JP2014225764A - Radio communication system, radio communication method, control device, mobile communication device, and program - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信システム、無線通信方法、制御装置、移動通信装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication method, a control device, a mobile communication device, and a program.
例えば工業製品の組み立て作業を行う工場では、製造装置としてマニプレータを備えたロボットステーションが頻繁に利用される。このような製造装置では、ロボットステーション内部あるいは外部に配置された制御装置とマニプレータが有線通信経路で接続され、マニプレータはこの有線通信を経由して制御装置から受信した指示に従って動作する。また逆に、マニプレータに装着された圧力センサや温度センサなどが取得した監視データが、有線通信経路を用いてマニプレータから制御装置へ伝送される場合もある。特にマニプレータに装着されたカメラで撮影された画像を制御装置へ伝送する場合では、画像として大量のデータを転送しなければならないため、非常に高速なデータ通信性能を持った通信方式を採用する必要がある。 For example, in a factory that assembles industrial products, a robot station having a manipulator is frequently used as a manufacturing apparatus. In such a manufacturing apparatus, a control device arranged inside or outside the robot station and a manipulator are connected via a wired communication path, and the manipulator operates according to an instruction received from the control device via the wired communication. Conversely, monitoring data acquired by a pressure sensor, a temperature sensor, or the like attached to the manipulator may be transmitted from the manipulator to the control device using a wired communication path. In particular, when transmitting an image captured by a camera attached to a manipulator to a control device, a large amount of data must be transferred as an image, so it is necessary to adopt a communication method with very high-speed data communication performance. There is.
このようなマニプレータに関しては制御対象となる可動部が多数存在するため、これら個々の可動部を制御装置からの有線通信経路を用いて制御するために非常に煩雑なケーブルの取り回しが必要であった。さらにマニプレータに装着されたカメラやセンサからの監視データを制御装置へ伝送する場合も考慮すると、さらに多くのケーブルを複雑な有線通信経路で配線する必要があった。 For such a manipulator, there are a large number of movable parts to be controlled. Therefore, in order to control these individual movable parts using a wired communication path from the control device, it is necessary to handle a very complicated cable. . Furthermore, considering the case where monitoring data from a camera or sensor mounted on the manipulator is transmitted to the control device, it is necessary to wire more cables through a complicated wired communication path.
また、マニプレータに配線されたケーブルは、マニプレータの動作に従ってケーブル自体も機械的に曲げられたり捩じられたりされることは避けられない。このため、製造装置として比較的短い運用時間内に断線やケーブル品質劣化による通信障害などの問題が発生し得る。このようにマニプレータのような可動物体に配線されているケーブルは、静止物体への配線ケーブルと比較して頻繁に交換が必要となり、これが製造装置の運用コストを引き上げるという問題もあった。 In addition, it is inevitable that the cable wired to the manipulator is mechanically bent or twisted according to the operation of the manipulator. For this reason, problems such as communication failures due to disconnection or cable quality degradation may occur within a relatively short operation time as a manufacturing apparatus. As described above, a cable wired to a movable object such as a manipulator needs to be replaced more frequently than a wiring cable to a stationary object, which raises the problem of increasing the operating cost of the manufacturing apparatus.
このような問題を解決するために、マニプレータと制御装置との間を、有線ケーブルの替わりに無線通信を用いてデータ転送を行う技術がこれまでも提案されている。例えば、特許文献1においては、マニプレータに設けられた無線端末と、当該マニプレータを制御する無線ユニットとの間で、マニプレータ制御情報を無線通信する製造装置が提案されている。また、特許文献2では、油圧ショベルに搭載したカメラで撮影した画像を、無線通信を用いてオペレータ側へ伝送し、オペレータが監視するテレビジョンモニタへ表示する技術が提案されている。
In order to solve such a problem, a technique for transferring data between a manipulator and a control device using wireless communication instead of a wired cable has been proposed. For example,
このようなマニプレータに適用可能な無線伝送方式としては、2.4GHzや5.2GHz帯の電波を利用する無線LANとして、IEEE802.11標準規格群などが挙げられる。しかしながら、特に画像データなど大量のデータを伝送する必要があるシステムでは、広い周波数帯域幅を持った60GHz帯ミリ波無線を利用したものがより好適である。ミリ波無線は周波数が非常に高いため、電波の直進性が強いという特性を持つ。また、マニプレータに装着される無線端末はマニプレータの動きに従ってその位置や向きが変わるため、1台の無線移動局と1台の無線制御局との間で常に良好な無線通信状態を維持することは困難である。 As a wireless transmission method applicable to such a manipulator, IEEE802.11 standard group is mentioned as a wireless LAN using 2.4 GHz or 5.2 GHz band radio waves. However, particularly in a system that needs to transmit a large amount of data such as image data, it is more preferable to use a 60 GHz band millimeter-wave radio having a wide frequency bandwidth. Since the millimeter wave radio has a very high frequency, it has a characteristic that the radio wave travels straight. Also, since the position and orientation of the wireless terminal attached to the manipulator changes according to the movement of the manipulator, it is not always possible to maintain a good wireless communication state between one wireless mobile station and one wireless control station. Have difficulty.
