新型ロボット「チアリーディング部」に込めた村田製作所のビジョンとは?

既報のように、村田製作所は9月25日、新型ロボットの「村田製作所チアリーディング部」を発表した。記者発表会の様子については前述の記事を参照して欲しいが、マイナビニュース編集部では事前に開発担当者にインタビューする機会を得ることができた。開発の経緯等について聞いてきたので、ここで紹介しよう。

なお同社はこれまで、初代ムラタセイサク君(1991年)、2代目ムラタセイサク君(2005年)、ムラタセイコちゃん(2008年)と開発してきており、チアリーディング部は4世代目のロボットになる。2代目ムラタセイサク君とムラタセイコちゃんについては、CEATECで取材したレポート記事があるので以下を参照して欲しい。

• CEATEC JAPAN 2005 - 自転車型ロボット「ムラタセイサク君」やジャイロ搭載ゴルフパターなど
• CEATEC JAPAN 2008 - あのムラタセイサク君にいとこの女の子が登場!

自前主義を棄てたワケ

話を伺うことができたのは、プロジェクトリーダーである吉川浩一氏(広報室企業広報課担当課長)と、開発スタッフの守井知之氏、北河満氏(ともにプロセス技術開発2部)。吉川氏は現在広報室に所属しているが、元々はエンジニアであり、2代目ムラタセイサク君とムラタセイコちゃんの開発に係わっていたという経歴がある。

新型ロボットについて触れる前に、まずはこれまでの同社のロボット開発について、簡単に振り返っておこう。

ムラタセイサク君は自転車型のロボットである。初代は今から20年以上も前に作られたものであり、吉川氏も当時の開発については直接知っているわけではないそうだが、2005年に2代目を作ることを決めたのは、「今の技術で再び作ったらどうなるか」ということを、ムラタセイサク君のファンの人達に見せたかったからだという。

ちなみに当時、同社には「フロンティアテーマ」という制度があった。直接事業に関係ないことでもやっていいという仕組みで、海外ではGoogleの「20%ルール」などが有名だが、2代目ムラタセイサク君はこの制度を活用して開発されたそうだ。

次は女の子にしようということで、2008年に開発したのが一輪車型ロボットのムラタセイコちゃんだ。セイサク君は左右に倒れないようにするだけで良かったが、セイコちゃんはさらに前後にも倒れないようにする必要がある。左右方向については胴体のホイールで、前後方向については倒立振子でと、異なる制御技術でバランスを保っている。

そして今年、6年ぶりの新型ロボットとして発表されたのがチアリーディング部なのだが、実は大きく変わったことがある。これまでのロボットは、なるべく自社の技術で作ることにこだわりを持っていたのだが、今回はガラリと方針を変え、積極的に外部パートナーを活用しているのだ。

今回、ロボット本体の開発にはヴイストンが、超音波を使った位置計測システムはプロアシストが、複数ロボットの移動制御アルゴリズムは京都大学・松野研究室がそれぞれ協力している。いずれも村田製作所と同じく、関西に拠点を置く企業や大学だ。

村田製作所は、B2Bのデバイスメーカーである。積層セラミックコンデンサなど、同社製の部品はスマートフォンなど多くの製品に搭載されているものの、部品が一般消費者から注目されることはほとんどない。セイサク君とセイコちゃんには、様々な自社製の部品が搭載されており、技術力のPRと同時に、知名度アップの狙いもあった。

学校の教科書にも掲載されるなど、その効果は十分にあったと言えるが、開発から時間が経ち、ビジネス環境も大きく変わってきた。そこで吉川氏は「村田製作所の今の姿をロボットで描写したいと思った」という。

現在、ビジネスを展開する上で「スピード感が重要になってきている」と吉川氏は述べる。顧客に対し、いち早くソリューションを提供するためには、自社の技術と外部の技術を最適な形で組み合わせる必要がある。そういった現在のビジネススタイルを、このロボットでも表現したというわけだ。

難航した"玉乗り"の制御

チアリーディング部の特徴は、ボールに乗った"玉乗りロボット"であることと、10体の"グループ"になったことだ。実際に動きを見てもらった方が早いので、まずは以下の動画をご覧いただきたい。

チアリーディング部の仕様は、身長が36cm、体重が1.5kg。身長はボールの分を含むが、体重には含まれない。ボールは中空のステンレス球で、この重さは500gだ。本体底面にオムニホイールが3輪埋め込まれており、これでボールを転がし、全方向への移動、および方向転換を行っている。内蔵バッテリにより、1時間程度の"応援"ができる。

バランスの取り方は倒立振子であるが、ムラタセイコちゃんとは制御アルゴリズムが違うという。セイコちゃんは車輪だったので前後方向の1自由度で良かったが、今度はボールになったため、全方向に対してバランスを取る必要がある。当初、セイコちゃんの技術の延長でやろうとしたものの、すぐに倒れたりして、うまくいかなかったそうだ。

