★★ロボット四方山話Pdf110510

[2011年第２回 eビジネス異業種交流会講演会資料]

ロボット四方山話
2011年5月10日

早稲田大学国際情報通信研究センター

工学博士高川雄一郎

注意

• 本資料は, 当初, 2011年3月15日の講演用に作成したが, 東日本大震災を鑑み5月
まで講演を延期したため, その後の話題を交えて内容を更新したものである.

• 本資料は, 注記がない限り2011年5月３日時点の情報で作成されているが, 数字に
関してはこの限りではない.

• 本資料には筆者の独断/偏見/推測も含まれており, 筆者が所属するいかなる企業
/大学/団体/その他機関を代表するものではない.

• 本資料は, 筆者の主義主張を論じるものではない.

• 本資料の内容で如何なる損害を被っても筆者は一切の責を負わない.

• 本資料の転載ならびに複写は当該法に違反する.

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忍び寄るロボット兵器の兄弟達


奥様の味方、お掃除ロボットRoomba の正体
 2002年に米国iRobot 社が世界販売を開始
 世界40ヵ国で500万台を販売 (2010年末)
 日本では22万台を販売(2010年末)
 直径約34cm, 厚さ9cm, 重量約3.7kg
 ｾﾝｻｰで部屋の形状を見極めて掃除
 原型はｸﾗｽﾀｰ爆弾や地雷処理ﾛﾎﾞｯﾄFetch

爆弾処理ﾛﾎﾞｯﾄ Fetch 赤外線ｾﾝｻｰﾋﾞｰﾑ

・掃除完了後は自力で充電ﾄﾞｯｸに帰還
・充電も自動

[出所：iRobot 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等]

Roomba はセンサーだらけ
機種により異なるが58～67個のｾﾝｻｰを搭載

[出所：iRobot 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等]

Roomba の兄弟製品

床掃除ﾛﾎﾞｯﾄ：Scooba 工事現場清掃ﾛﾎﾞｯﾄ：Dirt Dog

近々, WiFi, ｶﾒﾗ, GPSも組み込まれるかも？！

[出所：iRobot 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等] All rights reserved by Dr.Takagawa 6

iRobot 社の汎用軍事ロボット PackBot

PackBot 本体遠隔制御卓
ﾊﾞｯｸﾊﾟｯｸ搬送可
 1998年にDARPA（国防高等研究計画局）から開発を受託
 2001年9月11日にGround Zeroで捜索活動実戦ﾃﾞﾋﾞｭｰ
 既に約4千台の出荷実績. ｲﾗﾝに約3千台配備
 ｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ交換で多目的利用が可能
 小型芝刈り機ｻｲｽﾞ, 重量19kg（全装備を背負って搬送可能）
 本体は特殊ｺﾞﾑ状ﾎﾟﾘﾏｰで, 瓦礫や階段の上り下りも可能
 水陸両用（水深1.8mで動作可能）
 福島第一原発事敀にも出動し偵察・測作業などを実施
注） Defense Advanced Research Projects Agency
重武装用強力型
Warrior
[出所：DARPA, iRobot 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等] All rights reserved by Dr.Takagawa 7

iRobot 社概要
同社は, ｱｼﾓﾌ博士のSF小説に
似た展開をしている…
丌気味なほど

• 1990年に, MIT のｺﾝﾋﾟｭｰﾀｦﾀｸであったColin Angle （CEO）、 Helen Greiner
（President）とRodney Brooks 教授（CTO）がBoston 郊外Burlington で起業

• 社名: ｱｲｻﾞｯｸ・ｱｼﾓﾌのSF小説『われはﾛﾎﾞｯﾄ（I, Robot）』（’50年）に由来
“US Robot (& Mechanical Man) 社の主任ﾛﾎﾞｯﾄ心理学者スーザン・カルヴィンの回顧録と
言う設定. 彼女と同社の新型ﾛﾎﾞｯﾄ実地ﾃｽﾄ担当ﾄﾞﾉﾊﾞﾝ達をめぐる短編小説を通してﾛﾎﾞｯﾄ工学
三原則を提唱”

• Colin Angle は卒論がSmithsonian 博物館に展示されるほどの天才ﾛﾎﾞｯﾄ研究者
• 当初は, NASA向けの地球外探査用小型ﾛﾎﾞｯﾄGenghis を開発
• その後, DARPAから受託した陸・海軍用ﾛﾎﾞｯﾄ開発で成功し, Ariel, Fetch, PackBot,
Worrior, SUGV（Small Unmanned Ground Vehicle）等を開発
• 軍民転換技術の一環で, ｸﾗｽﾀｰ爆弾や地雷除去ﾛﾎﾞｯﾄFetch をﾍﾞｰｽに開発した家庩
用掃除ﾛﾎﾞｯﾄRoomba で世界的に有名になり急成長し. 2005年にNASDAQ に上場
[出所：iRobot 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等を参照し筆者作成]

Colin Angle
が言うには….

お掃除ﾛﾎﾞｯﾄの発想は1964年にあった !
 Applied Physics Laboratory, John Hopkins 大が試作
 月面探査や深海調査に応用する目的で開発.
 操縦性が悪く実用化されなかった.

Roomba の基本ｺﾝｾﾌﾟﾄは45年前にあった.
｢充電のために, 壁の電源ｺﾝｾﾝﾄまで自走する｣とある.

