JP2015201728A - 機器制御システム及び機器制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチホップネットワークにおいて、機器間の通信接続が途切れることを抑制する。【解決手段】第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムにおいて、前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続され、前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更する。【選択図】 図４

Description

本発明は、無人遠隔作業ロボット等の機器の無線制御技術に関する。

突発的な事故や災害の発生時、あるいは工事現場等において、人間が立ち入ることが不可能な現場では、無線で制御できるロボット等の機器が必要である。突発的な事故や災害は、いつ何処で発生するか不明であり、またロボットが使用する無線帯域は確保されていない。そのため、ＴＶ（テレビジョン）などのホワイトスペースを使用して、他の電波に干渉しないように、ロボットを使用することが要求される。倒壊した建物や瓦礫による障害物の影響により、ロボットを無線で制御するには限界があり、事故・災害現場の隅々まで状況を確認するためには、マルチホップネットワークを利用して通信手段を確保することが有効である。マルチホップネットワークとは、端末同士が直接通信するだけでなく、他の端末を経由することでより広い範囲の端末と通信を可能にする無線ネットワークである。

図１０は、背景技術におけるロボット制御を説明する図であり、例えば、災害・事故現場で用いられるロボット制御を示す図である。
図１０において、２２１は、ロボットＢＡ〜ＢＣを制御するコントローラで、人間が安全な場所からコントロールする。２２２は、ロボットＢＡ〜ＢＣの通信状態や各ロボット間の電波状態を管理し、コントローラ２２１からの指示を受信し、ロボットＢＡ〜ＢＣへ制御信号を送信して、ロボットＢＡ〜ＢＣを制御するアクセスポイントである。

ロボットＢＡ〜ＢＣは、災害・事故現場を移動して、各ロボット周辺の情報を収集し、また、撮影した周辺画像等の情報を、アクセスポイント２２２を介して、コントローラ２２１に送信する。１２１〜１２４は、倒壊した建屋や瓦礫などの障害物である。

コントローラ２２１とアクセスポイント２２２、アクセスポイント２２２とロボットＢＡ、ロボットＢＡとロボットＢＢ、ロボットＢＢとロボットＢＣは、お互いに無線で接続されている。コントローラ２２１は、接続相手であるアクセスポイント２２２の識別情報（ＩＤ、ＭＡＣ、ＩＰアドレス等）を保有する。アクセスポイント２２２は、接続相手であるコントローラ２２１とロボットＢＡの識別情報を保有する。ロボットＢＡは、接続相手であるアクセスポイント２２２とロボットＢＢの識別情報を保有する。ロボットＢＢは、接続相手であるロボットＢＡとロボットＢＣの識別情報を保有する。ロボットＢＣは、接続相手であるロボットＢＢの識別情報を保有する。

図１１は、背景技術におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。
図１１において、コントローラ２２１が、ロボットＢＡ、ロボットＢＢ、ロボットＢＣを制御しているロボット制御モード（Ｓ１０１）において、例えば、ロボットＢＣが受信感度の劣化を検知（Ｓ１０２）すると、ロボットＢＣは、ロボットＢＢに対してチャンネル変更要求１（Ｓ１０３）を送信する。これを受信したロボットＢＢは、ロボットＢＡに対してチャンネル変更要求２（Ｓ１０４）を送信する。これを受信したロボットＢＡは、アクセスポイント２２２に対してチャンネル変更要求３（Ｓ１０５）を送信する。

チャンネル変更要求３を受信したアクセスポイント２２２は、ロボット制御モード（Ｓ１０１）からチャンネル変更モード（Ｓ１０６）にモードを切り替えて、ロボットＢＡ、ロボットＢＢ、ロボットＢＣに対するコントローラ２２１からの操作を一時停止する。次に、アクセスポイント２２２は、ロボットＢＡへチャンネル変更応答１（Ｓ１０７）を送信し、これを受信したロボットＢＡは、ロボットＢＢへチャンネル変更応答２（Ｓ１０８）を送信する。これを受信したロボットＢＢは、ロボットＢＣへチャンネル変更応答３（Ｓ１０９）を送信する。

チャンネル変更応答３を受信すると、ロボットＢＣは、チャンネルセンシングを行い、ロボットＢＢとの通信を行うチャンネルを変更（Ｓ１１０）する、つまり、ロボットＢＢとの通信を行う無線周波数を変更する。例えば、ロボットＢＣが移動中に隣接チャンネルで通信をしているロボットの通信領域に入ってしまったとき、隣接チャンネルからの干渉を受けて受信感度が劣化する。このような場合、無線周波数を変更することにより、受信感度を良くすることができる。

その後、ロボットＢＣは、ロボットＢＢへチャンネル変更通知１（Ｓ１１１）を送信する。これを受信したロボットＢＢは、ロボットＢＡへチャンネル変更通知２（Ｓ１１２）を送信する。これを受信したロボットＢＡは、アクセスポイント２２２へチャンネル変更通知３（Ｓ１１３）を送信する。アクセスポイント２２２は、チャンネル変更通知３を受信すると、チャンネル変更モード（Ｓ１０６）からロボット制御モード（Ｓ１１４）へモードを変更する。これにより、コントローラ２２１が、ロボットＢＡ、ロボットＢＢ、ロボットＢＣを制御することができるようになる。

以上説明したように、背景技術のアクセスポイントを使用したマルチホップネットワークでは、チャンネル変更に関わる通信フレームが、全てのロボットで送受信されるとともに、アクセスポイントにチャンネル変更時のデータが集中する。このためトラフィックが増加し、通信フレームのロスや遅延によってロボットＢＢとロボットＢＣ間のチャンネル変更が失敗し、コントローラ２２１がロボットＢＣを制御できなくなる可能性がある。また、チャンネル変更中は、全てのロボットの動作制御ができなくなる。

