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組込みシステム開発技術展(ESEC2008)レポート |
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● 産業用ロボットを利用した組込みソフトウェアの自動検査システム
ロボット本体の関連技術として、まず目を引いたのは日本ノーベルのブースだ。同社は昨年に引き続き、組込みソフトウェア自動検査システム「Quality Commander」の最新バージョンなどを出展していた。このシステムは産業用ロボットを利用して、カーナビや携帯電話、タッチパネル・PDAの組込みソフトウェアを検査するシステムだ。入力されたテストのシナリオに従って、テスト対象となる機器に付いているボタンやタッチパネルのGUIを産業用ロボットが押していく。通常では人が行なう物理的な操作をロボットが代替してテストしてくれるわけだ。画面はカメラで撮影され、その表示画像をコンピュータ側で認識。画面が期待どおりになっているか(正常に動作しているか)を判定できる。 たとえばカーナビ検査用では、6軸の産業用ロボットが搭載され、パネルの押下、レバーやボリュームの摘み、回しといった動作を再現することが可能だ。
一方、タッチパネル・PDA検査用ではスカラー型ロボットを搭載し、特殊ゴム付きのロボット先端部でパネルの押下位置を1mm単位で制御できる。あたかも人の指のように正確で素早い動作を再現可能だ。また携帯電話の検査用では、スカラー型ロボット搭載タイプと、マトリクス状に配置したレリーズを使ってボタンを押す独自ロボット搭載タイプがあった。さらに、これらの技術を生産管理に応用した外観検査システムも同時出展していた。 サンリツオートメーションは、同社の遠隔操作IPシステム「TPIPボード」(ティーピップボード)を搭載した騒音計測用ローバ「R4J-5」を展示していた。TPIPボードはレスキューロボットコンテストでも採用され、通称「レスコンボード」と呼ばれている。遅延の少ない動画伝送、無線LAN(IEEE802.11a/g)、RCサーボ信号規格の制御用インターフェースなどを採用し、ボード利用者には開発環境やソフトウェアのソースファイルも提供している。
● 音声認識、画像処理、無線通信、状態検出など幅広いセンサ系の出展 センサ系では、LS Iデザインセンターのレイトロンが北海道大学宮永研究室と共同開発した「雑音ロバスト音声認識モジュール」を展示していた。これは、厳しいノイズ環境下でも音声を正確に自動認識できるモジュールで、登録フレーズを抽出するフィルタリング機能を搭載している。たとえばホワイト、ピンク、HRといったノイズが混合した環境下(＠S/N比20dB)での音声の平均認識率は98.27％と高い。さらに同社では、この高度な音声認識技術や音声合成技術を応用したコミュニケーションロボット「Chapit」も紹介。人がロボットに向かって自然な会話で言葉を話しかけると、認識辞書データと照合して音声を理解する。目のLEDを光らせて反応したり、頭と体、両足を振りながら会話をしたり、音声による命令で家電側に赤外線信号を送って遠隔制御することも可能だ。さらに無線/有線LAN、RFIDリーダ/ライタ、カメラなどのオプション機能も追加できるという。 画像処理系では、トライシスがソニーのインテリジェントカメラを採用した画像処理システムを展示。インテリジェントカメラはカメラと画像処理系が本体と一体になっているため、処理装置を別途用意する必要がないというメリットがある。ただし、処理速度に限界があり、カメラ本体のサイズが少し大きくなってしまうという欠点もある。同社では、インエリジェントカメラなどからデータを取り込んで、製品を検査するソフトウェアやシステムを構築している。
フリースケールでは、ColdFireファミリなど、同社の主力製品を中心にさまざまなデモを行なっていたが、マイクロコントローラとセンサを組み合わせた事例が目に付いた。たとえば3軸加速度センサ「MMA7260Q」と8ビットMCU「MC9S08QG8」によって、XYZ方向の加速度を検出し、スピン、落下、移動、衝撃など8種類のモーションごとにボールの発光色を変える「8ボール」を展示。まるでメディアアートのような作品だった。一方、近接センサ「MC34940」を利用した例として、非接触でセンシングできるタッチスクリーンもあった。ガラスに電極が埋め込まれているため、ATMのタッチパネル・フィルムのように表面に磨耗がなく、半永久的に利用できるという。 