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日本のものつくりを支える工作机械とロボットの精度を高める研究。
工作机械の精度を高めるために、新たな叁次元测定技术を开発。
金属等を加工して机械部品などを生み出す「工作机械」はさまざまな工场等で使われていますが、私はその中でも、金属を削ったり穴を空けたりする工作机械を主な研究対象としています。叁次元空间を自由に动く工作机械の运动を叁次元で计测する新しい测定技术の开発というのが私の中心的な研究です。もう少し详しく説明しますと、机械の先端を叁次元で测るのですが、これは、その先端部分の齿驰窜座标を割り出すことになります。
しかもこれを?（マイクロメートル）オーダー、すなわち、1尘尘の1000分の1ほどの精度で测定することに取り组んでいます。実は、これが非常に难しい技术なのです。
その难しさを骋笔厂を例にお话ししましょう。携帯电话などで利用されている骋笔厂の场合は、叁点测量という数学の原理を使って、复数の卫星との距离からその携帯の齿驰窜位置を测定しています。私が取り组んでいる测定法のひとつは、それと原理は非常に似ているのですが、大きく违うのはその精度です。骋笔厂の场合、必要とされる精度はせいぜい数尘程度。それくらい误差があってもあまり问题ないのです。それに比べて、工作机械の场合は1?。髪の毛の太さの100分の1ほどの大きさを测定しようとするのですから、その精度の高さがお分かりいただけるでしょう。こうした难しい测定を、ある种の数学を使った新しい测定法によっておこない、それによって工作机械を制御して、机械の精度を高めていくというのが、私の得意とするところです。
ご存知のように、日本の产业界はものつくりに関する分野が强く、生产加工あるいは工作机械メーカーなどが、日本のエンジニアリングの根干を支えてきました。基本的に机械の精度が良ければ、できあがるものの精度も良くなり、それがものの価値を生みます。そのため、工作机械の精度が直接的にものつくりの力となる――私は、まさにこうした理由から、机械の精度を高めるための测定技术に関する研究を続けています。
これまでの研究成果の一部はすでに、工作机械の精度を测定する测定器および解析ソフトウェアとして実用化されています。后者は、测定结果から误差の原因を调べて、その补正をしてやることで、机械の精度を高めてやるためのソフトウェアで、福田交易株式会社との共同研究によるもの。现在2种类が市贩され、実际に使用されています。
一段精度の高い产业用ロボットの开発によって、ものつくりの自动化を推进する。
もうひとつ、私が広岛大学にやってきたあたりから本格的に取り组み始めた研究があります。それは、工场で使われる「产业用ロボット」の研究です。工作机械で培った测定技术をロボットにも适用してやろうという狙いでしたが、ロボットは、精度という観点から见ると、工作机械よりも一段精度が悪いものです。もともと产业用ロボットは、物を动かすような、人间がやる作业の代わりをするための机械なので、あまり高い精度は求められてこなかったということがあり、ロボットの精度を工作机械のように高めるという考え方自体が、いままでにない新しいものであると自负しています。そして始めてみると、この研究はかなりおもしろいことが分かりました。
いったいロボットはどれぐらいの精度で动くことができると思いますか？一见、精密な动きをしているように见えるロボットも、実际には、工作机械の1/10～1/100程度の精度しかありません。そのため、工作机械は緻密な动きをするようにがっちり作られているのに対して、ロボットは非常にやわな构造をしていますから、これに工作机械と同様の仕事をさせるというのはかなり无理があります。
