JP2589901B2 - 能動型センサを備えた移動機械 - Google Patents
能動型センサを備えた移動機械Info
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、能動型センサを備えた
移動機械及びその制御方法並びにそのような移動機械を
複数含むシステムに関する。
移動機械及びその制御方法並びにそのような移動機械を
複数含むシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】能動型センサとは、自らエネルギー波を
送信し、物体からの反射を受信して当該物体に関する情
報を検知するセンサのことを言う。エネルギー波とし
て、電磁波や超音波パルスを用い、物体までの距離や方
向を測定する能動型レンジ・センサがその代表例であ
る。
送信し、物体からの反射を受信して当該物体に関する情
報を検知するセンサのことを言う。エネルギー波とし
て、電磁波や超音波パルスを用い、物体までの距離や方
向を測定する能動型レンジ・センサがその代表例であ
る。
【０００３】自らはエネルギー波を発しないレンジ・セ
ンサを受動型レンジ・センサと呼ぶ。受動型レンジ・セ
ンサの例としては、２台以上のカメラを用いて測定対象
を写し、画像中の対応点を検出して三角測量の原理で物
体までの距離と方向を測定するものが一般的である。し
かしながら、受動型レンジ・センサの機構は複雑であ
り、高精度のものは高価になる。それに比べて、能動型
レンジ・センサは、安価でしかも高精度である。
ンサを受動型レンジ・センサと呼ぶ。受動型レンジ・セ
ンサの例としては、２台以上のカメラを用いて測定対象
を写し、画像中の対応点を検出して三角測量の原理で物
体までの距離と方向を測定するものが一般的である。し
かしながら、受動型レンジ・センサの機構は複雑であ
り、高精度のものは高価になる。それに比べて、能動型
レンジ・センサは、安価でしかも高精度である。
【０００４】図１は、エネルギー波として超音波パルス
を用いる能動型レンジ・センサ(以下、単に超音波レン
ジ・センサと言う)の構成例を示す。マイクロ・コンピ
ュータ１０からインタフェース１２を介して出力された
測定要求パルスは、送信用超音波トランスデューサ１６
を駆動するためのドライバ回路１４とカウンタ１８のリ
セット端子とに入力される。受信用超音波トランスデュ
ーサ２０の出力は、増幅回路２２によって増幅された
後、カウンタ１８のカウントストップ端子に入力され
る。したがって、超音波パルスが発せられてからその反
射が返るまでの時間がカウンタ１８によって測定され
る。測定値は読み出され、インターフェース１２を介し
てマイクロ・コンピュータ１０に送られる。空気中の超
音波の伝達速度(既知)と上記測定値から物体までの距離
が計算される。通常、マイクロ・コンピュータ１０は、
上位のシステムまたは入出力装置に結合されている。こ
のようなシステム構成例は、ロボット工学ハンドブッ
ク、日本ロボット学会編、９９頁、１９９０年に開示さ
れている。
を用いる能動型レンジ・センサ(以下、単に超音波レン
ジ・センサと言う)の構成例を示す。マイクロ・コンピ
ュータ１０からインタフェース１２を介して出力された
測定要求パルスは、送信用超音波トランスデューサ１６
を駆動するためのドライバ回路１４とカウンタ１８のリ
セット端子とに入力される。受信用超音波トランスデュ
ーサ２０の出力は、増幅回路２２によって増幅された
後、カウンタ１８のカウントストップ端子に入力され
る。したがって、超音波パルスが発せられてからその反
射が返るまでの時間がカウンタ１８によって測定され
る。測定値は読み出され、インターフェース１２を介し
てマイクロ・コンピュータ１０に送られる。空気中の超
音波の伝達速度(既知)と上記測定値から物体までの距離
が計算される。通常、マイクロ・コンピュータ１０は、
上位のシステムまたは入出力装置に結合されている。こ
のようなシステム構成例は、ロボット工学ハンドブッ
ク、日本ロボット学会編、９９頁、１９９０年に開示さ
れている。
【０００５】図２は、レーザ光をエネルギー波に用いる
能動型レンジ・センサ(以下、単にレーザ・レンジ・フ
ァインダと呼ぶ)の構成例を示す。コンピュータ(図示せ
ず)からの測定要求パルスを受けて、レーザ発振器２４
はレーザ光を発する。回転鏡２６で反射することによっ
て、レーザ光は測定対象空間全体にわたって走査され
る。物体２８からの反射光は、ＣＣＤカメラ３０によっ
て検出される。ＣＣＤカメラ３０の出力信号(画像信号)
は上記コンピュータに送られる。このセンサによれば、
三角測量の原理で物体２８の位置(距離と方向)を測定す
ることができる。レーザ・レンジ・ファインダには幾つ
かのタイプがある。レーザ光としてスリット光を用いる
例が、Y. Shirai, Recognition of Polyhedra with a R
ange Finder, Pattern Recognition, vol.4, no.2, pp.
243-250に開示されている。また、スポット光を用いる
例が、M. Rioux, Laser Range Finder Based on Synchr
onization Scanners, Applied Optics, vol.23, no.21,
pp.3837-3844, 1984に開示されている。
能動型レンジ・センサ(以下、単にレーザ・レンジ・フ
ァインダと呼ぶ)の構成例を示す。コンピュータ(図示せ
ず)からの測定要求パルスを受けて、レーザ発振器２４
はレーザ光を発する。回転鏡２６で反射することによっ
て、レーザ光は測定対象空間全体にわたって走査され
る。物体２８からの反射光は、ＣＣＤカメラ３０によっ
て検出される。ＣＣＤカメラ３０の出力信号(画像信号)
は上記コンピュータに送られる。このセンサによれば、
三角測量の原理で物体２８の位置(距離と方向)を測定す
ることができる。レーザ・レンジ・ファインダには幾つ
かのタイプがある。レーザ光としてスリット光を用いる
例が、Y. Shirai, Recognition of Polyhedra with a R
ange Finder, Pattern Recognition, vol.4, no.2, pp.
243-250に開示されている。また、スポット光を用いる
例が、M. Rioux, Laser Range Finder Based on Synchr
onization Scanners, Applied Optics, vol.23, no.21,
pp.3837-3844, 1984に開示されている。
【０００６】上記何れの方法も、自らが発するエネルギ
ー波の発射時刻、発射位置、発射方向が既知であること
が距離測定の前提条件となっている。互いに区別できな
いエネルギー波(例えば、同じ波長の超音波)を用いる複
数の能動型センサが近接して存在する場合には、他のセ
ンサが発したエネルギー波を自身の発したエネルギー波
として受信する可能性がある。従来の能動型センサで
は、受信したエネルギー波が自身の発したエネルギー波
であるか、他の発したエネルギー波であるかを区別する
手段が提供されていなかったので、そのような場合に上
記前提条件が崩れる可能性があった。したがって、同じ
エネルギー波を用いる能動型センサが近接して存在する
ことが不可能であった。
ー波の発射時刻、発射位置、発射方向が既知であること
が距離測定の前提条件となっている。互いに区別できな
いエネルギー波(例えば、同じ波長の超音波)を用いる複
数の能動型センサが近接して存在する場合には、他のセ
ンサが発したエネルギー波を自身の発したエネルギー波
として受信する可能性がある。従来の能動型センサで
は、受信したエネルギー波が自身の発したエネルギー波
であるか、他の発したエネルギー波であるかを区別する
手段が提供されていなかったので、そのような場合に上
記前提条件が崩れる可能性があった。したがって、同じ
エネルギー波を用いる能動型センサが近接して存在する
ことが不可能であった。
【０００７】図３は、超音波の最長有効到達可能距離内
に共存する２つの超音波レンジ・センサを示す。破線で
示すように、あるセンサの受信用超音波トランスデュー
サr1が受信したエネルギー波が自身の送信用超音波トラ
ンスデューサs1から発せられたものであれば、正しい測
定結果が得られる。しかし、実線で示すように、他のセ
ンサの送信用超音波トランスデューサs2から発せられた
信号を自身のエネルギー波として受信したのであれば、
測定結果は誤ったものとなる。このように、近接して存
在する複数の超音波レンジ・センサは干渉を起こす。
に共存する２つの超音波レンジ・センサを示す。破線で
示すように、あるセンサの受信用超音波トランスデュー
サr1が受信したエネルギー波が自身の送信用超音波トラ
ンスデューサs1から発せられたものであれば、正しい測
定結果が得られる。しかし、実線で示すように、他のセ
ンサの送信用超音波トランスデューサs2から発せられた
信号を自身のエネルギー波として受信したのであれば、
測定結果は誤ったものとなる。このように、近接して存
在する複数の超音波レンジ・センサは干渉を起こす。
【０００８】能動型レンジ・センサは、移動ロボット、
車両等の移動機械の障害物検知に用いると非常に有効で
ある。しかし、前述の通り、能動型レンジ・センサは近
接して複数共存することができない。したがって、能動
型レンジ・センサを移動ロボットに搭載した場合、移動
ロボット同士がエネルギー波の最長有効到達可能距離
(通常数メートル)以内に共存することができない。これ
は、同じ廊下ですれ違いや追越しができないことを意味
する。