そこで、マニプレータに装着された無線端末(無線移動局)と無線制御局との間で信頼性の高い無線通信を実現するために、1台の無線制御局が空間的に離れた場所に配置された複数の無線固定局と有線接続するようなダイバーシチシステムが考案されている。このシステムでは、それぞれ異なった場所に配置された複数の無線固定局のうち少なくとも1台が無線移動局からの信号を受信可能であれば、無線固定局を介して無線移動局と無線制御局との間の通信は維持される。ただし、無線移動局の位置および向きにかかわらず、なるべく多くの無線固定局が無線移動局からの電波を受信するためには、無線移動局は放射角度範囲の大きなアンテナを使って電波を放射する必要がある。 Therefore, in order to realize highly reliable wireless communication between the wireless terminal (wireless mobile station) attached to the manipulator and the wireless control station, one wireless control station is arranged in a spatially separated place. In addition, a diversity system has been devised in which a plurality of wireless fixed stations are connected by wire. In this system, if at least one of a plurality of radio fixed stations arranged at different locations can receive a signal from a radio mobile station, the radio mobile station, radio control station, and Communication between is maintained. However, in order for as many wireless fixed stations as possible to receive radio waves from radio mobile stations, radio mobile stations radiate radio waves using antennas with a wide radiation angle range regardless of the position and orientation of the radio mobile station. There is a need.
実際の生産現場では、工場内で複数のロボットステーションが同時に稼働することが一般的であるが、これら複数のロボットステーションそれぞれに無線通信システムを適用した場合、近傍で隣接するステーション間で互いに電波が干渉する場合がある。この時、ロボットステーションで可動している無線通信システムに他のロボットステーションからの電波が干渉することにより無線通信障害が発生し、ロボットステーションの動作が停止、あるいは異常動作してしまうという問題があった。特に無線移動局が広い放射角度範囲に対して電波を送信するシステムでは、このような隣接ステーション間の電波干渉が発生する可能性が大きい。 In actual production sites, it is common for multiple robot stations to operate simultaneously in a factory. However, when a wireless communication system is applied to each of these multiple robot stations, radio waves are mutually transmitted between adjacent stations in the vicinity. May interfere. At this time, there is a problem that a radio communication failure occurs due to radio waves from other robot stations interfering with the radio communication system moving at the robot station, and the operation of the robot station stops or operates abnormally. It was. In particular, in a system in which a wireless mobile station transmits radio waves over a wide radiation angle range, there is a high possibility that such radio wave interference occurs between adjacent stations.
このような隣接ステーション間の干渉を回避するために、特許文献1ではロボットステーション全体を電磁的な遮蔽物で覆ってしまい、ステーション内で送信される電波がステーション外へ放射されることを防いでいる。これによりステーション内の電波が隣接する他のステーションや機器へ電磁的な影響を与えることを回避しているが、ロボットステーション全体に遮蔽物を装着することにより、設置コストの増大や保守性の低下など新たな問題を引き起こしていた。このように従来の無線ロボットシステムでは、コストの増加や保守性の低下を引き起こすことなく、隣接ステーション間での電波干渉を低減することが困難であった。
In order to avoid such interference between adjacent stations,
前述の事情に鑑み、本発明は、隣接して動作する複数の移動体の移動空間の間で電波干渉を低減することが可能な無線通信技術の提供を目的とする。 In view of the foregoing circumstances, an object of the present invention is to provide a wireless communication technique capable of reducing radio wave interference between moving spaces of a plurality of moving bodies that operate adjacently.
上記目的を達成するため、本発明の一つの側面にかかる無線通信システムは、
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続した制御装置と、前記移動体に装着され前記移動体の移動により移動した位置から前記複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、を有する無線通信システムであって、
前記制御装置は、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、を備え、
前記移動通信装置は、
前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wireless communication system according to one aspect of the present invention includes:
A control device wiredly connected to a plurality of fixed communication devices arranged in a space in which the moving body moves, and a transmission antenna to the plurality of fixed communication devices from a position attached to the moving body and moved by movement of the moving body A wireless communication system having a mobile communication device for transmitting a wireless signal from
The controller is
An acquisition means for acquiring state information indicating a state in the space of the mobile communication device moving by the moving body using a control signal for moving the moving body;
Calculating means for calculating a recommended value of the aperture angle of the transmitting antenna of the mobile communication device using the state information and position information of each of the plurality of fixed communication devices arranged in the space; ,
The mobile communication device
Determining means for determining an aperture angle of the transmitting antenna using the recommended value;
Wireless communication means for setting the determined aperture angle to the transmission antenna and transmitting the wireless signal via the transmission antenna.
本発明によれば、隣接して動作する複数の移動体の移動空間の間で電波干渉を低減することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to reduce radio wave interference between moving spaces of a plurality of moving bodies that operate adjacently.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the components described in this embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention is determined by the scope of the claims, and is not limited by the following individual embodiments. Absent.