このようなマルチホップネットワークを利用した技術として、特開２００７−２７２６７６号公報（特許文献１）がある。特許文献１では、駐車場位置管理システムにおいて、駐車場内の各車両に予め搭載されている車車間通信手段と中継手段（アクセスポイント）とで通信路を確立してマルチホップネットワークを構築することが記載されている。

特開２００７−２７２６７６号公報

背景技術のマルチホップネットワークでは、アクセスポイントがマルチホップネットワークを全て管理するので、例えばチャンネル変更時においてトラフィックが増大し、機器（例えばロボットや車）間の通信接続が途切れる可能性がある。

本発明の目的は、マルチホップネットワークにおいて、機器間の通信接続が途切れることを抑制できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するための、本願発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムであって、
前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続され、
前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更することを特徴とする機器制御システム。

また、本願発明の代表的な他の構成は、次のとおりである。すなわち、
第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムであって、
前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続され、
前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更するためのチャンネルセンシングが行われ、変更できる無線チャンネルが発見されなかった場合は、前記第２の機器の上位機器である前記第１の機器と、前記第３の機器とが無線で通信接続されることを特徴とする機器制御システム。

また、本願発明の代表的な他の構成は、次のとおりである。すなわち、
第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備え、前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続される機器制御システムにおける機器制御方法であって、
前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知すると、前記第３の機器と前記第２の機器とが、前記コントローラからの制御を受け付けず、前記第１の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けるチャンネル変更モードになるステップと、
前記チャンネル変更モードにおいて、前記第２の機器又は前記第３の機器が、チャンネルセンシングを行って、受信感度の良いチャンネルを検出するステップと、
前記検出したチャンネルに基づき、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更するステップと、を備えることを特徴とする機器制御方法。

上記構成によれば、マルチホップネットワークにおいて、機器間の通信接続が途切れることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態におけるロボットの構成を示す図である。 第１実施形態におけるロボット制御を説明する図である。 第１実施形態におけるフレーム転送のシーケンス図の例である。 第１実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。 本発明の第２実施形態におけるロボット制御を説明する図である。 第２実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。 本発明の第３実施形態におけるロボット制御を説明する図である。 第３実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。 フレームの構成を説明する図である。 背景技術におけるロボット制御を説明する図である。 背景技術におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。

（第１実施形態）
第１実施形態では、災害・事故現場において、マルチホップネットワークによりロボット間無線通信を行って、安全な場所から人間がロボットを操作しているときに、ロボットが倒壊した建物や瓦礫の影響や、他の電波からの干渉を受けて、制御信号の受信レベルに劣化を検知した場合の無線チャンネル変更方法の例を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態におけるロボットの構成を示す図であり、機能的に示したブロック図である。
図１に示すように、ロボット１０は、ロボット１０を制御する制御部１１と、各種データを記憶する記憶部１２と、無線通信部１３と、センサ１４と、カメラ１５と、走行部１６とを含むように構成される。

センサ１４は、ロボット１０の周囲の物体との距離を計測し、ロボット１０の周囲の３次元データを取得するための距離計測器である。カメラ１５は、ロボット１０の周囲を撮像するための撮像部である。走行部１６は、ロボット１０を移動（走行等）させる移動手段である。

無線通信部１３は、当該ロボット１０とコントローラ２０との間、又は当該ロボット１０と他のロボット１０との間で、アンテナ１３ａを介して、コントローラ２０からのロボット制御情報やカメラ画像の無線通信を行う。例えば、無線通信部１３は、カメラ１５で撮像し取得したカメラ画像データを、直接又は他のロボット１０を介して、コントローラ２０へフレーム送信し、コントローラ２０で受け付けた操作者からの制御指示を、直接又は他のロボット１０を介して、コントローラ２０からフレーム受信する。コントローラ２０又はロボット１０から送信される通信情報には、送信元を示すコントローラ２０又はロボット１０の識別情報と、送信先（宛先）を示すコントローラ２０又はロボット１０の識別情報とが含まれる。

記憶部１２は、主に、ロボット１０を特定するロボット識別情報を記憶するロボット識別情報記憶部１２ａと、当該ロボット１０が使用することのできるチャンネルを示す空きチャンネル情報を記憶する空きチャンネル情報記憶部１２ｂとを含むように構成される。空きチャンネル情報は、コントローラ２０から送信される。

ロボット識別情報は、当該ロボット１０の識別情報と、無線接続している相手のロボット１０又はコントローラ２０の識別情報とを含み、例えば、ＩＤ（ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）や、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｄｄｒｅｓｓ）や、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスなどの情報である。

詳しくは、ロボット識別情報は、当該ロボット１０が通信接続されている上位のロボット１０又はコントローラ２０の識別情報と、当該ロボット１０が通信接続されている下位のロボット１０の識別情報とを記憶する。上位とは、そのロボットの接続位置が、当該ロボット１０よりもコントローラ２０に近いことを意味し、下位とは、そのロボットの接続位置が、当該ロボット１０よりもコントローラ２０から遠いことを意味する。
上位と下位のロボット１０又はコントローラ２０の識別情報は、例えば、本ロボット制御システムの初期動作時において、コントローラ２０から無線通信部１３を介して設定される。

制御部１１は、主に、通信状態監視部１１ａと、チャンネル変更部１１ｂと、送信電文作成部１１ｃと、受信電文解析部１１ｄとを含むように構成される。
通信状態監視部１１ａは、受信感度（つまり受信レベル）の劣化やビットエラーレートなど無線通信の状態を監視する。