車両等の移動機械の障害物検知に用いると非常に有効で
ある。しかし、前述の通り、能動型レンジ・センサは近
接して複数共存することができない。したがって、能動
型レンジ・センサを移動ロボットに搭載した場合、移動
ロボット同士がエネルギー波の最長有効到達可能距離
(通常数メートル)以内に共存することができない。これ
は、同じ廊下ですれ違いや追越しができないことを意味
する。
【０００９】前述のような測定結果の誤りを回避するた
めには、複数の移動ロボットが同じ廊下や部屋で出合わ
ないような使い方をするか、受動型レンジ・センサを用
いるかしかない。前者は、移動ロボットの利用の制約を
大幅に増し、後者は、高価でかつ今なお技術的に未完成
である。
めには、複数の移動ロボットが同じ廊下や部屋で出合わ
ないような使い方をするか、受動型レンジ・センサを用
いるかしかない。前者は、移動ロボットの利用の制約を
大幅に増し、後者は、高価でかつ今なお技術的に未完成
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、同じ
エネルギー波を用いる能動型センサを搭載した移動機械
が近接して共存できるようにすることにある。本発明の
他の目的は、各々が能動型センサを搭載した移動機械が
検知結果を交換し合うことによって、検知の効率化を図
ることにある。本発明のさらに他の目的は、他の移動機
械に搭載された能動型レンジ・センサの発したエネルギ
ー波を利用する新規な測距手法を実行する移動機械を提
供することにある。
エネルギー波を用いる能動型センサを搭載した移動機械
が近接して共存できるようにすることにある。本発明の
他の目的は、各々が能動型センサを搭載した移動機械が
検知結果を交換し合うことによって、検知の効率化を図
ることにある。本発明のさらに他の目的は、他の移動機
械に搭載された能動型レンジ・センサの発したエネルギ
ー波を利用する新規な測距手法を実行する移動機械を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による、能動型セ
ンサを備えた移動機械は、上記課題を解決するために、
(ａ)自身の位置データを発生する手段と、(ｂ)他の移動
機械と位置データの通信を行う手段と、(ｃ)自身の位置
データ及び他の移動機械の位置データに基づいて、自身
との間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械の
有無を判断する手段と、(ｄ)上記判断結果に応じて、自
身からのエネルギー波送信モードを切り替える手段を含
み、自身との間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移
動機械があると判断された場合には、該他の移動機械の
エネルギー波送信ステータスを参照して自身からのエネ
ルギー波送信の可否を判断することを特徴とする。
ンサを備えた移動機械は、上記課題を解決するために、
(ａ)自身の位置データを発生する手段と、(ｂ)他の移動
機械と位置データの通信を行う手段と、(ｃ)自身の位置
データ及び他の移動機械の位置データに基づいて、自身
との間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械の
有無を判断する手段と、(ｄ)上記判断結果に応じて、自
身からのエネルギー波送信モードを切り替える手段を含
み、自身との間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移
動機械があると判断された場合には、該他の移動機械の
エネルギー波送信ステータスを参照して自身からのエネ
ルギー波送信の可否を判断することを特徴とする。
【００１２】各移動機械が中央制御装置に対して位置デ
ータを送信し、中央制御装置が各移動機械のエネルギー
波送信モードを管理することによっても、上記課題は解
決される。
ータを送信し、中央制御装置が各移動機械のエネルギー
波送信モードを管理することによっても、上記課題は解
決される。
【００１３】
【実施例】１．自律移動ロボットの構成 以下、本発明の実施例を、超音波レンジ・センサを搭載
し、車輪を動かすことによって走行する自律移動ロボッ
トに即して説明する。図４は、自律移動ロボットの基本
的構成の１例を示す。後述する方法で、自己位置センサ
４０は、自身の位置を示す信号を生成し、超音波レンジ
・センサ４２は、他のロボットや障害物の位置を示す信
号を生成する。センサ４０、４２の生成した信号はナビ
ゲータ４４に伝達される。ナビゲータ４４は、指定され
た経路を追従するためのプログラム及び障害物を回避す
るためのプログラムに従って、駆動機構４６の制御信号
を出力する制御装置である。この例では、制御信号は、
車輪の操舵角及び走行速度を指示する信号である。この
ような自律移動ロボットの構成は、石川繁樹、ファジィ
制御を用いた自律型移動ロボットの誘導方式の検討、日
本ロボット学会誌９巻２号、１９９１に開示されてい
る。
し、車輪を動かすことによって走行する自律移動ロボッ
トに即して説明する。図４は、自律移動ロボットの基本
的構成の１例を示す。後述する方法で、自己位置センサ
４０は、自身の位置を示す信号を生成し、超音波レンジ
・センサ４２は、他のロボットや障害物の位置を示す信
号を生成する。センサ４０、４２の生成した信号はナビ
ゲータ４４に伝達される。ナビゲータ４４は、指定され
た経路を追従するためのプログラム及び障害物を回避す
るためのプログラムに従って、駆動機構４６の制御信号
を出力する制御装置である。この例では、制御信号は、
車輪の操舵角及び走行速度を指示する信号である。この
ような自律移動ロボットの構成は、石川繁樹、ファジィ
制御を用いた自律型移動ロボットの誘導方式の検討、日
本ロボット学会誌９巻２号、１９９１に開示されてい
る。
【００１４】２．自己位置センサ 自己位置センサ４０の１例を図５に示す。左車輪５０の
回転はパルス・エンコーダ５２に伝えられる。パルス・
エンコーダ５２は左車輪が一定角度回転する度にパルス
(２相パルス)を発生する。パルスの発生回数は、カウン
タ５４によってカウントされ、カウント結果はインター
フェース５６を介してマイクロ・コンピュータ５８に入
力される。同様に、右車輪５１の回転情報は、パルス・
エンコーダ５３、カウンタ５５によって数値化され、イ
ンターフェース５６を介してマイクロ・コンピュータ５
８に伝えられる。左右の車輪の回転情報から、現在のロ
ボットの移動方向及び速度が計算される。ロボットの出
発点の位置並びに出発後の移動方向及び速度の記録に基
づいて、ロボットの現在位置が計算される。このような
車輪の回転数を利用する位置測定手段は、渡辺他：車輪
型移動ロボットのデッドレコニングシステムにおける位
置データ誤差、第六回日本ロボット学会学術講演会予稿
集、pp.347-350, 1988に開示されている。
回転はパルス・エンコーダ５２に伝えられる。パルス・
エンコーダ５２は左車輪が一定角度回転する度にパルス
(２相パルス)を発生する。パルスの発生回数は、カウン
タ５４によってカウントされ、カウント結果はインター
フェース５６を介してマイクロ・コンピュータ５８に入
力される。同様に、右車輪５１の回転情報は、パルス・
エンコーダ５３、カウンタ５５によって数値化され、イ
ンターフェース５６を介してマイクロ・コンピュータ５
８に伝えられる。左右の車輪の回転情報から、現在のロ
ボットの移動方向及び速度が計算される。ロボットの出
発点の位置並びに出発後の移動方向及び速度の記録に基
づいて、ロボットの現在位置が計算される。このような
車輪の回転数を利用する位置測定手段は、渡辺他：車輪
型移動ロボットのデッドレコニングシステムにおける位
置データ誤差、第六回日本ロボット学会学術講演会予稿
集、pp.347-350, 1988に開示されている。
【００１５】自己位置センサ４０の他の例としては、津
村：ビークルオートメーションの現状と展望、システム
と制御２９巻３号、１９８５に示されるように、慣性航
法を用いるもの、外部からの信号を利用するものが挙げ
られる。例えば、人工衛星からの電波を利用する位置決
定方法が、D. Boyle: GPSa Universal Nagiation Aids,
INTERVIA, March (1979) に開示されている。
村：ビークルオートメーションの現状と展望、システム
と制御２９巻３号、１９８５に示されるように、慣性航
法を用いるもの、外部からの信号を利用するものが挙げ
られる。例えば、人工衛星からの電波を利用する位置決
定方法が、D. Boyle: GPSa Universal Nagiation Aids,
INTERVIA, March (1979) に開示されている。
【００１６】３．超音波レンジ・センサの構成 本実施例の超音波レンジ・センサ４２の構成を図６に示
す。図７に示すように、各移動ロボットには、送信用超
音波トランスデューサ(si)と受信用超音波トランスデュ
ーサ(ri)の組が８組、４５度間隔で環状に取付けられて
いる。これらのトランスデューサの組ごとに、ドライバ
回路１４、カウンタ１８及び増幅回路２２が設けられて
いる。それら回路の動作は、図１の例で説明した通りで
ある。各トランスデューサの組に対する測定要求パルス
は、マイクロ・コンピュータ６０がインターフェース６
２を介して出力する。各カウンタの測定値はインターフ
ェース６２を介してマイクロ・コンピュータ６０に送ら
れ、物体までの距離が計算される。
す。図７に示すように、各移動ロボットには、送信用超
音波トランスデューサ(si)と受信用超音波トランスデュ
ーサ(ri)の組が８組、４５度間隔で環状に取付けられて