(第1実施形態)
図1は本実施形態における無線通信システムを適用した製造装置のシステム構成例を示す図である。図1において、移動体としてロボットアーム101(マニプレータ)はロボット制御線103によってロボット制御装置102と有線接続されている。ロボットアーム101の各関節にはそれぞれモータが具備されており、ロボット制御装置102からロボット制御線103を用いて入力される機器制御信号に従ってロボットアーム101が動作する。ロボット制御線103として、本実施形態では業界標準のCAN(Control Area Network)規格を用いているが、ロボットアーム101に対して機器制御信号を送信できるものであれば他の方式の制御線も適用可能である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration example of a manufacturing apparatus to which a wireless communication system according to the present embodiment is applied. In FIG. 1, a robot arm 101 (manipulator) as a moving body is wire-connected to a
ロボットアーム101の先端となるハンド部108には無線移動局201(移動通信装置)が設けられている。無線移動局201は無線固定局211〜213(固定通信装置)と無線通信を行い、無線固定局211〜213は無線制御局202(制御装置)と固定局通信線203を介して有線通信を行う。無線移動局201から無線制御局202へデータを通信する時には、無線移動局201の送信アンテナから無線固定局211〜213にデータを送信し、無線固定局211〜213から無線制御局202へデータは転送される。無線移動局201の送信アンテナに設定される開口角により、送信アンテナから無線信号(データ)が送信される送信範囲が定められる。それぞれ異なる位置に配置された複数の無線固定局211〜213がデータを受信できるように、無線移動局201は開口角の大きな広指向性アンテナ(送信アンテナ)を用いてデータを無線パケットの形式で送信する。
A wireless mobile station 201 (mobile communication device) is provided in the
そして、無線固定局211〜213は無線移動局201から送信された無線パケットを受信する。無線固定局211〜213は受信した無線パケットをそれぞれ復調および復号したのち、受信データとして固定局通信線203を介して無線制御局202へ送信する。固定局通信線203としては、例えば、メタリックケーブルや光ファイバなど、様々な有線通信線を適用することができる。
Then, the wireless fixed
また、無線制御局202から無線移動局201へデータを無線通信する時に、無線制御局202は複数の無線固定局211〜213の中からデータを送信する無線固定局を1台ずつ順番に選択する。そして、無線制御局202は選択した無線固定局に対して固定局通信線203を介してデータを選択した順番に従って送信する。選択された無線固定局は無線制御局202から送信されたデータを固定局通信線203を介して受信する。そして、選択された無線固定局は、受信したデータを無線パケットに変換した後、送信アンテナから無線移動局201へ無線送信する。
Further, when wirelessly communicating data from the
ロボットアーム101の動作で移動した無線移動局201がいかなる位置にあっても、無線制御局202からのデータを受信できるように無線制御局202は複数の無線固定局211〜213の中から順番に1台ずつ無線固定局を選択してデータを送信する。
The
ロボットアーム101のハンド部108には無線移動局201とカメラ109とが設けられている。カメラ109は作業対象物を撮影し、撮影された画像(画像データ)を無線移動局201に送信する。無線移動局201は、カメラ109から送信された画像データを無線パケットとして、無線固定局211〜213を介して無線制御局202へ送信する。
The
無線制御局202は、例えば、業界標準のカメラリンクケーブル105によって画像解析装置104と接続している。無線制御局202は、カメラ109によって撮影された画像(画像データ)を、カメラリンクケーブル105を介して画像解析装置104へ転送する。本実施形態では画像転送のためにカメラリンクケーブルを使用しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではない。他にも、例えば、USBやLAN、GigEなど画像を伝送することが可能な通信ケーブルであれば、無線制御局202と画像解析装置104との接続に適用可能である。
The
カメラ109として、例えば、ステレオ画像を撮影できる2眼のステレオカメラなどを適用することが可能である。無線制御局202へ送信されたステレオ画像は、画像解析装置104によって解析され、作業対象物とハンド部108との詳細な相対位置(相対位置情報)が算出される。画像解析装置104はこの相対位置情報を、例えば、LANケーブル106を用いてロボット制御装置102へ送信する。ロボット制御装置102は、画像解析装置104から送信された相対位置情報を次の作業工程におけるロボットの動作に反映させるための制御情報(機器制御信号)を生成する。
As the
図2は、本実施形態における製造装置のシステムの外観を表した俯瞰図である。本実施形態において、ロボットアーム101はロボットステーション107の内部に配置される。また、無線固定局211〜213はロボットステーション107の天井部にそれぞれ配置されている。一般にロボットステーションの床面には、作業台や作業に関連する各種機器、あるいは組立用部材などが置かれていることが多い。このような場合に無線移動局201と無線固定局211〜213との間で互いに見通し可能な伝搬路を確保するために、本実施形態では無線固定局211〜213をロボットステーション107の天井部に配置している。無線固定局211〜213の配置は例示的なものであり、各々の作業環境に応じた最適な位置に無線固定局を設置することができる。無線固定局211〜213は、ロボットステーション107内に配線された固定局通信線203によって無線制御局202と接続される。
FIG. 2 is an overhead view showing the appearance of the system of the manufacturing apparatus in the present embodiment. In the present embodiment, the
図3は本実施形態におけるロボットアーム101の構成を説明する図である。ロボットアーム101の先端部には、組立作業に用いる作業対象物を把持するためのハンド部108が設けられている。さらにハンド部108には、作業対象物を撮影するためのカメラ109および無線移動局201が設けられている。
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the
ロボットアーム101は6個の関節として、S軸301、L軸302、U軸303、R軸304、B軸305およびT軸306、を有する。S軸301はロボットアーム101の全体を回転させるための関節である。L軸302はロボットアーム101を前後(紙面の左右方向)に動かすための関節である。U軸303はロボットアーム101の前腕部110を上下に動かすための関節である。R軸304はロボットアーム101の前腕部110を回転させるための関節である。B軸305はロボットアーム101のハンド部108を上下に動かすための関節であり、T軸306はハンド部108を回転させるための関節である。6個の関節の動きにより、ロボットアーム101は6自由度の動きを実現することができる。