同じような3軸加速度センサは、マクニカのセンサブースでも紹介されていた。こちらは有名なアナログデバイセズ社の「ADXLシリーズ」を利用し、携帯電話のXYZ方向の傾斜を検出するデモなどを実施していた。 ロボット制御の無線化に役立ちそうなのが、エイディシーテクノロジーの小型Bluetoothモジュール「ZEAL」だ。W15×L20mmという5円玉サイズで、二足歩行ロボットを制御するデモを実施していた。ZEALは、シリアルケーブル(RS-232C)にコネクタを用意して接続するだけでよく、手軽にBluetooth通信が可能になる。同様にZigbeeチップを搭載した小型センサモジュールなどもあった。
このほかユニークなセンサ関連製品として、微弱な揺れを検知できる加速度センサモジュールや、香り発生装置も興味深かった。三洋半導体ブースでは、東京大学地震研究所のIT強震計コンソーシアムらが開発した加速度センサモジュールを出展。これは加速度検出部に磁気抵抗効果を利用し、人が感じない震度ゼロ以下の揺れも検知が可能なモジュールだ。信号処理部には三洋半導体のIPプロセッサ「LC821621」を採用し、XYZ3軸方向の加速度成分データや、演算処理を施した簡易震度などの計測情報をネットワーク経由でリアルタイムに出力できる。量産化すれば安価な提供も可能になり、ビルや橋などの構造物にモジュールを多数配置し、その固有振動数(共振周波数)を解析したり、揺れの可視化などにも利用できるようになるという。また、震災による建物の損傷度を評価することで、その後の耐震補強工事の効果測定も期待できる。 アドバンテックは、NTTコミュニケーションズに提供しているプラットフォームソリューション「香るデジタルサイネージ」のデモを実施していた。電子看板の映像や音など、コンテンツに連動した香りを発生させることができる装置で、香りの元になる液体をタンクに収納し、タンクから香りを噴射する。6種類の香りが用意されており、香りの割合を変えて合成することも可能だ。こちらはローカル制御だが、ロボットなどに装置を搭載し、無線ネットワークで香りを出すといった応用ができるかもしれない。
● モータドライバ/コントローラやPLCを使ったモーション制御のデモ シーズウェアは、エンベデッドパネルコンピュータ「EMシリーズ」などを出展。その応用例として、ボクシングロボット対戦ゲームを紹介していた。EMシリーズは、OSとしてWindows XP Embedded、Windows CE、Linuxを選択でき、RS-232C、USB、LAN、DIOなど各種インターフェイスで周辺機器と接続できる。デモではボクシングロボットをDIOでつなぎ、パンチ操作や勝敗判定をパネルで表示させていた。また、実験用のロボット教材を紹介するメーカーも数社あった。ZMPの「e-nuvoシリーズ」を紹介していたのは、アルティマのブース。同社は米国アルテラのFPGA/CPLD製品を中心に取り扱っているが、ZMPのロボット教材には、アルテラのCPLD「MAX II」が採用されている。これにより、ハードウェア記述言語「Verilog HDL」での設計も学習することができる。
モーションコントロール製品では、モータドライバ/コントローラやPLC(Programable Logic Controller)を使ったデモが中心だった。ハイピーテックは、32軸までのモーションコントロールが可能な高速サーボネットワークや、2相マイクロステップドライバによる円弧補間(CP制御)のデモなどを実施。また、ハイバーテックは最大64軸までのモータを1台で制御できるコントローラ「motionCATシリーズ」のデモを行なっていた。特に面白かった点は、他メーカーのモータ/ドライバを混在して同時に制御可能なこと。具体的には異なる3社のモータ/ドライバを同時に動かしていた。最近のモータ/ドライバは、メーカー独自のFAネットワークで結ばれることが多いため、他メーカーの製品を混在できないことが多い。しかし、あるモータ軸はどうしても他社のサーボモータを利用したい、といった要望に応えるために、これを開発したという。 マイクロネットは、高信頼性のPLCシステムを構築できる「INplc」を展示。コントローラにリアルタイムOS「INtime」を採用し、PLC上でWindowsアプリケーションも同時動作できる点が特徴。デモではコントローラユニットを利用し、手作り感あふれるピンポン打ちマシンを披露。2つの通過センサでピンポン玉の上昇・降下を検知して通過時からタイマをかけ、モータの起動・停止のタイミングをうまく制御していた。 