、操作を行うためのハンドルバーから構成(図2)。センサ類にはジャイロセンサとモータ内蔵のロータリーエンコーダ分解調査でレゾルバ式であることが判明)を搭載しており、前者で得た本体の姿勢角(角速度を積分して得る)と、後者で得た車輪の回転角にもとづいてモータ制御(状態フィードバック制御)を行うことでバランスをとりつつ、搭乗者の体重移動による前後進や速度制御を可能にしている。一般的な倒立2輪機構と同様の制御を採用していると考えてよい。旋回動作はSegwayと同様、ロール回転方式によるハンドル操作により行う。

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図2(左)Robin-M1の基本構成、図3(右)インジケータとリモコンキーの構成

 そのほかセンサ類には、搭乗を判定するためのペダルセンサを備える(図2)。マニュアルでは、あたかもプラットフォーム上に4つ配置されているように説明されているが、厳密には、プラットフォームの四隅付近に配置した透過型フォトインタラプタにより、搭乗に伴うペダル部の降下を検出して判定を行っている(詳細は「PART 2」を参照)。ただし、ペダルセンサを配置していると説明されている付近を踏めば、1秒後には制御が入るよう設計がなされている。

  システムの状態を知らせるインジケータ(表示装置)は、Segwayと同様、プラットフォームの中央に備える(図3)。システムの正常/異常とバッテリー残量、付属のリモコンキーの受信を知らせるのみのシンプルな表示となっている(後述するが、システムの状態が把握しづらい)。また、モードの切り替えなどはリモコンキー(Bluetoothで通信)で行うようになっており、その操作により最高速度7km/hのビギナーモードと同14km/hのノーマルモードのほか、盗難防止機能を備える待機モードへの切り替えが行える。SegwayでいえばinfoKey(インフォキー)に相当するものだが、infoKeyのようにシステムの状態を知らせる機能はない(*4)

*4:infoKeyでは「顔アイコン」でシステムの状態を確認したり、「レンチアイコン」でシステムエラーを把握したりできるように工夫がなされている。

  そのほか、バッテリーはインジケータと一体構造となっており、プラットフォームの中央に搭載。充電ポートとシステムの初期立ち上げを行うためのON/OFFボタンは、プラットフォーム後部に備える。Segwayも同様の位置にこれらを搭載しており、当初は、単純に配置を模倣した結果と思われた。が、分解調査を通じてコントローラボード上の電子部品の配置が酷似していることが判明しており、機能および構造をまるごと模倣した結果と断定できる。

  図4は、Robin-M1のおもな仕様をまとめたものである。参考として掲載したWingletは2008年8月1日発表当時のものであり、構造上Robin-M1に近いType Lのスペックを記載した。一見すると、Robin-M1の性能が高いように思われるが、中国製品では理論値がそのままスペックシートに記載されることが間々あり、そのためと推定される。そのほか認証関連ではCEマークRoHSFCCを取得していることが明記されている。

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図4 Robin-M1とWinglet、Segwayのおもな仕様。Robin-M1の実際のモータ出力は、分解調査を通じても把握できなかった。

おトク感は抜群!つくり込みは不十分!

 ここからは、試乗を通じての検証内容を紹介する(安全性に関する考察は次節に述べる)。
  試乗は、マニュアルに記載された利用環境を踏まえて整地で行った。マニュアルでは「開放空間での利用を推奨」とし、そのほか「制御が不安定になる環境での利用は不可(傾斜面を横切るような走行)」「滑りやすい路面や、小石や枝などがある路面での利用は不可」といった内容が明記されている。段差走行は不可と明記されていないが、検証したところ、プラットフォームが華奢なため段差の乗り越えに伴う衝撃が搭乗者にダイレクトに伝わり、危険状態に至る可能性が容易に想像された(動画2)。したがって、段差乗り越えは不可と判定し原則、整地のみを走行した。なお、想定ユーザーについては「16歳以上」とし、「高齢者や妊婦、子供利用は推奨しない」としている。

