人協働ロボットの近接安全設計：人の動きを推定して速度制限へつなげる方法

Fri, 09 Oct 2026 14:54:15 +0900

人の動きを予測できても、安全判断では予測の不確実性をどう扱うかが問われます。

先に結論

人と協働するロボットの近接安全は、「人を検知したら停止する」か「AIの予測に任せる」かの二択ではない。人体の占有領域をロボットの危険源と同じ座標系で扱い、検出遅延、遮蔽、位置誤差、相対速度、ロボットの停止距離を含めて保護分離距離を継続評価することが基本になる。

分離距離を保証できる間は通常速度または制限速度で運転し、制限速度でも境界を維持できない場合は保護停止へ移行する。センサー故障、追跡断絶、通信・同期異常などで保証が失われた場合は、最後の推定値や予測値で運転を継続しない。予測軌道は先回りした速度制限の補助には使えるが、それだけを安全バリアとして扱うべきではない。

なぜ動的な評価が必要か

協働ロボットでは、人が作業領域に入ること自体が直ちに異常とは限らない。ロボットの速度、工具の形状、人体との距離、制動性能に応じて、通常動作、速度制限、保護停止を使い分ける必要がある。一方、検出から制動開始までに時間がかかれば、検知時点では安全に見えても、ロボットはその間に人体へ接近する。

そのため設計対象は人体検出器だけではない。センサー、推定器、通信、制御器、ドライブ、ブレーキを含む安全機能全体を、リスクアセスメントと安全関連制御系の要求に結び付ける必要がある。ISO/TS 15066は速度・分離監視などの協働運転方式を扱い、ISO 12100は危険源の同定、リスク低減、妥当性確認を含む設計プロセスを示している。

位置・速度・予測軌道の扱い

人体の位置は一点ではなく、人体または身体部位の占有領域として表現する。人体、ロボットの危険点、工具、周辺設備を共通座標系へ変換し、センサーの位置誤差、時刻同期と検出の遅延、遮蔽、複数人の識別不確実性を危険側に評価する。

安全レーザースキャナなどが保護フィールドへの侵入状態だけを出力する場合、その出力から連続的な位置や速度を直接得られるとは限らない。連続トラッキングを利用する場合は、時刻付きの位置推定から危険源への相対速度、つまり接近速度を算出する。平滑化や外れ値除去を行う場合も、更新遅延、推定誤差、トラッキング断絶を考慮し、瞬間値をそのまま安全入力にしない。

予測軌道は、将来位置を示す一本の確定線ではない。人の動きは周囲の人、物体、環境、相互作用、作業意図に依存し、予測ホライズンが長いほど不確実性が増す。したがって短時間先の複数の軌道候補を包絡する占有領域として扱い、最大接近速度と位置不確実性を含めてロボットの停止包絡との重なりを評価する。遮蔽、信頼度低下、追跡断絶、想定外の加速度が起きた場合は、予測を無効化して保守側へ遷移させる。

flowchart LR
  A["センサー入力\n時刻付きデータ"] --> B["時刻同期・共通座標系への変換"]
  B --> C["人体・身体部位の\n占有領域を推定"]
  C --> D["追跡・接近速度・\n不確実性を推定"]
  D --> E["短時間の複数軌道を\n占有包絡として評価"]
  E --> F["ロボットの停止包絡と\n保護分離距離を評価"]
  F --> G{"分離距離を\n保証できるか"}
  G -->|"余裕がある"| H["通常動作"]
  G -->|"制限速度なら保証可能"| I["速度制限"]
  G -->|"保証できない"| J["安全関連の保護停止"]
  D --> K{"追跡・同期・検出系に\n異常があるか"}
  K -->|"いいえ"| E
  K -->|"はい"| L["保守側へ遷移"]
  L --> I
  L --> J
  E -.-> M["予測は補助情報\n安全バリア単独ではない"]
  M -.-> F

人体の位置・接近速度・不確実性とロボットの停止性能を継続的に評価し、分離距離を保証できる範囲で速度を制限し、保証できない場合は保護停止へ移行する概念フロー。

分離距離から速度制限へ

保護分離距離の考え方では、人体の接近速度、システム全体の応答時間、ロボットの停止距離、人体または身体部位の侵入距離、センサーと位置推定の不確実性を考慮する。ISO 13855の基本関係は、接近速度をK、総応答時間をT、侵入距離をCとして S=K×T+C で表される。

安全レーザースキャナ on Physical AI Hub

人協働ロボットの近接安全設計：人の動きを推定して速度制限へつなげる方法

先に結論

なぜ動的な評価が必要か

位置・速度・予測軌道の扱い

分離距離から速度制限へ