R&Dのﾋﾝﾄは, 温故知新から
[出所： Popular Science 誌 1965年1月号] All rights reserved by Dr.Takagawa 9

TALON の概要
米国DOD, DOE, FEMAが共同で
で放射能事敀用に改良した.

[出所： DODﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ]


TALON 戦闘モデル概要

[出所： DODﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ]


アシモフ博士のロボット工学三原則
ｱｲｻﾞｯｸ・ｱｼﾓﾌ博士は, SF小説｢われはﾛﾎﾞｯﾄ（I, Robot）｣の中で人間とﾛﾎﾞｯﾄが共生し
て行くための『ﾛﾎﾞｯﾄ工学三原則』(The Three Laws of Robotics)を以下のように提唱.
• 第1条：ﾛﾎﾞｯﾄは, 人間に危害を加えてはならない. また, その危険を看過す
ることによって, 人間に危害を及ぼしてはならない.
• 第2条：ﾛﾎﾞｯﾄは, 人間に不えられた命令に服従しなければならない. ただし,
不えられた命令が, 第1条に反する場合はこの限りでない.
• 第3条：ﾛﾎﾞｯﾄは, 前掲第1条および第2条に反するおそれのない限り, 自己を
守らなければならない.

『ﾛﾎﾞｯﾄ工学ﾊﾝﾄﾞﾌﾞｯｸ』第56版西暦2085年

[出所：早川書房『われはロボット』 ISBN4-15-011485-4]
http://asimovonline.com/asimov_home_page.html


Isaac Asimov の歩み

• 1920年ﾛｼｱに生まれる.
• （ｶﾚﾙ・ﾁｬﾍﾟｯｸが戯曲『ﾛﾎﾞｯﾄ-R.U.R.』の初版を発行した年）
– ｢労働｣を意味するﾁｪｺ語robotaからの造語
– Rossumovi Univerzální Roboti：｢ﾛｯｻﾑ万能ﾛﾎﾞｯﾄ会社｣の意味
Karel Čapek
– 青空文庨参照： http://www.alz.jp/221b/aozora/rur.html
• Asimov一家は米国に移民.
• 1939年5月 SF作家としてﾃﾞﾋﾞｭｰ
• （ﾙｰｽﾞﾍﾞﾙﾄ大統領がﾆｭｰﾃﾞｨｰﾙ政策を推進）
• （｢明日の世界の建設｣をﾃｰﾏにﾆｭｰﾖｰｸ万博開催）
• Asimov は, Westinghouse 館でﾋﾄ型ﾛﾎﾞｯﾄELEKTRO と
犬ﾛﾎﾞｯﾄSPARKO を見て感動
• 本格的にﾛﾎﾞｯﾄ小説やSF小説の執筆活動に入る
• Karel Čapek の影響を受けた作風
• 1950年に“I, Robot”を出版
（51年, 手塚治虫「アトム」を誕生さす）

SONY のAIBO は, SPARKO がﾓﾃﾞﾙだったのか？ [ELEKTRO と SPARKO のﾚﾌﾟﾘｶ]
(つくばCYBERDYNEｽﾀｼﾞｵ) 13
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無人機UAVの開発動向


陸・海・空・宇宙用Unmanned兵器の分類
分類主な用途
ULV Unmanned Land Vehicle
陸上の爆弾処理、偵察、監視、攻撃
UGV Unmanned Ground Vehicle
UMV Unmanned Marine Vehicle 海上ならびに海中の機雷処理、監視
UAV Unmanned Aerial Vehicle 宇宙を含む空間の偵察、監視、攻撃

次世代無人ｽﾍﾟｰｽｼｬﾄﾙ.
OTV Orbital Transfer Vehicle LEO（周回低軌道）を飛行し, 大気圏再突入・自動着陸が可能
将来の宇宙船の船長候補Robonaut 搭乗するかも

[出所：DOD, DARPA, Boeing のﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等から筆者作成]


UAV開発はU-2 撃墜が引き金となって着手
[有人偵察の問題点]
・操縦士の肉体的, 生理的負荷が大きい
・莫大な要員育成費
・常に撃墜の危険

俺, マジでMay Day, May Dayって
叫んじまったぜ！

1960年5月1日（May Day）に, ソ連領空内で
米空軍パイロット Francis Gary Powers 撃墜

[出所：New York Times ｱｰｶｲﾌﾞ等から筆者作成]

人類は, 昔からﾊｲﾃｸを兵器開発と結び付けて考えていた.

[出所：Modern Mechanics and Inventions 誌 1931年4月号] All rights reserved by Dr.Takagawa 17

UAVの利用目的別分類

分類主な目的
訓練標的（Target）対空戦闘訓練の標的. 使い捨て
偵察（Reconnaissance）戦場で情報収集を行い伝送
戦闘（Combat）攻撃力を有し人では危険な任務に投入. UCAVとも呼称
兵站（Logistics）輸送や兵站任務. 将来は空飛ぶ電力給電基地
研究開発（R&D） UAV技術開発や実証実験用
多用途（Multi Role）偵察と戦闘能力を有する多目的機



UAVの機体性能による分類
機体分類主な仕様諸元
Handheld 手投げ型. 最高高度600m. 航続距離2km
Close 最高高度1,500m. 航続距離10km
NATO Type 最高高度3,000m. 航続距離50km
Tactical 最高高度5,500m. 航続距離160km
MALE（Medium Altitude Long Endurance）最高高度9,000m. 航続距離10km
HALE（High Altitude Long Endurance）最高高度15,200m. 航続距離200km以上
Hypersonic 超高速（ﾏｯﾊ5以上）.最高高度15,200m.航続距離200km以上
Orbital 低軌道を周回飛行可能（ﾏｯﾊ25以上）
CIS Lunar 月遷移軌道を周回飛行可能（ﾏｯﾊ25以上）
TCUAV（Train Cable UAV） UAV+UGV+編隊の3技術を融合した連接可能なｼｽﾃﾑ

