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キラリ公設試(中部地域 公設試験研究機関のご紹介)

更新日:平成26年11月26日

キラリ公設試
移動ロボット用超音波測位システム
無人搬送車や巡回ロボットの経路自動走行システム(1/2)
Vol.12岐阜県情報技術研究所
【今回のキーワード/超音波フェーズアレイ測位システム】
無人搬送車の走行経路上に複数の超音波ランドマーカーを設置。 搬送車に搭載したソナーシステムとランドマーカーとの間で超音波ID情報の相互通信を行い、ランドマーカーを順々に測位しながら走行する新しいシステム。 超音波送信素子アレイによるフェーズドアレイ技術と、超音波ID情報の相互通信を同時に使用することは、空気中超音波の計測技術において初めての試みです。
岐阜県情報技術研究所 田畑さんと遠藤さん
岐阜県情報技術研究所
田畑さんと遠藤さん
今回訪問したのは岐阜県各務原市のテクノプラザ内にある、岐阜県情報技術研究所です。 ここではものづくり分野を中心に、情報・メカトロ技術の研究開発を行い、地域産業の振興を支援しています。 メカトロ研究部の専門研究員である田畑克彦さんは、工場内無人搬送車や移動ロボットなどに使われる超音波測位システムを研究しているとのこと。 今回開発した技術はどんな特徴を持ち、実用化の目処はどうなのか? メカトロ研究部部長の遠藤善道さんにも同席してもらいお話を伺ってきました。
そもそもこの研究を始めたきっかけは?
(田畑)
開発した超音波測位システム(左:ソナーシステム、右:ランドマーカー)
開発した超音波測位システム
◆左:ソナーシステム
◆右:ランドマーカー
2008年頃に、各務原市役所の人と一緒に市内の企業を回って、どういった技術を開発したらいいかというニーズの調査をしたんです。 そのときに、簡単に経路を設定できるような自動走行システムを設計できないかというニーズがあることがわかりました。 ロボットや無人搬送車でも同じようなニーズが出てきたんです。それが研究の始まりですね。 2010年度には産業技術総合研究所の地域産業活性化事業に採択されて、この一連のシステムを初めて作りました。 これの原型ですね。それで見通しができたので、23年度から25年度までの県の事業として研究を行いました。
この技術は無人搬送車の位置計測を超音波で行うものだとか。従来無人搬送車はどういうシステムだったのですか?
超音波センサー素子
超音波センサー素子
(田畑)
無人搬送車というのは工場内で部品などを搬送する機械ですが、人件費のコストダウンなどを目的に普及が進んでいます。 現在は磁気テープに沿って走るシステムがもっとも普及していますね。 ところが現在多品種小ロット生産という方向性が求められていて、ラインの経路が頻繁に変わってしまうなどのときに、簡単に経路を変えられるシステムが必要となります。 そうするには磁気テープよりもっと良いシステムがあるのではという模索がされているのです。 最近ではレーザーレンジセンサーを使用した装置が開発されていますが、実際にはかなり高価なシステム(100万円以上)となり、日本ではあまり売れていない状況のようです。 欧米などのすごく広い工場なら採算があうかもしれませんが、中小規模の工場が多い日本では普及していないということです。 安価で容易に走行経路を変更できるシステムということで、超音波に目をつけました。経路を走行するためには自分の位置を把握する必要があります。 その位置把握のために使うのが超音波です。
具体的にはどういった仕組みで位置を把握するのですか?
(田畑)
複数の『超音波ランドマーカー』という目印を、経路に沿って置きます。そして無人搬送車に『超音波ソナーシステム』を乗せます。マーカーの位置をセンシングして、位置を割り出すんですね。 割り出す方法としては、ランドマーカーそれぞれにIDというか固有の記号を付けておきまして、それぞれのIDの信号を飛ばします。 そうするとランドマーカーはそれぞれ自分のIDの超音波が来たときに応答するのです。
(遠藤)
信号を送ってから応答が帰ってくるまでの時間で距離がわかるのと、受信側に付けた左右の受信素子に届く時間差で方位がわかるんです。
超音波ナビゲーションシステム全体図
超音波ナビゲーションシステム全体図
人間の耳と同じ仕組みなんですね。超音波にはどういうメリットとデメリットがあるのでしょう?
(田畑)
超音波はレーザーなどに比べてスピードが遅いということがひとつのポイントです。処理が遅くてもある程度計測できてしまうので、案外安いシステムで済むんですね。 また、屋内で電波が飛び交っている環境でも使えるというメリットがあります(電波と干渉しない)し、電磁波を使えない病院など電波が使えないところでも使用できるんですよ。 一方デメリットとしては、超音波自体は空気中で減衰してしまうので、あまり遠くまで飛びません。計測距離というのが課題でした。一般的には距離2mぐらいしか測れないんです 。
そこでこの研究では、従来より精度よく長距離まで側位できるシステムを開発されたとか。
(田畑)
今回の開発ではフェーズドアレイ技術というのが使われています。3×3列、9個の超音波スピーカーを超音波ソナーシステムに設置します。 それぞれから出る超音波が重なりあって、ある特定の方向に強い超音波を発生させることができます。これによって超音波を従来より遠くまで飛ばすのと同時に、精度も改善できます。
(遠藤)
超音波測位システムによる見守りロボットの誘導
超音波測位システムによる見守りロボットの誘導
それぞれのスピーカーから出る超音波のタイミングを少しずつずらすことによって、強い超音波を作り出して、なおかつ進む方向を変えることができます。 レーザーなら首を振る仕組みを機械的に作ってやらなくてはいけませんが、こちらは超音波の出し方を変えるだけで実現できますので、コストも上がらないというメリットがありますね。 機械的な装備が少なく構造がシンプルな分、部品の取り替えや故障対応のコストも抑えられ、様々な環境に導入しやすい形状と言えるでしょう。
公設試の概要
Public research organization
岐阜県情報技術研究所
岐阜県各務ヶ原市テクノプラザ1-21
柴田英明
岐阜県情報技術研究所 ホームページ外部リンク
TE
058-379-3300(代表)
FA
058-379-3301
E -Mail
info@imit.rd.pref.gifu.jp
岐阜県情報技術研究所 外観写真

このページに関するお問い合わせ先

中部経済産業局 総務企画部 情報公開・広報室
住所:〒460‐8510 愛知県名古屋市中区三の丸二丁目五番二号
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FAX番号:052-951-0557

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