いる。これらのトランスデューサの組ごとに、ドライバ
回路１４、カウンタ１８及び増幅回路２２が設けられて
いる。それら回路の動作は、図１の例で説明した通りで
ある。各トランスデューサの組に対する測定要求パルス
は、マイクロ・コンピュータ６０がインターフェース６
２を介して出力する。各カウンタの測定値はインターフ
ェース６２を介してマイクロ・コンピュータ６０に送ら
れ、物体までの距離が計算される。
【００１７】一組の超音波トランスデューサによって、
前方４５度の角度の範囲の物体を検知することができ
る。超音波の最長有効到達可能距離をdmax、物体の超音
波の反射率をλとする。λが1.0つまり超音波が１００
％反射される場合は、対象物がdmax/2の距離まで近づい
たときに、反射波を検出することができる。つまり、こ
のセンサの最大検知可能距離dnは、dmax/2ということに
なる。物体が全く超音波を反射しない場合は、物体まで
の距離を測定できない。しかし、移動ロボットが通常移
動する環境では、λ＞０であり、この範囲であれば必ず
物体までの距離を測定できるという、λによって値の決
まる距離ddが存在する。この関係を図８に示す。超音波
パルスは、dmaxまで届き、ddからdnまでの間が物体を検
知する可能性のある範囲であり、ddより内側が必ず測距
できる範囲である。
前方４５度の角度の範囲の物体を検知することができ
る。超音波の最長有効到達可能距離をdmax、物体の超音
波の反射率をλとする。λが1.0つまり超音波が１００
％反射される場合は、対象物がdmax/2の距離まで近づい
たときに、反射波を検出することができる。つまり、こ
のセンサの最大検知可能距離dnは、dmax/2ということに
なる。物体が全く超音波を反射しない場合は、物体まで
の距離を測定できない。しかし、移動ロボットが通常移
動する環境では、λ＞０であり、この範囲であれば必ず
物体までの距離を測定できるという、λによって値の決
まる距離ddが存在する。この関係を図８に示す。超音波
パルスは、dmaxまで届き、ddからdnまでの間が物体を検
知する可能性のある範囲であり、ddより内側が必ず測距
できる範囲である。
【００１８】８台の送信用超音波トランスデューサs1〜
s8は、お互いに干渉しないように、順次超音波パルスを
発しなければならない。そのためマイクロ・コンピュー
タ６０は、タイミング制御手段として機能する。即ち、
送信用トランスデューサs1が超音波パルスを発した後，
超音波がdmax の距離を伝わる時間より少し多い時間だ
け待ってから、次の送信用トランスデューサs2に対して
測定要求パルスを出力する。以下、順次s3、s4、・・・
s8、s1、・・・に対して、前の超音波パルスがdmaxの距
離まで届く時間より少し多く待ってから測定要求パルス
を出力することを繰り返す。
s8は、お互いに干渉しないように、順次超音波パルスを
発しなければならない。そのためマイクロ・コンピュー
タ６０は、タイミング制御手段として機能する。即ち、
送信用トランスデューサs1が超音波パルスを発した後，
超音波がdmax の距離を伝わる時間より少し多い時間だ
け待ってから、次の送信用トランスデューサs2に対して
測定要求パルスを出力する。以下、順次s3、s4、・・・
s8、s1、・・・に対して、前の超音波パルスがdmaxの距
離まで届く時間より少し多く待ってから測定要求パルス
を出力することを繰り返す。
【００１９】４．無線通信 ２台の移動ロボットがお互いを認識することなく相手の
超音波パルスが届く距離（dmax）まで接近してしまう
と、超音波レンジ・センサは干渉を起こす。即ち、超音
波レンジ・センサは相手の超音波パルスと自分の超音波
パルスの識別ができなくなり、距離測定ができなくな
る．そこで，お互いが接近したことを認識するためにそ
れぞれの移動ロボットにデータ通信手段を導入する。
超音波パルスが届く距離（dmax）まで接近してしまう
と、超音波レンジ・センサは干渉を起こす。即ち、超音
波レンジ・センサは相手の超音波パルスと自分の超音波
パルスの識別ができなくなり、距離測定ができなくな
る．そこで，お互いが接近したことを認識するためにそ
れぞれの移動ロボットにデータ通信手段を導入する。
【００２０】移動ロボットの性質上、通信メディアとし
ては無線が有利である。したがって、ロボット間の通信
ネットワークは、無線ＬＡＮ（LocalArea Network ）の
形で実現される。図９は、すべてのロボットに共通する
ハードウェア構成例を示す。同図において、電波送信器
９０、電波受信器９１、インターフェース９２、及び通
信制御プログラムを実行するプロセッサ９３が、データ
通信手段を構成する。
ては無線が有利である。したがって、ロボット間の通信
ネットワークは、無線ＬＡＮ（LocalArea Network ）の
形で実現される。図９は、すべてのロボットに共通する
ハードウェア構成例を示す。同図において、電波送信器
９０、電波受信器９１、インターフェース９２、及び通
信制御プログラムを実行するプロセッサ９３が、データ
通信手段を構成する。
【００２１】図１０は、キャリヤ・センス・メディア・
アクセス／コリジョン・ディテクション方式による通信
制御の手順を示す。この方式は、すべてのロボットの電
波送信器９０の出力周波数が同一であることを前提とす
る。電波を送信しようとするロボットは、現在、他のロ
ボットの電波が受信されるか否かを判断する(ステップ
１０１)。現在電波を送信中のロボットがなければ、直
ちに自分のＩＤとメッセージの送信を開始する(ステッ
プ１０２)。もしステップ１０１で他のロボットが電波
送信中であると判断されたなら、そのロボットの電波送
信終了メッセージを受け取るまで待ち(ステップ１０
２)、しかる後、ステップ１０１の判断を再び行う。
アクセス／コリジョン・ディテクション方式による通信
制御の手順を示す。この方式は、すべてのロボットの電
波送信器９０の出力周波数が同一であることを前提とす
る。電波を送信しようとするロボットは、現在、他のロ
ボットの電波が受信されるか否かを判断する(ステップ
１０１)。現在電波を送信中のロボットがなければ、直
ちに自分のＩＤとメッセージの送信を開始する(ステッ
プ１０２)。もしステップ１０１で他のロボットが電波
送信中であると判断されたなら、そのロボットの電波送
信終了メッセージを受け取るまで待ち(ステップ１０
２)、しかる後、ステップ１０１の判断を再び行う。
【００２２】２つ以上のロボットが同時に電波を送信す
ることを衝突と呼ぶ。衝突が生じると、データが正しく
受信されない可能性がある。そこで、電波送信中は、常
に自分以外のロボットが電波を送信していないかチェッ
クする(ステップ１０４、１０５)。衝突が生じた場合に
は、直ちに電波の送信を中止し(ステップ１０６)、衝突
が発生したことを放送する(ステップ１０７)。しかる
後、乱数発生器によって決められる時間だけ待ち(ステ
ップ１０８)、再度電波の送信を試みる(ステップ１０
１)。プロトコールの詳細は、IEEE802などを参照された
い。
ることを衝突と呼ぶ。衝突が生じると、データが正しく
受信されない可能性がある。そこで、電波送信中は、常
に自分以外のロボットが電波を送信していないかチェッ
クする(ステップ１０４、１０５)。衝突が生じた場合に
は、直ちに電波の送信を中止し(ステップ１０６)、衝突
が発生したことを放送する(ステップ１０７)。しかる
後、乱数発生器によって決められる時間だけ待ち(ステ
ップ１０８)、再度電波の送信を試みる(ステップ１０
１)。プロトコールの詳細は、IEEE802などを参照された
い。
【００２３】無線通信制御方式としては、その他に、Ｍ
ＣＡ(マルチ・チャネル・アクセス)システムがある。詳
細は、進士：移動体通信、丸善株式会社発行、pp.11-1
2、1989を参照されたい。
ＣＡ(マルチ・チャネル・アクセス)システムがある。詳
細は、進士：移動体通信、丸善株式会社発行、pp.11-1
2、1989を参照されたい。
【００２４】無線によって、ロボット及び障害物の位置
データの他に、後述する各ロボットの排他的送信の開始
宣言及び同終了宣言、並びに待ち行列に関するメッセー
ジが通信される。
データの他に、後述する各ロボットの排他的送信の開始
宣言及び同終了宣言、並びに待ち行列に関するメッセー
ジが通信される。
【００２５】５．位置の通信及び距離計算 図９に示すように、各ロボットのメモリ９４には、自分
を含めてすべてのロボットの位置を記憶するロボット位
置変数及び他のロボットまでの距離を記憶するロボット
距離変数が用意されている。メモリ９４は、バス９５を
介してプロセッサ９３に結合されている。各ロボット
は、基本的に一定の時間間隔で自己の位置を放送する。
図９に示すロボット(ロボットＲ１とする)の自己位置放
送時刻になったならば、プロセッサ９３で実行される位
置データ送信プログラムは、自己位置センサ４０の測定
値をメモリ９４のＲ１の位置変数に代入する一方、上記
無線通信手段を使って、他のロボットに対して当該値を
放送する。さらに、他のロボットとの距離を計算し直
し、ロボット距離変数の値を更新する。逆に、他のロボ
ット、例えばロボットＲ２の位置データを受信したなら
ば、プロセッサ９３で実行される位置データ受信プログ
ラムは、Ｒ２の位置変数の値を更新するとともに、Ｒ１
とＲ２の現在位置から両者の距離を計算し、Ｒ２との距
離変数に計算結果を代入する。Ｒ１、Ｒ２の現在位置を
Ｐ１、Ｐ２とすると、両者の距離は、｜Ｐ１―Ｐ２｜と
して簡単に計算できる。
を含めてすべてのロボットの位置を記憶するロボット位
置変数及び他のロボットまでの距離を記憶するロボット
距離変数が用意されている。メモリ９４は、バス９５を