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実戦配備中の主要UAVの諸元
価格: $百万
UAV名称開発ﾒｰｶ機体/ｼｽﾃﾑ翼長： m 航続時間搭載重量： kg
(億円換算)

Northrop
RQ-4 35/123
Global Hawk
Grumman 35.4 60 1,361
（NASA） (29.2/102.6)
10.5
Reaper General Atomics 20.1 28 1,361
(8.8)
3.5
Predator General Atomics 14.9 24 1,021
(2.9)

Israel Aerospace 4.4
Heron Industries 16.5 30 907
(3.7)

注）2011年1月末現在



最も簡便な手投げ型Raven UAV

・前線兵士の判断で使用可能なUAV
・特別な訓練丌要. ２人で取扱可能
・約1時間の組立・操作説明で使用可能
・専用ｹｰｽで運搬し前線で容易に組立

[主要諸元]
 メーカ：米国AeroVironment 社
 翼幅： 1.0m, 全長： 1.1m, 重量： 1.9kg
 動力： Aveox 27/26/7-AV電動ﾓｰﾀによる低騒音ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ推進
 最大巟航速度： 97kmh, 航続距離： 10km, 飛行時間： 80分
 上昇限度：海面高度約4,500m, 対地高度約300m
 発進方法：手投げまたは専用ｶﾀﾊﾟﾙﾄによる打ち出し
 飛行方法：地上からの無線遠隔制御またはGPSﾃﾞｰﾀ投入による完全自律飛行
 帰投機能：ﾎﾞﾀﾝ操作で発進地に自動帰投
 搭載機器： CCDﾋﾞﾃﾞｵｶﾒﾗ, 赤外線暗視ｶﾒﾗ
 価格：機体 US$35,000（約296万円）, ｼｽﾃﾑ価格US$250,000（約2,100万円）
 配備数：米国５軍など約7,500機, 同盟国に約1,300機
[出所：DOD, DARPA, Boeing のﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等から筆者作成] 21

RQ-4 Global Hawk の概要
衛星通信用ｱﾝﾃﾅ

ﾀｰﾎﾞﾌｧﾝｴﾝｼﾞﾝ1基

Global Hawk
・自律離発着で19,800mの高度を最大35時間連続飛行可能
・高い偵察性能：撃墜されたU-2型有人高々度偵察機以上の偵察能力
- 高性能SAR(Synthetic Aperture Radar)搭載：解像度30.5cm
- 機首下部に電子光学/赤外線(EO/IR)ｾﾝｻｰ搭載. 全天候偵察
・翼ならびに機体の大部分はｶｰﾎﾞﾝｸﾞﾗﾌｧｲﾄ素材. 高ｽﾃﾙｽ性
・ｴﾝｼﾞﾝ： Allison Rolls-Royce製AE3007H ﾀｰﾎﾞﾌｧﾝｼﾞｪｯﾄ
・防衛省は2011年度に2機調達の予定
・米空軍は2012年末までに51機配備の予定
[出所：DOD, DARPA のﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等から筆者作成] 22

原子炉建屋内に入ったスズメバチ RQ-16 T-Hawk (Tarantula Hawk)

開発製造： Honeywell
分類： MAV(Micro Air Vehicle )
最大飛行時間（標準燃料ﾀﾝｸ使用時）： 40分
巟航速度： 74km/h （最高速度：130km/h）
巟航高度： 2,100m （最大3,200m）
ｴﾝｼﾞﾝ：水平対向Boxer Twin 3W-56型（排気量56cc）
出力： 4HP（3kw）
最大遠隔制御範囲： 11km
特徴：兵士１人でﾊﾞｯｸﾊﾟｯｸ輸送し, 組立, 操縦が可能（重量：8.4kg、最大径：36cm）
23

1.
2.
Synthetic Aperture Radar (SAR) Antenna
INS(Inertial Navigation System) and GPS
Predator の内部構成図
3. Ku-Band Satellite Communications Antenna ・全長： 8m
4. Video Cassette Recorder
5. GPS Antennas (Left and Right)
・翼長： 14.9m
6. APX-100 Identification Friend or Foe Transponder ・重量： 510kg
7. Ku-Band Satellite Communications Sensor Processor Modem Assembly ・性能： 3,000m上空からﾅﾝﾊﾞｰﾌﾟﾚｰﾄ読取可能
8. C-Band Upper Omni-directional Antenna Bracket
9. Forward Fuel Cell Assembly
10. Aft Fuel Cell Assembly
11. Accessory Bay
12. Engine Cooling Fan
13. Oil Cooler/Radiator
14. ROTAX 914F Engine(100HP) and propeller
15. Tail Servo (Left and Right)
16. Battery Assembly #2
17. Power Supply
18. Battery Assembly #1
19. Aft Equipment Bay Tray
20. Secondary Control Module
21. Synthetic Aperture Radar Processor/AGM-114 Electronics Assembly
22. Primary Control Module
23. Front Bay Avionics Tray
24. ARC-210 Receiver/Transmitter
25. Flight Sensor Unit
26. Video Encoder
27. De-ice Controller
28. Electro-Optical/Infrared Sensor/AN/AAS-52(V)1 Electronics Assembly
29. Front Bay Payload Tray
30. Ice Detector
31. Synthetic Aperture Radar (SAR) Receiver/Transmitter
32. Nose Camera Assembly

