JP3474372B2

JP3474372B2 - センサ・システム

Info

Publication number: JP3474372B2
Application number: JP27175996A
Authority: JP
Inventors: 一淺間; 早人嘉悦; 昭二鈴木; 義和新井; 信哉琴坂; 勲遠藤
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JPH09171599A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ・システム
に関し、さらに詳細には、複数の移動ロボットが作業を
行う環境（以下、こうした複数の移動ロボットが作業を
行う環境を「マルチ移動ロボット環境」と称す。）下に
おいて、移動ロボットと移動ロボットとの衝突や移動ロ
ボットと障害物との衝突などを回避するためのセンサ・
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、移動ロボットの行う作業として
は、建物内の清掃や荷物運搬などのように、複数の移動
ロボットが作業を分担することにより、効率よく処理す
ることができるものが多い。

【０００３】ところで、複数の移動ロボットが作業を行
うマルチ移動ロボット環境下において、それぞれの移動
ロボットが作業を効率よくすすめるためには、他の移動
ロボットや障害物との衝突を回避しながら各移動ロボッ
トの移動が行われ、各移動ロボットがそれぞれ作業をす
すめる必要がある。

【０００４】ここで、移動ロボット同士の衝突回避を実
現するためには、まず、地理的に近い移動ロボット同士
が、互いにその存在を検出することが可能であることが
必要となる。そして、こうした検出を行うことを可能と
した上で、各移動ロボットそれぞれが、衝突回避行動を
決定するために有効な情報（各移動ロボットの進行方向
や速度などの移動に関する情報）を獲得できる必要があ
る。

【０００５】従来、上記したような検出や情報の獲得手
段としては、主にセンサや通信が用いられていた。

【０００６】まず、センサを用いた場合には、移動ロボ
ットの存在を検出することは容易に可能であるが、検出
した移動ロボットの移動に関する情報を獲得することは
極めて困難であるという問題点があった。即ち、センサ
を用いた場合において、センサにより検出した移動ロボ
ットの移動に関する情報を獲得するには、画像処理技術
などを用いてセンサにより検出した移動ロボットの移動
状態を解析処理する必要があるが、こうした画像処理技
術を用いた解析処理を、移動ロボット同士の衝突回避の
際に実用上十分なほど高速で行うことは極めて困難であ
った。

【０００７】また、超音波などを利用した能動型のセン
サを用いることも提案されているが、こうしたセンサに
おいては、センサ同士が干渉するという問題点があっ
た。

【０００８】このため、移動ロボット同士の検出および
各移動ロボットの移動に関する情報の獲得には、センサ
よりも通信を用いた方が容易であると考えられており、
無線通信を利用して各移動ロボットの位置や通路の使用
予定などの情報を交換することにより、移動ロボット同
士の衝突を回避する方法が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無線通
信は通信範囲が広い大域的な通信であるため、移動ロボ
ットの数が増加するにしたがって、通信負荷が増大して
いくという問題点があった。

【００１０】本発明は、従来の技術の有する上記したよ
うな種々の問題点に鑑みてなされたものであり、移動ロ
ボット間の衝突が、マルチ移動ロボット環境下の一部の
移動ロボット同士の間、つまり地理的に近い関係にある
移動ロボット同士が引き起こすものであることを勘案
し、移動ロボット同士の衝突回避のための情報交換に適
している局所的な通信を行うことのできるセンサ・シス
テムを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるセンサ・システムは、複数の移動ロボ
ットが作業を行うマルチ移動ロボット環境下における、
移動ロボット間の衝突ならびに移動ロボットと障害物と
の衝突を回避するためのセンサ・システムにおいて、複
数の移動ロボットのそれぞれについて上記移動ロボット
の中心周りに複数個搭載され、赤外線により送信データ
を送信する赤外線送信手段と、複数の移動ロボットのそ
れぞれについて上記移動ロボットの中心周りに複数個搭
載され、上記赤外線送信手段によって送信された送信デ
ータを受信する赤外線受信手段と、上記赤外線送信手段
によって送信される送信データに、各赤外線送信手段を
搭載した各移動ロボットを示す移動ロボット識別情報
と、各赤外線送信手段を搭載した各移動ロボットの移動
の方向を示す移動方向識別情報と、各赤外線送信手段を
搭載した各移動ロボットの移動の速さを示す移動速度識
別情報とを含ませる送信情報作成手段と、上記赤外線受
信手段が受信した送信データから、移動ロボット識別情
報と移動方向識別情報と移動速度識別情報とを得る受信
情報抽出手段とを有するようにしたものである。また、
本発明によるセンサ・システムは、複数の移動ロボット
が作業を行うマルチ移動ロボット環境下における、移動
ロボット間の衝突ならびに移動ロボットと障害物との衝
突を回避するためのセンサ・システムにおいて、複数の
移動ロボットにそれぞれ搭載され、赤外線により送信デ
ータを送信する赤外線送信手段と、複数の移動ロボット
にそれぞれ搭載され、上記赤外線送信手段によって送信
された送信データを受信する赤外線受信手段と、上記赤
外線送信手段によって送信される送信データに、各赤外
線送信手段を搭載した各移動ロボットを示す移動ロボッ
ト識別情報を含ませる送信情報作成手段と、上記赤外線
受信手段が受信した送信データから移動ロボット識別情
報を得る受信情報抽出手段とを有し、送信データを２値
化して１ビットを一定幅のパルスのＯＮ／ＯＦＦで表
し、上記パルスの前後に同じパルス幅のパルスを付加
し、１ビットを３つのパルスにより表すこととし、上記
３つのパルスの中で、１番目のパルスはＯＮのパルスを
用いてデータ受信の同期パルスとし、２番目のパルスは
送信データの内容を示すデータ・パルスとして、「１」
のときはＯＮのパルスを用いるとともに「０」のときは
ＯＦＦのパルスを用い、３番目のパルスはＯＦＦのパル
スを用いて干渉検出パルスとするようにしたものであ
る。

