Pinch Point

• 別名: crush point, trapping point
• カテゴリ: Control › Human in the loop
• タグ: safety, risk-assessment, collaborative-robots, machine-safety, workcell-design

隙間が閉じていくときに、ロボットの 2 つの部分の間、またはロボットと固定物の間に、人の身体の一部が挟まれうる場所。

定義

挟み込み箇所（pinch point）とは、閉じていく隙間が人の身体の一部、最も多くは指や手を挟み込みうる場所のことである。ロボットでは、肘が深く折りたたまれる箇所や手首が前腕に近づく箇所のようなロボット自身の 2 つのリンクの間、グリッパーの指の間、あるいはロボットとテーブル、治具、壁、コンベヤなどの固定物との間に生じうる。機械安全ではいくつかの関連用語が使われる。身体の一部が押しつぶされる押しつぶし・挟まれの危険源、2 つの縁がすれ違うせん断の危険源、回転部品が材料を引き込む巻き込み点である。挟み込み箇所は、こうした挟み込みのケースを包括する日常的な用語である。

挟み込み箇所は人の近くで作業するロボットにとって特に重要である。開けた空間では無害な接触でも、身体の一部に逃げ場がないと危険になりうるからである。そのため協働ロボットに関する指針は、人が身を引ける過渡的接触と、人がロボットと物体の間に押し付けられる準静的接触または挟まれ接触とを区別し、挟まれをより厳しく扱う。一般的な機械安全規格は特定の身体部位の押しつぶしを避けるための最小隙間を定めているので、開口部を押しつぶしが起きないほど大きくするか、指が入らないほど小さくするのが 1 つの設計方針となる。

挟み込み箇所は機構設計と動作の両方に依存する。設計者は、深い折りたたみを防ぐリンク形状やカバー、関節の可動範囲の制限、パッドによってこれを減らす。プログラマーは、軌道を固定面から離す、人の近くでリンクどうしが折り重なる姿勢を避ける、隙間が閉じるところで減速する、そして停止したロボットを動かしたり逆駆動したりして挟まれた手を解放できるようにすることで、これを減らす。ロボットプログラムの自動チェックで、リンク間やリンクと環境の間の距離がしきい値を下回る姿勢や経路にフラグを立てることができる。

重要な理由

挟み込み箇所は、ロボットセルのリスクアセスメントで最もよく特定される危険源の 1 つであり、力を制限した協働ロボットのアームでも危険源であり続ける。挟み込みでは小さな力でも高い圧力が生じうるからである。ハードウェアとプログラムの両方で挟み込み箇所を見つけることは、人の近くにロボットを導入するすべての人にとって基本的なスキルである。

主な用途

• ロボットセルと協働作業ステーションのリスクアセスメント
• リンク、カバー、グリッパーの機構設計
• ロボットプログラムと軌道の挟み込み危険のチェック
• 協働ロボットのアーム周辺への治具と作業面の配置
• ロボットの動作中に手をどこに置くかについてのオペレーター教育

実際の使われ方

技術者が自然言語インターフェースを使って、作業台上の協働ロボットのアーム用にピックアンドプレースのプログラムを生成する。実行前に、チェックツールが計画された軌道をシミュレーションで一歩ずつたどり、前腕と上腕の間、グリッパーと作業台の面の間の距離を計算する。ツールは、肘が急に折りたたまれる一方で、グリッパーが作業台の数センチ上を、オペレーターが手を置いている場所のすぐ横で通過する区間を見つける。ツールはそこを挟み込み箇所としてフラグを立て、プログラムは肘をより開いた状態で上から近づき、最後のアプローチで減速するように修正され、プログラムが承認される前にチェックが再実行される。

よくある誤解

• 力を制限した協働ロボットで挟まれによるけがは起きない — 手が面に押し付けられると、中程度の力でも小さな面積に集中すれば有害になりうる
• 挟み込み箇所はロボットと周囲の間にしか存在しない — ロボットのリンク、手首の関節、グリッパーの指は、それだけで指を挟みうる
• 挟み込み箇所はハードウェアで決まる — 同じロボットでも、どうプログラムするか、治具をどこに置くかによって、挟み込み箇所を生むことも避けることもある

知っておくべき人

• ロボットセルのインテグレーターと安全エンジニア
• ロボットのプログラマーとアプリケーションエンジニア
• アーム、グリッパー、カバーの機構設計者
• プログラムの自動チェックツールを開発する研究者

関連技術

• リスクアセスメント（Risk Assessment）
• 衝突チェック（Collision Checking）
• 最小距離計算（Minimum Distance Computation）
• 動力及び力の制限（Power and Force Limiting）
• 安全レーザスキャナ（Safety Laser Scanners）

関連用語

• Cobot
• Protective Stop
• Physical Human-Robot Interaction
• Workspace
• End-User Robot Programming
• Gripper

関連プロジェクト

• NASA Ogma: NASA runtime monitor generator for safe robotics and flight systems