JP2933247B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、個々は単純な移動機能
程度しか持たないロボットが多数集まり群として動作す
ることにより種々の新規な機能を発揮することを可能と
した可変形態のロボット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなロボット装置の１つの研究開
発の方向としては、可能な限り機能を削減した単機能ロ
ボットを群として編成し、これらのロボットを所望の形
態に集合化することによって、１つの機能体として成り
たたせる技術が重要である。たとえば、単眼だけを持っ
た数多くのロボットを所望の形態に集合させることによ
りトンボの眼のような複眼集合体を形成したり、２本の
脚だけを持ったロボットを集合させることで、走破性能
に優れたムカデ脚を形成することができる。これらを、
従来のように個々のロボットに対して逐次必要な指令を
すべて与えることで達成しようとすると、ロボットの数
が多くなると、通信データ量が膨大となり、指示信号の
生成や通信能力の制約で実現がほとんど不可能となるこ
とが予想される。

【０００３】複数のロボットが群として行動することに
より、多彩な作業を実現するマルチロボットシステムの
概念は、すでに提唱されている（たとえば福田、“ＳＥ
Ｒ（セルフ・エボリューション・ロボット）とは何
か”、日本ロボット学会第７回学術講演会予稿集、ｐ
ｐ．４０７−４０８，１９８９、小鍛冶、“フラクタル
ロボット”、日本ロボット学会第７回学術講演会予稿
集、ｐｐ．４１９−４２０、福田、中川、“動的再構成
可能ロボットシステムに関する研究”、日本機械学会論
文集（Ｃ編）、第５６巻、第５０９号、ｐｐ．１１４−
１１８，１９８９、他）。このような先行技術におい
て、複数のロボットに協調して動作させようとする場
合、単純に考えると、前述のようにロボットを統括する
演算処理装置において、それぞれのロボットのとるべき
行動（たとえば位置、速度）を逐一計算し、それぞれの
ロボットに指令する、という構成が考えられる。この場
合、ロボットの数が多くなると、計算量が膨大となり、
また、通信する相手が増えることから、通信のためのチ
ャンネルが確保できなくなり、通信に膨大な時間がかか
る、といったことにより、個々のロボットへの指令の間
隔が長くなって必要な動作速度が確保できないなどの問
題を生じる。これに対し、指令の頻度を下げ、通信量を
削減するために個々のロボットを知能化することも考え
られるが、そのようにすると、個々のロボットがどのよ
うな動作をすればよいかが新たな問題となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、ロボッ
ト群の行動を制御しようとする場合、個々のロボットの
動作を逐一指令していたのでは統括する演算処理装置の
演算の負担、通信の負担が大きくなり、現実的な速度で
実現できる動作に大きな制約を受ける。

【０００５】本発明の目的は、演算および通信の負担を
軽減して、複数のロボットの全体として目標の群形態を
実現するようにしたロボット装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、３以上のロボ
ットと、ロボットに共通のロボットの群形態を指示する
指示信号を与える統括制御手段とを含み、各ロボット
は、走行するための走行手段と、統括制御手段からの指
示信号を受信する受信手段と、他のロボットによって検
出されて識別されるための被検出手段と、他のロボット
の被検出手段を検出して識別する検出手段と、受信手段
によって受信された指示信号に応答し、検出手段によっ
て検出される他のロボットとともに指示信号の表わす群
形態を形成するように走行手段を制御する個別制御手段
とを含むことを特徴とするロボット装置である。