【００１２】即ち、本発明によるセンサ・システムにお
いては、赤外線通信を用いて、移動ロボットと障害物と
の存在を検出するとともに局所的な通信を行うことを可
能としたものである。赤外線は発光強度を変化させるこ
とによって到達範囲を一定の距離に限ることができ、容
易に局所的な通信を実現することができるものであり、
本発明は、この点に着目してなされたものである。

【００１３】従って、本発明のセンサ・システムによれ
ば、赤外線通信により局所的な通信を行うため、移動ロ
ボット同士は、少ない通信負荷により必要最小限の相手
に対して移動に関する情報交換を行うことが可能とな
る。

【００１４】なお、従来より、特定用途向けに開発され
た移動ロボット用の赤外線通信システムが提案されてい
るが、いずれも移動ロボット同士や移動ロボットと障害
物との衝突を回避するための検出や通信に適用すること
ができるものではなかった。例えば、環境の中から通信
すべき相手を見つけ出すために、指向性を持った通信機
を回転させる赤外線通信システムが提案されているが、
こうした赤外線通信システムにおいては、指向性を持っ
た通信機を回転させる機構を備えているために、短時間
で広い範囲の検出を行う必要がある衝突回避に応用する
には適していないものであった。

【００１５】また、赤外線通信においては干渉の発生が
問題となるが、従来の赤外線通信システムにおいてはこ
うした干渉の発生への対処がなされていないが、本発明
によるセンサ・システムにおいては、干渉の検出も行う
ことが可能となされている。以下に、本発明によるセン
サ・システムにおいて、赤外線通信を用いて移動ロボッ
トと障害物との存在を検出し、移動ロボットの移動に関
する情報を獲得することができる原理および干渉検出の
原理を説明する。

【００１６】１．赤外線通信を利用した移動ロボットと
障害物との検出の原理図１には、本発明によるセンサ・システムを備えた移動
ロボットの概念構成図が示されており、図１において符
号１０は移動ロボットであり、この移動ロボット１０
は、全体の動作の制御を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１
２ａと、ＣＰＵ１２ａが実行するプログラムやプログラ
ムの処理に必要なデータなどを記憶するリード・オンリ
・メモリ（ＲＯＭ）１２ｂと、ＣＰＵ１２ａのワーキン
グ・エリアとしてのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）１２ｃとなどから構成される制御部１２によって、
駆動源１４の制御を行い、ローラー１６を任意の方向に
回転あるいは停止させることにより、任意の方向への移
動あるい停止が行われるものである。

【００１７】そして、この移動ロボット１０には、赤外
線送信手段として赤外線の発光素子１８が搭載されると
ともに、赤外線受信手段として赤外線の受光素子２０が
搭載されている。これら発光素子１８と受光素子２０と
は、光軸の方向が一致するように配置する。また、発光
素子１８は、赤外線を床面２２に対して一定の高さで平
行に発光可能なように配置される。

