第８回会津大学ロボットシンポジウム

動力盤システム遠隔監視・操作用
IoRTシステム研究開発

アクアクルー株式会社

アクアクルー株式会社

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研究開発の背景
施設
監視盤
カメラ

ロボット

認識器

制御器
クラウド

作業者
図１.現在の監視体制

当局

図２.提案する管理体制

現在は現地に行く必要があり、図１のような週１回の間隔の空く監視体制であり、又、山間部の施設にて異常があった場合、時間をかけてメンテナンスに行く必要がある。
・図２のようにロボットを導入する事により、リアルタイムに必要に応じたメンテナンスを実現する
・山間部の通信の高遅延環境が想定される施設におけるロボットの動作品質や利便性を確保する

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背景:技術点検員の不足

図３.技術点検員による制御盤の点検点検作業

施設の点検において、技術点検員によりスイッチを回す等の作業が行われているが、近年では技術点検員の不足等の問題もある。
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2021年度までの成果と2022年度の研究開発の目的
2021年度は、山間部にある施設の点検業務において、ロボットによる遠隔点検業務をおこなうために安全・安心にロボットを動作させる手段としての遠隔IoRTシステムの開発と、原理検証として研究室レベルのインターネット回線を利用してRTTの測定による研究を行った。
2022年度は、昨年度に得られた基礎データを基に、３G・4G回線を利用した山間部や過疎地域の条件を考慮した、安定性や再現性の高いロボットの遠隔監視・操作システム実現のための概念検証実験を行う事を目的とする。

・コマンド送信・完了信号受信商用サーバー・トリガー受信・トリガー送信人

商用サーバー
・画像受信・表示・画像取得・送信

ロボット

会津大学
インターネット速度:35～40M bps

・コマンド受信・実行
・完了信号

距離 約25km

北塩原 施設インターネット速度:8～9M bps

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2022年度の研究開発項目（１）遠隔IoRTシステムの設計- 高遅延に対応した可用性の高いシステムの設計（２）遠隔IoRTシステムのためのエッジデバイスの開発- デバイスとして信頼性の高いスイッチロボットの開発（３）遠隔IoRTシステムのソフトウェアの開発- 高遅延でのUI/UXを考慮した可視化・自律化の組み合わせ検証のためのソフトウエア・インターフェースの開発（４）概念検証におけるシステム評価→北塩原村役場の施設で検証を行う
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２０２２年度の研究開発の成果

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（２）遠隔IoRTシステムのためのエッジデバイスの開発

図４.作成していただいたスイッチロボットの設計図

スイッチロボットによるスイッチを回転概念検証におけるシステム評価を可能にするためにスイッチロボットの機構を改良した。

改良したロボットを実験用の制御盤に設置し、長時間の実験が可能になった。
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(4)北塩原村の施設（大塩浄化センター）

北塩原村の山間部では雪が酷く、除雪車が来ないと施設にアクセスできない。
そのため、今回の遠隔IoRTシステムが有効である。
比較的天気の良い日にアクセスしロボットの設置を行った。
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ロボット設置状況
施設内にロボット、ルーター、カメラ、パソコンを設置し実験を行った。

ルーターの設置

現場の様子

回線の選択
・SoftBank、Y!mobileの回線は入らない。3Gの回線が時々入るが不安定。
NTTドコモ、KDDIの回線であれば、回線は細いが、４G回線が入っている事が確認できたため、今回はNTTドコモ回線を利用。
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(1)、 (３)会津大学、大塩浄化センター間で検証
ユーザーロボットインターネット

東京(region)

自動操作ロボットコマンド/pub

インターネット

自動操作ロボットコマンド/sub

キャリブレーション用コマンド/pub
キャリブレーション用コマンド/sub

人
RTCのデータをwebブラウザで受信するプログラムの開発

ランプ認識結果/sub

ランプ認識結果/pub

ロボット位置情報/sub

ロボット位置情報/pub

Raspberry pi3

ロボットの位置を追従するシステムの開発

会津(UBIC)から北塩原(大塩浄化センター)にコマンドを投入しロボットが自動で動作する実験を行った。
確認には、リモートデスクトップのようなanydesktopというアプリを利用。

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表示画面例

実際の現場では日照条件によるランプの誤認識、帯域幅の影響があり、ユーザー側に、ロボットを研究室に設置した場合と比較すると、若干の遅延が発生したが、無事に動作を確認する事が出来た。
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性能評価: RTT（ラウンドトリップタイム）の計測
商用サーバー・コマンド送信