[出所：NASA, DARPA の資料から筆者作成]

Predator 用エンジン

ROTAX 社（ｵｰｽﾄﾘｱ）製の市販汎用航空機ｴﾝｼﾞﾝ
・排気量： 1,211cc
・ｴﾝｼﾞﾝ形式：ﾀｰﾎﾞﾁｬｰｼﾞｬｰ付4気筒 4ｽﾄﾛｰｸ
・定常出力： 100HP/5500RPM
・最大出力： 115HP/5800RPM （最長5分間・離陸時）
・圧縮比： 9.0
・冷却方式：空冷（液冷も可）
・点火ｼｽﾃﾑ：電子制御点火装置付
・定回転, 低燃費, 静粛運転が特徴

[出所：ROTAX 社ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 25

GERONIMO 作戦に出動したUAV RQ-170 Sentinel
• 開発製造： Lockheed Martin
• 所属：米空軍第30偵察飛行隊(ﾈﾊﾞﾀﾞ州 Tonopah AFB）
• 配備：ﾊﾟｷｽﾀﾝ並びにｱﾌｶﾞﾆｽﾀﾝ
• 仕様：（詳細未発表）
– 翼長 22mの無尾翼全翼機
– GE 製 TF34 またはVariant 製単発ｴﾝｼﾞﾝ
• 特徴：
– 戦術作戦用
– 高いｽﾃﾙｽ性能
– 武装無し
– 主たる用途は偵察監視
– 韓国空軍も所有している模様

[出所：DOD ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 26

英国空軍, BAE が開発中のUCAV Taranis
 UCAV: Unmanned Combat Air Vehicle 無人戦闘機
 ｽﾃﾙｽ性を有し, AI（人工知能）による完全自律飛行が可能.
 高々度で大陸間飛行による長距離攻撃も可能.
 英MoD, BAE Systems, Rolls Royce, QinetiQ, GE Aviationで共同開発中.
 2011年中に試験飛行開始.

電波暗室内でｽﾃﾙｽ性能評価中の Taranis

[出所： BAE Systems 広報資料] All rights reserved by Dr.Takagawa 27

海洋ﾛﾎﾞｯﾄ Remora 6000
UMV：Unmanned Marine Vehicle

大西洋の海底４千mからAF447便のﾌﾗｲﾄﾚｺｰﾀﾞ回収に成功して注目

 開発・製造：米国 Phoenix International 社
 形状
 重量： 900kg
 寸法： L1.7m×W1.0m×H1.2m

 仕様・性能
 最大潜航深度： 6,000m
 推進動力：電気ﾓｰﾀ
 ﾏﾆｭﾋﾟﾚｰﾀ： 6軸型ﾏｼﾞｯｸﾊﾝﾄﾞを標準装備（ｳｲﾝﾁ機能付）
 制御方式：ｼﾝｸﾞﾙﾓｰﾄﾞ光ﾌｧｲﾊﾞｰ（最長6,700m）による遠隔制御
 監視観測機材：ｶﾗｰCCDｶﾒﾗなど
 照明機材： 250W 照明灯４基
 ｾﾝｻｰ：ｿﾅｰ, ﾚｲｻﾞｰｼﾞｬｲﾛ, 深度計など

[出所：Phoenix International 社] 28

最初に Remus 6000 （米 HYDROID 社）自動操縦の深海潜航艇により海底を探査し, 位置を特定後
に深海ﾛﾎﾞｯﾄ Remora 6000 を使って遠隔制御により回収

[出所：UOL Noticias 紙のﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ] All rights reserved by Dr.Takagawa 29

｢戦争（戦場）に行く｣と言う言葉の変化
～戦争恐怖＝戦争抑止力と言う概念の崩壊～

戦争の悲惨さを知ることは良いことだ。
さもないと戦争を好きになってしまう。

Robert E. Lee将軍

UAV操縦チーム

 操縦は, 通常の複座戦闘機のｺｯｸﾋﾟｯﾄ同様に2名のｸﾙｰでﾁｰﾑを編成.
 ｷｭｰﾋﾞｸﾙ内では, 左側操縦席にﾊﾟｲﾛｯﾄ, 右側操縦席に補助役のｾﾝｻｰ要員.
 重要作戦の場合は, 収集した偵察画像情報の分析ﾁｰﾑが加わる.
 現地での機体整備員と気象情報担当官を加えると最大6名の要員体制.
 米空軍とNASAはﾊﾟｲﾛｯﾄ1人で操縦可能なﾜﾝﾏﾝ化を検討中. また, 複数のUAVを2名程度で操
縦する検討も進行中.
 近々, RAID（Real-time Adversarial Intelligence and Decision-making：ﾘｱﾙﾀｲﾑ敵軍情報意
志決定ｼｽﾃﾑ）を全ｷｭｰﾋﾞｸﾙに導入し, 作戦要員の効率化を目指す.

[出所：DOD, DARPA 資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 31

UAVによる作戦の流れ

＊AWACSを使う場合もある

戦場とは掛け離れたｴｱｺﾝの
女性ｷｭｰﾋﾞｸﾙ戦士きいた空間でｹﾞｰﾑ感覚の殺
UAV
戮破壊を行なっている.
任務終了後は平和な日常に.