【００１８】以下、こうした一対の発光素子と受光素子
とにより構成される赤外線の送受信の基本単位を、「送
受信ユニット」と適宜称することとする。即ち、図１に
おいては、発光素子１８と受光素子２０とにより、送受
信ユニット２４が構成されている。

【００１９】そして、送受信ユニット２４の通信可能な
範囲は、発光素子１８の赤外線の発光強度、受光素子２
０の受信感度ならびに発光素子１８および受光素子１４
の指向性によって決定されることになる。

【００２０】ここで、マルチ移動ロボット環境下におけ
る全ての移動ロボット１０が、上記した送受信ユニット
２４を備えるものとし、各移動ロボット１０には、移動
ロボット識別情報としてそれぞれ一意の識別番号を付与
する。以下、本明細書においては、この識別番号を「ロ
ボット識別番号」と称することとする。

【００２１】制御部１２は、上記したように駆動源１４
の制御手段として機能するが、送信情報作成手段として
も機能させ、各移動ロボット１０の送受信ユニット２４
の発光素子１８が、常に自分のロボット識別番号を示す
情報をのせた赤外線を発光するように制御する。また、
制御部１２は受信情報抽出手段としても機能させ、受光
素子２０により受信される赤外線にのせられたロボット
識別番号を示す情報を抽出して、ロボット識別番号を得
るように制御する。

【００２２】従って、移動ロボット１０は、発光素子１
８により常に自分のロボット識別番号を送信しながら、
かつ同時に受光素子２０により受信される赤外線にのせ
られたロボット識別番号のチェックを行いつつ移動する
ことになる。

【００２３】このとき、移動ロボット１０は、図２
（ａ）（ｂ）に示すように、受信した赤外線からロボッ
ト識別番号を認識することにより、他の移動ロボット１
０’と障害物３０との存在を検出することができる。

【００２４】即ち、通信可能な範囲内に自分（移動ロボ
ット１０）とは異なる別の移動ロボット（移動ロボット
１０’）が存在する場合には、自分（移動ロボット１
０）の送受信ユニット２４の受光素子２０により自分
（移動ロボット１０）とは異なるロボット識別番号（移
動ロボット１０’の送受信ユニット２４’の発光素子か
ら送信されたロボット識別番号）が受信されるために、
この自分（移動ロボット１０）とは異なるロボット識別
番号（移動ロボット１０’のロボット識別番号）を認識
することにより、自分（移動ロボット１０）とは異なる
移動ロボット（移動ロボット１０’）の存在を検出する
ことができる（図２（ａ））。

【００２５】また、通信可能な範囲内に障害物３０が存
在する場合には、自分（移動ロボット１０）の送受信ユ
ニット２４の発光素子１８が送信した赤外線が障害物３
０に反射して戻ってくることから、自分（移動ロボット
１０）の送受信ユニット２４の受光素子２０が自分（移
動ロボット１０）自身のロボット識別番号を受信するよ
うになるので、このことにより障害物３０の検出が可能
となる（図２（ｂ））。

【００２６】なお、上記において自分とは異なる移動ロ
ボットや障害物の存在を検出するための方法を説明する
にあたっては、理解を容易にするために、自分とは異な
る移動ロボットや障害物が単数の場合に関して説明した
が、上記と同様にして、自分とは異なる複数の移動ロボ
ットや障害物の存在を検出する場合に拡張することがで
きるのは勿論である。

【００２７】ところで、移動ロボットおよび障害物の検
出が可能な範囲は、送受信ユニット２４の通信可能な範
囲により決定されるため、送受信ユニット２４の指向性
を考慮して各移動ロボットに対して送受信ユニット２４
を複数配置すると、各移動ロボットの全方位にわたる移
動ロボットおよび障害物の検出が可能となる。

【００２８】ここで、各移動ロボットに配置される各送
受信ユニット２４に、各移動ロボットの移動に関する移
動情報として、各移動ロボットの移動の方向を示す移動
方向識別情報および移動の速さを示す移動速度識別情報
を、一意の番号により与えるようにする。この番号を定
めるにあたって、移動方向識別情報については、例え
ば、送受信ユニット２４の光軸の方向と移動ロボットの
進行方向とのなす角に応じて定めるようにし、この番号
を本明細書においては「方向識別番号」と称することと
する。また、移動速度識別情報については、例えば、移
動ロボットの移動速度０〜３０［ｃｍ／ｓ］に対して、
１０［ｃｍ／ｓ］ごとに０〜３の番号を与えることと
し、この番号を本明細書においては「速度識別番号」と
称することとする。