介してプロセッサ９３に結合されている。各ロボット
は、基本的に一定の時間間隔で自己の位置を放送する。
図９に示すロボット(ロボットＲ１とする)の自己位置放
送時刻になったならば、プロセッサ９３で実行される位
置データ送信プログラムは、自己位置センサ４０の測定
値をメモリ９４のＲ１の位置変数に代入する一方、上記
無線通信手段を使って、他のロボットに対して当該値を
放送する。さらに、他のロボットとの距離を計算し直
し、ロボット距離変数の値を更新する。逆に、他のロボ
ット、例えばロボットＲ２の位置データを受信したなら
ば、プロセッサ９３で実行される位置データ受信プログ
ラムは、Ｒ２の位置変数の値を更新するとともに、Ｒ１
とＲ２の現在位置から両者の距離を計算し、Ｒ２との距
離変数に計算結果を代入する。Ｒ１、Ｒ２の現在位置を
Ｐ１、Ｐ２とすると、両者の距離は、｜Ｐ１―Ｐ２｜と
して簡単に計算できる。
【００２６】６．モードの遷移 図１１の遷移図に示すように、各ロボットは、自身の超
音波レンジ・センサからの超音波送信に関し、自分の周
囲の半径dmaxの円内に他のロボットがいるか否かに応じ
て、通常モードと排他的送信モードの間を遷移する。図
９に示すように、各ロボットのメモリ９４には、自身の
現在のモードを記憶するモード変数、自身との間で能動
型センサの干渉が生じ得るロボットのＩＤを記憶する変
数(競合ロボット変数)、及び他のロボットの超音波送信
ステータスを記憶するロボット・ステータス変数が用意
される。
音波レンジ・センサからの超音波送信に関し、自分の周
囲の半径dmaxの円内に他のロボットがいるか否かに応じ
て、通常モードと排他的送信モードの間を遷移する。図
９に示すように、各ロボットのメモリ９４には、自身の
現在のモードを記憶するモード変数、自身との間で能動
型センサの干渉が生じ得るロボットのＩＤを記憶する変
数(競合ロボット変数)、及び他のロボットの超音波送信
ステータスを記憶するロボット・ステータス変数が用意
される。
【００２７】プロセッサ９３で実行されるモード管理プ
ログラムは、所定のタイミングでメモリ９４の各距離変
数を読み出し、dmaxと比較する。距離変数の値がどれも
dmaxを超えるならば、モード管理プログラムは、モード
変数に通常モードを示す値を代入し、距離変数の値が１
つでもdmax以下であるならば、モード変数に排他的送信
モードを示す値を代入する。そして、自身との距離がdm
ax以下であるロボットを認識する度に、それを自身と競
合する、つまり能動型センサの干渉が生じ得るロボット
として、そのＩＤを競合ロボット変数に書き込む。逆
に、それまで競合していたロボットとの距離がdmaxを超
えたことを認識したならば、競合ロボット変数からその
ロボットのＩＤを取り除く。通常モードのときの競合ロ
ボット変数の値はヌルである。
ログラムは、所定のタイミングでメモリ９４の各距離変
数を読み出し、dmaxと比較する。距離変数の値がどれも
dmaxを超えるならば、モード管理プログラムは、モード
変数に通常モードを示す値を代入し、距離変数の値が１
つでもdmax以下であるならば、モード変数に排他的送信
モードを示す値を代入する。そして、自身との距離がdm
ax以下であるロボットを認識する度に、それを自身と競
合する、つまり能動型センサの干渉が生じ得るロボット
として、そのＩＤを競合ロボット変数に書き込む。逆
に、それまで競合していたロボットとの距離がdmaxを超
えたことを認識したならば、競合ロボット変数からその
ロボットのＩＤを取り除く。通常モードのときの競合ロ
ボット変数の値はヌルである。
【００２８】７．超音波送信制御 通常モードにあるとき、ロボットは、他のロボットの超
音波送信ステータスにかかわりなく、上記「３．超音波
レンジ・センサの構成」で説明した通りに、超音波レン
ジ・センサを作動させる。これに対し、排他的送信モー
ドにあるとき、ロボットは、他のロボットと競合する空
間を排他的に使用するために、自身の超音波送信ステー
タスを知らせるとともに、自身と競合するロボットの超
音波送信ステータスを受信し、記憶し、かつ監視する。
図９に即して説明すると、プロセッサ９３で実行される
排他的送信プログラムは、後述するようにして自身が超
音波送信権を獲得したことに応答して超音波送信権獲得
宣言を、また、測定が終ったことに応答して超音波送信
権放棄宣言を、それぞれ上記無線通信手段を使って放送
する。逆に、他のロボットの超音波送信権または獲得宣
言を受信したときには、該他のロボットが自身と競合す
るか否かをメモリ９４の競合ロボット変数を参照して判
断し、競合するならば、自身の持つ該他のロボットのス
テータス変数に超音波送信権獲得済または放棄済である
ことを示す値を代入する。競合しないならば、何もしな
い。
音波送信ステータスにかかわりなく、上記「３．超音波
レンジ・センサの構成」で説明した通りに、超音波レン
ジ・センサを作動させる。これに対し、排他的送信モー
ドにあるとき、ロボットは、他のロボットと競合する空
間を排他的に使用するために、自身の超音波送信ステー
タスを知らせるとともに、自身と競合するロボットの超
音波送信ステータスを受信し、記憶し、かつ監視する。
図９に即して説明すると、プロセッサ９３で実行される
排他的送信プログラムは、後述するようにして自身が超
音波送信権を獲得したことに応答して超音波送信権獲得
宣言を、また、測定が終ったことに応答して超音波送信
権放棄宣言を、それぞれ上記無線通信手段を使って放送
する。逆に、他のロボットの超音波送信権または獲得宣
言を受信したときには、該他のロボットが自身と競合す
るか否かをメモリ９４の競合ロボット変数を参照して判
断し、競合するならば、自身の持つ該他のロボットのス
テータス変数に超音波送信権獲得済または放棄済である
ことを示す値を代入する。競合しないならば、何もしな
い。
【００２９】もし超音波送信権を獲得できなかった場
合、プロセッサ９３で実行される待ち行列管理プログラ
ムは、自身を表わすデータを送信待ち行列に加える。送
信待ち行列は、メモリ９４の中に作られる、ロボットの
ＩＤデータの配列である。待ち行列管理プログラムはま
た、送信待ち行列にデータを追加した旨のメッセージ
を、上記無線通信手段を使って放送する。逆に、他のロ
ボットから該ロボットを送信待ち行列に追加した旨のメ
ッセージを受信したときには、該他のロボットが自身と
競合するか否かをメモリ９４の競合ロボット変数を参照
して判断し、競合するならば、自身の持つ送信待ち行列
を受信したメッセージの内容にしたがって更新する。競
合しないなら、何もしない。他のロボットの超音波送信
権放棄宣言を受信したときも同様に、それが競合するロ
ボットであるなら、送信待ち行列を１つ進める処理を行
う。競合しないならば、何もしない。このようにして、
互いに競合するロボットは、同じ送信待ち行列を持つ。
合、プロセッサ９３で実行される待ち行列管理プログラ
ムは、自身を表わすデータを送信待ち行列に加える。送
信待ち行列は、メモリ９４の中に作られる、ロボットの
ＩＤデータの配列である。待ち行列管理プログラムはま
た、送信待ち行列にデータを追加した旨のメッセージ
を、上記無線通信手段を使って放送する。逆に、他のロ
ボットから該ロボットを送信待ち行列に追加した旨のメ
ッセージを受信したときには、該他のロボットが自身と
競合するか否かをメモリ９４の競合ロボット変数を参照
して判断し、競合するならば、自身の持つ送信待ち行列
を受信したメッセージの内容にしたがって更新する。競
合しないなら、何もしない。他のロボットの超音波送信
権放棄宣言を受信したときも同様に、それが競合するロ
ボットであるなら、送信待ち行列を１つ進める処理を行
う。競合しないならば、何もしない。このようにして、
互いに競合するロボットは、同じ送信待ち行列を持つ。
【００３０】図１２は、排他的送信モードにおける超音
波送信手順の１例を示す。この例では、自身からの超音
波送信の可否を、他の競合ロボットの超音波送信ステー
タスを参照して判断する。距離測定を行おうとするロボ
ットは、まず競合ロボット変数を参照して、自身と競合
するロボットを認識する。しかる後、競合するロボット
のステータス変数を調べて、超音波送信権を獲得済のも
のの有無を判断する(ステップ１２１)。もし送信権を獲
得済のロボットがなければ、自身が超音波送信権獲得宣
言を放送し、自身の送信用超音波トランスデューサs1〜
s8を作動させ、測定終了後、超音波送信権放棄宣言を放
送する(ステップ１２２〜１２４)。
波送信手順の１例を示す。この例では、自身からの超音
波送信の可否を、他の競合ロボットの超音波送信ステー
タスを参照して判断する。距離測定を行おうとするロボ
ットは、まず競合ロボット変数を参照して、自身と競合
するロボットを認識する。しかる後、競合するロボット
のステータス変数を調べて、超音波送信権を獲得済のも
のの有無を判断する(ステップ１２１)。もし送信権を獲
得済のロボットがなければ、自身が超音波送信権獲得宣
言を放送し、自身の送信用超音波トランスデューサs1〜
s8を作動させ、測定終了後、超音波送信権放棄宣言を放
送する(ステップ１２２〜１２４)。
【００３１】ステップ１２１において、他のロボットが
超音波送信権を獲得済であることを認識したならば、自
身を送信待ち行列の最後に加えるとともに、このことを
放送する(ステップ１２５)。その後は、競合する他のロ
ボットが超音波送信権放棄宣言を放送する度に、自身の
送信待ち行列を１つ進め、自身が先頭になったか否かを
判断することを繰り返す(ステップ１２６〜１２８)。自
身が先頭になったならば、ステップ１２２〜１２４を実
行する。
超音波送信権を獲得済であることを認識したならば、自