12,133km

Kabul
Las Vegas
目標を誤爆しても民間人
殺傷の実感は無い.

[出所：DOD, DARPA 資料等から筆者作成]

UAVのワンマン・コントロール・コンソール
[正面監視画面]
- UAV eye画像ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｰ
- 技術（飛行）ﾃﾞｰﾀﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｰ
- 航空図（GPSﾅﾋﾞｹﾞｰｼｮﾝ）

[操作]
- 右ｼﾞｮｲｽﾃｨｯｸで操縦、武器操作
- 左ｼﾞｮｲｽﾃｨｯｸで動力制御

・通常, ﾊﾟｲﾛｯﾄは米国内の空軍基地から247の交代勤務で遠隔制御
- ﾈﾊﾞﾀﾞ州Las Vegas北東のNellis空軍基地（約200名）
- ﾈﾊﾞﾀﾞ州Indian Spring郊外のCreech空軍基地（約250名）
- その他, ｱﾘｿﾞﾅ, ｶﾘﾌｫﾙﾆｱ, ﾃｷｻｽ等の空軍基地に各150名程度

・整備兵と地上ｸﾙｰは戦地で支援


UAV要員の育成訓練
Hunter UAV

訓練用Hunter UAV（1/3模型）

[訓練内容]：ｱﾘｿﾞﾅ州Huachucha（ﾜﾁｭｶ）空軍基地訓練ｾﾝﾀｰの場合
新兵訓練（ﾌﾞｰﾄｷｬﾝﾌﾟ）終了後に要員選抜し150時間の訓練. 最近は, 志願者急増
・市販のﾌﾗｲﾄ・ｼｭﾐﾚｰﾀ・ｹﾞｰﾑで導入訓練：約20時間
・市販ﾗｼﾞｺﾝ機による操縦訓練：約40時間～50時間
・Hunter UAVの1/3模型で操縦訓練：約40時間
・Hunter UAVの実機で操縦訓練：約40時間
約150時間の訓練後, 実戦要員として配属

戦闘機ﾊﾟｲﾛｯﾄの訓練費用に比べると経済的

中間点のここで一服、三題噺

小惑星探査機｢はやぶさ｣
糸川英夫博士と小惑星ｲﾄｶﾜ
中島飛行機

一式戦闘機｢隼｣ ’55年に試験成功の
ﾍﾟﾝｼﾙﾛｹｯﾄ 36

米国の最先端技術開発体制
RMA FCS
Revolution in Military Affairs Future Combat System

DOD
Army
NASA DARPA NAVY
Defense Advanced Research Projects Air Force
Agency
Marine
Coast Guard

SAIC
Science Applications International Corporation

大学・学会産業界政府機関

[出所：DOD 資料等から筆者作成]

DARPAのVULTURE 計画

Solar Impulse HB-SIA の成功
- ｽｲｽのｱﾏﾁｭｱ集団の開発
- 2010年8月に26時間9分の長時間飛行達成
- 飛行高度：約1,500m～8,500m
太陽光発電により飛行可能なEUAV - 翼長： 60.96m
- Solar cell数： 10,748個
- 機体構造：炭素繊維
- 備考：蓄電により夜間飛行も可能

- 開発元： DARPA ＋ Boeing
- 開発費： US$89M（約74億円）
- 連続滞空時間： 5年間
- 搭載荷重： 450kg
- 滞空高度： 18,000m～27,000m
- 目的：擬似衛星, 通信中継ﾊﾌﾞ, 通信傍受基地, 給電基地, その他兵站業務
- 2014年に初飛行予定


DARPAのロボット関連プロジェクト
• MARCBOT
– Multi-Functional Agile Remote-Controlled Robot
– C4I2SRの全作戦に対応できる多機能遠隔制御ﾛﾎﾞｯﾄの開発
• 遠隔医療ﾛﾎﾞｯﾄ
– 野戦病院, 病院船, 僻地向けの遠隔手術
– 前線兵士の遠隔定期健康診断
• 高性能電池
• 高効率無線通信
– 第一次湾岸戦争：約54万の兵員で最大100Mbpsの情報量
– 2003年時点の中東軍：約12万の兵員で最大4.2Gbpsの情報量
– 逼迫した軍用周波数枯渇問題
• Swarm Intelligence
– 蜂, 蟻, 鳥, ｲﾙｶの集団行動学分析
– 群れを構成した時の通信系, 指揮系から｢集団の知恵｣を解析
– 自律型ﾛﾎﾞｯﾄの群管理, 群制御に応用 ================ PRAWN（Proliferated Autonomous Weapons）
– iRobot 社のSwarm Robot 開発支援

[出所：DARPA 資料等から筆者作成] 39

電池切れは弾切れより怖い時代に
米軍標準電池： BA5590 （12/24V, 26Ah）は、5軍で使用される.
全世界の米軍で毎日約2万個が消費される.
現在、新型のLi-IoタイプのBA5590-AU に更改中.