【０００７】

【作用】本発明に従えば、３以上のロボットに統括制御
手段からロボットの群形態を指示する指示信号を与え、
各ロボットの受信手段においてその指示信号を受信する
ことによって、各ロボットでは、検出手段によって検出
される他のロボットの被検出手段に基づいて、前記指示
信号の表わす群形態を形成するように、走行手段を個別
制御手段によって制御し、これによって各ロボットは単
純な機能、たとえば移動、さらにはロボット相互の結合
などの機能しか有しなくても、群としてロボットが行動
することによって、新しい機能が付与されることにな
る。各ロボットの行動は、統括制御手段からの詳細な動
作指令にはよらずに、そのロボットの群形態を指示する
指示信号に応答して単純な行動規範の下で自律的に動作
することによって、群としての動作を実現することがで
きる。このような統括制御手段からの前記指示信号によ
る動作の指令は、各ロボットに逐一与えるのではなく、
どのようなロボットの群形態を達成するかを、一斉に全
てのロボットに知らせることによって群形態の実現を行
うことができる。これによって多数のロボットに対する
動作指令の生成および通信の負担を大幅に減じて、いわ
ばマルチロボットシステムを実現することができるよう
になる。このように各ロボット自身が自己の行動を決め
て動作することによって、統括制御手段による演算量お
よび通信量の削減を図ることができる。したがって本発
明では、各ロボットと統括制御手段は、その全てのロボ
ットを識別した通信は行わず、一斉に同一の指示信号を
全てのロボットに伝え、各ロボットは、その指示信号に
対応した行動規範の下で動作し、群として所定の形態に
なる。このように各ロボットに個別的に動作指令を統括
制御手段から与えるのではなく、目標の形態に達するた
めに個々のロボットが取るべき動作を行動規範の形で統
括制御手段から指示する。たとえば、全てのロボットに
対して、「最も近くの他の１台のロボットの背後に一定
距離を保て（または相互に結合せよ）」というロボット
の群形態を指示する指示信号を与えると、ロボットは適
当な初期配置の下では、あるいはまたそのような初期配
置にかかわらず、ロボットは最終的に１列に並ぶことに
なる。こうして統括制御手段による各ロボットへの指示
の簡略化を図ることができるようになる。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の構成を簡
略化して示す斜視図である。３以上のロボットＲ１，Ｒ
２，Ｒ３，…は、それらに共通な統括制御手段１からの
指示信号に応答し、列２を成して整列し、帯状となって
たとえば不整地踏破を行うことができるロボット装置が
実現され、あるいはまた参照符３で示すように行列状
に、すなわち網状の形態となって、たとえば太陽電池パ
ネルの形成を行うことができるようになる。参照符Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３，…を総括的に参照符Ｒで示すことがあ
る。

【０００９】図２は、ロボットＲの斜視図である。ロボ
ット本体４には、走行するための車輪などとその車輪を
駆動するモータなどを備えた走行手段５が備えられる。
このロボット本体４はたとえば、立方体または直方体状
に形成され、追従面６と被追従面７とを有する。さらに
このロボット本体４の上部には、被検出手段８が備えら
れる。被検出手段８は、他のロボットＲによって検出さ
れて識別するための構成を有し、たとえば発光ダイオー
ドなどのように光を四方に発生する構成であってもよ
く、あるいはまた光学的に検出することができるように
するための識別マークなどが描かれた構成を有していて
もよい。このロボット本体４には、このロボットの被検
出手段８を検出して識別するための検出手段９が設けら
れる。この検出手段９は、検出手段８の上方に設けら
れ、たとえば、その鉛直軸線まわりに角変位可能であ
り、四方にわたって、他のロボットの被検出手段８の検
出を行うことができる。このような検出手段９は、たと
えばテレビカメラなどの光学的な構成によって実現する
こともまた可能である。追従面６に臨んで設けられる追
従用センサ１１は、自分自身から他のロボットに接近し
て行ったロボットの被追従面７の位置を知らせる働きを
する。また被追従用センサ１２は他のロボットが被追従
面７に追従して来たことを検出する働きをする。ロボッ
ト本体４には通信用のアンテナ１３が備えられる。

【００１０】図３は、統括制御手段１とロボットＲとの
構成をそれぞれ示すブロック図である。統括制御手段１
において、マイクロコンピュータなどによって実現され
る処理回路１４には、マン・マシン・インタフェイス１
５が接続され、たとえば操作者がロボットＲの群形態を
指示入力することができる。処理回路１４は、マン・マ
シン・インタフェイス１５の出力に応答して、そのロボ
ットＲの群形態を指示する指示信号を導出し、送受信を
行う通信回路１６に与え、その指示信号をアンテナ１９
から送出する。

【００１１】このような処理回路１４、したがって通信
回路１６を経てアンテナ１３から送出される信号には、
図４に示されるように群形態を指示する前述の指示信号
１７の他に、それらのロボットＲが群形態を形成した後
に、その群としての行動を指示するもう１つの指示信号
１８が含まれる。このような各信号１７，１８は、全て
のロボットＲにおいて受信される。