動画2 段差走行を行ったときの一例。高さ2cm程度のゴム製の障害物を乗り越えている。パーソナルモビリティの研究も行っている大阪電気通信大学の鄭聖熹(ヂョンソンヒ)准教授に試乗してもらった。鄭准教授のペダル付き倒立振子型パーソナルモビリティ「Wi-PMP」の詳細はこちら

 好意的な見解から示すと、倒立2輪タイプのパーソナルモビリティとして基本機能を備えることが確認された。プラットフォームに片脚を乗せる(ペダルセンサを踏む)と1秒後には制御モードに入って搭乗しやすい状態となり、設定制限速度に達するとプラットフォームが後傾に起き上がり(ハンドルバーが搭乗者側に傾く)減速を促してくれる(=スピードリミッター)。特に、最高速度7km/hのビギナーモードでは、急加速をすると瞬時にハンドルバーが後傾して減速を促す。初心者に向けの安全機能として効果的に機能している。また、スペック通り最小回転半径0mでの小回りも行える。
 これらは倒立2輪タイプのパーソナルモビリティでは当然の機能ではあるが、2,000米ドルで実現されていることからすれば、かなりのおトク感が得られる。

 一方、懸念されるのは、1つはジャイロセンサのバイアスドリフト〔時間の経過とともにゼロ点(静止状態)が自己変動する現象〕の対策が不十分であること。詳細は「PART 2」で触れるが、Segwayなどと比較すると、極端な簡素化を図った結果、例えば姿勢制御のためのセンサ類は、ヨー軸の検出に1軸ジャイロセンサしか搭載していない(ピッチはモータのレゾルバで検出)。一般にジャイロセンサにはバイアスドリフトの問題があり、例えば、ジャイロセンサの積分値を加速度センサで補正するといった対応が欠かせないが、こうした対策の有無が搭乗した範囲では確認されない。長時間にわたって多人数で乗り回すと、姿勢制御が不安定になる現象が間々見られた。また、ロール角をまったく見てないため、傾斜(スロープなど)を横切るような走行をすると不安定になった(上述の通りマニュアルでは禁止している)。

 もう1つは、安全性に関わるが、デバッグが不十分なこと。頻繁なリモコンキーの操作により、予期せぬシャットダウンをはじめ不具合と思われる事象がいくつか発見された。代表的な事象は、ペダルセンサを踏んでいない(搭乗していない)のに制御モードに入る場合があること。例えば、ビギナーモード時に降車した状態でノーマルモードに切り換えるボタン操作をすると、奇数回(1回・3回・5回・・・)を押したときのみ、ペダルセンサを踏んでいないにもかかわらず、プラットフォームを傾斜した方向に移動を始めた。
  本来は、ペダルセンサを踏まないと制御モードに入らないように設計されている(はず)。また、モードの切り替えは安全のために、いったん降車してシャットダウンをし、再起動をしたうえで可能としているはずであり、このような事象はあってはならないはずである。テストシナリオにもとづいて試験がなされていない結果、バグが残ったものと推察される(*5)

*5:本来は「Vモデル」にもとづいて「単体テスト」「結合テスト」「システムテスト」が実践されるべきだが、こうした開発プロセスを採用しているとは考えにくい。

  加えて、試乗以前の問題となるが、リモコンキーの技術基準適合証明と充電器のPSEマーク(電気用品安全法)の取得が確認されなかった。国内でBluetooth機器を利用するためには、電波法にもとづく小電力データ通信システムの無線局として技術基準適合証明を受ける必要があり、証明を受けていない機器の使用は同法の違反となる。Robin-M1では、認証を受けた製品に表示される「技適マーク」がなかった。また、PSEマークについては、国内輸入事業者の申請でも適合性検査を受けることは可能だが、こちらも表示マークを確認できなかった。

リスクアセスメントは実施していない

 今回の検証でもっとも注力した安全性であるが、結論からいえば無頓着であることが伺えた。ISO 12100:2010に示されたリスクアセスメントを実施していないうえ、3ステップメソッドによるリスク低減方策も行っていないのが容易に想像された。特に、ステップ3の使用上の情報による対策はなきに等しい。