【００２９】この場合に、送信情報作成手段として機能
する制御部１２は、各移動ロボット１０の送受信ユニッ
ト２４の発光素子１８を、常に自分のロボット識別番号
とともに方向識別番号および速度識別番号を示す情報を
のせた赤外線を発光するように制御する。また、受信情
報抽出手段として機能する制御部１２は、受光素子２０
により受信される赤外線にのせられたロボット識別番
号、方向識別番号および速度識別番号を示す情報を抽出
して、ロボット識別番号を得る。

【００３０】従って、移動ロボット１０は、発光素子１
８により常に自分のロボット識別番号、方向識別番号お
よび速度識別番号を送信しながら、かつ同時に受光素子
２０により受信される赤外線にのせられたロボット識別
番号、方向識別番号および速度識別番号のチェックを行
いつつ移動することになる。

【００３１】このとき、移動ロボット１０は、図２に示
すように、受信した赤外線からロボット識別番号を認識
することにより、他の移動ロボット１０’と障害物３０
との存在を検出することができるとともに、受信した赤
外線から方向識別番号および速度識別番号を認識するこ
とにより、通信を行った移動ロボット同士（移動ロボッ
ト１０と移動ロボット１０’）は、お互いの進行方向お
よび速度の関係を認識することができるようになる。

【００３２】即ち、受信側の移動ロボットが相手のロボ
ット識別番号とともに得た方向識別番号と受信を行った
送受信ユニットに対する方向識別番号との組み合わせ
は、移動ロボット同士の進行方向の組み合わせと一対一
に対応することになる。こうして得られた移動ロボット
の進行方向および速度の情報は、移動ロボット同士が近
付きつつあるのか、あるいは遠ざかりつつあるのか、ま
た、それはどのくらいの速度であるのかを判断するため
の情報となり、それぞれの移動ロボットが衝突を回避す
る行動を決定する上で有効な情報となる。

【００３３】２．干渉検出の原理例えば、３台以上の移動ロボットが狭い範囲に密集した
場合には、各移動ロボットの発光素子１８が送信した赤
外線が干渉し、通信が行えない恐れがある。このとき
に、上記した赤外線の干渉を検出することができれば、
各移動ロボットは、自分以外の他の２台以上の移動ロボ
ットが自分の近くに存在することを検出することができ
る。

【００３４】本発明においては、赤外線の干渉を検出す
るために、送信データの符号化を提供する。

【００３５】即ち、本発明においては、図３（ａ）
（ｂ）に示すように、移動ロボット識別情報としてのロ
ボット識別番号や、移動方向識別情報としての方向識別
番号などの送信データを２値化し、１ビットを一定幅の
パルスのＯＮ／ＯＦＦで表すこととする。このパルスの
前後に同じパルス幅のパルスを付加し、１ビットを３つ
のパルスにより表すこととする。

【００３６】これら３つのパルスの中で、１番目のパル
スはＯＮのパルスを用いて、データ受信の同期パルスと
する。そして、２番目のパルスは送信データの内容を示
すデータ・パルスであり、「１」のときはＯＮのパルス
を用い、「０」のときはＯＦＦのパルスを用いる。３番
目のパルスはＯＦＦのパルスを用い、この３番目のパル
スを干渉検出パルスとして用いる。そして、送信データ
の受信は、周期的に現れる同期パルス、データ・パル
ス、干渉検出パルスを観測することにより行うものであ
る。

【００３７】干渉が発生した場合には、受信側ではそれ
ぞれの送信データが重なり合った信号が観測されること
になるが、このときに、一つの送信データ（送信データ
１）に含まれる同期パルスは、別の送信データ（送信デ
ータ２）の干渉検出パルスと重なるようになる（図４参
照）。

【００３８】従って、この同期パルスと干渉検出パルス
との重なる区間を観測することにより、干渉の発生を検
出することができる。

【００３９】

【実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら、本発
明によるセンサ・システムの実施の形態の一例を説明す
るものとする。

【００４０】１．送受信ユニットの詳細な構成まず、始めに、図１および図２を参照しながら説明した
送受信ユニット２４に関して、詳細に説明するものとす
る。

【００４１】ところで、赤外線による通信においては、
太陽光や照明などの外光が雑音となることが知られてい
る。

【００４２】従って、こうした雑音に対処するために、
送受信ユニット２４においては、３８ＫＨｚの周波数で
変調した赤外線を伝送媒体として用いるようになされて
いる。