各種のアダプタを用い多くの用途に

従来型BA5590

新型BA5590-AU

[出所：DOD 資料等から筆者作成]

日本のUAV開発


C4・I2・SRを如何にシステム化するか？
 現代戦の作戦行動分類
① Command：指揮
② Control：統制
③ Communication：通信
④ Computers：コンピュータ
⑤ Intelligence：情報
⑥ Interoperability：相互運用性（米軍, 多国籍軍との共同作戦）
⑦ Surveillance：監視
⑧ Reconnaissance：偵察
 現代戦では, C4I2SRの数値化, 見える化が重要課題
 自衛隊, 防衛省は情報収集・分析の強化策が急務
 既に, 日米合同演習では｢IT戦の検証｣を目的に各種の相互運用を試行
 防衛省は, ⑦・⑧の強化を図るため2011年度にGlobal Hawk を2機調達
[出所：DOD, 防衛省資料等から筆者作成]

防衛省のC4・I2・SR用無人機開発
• 最新のICTやﾛﾎﾞｯﾄ技術を基に, 防衛省技術研究本部で小型無人偵察機
（UAV）を開発中.
• 計画では, UAVが撮影した映像を地上で作戦行動中の隊員がﾘｱﾙﾀｲﾑで共
有可能な携帯情報端末（ｽﾏｰﾄﾎﾝ）の開発も進めている.
• 量産型UAVを2018年を目処に全国の陸上自衛隊各部隊に配備予定.
• UAVは, 米軍が配備しているﾊｲﾃｸ兵器を参考に2008年から開発を進め、
2010年11月に北海道の上富良野演習場でﾃﾞﾓﾌﾗｲﾄを成功させた.
• 直径約50cmの円筒形機体の内側にあるﾌﾟﾛﾍﾟﾗを高速回転させることで垂直
離発着し, 推進ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ下部にある４枚の小形可動翼を動かすことで前後左右
に移動可能.
• 機体上部に高性能ﾃﾞｼﾞﾀﾙｶﾒﾗならびにＧＰＳを内蔵し, 飛行ﾙｰﾄや飛行高度
を予め設定することで約30分間自動飛行し地上に無線で映像伝送を行う.
• 防衛省は, 火山の噴火や土砂崩れといった危険度の高い自然災害現場等で
被災状況を把握する際にも活用する予定.

[出所：防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]

ｼｪﾙﾀｰ内の情報処理室でUAV等から伝送されて
きた敵情を集約し, 前線に指揮命令する.


連隊指揮統制ｼｽﾃﾑ（ＲｅＣＳ）に接続された
携帯端末（ＰＤA）を用い, 各部隊の状況を確
認する前線司令官


90式戦車の車長席で戦車連隊指揮統制ｼｽﾃﾑ
（T-ReCS）端末を操作し自軍の展開状況を確認
する戦車長.


手投げ型UAV（試作機）


航空自衛隊の研究用無人偵察機TACOM
TACOM: TAyoto COgata Mujinki_new

[主要諸元]
・全長5.2m, 幅2.5m, 高さ1.6m
・最高飛行高度：12,000m
・重量：700kg
防衛省技術研究本部が開発し, 2010年12月に航空・ｽﾃﾙｽ性有り
自衛隊硫黄島航空基地において無人機研究ｼｽﾃ・開発費：103億円
ﾑの初自律飛行し自動着陸に成功. ・機体ﾒｰｶ：富士重工
・ﾌｧﾝｼﾞｪｯﾄｴﾝｼﾞﾝ： Allison Rolls-Royce 製
ｴﾝｼﾞﾝ点火時に気体状のｸﾘﾌﾟﾄﾝ85を使用する点・空中発進型UAV
が課題.
機体をF15J戦闘機に吊り下げ, 規定高度に運搬
し離脱後, ｼﾞｪｯﾄｴﾝｼﾞﾝを起動し飛行. 着陸は
自動.

[出所：防衛省技術研究本部資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 48

産業用ロボットのシェア

メーカ生産拠点月産能力記事
・世界ｼｪｱﾄｯﾌﾟ：２0%以上
・2011年末から月産５千台に
ﾌｧﾅｯｸ山梨県忍野村 3,300 -多関節ﾛﾎﾞｯﾄ：４千台
-軽作業ﾛﾎﾞｯﾄ：１千台
・総売上2,534億円（NC機器に次ぐ売上）
安川電機北九州市 2,650 ・現在, ﾌｧﾅｯｸとｼｪｱ争い
川崎重工明石市 1,000
ﾊﾞｽﾃﾗｽ（ｽｳｪｰﾃﾞﾝ）・台数は１千台程度か？
ABB 非公開
上海・多関節型の増産傾向
800～900
KUKA ｱｳｸﾞｽﾌﾞﾙｸﾞ（ﾄﾞｲﾂ）
（推定）
丌二越富山市 400 ・増産を計画中
[出所：日経電子版2011年3月10日付を基に筆者作成]

通商白書2010年版によれば, 2008年の世界の産業用ﾛﾎﾞｯﾄ出荷台数11万4千台
の内日本製のｼｪｱは約70%


福島第一原発の空撮で注目されたUAV
実は、

米軍Guam基地から飛来のGlobal Hawk より凄い
国産UAVがあった

新潟県のラジコンオヤジが開発したのだった！


ﾛﾎﾞｯﾄ投入に至る経緯
月日主たるｱｸｼｮﾝ
03/11(金) 震災発生

03/14(月) ﾙｰｽ駐日大使が米軍に無人機, ﾛﾎﾞｯﾄでの対応準備要請

03/16(水) 米 iRobot 社が PackBot の出荷準備開始. 米空軍UAV出動準備開始

03/17(木) IRSが国産ﾛﾎﾞｯﾄ Quince の改造検討開始＊IRS: 国際ﾚｽｷｭｰｼｽﾃﾑ研究機構

03/20(日) (株)ｴｱｰﾌｫﾄｻｰﾋﾞｽの無人機が空撮開始

03/21(月) 米軍 Global Hawk がGuam基地から飛来し空撮開始

03/22(火) iRobot社より PackBot 3ｾｯﾄが横田基地経由で現場搬入

04/06(水) 国産の瓦礫処理用無人重機投入開始

04/10(日) 米軍 T-Hawk による空撮開始

04/12(火) JAEAの Team Nippon 車両への3Dｶﾒﾗ搭載検討開始
英 QinetiQ の米国支社が, DOEと協議した結果TALON 及び Dragon Runner を発送
04/13(水)
＊DOE: 米ｴﾈﾙｷﾞｰ省
04/17(日) 米軍 Packbot を投入し, 原子炉建屋内で放射線量測定開始

