Feature1

汎用自律移動コントローラの紹介
古澤 洋将 * 伊藤 祐司 *1

2.2

コントローラ構成(6) アクチュエータ系

汎用自律移動コントローラは、ECU 系を中心に、1センサ系、通信系、インターフェース系のモジュールに分けられる。また、緊急停止系とアクチュエータ系の モ ジ ュ ー ル は 、車 両 の 仕 様 に 合 わ せ て 構 成 さ れ る 。

Multi-purpose autonomous controller for outdoor machinery

こ れ ら は 独 自 に バ ス 接 続 さ れ 、E C U と 各 モ ジ ュ ーYosuke Furusawa*1, Yuji Ito*1
Abstract - This paper presents the outline of the multi-purpose autonomous controller and the philosophy of development. Allcomponents, including the microprocessor, autonomous software, self-diagnostic system and actuators, were specially designed, andmany robust technologies were adopted. A detailed account is given regarding the systems and devices developed to meet suchrequirements, along with the speciﬁcations.

ル 間 で 通 信 が 行 わ れ る （ 図 2 ）。

ア ク チ ュ エ ー タ 系 は 、車 両 の 物 理 的 な イ ン タ ー フ ェ ース に 取 り 付 け ら れ 、車 両 の 動 き を 制 御 す る 。例 え ば 、エンジンのスロットル、クラッチ、ミッション、ブレーキなどである。
(7) その他

本システムから独立して、ドライブレコーダが取り付けられる。システムが通電されると、車両の動作状態を撮影し続ける。

Keywords: robot autonomous

1.

まえがき

米国西海岸のカリフォルニア州に、日系三世が経営する国府田農場がある [1]。農場の面積は約 3,000haで、そのうち約 1,600ha にもち米、約 800ha にうるち 米 を 作 り 、残 り の 約 6 0 0 h a に は 綿 や 小 麦 な ど を 作 っている。農 場 の 区 画 は 約 6 4 h a（ 8 0 0 × 8 0 0 m ）で 、そこには広漠たる真平らの水田がある [2]。

表1
世界的な食糧需要に相まって、農業機械は多様化が進んだ成長市場になっている。

本稿では、汎用自律移動コントローラの概略、及びのような大規模な区画を画一に栽培することはできなかった。区画内部に高低差がありすぎて均一に灌水をすることができず、等高線に沿って畦畔を作るしかな

か っ た 。 そ の 後 、1 9 7 0 年 代 に 入 り レ ー ザ ー 均 平（ レ ーザーレベラー）技術の登場により、広大な農地を水平に均平できるようになった。そのため、等高線に沿った畦畔を作らずとも均一に灌水ができるようになり、区画面積が次第に大きくなっていった。古くは畜力農機具（農耕馬による犁など）から始まった工業化農業も、このような耕作・区画面積の増大と共に、多頭による大型畜力機械化を経て、内燃機関を用いた大型の農業機械へと発展していった [3]。

大型トラクタ＋アタッチメント＋大型コンバインといった大型の汎用機械の開発が進んだ欧米型農業に対して、日本では 1894 年に小岩井農場が輸入した蒸気式プラウをきっかけに [4]、稲作を中心とした中型の専業機械の開発が進んだ [5]。この日本型機械の発展は、第二次世界大戦後の農地改革により、日本農業の経営規模が小さくなってしまったことにも起因している [6]。例えば、先ほどの国府田農場では、早くもRCBA2000C

基本制御 OSF - OS/PIC24F 3.4 - RELEASE
CPU 16MIPSRAM 8KB
ROMて、生産高の拡充や労働時間の短縮、3 K 労働の低減

