コマツでは建設機械のICT化を進めています。その一つがブルドーザ。センサを利用し、ブレード（排土板）の姿勢を制御することで、誰でも簡単に整地できる技術を実現しています。これらセンサと本体を繋ぐケーブルの取り回しが必要で切断されてしまうと自動制御ができなくなります。この問題をV-GENERATORで解決します。姿勢制御では、ブレードの動きをリアルタイムでセンシングする必要があります。このセンシングに無線加速度センサ（市販品：Logtta Accel、BLE：通信距離～20m、加速度 3軸、サンプリング800Hz）、その電源にV-GENERATOR（タイプL）2台を利用します。押土走行時、ブレードには速度に応じて低周波の振動が不規則に発生します。ブレードにV-GENERATORを設置し、この振動を大きな錘で捉え発電することで、平均で30mW程度の電力を生成させました。結果、無線センサを絶え間なく動かし、加速度センサの情報を遠隔のタブレットで受信することに成功しました。つまり電池フリーでの加速度リアルタイム無線センシングを実現しました。従来の振動発電でリアルタイム無線センシングを実現した技術は存在しません。大きさや振動に合ったデバイスを利用し、振動エネルギーを大きな錘で捉える。スケール効果と丈夫なV-GENERATORの特性を上手く活用した例です。

2022年3月2日

 
At Komatsu, we are advancing the ICT (Information and Communication Technology) of construction machinery. One example is the bulldozer. By using sensors, we have realized a technology that allows anyone to easily level the ground by controlling the posture of the blade (dozer). However, there is a need to handle the cables that connect these sensors to the main body, and if they are cut, automatic control becomes impossible. V-GENERATOR solves this problem. In posture control, it is necessary to sense the movement of the blade in real time. For this sensing, a wireless accelerometer sensor (commercial product: Logtta Accel, BLE: communication distance ~20m, 3-axis acceleration, sampling 800Hz) is used, and two V-GENERATORs (Type L) are used for its power supply. During push soil running, low-frequency vibrations occur irregularly in the blade depending on the speed. By installing a V-GENERATOR on the blade and capturing this vibration with a large weight to generate power, we were able to generate an average of about 30mW of power. As a result, we succeeded in continuously operating the wireless sensor and receiving the information from the accelerometer sensor on a remote tablet. In other words, we have realized real-time wireless sensing of acceleration without batteries. There is no technology that has achieved real-time wireless sensing with conventional vibration power generation. Utilizing a device that suits the size and vibration, capturing the vibration energy with a large weight, is an example of effectively utilizing the scale effect and the robust characteristics of V-GENERATOR.

March 2, 2022

ICTブルドーザ

 ICT Bulldozer

ブレードにデバイスを設置した様子　V-GENERATOR (L)を２台を錘で連結している。

 Image of the device installed on the blade: Two V-GENERATOR (L) units are connected with a weight.

押し土で前進、後進時のデバイスの動き　V-GENERATOR（右上に設置）が振動していることがわかる

Movement of the device during forward and reverse movement when pushing soil: You can see the V-GENERATOR (installed on the upper right) is vibrating.

無線実験の様子　無線センサが送信した加速度データを遠隔でタブレットで受信している

Wireless experiment situation: The tablet remotely receives acceleration data transmitted by the wireless sensor.

無線センサに電力を供給する蓄電コンデンサの電圧

V-GENERATORがない場合、蓄電コンデンサの電圧（オレンジ線）が電力消費に伴い減少し、150秒ほどで無線センサが動かなくなる。一方、V-GENERATORでコンデンサに電力を供給した場合、コンデンサの電圧（青線）は減少せず、無線センサが動き続ける。
 
When there is no V-GENERATOR, the voltage of the storage capacitor (orange line) decreases with power consumption, and the wireless sensor stops working after about 150 seconds. On the other hand, when the V-GENERATOR supplies power to the capacitor, the voltage of the capacitor (blue line) does not decrease, and the wireless sensor continues to operate.
 

タブレットで受信した3軸加速度の時間応答（青、進行方向、オレンジ：垂直方向、綠：鉛直方向）

Time response of 3-axis acceleration received on the tablet (Blue: Forward direction, Orange: Horizontal direction, Green: Vertical direction)