セイサク君とセイコちゃんでは、横方向のバランス制御にホイールが使われていた。体が僅かに傾くと、それをジャイロで検出し、すぐホイールを回してバランスを戻すので、ほとんどピタリと静止しているように見えたほどだが、吉川氏によれば、この方法は「運動方程式を立てて、その通り作れば、ほとんどその通り行く」のだという。

このホイールはダイレクトドライブ(直動)方式だったが、今回は小型化のため、ギヤを使う必要があった。モーター、ギヤ、オムニホイール、ボールと力が伝わるため、途中に伝達ロスもバックラッシュもある。最初はそれを無視していたが無視できないことが分かってきて、「甘く見ていたが、やってみたら意外と難しかった」と吉川氏は苦笑する。

ただ苦労した分、良いものができた。傾いた方向にさっと動いて倒れないようにするのが倒立振子なので、どうしても少しフラフラしてしまうのだが、このフラフラする範囲を半径1cm以内に抑えることができた。結果としてロバスト性も向上しており、セイサク君とセイコちゃんはちょっと触るだけで倒れてしまったが、今回は多少突いても立っていられるとのこと。

IoT/IoEで将来はこうなる?

10体のロボットがフォーメーションを組んで動くためには、まずはそれぞれのロボットがどこにいるのか、位置を正確に把握することが重要だ。チアリーディング部では、これに超音波を利用している。

ステージの広さは4m四方。ステージの左右に置かれた発信機から超音波と赤外線が出されているのだが、空気中を伝わる速度が異なるため、超音波の方が遅れて届く。このタイムラグを計測すれば、それぞれの発信機からの距離が分かり、その交点がロボットの現在地だと分かるわけだ。この方法では、約1cmの分解能で位置を特定できるという。

ロボットの位置計測には、この超音波を使った方法のみを利用しており、エンコーダの情報などは使っていない。普通に考えれば、位置計測にはカメラやレーザーなどを使いそうなものだが、チアリーディング部では、あえて超音波にこだわった。「超音波でやれることを追求したかった」(吉川氏)のだという。

この方法のメリットは、何と言っても低コストであることだ。ロボット側に必要なのは、超音波マイクと赤外線センサーのみ。いずれも極めて安価な部品だ。

一方、今までのセイサク君とセイコちゃんは単体であったが、今回のチアリーディング部は団体だ。この狙いについて、吉川氏は「エレクトロニクスの可能性とか、近い将来とかを見せたかった」と説明する。

現在、「IoT」(Internet of Things)や「IoE」(Internet of Everything)といった言葉が盛んに使われている。PCやスマートフォンなどだけでなく、将来は身の回りのあらゆるモノがインターネットに繋がっていくという考え方だ。

「いろんなモノがインターネットに繋がることで、新しい付加価値を生んだり、新しい機能を提供したりという方向に世の中が動いている。我々のビジネスも段々そうなっていて、それを表現したかった。複数のモノがコミュニケーションするようになった具体例として、ロボットの協調動作を考えた」(吉川氏)

無数のモノがインターネットに繋がるような場合、その1つ1つに高価なセンサーを搭載するというのは考えにくい。今回採用した超音波のように、「小型」「低コスト」「省電力」であることが重要なキーワードになってくるだろう。

今後は出前授業に活用も

今までのセイサク君とセイコちゃんと同様に、今回のチアリーディング部も、お披露目の場は幕張で開催される「CEATEC JAPAN」(会期は2014年10月7日～11日)となる。セイサク君とセイコちゃんは"CEATEC名物"となっていただけに、新型ロボットの登場を楽しみにしていた人も多いのではないだろうか。

「どうしても"親"の立場になってしまう」と笑う吉川氏は、「"ウチの子"の可愛いところをぜひ見て欲しい」とアピール。ブースのデモステージでは、「こだわったのは距離感。ぶつかりそうでぶつからない、少しフラフラしながらすれ違うフォーメーション動作」に注目して欲しいそうだ。

これまでのロボットと同じく、チアリーディング部も「製品」として販売することは計画していない。CEATEC終了後は、セイサク君とセイコちゃんのように、各地の学校や科学館を訪ねて出前授業を行っていくことを考えている。

そのため、吉川氏は「柔軟性と機動性の向上」を今後の課題としてあげる。今回のシステムは、発信機のスタンドを置いて、フィールドを決めた上でロボットを動かしているが、会場によっては、必ずしも想定した環境が用意できるとは限らない。また小型化したとはいえ、10体に増えてしまったので、持って行くだけでもかなり大変だ。

「このロボットを子供達に見てもらって、将来こんなモノ作りがしたいとか、こんな未来になるんだなとか感じてもらえれば」と吉川氏。チアリーディング部で、未来のイノベーターを応援していくつもりだ。