基本機能を目指していく。
2.
2.1

128 KB

アクチュエータ出力 4ch
RC プロポ入力 6ch
6 軸モーションセンサ

汎 用 自 律 移 動 コ ントロ ー ラ

電圧・電流・温度センサ

開発の狙い

図2

屋 外 作 業 に 目 を 向 け る と 、農 業 以 外 に も 林 業 や 土 木・建設作業、冬期の除雪作業など、実に様々な業種がある。作業現場は、農地や砂地、雪上が多く、これら作業機械の多くは内燃機関を用いた装軌（クローラ）車両であり、農業機械と類似した構造と移動方式を採って い る 。日 本 国 内 で 発 売 さ れ て い る 作 業 機 械 の う ち 、
最も小型・軽量なものは、ガソリンエンジン 100cc

程 度 、車 両 重 量 1 0 0 k g 程 度 の 運 搬 車 の よ う で あ る 。
大 型 の も の は 枚 挙 に 暇 が な い が 、農 業 用 で あ れ ば デ ィ ーゼルエンジン 3,000cc 程度、車両重量 4,000kg 程度の汎用コンバインが挙げられる。

当社の汎用自律移動コントローラは、農業機械だけでなく、建設機械や除雪機などの装軌車両に対しても自律移動機能を付加することを狙っている。また、既存の車両に適用することで、今まで培われた既存車両のノウハウを活用し、開発期間を短縮することが可能になる。

リレー出力 2ch

システム概要ランプ出力 6ch
拡張制御 OSRAM 1GBECU 系は、内部に 2 つのプロセッサを持ち、リアルタイム性が求められる低レイヤの制御と、移動経路の計算など高レイヤの制御をそれぞれ分担して行う。

SSD 32GB
拡張機能

USB 2.0
GPIO 3ch

センサ系は、電圧・電流・温度センサやモーションA/D 3ch

センサ、GNSS など、車両や環境、位置情報を取得すされる。本稿では、人工衛星を用いた位置情報のシステム（GNSS）を総称して GPS と呼ぶ。
(3) 通信系

通信系は、外部と通信をするためのアンテナを含んだ通信システムである。標準では、WiFi と RC 受信機が搭載される。

(4) インターフェース系

大型の汎用機械を主力にした欧米メーカと、中型専業

報 装 置 で あ る 。ウ ィ ン カ ー や ブ レ ー キ ラ ン プ の 機 能 も 、

WiFi 2.4GHz
GPS (QZSS) 3ch(2) センサ系る役割を持つ。一部のセンサは、ECU の外部に配置

Linux 4.4
ARM 1GHz ( 約 20 00 M IP S )(1) ECU 系

たが [2]、日本で普及したのは育苗箱を用いた田植機

I2C 1ch操作 I / F

RC プロポ

安全機能

非常停止スイッチ
ガードバンパ
ドライブレコーダ

動作環境- 20 〜 40 ℃
防沫形（ IPX4 級）

電源

DC 9 〜 28V
15W（アクチュエータを除く）

インターフェース系は、利用者に対するランプと警で あ っ た [ 7 ] 。 と か く 、こ の よ う な 歴 史 的 背 景 に よ り 、含まれている。

機械を主力にした日本メーカに分かれることになった。近 年 で は 中 国 メ ー カ も 台 頭 し て き て お り [8]、(5) 緊急停止系

緊急停止系は、物理的な緊急停止スイッチの押下と*1: 炎重工株式会社 研究開発部*1:R&D Dept, Homura Heavy Industries Corporation.

ガードバンパによるインターロック、通信系のモニタリングによる O R 条件によって作動する。緊 急 停 止 が
図1

汎用自律移動コントローラの紹介

仕様

品番を 示 す 。将 来 は 、屋 外 作 業 の 自 律 化 を 進 め る こ と に よ っ1929 年には飛行機による種籾の散布に取り組んでい4

項目それを適用した開発車両を紹介し、自律移動の具体例

しかし、実は 1960 年代までは、米国といえどもこコントローラ仕様概要

屋 外 ロ ボット 開 発 キット（ 開 発 車 両 ）

炎重工技報 Vol.1 2017

作動すると、直ちにエンジンが停止する。

汎用自律移動コントローラの紹介

図3

コン トローラ全景

炎重工技報 Vol.1 20175