04/28(木) IRSが Quince の投入準備開始

05/02(月) IRS等が公開ｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ「震災復興にむけてﾛﾎﾞｯﾄ技術のいま」を開催

[出所：各種公開情報から者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 51

福島第１原発に出動した米軍ロボット群
①
 UAV（無人航空機）
① RQ-4 Global Hawk ②
② RQ-16 T-Hawk
③
 UGV（無人陸上移動機）
③ PackBot
④ TALON
④

日本製ﾛﾎﾞｯﾄは, 強放射線環境下でも安定動作を保証するMIL規格の耐放
射線半導体部品を使用していないため使用できない, と判断された.

米国製ﾛﾎﾞｯﾄは, 全てMIL規格に基づき, DLA（米国国防補給庁）認定部品
を使用し, DSC（国防補給ｾﾝﾀｰ）のQML認証取得済み.
・条件： MIL-STD-883に規定するMIL-PRF-38534及びMIL-HDBK-217Fをｸﾘｱｰ

DLA: Defense Logistics Agency
DSC: Defense Supply Center
QML: Qualified Manufacturer List All rights reserved by Dr.Takagawa 52

[出所：ｴｱ･ﾌｫﾄ･ｻｰﾋﾞｽ社]


福島第１原発を空撮したｴｱ･ﾌｫﾄ･ｻｰﾋﾞｽ社のUAV 項目仕様諸元

全長 2,200 mm

全幅 2,800 mm

重量 15 kg

最大離陸重量 35 kg
空冷 2ｻｲｸﾙ 2気筒
ｴﾝｼﾞﾝ排気量：86cc
出力：7.5HP/9,000rpm
燃料ﾀﾝｸ容量 2.4 L
エンジンと
プロペラ自動車用ｶﾞｿﾘﾝ
燃料
(潤滑油混合)

妙高市で建設業を営むRC機飛行速度 100～220 km/h
ﾏﾆｱの山崎建設社長が発案.
通信ｱﾝﾃﾅ飛行時間 45時間
2008年度の新潟産業創造機
構（NICO）｢わざづくり支援事標準飛行距離 500 km（滑空を含む）
業｣で日本飛行機と共同開発.
航空法適用外の高度250m以平均燃費約200km/L (2L/h)
下を飛行.
W200×L400×
機体先端部と中央下部にﾃﾞｼﾞ積載空間
MacBook Pro２台で飛行制御とﾀﾙｶﾒﾗ２台を設置. H180 mm
画像ﾃﾞｰﾀ伝送制御を行う. 製造会社日本飛行機（株）
右が山崎健吾氏

[出所：土木学会第65回年次学術講演会資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 54

[出所：土木学会第65回年次学術講演会資料]


FCC: Flight Control Computer
 低価格化
 INS（航空機用慣性航法装置）を使わずﾚｰﾄｼﾞｬｲﾛ（角速度検出型）, 加速度計, GPS等の組合せによる
ｵﾘｼﾞﾅﾙ姿勢制御ｼｽﾃﾑの採用
 航行制御は小電力無線周波数で実施. ｱﾏﾁｭｱ無線用周波数の使用も可能

 小型・軽量化
 MIL規格品などを使わず民生品で構成し小型・軽量を実現
 寸法：約60×110×40mm
 重量：約200g（GPSｱﾝﾃﾅ含む）

 自動離着陸機能
 地上からの電波誘導を使用せずにＦＣＣ機能のみで自動着陸
 標準仕様は, 離陸と着陸は同一滑走路に制限されているが, 機能追加で別滑走路に着陸も可能
 高度は大気圧高度計から求めているが, 着陸時にはﾚｰｻﾞ高度計を併用し正確な高度測定を行うことで
自動着陸も可能

 テレメトリーシステム
 基本無線系：小電力無線周波
 通信範囲： 5km（無指向性ｱﾝﾃﾅ）～10km（八木宇田型指向性ｱﾝﾃﾅ）
 制御監視： 2台のﾉｰﾄﾊﾟｿｺﾝで行う
 飛行情報（速度高度位置）, ｴﾝｼﾞﾝ回転数, 電池電圧, ｻｰﾎﾞ制御量の監視
 飛行経路入力, 飛行条件の変更, 機体制御ﾊﾟﾗﾒｰﾀの事前設定等


これからのロボット開発に向けて
ボク、今回は
• 二足歩行, 癒し系ﾛﾎﾞｯﾄ開発からの脱皮手もASIMO出なかった
– 二足歩行のﾋｭｰﾏﾉｲﾄﾞは客寄せﾊﾟﾝﾀﾞ役どまり
– ﾋｭｰﾏﾉｲﾄﾞに固執してるのはﾎﾝﾀﾞ, ﾄﾖﾀだけ. GMを見よ！
– iRobot 社のｺﾝｾﾌﾟﾄに学べ！

