解決因通訊延遲而產生的機器人控制課題

機器人學（Robotics）在勞動力不足、產業界提倡生產性革命的背景之下，逐漸擴大運用領域，獲得進一步成長。近年來除了提升機器人性能的研究開發之外，也開始著手研究運用Wi-Fi®等無線網路，從遠端協調並控制各式各樣機器人的方式。另一方面，NEC正在積極研發的IoT平台，將等同機器人大腦的演算法、運算基礎都架設在雲端側^※1，掌管視覺、聽覺等感應器部份則設置在機器人周圍。希望能作為機器人學的新模型，並加速推動普及。

運用無線網路的遠端遙控方式，能以較低成本大幅提升機器人的性能，但另一方面，來自其他機器人與周遭loT機器的電波干擾與雜訊也會增加，因此常會發生通訊延遲的情況。一旦通訊延遲，機器人發出的數據與伺服器發出的控制指令，將無法如時到達，導致機器人動作不穩定，產生難以正確協調控制的課題。

基於上述課題，NEC著手開發「狀況因應遠端遙控技術」，該技術能高精確度預測無線IP通訊中的通訊延遲，並根據預測執行先行控制，藉此達成機器人的穩定動作。

NEC目前將工廠、倉庫內所使用的自動運送機器人、警衛機器人以及無人機等，預設為可運用本項技術的領域。這類機器人、機器需要以10〜100msec^※2左右的高頻率進行細微控制，因此通訊延遲所產生的停滯時間（Dead Time）^※3，與FA（工廠自動化）機器人等相比，更是影響甚鉅。「狀況因應遠端遙控技術」便是藉由高精確度且即時執行控制，來排除因通訊延遲而引發的課題，可望有助於提升業界產能。此外，本技術在確保機器人運轉空間的安全性上，同樣扮演著重要角色。

※1   除了雲端型基礎之外，亦在工廠、倉庫等內部建架用於控制的伺服器，也可在本地系統建構機器人的基礎。

※2   msec為時間單位之一，即1000分之1秒，10〜100msec即為100分之1秒〜10分之1秒。

※3   機器人平台（或稱控制伺服器）與機器人之間所進行之「來回」通訊延遲合計。

成功以高精確度協調控制多台自動運送機器人

而NEC更與世界No.1的綜合馬達製造商日本電產，攜手展開以自動運送機器人為對象的共同開發，以作為推動「狀況因應遠端遙控技術」普及化的措施之一。

兩家公司的目標，是確立可從遠端高精確度地控制多台自動運送機器人的技術。日本電產擁有可藉由使內建小型電腦的智慧馬達^®之間進行密集溝通，進而促使搭載該馬達的複數機器人之間，達到高精確度同步的技術。

而NEC則可以運用「狀況因應遠端遙控技術」，在考量無線網路的通訊延遲後，正確預測多台自動運送機器人所搭載的智慧馬達^®狀態。接著根據此項預測，執行電壓及迴轉數的先行控制，成功對多台自動運送機器人實現高精確度且即時的遠端遙控。

如果是其他公司進行的傳統遠端遙控水準，考量到通訊延遲，必須大幅降低運送機器人的運轉速度。相反地，若將NEC與日本電產成功研究出的技術成果套用在物流現場，就能讓運送機器人流暢行動，預估可提升約30%左右的運送效率。除了成本較高的大型、高輸出的自動運送機器人之外，還可藉由與多台廉價小型運送機器人倂用，能夠因應不同對象的形狀與重量，建構出靈活的運送體制。就結果來看，本技術將能有助於降低運轉成本，也能削減不必要的電力消耗。

NEC今後也會持續在loT通訊領域推動研究開發，為解決勞動力不足問題、提升生產性以及節省能源等方面有所貢獻。


※下方兩張圖片即為NEC於2018年8月公布的小型運送機器人試作機。由於機器人不再需要搭載過去昂貴的控制用電腦，因此能以低成本進行導入。

事先預想通訊延遲，實現即時控制的核心技術

支援「狀況因應遠端遙控技術」的關鍵基礎技術，便是「通訊延遲預測技術」。藉由高精確度預測通訊延遲，感應器與馬達所傳來的位置、速度以及扭矩等資訊，能夠清楚掌握是幾秒之前的資訊，進而正確掌握機器人現在的狀態。只要在控制指令送達的時間點，能夠高精確度預測機器人是處於何種狀態，就能傳送最適合該狀態的指令。NEC的「通訊延遲預測技術」與同類型的研究成果相比，能夠改善約30％的通訊延遲預測誤差。

此外，本技術之所以能夠實現，是因為在分析眾多通訊延遲數據與樣式的過程中，也應用到統計物理學上所使用的某分子狀態的機率模型*。NEC的研究人員發現，通訊網路中的延遲發生機制，與某分子的狀態變動機制，兩者之間存在著許多相似點，而成為本研究開發的開端。（日文版原文發表日期：2018年9月）

*出處：安田，吉田：〈2狀態模型之往返延遲時間預測〉，電子資訊通訊學會IN研究會，2017年9月

研究者簡介

吉田裕志 NEC系統平台研究所主任研究員

熊谷太一 NEC系統平台研究所主任