【００１２】ロボットＲでは、アンテナ１３によって受
信された指示信号は、送受信を行う通信回路２０によっ
て受信され、マイクロコンピュータなどによって実現さ
れる処理回路２１に与えられる。各センサ１１，１２の
出力は処理回路２１に与えられ、また検出手段９からの
検出出力は処理回路２１に与えられる。処理回路２１か
らの被検出手段８を能動化または不能動化をするための
信号が発生される。さらにまた走行手段５には、そのロ
ボットＲが走行すべき方位および速度などを表わす信号
が与えられて走行手段５が制御される。

【００１３】図５は、処理回路２１の動作を説明するた
めのフローチャートである。統括制御手段１から、ロボ
ットの群形態である１列に整列すべきであることを指示
する指示信号１７が送出されると、ステップｎ１におい
て、その指示信号は通信回路２０において受信され、次
のステップｎ２では、その指示信号が指示する複数の群
形態のうちの１つの選択を行い、次のステップｎ３で
は、被制御手段８を能動化して、たとえばこの被検出手
段８が発光ダイオードなどであるときには、ロボット４
を識別するための能動化された点滅光または色が相互に
異なる光を発生する。

【００１４】ステップｎ４では、検出手段９によって他
のロボットＲの検出動作が行われ、ステップｎ５では、
最寄のロボットを決定することができるかどうかを判断
する。たとえばロボットＲ２では、それに最も近い位置
にあるロボットＲ１に備えられている被検出手段８を検
出し、そのロボットＲ１が最寄のロボットであるものと
決定する。ステップｎ６では、自己のロボットＲ２の被
追従面７に他のロボットＲ３が追従し、そのことが被追
従用センサ１２によって検出されたかどうかが判断さ
れ、追従して来た他のロボットＲ３が存在するときに
は、被検出手段８をステップｎ７で不能動化する。ステ
ップｎ８では、ロボットＲ２の被追従面７に追従して来
た他のロボットＲ３があるとき、またはそのようなロボ
ットＲ３が存在しないとき、次のステップｎ８に移り、
自己のロボットＲ２が接近して追従すべき他のロボット
Ｒ１への接近移動走行を行う。ステップｎ９において、
自己のロボットＲ２が他のロボットＲ１に接近したこと
が判断されると、ステップｎ１０では、相手のロボット
Ｒ１の被追従面７を探索し、その相手のロボットＲ１の
被追従面７が発見されると、次のステップｎ１２では、
自己のロボットＲ２の追従面６を、相手のロボットＲ１
の被追従面７にごく接近させ、あるいはまた連結手段な
どによって結合する。このような相手ロボットＲ１の被
追従面７の探索を行い、この発見および追従動作は、追
従用センサ１１の出力に応答して行う。ステップｎ１３
において相手のロボットＲ３によって自己のロボットＲ
２に追従されたことが検出されると、ステップｎ１４で
は、被検出手段である標識８をステップｎ１４で不能動
化する。

【００１５】前述のステップｎ５において自己のロボッ
ト、たとえばこの場合Ｒ１であって、最寄のロボットの
決定が行われないときには、ステップｎ１５に移り、そ
の最寄のロボットの決定のために費やした時間が、予め
定めた時間たとえば１秒程度以上、経過したものとステ
ップｎ１５において判断されると、次のステップｎ１６
では、自己のロボットＲ１に追従している他のロボット
Ｒ２，Ｒ３などがあるかどうかが判断される。ステップ
ｎ１６において自己のロボットＲ１に追従しているロボ
ットが存在するときには、ステップｎ１７に移り、１列
に整列するというロボットＲの群形態が完了したものと
判断して、そのことを処理回路２１から通信回路２０の
送信回路によってアンテナ１３から信号を送出し、この
信号は、総括制御手段１におけるアンテナ１９から送信
回路１６の受信回路において検出され、処理回路１４に
与えられる。そこで処理回路１４は、１列に整列された
群形態となっているロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３，…の群
としての行動を指示する指示信号１８を全てのロボット
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…に送出する。ステップｎ５，ｎ１
５，ｎ１６，ｎ１７の動作を行ったロボットＲ１では、
そのロボットＲ１が先頭であることが、処理回路２１に
おいて判断されており、こうして先頭であるものと判断
されているロボットＲ１では、指示信号１８（前述の図
４参照）を受信したとき、群としての行動を行って、先
頭としての処理を行う。