The
説明を図2に戻し、ロボット制御装置102は製造装置における各作業工程の順番と工程の処理に要する時間とを管理するための作業シーケンスと、各作業工程におけるハンド部108の位置および向き(姿勢)に関する三次元情報を記憶している。ロボット制御装置102は各作業工程において、ハンド部108の三次元の位置情報および向き情報を元に、ロボットアーム101の各関節301〜306のとるべき回転角度を算出する。これら各関節の回転角度情報は機器制御信号を用いて、ロボット制御装置102からロボット制御線103を介してロボットアーム101へ送信される。ロボットアーム101はこの機器制御信号を受信し、機器制御信号の指示に従って各関節のモータを必要な角度だけ回転させて、ハンド部108を所望の位置および向きに移動させる。本実施形態では、カメラ109はハンド部108に固定されており、ハンド部108の向きによってカメラ109の撮影方向も変わる。同様に無線移動局201もハンド部108に固定されており、ハンド部108の向きによって無線移動局201に設けられている送信アンテナおよび受信アンテナの指向方向も変化する。
Returning to FIG. 2, the
図4は本実施形態において、ハンド部108がロボットステーション107内の比較的高所において作業している状態を例示した図である。ロボットアーム101のハンド部108が高所にある場合、無線移動局201からそれぞれの無線固定局211〜213を見た方向と、無線移動局201の送信アンテナ指向方向220との挟角θ1、θ2、θ3は比較的大きな角度となる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the
そのため、無線移動局201から無線送信される信号(無線送信信号)を各無線固定局211〜213が正しく受信できるようにするために、無線移動局201は、送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲として、無線送信信号の放射角度範囲221が広くなるように、θ1、θ2、θ3に比べて十分に大きい開口角の送信アンテナを用いて無線信号を送信する。
Therefore, in order to allow each of the wireless fixed
図5は本実施形態において、ハンド部108がロボットステーション107内の比較的低所において作業している状態を例示した図である。図5において、無線移動局201は図4における例と同様の開口角を用いて無線信号を送信する。図5において無線移動局201からそれぞれの無線固定局211〜213を見た方向と、無線移動局201の送信アンテナ指向方向220との挟角θ1、θ2、θ3は、図4の場合と比べて小さくなる。そのため、図4の場合と同様の特性を持った開口角が広い送信アンテナを用いて無線移動局201が電波を送信すれば、放射範囲は図5に示した放射角度範囲221のようになる。このため、各無線固定局211〜213は無線移動局201から無線送信される信号(無線送信信号)を問題なく受信できる。その反面、図5の場合では送信アンテナの放射角度範囲221が必要以上に広いため、無線移動局201から無線送信される信号(無線送信信号)は、ロボットステーション107に隣接するロボットステーション111まで到達してしまう。これにより、ロボットステーション107で動作している無線通信システムの電波が、隣接しているロボットステーション111に対して電波干渉を与えてしまう。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the
図6は、本発明を適用することによって隣接しているロボットステーション111への電波干渉を回避する様子を例示的に説明する図である。図6に示す例では、無線移動局201の送信アンテナ開口角が小さくなるように調整され、図4で示した放射角度範囲221と比べると比較的狭い放射角度範囲222に対して無線信号を送信する。このように無線移動局201の位置と向きに応じて無線移動局201から無線送信される電波の放射角度範囲を制限することにより、無線送信信号が隣接しているロボットステーション111へ到達しないように制御することができる。これによりロボットステーション107で使用する電波が、隣接しているロボットステーション111に対して干渉として影響を与えない、あるいは影響を低減することができる。
FIG. 6 is a diagram for exemplarily illustrating how the radio wave interference to the
次に、本実施形態におけるロボットアーム101の動作時の無線制御局202およびロボット制御装置102の動作を、図7および図8を用いて説明する。
Next, operations of the
図7は本実施形態における無線制御局202の内部構成を示す図であり、図8はロボットアーム101の移動時のロボット制御装置102および無線制御局202の処理の流れを説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an internal configuration of the
無線制御局202は固定局位置情報保持部504を有する。固定局位置情報保持部504には無線制御局202と接続している無線固定局211の三次元位置情報(X1、Y1、Z1)、無線固定局212の三次元位置情報(X2、Y2、Z2)、無線固定局213の三次元位置情報(X3、Y3、Z3)が保持されている。これら無線固定局の位置情報は、本製造装置の設置時に設置作業者が無線制御局202を操作することにより固定局位置情報保持部504が具備する不揮発性メモリなどに記録される。また、無線制御局202は機器制御信号検出部505を有する。機器制御信号検出部505はロボット制御装置102とロボット制御線103によって接続されている。
The
ロボット制御装置102の処理として、図8のステップS101で、ロボット制御装置102は内部の作業手順データベースに記憶されている作業シーケンスに従って作業工程を1つ進める。
As processing of the
ステップS102で、ロボット制御装置102は、現在の作業工程においてロボットアーム101のハンド部108がとるべき位置および向きに関する三次元情報を、作業シーケンスと共に記憶されている作業手順データベースから取得する(S102)。
In step S102, the
次に、ステップS103で、ロボット制御装置102は、ハンド部108の位置および向きに関する三次元情報から、ロボットアーム101の関節301〜306がそれぞれとるべき回転角度(φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6)を算出する。ロボット制御装置102は、ロボットアーム101の各関節の回転角度(φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6)を算出するために逆運動学計算のアルゴリズムを用いる。
Next, in step S103, the
関節301〜306それぞれの回転角度を算出した後、ステップS104で、ロボット制御装置102はこれらの回転角度情報を保持するCANデータフレームを生成する。図9は本実施形態で使用されるCANデータフレームを例示する図であり、図9(a)は業界標準のCAN仕様におけるデータフレームの拡張フォーマットを表している。このようなCANデータフレームにおいて、ベースIDフィールドまたは拡張IDフィールドに各関節を識別するための識別情報(ID)を指定することにより、CANデータフレームがどの関節の回転角度情報を保持するかを指定できる。また、CANデータフレームのデータフィールドには、各関節の回転角度情報が保持される。
After calculating the rotation angle of each of the
