成果報告書詳細
管理番号20110000001214
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 基盤ロボット技術活用型オープンイノベーション促進プロジェクト
公開日2011/10/19
報告書年度2008 - 2010
委託先名株式会社ミサワホーム総合研究所 株式会社セック 株式会社テクノロジックアート THK株式会社 国立大学法人大阪大学 独立行政法人産業技術総合研究所 株式会社アルゴシステム
プロジェクト番号P08014
部署名機械システム部
和文要約RT(Robot Technology)の応用アプリケーションとしてインテリジェントな環境埋め込み型ロボットシステムのビジネス展開を目指し,建築物内に分散させたRT要素部品を連係動作させることで,建物の品質管理および利便性が向上することを実証した.RTC-Liteフレームワークを基本としたRTミドルウェア技術により、低価格なMPUで分散されたRT要素部品を安定に制御することを可能とする通信モジュールを開発した.また,ユーザビリティを考慮し,プラグアンドプレイ機能を有する統合ミドルウェアを開発した.これらを利用した実証システムとして,住宅環境管理・支援RTシステムを構築し、評価を行った。
 1.「基盤通信モジュールおよび開発ツールの開発」
 ネットワーク上にRTコンポーネントとしてRT要素部品を参加させることを可能とする基盤通信モジュールを開発し,また,それらの基盤通信モジュール上で動作する軽量版RTミドルウェア(RTC-Liteフレームワーク)およびそれを利用する開発ツールを現在のRTミドルウェアをベースにカスタマイズした。本研究開発でターゲットとするRTシステムは,基盤通信モジュール,RT要素部品管理モジュール,ホームコントローラ用PCの3階層のモデルにより構成される.
 基盤通信モジュールは,通信プロトコルとしてZigbee無線,CAN、およびPLCなどで通信し,モジュール内のMPUとしてコストの低いSH2を利用している。また、RTミドルウェアとしてRTC-Liteフレームワークを備え,センサやアクチュエータなどのRT要素部品を制御するための通信モジュールとして機能する.
 RT要素部品管理モジュールは,通信プロトコルとしてPLCを利用し,高性能,低消費電力の比較的小型なCPUモジュールであり、複数の基盤通信モジュール群を管理する.
 ホームコントローラ用PCは,住宅内に設置したRT要素部品の状態管理および住居者とのインターフェース機能を有する.以上のように,階層を分けることで,各RT要素部品すべてに高機能なモジュールを付加する必要はなく,低価格,省電力,小型化を実現することが可能となった。
 2.「基盤通信モジュールを用いたRT要素部品の開発」
 要素部品管理モジュールおよび基盤通信モジュールを介して動作するよう、住宅設備に係るハードウェアおよびソフトウェアの開発を行った。アクチュエータ関係としては、駆動部に利用されるモータドライバおよびそれらをつかった、窓の自動開閉システムを開発した。また、センサとしては、温度・湿度センサを初めとして、雨量センサ、人感センサ等のモジュールを開発、また、各種リモコンで操作可能な設備をホームサーバーから操作可能とする赤外線通信モジュールを開発した。加えて、既存に製品として販売されている設備を本開発されたネットワークプラットフォームに参加させるインターフェース部分を開発し、既存製品を容易に組み込む際の技術的かつ金銭的な評価を行った。
 3.「RT要素部品群によるRTシステムの開発・実証」
 本研究開発課題においては、2.で開発された各種RT要素部品を住宅システムとして統合し、住宅の機能としてのシステム全体の設計および開発したRTミドルウェアや、各通信モジュールの動作機能検証およびシステム評価を行った。住宅の機能としては、窓の自動開閉の連携動作によるインテリジェント空調システムと、窓の容易な開閉を支援するパワーアシスト機能および、外出時の施錠との連携動作による自動施錠といったセキュリティに係る機能を実証した。また、物理的な動作を伴う分散制御システムのため、システム構成が複雑であり、安全性の評価が難しいことからSysMLといったモデリングツールを利用した安全性の検討手順を構築した。
英文要約The project aims to make an intelligent environmental robot system as an example of a business application using RT (Robot Technology). The intelligent environmental robot system has many RT parts, which are decentralized in the environment or building. The communication modules were developed with an embedded MPU with a low cost. A lightweight RT middleware, the RTC-Lite frame work, was developed for the communication module. An Enterprise Middleware for RT-Systems, which has a Plug & Play function for usability, was also developed. As a demonstration system using the above technologies, a smart home system for control and support environmental condition was constructed and evaluated.
1. Development of Basic Communication Modules and developer tools
Communication modules, by which the RT parts can be connected as RT components on the network, were developed. Also, RT-Middleware for the communication modules was developed. This RT-Middleware is based on the RTC-Lite Framework, and is a lightweight implementation, developed specifically for embedded MPUs, and interoperable with other RT-Middlewares such as OpenRTM-aist. The RT system for a smart home has three layers including the Basic Communication module, RT Device management module, and the Home controller PC.
The Basic Communication module has Zigbee, CAN, and PLC network interfaces. SH2, a low cost MPU, is used. The lightweight RT-Middleware executes on the module. The module works as communication module to control RT parts such as sensors or actuators. The RT Device management module has a PLC network interface. The higher spec MPU, compared with the Basic Communication module, is used. The module works to manage the Basic Communication modules. The Home controller PC provides control functions of the RT parts in the housing space and human interface functions for users. By arranging the three layers in a RT system, low cost, low power consumption, and downsizing are achieved since high spec modules are not necessary in all RT parts for using RT-Middleware.
2. Development of RT parts using Basic Communication module
The hardware and software in house equipment, for control through the communication module were developed. For actuators, motor drivers for actuator control and an automatic open-close window system using the motor driver were developed. For sensors, sensor modules for temperature/humidity, rain, and human detection were developed. Also an IR connection module for control of home electrical appliances from Home controller was developed. In addition, the interfaces to connect commercial products to RT-Middleware were developed. The necessary technology and cost was evaluated.
3. Development and demonstration of RT system using RT parts
By using developed RT parts, a smart home system was implemented. The total system design, the verification of the communication module with RT-Middleware, and evaluation of the total system was performed. In the home application function, the intelligent air condition system with coordinated window control, power assist function for easy window opening and automatic lockup of all windows and entrances were performed. The smart home system is a distributed system. It is difficult to estimate the risk assessment for safety. An evaluation process was proposed with modeling tool SysML.
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