  3ステップメソッドでは、図5に示したように、ステップ1~3の順番で安全設計を行う。図6リスクアセスメントと3ステップメソッドとの関係性を示したものである。
 通常、ステップ1における本質安全設計による対策と、ステップ2における安全防護および付加保護による対策は、ステップ3でのユーザーへの情報提供と正しい理解を通じてはじめて、リスク低減方策としての効果を発揮する。産業用ロボットと異なり、インターロックガードなどステップ2の安全方策を実行しにくい、パーソナルモビリティを含むサービスロボットでは、ステップ1で低減しきれなかった残留リスクをユーザーに受け持ってもらい、緩和することが重要である。ゆえに、ステップ3の重要度が増す。また、そうしなければ開発側は受容可能なリスクの線引きが行えず、製品化がたいへん難しくなる(ステップ3では、図5に示した通り、信号および警報装置、取扱説明書、表示、標識、教育訓練などの対策を行う)。

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図5(左)3ステップメソッドでの具体的な対策と対応する規格、図6(右)リスクアセスメントと3ステップメソッドとの関係

  ステップ3に着目して説明をすると、Robin-M1はSegwayと同様、警報装置としてのモーションアラーム(バイブレーションによる警告)を備える。モーションアラームが発報するケースとして、Segwayのマニュアルでは、おもに(1)傾斜したままの搭乗警告、(2)高速での後進への警告、(3)トルク不足警告に加え(坂道走行など)、(4)異常発生時警告(セーフティシャットダウン)の4パターンが明記されている。Robin-M1も同様に、(1)と(2)ときに発報するが、バイブレーションがきわめて微弱であるばかりか(動画34)、マニュアルでの説明も不十分である。

動画3 傾斜したままの搭乗警告(Segway)。激しいバイブレーションで警告しつつ、インジケータが赤点滅しているのがわかる。

動画4 傾斜したままの搭乗警告(Robin-M1)。バイブレーションが発報しているが、マイクで拾えない程度の微弱な振動しかしない。

 図7は、マニュアルに記載されているモーションアラームの説明である。末尾に、注記として「強く振動するときは搭乗をやめなさい」としている。これは「システムエラーが発生しているので搭乗をやめなさい」という意と解釈されるが、リスクアセスメントを通じて合理的予見可能な誤使用機能不良を洗い出していない結果、このような曖昧な記述になったと想像される。

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図7 Robin-M1のモーションアラームの説明

  また、モーションアラームが発報した際のインジケータの表示も不明瞭である。Segwayには 5つのライトからなるバランス・インジケータ・ライトがあり、すべてのライトもしくは中央のライトが緑点滅していれば乗車可能であることを視覚的に示す。赤点滅している場合は乗車不可を示しており、ハンドルバーを傾いている方向のライトを赤点滅することでバランス状態を知らせる。(1)の場合であれば、モーションアラームを発報するとともに、ハンドルバーが傾いている方向を赤点滅する。また、ハンドルバーを正常な状態に戻す(垂直に傾ける)と緑点滅するため、乗車の可否を判断することができる(動画3)。これに対し、Robin-M1では車体姿勢に関係なく、システムの正常を示す緑のライトが点滅するのみである。Segwayのようにバランス状態も乗車の可否も判断できない(動画4)し、表示として機能を果たしていない。

 なお、Segwayでは片脚がプラットフォームから離れた状態で旋回しようとしたときも警告音を発報するようになっている。このような運転行為により危険事象に至ることが予見されるためと想定される。また、上述の(4)は、バッテリー容量不足などの異常時にセーフティシャットダウン(*6)へと移行し、バイブレーションと警告音、infoKey、インジケータの赤点滅で警告を発し、10秒以内に降車するよう促すことで安全停止を実行する。IEC 60204-1:2005では制御停止が規定されており、カテゴリ1として、動力機構を停止させるための動力供給を維持して機構を停止させ、その後、動力供給を遮断することで停止状態とする制御された停止が規定されている。これに即して実装した機能と想像される。ところがRobin-M1では、調べた範囲では、これらの機能は確認できなかった。