図9(b)〜(g)はそれぞれ関節301〜306に送信されるCANデータフレームを例示する図である。回転角度情報として、それぞれ関節の回転角度(φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6)が対応する関節へ送信されるCANデータフレームのデータフィールドに保持される。ロボット制御装置102は生成されたCANデータフレームを機器制御信号としてロボット制御線103へ送信する(S104)。
FIGS. 9B to 9G are diagrams illustrating CAN data frames transmitted to the
無線制御局202の処理として、図8のステップS111で、機器制御信号検出部505はCANデータフレーム(機器制御信号)を受信し、各フレームを解析して各関節の駆動情報として回転角度(φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6)を取得する。
As processing of the
次に、ステップS112で、無線制御局202の移動局状態判定部506は、各関節(可動部)の回転角度の情報(関節角度情報)から、無線移動局201の三次元位置情報(X0、Y0、Z0)を算出し、内部の記憶部に記憶する。同様に、ステップS113で、無線制御局202の移動局状態判定部506は、各関節の回転角度の情報(関節角度情報)から、無線移動局201の向きに関する情報(Px、Py、Pz)を算出し、記憶部に記憶する。移動局状態判定部506は各関節の回転角度の情報(関節角度情報)から、無線移動局201の三次元の位置情報(X0、Y0、Z0)および三次元の向き情報(Px、Py、Pz)を算出するために順運動学計算のアルゴリズムを用いる。
Next, in step S112, the mobile station
無線制御局202は、ロボットアーム101の作業シーケンスに追従しながら、ロボットアーム101が動作するたびに無線移動局201の三次元の位置情報および三次元の向き情報を更新し、移動局状態判定部506に記憶する。
The
次に、本実施形態におけるロボットアーム101に装着されたカメラ109によって画像を撮影する時の、無線制御局202、無線移動局201、画像解析装置104およびカメラ109の動作を、図7、図10および図11を用いて説明する。図7は無線制御局202の内部構成を示す図であり、図10は無線移動局201の内部構成を示す図であり、図11はロボット制御装置102および無線制御局202、無線移動局201、カメラ109の処理の流れを説明する図である。図7において、無線制御局202はカメラリンクインターフェース部501を有し、カメラリンクインターフェース部501と画像解析装置104とは、カメラリンクケーブル105で接続されている。
Next, the operations of the
図11のステップS201で、画像解析装置104は撮影するべきタイミング(撮影タイミング)になると、カメラ109に対して撮影を指示するためにカメラリンク規格によってCC1信号として規定されている制御信号(撮影指示信号)をイネーブルにする。そして、画像解析装置104は、カメラリンクケーブル105を介して制御信号(撮影指示信号)を無線制御局202へ送信する。
In step S201 in FIG. 11, when it is time to shoot (shooting timing), the
ステップS211で、無線制御局202のカメラリンクインターフェース部501はイネーブルされた制御信号(撮影指示信号)を受信する。
In step S211, the camera
ステップS212で、撮影タイミング取得部508は、開口角算出部507に対して無線移動局201の送信アンテナにおける開口角の推奨値を算出するように指示する。ここで、推奨値とは、送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲内に固定通信装置が含まれるような送信アンテナの開口角を示す値である。開口角算出部507は、撮影タイミングにおける無線移動局201の位置および向きに関する三次元情報(状態情報)と、無線固定局211〜213の三次元位置情報とを用いて送信アンテナの開口角の推奨値を算出する。推奨値を算出する際に、開口角算出部507はロボットアーム101の動作時に移動局状態判定部506に記憶した無線移動局201の位置及び向きに関する三次元情報と固定局位置情報保持部504に記憶されている無線固定局の三次元位置情報とを参照する。そして、開口角算出部507は無線移動局201の送信アンテナの開口角として適切な推奨値を算出し、この推奨値を無線プロトコル処理部503へ入力する。無線プロトコル処理部503は、開口角の推奨値を出力するために、この開口角の推奨値を保持する撮影指示無線コマンドを生成する。
In step S212, the imaging
次に、ステップS213で、無線制御局202の無線プロトコル処理部503は、固定局通信線203によって接続されている無線固定局211〜213の中から順番に1台ずつ無線固定局を選択する。そして、無線プロトコル処理部503は選択した順番に従って撮影指示無線コマンドを無線パケットとして、選択した無線固定局に送信する。各無線固定局211〜213は順番に撮影指示無線コマンドを無線移動局201に無線送信する。
Next, in step S213, the radio
ステップ221で、無線移動局201は、図10の受信アンテナ601を用いて、送信された撮影指示無線コマンドを受信する。無線高周波部603は撮影指示無線コマンドをベースバンド信号に変換し、変復調部604はベースバンド信号の復調処理を行う。無線プロトコル処理部605は、復調の結果により得られる撮影指示コマンドを解析して、画像解析装置104によってカメラ撮影が指示されたことを検知し、更に無線移動局201の送信アンテナの開口角の推奨値を取得する。
In
ステップS222で、カメラ制御部608は、ケーブルあるいはコネクタなどにより電気的に接続されているカメラ109に対して撮影を指示、制御する。
In step S222, the
ステップS223で、無線プロトコル処理部605は、撮影指示コマンドから取得した送信アンテナの開口角の推奨値を開口角決定部606に入力する。開口角決定部606は、開口角の推奨値を参照しながら、無線移動局201に実装されている送信アンテナ602の特性を元に、送信アンテナ602の実際の開口角を決定する。
In step S223, the wireless
ステップS224で、開口角決定部606は送信アンテナ602に対して決定された開口角を設定する。
In step S224, the aperture
一方、ステップS231で、カメラ制御部608から撮影を指示されたカメラ109は露光を開始する。露光完了後、ステップS232で、カメラ109は撮影した画像データを無線移動局201内のカメラ制御部608へ送信する。
On the other hand, in step S231, the
ステップS225で、無線移動局201のデータ変換部607は、カメラ109から送信される画像データを画像無線パケットに変換する。データ変換部607によって生成された画像無線パケットは、無線プロトコル処理部605によって決められた送信タイミングに従って変復調部604へ入力される。変復調部604によってベースバンド信号に変換された画像データは、無線高周波部603によって無線信号に変換される。変換された無線信号は、既にステップS224において設定された開口角によって、送信アンテナ602から無線固定局に送信される。
In step S225, the