チャンネル変更部１１ｂは、無線通信部１３が使用可能な複数の無線チャンネル（つまり、空きチャンネル）におけるそれぞれの電波状態をセンシングし、その結果に基づき、無線通信部１３が使用するチャンネル、つまり、当該ロボット１０が無線ネットワークに用いるチャンネルを、より受信感度のよいチャンネルに変更する。つまり、無線チャンネルを、無線信号の周波数を変化させることにより切り替える。

送信電文作成部１１ｃは、他のロボットを制御するための制御情報やカメラ画像を送信するための送信フレームを生成する。受信電文解析部１１ｄは、受信したフレームを解析して、ロボットの制御情報やカメラ画像を取り出す。

制御部１１は、当該ロボット１０を制御するためのロボット制御フレームを、無線通信部１３で受信した場合、受信電文解析部１１ｄで受信フレームの解析を行い、当該ロボット１０宛てのフレームの場合は、受信フレームに含まれるロボット制御情報を取出し、該ロボット制御情報を基に、移動や周辺のカメラ撮影などの動作を実行する。

また、制御部１１は、当該ロボット１０で撮影したカメラ画像をコントローラ２０や他ロボットに送信するときは、送信電文作成部１１ｃにおいて、上記カメラ画像を送信フレームの中に取り込む。カメラ画像を取り込んだ送信フレームは、無線通信部１３から送信される。

図２は、第１実施形態におけるロボット制御を説明する図である。
図２では、背景技術である図１０のアクセスポイント２２２が削除されている。図２に示す第１実施形態のマルチホップネットワークは、接続されているロボット同士がお互いに識別情報などの情報を共有することで、データが集中するアクセスポイントを無くして、トラフィックを低減し、送信フレームのロスやフレーム再送による遅延を減少させるものである。背景技術と同じ構成には、同符号を付し、説明を省略する。

コントローラ２０とロボットＡ１、ロボットＡ１とロボットＢ１、ロボットＢ１とロボットＣ１は、お互いに無線で通信接続されている。コントローラ２０は、接続相手であるロボットＡ１の識別情報を保有する。ロボットＡ１は、上位の接続相手であるコントローラ２０の識別情報と、下位の接続相手であるロボットＢ１の識別情報とを保有する。ロボットＢ１は、上位の接続相手であるロボットＡ１の識別情報と、下位の接続相手であるロボットＣ１の識別情報とを保有する。ロボットＣ１は、上位の接続相手であるロボットＢ１の識別情報を保有する。

図３は、第１実施形態におけるフレーム転送のシーケンス図の例である。図３は、コントローラ２０からロボットＡ１、ロボットＢ１、ロボットＣ１を操作するときのシーケンス、あるいはロボットＡ１、ロボットＢ１、ロボットＣ１からの信号、例えば、ロボットＡ１、ロボットＢ１、ロボットＣ１が撮影した周辺の映像を無線伝送するときのシーケンスの一例を示したものである。

コントローラ２０でロボットＡ１を操作（Ｓ３０１）するときは、コントローラ２０からロボットＡ１へフレーム１が送信される。フレーム１には、ロボットＡ１を操作するための制御情報が含まれる。ロボットＡ１からコントローラ２０へ信号（Ｓ３０２）を送信するときは、ロボットＡ１からコントローラ２０へフレーム２が送信される。フレーム２には、ロボットＡ１で撮影した画像情報等が含まれる。

コントローラ２０でロボットＢ１を操作（Ｓ３０３）するときは、コントローラ２０からロボットＡ１へフレーム３が送信され、ロボットＡ１からロボットＢ１へフレーム４が送信される。フレーム４は、フレーム３の情報を含む。ロボットＢ１からコントローラ２０へ信号（Ｓ３０４）を送信するときは、ロボットＢ１からロボットＡ１へフレーム５が送信され、ロボットＡ１からコントローラ２０へフレーム６が送信される。フレーム６は、フレーム５の情報を含む。

コントローラ２０でロボットＣ１を操作（Ｓ３０５）するときや、ロボットＣ１からコントローラ２０へ信号（Ｓ３０６）を送信するときも、上記と同様に、フレームが送信される。

図９は、フレームの構成を説明する図であり、ロボット間のマルチホップネットワークで伝送されるフレームの一例を示したものである。第１実施形態では、マルチホップネットワークで伝送されるフレームがＩＰ（Internet Protocol）パケットである場合を例に説明する。９１は、ＩＰネットワーク上に伝送される際に物理層で付加されるＩＰヘッダであり、本実施例ではＩＰｖ４、ＩＰｖ６の種類は問わない。ＩＰヘッダ９１には、送信元のロボットの識別情報と、送信先（宛先）のロボットの識別情報とが含まれる。９２は、制御を行う対象である対象ロボットに至るまで経由するロボットの識別情報を含む転送経路情報、９３は、対象ロボットを制御するための制御情報等を含む伝送情報である。

次に、コントローラ２０からロボットＢ１を制御するシーケンス、及びロボットＢ１で撮影した映像などをコントローラ２０に通知するシーケンス例について、図３を用いて詳しく説明する。

ロボットＢ１を操作するためのロボットＢ１操作情報（Ｓ３０３）は、コントローラ２０から入力されて、フレーム３として、コントローラ２０からロボットＡ１へ送信される。フレーム３の伝送情報９３には、ロボットＢ１操作情報が含まれ、ＩＰヘッダ９１には、送信元のコントローラ２０の識別情報と、送信先（宛先）のロボットＢ１の識別情報とが含まれ、転送経路情報９２には、転送経路であるロボットＡ１の識別情報が含まれる。