身を送信待ち行列の最後に加えるとともに、このことを
放送する(ステップ１２５)。その後は、競合する他のロ
ボットが超音波送信権放棄宣言を放送する度に、自身の
送信待ち行列を１つ進め、自身が先頭になったか否かを
判断することを繰り返す(ステップ１２６〜１２８)。自
身が先頭になったならば、ステップ１２２〜１２４を実
行する。
【００３２】図１３は、排他的送信モードにおける超音
波送信手順の他の例を示す。この例では、自身からの超
音波送信の可否を、他の競合ロボットの超音波送信ステ
ータスとロボットに与えられる優先順位とに基づいて判
断する。他の競合ロボットが超音波送信権を獲得してい
ない場合に実行されるステップ１３１〜１３４は、図１
２のステップ１２１〜１２４と同じである。他の競合ロ
ボットが超音波送信権を獲得していた場合には、図９の
プロセッサ９３で優先順位決定プログラムが実行され
る。この優先順位決定プログラムは、固定優先順位法、
順位回転法、乱順法、ＬＲＵ法など、優先順位決定のた
めのどのようなアルゴリズムにしたがうものであってよ
い。固定優先順位法では、各ロボットの優先順位が予め
定められる。
波送信手順の他の例を示す。この例では、自身からの超
音波送信の可否を、他の競合ロボットの超音波送信ステ
ータスとロボットに与えられる優先順位とに基づいて判
断する。他の競合ロボットが超音波送信権を獲得してい
ない場合に実行されるステップ１３１〜１３４は、図１
２のステップ１２１〜１２４と同じである。他の競合ロ
ボットが超音波送信権を獲得していた場合には、図９の
プロセッサ９３で優先順位決定プログラムが実行され
る。この優先順位決定プログラムは、固定優先順位法、
順位回転法、乱順法、ＬＲＵ法など、優先順位決定のた
めのどのようなアルゴリズムにしたがうものであってよ
い。固定優先順位法では、各ロボットの優先順位が予め
定められる。
【００３３】ＬＲＵ法を用いる場合、各ロボットは、自
身を含めたすべてのロボットの超音波送信権放棄宣言放
送時刻を記憶する変数を持つ。そして、自身の超音波送
信権放棄宣言を放送するときには、該宣言に放送時刻の
値を含めて放送するとともに、自身の時刻変数に該値を
代入する。逆に、他のロボットの超音波送信権放棄宣言
を受信したときには、該ロボットの時刻変数を該宣言に
含まれる値に更新する。ステップ１３５では、競合する
ロボットの最近の超音波送信権放棄宣言放送時刻が比較
される。超音波送信権放棄宣言放送時刻が古いものほど
優先順位は高く決定される。
身を含めたすべてのロボットの超音波送信権放棄宣言放
送時刻を記憶する変数を持つ。そして、自身の超音波送
信権放棄宣言を放送するときには、該宣言に放送時刻の
値を含めて放送するとともに、自身の時刻変数に該値を
代入する。逆に、他のロボットの超音波送信権放棄宣言
を受信したときには、該ロボットの時刻変数を該宣言に
含まれる値に更新する。ステップ１３５では、競合する
ロボットの最近の超音波送信権放棄宣言放送時刻が比較
される。超音波送信権放棄宣言放送時刻が古いものほど
優先順位は高く決定される。
【００３４】現在送信権を獲得中のロボットと比較し
て、自身の方が優先順位が高いならば、該ロボットに対
して送信権の放棄を要求するメッセージを、上記通信手
段を使って送信し、要求が満たされた後、自身の送信用
超音波トランスデューサを作動させる(ステップ１３
７、１３８、１３２〜１３４)。逆の場合には、自身を
表わすデータを送信待ち行列に追加するとともに、その
旨のメッセージを放送する(ステップ１３９)。自身を表
わすデータを追加する位置は、自身の優先順位と現在送
信待ちのロボットのそれとの比較で決まる。したがっ
て、待ち行列の最後とは限らない。その後実行されるス
テップ１４０〜１４２は、図１２のステップ１２６〜１
２８と同じである。
て、自身の方が優先順位が高いならば、該ロボットに対
して送信権の放棄を要求するメッセージを、上記通信手
段を使って送信し、要求が満たされた後、自身の送信用
超音波トランスデューサを作動させる(ステップ１３
７、１３８、１３２〜１３４)。逆の場合には、自身を
表わすデータを送信待ち行列に追加するとともに、その
旨のメッセージを放送する(ステップ１３９)。自身を表
わすデータを追加する位置は、自身の優先順位と現在送
信待ちのロボットのそれとの比較で決まる。したがっ
て、待ち行列の最後とは限らない。その後実行されるス
テップ１４０〜１４２は、図１２のステップ１２６〜１
２８と同じである。
【００３５】８．重複測定の回避 図１４は、２つのロボットＲ１とＲ２の距離がdd以下に
なった場合を示す。この場合、２台の移動ロボットのう
ちの１台が他の移動ロボットの測定結果を利用すること
で、測定対象空間の共通部分の重複測定を回避できる可
能性がある。例えば、Ｒ１がまずs1〜s8の超音波送信権
を獲得した後、Ｒ２がs1〜s8の超音波送信権を獲得する
場合、通常、全部で１６回の測定が必要である。しか
し、図中の斜線の領域に何も物体がないとわかれば、Ｒ
１のs6とＲ２のs2での測定結果は同一となるので，Ｒ２
のs2を使う測定を省略することによって，測定回数を１
５回にすることができる。これは，移動ロボットの数が
３台以上になったときにも有効である。
なった場合を示す。この場合、２台の移動ロボットのう
ちの１台が他の移動ロボットの測定結果を利用すること
で、測定対象空間の共通部分の重複測定を回避できる可
能性がある。例えば、Ｒ１がまずs1〜s8の超音波送信権
を獲得した後、Ｒ２がs1〜s8の超音波送信権を獲得する
場合、通常、全部で１６回の測定が必要である。しか
し、図中の斜線の領域に何も物体がないとわかれば、Ｒ
１のs6とＲ２のs2での測定結果は同一となるので，Ｒ２
のs2を使う測定を省略することによって，測定回数を１
５回にすることができる。これは，移動ロボットの数が
３台以上になったときにも有効である。
【００３６】図１５は、重複測定を省略するための手順
を示す。まず、s1〜s8を使った測定結果のうち競合ロボ
ットの距離変数と一致するものがあるかを判断する(ス
テップ１５１)。図１４の例では、s6を使った測定結果
がＲ２の距離変数の値と一致する。そこで、Ｒ２に対し
て、Ｒ１のs6の超音波送信方向に障害物がない旨のメッ
セージを、上記無線通信手段を使って知らせる(ステッ
プ１５２)。Ｒ１のs6の超音波送信方向は、Ｒ１の自己
位置センサ４０で検知されるＲ１の進行方向から計算で
きる。メッセージを受けたＲ２は、自己位置センサ４０
で検知される自身の進行方向から、Ｒ１のs6と向き合う
送信用超音波トランスミッタ(s2)を割り出し、該トラン
スミッタへの測定要求パルスの出力を中止する。
を示す。まず、s1〜s8を使った測定結果のうち競合ロボ
ットの距離変数と一致するものがあるかを判断する(ス
テップ１５１)。図１４の例では、s6を使った測定結果
がＲ２の距離変数の値と一致する。そこで、Ｒ２に対し
て、Ｒ１のs6の超音波送信方向に障害物がない旨のメッ
セージを、上記無線通信手段を使って知らせる(ステッ
プ１５２)。Ｒ１のs6の超音波送信方向は、Ｒ１の自己
位置センサ４０で検知されるＲ１の進行方向から計算で
きる。メッセージを受けたＲ２は、自己位置センサ４０
で検知される自身の進行方向から、Ｒ１のs6と向き合う
送信用超音波トランスミッタ(s2)を割り出し、該トラン
スミッタへの測定要求パルスの出力を中止する。
【００３７】９．競合ロボットの同期による測定 競合ロボットが互いに超音波レンジ・センサの測定カウ
ンタ１８(図６)を同期させて動かすことにより、自分以
外のロボットの超音波レンジ・センサの発した超音波を
受信して距離測定を行うことができる。移動ロボット間
の同期機構の実現方法としては，通信の利用，外部同期
信号の利用などが考えられる。通信による同期を用いる
場合は，通信にかかる時間が正確にわかる必要がある。
これは利用する通信媒体や通信手順にもよるが，一般的
に精度を出すための機構は複雑になる。これに対して、
外部に設けた基準電波発射装置から同期信号を与えてや
れば，比較的簡単に移動ロボット間の同期をとることが
できる。超音波送信権を獲得していないロボットのプロ
セッサ９３で実行される同期測定プログラムは、超音波
送信権を獲得したロボットのセンサからの超音波の送信
に同期させて、自身の測定カウンタ１８をリセットし、
カウントを再スタートさせる。
ンタ１８(図６)を同期させて動かすことにより、自分以
外のロボットの超音波レンジ・センサの発した超音波を
受信して距離測定を行うことができる。移動ロボット間
の同期機構の実現方法としては，通信の利用，外部同期
信号の利用などが考えられる。通信による同期を用いる
場合は，通信にかかる時間が正確にわかる必要がある。
これは利用する通信媒体や通信手順にもよるが，一般的
に精度を出すための機構は複雑になる。これに対して、
外部に設けた基準電波発射装置から同期信号を与えてや
れば，比較的簡単に移動ロボット間の同期をとることが
できる。超音波送信権を獲得していないロボットのプロ
セッサ９３で実行される同期測定プログラムは、超音波
送信権を獲得したロボットのセンサからの超音波の送信
に同期させて、自身の測定カウンタ１８をリセットし、
カウントを再スタートさせる。
【００３８】図１６は、その間の距離がdmax以下である
移動ロボットＲ１とＲ２を示す。同図に示すように、Ｒ
１のs2が出した超音波パルスが物体O1で反射され，Ｒ２
のr6で受信されたとする．Ｒ２の測定カウンタは、同期
機構を用いて，Ｒ１のs2の超音波パルスが出る瞬間に動
き出すので、該パルスがr6に届くまでの時間を正確に計
ることができる。つまり，d1+d2の距離を測定できる。
