自律移動ロボットの開発方向と解決策

人々の日常生活において、ロボットは産業用途から商業用途へと拡大しています。多くのレストランでは、ロボットが食事の配膳を補助している様子が見られます。多くのショッピングモールでも、ロボットがゲストの歓迎や案内といった役割を担っています。これは、関連技術の段階的な成熟とコストの低下を反映しており、ロボット用途の普及が進んでいることを示しています。本記事では、ロボット用途の発展とonsemiによって導入された関連ソリューションについて紹介します。

技術の継続的な発展に伴い、人間とロボットの相互作用はさらに増加していきます。朝、地元のコーヒーショップでコラボレーションロボット（コボット）がコーヒーを淹れてくれるところから、倉庫内を移動して荷物をピックアップする自律移動ロボット（AMR）に至るまで、これらのさまざまなタイプのコラボレーションロボットは、私たちの日常生活の中で多くの役割を果たすことができます。

AMRは、自律的にタスクを実行し、環境内を移動することが可能なロボットシステムの一種です。これらのロボットは通常、知覚、意思決定、および実行能力を備えており、さまざまな環境に適応し、最小限の人間の介入でさまざまなタスクを実行することができます。AMRは、効率の向上、コスト削減、安全性の強化を目的として、製造業、サービス業、ヘルスケア、農業などの産業で広く使用されています。

これらのタイプのロボットは、主に知覚システム、意思決定システム、実行システムなど、いくつかの複雑なコンポーネントで構成されています。知覚システムは、環境を感知するセンサーを含み、カメラ、LiDAR、赤外線センサーなど、周囲の環境に関する情報を収集するために使用されます。意思決定システムは、知覚システムから得た情報を分析し、意思決定アルゴリズムやソフトウェアと組み合わせて、ロボットが環境を理解し、経路を計画し、タスクを実行することを可能にします。実行システムには、モーター、油圧システムなどのアクチュエータが含まれ、ロボットが環境内で動作や操作を実行するために使用されます。

AMRの将来的な開発方向性には多様な側面が含まれています。より強力な人工知能と機械学習技術を通じて、ロボットは複雑で動的な環境に適応する能力を強化し、意思決定能力や自律的な行動の柔軟性を向上させることが可能になります。さらに、将来のAMRは、チームでの協力計画や共同作業に焦点を当て、より複雑なタスクを達成することを目指す可能性があります。これには、ロボット間での分散型意思決定や通信プロトコルのさらなる発展、そしてロボットと人間の間での効果的な相互作用を通じて、より複雑で協調的なタスクを遂行することが含まれます。

将来的な開発動向を展望すると、ロボットアプリケーションは、3Dビジョン、音声認識、触覚センサー、嗅覚認識など、高度な知覚技術をさらに進化させていくでしょう。これらの技術革新は、ロボットが環境を認識する能力を向上させ、未知または動的な環境でのAMRのナビゲーションと位置決め能力を強化することを目的としています。これには、地形、障害物、その他の移動物体のより正確な識別が含まれ、複雑で動的なシナリオに対応する能力が高まります。また、拡張現実（AR）および仮想現実（VR）技術を活用することで、現実世界におけるロボットの知覚および操作能力が強化されるとともに、遠隔操作やトレーニングのためのより良いツールが提供されるでしょう。

ロボットの稼働時間を延ばし、エネルギー効率と持続可能性を向上させるため、ロボットのエネルギー効率の研究と、より高度な自律型充電技術の開発に注力し、稼働時間を延ばすことが重要となります。さらに、ソーラー充電やその他の革新的なエネルギー技術といった自立型エネルギーソリューションの探求により、外部充電施設への依存を減少させることが可能となります。また、さまざまな用途分野の需要に応えるため、より多機能で適応性を備えたカスタマイズされたAMRの開発に重点が置かれます。

一方で、人々はロボットの安全性や倫理的配慮にも大きな重要性を置いています。AMRが人間と相互作用する際の安全性を向上させることに重点を置き、彼らが人間と共存する環境内で関連する規制や倫理ガイドラインを遵守できるようにする必要があります。これには道徳原則の遵守、プライバシーの保護、人間の尊厳への尊重が含まれます。さらに、ロボットの安全性に対する重視も高めるべきであり、これには規制や倫理ガイドラインの策定が含まれる可能性があります。

ロボットは、医療、物流、農業など特定の産業やセクターの具体的なニーズを満たすため、より専門的でカスタマイズされたAMR（自律移動ロボット）へと進化していくでしょう。さらに、AMRをIoT（モノのインターネット）技術と統合することで、より高いレベルの自動化と知能化が実現され、ロボットが他のデバイスやシステムとより効率的に協働できるようになります。

onsemiは幅広い製品ラインを持つ半導体コンポーネント企業です。ロボットアプリケーションの開発に対応するため、onsemiはAMRのデモンストレーションを開発しました。このデモンストレーションはサブシステムソリューション開発から派生したもので、onsemiの革新的な製品を使用した包括的なロボット設計を表しており、onsemiの多様なセンシングおよびインテリジェントパワーソリューションを組み合わせることで、様々な種類のロボット、協働ロボット、電動工具、自動搬送車の設計に使用することができます。

onsemiは、自社製品を活用したロボットアプリケーション向けの評価用ボード（EVB）および開発プラットフォームを製造しています。これらのプラットフォームは、モーション、センサー、電力、照明、通信を含むAMRサブシステムに使用されます。これにより、制御ユニットと共に自律移動型の基盤を構成し、環境内でのナビゲーション能力を持つほか、衝突回避機能を利用して必要に応じ障害物の周りを安全に経路再計画できるよう設計されています。onsemiの最新評価用ボードをアップグレードおよび利用したり、onsemiによるカスタマイズ製品（例えばカメラなど）を組み込んだりするために、AMRはDINレールを使用して評価用ボードを取り付け、センサーを取り付けるためにボールヘッドマウント ¼-20 を使用します。

