海洋競技用自律型無人潜水機(AUV)の開発―世界初となる海洋での海中ロボット競技参加

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"海中ロボットのノウハウが全くない状態から開発期間半年という短期間でNI myRIOとLabVIEWを駆使して自律航行ロボットを開発することに成功した。"

- Masayuki Okada, 沖縄職業能力開発大学校 生産電子情報システム技術科

The Challenge:
海洋ロボットコンテスト・プレ大会出場に際し、自律航行を実現しつつ、同大会の課題(ブイに囲まれた水深約1.5メートルの海中で10メートル先のゴールを目指す)をクリアする。

The Solution:
NI myRIOを使用して、4個のDCモータを加速度センサ、磁気センサ、水圧センサをベースに目的地まで機体を正常に保ちながら航行する。合わせて、LabVIEWの画像処理ライブラリを活用して、障害物検知と目的地判断を行う。

Author(s):
Masayuki Okada - 沖縄職業能力開発大学校 生産電子情報システム技術科

筆者:岡田 正之、上田 潤一、屋良 朝哉、城間 健作、金城 映、野津 充、比嘉 賢人、松本 賢拡、池宮城 秀平、名護 林、高良 栄作、孫 尚卿(アドバイザー)

 

背景

次世代海洋資源開発として、産学官(文部科学省、経済産業省、国土交通省)連携により、基盤的技術開発から実用化段階まで開発し、システムの技術的課題や経済性などの検証が行われている。このプロジェクトの推進を通じ、「国内企業等の技術力、経験の蓄積」、「総合エンジニアリング能力の獲得、蓄積」、「人材育成」を行い、資源開発を担うプレイヤー(産業)の創出を図るプロジェクトが進行している。このような海洋資源開発をする上で地理的にもっとも良い場所の一つとして沖縄が挙げられる。

特に、沖縄近郊の東シナ海領海の海底調査が太平洋側に比べて遅れている。この地域には、深海1000m以内に熱水鉱床や天然資源が存在する可能性が高いと言われている。その領域を中心に海底探査を自律型AUVで行う。このプロジェクトの一環として、全国あるいは近隣国の研究機関を招き技術交流を含めた研究会を開催する。研究会は、海洋関係全般とし、海洋再生エネルギー、海洋バイオ、水産業の振興等も含めた海洋開発に関するものとし、沖縄を海洋開発振興県とする基盤づくりを行うプロジェクトとする。

その研究会の中で、ロボットコンベンション(競技)の中で最も難しいとされる海中ロボットコンベンションを行い将来的には海中ロボット競技会を発足し、沖縄県を海中ロボットのメッカとすることで人材育成にも寄与する。

 

課題

  1. 図1に示す。課題を自律航行でクリアさせる競技(ROVとAUVはブイに囲まれた水深約1.5メートルの海中で10メートル先のゴールを目指す。)

 

図1. AUV競技ルール

 

ソリューション

NI myRIOを使用して、4個のDCモータを加速度センサ、磁気センサ、水圧センサをベースに目的地まで機体を正常に保ちながら航行する。併せて、LabVIEWの画像処理ライブラリを活用して、障害物検知と目的地判断を行う。

 

アプリケーション概要・システム概要

図2. ロボット本体                                

 

図3. システム構成

 

図2. にロボット本体を示している。前方にあるUSBカメラで特定の色(黄色)を感知することで、システムを始動させる。スクリューが上部に付いているすラスタで潜水、浮上と機体のロールを防ぐ。後方スラスタで、左右のバランス制御や方向転換を行う。地磁気センサで目的地の方位を取得する。

 

航行中、USBカメラで障害物や終点を検知して、myRIOに情報を送り目的地まで到達させる。

 

図4. に、myRIOのPWMポートとモータ制御用ICを接続するための回路図を示す。

 

 

図4. モータドライバ回路

 

図5. に、地磁気センサと圧力センサの接続回路図を示す。圧力センサで深度情報を取得、地磁気センサで目標地点の方位を取得している。

 

 図5. センシング回路

 

・ROVプロジェクト構成

  

 ・AUVプロジェクト構成

 

導入効果

  1. myRIOを用いたことにより、本課題の最大の難関だったPID制御の問題が解決した。NIが提供しているサンプルプログラムを参考にできたことが最大の要因だった。
  2. 本課題は期間が半年という短い期間だった。それに加えて、海洋ロボットのノウハウは何もない状態だったが、LabVIEWはブロックダイアグラム方式で直感的にプログラミングが可能で、関数が豊富に用意されているためプログラム自体は思っていたよりも早く完成した。その結果、半年以内に無事に課題を終えることができた。

 

まとめと今後の展望

本格的に開催される、海洋ロボットコンテスト大会あるいは水中ロボットコンベンション等でmyRIOの制御プログラムを公開することで参加大学等を増やしていきたいと思っている。

 

Author Information:
Masayuki Okada
沖縄職業能力開発大学校 生産電子情報システム技術科
〒904-2141 沖縄県沖縄市池原2994—2
Japan
Tel: 098-934-6288
okada@okinawa-pc.ac.jp

Next Steps

海中ロボットの水中の様子を捉えた動画はこちらからご覧になれます。

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