【００４３】なお、この３８ＫＨｚの周波数で変調した
赤外線を伝送媒体として用いる方法は、テレビなどの赤
外線リモコンにも用いられており、専用の素子も市販さ
れている。特に、市販されているテレビなどの赤外線リ
モコン用の受光素子の中には、予め３８ＫＨｚの帯域通
過フィルタや増幅アンプなどが組み込まれており、受信
回路を簡単に構成することができるようになされてい
る。従って、こうした市販の受光素子を送受信ユニット
２４における受光素子１８として使用することにより、
送受信ユニット２４を製造する際のコスト低減を図るこ
とができるようになる。

【００４４】また、送受信ユニット２４の発光素子２０
としては、例えば、赤外発光ダイオードを用いることが
でき、赤外発光ダイオードの発光の制御のためには、例
えば、図５に示す回路を用いることができる。

【００４５】図５に示す回路において、赤外発光ダイオ
ード３２の発光強度は、図５中の抵抗Ｒ３の値により変
化させることができるものであり、この実施の形態にお
いては、赤外発光ダイオード３２から送信される赤外線
の到達距離が１．２メートルとなるように調整した。な
お、この赤外線の到達距離は、送受信ユニット２４を搭
載する移動ロボット１０の移動速度を考慮して決定する
ことが好ましい。ちなみに、この実施の形態において
は、移動ロボット１０の移動速度は、０．３ｍ／ｓとな
るように設定した。

【００４６】２．センサ・システム全体の構成この実施の形態においては、コスト低減の観点からなる
べく少ない数の送受信ユニット２４により、移動ロボッ
ト１０の全方向の検出を行うために、送受信ユニット２
４を構成する発光素子１８と受光素子２０とは、およそ
４５度の指向性を持つように設定した。

【００４７】従って、図６に示すように、移動ロボット
１０上に８個の送受信ユニット２４を、移動ロボット１
０の進行方向に関して、移動ロボット１０の中心Ｏ周り
に４５度の角度で等間隔に配置することにより、送受信
ユニット２４の検出範囲を移動ロボット１０の全方位
（３６０度）に設定することができる。

【００４８】なお、各送受信ユニット２４の発光素子１
８から送信する方向識別番号は、それぞれ図６に示すよ
うに、移動ロボット１０の進行方向に位置する送受信ユ
ニット２４に常にＮｏ．０（０番）が割り当てられるよ
うにし、順次反時計回り方向にＮｏ．１乃至Ｎｏ．７が
割り当てられるものとする。

【００４９】そして、送受信ユニット２４から送信され
る送信データは、この実施の形態においては、各移動ロ
ボットにそれぞれ与えられたロボット識別番号と、各移
動ロボットにそれぞれ８個ずつ搭載された各送受信ユニ
ット２４にそれぞれ与えられた方向識別番号とする。

【００５０】ここで、送信データの符号化は、上記した
「課題を解決するための手段」の項の「２．干渉検出の
原理」において説明した方法で行う。

【００５１】即ち、ロボット識別番号と方向識別番号と
の送信データを２値化し、１ビットを一定幅のパルスの
ＯＮ／ＯＦＦで表すようにしたものであり、このパルス
の前後に同じパルス幅のパルスを付加し、１ビットを３
つのパルスにより表す。

【００５２】そして、これら３つのパルスの中で、１番
目のパルスはＯＮのパルスを用いてデータ受信の同期パ
ルスとし、２番目のパルスは送信データの内容を示すデ
ータ・パルスとするものであり、「１」のときはＯＮの
パルスを用い、「０」のときはＯＦＦのパルスを用い、
３番目のパルスはＯＦＦのパルスを用い、この３番目の
パルスを干渉検出パルスとして用いる（図３（ａ）
（ｂ）参照）。

【００５３】ただし、受信側でデータの区切りを明確に
区別することができるようにするために、図７に示すよ
うに、ヘッダを付加したフレームを形成するようにし
た。そして、符号化された送信データは、図５に示す回
路のオペアンプにより変調され、赤外発光ダイオード３
２により送信される。

【００５４】ここで、送信データの符号化と受信信号の
解析とは、処理内容を柔軟に変更することができるよう
に、ソフトウェアのプログラム制御により行うようにし
た。即ち、本発明の原理を説明するために図１として提
示した、本発明によるセンサ・システムを備えた移動ロ
ボットの概念構成図に示す例においては、制御部１２の
ＲＯＭ１２ｂに記憶されたプログラムに従って制御部１
２のＣＰＵ１２ａが動作し、発光素子１８により送信さ
れる送信データの符号化と受光素子２０により受信され
た受信信号の解析との処理を行うことになる。

