Contents 1. 章開発背景 2. 章開発概要 3. 章開発の課題と具体策 4. 章システム構成の高信頼化 5. 章原子力発電所での現場適用 6. 章施工メンテナンスのための構造設計 7. 章ネットワークバッテリー監視 8. 章まとめ 2

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さみふじがわ
5 years ago
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1 災害対応無人化システム研究開発プロジェクト通信技術の開発 2013 年 7 月 2 日

2 Contents 1. 章開発背景 2. 章開発概要 3. 章開発の課題と具体策 4. 章システム構成の高信頼化 5. 章原子力発電所での現場適用 6. 章施工メンテナンスのための構造設計 7. 章ネットワークバッテリー監視 8. 章まとめ 2

3 1. 通信技術の開発開発背景 1. 本研究開発で想定する災害現場 p 自然災害化学プラントで有害物質発生等をともなう災害など p 災害現場へ直接作業員による調査復旧作業を行うことで二次災害を引き起こす危惧がある状況 2. 課題 p 作業員の代わりに調査復旧作業を行う遠隔操作ロボットが必要 p 災害現場でロボットを遠隔操作するための通信設備の準備が必要 3

4 2. 通信技術の開発開発概要無人による高信頼な通信インフラの整備ロボットによる中継局 (AP) の設置電源通信ケーブルの敷設コネクタ接続故障時の中継局 (AP) 交換対応 2 つの周波数帯 (4.9GHz 5.2GHz) による多重化バッテリーによる電源断時の通信確保自由度の高い構成 ( 有線 / 無線の組合せ ) 電波が届かない場所への同軸漏えい通信の応用を検討操作室でのネットワーク管理 ( 通信異常診断 IP 管理他 ) 通信手段の多様化による高信頼通信システム ( 周波数バックアップ有線無線バックアップ ) 現場 BATT 中継局 4 中継局の局部的拡大ロボット用通信 BOX 周波数帯の相互バックアップ 5.2GHz ( 汎用 ) 有線断時の無線バックアップ 4.9GHz ( 申請要 ) 操作室通信 2 アンテナ伸縮機構電源 2 系統通信の複合ケーブル接続電源断時バッテリー駆動 BATT BATT BATT 中継局 3 中継局 2 中継局 1 分電盤電源 1 ロボット操作用管理用 PC 通信管理異常診断他 4

5 3. 開発の課題 < 目的 > < 課題着眼点 > < 具体策 > 長期安定的なロボット操作環境のシステム化高信頼無線通信システムの構築システム構成の高信頼化 1 通信回線の多重化によるバックアップ 2 複数周波数帯による相互バックアップ過酷環境での通信インフラ整備技術の開発無線電波環境の構築原子力発電所での中継局最適配置の検討 1 原子炉建屋内での無線環境の把握 2 機器敷設イメージロボットによる施工メンテナンス性のための構造構造設計の工夫 1 施工搭載のための工夫 2 施工ロボット組合せ試験 5

6 4-1. システム構成の高信頼化目標通信インフラを構成する機器のシングル故障で通信不可とならないシステムの構築 1. 通信回線多重化によるバックアップ方式通常時 : 有線通信による安定した 100Mbps 通信異常時 : 無線通信による中継局間バックアップ ( 分岐局 ) 中継局 4 ロボット 1 4.9AP 4.9ST 制御 PC カメラカメラ RT 4.9ST 5.2ST 5.2AP 5.2ST 中継局 3 中継局 2 4.9GHz 帯中継局 1 現場遠隔操作室ロボット2 制御 PC RT カメラ RT カメラ 4.9AP 4.9ST 4.9AP 4.9ST 4.9AP 4.9ST 4.9ST 5.2ST 5.2AP 5.2ST 5.2AP 5.2ST 5.2AP 5.2ST RT RT 管理用 PC 操作用 PC 平常時ブロッキングポート 5.2GHz 帯有線 / 無線のハイブリッド式多重化方式 6

7 4-2. システム構成の高信頼化 2. 複数周波数帯による相互バックアップシステム < 方式 1> 通常時 :4.9GHz( 制御 ) 5.2GHz( 映像 ) を分散し帯域を有効に活用した通信通常時異常時 :( 例 :5.2GHz 異常時 )4.9GHzに( 制御 + 映像 ) を混在して通信移動体ロボット通信インフラ部操作側制御映像経路選択 (RT) 4.9GHz 5.2GHz ( 制御 ) ( 映像 ) 経路選択 (RT) 制御映像シングル系シングル系 ( 使い分け ) シングル系異常時制御映像経路選択 (RT) 4.9GHz 5.2GHz ( 制御 ) ( 制御 + 映像 ) 経路選択 (RT) 制御映像シングル系シングル系 ( 統合 ) シングル系 < 方式 2> 通常時 :( 制御 + 映像 ) を 4.9GHz 5.2GHz の両方で同じデータで通信異常時 : 正常な側で ( 制御 + 映像 ) を継続して通信様々なロボットに対応可能なシステム構成 7

