船内LANおよび船舶3D情報の⾼度利⽤に関する研究

九州⼤学 ⼤学院⼯学研究院

⽊村元

九州⼤学 ⼯学部地球環境⼯学科

藤原祐⼆

九州⼤学 ⼯学部地球環境⼯学科

⼩川智⽐古

⽬次
1 研究の背景1.
–––

船内LANおよびISO16425
船舶における3D情報の利用
ロボットの活用2 研究の目的および手段
2.
3. シミュレーション実験の概要
4. デモンストレーション
5. 考察
6 結論
6.
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船内
船内LANにおける近年の動向
における近年の動向• 船舶における通信環境の問題点– 船内の機器増加、それらの専用線での接続
船内の機器増加 それらの専用線での接続 → 配線増加
– それぞれの機器の通信形式が異なる

機器同士の情報の共有がされない• 2013年2月
2013年2月、日本発のISO規格
日本発のISO規格
ISO16425 「船内LAN装備指針」 が制定– 船内に分散した機器を共通のLANに接続し、船内に分散した機器を共通のLANに接続しネットワークを構築するための指針– ネットワーク構成や、送受信するデータの形式を規定
ネットワ ク構成や、送受信するデ タの形式を規定
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船内LANの構築によるメリット

1) 配線の削減– 専用のケーブルが不必要– 船内機器の増設に低コストで柔軟な対処が可能

2) 情報の相互利用による効率化の推進– 機器同士での情報の共有

3) 信頼性、保守性の向上– 情報の統合化による故障の診断の効率化– 衛星通信を用いた船陸間のインターネット接続が容易に

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船舶における3D情報の利⽤• 船舶の設計・建造においては、3DのCAD/CAMが普及
船舶 設計 建造におは/が普及• 3D情報の運用時の有効利用は不十分ex.)検査、点検、メンテナンス– 造船所が知的財産権の侵害を危惧
造船所が知的財産権 侵害を危惧– 造船所ごとに異なる3Dのデータ形式である造船所が所有する3D情報を知的財産を保護しつつ、ユ ザ と造船所の間で船舶の情報を共有する
ユーザーと造船所の間で船舶の情報を共有する
技術の開発
3D情報の活用の機会が増える
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ロボットの活⽤• 船舶の運航における人件費の割合は５０％超ロボットによる無人化・省力化• センサーや監視カメラを船内各所に設置するのは、コストが掛かり 維持管理が煩雑コストが掛かり、維持管理が煩雑
ロボットにセンサーやカメラを搭載し移動した方が合理的• 船舶は人間が移動するように設計
人型のロボットであれば船内空間に適応させやすい• 船内空間は既知情報であり、特殊な制御システムが必要無い
船内空間は既知情報であり 特殊な制御システムが必要無い
３Ｄ-ＣＡＤデータより得られる
デ タ り得 れる人型のロボットを用いた実用的なシステムの構築を目指す

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研究の⽬的および⼿段• 船内LAN• 船舶の3D情報• ロボット組み合わせる• 新たな付加価値を創造• 造船業界の競争力を強化

研究のアプローチ• 仮想的な船内LANにアクセスするシステムの構築• 船舶の3D情報を利用したビューアーの導入
監視や作業を効率化する
ボッ
遠隔操作を可能 する• 監視や作業を効率化するためロボットの遠隔操作を可能にする
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シミュレ ション実験の概要
シミュレーション実験の概要• 船内を想定した簡単なシステムを構築– 船内にアクセスするためのWebサーバーを設置– 船内の映像を表示するためのWebカメラを設置
WebサーバーWebサバ– OS : Ubuntu 13.10 saucy– CPU : Pentium Dual-Core CPU E5400 @2.70GHz– RAM : 7.9GB– Java, Apache, PHPをインストール

Webカメラ– WebサーバーにUSB接続– MJPG-streamerを用いて配信を用いて配信8構築したネットワ クの概略図構築したネットワークの概略図
PC

PC

PC
PC

ユ ザ PC
ユーザーPC
インターネット

カメラを接続

仮想的な
船内LAN

ルーター
LAN

Webサーバー

ネットワーク
IOボード

ネットワーク
IOボード

ロボット

センサー類

ネットワーク接続
専用ケーブル9構築したネットワ クの概略図構築したネットワークの概略図• 複数
複数のネットワークを中継• 自身とLAN内の機器で仮想的な船内LANを構成
ユ タザ ネPC
ユーザーPC• インターネットからの接続を
イ
トから 接続をPC