オンテックは、省配線が可能な独自のFA用ネットワーク「SAVE NET」と、このネットを制御するマスターインターフェイスを紹介していた。デモは4色のセロファンが張られた円盤をステッピングモータで高速回転させ、回転位置をポテンショメータで検出。定位置に緑色セロファンが来たときのみ、LEDをタイミングよく発光させるというもの。円盤は実際には高速で回転しているが、回転盤の緑色部を常に光らせている。制御の流れは、PC側に装備したマスターインターフェイスからSAVE NET経由でモータ制御やLED発光の指令を送る仕組みだ。ちなみにSAVE NETは、専用ゲートウェイによって通信プロトコルを変換し、Ethernet、CC-Link、DeviceNetにも接続できるという。 三菱電機のブースでは、同社の汎用シーケンサ「MELSEC Qシリーズ」を中心に展示。工場部門間を結ぶ上位層のEthernetから、工場内のコントローラを結ぶ「MELSECNET/H」、ライン内のフィールドを結ぶ「CC-Link」、盤・装置内の省配線化が可能な下位層の「CC-Link/LT」まで、FAネットワークをシームレスに統合してシステムを構築できる点をアピールしていた。また今回、参考出品としてC言語コントローラ「Q12DCCPU-V」が紹介されていた。シーケンスプログラムを組む際にラダー言語ではなく、C言語でプログラミングができるユニットだ。シーケンサ(PLC)を初めて使う技術者にとって、慣れ親しんだC言語の開発スタイルと資産を生かせるというメリットがある。このC言語コントローラは、モーションコントローラ側に大容量データを高速転送でき、それぞれのCPU同士でデータ共有も可能だ。これによりタクトタイムの短縮を実現できる。また、モーションCPUに同期して割り込みプログラムを実行すれば、高速応答も可能になる。
● RTOSや制御系の統合開発環境など、ソフトウェアも多数出展 パーソナルメディアは、組込みシステム用の次世代リアルタイムOS「T-Kernel」を中心に、それに関連する開発パッケージなどを紹介していた。面白かったのは、最近少し話題になっている電子楽器の元祖「テルミン」を模したデモだ。テルミンのように電子音は出ないものの、アンテナに手を近づけていくと、それに伴ってパソコン画面上のハチが上下に動く仕組み。これは同社のT-Engine応用製品「Teaboard」を使った事例だ。このボードには、T-Kernel、T-Kernel Extension、TCP/IPやLANドライバなどT-Engine用の基本ソフトが含まれ、組込み機器の開発を実践的に学べる。インターデザイン・テクノロジーは、仮想メカトロニクス・シミュレータ「Vmech Simulator」を紹介していた。3次元CADデータを取り込み、仮想メカニズム(デジタル・モックアップ)を構築し、機構部の動作や干渉などを解析するソフトウェアだ。これを利用すれば、実機がない試作前段階から制御用ソフトウェアを同時並行して開発できる。アクチュエータやセンサなどを利用したダイナミックモデリング、PLCシミュレータや、The MathWorks社の「MATLABモデル」との連携にも対応している。 一方、サイバネットシステムは前述の統合開発環境「MATLAB/Simulink」を利用し、ロボット設計開発の事例を提示していた。MATLAB/Simulinkには、プログラミング言語、アルゴリズム開発、データの解析や可視化、複雑な数値計算ツールなどが含まれている。信号処理、画像処理、統計・最適化、制御システム設計といった幅広い科学分野において利用できる万能ツールだ。 デモではLEGO Mindstorms NXTを用いた車輪移動型倒立振子ロボットを例に、モデルベースデザインを適用した開発環境を構築。最適サーボ系の制御ロジックを組んで、倒立2輪車の挙動をアニメーションで再現。超音波センサで壁を検出した際のバランシングなど、各種センサやサーボモータの様子も含めて、3次元でシミュレーションしていた。制御系の評価ができたら、実際にソースコードを書き出してコンパイルすることも可能だ。さらに、Simulink上からLEGOに生成コードをアップロードして実装できるように工夫していた。
■URL 組み込みシステム開発技術展 http://www.esec.jp/ ■ 関連記事 ・ 「第10回組み込みシステム開発技術展(ESEC)」開幕（2007/05/17）
（ 井上猛雄 ）
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