照明サブシステムでは、AMRの状態、ステータス、および意図を周囲の人々に伝えることが可能です。スマート小売在庫アプリケーションでは、照明システムを使用して暗い店舗内の商品を照らすこともできます。これらの目的には、NCV7685リニア電流ドライバおよびNCL31000インテリジェントLEDドライバが使用され、可視光通信および屋内測位評価ボードの機能も含まれます。

モーションサブシステムには、onsemiの60Vマルチパーパス三相ゲートドライバNCD83591、極めて低い静止電流、高速過渡応答、高入力および高出力電圧範囲を備えたNCP730 CMOS LDO電圧レギュレータ、および高い熱性能を持つコンパクトで効率的なアプリケーション向けに設計された最新のTrench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XMソリューションが含まれており、BLDCモータードライブに使用されます。

センサーサブシステムでは、1/2.6インチ 2Mp CMOSデジタルイメージセンサーAR0234と1/3.2インチCMOSアクティブピクセルデジタルイメージセンサーAR1335が使用されています。さらに、高解像度で高精度の角度センサリングを実現するためにNCS32100角度検知位置センサーが採用され、AMRの停止期間中に障害物の距離測定を行うためにNCV75215超音波センサーが使用されています。

電力サブシステムでは、FAN65008B は統合型MOSFETを備えたPWM降圧レギュレータで、48Vバッテリーを通じてAMRに必要な電力レベルを生成することが可能です。FAN65008Bには、過電流保護 (OCP)、熱停止保護 (TSD)、過電圧保護 (OVP)、低電圧保護 (UVP)、および短絡保護 (SCP) を含む広範な保護回路が組み込まれています。電力サブシステムには、バッテリー監視やブリッジレス トーテムポール NCP1681 と e-Fuse NIS3071 に基づくコンパクトな充電ソリューション、さらに電流監視も含まれています。

通信サブシステムには、MAC、PLCA、およびリコンシリエーションサブレイヤー (RS) を含むIEEE 802.3cg規格に準拠した、マルチドロップEthernet 10Base-T1SトランシーバーであるNCN26010が含まれています。10Base-T1Sは、すべてのAMRサブシステムを接続するバックボーンとして機能します。最後に、制御ユニットとしてNVIDIA® Jetson™を使用することで、onsemiのサブシステムがどのようにしてRobot Operating System (ROS) をdockerコンテナとして実装できるかを示す統合された良い例を提供します。

onsemiは新しい製品と機能を追加できるDINレールを使用してAMRを製造し、より多くのセンサーを継続的に統合できるようにします。さらに、新しいonsemi電子ヒューズ製品であるe-Fuse NIS3071を使用して電力サブシステムを拡張することが可能です。

onsemiは、onsemiのイメージセンサーおよびLiDAR技術をカメラシステムに統合する企業と協力し、イメージセンシングと深度知覚を単一のシステムに融合しています。この協力は、これらの顧客をより良くサポートし、onsemiのアルゴリズムや機能をそれらのシステムに移植することを目的としています。

onsemiのAMRは、Nvidiaとのコラボレーションにより、Nvidia Jetson上でROS（Robot Operating System）環境を運用する際のドライバレベルを決定するためのさらなる洞察を得ています。また、onsemiはNvidia Omniverse™とIsaac Sim™を利用して、ロボットシミュレーションや合成データを探求しており、安全なAMR設計において重要です。シミュレーション環境は、Syntecticaデータ（移動ロボットに安全なナビゲーションを必要とする障害物）に基づいて移動ロボットをトレーニングするために使用されます。これらのシミュレーション環境は、最もエネルギー効率の良い経路をナビゲートしたり、バッテリー充電間隔を延ばしたり、充電の機会を利用したりするために使用されることもあり、AMRサブシステムにおけるエネルギー節約とインテリジェントセンシングを通じてonsemiの利点を際立たせることができます。

現在、AMRは物理的な障害物がほとんど排除されたため、人々の周りを自由に移動することができ、安全かつ効率的になっています。これらのロボットは、倉庫や事務所のような照明が管理され、床が平坦な環境で運用することができます。しかし、将来のAMRは人間のようにあらゆる環境に適応できるよう進化し続けるでしょう。

さらに、AMRが成功するためには、真の展開柔軟性が重要であり、プログラミングを必要とせずにロボットに何をすべきかを伝えたり訓練したりするためのインターフェイスが必要です。自然言語処理（NLP）の進歩、スマートで効率的なハードウェアセンサー、さらに電力と制御の改善がAMRに統合され、一般的な作業を実行できるようになります。これにより、将来のロボットは時にCNC機械を操作し、また時には製品を梱包することが可能になります。例えば、農業環境では、AMRは除草だけでなく、熟した野菜の収穫も行い、それを梱包して出荷できるようになります。

ロボット工学業界が私たちの日常生活でますます効率的かつ信頼できるものになる中、onsemiはAMR（自律移動ロボット）に統合できる技術を開発し続けています。これらの技術には、動作、センサー、電力、照明、および通信サブシステム用のモジュールが含まれ、ロボットが安全に動き、観察し、操作することを可能にします。onsemiは、信頼性の高いインテリジェントパワーおよびセンシングソリューションを通じて、この複雑さを最小限に抑え、設計のための基本的な構成要素を提供し、さらに探索および採用する価値のあるものにしています。