PC
PC
インターネット

Webサーバーとだけに制限

仮想的な船内LAN

ルーター
LAN

LAN内から送られた機器への命令ネットワークWebサーバー
を電気的な信号として機器へ伝達
IOボード

ネットワーク
IOボード

ネットワーク接続
専用ケーブル

ロボット

センサー類
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構築したネットワ クの概略図構築したネットワークの概略図
PC

PC

PC
PC

ユ ザ PC
ユーザーPC
インターネット

仮想的な船内LAN

ルーター
LANネットワーク
ネットワークIOボード
IOボード①ユーザーPCのブラウザから送信された、機器に対する指示をネットワーク接続
ルーターを中継してWebサーバーに送信
ロボット
センサー類
専用ケーブルWebサーバー11構築したネットワ クの概略図構築したネットワークの概略図
PC②Webサーバーはその指示を解釈しルーターを中継してネットワークIOボードに伝達
ユユーザーPC
ザ PC
インターネットPC
仮想的な船内LAN

ルーター
LAN

Webサーバー

ネットワーク
IOボード

ネットワーク
IOボード

ロボット

センサー類

ネットワーク接続
専用ケーブル12

構築したネットワ クの概略図構築したネットワークの概略図
PC

PC

PC
PC

ユ ザ PC
ユーザーPC
インターネット③ネットワ ク ボ ドから③ネットワークIOボードから専用ケーブルを通じて機器を操作
ルーター

仮想的な船内LANLAN

Webサーバー

ネットワーク
IOボード

ネットワーク
IOボード

ロボット

センサー類

ネットワーク接続
専用ケーブル13

作成したWebペ ジの概要作成したWebページの概要• Webページ内に船舶の3Dモデルのビューを埋め込む–

3DモデルのファイルはWebサーバー内に保存–

標準化の観点から、ISOの国際規格である X3D」形式を利用標準化の観点から、ISOの国際規格である「X3D」形式を利用–「X3DOM」というJavaScriptとCSSからなるファイル群をWebページのレンダリングと同時に読み込むことで、
Fl hや特別なプラグインのインスト ルをせずにX3Dの表示が可能
Flashや特別なプラグインのインストールをせずにX3Dの表示が可能• 3Dモデルのクリックで、画像や文字情報、カメラから配信される映像などが表示されるウィンドウが出現• ウィンドウ上のパネルから機器の遠隔操作が可能

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ロボットの概要• 身長 40cm• 重量 1.5kg• サーボモーターの数（自由度） : 17
– 前後左右への移動、ジャンプなどが可能
前後左右 の移動、ジャンプなどが可能• 無線で操作が可能ネットワークを介して遠隔操作が出来るように改造した
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階段昇降モ ションの追加
階段昇降モーションの追加
ティーチングプレイバック– ロボットに姿勢を記憶させ、それらの姿勢を繋いで１つの動作にする– 以後は、記憶させた動作を再生する• ティーチングプレイバックによってティ チングプレイバックによって階段を昇降するモーションを新しく記憶させた• 階段の寸法 : 高さ 5ｃｍ, 幅 45ｃｍ, 奥行き 15cm

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デモンストレ ション
デモンストレーション

≫

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考察
• 仮想的な船内LANを構築し、船舶の3D情報と組み合わせて、船内の機器を遠隔操作するシステムが技術的に可能であることを
シミ レ シ ンにより実証したシミュレーションにより実証した。
• ブラウザからの操作によって、文字や画像などの情報を3Dモデルに付加し参照できたり、3Dモデル自体の更新ができたりすれば、システムの実用性が向上するだろう。
– ブラウザからPHPで3Dモデルのファイルを取得し、ファイルを上書きすることで実現可能• 現状では、同時に複数から機器の操作が出来てしまい、処理が混乱する。
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結論成果

• 船内LAN規格「ISO16425」について調査し、理解を深めた。
• 仮想的な船内LANを構築し、船舶の3D情報と組み合わせて、船仮想的な船内LANを構築し 船舶の3D情報と組み合わせて 船内の機器を遠隔操作する新しいシステムを提案した。
• 船内でのロボットの利用について提案した。
船内
ボ ト 利用に提案した• 上記の提案したシステムについて実装を行い可能性を実証した。
今後の課題• 複数からの同時の機器の操作に関する対応を検討する。
複数からの同時の機器の操作に関する対応を検討する• ロボットにバルブの開け閉めなど、実際の船内での作業を行えるようなモーションを追加する
るようなモションを追加する。
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