Ｒ２の同期測定プログラムは、既に放送されたＲ１の位
置とその進行方向からＲ１のs2の位置を求める。物体O1
の位置は、Ｒ１のs2とＲ２のr6を焦点とした楕円の上に
ある。この原理にしたがい、該同期測定プログラムは、
Ｒ２のr6の指向性データを使って、物体O1の位置を計算
する。計算した物体O1の位置は、上記無線通信手段を使
って、Ｒ１等に放送される。Ｒ１は、自身の障害物変数
(図９には示さず)に、受信した値を代入する。
移動ロボットＲ１とＲ２を示す。同図に示すように、Ｒ
１のs2が出した超音波パルスが物体O1で反射され，Ｒ２
のr6で受信されたとする．Ｒ２の測定カウンタは、同期
機構を用いて，Ｒ１のs2の超音波パルスが出る瞬間に動
き出すので、該パルスがr6に届くまでの時間を正確に計
ることができる。つまり，d1+d2の距離を測定できる。
Ｒ２の同期測定プログラムは、既に放送されたＲ１の位
置とその進行方向からＲ１のs2の位置を求める。物体O1
の位置は、Ｒ１のs2とＲ２のr6を焦点とした楕円の上に
ある。この原理にしたがい、該同期測定プログラムは、
Ｒ２のr6の指向性データを使って、物体O1の位置を計算
する。計算した物体O1の位置は、上記無線通信手段を使
って、Ｒ１等に放送される。Ｒ１は、自身の障害物変数
(図９には示さず)に、受信した値を代入する。
【００３９】１０．複数移動ロボット・システム 前述の実施例は全ての移動ロボットが自分自身で他の移
動ロボットの位置及び超音波送信ステータスを監視して
測定対象空間の排他的送信を行なう分散型制御の例であ
った。しかしながら、そのような制御を集中的に行なう
方式も考えられる。図１７は、そのような集中制御が行
われる複数移動ロボット・システムを示す。ＣＣは中央
で集中制御を行なう中央制御装置であり、Ｒ１〜Ｒ４は
移動ロボットである。各ロボットの構成は、メモリの中
にロボット位置変数、ロボット距離変数、ステータス変
数、競合ロボット変数及び送信待ち行列が用意されない
点を除き、図９に示すものと同じである。各移動ロボッ
トはそれぞれＣＣとのみ無線を使ってデータ通信を行な
う。各移動ロボットは周期的に現在の自分の位置や自分
の周囲の障害物の情報をＣＣに報告する。ＣＣは、受信
したロボットや障害物の情報を周期的に放送する。
動ロボットの位置及び超音波送信ステータスを監視して
測定対象空間の排他的送信を行なう分散型制御の例であ
った。しかしながら、そのような制御を集中的に行なう
方式も考えられる。図１７は、そのような集中制御が行
われる複数移動ロボット・システムを示す。ＣＣは中央
で集中制御を行なう中央制御装置であり、Ｒ１〜Ｒ４は
移動ロボットである。各ロボットの構成は、メモリの中
にロボット位置変数、ロボット距離変数、ステータス変
数、競合ロボット変数及び送信待ち行列が用意されない
点を除き、図９に示すものと同じである。各移動ロボッ
トはそれぞれＣＣとのみ無線を使ってデータ通信を行な
う。各移動ロボットは周期的に現在の自分の位置や自分
の周囲の障害物の情報をＣＣに報告する。ＣＣは、受信
したロボットや障害物の情報を周期的に放送する。
【００４０】図１８は、中央制御装置ＣＣの構成を示
す。基本的な構成は、図９に即して説明した通りであ
る。例えば、電波送信器１８０、電波受信器１８１、イ
ンターフェース１８２及び通信制御プログラムを実行す
るプロセッサ１８３で構成される無線通信手段は、図９
の要素９０〜９３と同じように作動する。ただ、プロセ
ッサ１８３とバス１８５を介して結合されたメモリ１８
４に用意される、移動ロボット間での超音波レンジ・セ
ンサの干渉を回避するための変数が異なる。
す。基本的な構成は、図９に即して説明した通りであ
る。例えば、電波送信器１８０、電波受信器１８１、イ
ンターフェース１８２及び通信制御プログラムを実行す
るプロセッサ１８３で構成される無線通信手段は、図９
の要素９０〜９３と同じように作動する。ただ、プロセ
ッサ１８３とバス１８５を介して結合されたメモリ１８
４に用意される、移動ロボット間での超音波レンジ・セ
ンサの干渉を回避するための変数が異なる。
【００４１】まず、メモリ１８４には、各ロボットの位
置変数の他に、ロボットのペアごとに距離変数が用意さ
れる。移動ロボットの現在位置を受信する度に、当該ロ
ボットの位置変数が更新されるとともに、当該ロボット
を含むペアの距離が計算され、該当する距離変数が更新
される。メモリ１８４には各ロボットのモード変数が用
意される。ＣＣで実行されるモード管理プログラムは、
各ロボットの距離変数の値を監視し、図１１の基準にし
たがってモード変数を更新する。モード変数の変更があ
った旨のメッセージは、ＣＣから当該ロボットに対して
無線で送られる。当該ロボットは、それを受信して、自
身の持つモード変数を更新する。
置変数の他に、ロボットのペアごとに距離変数が用意さ
れる。移動ロボットの現在位置を受信する度に、当該ロ
ボットの位置変数が更新されるとともに、当該ロボット
を含むペアの距離が計算され、該当する距離変数が更新
される。メモリ１８４には各ロボットのモード変数が用
意される。ＣＣで実行されるモード管理プログラムは、
各ロボットの距離変数の値を監視し、図１１の基準にし
たがってモード変数を更新する。モード変数の変更があ
った旨のメッセージは、ＣＣから当該ロボットに対して
無線で送られる。当該ロボットは、それを受信して、自
身の持つモード変数を更新する。
【００４２】次にメモリ１８４には、すべての移動ロボ
ットの超音波送信ステータス変数が用意される。ＣＣ
は、後述するように、排他的送信モードにある移動ロボ
ットに対して超音波送信を承認する度に、当該移動ロボ
ットのステータス変数に超音波送信承認済であることを
示す値を代入する。また、超音波送信を承認した移動ロ
ボットから測定終了メッセージを受信する度に、該移動
ロボットのステータス変数に超音波送信未承認であるこ
とを示す値を代入する
ットの超音波送信ステータス変数が用意される。ＣＣ
は、後述するように、排他的送信モードにある移動ロボ
ットに対して超音波送信を承認する度に、当該移動ロボ
ットのステータス変数に超音波送信承認済であることを
示す値を代入する。また、超音波送信を承認した移動ロ
ボットから測定終了メッセージを受信する度に、該移動
ロボットのステータス変数に超音波送信未承認であるこ
とを示す値を代入する
【００４３】最後にメモリ１８４には、グループ変数が
用意される。ＣＣは、距離変数を監視することにより、
互いに競合するロボットのグループを識別する。そし
て、グループごとにそのメンバーのＩＤデータをグルー
プ変数に記憶する。送信待ち行列は、グループごとに形
成される。送信待ち行列はＣＣのみが持ち、ＣＣが管理
する。
用意される。ＣＣは、距離変数を監視することにより、
互いに競合するロボットのグループを識別する。そし
て、グループごとにそのメンバーのＩＤデータをグルー
プ変数に記憶する。送信待ち行列は、グループごとに形
成される。送信待ち行列はＣＣのみが持ち、ＣＣが管理
する。
【００４４】通常モードにある移動ロボットの超音波送
信制御は、「７．超音波送信制御」で説明した通りであ
る。図１９は、排他的送信モードにおける移動ロボット
の動作手順を示す。距離測定を行おうとする移動ロボッ
トは、ＣＣに対して、超音波送信要求メッセージを無線
で送る(ステップ１９１)。その後は、ＣＣから承認メッ
セージが届くのを待つだけである(ステップ１９２)。承
認メッセージを受信したならば、超音波レンジ・センサ
から超音波を送信して測定を行い、その後、測定終了を
ＣＣに無線で報告する(ステップ１９３、１９４)。
信制御は、「７．超音波送信制御」で説明した通りであ
る。図１９は、排他的送信モードにおける移動ロボット
の動作手順を示す。距離測定を行おうとする移動ロボッ
トは、ＣＣに対して、超音波送信要求メッセージを無線
で送る(ステップ１９１)。その後は、ＣＣから承認メッ
セージが届くのを待つだけである(ステップ１９２)。承
認メッセージを受信したならば、超音波レンジ・センサ
から超音波を送信して測定を行い、その後、測定終了を
ＣＣに無線で報告する(ステップ１９３、１９４)。
【００４５】承認要求を受けたＣＣは、同じグループに
属する他の移動ロボットのステータス変数を参照し、承
認の可否を判断する。図１３の例で説明したように、移
動ロボットに与えられる優先順位を加味して判断してよ
い。承認されなかった移動ロボットを送信待ち行列に加
えること、同じグループに属する移動ロボットから測定
終了メッセージを受け取る度に送信待ち行列を１つ進め
ることは、図１２のステップ１２５〜１２８と同様であ
る。
属する他の移動ロボットのステータス変数を参照し、承
認の可否を判断する。図１３の例で説明したように、移
動ロボットに与えられる優先順位を加味して判断してよ
い。承認されなかった移動ロボットを送信待ち行列に加
えること、同じグループに属する移動ロボットから測定
終了メッセージを受け取る度に送信待ち行列を１つ進め
ることは、図１２のステップ１２５〜１２８と同様であ
る。
【００４６】１１．変形例 上記実施例には、さまざまな修正を加えることが可能で
ある。例えば、特殊な環境では、超音波トランスデュー
サは、移動ロボットの前方にだけ備えられていてもよ
い。その場合、移動ロボット同士の間で超音波センサの
干渉が生じ得るかを判断するためには、それらの位置デ
ータに加えて、現在の進行方向のデータを加味して判断
する。
ある。例えば、特殊な環境では、超音波トランスデュー
サは、移動ロボットの前方にだけ備えられていてもよ
い。その場合、移動ロボット同士の間で超音波センサの
干渉が生じ得るかを判断するためには、それらの位置デ
