工場内の人の移動を“電池いらず”で見える化!振動発電ビーコン「EB10-B」で活動量を自動計測する方法を検証してみた

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現場改善では人がいつ・どのくらい動いたかを把握することも重要視されます。
Industrial Engineering(IE)では「動作研究」という手法もあるくらいです。

一般的な歩数計はクラウド連携ができず、手書きで集計せざるを得ないという課題があります。また、スマホの歩数アプリはクラウドで集計可能ですが、個人の端末に依存した集計になってしまい、業務として取り扱うには運用が難しいという課題があります。

本記事では、振動で自家発電しBLEで送信する振動発電ビーコン「EB10-B」を用い、移動の傾向を時系列で可視化する手法を検証します。

目次

振動発電BLEビーコン「EB10-B」とは

「EB10-B」は、産電子工業株式会社が提供する、振動発電型BLE(Bluetooth Low Energy)ビーコンです。 内蔵電池を持たず、振動や衝撃から発電した微小なエネルギーでBLE信号を送信できるのが特徴です。

製品ページはこちらになります。

以下、https://www.sdk-k.co.jp/product/ecobeacon#beacon04 より引用のものあり

図 センサ外観(メーカーWebページより引用)
図 発電の仕組み(メーカー資料より引用)

主な仕様(メーカー公表値)

製品名EB10-B
メーカー産電子工業株式会社
通信方式Bluetooth Low Energy(iBeaconフォーマット対応)
通信頻度約2〜3歩ごとに1回送信(動作中のみ送信)
電源自己発電(電池レス)。人の歩行程度の縦振動で発電する。
サイズ約48×28×15 mm
重量約20 g
動作温度範囲-10〜50℃

活用事例(メーカー公表)

  • 仔牛の体調管理システム
    ビーコンから送信されるデータの積算値が少ない仔牛を元気のない仔牛とし、不調の仔牛の早期発見・治療につなげる。
  • 児童の登下校見守りシステム
    ランドセルに付けたビーコンにより、登下校時に児童が校門を通るタイミングで親御さんにメールを通知。
  • 作業員の健康管理や、位置情報管理

評価してみた

準備するもの

  • 振動発電BLEビーコン:EB10-B
  • BLEゲートウェイ:Cassia E1000
    • Node-REDが動作する環境を構築しておく

まずは簡単にEB10-Bの動作を確認

ビーコンを付けそうな体の部位に、まずは万歩計をつけ、一定歩数(100歩)の歩行を複数回試行し、万歩計のカウント精度を確認すると、以下のような結果になりました。

検証してみると、同じ100歩の歩行でも装着場所によって最大15%以上、計測値に差が生じました。同様に、EB10-Bでも測定してみます。

メーカー仕様では、EB10-Bは連続歩行中に2〜3歩ごとに1回発信となっています。計測の平均値を2~3倍すると、おおよそ100に近づくことが確認できました。

EB10-BのデータをSORACOM HarvestとAzure IoT Centralに格納・蓄積してみる

EB10-Bから送信されてくるデータをCassiaで受け取り、Node-REDで解析・変形します。

Node-REDにて、EB10-Bから取得したデータを解析し、クラウドサービスの「SORACOM Harvest」と「Azure IoT Central」にそれぞれ送信するようなフローを組みます。

図 作成したNord-REDのフロー

まずはEB10-Bから受信したデータを確認すると、以下のようなデータが得られました。(図:フロー内一番上の緑ブロック)

[{"chipId":0,
  "name":"(unknown)",
  "evtType":3,
  "rssi":-41,
  "adData":"data",
  "bdaddrs":
    [{"bdaddr":"mac-adress",
      "bdaddrType":"random"
    }]
}]

次にオブジェクト変換等で解析した送信用のデータを確認すると、以下のようになります。(図:フロー内左下の緑ブロック)

[{"uuid":"your-uuid",
  "major":57,
  "minor":4896,
  "bdAddress":"mac-adress",
  "txPower":-67,
  "interval":null,
  "companyId":num,
  "companyIdHex":"id",
  "measuredPower":-67,
  "rssi":-41,
  "raw":{"chipId":0,
         "name":"(unknown)",
         "evtType":3,
         "rssi":-41,
         "adData":"data",
         "bdaddrs":[{"bdaddr":"mac-adress",
                     "bdaddrType":"random"
                   }]
   }
}]

さらに少し加工を加え、最終的にSORACOM HarvestとAzure IoT Centralに送信するデータは、以下のようになります。(図:フロー内真ん中の緑ブロック)

{
  "uuid":"your-uuid",
  "major":57,
  "minor":4896,
  "bdAddress":"mac-adress",
  "txPower":-67,
  "interval":null,
  "companyId":num,
  "companyIdHex":"id",
  "measuredPower":-67,
  "rssi":-41
}

この形式で送信されてくるデータをSORACOM HarvestとAzure IoT Centralで確認すると、それぞれ以下のようになりました。

図 Azure IoT Centralに千種記されたEB10-Bデータ
図 SORACOM Harvestに蓄積されたEB10-Bデータ

評価してみて

EB10-Bは、歩行時の振動により発電・データ送信が行われ、停止時は何もしません。 この特性を活かすと、「通信あり=動いている時間」「通信なし=停止時間」として扱うことができます。

現場での活用提案

  • ライン別・時間帯別の活動度を比較し工程別の移動時間ヒートマップを作成する。
  • 改善前後の活動ピーク帯の変化を比較しレイアウト改善の効果測定を行う。
  • Cassiaを各拠点に設置し、複数現場の横断モニタリングのデータを一元で集計。

その他電池レスのBLEビーコン

屋内照明を電源にして動作する照明光発電ビーコンもあります。低照度(50 lx 程度)でも使えるタイプもある(PB11/12)ため、常時照明がある環境なら電池交換なしで運用できます。

以下、https://www.sdk-k.co.jp/product/ecobeacon#beacon04 より引用のものあり

図 センサ外観(メーカーWebページより引用)

活用事例(メーカー公表)

  • 病院内物品の所在管理・追跡システム
    移動式の医療機器がどこにあるのか、最後に使われた場所を管理・追跡します。
  • 工場内整整備機器などの位置情報管理
  • 自動搬送機器の位置情報管理
  • 工場内、地下街の案内サービス

おわりに

2〜3歩ごとに1回発信しデータを送信する EB10-B は、Cassia や Node-RED を使用することで、簡単に SORACOM Harvest や Azure IoT Central といったクラウドサービスにデータを蓄積することができます。

電池レスでメンテナンスの手間が削減された EB10-B を利用し、活動量を使ったIoTにご興味があれば、ぜひお声がけください。

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この記事を書いた人

FA向けアプリケーション開発、IoT、Azure、M5Stack、Arduino
Linux、Node-RED等 何でも屋

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