フレーム３を受信したロボットＡ１は、ＩＰヘッダ９１により、宛先（ロボットＢ１）を確認する。そして、フレーム３の転送経路情報９２にロボットＡ１の識別情報を確認すると、ロボットＡ１の識別情報を削除し、ロボットＢ１の識別情報を転送経路情報９２に書き込んだフレーム４を、ロボットＢ１へ送信する。フレーム４を受信したロボットＢ１は、ＩＰヘッダ９１により、宛先がロボットＢ１であることを確認し、フレーム４の中の伝送情報９３からロボットＢ１操作情報を読み取り、ロボットＢ１操作情報通りに動作する。

また、ロボットＢ１からの信号は、フレーム５として、ロボットＡ１へ送信される。フレーム５のＩＰヘッダ９１には、送信元のロボットＢ１の識別情報と、送信先（宛先）のコントローラ２０の識別情報とが含まれ、転送経路情報９２には、転送経路であるロボットＡ１の識別情報が含まれ、伝送情報９３には、例えばロボットＢ１が周辺を撮影した映像が含まれる。フレーム５を受信したロボットＡ１は、ＩＰヘッダ９１により、宛先（コントローラ２０）を確認する。そして、転送経路情報９２にロボットＡ１の識別情報を確認すると、ロボットＡ１の識別情報を削除し、コントローラ２０の識別情報を書き込んで、フレーム６としてコントローラ２０へ送信する。

図４は、第１実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。図４の例では、受信感度の劣化を検知したロボットからのチャンネル変更要求で無線チャンネル（つまり周波数）を変更する。具体的には、図４は、コントローラ２０からロボットＡ１、ロボットＢ１、ロボットＣ１、ロボットＤ１を制御しているロボット制御モード（Ｓ４０１）において、例えばロボットＤ１が受信感度の劣化を検知（Ｓ４０２）したときのチャンネル変更シーケンスである。

ロボットＣ１から受信した信号の受信感度の劣化を検知（Ｓ４０２）したロボットＤ１は、ロボットＣ１に対してチャンネル変更要求（Ｓ４０３）を送信する。チャンネル変更要求（Ｓ４０３）を受信したロボットＣ１は、上位のロボットＢ１に対してチャンネル変更開始通知（Ｓ４０４）を送信する。これは、ロボットＣ１とロボットＤ１間でチャンネル変更を行っている最中に、ロボットＣ１又はロボットＤ１を操作する操作指示フレームがコントローラ２０から伝送された場合に、該操作指示フレームをロボットＢ１で停止させ保留するためである。停止させた操作指示フレームは、ロボットＢ１の記憶部１２に一時的に記憶される。

チャンネル変更要求（Ｓ４０３）を受信したロボットＣ１は、該チャンネル変更要求に含まれている送信元（ロボットＤ１）の識別情報に基づき、ロボットＤ１からのチャンネル変更要求であることを認識する。そして、ロボットＣ１は、ロボットＣ１とロボットＤ１の間をチャンネル変更モード（Ｓ４０５）にモードを切り替えて、ロボットＣ１とロボットＤ１に対するコントローラ２０からの制御操作を、一時的に、受け付けない状態にする。

その後、ロボットＣ１は、ロボットＣ１の空きチャンネル情報記憶部１２ｂに記憶していた空きチャンネルに対してチャンネルセンシングを行い、受信感度が良く使用可能であるチャンネルを選択する。例えば、ロボットＣ１は、ロボットＣ１とロボットＤ１との間で、チャンネル（つまり周波数）毎に送受信するタイミングを設定する。該設定されたタイミングで、ロボットＤ１は、各チャンネルの信号を順次、ロボットＣ１へ送出する。ロボットＣ１は、各チャンネルにおけるロボットＤ１からの受信信号の受信感度を調べ、受信感度のよいチャンネルを選択する。
なお、ロボットＤ１が、ロボットＤ１の空きチャンネル情報記憶部１２ｂに記憶していた空きチャンネルに対してチャンネルセンシングを行い、受信感度が良く使用可能であるチャンネルを選択するようにしてもよい。

そして、ロボットＣ１は、該選択したチャンネルを示すチャンネル指定情報を、チャンネル変更応答（Ｓ４０６）に含めて、ロボットＤ１へ送信し、ロボットＤ１との間の無線通信のチャンネル変更（Ｓ４０７）を行う、つまり、無線チャンネルを切り替える。ロボットＤ１は、チャンネル変更応答（Ｓ４０６）を受信すると、ロボットＣ１との間のチャンネル変更（Ｓ４０７）を行う。

その後、ロボットＣ１は、チャンネル変更終了通知（Ｓ４０８）をロボットＢ１へ送信する。このチャンネル変更終了通知（Ｓ４０８）には、変更後のチャンネルを示すチャンネル変更情報が含まれる。このチャンネル変更情報は、ロボットＢ１からロボットＡ１を介してコントローラ２０へ送信される。コントローラ２０は、チャンネル変更情報に基づき、空きチャンネル情報を作成し、配下の全ロボットへ通知する。各ロボットは、コントローラ２０から受信した空きチャンネル情報を、それぞれの空きチャンネル情報記憶部１２ｂに格納する。なお、コントローラ２０は、空きチャンネル情報の代わりに、各ロボット間やコントローラ２０との間で使用中のチャンネルを示すチャンネル使用情報を、配下の全ロボットへ通知するようにしてもよい。