8 4-3. シングル故障時のシステム挙動有線切断時の無線へのバックアップ < 通常時 > ロボットコントローラカメラ ST1 ST2 中継局 AP1 AP2 ST1 ST2 中継局 AP1 AP2 操作卓 PC モニタバッテリーバッテリー分電盤 < 有線断時 > ロボットコントローラカメラ ST1 ST2 中継局 AP1 ST1 AP2 ST2 中継局 AP1 AP2 操作卓 PC モニタバッテリーバッテリー分電盤 8

9 4-4. シングル故障時のシステム挙動通信機器異常時の周波数切替 < 通常時 > ロボットコントローラカメラ ST1 ST2 中継局 AP1 AP2 ST1 ST2 中継局 AP1 AP2 操作卓 PC モニタバッテリーバッテリー分電盤 < 機器単品故障時 > ロボットコントローラカメラ ST1 ST2 中継局 AP1 ST1 AP2 ST2 中継局 AP1 AP2 操作卓 PC モニタバッテリーバッテリー分電盤 9

10 4-5. システム構成 (2013/2/20 デモ時 ) TSUBAKI ( 移動ロボット研究所 ) 水陸移動装置 ( 東芝 ) MARS-C ( 三菱重工業 ) 制御 PC ロボット搭載 ST1 ST ST1 ST2 ST1 中継局 AP1 ST1 1 2 AP2 ST2 中継局 AP1 1 2 AP 移動ロボット研究所操作卓東芝操作卓 NET 管理 PC 三菱重工業操作卓カメラカメラ 2 ST2 ( 敬称略 ) 10

11 5-1. 原子力発電所での中継局最適配置の検討実証試験項目結果試験 1 妨害波 ( ノイズ ) 存在確認無線 LAN 帯域 (2.4~5.2GHz) にはノイズなし試験 2 EPD( 電子式個人線量計 ) 及び放射線モニタリング値への影響確認問題なし試験 3 無線通信試験 ( 原子炉建屋内の無線通信品質の確認と電波到達距離測定 ) 試験 4 無線波形測定パターン 1 広い場所 2 通路 3 狭い通路 4 回り込み部 5 ラビリンス部 6 部屋の出入口 7 障害物 8 階段電波到達距離 (-60dBm) 25m マルチパスフェージングによる波形の歪みは検出されなかった狭い通路から広い区間になる場所では性能低下 (25m) 2 と同じ距離が短い場合は回り込みにて通信可能 (13m) 距離が短い場合は回り込みにて通信可能 (4m) 入口設置で部屋内の通信可能 (7m) 見通しが無い場所でも距離が短い場合は通信可能 (12m) 見通し確保で 2 階まで通信可能 11

12 5-2. 機器敷設イメージ原子炉建屋中継局配置イメージ遠隔操作室電源操作卓メディアコンバータ (MC) LAN 光通信 MC 分電盤 (AC200V) 中継局 6 台でロボットの活動が予定されているエリアがカバー可能電源 / 通信複合ケーブル 12

13 6-1.構造設計の目標現場環境作業員立入不可の過酷環境構造設計の目標ロボットによる施工メンテナンス性必要最低限の機能だけで施工が出来ることロボット作業性を考慮した構造設計を行う <ロボットが行う施工フロー> 運搬設置ケーブル敷設コネクタ挿抜 <必要最低限の機能> ①水平ハンド部の単純なつかみ機能 ②鉛直リフターによる昇降機能 13 アンテナ位置の調整電源投入

LED 確認可能アンテナ性能確保のため指し棒式でアンテナ伸長可能遠隔操作用にワンタッチプッシュプル式コネクタ (LEMO 社製 ) の採用

14 6-2. 中継局 (AP) の設計 1. ロボットによる施工のための工夫本体電源 ON/OFF のための簡易プッシュ式 SW 設置 ( オルタネート式照光式 ) 内蔵機器 ( 無線機 ) の状態を LED 確認可能アンテナ性能確保のため指し棒式でアンテナ伸長可能遠隔操作用にワンタッチプッシュプル式コネクタ (LEMO 社製 ) の採用ガイドリングにガタを持たせる構造で遠隔操作の誤差及び斜め挿抜時の傾きを吸収電源通信ケーブルの一体化 ( 複合ケーブル ) によりコネクタ箇所をミニマム化中継局とバッテリー BOX の一体化アンテナ伸縮機構バッテリー BOX 中継局電源 / 通信複合ケーブル電源 SW ガイドリング 14

