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Spinning Sensors:
センサ・アクチュエータネットワーク制御ソフトウェアの開発
青木崇行1、桐原幸彦2
1: 慶應義塾大学大学院政策・メディア研究科博士課程
2: 株式会社トリプルダブル
2006年度下期未踏ソフトウェア創造事業並木美太郎PM
Introduction
 センサ・アクチュエータネットワーク
 ボトムアップ：インターネットにコンピュータ以外の情報
家電機器が接続され始めてきた。次は、センサ・アク
チュエータのインターネットへの接続。
 トップダウン：リアルとサイバーの融合が進んでおり、
現実世界のネット空間への写像の構築の必要性。
 提案内容
 センサ・アクチュエータネットワーク制御ソフトウェアの
開発
 汎用性、実時間性、協調性
2006年度下期未踏ソフトウェア創造事業並木美太郎PM
Abstract
 テーマ：センサ・アクチュエータ
ネットワーク制御ソフトウェアの
開発
 構成：指向性を持ったセンサ＋
回転/直動系アクチュエータ
 機能：センサの検知範囲の拡大
や、動きオブジェクトの追尾機能
 開発：リアルタイム・協調統合制
御用ミドルウェアを中心とする
 応用：ユビキタス・コンテキストア
ウェアコンピューティング
■静的センサと動的センサの比較
■リアルタイム性の必要性
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Sensor Network
センサネットワーク技術分類
システムレベル
ネットワークレベル
ソフトウェア
位置測定
トレーシング
同期
電源管理
キャリブレーション
最適配置
自動構成
Exposure
ルーティング
データ配送
データ集約と圧縮
レート制御
ハードウェア
センシングデバイス
無線技術
※赤字が本提案が関連する技術分野 [表の出典：東京電機大学工学部戸辺義人教授]
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Actuator Network
 アクチュエータ分類
動きの種類
1次元(回転・直線)
2次元(平面)
3次元(空間)
デバイス例
モータ
シリンダ
車輪つきロボット
ロボットアーム
魚型・鳥型ロボット
※赤字が本提案が対象とするアクチュエータデバイス
 センサ分類
Short Range
Long Range
Directional
RFIDセンサ（設定にもよる）
照度センサ、音量センサ
Non-Directional
温度センサ・湿度センサ
雨量センサ
※赤字が本提案が対象とするセンサデバイス
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Related Work
 「ロボット+センサ」や「建築物+センサ」の事例はよくある
 その中間点である「アクチュエータ＋センサ」を狙う
 メリット：ソフトウェアの複雑度、電源消費量、センシング範囲等
 デメリット：上記の反対
[2次元平面移動可能]ロボット＋センサ by Intel Research
A. LaMarca, W. Brunette, D. Koizumi, M. Lease, S. B.
Sigurdsson, K. Sikorski, D. Fox, G. Borriello, “Making
Sensor Networks Practical with Robots,” in Proceedings
of PERVASIVE 2002,
[完全静止]建築物＋センサ by MIT
S. S. Intille, K. Larson, E. Munguia Tapia, J. Beaudin, P.
Kaushik, J. Nawyn, and R. Rockinson, "Using a live-in
laboratory for ubiquitous computing research," in
Proceedings of PERVASIVE 2006
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Vision
 これまでの静的なセンサネットワークには不可
能だった機能の実現
 回転・直動によるセンシング範囲の拡大
 より少ないセンサノードでの同範囲の監視
 動きオブジェクトの追尾センシング
 より正確なセンサデータの取得（動きブレの防止等）
 ミドルウェアとしての機能実現
 上記を実現するための要件を次ページで示す
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Design
 汎用性
 ハードウェア特化モジュールと汎用ミドルウェアの明
確な分離
 実時間性
 センサ・アクチュエータ・動きオブジェクトの移動速
度・システムの計算・通信速度を考慮した上での
リアルタイム性の確保
 協調性
 複数センサ・アクチュエータの協調/統合制御機構
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Real-time
 実時間性
 センシング対象オブジェクト
をなるべく長時間検知範囲
に捉えておくために
 右記のような計算式が成立
オブジェクトの移動速度と
し、システムの設計もこれに
システムの計算・動作速度の関係
従う必要がある
 計算式を満たさないと、システムが成り立たないと
いうハードリアルタイムを求めるのではなく、あくま
でもベストエフォートを目指すソフトリアルタイム
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Coordination
 協調性
 複数センサ・アクチュエータ
が協調・統合的に動くために
 以下の3ステップが必要
複数ノードの協調動作手順
 Identification: オブジェクトの発見と名前付け
 Calculation:オブジェクトの速度・移動方向の計算
 Communication:計算結果の他ノードへの通知
 協調アルゴリズムについては、今後要検討
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Architecture
 A:センサアクチュエータ制御用基盤ソフトウェア
 B:センサアクチュエータ協調制御用ミドルウェア
 C:アプリケーション
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Implementation
 Javaでミドルウェアとし
ての実装を行う
 Spinning Sensors
APIの公開
 実装時の使用デバイス
センサ仕様：uPart
アクチュエータ仕様：Phidgets
 センサ
 uPart iiluminometer
 アクチュエータ
 Phidgets Servo Motor
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Applications
 Monitoring:
 ユビキタスコンピューティング環境への導入
 実験空間の環境情報・使用状況のモニタリング
 Tracking：
 動オブジェクト（人間）のトラッキング
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Applications -Monitoringアクチュエーション⇒センシング:
 リアル空間とサイバー空間のマッピング精度の向上
 センサの個数の削減、電力消費量の削減
Microsoft Research: EasyLiving Project
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Applications -Trackingセンシング⇒アクチュエーション:
 動きぶれの無い（高精度な）センシング
 オブジェクトの動きに応じたアクチュエーション
株式会社バイコム陸上競技・スピードスケート撮影用高速走行TVカメラ搬送装置
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Evaluation
 初動実験
 確認：一つのセンサ
でより多くの（正確
な）データが取れる
 問題：単一角度での
複数データの取得
 解決方法：
 データ解析の導入
 振動センサの利用
センサアクチュエータを0度から220度に回転させている
間の角度（X軸）と照度（Y軸）の関係
[実験環境：昼間の研究室で、
卓上ライトの40cm下、４０ｃｍ離れたところで測定]
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Schedule
 現在、要件定義・基本設計中。
担当 12月
要件定義
TASK A 実装
青木
桐原
青木
桐原
青木
桐原
青木
TASK B 実装
桐原
TASK C 実装
総合テスト
青木
桐原
青木
桐原
青木
桐原
青木
桐原
桐原
ドキュメント作成
青木
基本設計
詳細設計
設計見直し及びテスト項目作成
TASK A バグ修正
TASK B バグ修正
TASK C バグ修正
1月
2月
3月
4月
5月
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6月
7月
8月
Academic & Business Impact
 Academic
 学会・論文誌等への発表・投稿（青木担当）
 Business
 ソフトウェアの研究機関やメーカへの販売
（桐原担当：株式会社トリプルダブル）
 URL：http://www.triple-double.co.jp/
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Conclusion
 Spinning Sensors: センサアクチュエータ
ネットワーク制御用ソフトウェアの構築




センサノードとアクチュエータノードを統合し、
リアルタイム性・協調性・汎用性を確保した、
ミドルウェアを開発し、
センシング範囲の拡大、トラッキング機能の実現
を行う
 アプリケーションとしては、環境監視・人間追尾等
があり得る
2006年度下期未踏ソフトウェア創造事業並木美太郎PM

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