図12は、開口角を変更することができるアンテナの構成例として、主にミリ波無線で使用されるアレイアンテナの構造を例示する図である。図12(a)のアレイアンテナでは、セラミックなどの材質で製造された基板701の上に、16個のアンテナ素子702が配置されており、それぞれのアンテナ素子に接続されている送信パワーアンプの出力を電波として無線空間に放射する。16個の送信パワーアンプを個別にイネーブル・ディスエーブルすることにより、各アンテナ素子からの電波放射を有効にしたり停止させたりすることができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating the structure of an array antenna mainly used in millimeter wave radio as a configuration example of an antenna whose aperture angle can be changed. In the array antenna of FIG. 12A, 16
一般にアレイアンテナでは、イネーブルされ電波を放射するアンテナ素子702の数が多いほど、アンテナとしての開口角は狭くなる。従って、図12(b)のように16個の素子のうち中央に配置された4個のアンテナ素子だけをイネーブルにすればアンテナ開口角は広くなり、そのため送信信号の放射角度範囲も広くなる。逆に図12(c)のように16個すべてのアンテナ素子をイネーブルにすればアンテナ開口角は狭くなり、そのため送信信号の放射角度範囲も狭くなる。このようにして、無線移動局201に設けられる送信アンテナは開口角を変化させることができる。
In general, in an array antenna, the larger the number of
本実施形態では送信アンテナの開口角の可変ステップとして2段階の場合を例示的に説明したが、アンテナの構成によってはさらに可変ステップ数の大きな送信アンテナを本発明に適用することも可能である。またアレイアンテナに限らず、アンテナの開口角を変更することができるアンテナであれば、他の方式によるアンテナも本発明の無線移動局201における送信アンテナとして適用することが可能である。
In the present embodiment, the case of two steps as the variable step of the aperture angle of the transmission antenna has been described as an example. However, depending on the configuration of the antenna, a transmission antenna having a larger number of variable steps can be applied to the present invention. Further, the antenna is not limited to the array antenna, and any antenna that can change the aperture angle of the antenna can be applied as a transmission antenna in the wireless
説明を図11に戻し、ステップS241で、無線固定局を介して画像データを受信した無線制御局202の無線プロトコル処理部503は、受信した画像データをカメラリンクPAL(Protocol Adaptation layer)502へ入力する。カメラリンクPAL502は受信した画像データをカメラリンク規格で指定された信号形式に変換し、カメラリンクインターフェース部501へ入力する。カメラリンクインターフェース部501はカメラリンクケーブルを介して、カメラ109から無線通信を通じて受信した画像データを画像解析装置104へ送信する。
Returning to FIG. 11, the wireless
ステップS251で、画像解析装置104は、無線制御局202から受信した画像データに対する解析処理として、例えば、ステレオ画像の三次元解析などを行うことによって、ロボットアーム101のハンド部108と作業対象物との相対位置関係を判定する。このような相対位置関係に関する情報は最終的にロボット制御装置102へ入力され、次の作業工程におけるロボットアームの動作に反映される。
In step S251, the
(第2実施形態)
第1実施形態では、例示的に示した3台すべての無線固定局の位置が、常に無線移動局の送信アンテナの放射角度範囲内に入っている場合について説明した。しかしながら、無線移動局に設けられている送信アンテナの開口角は、一般に実装上の制約として限られた範囲内でしか調整できない。そのため、送信アンテナそれぞれの実装仕様として、最大放射角度が規定される。無線移動局の位置および向きと、各無線固定局の配置位置との関係によっては、無線固定局が最大放射角度の外に配置されることも生じ得る。このために、無線移動局の送信アンテナの放射角度範囲を調整しても、最大放射角度の外に配置されている無線固定局は無線移動局からの電波を受信できない状況もあり得る。このような場合においても、本発明が有効に適用可能であることを本実施形態において以下に説明する。第1実施形態と共通する構成については、同一の参照番号を使用して説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a case has been described in which the positions of all three wireless fixed stations exemplarily shown are always within the radiation angle range of the transmission antenna of the wireless mobile station. However, the aperture angle of the transmission antenna provided in the wireless mobile station can generally be adjusted only within a limited range as a limitation in implementation. Therefore, the maximum radiation angle is defined as a mounting specification for each transmission antenna. Depending on the relationship between the position and orientation of the wireless mobile station and the location of each wireless fixed station, the wireless fixed station may be disposed outside the maximum radiation angle. For this reason, even if the radiation angle range of the transmission antenna of the radio mobile station is adjusted, there may be a situation where the radio fixed station arranged outside the maximum radiation angle cannot receive radio waves from the radio mobile station. Even in such a case, the present embodiment will be described below that the present invention can be effectively applied. Configurations common to the first embodiment will be described using the same reference numerals.