その後、ロボットＣ１とロボットＤ１は、ロボット制御モード（Ｓ４０１）に戻り、全てのロボットの制御がコントローラ２０からできるようになる。

第１実施形態によれば、少なくとも次の効果を奏する。
（Ａ１）ロボットＤ１（第３の機器）が無線の受信感度劣化を検知すると、ロボットＤ１とロボットＣ１（第２の機器）が、コントローラ２０からの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、ロボットＤ１とロボットＣ１の間で使用する無線チャンネルの周波数を変更するよう構成したので、ロボットＤ１とロボットＣ１間の無線通信が途絶えることを抑制できる。
（Ａ２）チャンネル変更に関わるフレーム送信は、ほぼ、ロボットＣ１とロボットＤ１の間に限定されるので、チャンネル変更の最中でも、ロボット間のトラフィックが増加することなく、通信レイテンシの劣化をさけられる。
（Ａ３）ロボットＤ１とロボットＣ１の間のチャンネル変更モードにおいて、ロボットＢ１（第１の機器）やロボットＡ１が、コントローラ２０からの制御を受け付けることができるよう構成したので、ロボットＡ１とロボットＢ１に対して、コントローラ２０から操作を継続することが可能となる。
（Ａ４）ロボットＤ１（第３の機器）が無線の受信感度劣化を検知すると、該受信感度劣化をロボットＤ１からロボットＣ１（第２の機器）へ通知し、ロボットＣ１は、該受信感度劣化を通知されると、チャンネルセンシングを行うよう構成したので、受信感度の良い周波数を検出することが可能となる。

（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、マルチネットワーク全体を管理するアクセスポイントを削除し、互いに接続されているロボット間で情報を共有することで、トラフィックを低減し、フレームのロスや遅延を避け、チャンネル変更の確実な実行が可能となることを説明した。例えば、同時に二組のロボットがチャンネル変更を行った場合、ネットワーク中にアクセスポイントが存在すると、上記二組のロボットを制御して順番にチャンネルセンシングを行い、チャンネル変更が可能であるが、第１実施形態の場合、それぞれの組のロボットが独自動作しているため、同じチャンネルを選択する可能性がある。

そこで、第２実施形態では、ロボットがチャンネル変更の順番を制御する例を説明する。第２実施形態におけるロボットの構成は、図１に示す構成と略同様であるが、第２実施形態におけるロボットの制御部は、下位ロボットからのチャンネル変更要求に対し、これを許可するか否かの判断を行う点で、第１実施形態におけるロボット１０の制御部１１と異なる。その他の機能は、第１実施形態の制御部１１の機能と同様である。

図５は、本発明の第２実施形態におけるロボット制御を説明する図である。
図５において、１５１から１５３は、倒壊した建物や瓦礫などの障害物である。ロボットＡ２は、上位のコントローラ２０（図５では不図示）と、下位のロボットＢ２と、下位のロボットＥ２に通信接続されている。ロボットＢ２は、上位のロボットＡ２と下位のロボットＣ２に通信接続されている。ロボットＣ２は、上位のロボットＢ２と下位のロボットＤ２に通信接続されている。ロボットＤ２は、上位のロボットＣ２に通信接続されている。ロボットＥ２は、上位のロボットＡ２と下位のロボットＦ２に通信接続されている。ロボットＦ２は、上位のロボットＥと通信接続されている。

図５において、例えば、ロボットＣ２とロボットＤ２の間（Ａ領域）と、ロボットＥ２とロボットＦ２の間（Ｂ領域）で、チャンネル変更が同時に行われようとしている場合の処理について、図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。図６の例は、ロボットＣ２とロボットＤ２の間（Ａ領域）で開始したチャンネル変更を優先する場合である。

受信感度の劣化を検知（Ｓ６０１）したロボットＤ２は、自身の上位ロボットＣ２に対してチャンネル変更要求１（Ｓ６０２）を送信する。チャンネル変更要求１（Ｓ６０２）を受信したロボットＣ２は、自身の下位ロボットＤ２がチャンネル変更を要求したことを通知するチャンネル変更要求２（Ｓ６０３）を、自身の上位ロボットＢ２へ送信する。ロボットＢ２は、チャンネル変更要求２（Ｓ６０３）を受信すると、下位ロボットＣ２からのチャンネル変更要求を通知するチャンネル変更要求３（Ｓ６０４）を、自身の上位ロボットＡ２へ送信する。

複数の下位ロボット（ロボットＢ２及びロボットＥ２）と通信接続されている上位ロボットＡ２は、複数の下位ロボットからチャンネル変更要求を受信すると、最も早く受信したチャンネル変更要求を受け付ける。図６の例では、下位ロボットＢ２からチャンネル変更要求３（Ｓ６０４）を受信した時点で、他の下位ロボットからのチャンネル変更要求を受信していないので、下位ロボットＢ２からのチャンネル変更要求３（Ｓ６０４）を受け付ける。そして、ロボットＡ２は、チャンネル変更許可通知１（Ｓ６０５）を、ロボットＢ２へ送信する。

ロボットＢ２は、チャンネル変更許可通知１（Ｓ６０５）を受信すると、チャンネル変更許可通知２（Ｓ６０６）を、ロボットＣ２へ送信する。ロボットＣ２は、チャンネル変更許可通知２（Ｓ６０６）を受信すると、ロボットＣ２とロボットＤ２の間をチャンネル変更モードに切り替えて、ロボットＣ２とロボットＤ２に対するコントローラ２０からの制御操作を、一時的に、受け付けない状態にする。

その後、ロボットＣ２は、チャンネルセンシング（Ｓ６０７）を行い、受信感度が良く使用可能であるチャンネルを選択する。そして、ロボットＣ２は、該選択したチャンネルを示すチャンネル指定情報を、チャンネル変更応答に含めて、ロボットＤ２へ送信し、ロボットＤ２との間のチャンネル変更（Ｓ６０８）を行う。ロボットＤ２は、チャンネル変更応答を受信すると、ロボットＣ２との間のチャンネル変更（Ｓ６０８）を行う。