ータに加えて、現在の進行方向のデータを加味して判断
する。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同じエネルギー波を用いる能動型センサを搭載した移動
機械が近接して共存することができる。
同じエネルギー波を用いる能動型センサを搭載した移動
機械が近接して共存することができる。
【図１】超音波レンジ・センサの構成の１例を示す図で
ある。
ある。
【図２】レーザ・レンジ・ファインダの構成例を示す図
である。
である。
【図３】超音波レンジ・センサの干渉を説明する図であ
る。
る。
【図４】自律移動ロボットの基本的構成の１例を示す図
である。
である。
【図５】自己位置センサの１例を示す図である。
【図６】超音波レンジ・センサの構成の他の例を示す図
である。
である。
【図７】超音波レンジ・センサのトランスデューサの配
置例を示す図である。
置例を示す図である。
【図８】超音波レンジ・センサで検知できる距離範囲の
説明図である。
説明図である。
【図９】移動ロボットの構成例を示す図である。
【図１０】通信制御手順の１例を示す流れ図である。
【図１１】超音波送信モードの遷移図である。
【図１２】排他的送信モードにおける超音波送信手順の
１例を示す流れ図である。
１例を示す流れ図である。
【図１３】排他的送信モードにおける超音波送信手順の
他の例を示す流れ図である。
他の例を示す流れ図である。
【図１４】近接して共存する２つの移動ロボットを示す
図である。
図である。
【図１５】重複測定を回避するための手順を示す流れ図
である。
である。
【図１６】競合ロボットの同期による測定を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図１７】複数移動ロボット・システムの１例を示す図
である。
である。
【図１８】中央制御装置の構成例を示す図である。
【図１９】中央制御装置を持つ複数移動ロボット・シス
テムにおける、排他的送信モードにある移動ロボットの
超音波送信手順の例を示す図である。
テムにおける、排他的送信モードにある移動ロボットの
超音波送信手順の例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 繁樹 東京都千代田区三番町５−19 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究 所内 (72)発明者 浅香 俊一 東京都千代田区三番町５−19 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究 所内 (56)参考文献 特開 昭63−73303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−122607（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−73299（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】エネルギー波を送信し、物体からの反射を
受信する能動型センサを備えた移動機械であって、(ａ)
自身の位置データを発生する手段と、(ｂ)他の移動機械
と位置データの通信を行う手段と、(ｃ)自身の位置デー
タ及び他の移動機械の位置データに基づいて、自身との
間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械の有無
を判断する手段と、(ｄ)上記判断結果に応じて、自身か
らのエネルギー波送信モードを切り替える手段を含み、
自身との間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機
械があると判断された場合には、該他の移動機械のエネ
ルギー波送信ステータスを参照して自身からのエネルギ
ー波送信の可否を判断することを特徴とする移動機械。 - 【請求項２】請求項１記載の移動機械であって、自身と
の間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械がな
いと判断された場合には、他の移動機械のエネルギー波
送信ステータスにかかわりなく自身からエネルギー波を
送信することを特徴とする移動機械。 - 【請求項３】請求項１記載の移動機械であって、上記手
段(ｂ)は、自身の位置データを放送する手段と、放送さ
れた他の移動機械の位置データを受信して記憶する手段
を含むことを特徴とする移動機械。 - 【請求項４】請求項１記載の移動機械であって、さらに
自身と上記他の移動機械の間の空間での物体の有無を判
断する手段と、上記他の移動機械に対して上記空間での
物体の不存在を知らせる手段と、上記他の移動機械から
上記空間での物体の不存在を知らされたことに応答し
て、上記他の移動機械の方向へのエネルギー波送信を中
止する手段を含むことを特徴とする移動機械。 - 【請求項５】エネルギー波を送信し、物体からの反射を
受信する能動型センサを備えた移動機械であって、(ａ)
自身の位置データを発生する手段と、(ｂ)他の移動機械
と位置データの通信を行う手段と、(ｃ)自身の位置デー
タ及び他の移動機械の位置データに基づいて、自身との
間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械を認識
する手段と、(ｄ)自身のエネルギー波送信ステータスに
関するメッセージを放送する手段と、(ｅ)上記認識され
た移動機械のエネルギー波送信ステータスを記憶する手
段と、(ｆ)上記認識された移動機械が放送したエネルギ
ー波送信ステータスに関するメッセージを受信して、当
該移動機械のエネルギー波送信ステータスの記憶を更新
する手段と、(ｇ)上記認識された移動機械のエネルギー
波送信ステータスの記憶を参照して、自身からのエネル
ギー波送信の可否を判断する手段を含む、移動機械。 - 【請求項６】請求項５記載の移動機械であって、エネル
ギー波送信ステータスに関するメッセージは、エネルギ
ー波送信権獲得宣言又はエネルギー波送信権放棄宣言で
あることを特徴とする、移動機械。 - 【請求項７】請求項６記載の移動機械であって、さら
に、(ｈ)自身からのエネルギー波の送信が否決されたこ
とに応答して、自身を表わすデータを送信待ち行列に追
加し、かつその旨のメッセージを放送する手段と、(ｉ)
上記認識された移動機械が放送したエネルギー波送信権
放棄宣言又は送信待ち行列に関するメッセージを受信し
て、自身の持つ送信待ち行列を更新する手段を含むこと
を特徴とする、移動機械。 - 【請求項８】請求項６記載の移動機械であって、上記能
動型センサは、エネルギー波送信から受信までの時間測
定手段を具備し、測定結果に基づいて物体までの距離を
計算するレンジ・センサであり、エネルギー波送信権未
獲得の移動機械の時間測定手段が、送信権獲得済の移動
機械からのエネルギー波の送信と同期して作動し、上記
移動機械間をエネルギー波が伝わる時間の測定結果を用
いて、エネルギー波を反射した物体の位置を計算するこ
とを特徴とする、移動機械。 - 【請求項９】請求項５記載の移動機械であって、上記手
段(ｄ)、手段(ｅ)、手段(ｆ)及び手段(ｇ)は、自身との
間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械が認識
されたことに応答して活動し、自身との間で能動型セン
サの干渉が生じ得る他の移動機械が認識されないことに
応答して活動を停止することを特徴とする移動機械。 - 【請求項１０】エネルギー波を送信し、物体からの反射
を受信する能動型センサを備えた移動機械の制御方法で
あって、(ａ)上記移動機械の位置データを発生し、(ｂ)
他の移動機械と位置データの通信を行い、(ｃ)上記移動
機械の位置データ及び他の移動機械の位置データに基づ
いて、上記移動機械との間で能動型センサの干渉が生じ
得る他の移動機械の有無を判断し、(ｄ)上記移動機械と
の間で能動型センサの干渉が生じ得る他の移動機械がな
いと判断された場合には、他の移動機械のエネルギー波
送信ステータスにかかわりなく上記移動機械からエネル
ギー波を送信し、(ｅ)上記移動機械との間で能動型セン
サの干渉が生じ得る他の移動機械があると判断された場
合には、該他の移動機械のエネルギー波送信ステータス
を参照して上記移動機械からのエネルギー波送信の可否
を判断するステップを含む、移動機械の制御方法。 - 【請求項１１】各々がエネルギー波を送信し物体からの
反射を受信する能動型センサを備えた複数の移動機械及
び中央制御装置からなる複数移動機械システムであっ
て、(ａ)各移動機械に設けられた、当該移動機械の位置
データを発生する手段と、(ｂ)各移動機械に設けられ
た、位置データ送信手段と、(ｃ)中央制御装置に設けら
れた、位置データ受信手段と、(ｄ)中央制御装置に設け
られた、各移動機械の位置データに基づいて移動機械同
士の距離を計算する手段と、(ｅ)中央制御装置に設けら
れた、互いの間で能動型センサの干渉が生じ得る複数の
移動機械を含むグループを認識する手段と、(ｆ)中央制
御装置に設けられた、上記グループに属する移動機械か
らのエネルギー波の送信の可否を、同じグループに属す
る他の移動機械のエネルギー波送信ステータスを参照し
て判断する手段を含む、複数移動機械システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335556A JP2589901B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 能動型センサを備えた移動機械 |