• 劣悪環境下で動作する作業ﾛﾎﾞｯﾄの開発が急務
– 原発事故, 高温火災現場などでヒトに代わって作業
– MIL規格相当の部品構成
– 試作, 論文作成で終わらせるな

• さらなる市中技術の応用で開発期間の短縮

• ﾛﾎﾞｺﾝ高専生の柔軟な発想を活用


和製ﾛﾎﾞｯﾄ Quince

[出所：東北大学ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ] 58

過去の原発事敀対処用ﾛﾎﾞｯﾄ開発
機種名用途記事
東海村JCO臨界事敀を教訓に, 原子力災害の拡大防止や終息作業を支
MARS-T 重量物運搬用援するためにNEDOﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄとして三菱重工が試作開発
SWAN 小型軽作業用 NEDOﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄで日立が試作開発

SMERT-M 作業監視支援用 NEDOﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄで東芝が試作開発

RESQ-A 初期情報収集用日本原子力研究所の試作品. 動作時間約1時間で実用上の課題有り

RESQ-B 詳細情報収集用日本原子力研究所の試作品. 日立ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ製

RESQ-C 試料等採取収集用日本原子力研究所の試作品.

[これまでの反省点と課題]
・政府主導, 予算主義のﾄｯﾌﾟﾀﾞｳﾝ型ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ
・試作止まりで実戦配備, ﾆｰｽﾞ醸成が出来ていない予算消化で尻切れ
・現場導入, 実戦経験なし

・Quinceの発展型であるHELIOS-Ⅸ等の開発も進んでいるが, 学究界の自己満足？

[出所：各種公開資料から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 59

妄想をすれば…….

高性能ｼﾞｬｲﾛ
[ｷｰｴﾝｽ]

実績ある産業用ﾍﾘ
[ﾔﾏﾊ]

・日本電産のﾓｰﾀｰ
・ｿｰﾗｰﾊﾟﾈﾙ
・高性能ﾃﾞｼﾞﾀﾙｶﾒﾗ
・画像伝送処理分析技術
水平対向空冷ｴﾝｼﾞﾝ・優秀なｵﾍﾟﾚｰﾀ
[富士重工] などのﾘｿｰｽは既にある
[ﾌｼﾞ・ｲﾝﾊﾟｯｸ]

ﾃﾞｼﾞﾀﾙ遠隔制御
[ﾌﾀﾊﾞ]

米国が進めるRobonaut 開発計画

～NASAとGMの共同開発～


UAVの開発と第６世代戦闘機

• 第6世代戦闘機にはAI技術が導入され, ﾊﾟｲﾛｯﾄは航行支援や
編隊飛行をするUCAVの攻撃支援を受ける.

• UAVは有人戦闘機を支援する囮機能(ﾃﾞｺｲ機能)を有し, 小判鮫
様にﾍﾟｱ飛行を行い, 有人機が敵側ﾐｻｲﾙにﾛｯｸｵﾝされた場合
には, ﾁｬﾌ弾やﾌﾚｱ弾の代役も成す.

• 有人戦闘機に代わる多機能で高性能な戦闘機をAIにより自動操
縦する研究も進んでおり, ﾊﾟｲﾛｯﾄの加速度耐力などを気にせず
UAVにより高度戦術機能を存分に発揮できる.

出所：NASA, DOD, BAE 資料等から筆者作成

Robonaut が操縦するスペースシャトルの後継機X-37B OTV-2
DARPA, NASA, 米空軍が共同開発を進めるXｼﾘｰｽﾞの最新ﾓﾃﾞﾙX-37B
目標：乗員損失確率1/1万飛行, 輸送ｺｽﾄ4.5万円/kg （現行90万円/kg）
全長： 8.7ｍ, 翼長4.5ｍ, 全高：2.9m, 質量5t
貨物室： 2m × 1.2m
製造： Boeing 社
打上方法：ｱﾄﾗｽV型ﾛｹｯﾄでLEO(周回低軌道)に打上
2011年3月5日に2号機打上に成功

試験飛行後の点検作業宇宙空間飛行の想像図

[出所：DARPA, NASA 資料等から筆者作成]

未来の宇宙飛行士
Robonaut 2

NASA とGM の共同開発（1976年から）
初の人型宇宙ロボット
Discovery には6名＋１のｸﾙｰ
最終飛行でISS に搬入
ISS に永久滞在し飛行士を支援

Discovery 最終飛行でISSに搬入済


1931年の科学誌には美人風ロボット飛行士が同乗の図

[出所：Modern Mechanics 誌1931年3月号]

67

火星行き宇宙船の船長は私だ！

2011年2月24日、Discovery 最終ﾌﾗｲﾄでISS に搬入し長期試験を実施中
Robonaut2 (R2) の本格的宇宙空間ﾃﾞﾋﾞｭｰ
長期間ISSに滞在し, 各種機能試験を遠隔実施する予定
並行して無人宇宙往還飛行船OTV-2 に搭載し過酷な耐久試験を開始
2011年3月8日, NASAは｢火星探査飛行をﾛﾎﾞｯﾄで実施｣と発表
4月6日開催のInternational Space Station & Mars（IssMars）会議で詳細発表

[出所: NASA 公開資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 68

Dr. Isaac Yudovich Asimov

1950年初版の“I, Robot” の表紙絵は,
負傷した人間宇宙飛行士を救助する
Robonaut が描かれている .


おしまい
Takagawa@IEEE.org

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