さらに问题となるのは、ロボットの动作は、一般的にはティーチングと呼ばれる方法で、人间が手作业でプログラミングする必要があることです。ティーチングでは、动かしたい动作の通りに人间がロボットを操作して、それをロボットに覚えさせます。例えば、けん玉ロボットがあるとしましょう。これに、工作机械と同様に、轨道を计算するなどしてプログラミングしてやっても、ボールはなかなかカップに入ってくれません。私の着眼点はまさにここで、ロボットの精度をもう一段高めてやれば、これが计算で入るのではないか、と考えました。もしもそれができるようになれば、大変な労力をかけて、人间がロボットをプログラミングする必要はなくなりますし、いままでロボットが使えなかったようなアプリケーションにもロボットを使えるようになる。それによって、一段とものつくりの自动化を进めることにつながるでしょう。これはそうしたことを最终的な目标とした研究で、これらのほかにも课题は山ほどあるのですが、いま非常に活発に取り组んでいるところです。少子高齢化や人手不足などが问题となっているいま、日本はもとより世界でも需要が高まっている产业用ロボットの研究は、大きなポテンシャルを秘めていると言えます。
日本のものつくりに贡献したい。必要なのは新しいアイデアに挑むこと。
自动车や飞行机のメーカーを始めとしたさまざまなメーカーが工作机械を买ってものをつくるため、工作机械の业界というのは、日本のものつくり产业の景気の良し悪しの指标になるとも言われています。中国などの新兴国との国际的な竞争がますます高まるなか、10年ぐらい前までは、およそ30年に渡って、世界一の工作机械生产国だった日本ですが、いまは中国がトップになり、ドイツと日本が同じぐらいでそれに続くといったような位置づけになってしまいました。私が研究をするモチベーションには、工作机械に関する研究を通して、そうした日本のものつくりの分野に贡献したいという思いがあります。
さらに、产业用ロボットに関しては、新しいアイデア、新しい研究が、どんどん必要となる分野だと感じているので、新风を吹き込めるような成果を追い求めていきたいと思っています。
私が研究に际して大切に思っているのは次の2つです。ひとつは、小さなことでもいいので、新しいアイデアで研究を进めたいということ。もうひとつは、工作机械やロボットの研究では、実际の机械を扱っていますから、计算やシミュレーションだけではなく、実际に手を动かして、ものを使って、自分のアイデアを确かめるような実験をするように努めているということです。
现在、留学生を含めて约20名ほどの学生を指导していますが、彼らにも、コンピュータの计算と実际の机械を使った実験をセットにした研究スタイルを踏袭してもらっています。学生たちは机械工学でものをつくることのおもしろさを実感しながら、どんどん実験のスキルも上がっています。ひとりの研究者として成长してくれている様を目にするのもまた、この仕事の喜びですね。
私は博士课程をアメリカの大学で过ごしましたが、その时の先生が学生の好きなようにやらせてくれる方でしたので、在籍していた4～5年の间に研究らしい研究ができてとても楽しかったという想いがあり、卒业后は大学の先生になる道を选びました。そうした経験も手伝って、やはり研究というものは基本的には先生からあれこれ指示を与えられるものではないと考えていますから、学生たちにも、アイデアも自分でしっかり考えながら、自分の研究というものを自分で持っておける、そんな学生になって欲しいと愿っています。
ここまでの话から、おもしろそうだなと感じた人がいれば、ぜひうちの研究室に入ってきてください。実际にものをつくったりしますので、ものつくりの実感のある、工学部らしい研究ができるところです。また、まだ3年目の新しい研究室ですので、どんどん新しいことにチャレンジしていける楽しさも味わえるのではないでしょうか。
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机械设计システム研究室 教授
1994年3月 京都大学 工学部 精密工学科 卒業
1996年3月 京都大学大学院 工学研究科 精密工学専攻 修士課程 修了
2000年12月 カリフォルニア大学バークレー校 工学研究科 機械工学専攻 博士課程 修了
2001年4月1日～2006年6月30日 京都大学 工学研究科 助手
2006年7月1日～2007年3月31日 京都大学 工学研究科 助教授
2007年4月1日～2016年10月31日 京都大学 工学研究科 准教授
2016年11月1日～ 広島大学大学院 工学研究科 教授
2020年4月1日～ 広島大学学術院（先進理工系科学研究科） 教授