【００１６】このような群としての行動を指示する指示
信号１８に応答して動作を行うロボットＲは、前述のよ
うに図５のステップｎ５，ｎ１５，ｎ１６，ｎ１７によ
ってその都度決定されてもよいけれども、他の実施例と
して、そのような群としての行動の指令を与えるロボッ
トは予め定められており、このような予め定められたロ
ボットのみとの総括制御手段１による指令によって、群
としての行動を行うようにしてもよい。

【００１７】こうして群としての行動のためには、上述
の図１〜図５の実施例のように、形態に応じて、偶然に
先頭の位置についたロボットＲ１が、自身がその先頭で
ある要の役であることを認識し、たとえば縦１列に並ぶ
ことが指示されているなら、自己のロボットＲ１の前に
他のロボットがいないロボットが先頭のロボットという
ことになり、その先頭のロボットＲ１が総括制御手段１
と通信をする。こうして先頭の位置にあるロボットＲ１
であるかどうかの判断基準は、行動規範に対応して予め
決めておく。また他の実施例として、前述のように、予
め代表とする要のロボットを決めておき、その要のロボ
ットとの間で総括制御手段１が指示、報告の通信を行う
ようにし、他のロボットは、それまでと同じ行動規範の
下で動作するようにしてもよい。

【００１８】また本発明の他の実施例として図６（１）
に簡略化して示されるように、３以上のロボットＲ１，
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，…が初期に散在している状態で、群
形態が帯状であることを総括制御手段１によって指示し
たときには図６（２）で示されるように帯状の群形態と
なり、また群形態が輪状であることを指示したときに
は、図６（３）のような輪状の群形態となり、さらにま
た網状になるように指示したときには図６（４）のよう
に網状の群形態となる。このようなロボットＲ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４，…は、相互の連結結合のための手段を
有していることが好ましく、たとえばロボットＲ１の結
合手段は参照符２３で示されており、このことはその他
のロボットに関しても同様である。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、３以上の
ロボットは、それらのロボットに共通の統括制御手段か
らの指示信号を受信し、検出手段によって検出される他
のロボットとともに、指示信号を表わす群形態を形成す
るように制御手段を制御するようにしたので、統括制御
手段の演算量および通信量の大幅な削減を図ることがで
きるようになり、通信の簡素化を図ることができ、また
統括制御手段は、その群形態を指示する指示信号を発生
すればよいので、各ロボットの指令の簡素化を図ること
ができるようになる。こうして各ロボットは、自分の近
傍のロボットのたとえば位置および速度程度の認識能力
しか持たず、また各ロボットは自分の近傍のロボットに
対して距離と姿勢を保つように移動することができるよ
うにし、各ロボットは、前記指示信号を受信し、この指
示信号に矛盾しないように、自分自身の距離のロボット
だけのたとえば距離と姿勢を保ちつつ走行して移動する
構成とすればよく、各ロボットの構成を同一とし、した
がってメンテナンスが容易になるという効果もまた、達
成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のロボットＲの群形態を説明
するための斜視図である。

【図２】ロボットＲの斜視図である。

【図３】統括制御手段１およびロボットＲの電気的構成
を示すブロック図である。

【図４】統括制御手段１４からロボットＲに送出される
信号の構成を示す図である。

【図５】ロボットＲの処理回路２１の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図６】本発明の他の実施例の群形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 統括制御手段 ２ 帯状群形態 ３ 網状群形態 ４ ロボット本体 ５ 走行手段 ６ 追従面 ７ 被追従面 ８ 被検出手段 ９ 検出手段 １１ 追従用センサ １２ 被追従用センサ Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ ロボット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室井 信義 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (56)参考文献 実開 昭62−14506（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02 B25J 5/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３以上のロボットと、 ロボットに共通のロボットの群形態を指示する指示信号
   を与える統括制御手段とを含み、 各ロボットは、 走行するための走行手段と、 統括制御手段からの指示信号を受信する受信手段と、 他のロボットによって検出されて識別されるための被検
   出手段と、 他のロボットの被検出手段を検出して識別する検出手段
   と、 受信手段によって受信された指示信号に応答し、検出手
   段によって検出される他のロボットとともに指示信号の
   表わす群形態を形成するように走行手段を制御する個別
   制御手段とを含むことを特徴とするロボット装置。