その後、ロボットＣ２は、チャンネル変更が完了したことを示すチャンネル変更完了通知１（Ｓ６０９）をロボットＢ２へ送信する。ロボットＢ２は、チャンネル変更完了通知１（Ｓ６０９）を受信すると、チャンネル変更完了通知２（Ｓ６１０）をロボットＡ２へ送信する。

チャンネル変更完了通知１（Ｓ６０９）やチャンネル変更完了通知２（Ｓ６１０）には、変更後のチャンネルを示すチャンネル変更情報が含まれる。このチャンネル変更情報は、ロボットＢ２からロボットＡ２を介してコントローラ２０へ送信される。コントローラ２０は、チャンネル変更情報に基づき、空きチャンネル情報を作成し、配下の全ロボットへ通知する。各ロボットは、受信した空きチャンネル情報を、空きチャンネル情報記憶部１２ｂに格納する。

ロボットＡ２は、ロボットＢ２からチャンネル変更要求３（Ｓ６０４）を受信した後、ロボットＢ２からチャンネル変更完了通知２（Ｓ６１０）を受信するまでの間、他のロボットからのチャンネル変更要求を受け付けない。図６の例では、受信感度劣化を検知（Ｓ６２１）したロボットＦ２が、ロボットＥ２とロボットＦ２の間（Ｂ領域）でチャンネル変更を行うために、チャンネル変更要求４（Ｓ６２２）を、ロボットＥ２へ送信する。次に、ロボットＥ２からロボットＡ２へチャンネル変更要求５（Ｓ６２３）を送信した場合、ロボットＡ２は、チャンネル変更不許可通知（Ｓ６２４）を、ロボットＥ２に通知する。

チャンネル変更不許可通知（Ｓ６２４）を受信したロボットＥ２は、所定時間経過した後、再び、チャンネル変更要求６（Ｓ６２５）を、ロボットＡ２へ送信する。ロボットＡ２は、ロボットＢ２からチャンネル変更完了通知２（Ｓ６１０）を受信した後に、ロボットＥ２からのチャンネル変更要求６（Ｓ６２５）を受信した場合は、ロボットＥ２へチャンネル変更許可通知３（Ｓ６２６）を通知する。

ロボットＥ２は、チャンネル変更許可通知３（Ｓ６２６）を受信すると、上述したロボットＣ２の動作と同様に、ロボットＥ２とロボットＦ２の間をチャンネル変更モードに切り替えて、ロボットＥ２とロボットＦ２に対するコントローラ２０からの制御操作を、一時的に、受け付けない状態にする。

その後、ロボットＥ２は、チャンネルセンシング（Ｓ６２７）を行い、受信感度が良く使用可能であるチャンネルを選択する。そして、ロボットＥ２は、該選択したチャンネルを示すチャンネル指定情報を、チャンネル変更応答に含めて、ロボットＦ２へ送信し、ロボットＦ２との間のチャンネル変更（Ｓ６２８）を行う。ロボットＦ２は、チャンネル変更応答を受信すると、ロボットＥ２との間のチャンネル変更（Ｓ６２８）を行う。

その後、ロボットＥ２は、チャンネル変更完了通知３（Ｓ６２９）をロボットＡ２へ送信する。このチャンネル変更完了通知３（Ｓ６２９）には、変更後のチャンネルを示すチャンネル変更情報が含まれる。このチャンネル変更情報は、ロボットＡ２からコントローラ２０へ送信される。コントローラ２０は、このチャンネル変更情報に基づき、空きチャンネル情報を作成し、配下の全ロボットへ通知する。各ロボットは、受信した空きチャンネル情報を、空きチャンネル情報記憶部１２ｂに格納する。

第２実施形態によれば、少なくとも次の効果を奏する。
（Ｂ１）ロボットＤ２（第３の機器）とロボットＦ２（第５の機器）とが、それぞれ無線の受信感度劣化を検知すると、ロボットＤ２が、第１のチャンネル変更要求を、ロボットＣ２（第２の機器）とロボットＢ２を介してロボットＡ２（第１の機器）へ送信し、ロボットＦ２が、第２のチャンネル変更要求を、ロボットＥ２（第４の機器）を介してロボットＡ２へ送信し、ロボットＡ２は、第１のチャンネル変更要求を、第２のチャンネル変更要求よりも早く受信した場合、チャンネル変更許可通知をロボットＣ２へ送信し、ロボットＣ２は、チャンネル変更許可通知を受信すると、コントローラ２０からの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、ロボットＣ２とロボットＤ２の間で使用する無線チャンネルを変更するよう構成したので、Ａ領域のロボットＣ２とＢ領域のロボットＥ２の両方で同時にチャンネル変更を行う状態を回避でき、同じチャンネルを選択することを回避することが可能となる。
（Ｂ２）ロボットＣ２は、無線チャンネルを変更した後、チャンネル変更完了通知をロボットＡ２へ送信し、ロボットＡ２は、チャンネル変更完了通知を受信した後、ロボットＦ２からの第３のチャンネル変更要求を受信すると、第２のチャンネル変更許可通知をロボットＥ２へ送信し、ロボットＥ２は、第２のチャンネル変更許可通知を受信すると、コントローラ２０からの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、ロボットＥ２とロボットＦ２の間で使用する無線チャンネルを変更するよう構成したので、Ｂ領域のロボットＥ２においてもチャンネル変更を行うことが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、ロボットが受信感度の劣化を検知し、上位ロボットにチャンネル変更要求を送信し、チャンネルセンシング後、上位ロボットからチャンネル変更が不可能である応答を受信したとき、他の上位ロボットと接続することで、通信が途切れ、ロボットが制御できなくなる問題を解決するものである。