【００５５】なお、図１に示す例のように、単一の制御
部１２により送信データの符号化と受信信号の解析との
処理を行うとともに、移動ロボット１０の制御を行う構
成に限られることなしに、図６に示すように８個の送受
信ユニット２４を用いた場合には、以下に示すような構
成としてもよい。

【００５６】即ち、送受信ユニット２４の制御部（以
下、「送受信ユニット用制御部」と称する。）と移動ロ
ボット１０の制御部（以下、「移動ロボット用制御部」
と称する。）とをそれぞれ設けるようにしてもよい。

【００５７】例えば、図８に示すように、一つの送受信
ユニット用制御部４０により２個の送受信ユニット２４
の制御を行うようにし、従って、８個の送受信ユニット
を４個の送受信ユニット制御部４０により制御するよう
にする。また、移動ロボット１０の制御用として、移動
ロボット用制御部４２が設けられている。

【００５８】次に、制御部１２あるいは送受信ユニット
用制御部４０および移動ロボット用制御部４２において
実行される衝突回避制御の一例を説明する。

【００５９】なお、発光素子１８からは、ロボット識別
番号、図６に示す方向識別番号および速度識別番号が送
信されるものとし、センサ・システムの８組の送受信ユ
ニット１０の中で、同時に送信データを受信することが
できるのは、１組だけであるものとする。即ち、障害物
および移動ロボットは、同時には一方向にしか存在しな
いものとする。

【００６０】図９には、衝突の典型的なパターンに対す
る、送信データを利用した衝突回避制御の方法が示され
ている。図９に示す衝突回避の制御の方法は、ルールＡ
乃至ルールＥの５つのルールにより構成されており、こ
のルールに基づいて衝突回避が実行される。

【００６１】以下に、図９を参照しながら５つのルール
を詳細に説明するが、図９において上段が、送受信ユニ
ット２４の受光素子２０によって検出された移動ロボッ
トのの進行方向を含む位置関係を示し、図９において下
段が、衝突回避のルールを示す。

【００６２】即ち、・ルールＡ＝双方の移動ロボットとも軌道変更する。

【００６３】・ルールＢ＝一方の移動ロボットが軌道変
更し、一方の移動ロボットが停止する。

【００６４】・ルールＣ＝相手の移動ロボットが、自分
の前方に自分と同じ方向に進んでいる場合は並進する。

【００６５】・ルールＤ＝一方の移動ロボットが回避不
要であり、一方の移動ロボットが停止する。

【００６６】・ルールＥ＝双方の移動ロボットとも回避
不要である。とする。

【００６７】なお、上記した衝突回避ルールにおいて、
ルールＢおよびルールＤについて、どちらが停止するか
については、予め優先度を与えておくこととする。

【００６８】この発明の実施の形態においては、上記し
たように１台の移動ロボットに搭載されるセンサ・シス
テムには８個の送受信ユニットが設けられているので、
１台の移動ロボットに搭載されるセンサ・システムに対
して８方向の入力があることになるから、移動ロボット
同士の位置関係は６４通りとなる。これら６４通りの全
てのパターンに対して、上記した軌道変更、停止、並進
および回避不要の形でルールＡ乃至ルールＥに示す適切
なルールを適用する。

【００６９】図１０には、上記のようにして作成したル
ール・マトリクスが示されており、この図１０に示すル
ール・マトリクスにおいては、行方向に送信データを受
信した送受信ユニットの方向識別番号をとり、列方向に
受信した相手の移動ロボットの方向識別番号をとって、
各要素として図９で示した衝突回避ルール（ルールＡ乃
至ルールＥ）を表す。

【００７０】なお、相手が障害物や停止している移動ロ
ボットである場合には、図９のルールＤを適用すること
により、衝突回避を実現することが可能となる。

【００７１】以下に、上記した衝突回避ルールの有効性
を確認するために、所謂、３輪操舵型移動ロボットに衝
突回避ルールを実装し、衝突回避の実験を行った結果を
示す。

【００７２】ここで、移動ロボットは予め目的地の座標
を与えられているものとし、１台の移動ロボットに搭載
された８個の送受信ユニットのいずれにも何の受信もな
い場合には、常に目的地に向かって移動するものとす
る。そして、送信データの受信があった場合には、移動
ロボットは、受信したロボット識別番号が自分自信のロ
ボット識別番号であれば、障害物に対する衝突回避を実
行し、受信したロボット識別番号が他の移動ロボットの
ロボット識別番号であれば、移動ロボットに対する衝突
回避を実行する。