AWS

・完了信号受信商用サーバーAWS・トリガー送信人

・画像受信・表示商用サーバー
Mosquitto(LICTiA)・コマンド受信・実行
・完了信号

実機と視覚のズレ及び遅延状況の調査・トリガー受信・画像取得・送信

商用サーバー

Mosquitto(LICTiA)

会津大学 UBIC
インターネット速度:35～40M bps

北塩原 施設距離 約25km

インターネット速度:5～9M bps①遠隔からロボットを動作させるRTTの計測②遠隔から画像を取得するRTTの計測③①＋②のシステムの場合のRTTの計測④同一環境で、AWS、LICTiAサーバーでのRTTの計測
北塩原村の施設にて１週間以上連続で動作させた。

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RTT（ラウンドトリップタイム）のシーケンス図

コマンド投入コマンド受信①遠隔からロボットを動作させるRTTの計測（センサー系）③①＋②を経由したRTTの計測（センサー系＋画像取得系）

コマンド投入コマンド受信②遠隔から画像を取得するRTTの計測（画像取得系）④同一環境でAWS, LICTiAサーバでの比較

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RTT（ラウンドトリップタイム）の箱ひげ図①

1.考察
・前ページのシーケンス図より、①センサー系、③センサー系＋画像取得系の通信経路を比較すると、通信経路が③センサー系＋画像系の方が遠いのにも関わらず、RTT値はあまり変わらない事がわかる。
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RTT（ラウンドトリップタイム）の箱ひげ図②④同一環境でAWS, LICTiAサーバでの比較

2.考察
・上の箱ひげ図より、LICTiAサーバーの方が、AWS IoT Core よりも5~10倍程度早い事がわかる。この結果より、前ページの結果は、AWS IoT Coreの遅延が原因だと思われる。
LICTiAのサーバーを利用する事でより高速なシステムの開発が実現できる可能性がある。

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ロボットの安定した連続稼働を検証するためのCPU・環境温度の測定

北塩原村 施設

ユーザー

・SIMフリールータ

１日１回、１日のログを確認できる

会津大学のWi-Fi/セルラー回線

・1日１回、ロボットの動作ログをgmailで送信
・１日１回、施設内の温度、湿度もgmailで送信・ロボットを制御す
るラズパイ
cron
・１分に１回ロボットのCPU温度情報等をテキストに書き込む
・１日１回書き込んだデータをメールで送る
・２３時５９分にラズパイを再起動する

４G回線

ロボットがより安定した動作を検証するために施設内の環境の温度・湿度、CPUの温度を測定するシステムの開発を行った。
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70
60
50
40
30
20
10
0

2022/12/2…
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2022/12/3…
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2023/1/1…
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2023/1/2…
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2023/1/3…
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測定結果・考察（ロボットの動作時のCPUの温度）
ロボット動作時のCPU温度(遠隔指示モード)

温度

ロボットの動作時のCPU温度（自動操作モード）

100
80
6040
200
温度(CPU)・遠隔指示モード
・自動操作モード→ cpuの温度が60~70°まで温度上昇→ cpuの温度が70~80°まで温度上昇

RTCの起動数が多い方が、CPUの温度が上昇すると考えられる。
又、2021年度は１日単位での動作確認を行ったが、2022年度は１週間単位で動作確認ができた。

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施設内の温度・湿度
施設の温度・湿度
25908070605040302010020151050温度湿度

１２月２１お昼頃～１月３１日までお昼頃までの結果
温度→ 平均(4.76℃) max(21.81 ℃),min(1.5 ℃)
湿度→ 平均（63.70％） max(76.91%) min(35.031%)
１月２４日～２６日は寒波等があったが、室内では一番寒くて1.5 ℃で寒さや湿度の影響でロボットが停止する事はなかった。
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ロボットの安定した連続稼働を検証するための電源の交換

交換

ラズパイ3B用電源

スイッチング電源（RS-50-5）

Input:100~240VAC
Output 5v 、3A

Input:100~240VAC
Output：DC5ｖ 、 10A

施設内に設置されたロボット（ラズパイ３B）が度々停止する問題があったが、電源を交換する事で解決できた。

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まとめ・今後の活動について・ロボットを導入する事による人作業の置き換えや、格安SIMを利用した異常通報装置の無線化を行う事で、人手不足の解消や、北塩原村様の月額のランニングコスト削減等 を可能とする技術の研究開発及び検証を行いたい。
・ LICTiAサーバー等を活用した、高速通信システムの開発・研究等を進めたい。

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ご清聴ありがとうございました。

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