第３実施形態におけるロボットの構成は、図１に示す構成と略同様であるが、第３実施形態におけるロボットの制御部は、次の２つの点で、第１実施形態におけるロボット１０の制御部１１と異なる。１つ目の点は、上位ロボットからチャンネル変更が不可能である応答を受信したとき、他の上位ロボットと接続する点である。２つ目の点は、各ロボットが自己の識別情報を、定期的に（例えば数秒毎に）無線送信する点である。その他の機能は、第１実施形態の制御部１１の機能と同様である。

図７は、本発明の第３実施形態におけるロボット制御を説明する図である。
図７において、図５で説明したのと同様に、各ロボットはお互いに通信接続されている。１７１から１７４は、倒壊した建物や瓦礫などの障害物である。

図８は、第３実施形態におけるチャンネル変更のシーケンスを説明する図である。
図８に示すように、ロボット制御モード（Ｓ８０１）中に、ロボットＤ３が受信感度の劣化を検知（Ｓ８０２）すると、ロボットＤ３は、上位ロボットＣ３にチャンネル変更要求（Ｓ８０３）を送信する。ロボットＣ３は、チャンネルセンシングを行い、変更できる適切なチャンネルを発見できなかった場合は、チャンネル変更不可応答（Ｓ８０４）を、ロボットＤ３へ送信する。

チャンネル変更不可応答（Ｓ８０４）を受信したロボットＤ３は、ロボットＣ３の上位ロボットの識別情報を取得するために、管理機器情報取得要求（Ｓ８０５）を、ロボットＣ３へ送信する。前述したように、ロボットＣ３は、ロボットＣ３の上位ロボットの識別情報を保有している。ロボットＣ３は、ロボットＣ３の上位ロボットＢ３の識別情報を、管理機器情報取得応答として、ロボットＤ３へ送信する（Ｓ８０６）。ロボットＤ３は、上記ロボットＣ３から入手した識別情報に基づき、ロボットＢ３へ接続要求（Ｓ８０７）を送信する。

ロボットＢ３は、例えばロボットＤ３との間の無線信号の受信感度やビットエラーレートなどに基づき、接続可能か否かの接続判定（Ｓ８０８）を行い、接続可能であれば接続許可応答（Ｓ８０９）をロボットＤ３へ送信する。これにより、ロボットＤ３とロボットＢ３との間の通信接続が可能となる（図７の接続１）。

次に、ロボットＤ３は、ロボットＣ３へ接続切断要求（Ｓ８１０）を送信し、ロボットＣ３からの接続切断応答（Ｓ８１１）を受信することで、ロボットＤ３の上位の接続相手は、ロボットＣ３からロボットＢ３へと切り替わる。

また、ロボット制御モード中に、ロボットＦ３が受信感度の劣化を検知した場合、上記のロボットＤ３と同様に、ロボットＦ３は、上位ロボットＥ３にチャンネル変更要求を送信する。ロボットＥ３は、チャンネルセンシングを行い、変更できるチャンネルを発見できなかった場合は、チャンネル変更不可応答を、ロボットＦ３へ送信する。

チャンネル変更不可応答を受信したロボットＦ３は、ロボットＥ３の上位ロボットの識別情報を取得するために、管理機器情報取得要求をロボットＥ３へ送信する。ロボットＥ３は、ロボットＥ３が保有する上位ロボットＡ３の識別情報を、ロボットＦ３へ送信する。ロボットＦ３は、上記ロボットＥ３から入手した識別情報に基づき、ロボットＡ３へ接続要求を送信する。

この場合、図７に示すように、障害物１７４の影響で、ロボットＡ３と接続不可能であるので、ロボットＡ３からの応答がない。すると、ロボットＦ３は、ロボットＦ３が無線通信可能である相手を探索し、無線通信可能な相手であるロボットＢ３を見つけると、ロボットＢ３の識別情報を、ロボットＢ３から取得する。前述したように、第３実施形態では、各ロボットが自己の識別情報を、定期的に無線送信するようにしている。

次に、ロボットＦ３は、ロボットＢ３をロボットＦ３の上位ロボットとする接続要求を、ロボットＢ３へ送信し、上位と下位の接続関係を確立させる。これにより、ロボットＦ３を下位とし、ロボットＢ３を上位とする、ロボットＦ３とロボットＢ３との間の通信接続が可能となる（図７の接続２）。

第３実施形態によれば、少なくとも次の効果を奏する。
（Ｃ１）ロボットＤ３（第３の機器）が無線の受信感度劣化を検知すると、ロボットＤ３とロボットＤ３の上位ロボットＣ３（第２の機器）の間で使用する無線チャンネルの周波数を変更するためのチャンネルセンシングが行われ、変更できるチャンネルを発見できなかった場合は、ロボットＣ３の上位ロボットＢ３（第１の機器）と、ロボットＤ３とが無線で通信接続されるよう構成したので、通信切断によるロボットの操作不能を未然に防ぐことができる。
（Ｃ２）ロボットＦ３（第３の機器）が無線の受信感度劣化を検知すると、ロボットＦ３と上位ロボットＥ３（第２の機器）の間で使用する無線チャンネルの周波数を変更するためのチャンネルセンシングが行われ、変更できるチャンネルを発見できなかった場合であって、ロボットＦ３とロボットＦ３の上位ロボットロボットＡ３（第１の機器）とが無線で通信接続できない場合は、ロボットＤ３が接続相手となるロボットＢ３（第４の機器）を探索し、ロボットＤ３とロボットＢ３とが無線で通信接続されるよう構成したので、通信切断によるロボットの操作不能を未然に防ぐことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形、組み合わせて実施することができる。
上述した実施形態では、災害・事故現場で操作するロボットについて説明したが、本発明は、災害・事故現場で操作するロボットに限定されるものではなく、消防の消化手段である消化装置や、建設工事などで使用するダンプトラックなどの無人遠隔操作を行う装置や機器にも適用できることは言うまでもない。