| US07/968,096 US5315517A (en) | 1991-11-26 | 1992-10-29 | Machine with an active sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335556A JP2589901B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 能動型センサを備えた移動機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05158533A JPH05158533A (ja) | 1993-06-25 |
| JP2589901B2 true JP2589901B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=18289905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3335556A Expired - Lifetime JP2589901B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 能動型センサを備えた移動機械 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5315517A (ja) |
| JP (1) | JP2589901B2 (ja) |
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| DE19754782A1 (de) | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Cit Alcatel | Verfahren zur Beschaffung von Instruktionen bezüglich eines Zielteilnehmers in einem Telekommunikationsnetz und Knotenpunkte hierfür |
| JP2002522773A (ja) * | 1998-08-06 | 2002-07-23 | フオルクスヴアーゲン アクチエンゲゼルシヤフト | 例えば自動車の駐車支援装置として、対象物を検出するための方法および装置 |
| WO2002033498A2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Automated guided vehicle, operation control system and method for the same, and automotive vehicle |
| US7100725B2 (en) | 2002-08-30 | 2006-09-05 | Aethon | Robotic cart pulling vehicle |
| CA2625885C (en) | 2005-10-14 | 2016-09-13 | Aethon, Inc. | Robotic ordering and delivery system software and methods |
| KR100783422B1 (ko) * | 2006-02-03 | 2007-12-07 | 현대자동차주식회사 | 무인 운반 차량 운전 시스템 및 그 제어방법 |
| JP5124864B2 (ja) * | 2006-06-07 | 2013-01-23 | 本田技研工業株式会社 | 光学装置および移動装置 |
| EP2045624A1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ultrasonic distance sensor and robot cleaner using the same |
| JP5035802B2 (ja) * | 2007-12-04 | 2012-09-26 | 本田技研工業株式会社 | ロボットおよびタスク実行システム |
| US8915692B2 (en) * | 2008-02-21 | 2014-12-23 | Harvest Automation, Inc. | Adaptable container handling system |
| US20110301757A1 (en) * | 2008-02-21 | 2011-12-08 | Harvest Automation, Inc. | Adaptable container handling robot with boundary sensing subsystem |
| JP4577422B2 (ja) * | 2008-07-14 | 2010-11-10 | ソニー株式会社 | 情報処理システム及び情報処理方法、ロボットの制御システム及び制御方法、並びコンピュータ・プログラム |
| WO2012141601A2 (en) | 2011-04-11 | 2012-10-18 | Crown Equipment Limited | Method and apparatus for efficient scheduling for multiple automated non-holonomic vehicles using a coordinated path planner |
| US20140058634A1 (en) | 2012-08-24 | 2014-02-27 | Crown Equipment Limited | Method and apparatus for using unique landmarks to locate industrial vehicles at start-up |
| US9147173B2 (en) | 2011-10-31 | 2015-09-29 | Harvest Automation, Inc. | Methods and systems for automated transportation of items between variable endpoints |
| US8676425B2 (en) | 2011-11-02 | 2014-03-18 | Harvest Automation, Inc. | Methods and systems for maintenance and other processing of container-grown plants using autonomous mobile robots |
| US8937410B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-01-20 | Harvest Automation, Inc. | Emergency stop method and system for autonomous mobile robots |
| CN105816102B (zh) * | 2015-01-06 | 2019-01-18 | 江苏美的清洁电器股份有限公司 | 家庭机器人和家庭机器人的控制方法 |
| JP6880552B2 (ja) * | 2016-02-10 | 2021-06-02 | 村田機械株式会社 | 自律移動体システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882694A (en) * | 1985-08-30 | 1989-11-21 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus for visually locating and communicating with mobile robots |
| US4940925A (en) * | 1985-08-30 | 1990-07-10 | Texas Instruments Incorporated | Closed-loop navigation system for mobile robots |
| US4815840A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-28 | Benayad Cherif Faycal E K | Position locating system for a vehicle |
| US5179329A (en) * | 1989-04-25 | 1993-01-12 | Shinko Electric Co., Ltd. | Travel control method, travel control device, and mobile robot for mobile robot systems |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP3335556A patent/JP2589901B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-10-29 US US07/968,096 patent/US5315517A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5315517A (en) | 1994-05-24 |
| JPH05158533A (ja) | 1993-06-25 |
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