図13は、本実施形態における無線制御局が送信アンテナの開口角の推奨値を算出する方法、および無線移動局が送信アンテナ開口角を決定する方法を説明するための概念図である。無線制御局に設けられた開口角算出部507は、図13(a)に示すように無線移動局201を中心とし、無線移動局201の位置および向きに関する三次元情報を基準として、無線固定局211〜213の三次元位置を判定する。そして、図11のS212に対応する処理として、開口角算出部は、無線移動局201の送信アンテナの開口角に対する複数の推奨値(例えば、第一の推奨値および第二の推奨値)を算出し、これら複数の推奨値を含んだ撮影指示無線コマンドを生成する。
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining a method by which the radio control station according to the present embodiment calculates the recommended value of the aperture angle of the transmission antenna and a method by which the radio mobile station determines the transmit antenna aperture angle. The aperture
ここで、第一の推奨値は送信アンテナの放射角度範囲内に3台すべての無線固定局211〜213が含まれる場合の推奨値として算出される。また、第二の推奨値は3台の無線固定局のうち、一部の無線固定局、例えば、2台の無線固定局(無線固定局211および無線固定局212)が、送信アンテナの放射角度範囲内に含まれる場合の推奨値として算出される。尚、第二の推奨値において、放射角度範囲内に含まれる無線固定局の組合せは、上述の場合に限定されるものではなく、無線固定局211および無線固定局213、無線固定局212および無線固定局213であってもよい。また、3台の無線固定局のうち、いずれか1台の無線固定局が含まれる場合であってもよい。
Here, the first recommended value is calculated as a recommended value when all three wireless fixed
図11のステップS213に対応する処理として、無線制御局202の無線プロトコル処理部503は、撮影指示無線コマンドを無線パケットとして無線固定局に送信する。
As processing corresponding to step S213 in FIG. 11, the wireless
図11のステップS221に対応する処理として、無線移動局201は、送信された撮影指示無線コマンドを受信すると、撮影指示無線コマンドに含まれる送信アンテナの開口角の第一推奨値および第二の推奨値を取得する。
As processing corresponding to step S221 in FIG. 11, when the wireless
ステップS223に対応する処理で、無線移動局201の開口角決定部606は、図13(b)のように、第一推奨値及び第二の推奨値を採用した時の無線信号の放射範囲を求める。そして、開口角決定部606は、この放射範囲と、無線移動局201の送信アンテナ602に設定可能な最大の開口角度(最大開口角)による放射範囲と、を比較する。ここで、第一の推奨値による無線信号の放射範囲は送信アンテナ602の最大開口角により放射可能な放射範囲を超えていると判断すると、開口角決定部606は第二の推奨値を送信アンテナ602の開口角として採用することを決定する。そして、図11のステップS224に対応する処理で、開口角決定部606は送信アンテナ602に対して開口角として第二の推奨値を設定する。
In the processing corresponding to step S223, the aperture
上記の各実施形態では、移動体として、多関節のロボットアーム101(マニプレータ)を例示的に説明したが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではない。例えば、1軸方向に移動可能なステージを、ロボットステーション107の空間内のそれぞれ直交するx軸、y軸、z軸方向について配置し、これらステージの端部にハンド部108を設けてもよい。
In each of the above-described embodiments, the articulated robot arm 101 (manipulator) is described as an example of the moving body. However, the gist of the present invention is not limited to this example. For example, a stage movable in one axis direction may be arranged in the x-axis, y-axis, and z-axis directions orthogonal to each other in the space of the
上述の各実施形態によれば、隣接して動作する複数の無線ロボットステーション間での電波干渉を低減することが可能になる。これにより、電波干渉によるロボットの動作停止や異常動作といったシステム障害の発生を低減することができる。 According to each of the embodiments described above, it is possible to reduce radio wave interference between a plurality of wireless robot stations operating adjacent to each other. As a result, it is possible to reduce the occurrence of a system failure such as a robot operation stop or abnormal operation due to radio wave interference.
(その他の実施形態)
上記実施形態における各無線通信装置は、60GHz帯ミリ波無線を利用した無線通信を行うことを想定しているが、本発明は、60GHz帯以外の周波数帯を利用した無線通信にも利用可能である。
(Other embodiments)
Each wireless communication device in the above embodiment is assumed to perform wireless communication using 60 GHz band millimeter-wave wireless, but the present invention can also be used for wireless communication using a frequency band other than the 60 GHz band. is there.
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。 The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
Claims (13)
前記制御装置は、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、を備え、
前記移動通信装置は、
前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 A control device wired to a plurality of fixed communication devices arranged in a space in which the moving body moves, and a radio from a transmission antenna to the plurality of fixed communication devices from a position attached to the moving body and moved by the moving body A wireless communication system having a mobile communication device for transmitting a signal,
The controller is
An acquisition means for acquiring state information indicating a state in the space of the mobile communication device moving by the moving body using a control signal for moving the moving body;
Calculating means for calculating a recommended value of the aperture angle of the transmitting antenna of the mobile communication device using the state information and position information of each of the plurality of fixed communication devices arranged in the space; ,
The mobile communication device
Determining means for determining an aperture angle of the transmitting antenna using the recommended value;
Wireless communication means for setting the determined aperture angle to the transmission antenna and transmitting the wireless signal via the transmission antenna;
A wireless communication system comprising:
前記移動体を移動するための制御信号を検出する検出手段と、
前記複数の固定通信装置それぞれの前記位置情報を保持する保持手段と、
を更に備え、
前記取得手段は、前記検出手段で検出された前記制御信号を用いて前記状態情報を取得し、
前記算出手段は、前記保持手段から取得したそれぞれの固定通信装置の位置情報と、前記状態情報とを参照して、前記送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲内に固定通信装置が含まれるように前記開口角の推奨値を決定することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The controller is
Detecting means for detecting a control signal for moving the moving body;
Holding means for holding the position information of each of the plurality of fixed communication devices;
Further comprising
The acquisition means acquires the state information using the control signal detected by the detection means,
The calculation means refers to the position information of each fixed communication device acquired from the holding means and the state information, and the fixed communication device is included in a transmission range of a radio signal transmitted by the transmission antenna. The wireless communication system according to claim 1, wherein the recommended value of the opening angle is determined as follows.