*6:Segwayはシステムが多重化されており、いずれかにシステムエラーが発生した場合もセーフティーシャットダウンへと移行する。Robin-M1ではシステムは多重化されていないため、制御停止は実装していない。詳細は「PART 2」を参照。

動画5 Segwayのセーフティーシャットダウンの様子。Segwayでは擬似的にこのモードを起動することができ、認定インストラクターによる教育訓練ではユーザーに体験させている。安全のために片脚を地面に接地した状態でセーフティーシャットダウンを起動している。

  Robin-M1では、そのほかSegwayと同様の安全機能として、前節で触れたスピードリミッターを備えるが、この機能の説明も曖昧である。図8はRobin-M1のマニュアルの抜粋、図9はSegwayの日本語マニュアルからの抜粋である。Segwayのマニュアルでは、スピードのリミッターの機能から、これが発動する運転状況、推奨される行為ならびに対応策まで丁寧に説明されている。運転状況を細かく記載できているのは、リスクアセスメントを通じて、合理的予見可能な誤使用や使用状況を抽出した結果といえる。これに対しRobin-M1のマニュアルには、こうした記述がいっさいない。繰り返しになるが、リスクアセスメントをしていないためと思われる。

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図8 Robin-M1のスピードリミッターの説明

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図9 Segwayのスピードリミッターの説明(日本語マニュアルより一部抜粋)

ただちに危険といえるレベルではない

 前節ではステップ3に着目し、その不備を通じて安全性確保に対する検討がなされていない可能性を示した。マニュアルでは「安全機能」と称して、モーションアラームやスピードリミッターを実装したことを述べているが、Segwayを表層的に模倣した結果であろう。そもそもSegwayが3ステップメソッドによる安全設計の一環として実装していることを理解していないため、既述のように、とりあえず備えたレベルになったと推定される。また、国際規格(IEC 62079:取扱説明)を理解しないままにマニュアルを作成したため、きわめて不明瞭な内容になっていると思われる。これではユーザーの正しい利用方法につながらない。

 本来、Robin-M1やSegwayのように、従来にない、新規製品はステップ3がきっちりなされるべきである。中でも、実装する安全機能についてはマニュアルでの説明に加え、教育訓練を通じて理解してもらい、正しい利用方法につながるよう腐心すべきである。こうした意味は、Segwayの国内総販売代理店であるセグウェイジャパンが実施する、認定インストラクターによる講習システムはよく考えられている。
 また、2013年秋の発行が予定されるパーソナルケアロボットの国際安全規格「ISO 13482」の骨子は、リスクアセスメントと3ステップメソッドにあるといわれている。Robin-M1のような搭乗支援型ロボット(Person carrier robots)も対象範囲となっており、このような対応は開発企業にとって必須といえよう。

 とはいえ、Robin-M1がただちに危険なモビリティであるかと問われると、答えは「ほぼノー」である。機械安全の観点から見ると、自転車以下のリスクレベルと判断される。機能安全は何らなされていないが、マニュアルに示された推奨環境で利用すれば、想定されるリスクレベルはかなり低い。利用環境のさらなる制限や教育訓練の実施など、リスクマネジメントの実践によりリスクを受容可能なレベルにコントロールできると判断される。もちろん、国内で利用するのであればPSEマークやBluetoothの技術基準適合証明の取得が必要となる。

  試乗による検証などを通じて、Robin-M1は随所にSegwayを模倣していることが伺われた(分解調査を通じて、実際に模倣していることが伺われる)。製品としてのオリジナリティは感じられないが、2,000米ドルと低価格で購入できることを考えると、まずまずの完成度といえる。そして、屋内環境(整地)などに利用環境を限定すれば、十分オススメできるパーソナルモビリティであると断言できる。

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特集コンテンツ一覧

●PART1 試乗検証:倒立2輪の基本機能を備える
― 完成度はそこそこ!安全性は無頓着!
PART2 分解調査:Segwayを参考に低コスト設計を追求
― システムの多重化はいっさいナシ!

PART3 リスクアセスメント:ISO 13482で評価
―安全関連系による速度制御は必須!

PART4 適切な実証実験を通じて利用シーンの拡大を
―倒立2輪型は都市部でこそ使えるはず!




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