【００７３】まず、１台の移動ロボットと障害物との衝
突回避の実験結果について説明することとし、この実験
においては、移動ロボットの目的地を３ｍ前方とし、そ
の間に障害物を配置した。

【００７４】上記した実験の実験結果を、図１１に示す
が、この実験結果は、移動ロボットの位置を５ｓｅｃ間
隔で記録し、それを移動ロボットの軌跡としてプロット
した図である。左側からスタートした移動ロボットが障
害物を検出し、右に軌道変更し、衝突回避を行ってい
る。

【００７５】次に、２台の移動ロボット間の衝突回避の
実験結果について説明するが、この実験においては、そ
れぞれの移動ロボットの目的地を２．５ｍ前方とし、そ
の間でそれぞれ直角に衝突するように配置した。

【００７６】上記した実験の実験結果を、図１２に示す
が、これは、図１１と同様に、移動ロボットの位置を５
ｓｅｃ間隔で記録し、それを移動ロボットの軌跡として
プロットした図である。図１２において、移動ロボット
１は移動ロボット２を認識し、移動ロボット２の方が優
先度が低いので停止することを考慮して、左に軌道変更
し、衝突回避行動を続ける。移動ロボット２は移動ロボ
ット１を認識して停止し、移動ロボット１が通過した
後、目的地に向かう。このことから、相手の行動を考慮
した衝突回避が実現できていることがわかる。

【００７７】また、上記した本発明による赤外線通信に
よるセンサ・システムの基本的な性能を、（ａ）通信可能範囲の測定（ｂ）障害物検出範囲の測定の２項目について実験した結果を、以下に説明する。

【００７８】なお、送信データとしては、ロボット認識
番号、方向識別番号および速度識別番号を８ビットで表
現し符号化したものを用いた。

【００７９】まず、通信可能範囲の測定について説明す
ると、上記したように１台の移動ロボットに８個の送受
信ユニットを搭載したセンサ・システムを固定し、この
センサ・システムとは別に１個の送受信ユニットを用意
する。そして、この１個の送受信ユニットを動かしなが
ら、受信データの観測を行い、通信可能範囲を測定し
た。

【００８０】なお、通信可能範囲は、連続して受信した
１０個のデータが１０個とも送信データと等しい領域と
した。

【００８１】固定したセンサ・システム中のある１個の
送受信ユニットの通信可能範囲の測定結果を図１３
（ａ）に示すものであり、図１３（ａ）中におけるプロ
ットは、通信範囲の境界を示す。また、本発明によるセ
ンサ・システムの通信可能範囲を、図１０（ｂ）に示
す。

【００８２】実験の結果、本発明によるセンサ・システ
ムは、約１００ｃｍから１２０ｃｍの距離で全方位（３
６０度）の範囲で受信可能であることが確認された。

【００８３】従って、この範囲に同じセンサ・システム
を持つ別の移動ロボットが近付けば、ロボット識別番号
を認識することにより、その移動ロボットの存在を知る
ことができる。

【００８４】次に、障害物の検出範囲の測定について説
明すると、上記した通信範囲の測定と同様に、移動ロボ
ットに８個の送受信ユニットを搭載したセンサ・システ
ムを固定し、送受信ユニットの代わりに障害物を動かす
ことにより、障害物の検出範囲を測定した。

【００８５】障害物としてはＡ４サイズの白紙を用い、
これを送受信ユニットに正対させながら移動した。

【００８６】ここで、送信データと同じデータが受信さ
れれば、発光素子１８から出射された赤外線が障害物に
反射して戻ってきたものと考えられ、障害物の検出を行
うことができる。

【００８７】なお、通信範囲の測定と同様に、連続して
受信した１０個のデータを送信データと比較し、１００
％同じデータが受信できる範囲を観測した。

【００８８】固定したセンサ・システム中のある１個の
送受信ユニットの障害物検出範囲を図１４（ａ）に示す
ものであり、図１４（ａ）中におけるプロットは、障害
物検出範囲の境界を示す。また、本発明によるセンサ・
システムの障害物検出範囲を、図１４（ｂ）に示す。

【００８９】実験の結果、約４０ｃｍから６０ｃｍの距
離であれば、どの方向に存在する障害物も認識すること
ができ、このセンサ・システムが近接センサとして利用
可能であることが確認された。