充電 / 放電バッテリー回路バッテリーは簡易着脱式(IDX 社製 ) を採用停電後の復電時

15 6-3. ロボット搭載 BOX ハッテリー BOX の設計 2. ロボット搭載のための工夫形状は各種ロボットへの搭載性を考慮縦置きパターン : 設置面積最小化 / 薄型平面パターン : 設置高さ最小化ネットワーク構成により1 台 /2 台のパターンを計画ロボット上への配置を容易にするための1BOX 構成平置型 2 台縦置型 1 台 3. 充電 / 放電バッテリー回路バッテリーは簡易着脱式(IDX 社製 ) を採用停電後の復電時中継局(AP) 設置の全バッテリーが一気に充電しないよう電流値の抑制 / 充電順序をコントロール可能なソフトウェアを開発全バッテリーの状態をネットワーク経由で監視可能なソフトウェアを開発 15

16 6-4. 施工ロボット組合せ試験 1 運搬 2 設置 3 ケーブル敷設 4 コネクタ挿抜 5 アンテナ伸縮 6 電源投入中継局の設置無人化を実現 16

17 7. ネットワークバッテリー監視メッセージ ( アラーム ) 出力コマンド設定小型高踏破性移動装置重量物荷揚台車狭隘部遠隔作業台車無線中継局 (AP) 操作 PC 監視 PC バッテリー監視ネットワーク監視 1. ネットワーク監視 No. 機能監視対象内容 1-1 ネットワーク装置生死監視 ( ロホット内 / 操作卓側 ) 無線機器 ( ロホット内 / 中継局内 ) ネットワーク装置が正常に動作しているか監視する ( 中継局内 / 遠隔操作室内 ) 1-2 伝送品質監視各装置間の伝送路伝送品質を監視し閾値を超えた場合アラーム表示する 1-3 ロホット接続 AP 表示中継局ロホットが加入しているAPを表示する 1-4 電波強度表示無線伝送路ロホットが受信している電波の強度 (RSSI) を表示する 1-5 通信経路監視 ( 伝送路情報 ) 冗長化している伝送路のうち現在使用している通信経路を表示する 2. バッテリー監視 No. 監視対象内容 2-1 バッテリー状態充電中放電中エラー 2-2 バッテリー残量バッテリー残量を表示 ( 例 :90%) 2-3 バッテリー電圧バッテリー出力電圧を表示 ( 例 :14V) 2-4 アラーム出力上記条件によりアラーム出力通信システムの遠隔モニタリング可能 17

18 8. まとめ無人による高信頼な通信インフラの整備を実現 1. 高信頼無線通信システムの構築通信回線の多重化による無線バックアップ方式の採用複数周波数帯による相互バックアップ方式の構築 2. 原子力発電所での中継局配置計画の見通し原子炉建屋内の無線電波環境の把握機器敷設イメージ 3. ロボットによる施工メンテナンスの実現過酷環境ロボットの作業性を考慮した構造設計ロボットへの搭載のための工夫施工ロボット組合せ試験 4. 通信システムの遠隔モニタリングネットワークバッテリー監視システムの構築 18

19 END 災害対応無人化システム研究開発プロジェクト通信技術の開発 19

平成19年度・地球工学研究所の知的財産に関する報告会－資料集

平成19年度・地球工学研究所の知的財産に関する報告会－資料集地盤環境モニタリングの広域化とコスト低減のための無線センサネットワークの実用化に関する検討地球工学研究所地圏科学領域池川洋二郎 Email:ikegawa@criepi.denken.or.jp 1 背景と目的背景 : 豪雨, 地震などによる斜面災害に対する維持管理や減災技術の適用による効果や機能をモニタリングにより評価することが重要である. 必要性 : モニタリングの広域化と, 低コスト化が可能な技術開発が望まれる.

Contents 1. 章開発背景 2. 章開発概要 3. 章開発の課題と具体策 4. 章システム構成の高信頼化 5. 章原子力発電所での現場適用 6. 章施工 メンテナンスのための構造設計 7. 章ネットワーク バッテリー監視 8. 章まとめ 2

Contents 1. 章開発背景 2. 章開発概要 3. 章開発の課題と具体策 4. 章システム構成の高信頼化 5. 章原子力発電所での現場適用 6. 章施工メンテナンスのための構造設計 7. 章ネットワークバッテリー監視 8. 章まとめ 2