前記開口角の推奨値を出力するためのコマンドを生成する生成手段を更に備え、
前記生成手段は、前記複数の固定通信装置の中から固定通信装置を1つずつ選択し、選択した固定通信装置に前記コマンドを送信し、
前記選択された固定通信装置は、前記移動通信装置に前記コマンドを無線送信することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。 The controller is
A generator for generating a command for outputting a recommended value of the opening angle;
The generation means selects one fixed communication device from the plurality of fixed communication devices one by one, transmits the command to the selected fixed communication device,
The wireless communication system according to claim 1 or 2, wherein the selected fixed communication device wirelessly transmits the command to the mobile communication device.
前記移動体に装着された撮影装置により撮影を行うための撮影タイミングを取得するタイミング取得手段を更に備え、
前記決定手段は、
前記撮影タイミングにおける前記移動通信装置の状態情報と、前記複数の固定通信装置の位置情報とに基づいて前記送信アンテナの開口角の推奨値を算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の無線通信システム。 The controller is
A timing acquisition means for acquiring an imaging timing for performing imaging by an imaging device mounted on the moving body;
The determining means includes
4. The recommended value of the aperture angle of the transmitting antenna is calculated based on state information of the mobile communication device at the photographing timing and position information of the plurality of fixed communication devices. A wireless communication system according to claim 1.
前記算出手段は、
前記複数の固定通信装置の全てを含む前記送信範囲を定める開口角を示す第一の推奨値と、
前記複数の固定通信装置のうち一部の固定通信装置を含む前記送信範囲を定める開口角を示す第二の推奨値と、を算出することを特徴する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の無線通信システム。 A transmission range in which the radio signal is transmitted from the transmission antenna is determined by the opening angle set in the transmission antenna,
The calculating means includes
A first recommended value indicating an opening angle defining the transmission range including all of the plurality of fixed communication devices;
5. The second recommended value indicating an opening angle that defines the transmission range including a part of the fixed communication devices among the plurality of fixed communication devices is calculated. 5. The wireless communication system described.
前記送信アンテナに設定可能な最大開口角と前記第一の推奨値で示される開口角とを比較して、前記第一の推奨値で示される開口角が前記最大開口角を超えている場合、前記決定手段は、前記第一の推奨値よりも狭い前記第二の推奨値で示される開口角を用いて前記送信アンテナの開口角を決定することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 The determining means includes
When the maximum aperture angle that can be set in the transmission antenna is compared with the aperture angle indicated by the first recommended value, the aperture angle indicated by the first recommended value exceeds the maximum aperture angle, 6. The wireless communication according to claim 5, wherein the determining means determines an aperture angle of the transmitting antenna using an aperture angle indicated by the second recommended value that is narrower than the first recommended value. system.
前記移動体に装着された撮影装置の撮影を制御するカメラ制御手段と、
前記撮影装置で撮影された画像データを前記無線信号として送信するためのデータに変換するデータ変換手段と、
を更に備え、
前記無線通信手段は、前記データ変換手段により変換された前記データを前記送信アンテナから送信することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の無線通信システム。 The mobile communication device
Camera control means for controlling photographing of the photographing device mounted on the moving body;
Data conversion means for converting image data captured by the imaging apparatus into data for transmission as the wireless signal;
Further comprising
The wireless communication system according to claim 1, wherein the wireless communication unit transmits the data converted by the data conversion unit from the transmission antenna.
前記制御装置で実行される処理は、
前記制御装置の取得手段が、前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得工程と、
前記制御装置の算出手段が、前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出工程とを有し、
前記移動通信装置で実行される処理は、
前記移動通信装置の決定手段が、前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定工程と、
前記移動通信装置の無線通信手段が、前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信工程と、
を有することを特徴とする無線通信方法。 A control device wired to a plurality of fixed communication devices arranged in a space in which the moving body moves, and a radio from a transmission antenna to the plurality of fixed communication devices from a position attached to the moving body and moved by the moving body A wireless communication method in a wireless communication system having a mobile communication device for transmitting a signal,
The processing executed by the control device is as follows:
An acquisition step in which the acquisition unit of the control device acquires state information indicating a state in the space of the mobile communication device that is moved by the mobile body using a control signal for moving the mobile body;
The calculation means of the control device uses the recommended value of the aperture angle of the transmitting antenna of the mobile communication device, using the state information and the position information where each of the plurality of fixed communication devices is arranged in the space. A calculation step for calculating,
The process executed by the mobile communication device is as follows:
A determination step in which the determination unit of the mobile communication device determines an aperture angle of the transmission antenna using the recommended value;
A radio communication step in which radio communication means of the mobile communication device sets the determined aperture angle to the transmission antenna and transmits the radio signal via the transmission antenna;
A wireless communication method comprising:
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。 Among the plurality of fixed communication devices, a mobile communication device that is wired to a plurality of fixed communication devices arranged in a space in which a moving body moves and transmits a radio signal from a transmission antenna to the plurality of fixed communication devices. A control device that communicates via at least one of the following:
An acquisition means for acquiring state information indicating a state in the space of the mobile communication device moving by the moving body using a control signal for moving the moving body;
A calculating means for calculating a recommended value of the aperture angle of the transmitting antenna of the mobile communication device using the state information and position information in which each of the plurality of fixed communication devices is disposed in the space;
A control device comprising:
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報と、前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報と、から算出された前記送信アンテナの開口角の推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、
を備えることを特徴とする移動通信装置。 A mobile communication device that transmits radio signals from a transmission antenna to a plurality of fixed communication devices arranged in a space in which a moving body moves,
Using the control signal for moving the mobile body, state information indicating the state of the mobile communication device moving by the mobile body in the space, and each of the plurality of fixed communication devices are arranged in the space. Determining means for determining an aperture angle of the transmission antenna using a recommended value of the aperture angle of the transmission antenna calculated from the position information;
Wireless communication means for setting the determined aperture angle to the transmission antenna and transmitting the wireless signal via the transmission antenna;
A mobile communication device comprising:
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