また、本発明は、本発明に係る処理を実行するシステムや方法以外に、このような方法やシステムを実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして把握することができる。
また、本発明は、ＣＰＵがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより制御する構成としてもよく、あるいは、ＣＰＵを用いないハードウエア回路として構成してもよい。

１０…ロボット（機器）、１１…制御部、１１ａ…通信状態監視部、１１ｂ…チャンネル変更部、１１ｃ…送信電文作成部、１１ｄ…受信電文解析部、１２…記憶部、１２ａ…ロボット識別情報記憶部、１２ｂ…空きチャンネル情報記憶部、１３…無線通信部、１３ａ…アンテナ、１４…センサ、１５…カメラ、１６…走行部、２０…コントローラ、９１…ＩＰヘッダ、９２…転送経路情報、９３…伝送情報、１２１〜１２４…障害物、１５１〜１５３…障害物、１７１〜１７４…障害物、２２１…コントローラ、２２２…アクセスポイント。

Claims (9)

1. 第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムであって、
   前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続され、
   前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更することを特徴とする機器制御システム。
2. 請求項１に記載された機器制御システムであって、
   前記チャンネル変更モードにおいて、前記第１の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けることを特徴とする機器制御システム。
3. 請求項１に記載された機器制御システムであって、
   前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、該受信感度劣化を前記第３の機器から前記第２の機器へ通知し、前記第２の機器は、該受信感度劣化を通知されると、チャンネルセンシングを行って、受信感度の良い無線チャンネルを検出することを特徴とする機器制御システム。
4. 請求項１に記載された機器制御システムであって、さらに、
   前記第１の機器と通信接続される第４の機器と、前記第４の機器と通信接続される第５の機器とを備え、
   前記第３の機器と前記第５の機器とが、それぞれ無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器が、第１のチャンネル変更要求を、前記第２の機器を介して前記第１の機器へ送信し、前記第５の機器が、第２のチャンネル変更要求を、前記第４の機器を介して第１の機器へ送信し、
   前記第１の機器は、前記第１のチャンネル変更要求を、前記第２のチャンネル変更要求よりも早く受信した場合、チャンネル変更許可通知を前記第２の機器へ送信し、
   前記第２の機器は、前記チャンネル変更許可通知を受信すると、前記チャンネル変更モードになり、前記第２の機器と前記第３の機器の間で使用する無線チャンネルを変更することを特徴とする機器制御システム。
5. 請求項４に記載された機器制御システムであって、
   前記第２の機器は、前記無線チャンネルを変更した後、チャンネル変更完了通知を、前記第１の機器へ送信し、
   前記第１の機器は、前記チャンネル変更完了通知を受信した後、前記第５の機器からの第３のチャンネル変更要求を受信すると、第２のチャンネル変更許可通知を前記第４の機器へ送信し、
   前記第４の機器は、前記第２のチャンネル変更許可通知を受信すると、前記コントローラからの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、前記第４の機器と前記第５の機器の間で使用する無線チャンネルを変更することを特徴とする機器制御システム。
6. 第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムであって、
   前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続され、
   前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更するためのチャンネルセンシングが行われ、変更できる無線チャンネルが発見されなかった場合は、前記第２の機器の上位機器である前記第１の機器と、前記第３の機器とが無線で通信接続されることを特徴とする機器制御システム。
7. 請求項６に記載された機器制御システムであって、
   前記チャンネルセンシングにより変更できるチャンネルが発見されなかった場合であって、さらに前記第１の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続できない場合は、前記第３の機器が接続相手となる第４の機器を探索し、前記第３の機器と前記第４の機器とが無線で通信接続されることを特徴とする機器制御システム。
8. 第１の機器と、第２の機器と、第３の機器と、前記第１乃至第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備え、前記コントローラと前記第１の機器とが無線で通信接続され、前記第１の機器と前記第２の機器とが無線で通信接続され、前記第２の機器と前記第３の機器とが無線で通信接続される機器制御システムにおける機器制御方法であって、
   前記第３の機器が無線の受信感度劣化を検知すると、前記第３の機器と前記第２の機器とが、前記コントローラからの制御を受け付けず、前記第１の機器が、前記コントローラからの制御を受け付けるチャンネル変更モードになるステップと、
   前記チャンネル変更モードにおいて、前記第２の機器又は前記第３の機器が、チャンネルセンシングを行って、受信感度の良いチャンネルを検出するステップと、
   前記検出したチャンネルに基づき、前記第３の機器と前記第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更するステップと、を備えることを特徴とする機器制御方法。
9. 請求項８に記載された機器制御方法であって、
   前記機器制御システムが、さらに、前記第１の機器と通信接続される第４の機器と、前記第４の機器と通信接続される第５の機器とを備え、
   前記第３の機器が、無線の受信感度劣化を検知すると、第１のチャンネル変更要求を、前記第２の機器を介して前記第１の機器へ送信するステップと、
   前記第５の機器が、無線の受信感度劣化を検知すると、第２のチャンネル変更要求を、前記第４の機器を介して前記第１の機器へ送信するステップと、
   前記第１の機器が、前記第１のチャンネル変更要求を、前記第２のチャンネル変更要求よりも早く受信すると、チャンネル変更許可通知を前記第２の機器へ送信するステップと、
   前記第２の機器が、前記チャンネル変更許可通知を受信した場合に、前記第３の機器と前記第２の機器とが、前記チャンネル変更モードになることを特徴とする機器制御方法。

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