【００９０】なお、通信可能範囲に比べて障害物検出範
囲が狭いのは、障害物に反射された赤外線が、送受信ユ
ニット２４の発光素子１８から直接的に出射される赤外
線に比べて弱いためであると考えられる。

【００９１】このように、障害物の検出範囲は、他の移
動ロボットからの赤外線に比べて障害物からの反射が弱
いため、移動ロボットの検出範囲に比べて狭い。しかし
ながら、このことにより、移動ロボットを検出する際
に、自分の出した赤外線が相手の移動ロボットに反射し
て、相手の移動ロボットからの送信と干渉することが避
けられる。その結果、障害物の検出と移動ロボットとの
検出とを行うことが可能となる。

【００９２】即ち、マルチ移動ロボット環境において衝
突を回避するためには、（ａ）静止した障害物の検出（ｂ）移動する障害物の検出（ｃ）他の移動ロボットの検出が必要になる。本発明によるセンサ・システムは、これ
らの中で静止した障害物の検出と他の移動ロボットの検
出とを行うことができる。

【００９３】従って、本発明によるセンサ・システムを
用いることにより、移動ロボットの衝突回避のための情
報獲得能力を大きく向上させることができる。

【００９４】特に、移動する障害物の検出手段を組み合
わせることにより、衝突回避に必要な全ての情報獲得を
行うことが可能となる。

【００９５】なお、上記した実施の形態において、ハー
ドウェアに依存するパラメータを変化させて、送信され
る赤外線の信号強度を変化させることにより、通信可能
範囲、障害物検出範囲ならびに干渉検出範囲を変化させ
ることが可能である。

【００９６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、移動ロボットの衝突回避のために、赤外線
通信を利用して移動ロボットと障害物との検出を行うこ
とが可能となるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセンサ・システムを備えた移動ロ
ボットの概念構成図である。

【図２】受信した赤外線からロボット識別番号を認識す
ることにより、他の移動ロボットと障害物との存在を検
出する原理を説明するための概念図であり、（ａ）は他
の移動ロボットの存在を検出する場合を示し、（ｂ）は
障害物の存在を検出する場合を示す。

【図３】送信データの符号化の方法を示す説明図であ
り、（ａ）はデータが「０」の場合を示し、（ｂ）はデ
ータが「１」の場合を示す。

【図４】送信データの干渉の検出の原理を示す説明図で
ある。

【図５】送受信ユニットの発光素子として赤外発光ダイ
オードを用いた場合における、赤外発光ダイオードの発
光の制御のための回路である。

【図６】移動ロボット上における送受信ユニットの配置
ならびに方向識別番号を示す説明図である。

【図７】ヘッダを付加した送信データを示す説明図であ
る。

【図８】送受信ユニットの制御系の構成を示すブロック
構成図である。

【図９】衝突の典型的なパターンに対する衝突回避ルー
ルを示す表である。

【図１０】ルール・マトリクスを示す表である。

【図１１】１台の移動ロボットと障害物との衝突回避の
実験結果を示すグラフである。

【図１２】２台の移動ロボット間の衝突回避の実験結果
を示すグラフである。

【図１３】通信可能範囲の測定の実験結果を示し、
（ａ）は固定したセンサ・システム中のある１個の送受
信ユニットの通信可能範囲の測定結果を示し、（ｂ）は
センサ・システムの通信可能範囲の測定結果を示す。

【図１４】障害物の検出範囲の測定の実験結果を示し、
（ａ）は固定したセンサ・システム中のある１個の送受
信ユニットの障害物検出範囲を示し、（ｂ）はセンサ・
システムの障害物検出範囲を示す。

【符号の説明】

１０移動ロボット１０’ 移動ロボット１２制御部１２ａＣＰＵ１２ｂＲＯＭ１２ｃＲＡＭ１４駆動源１６ローラー１８発光素子２０受光素子２２床面２４送受信ユニット２４’ 送受信ユニット３０障害物３２赤外発光ダイオード４０送受信ユニット用制御部４２移動ロボット用制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/22 (72)発明者琴坂信哉東京都練馬区東大泉１−21−16 (72)発明者遠藤勲埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内 (56)参考文献特開平６−149368（ＪＰ，Ａ) 特開平７−116981（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−150710（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−243710（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08C 23/04 G05D 1/02 H04B 10/00 H04B 10/10 H04B 10/105 H04B 10/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の移動ロボットが作業を行うマルチ
移動ロボット環境下における、移動ロボット間の衝突な
らびに移動ロボットと障害物との衝突を回避するための
センサ・システムにおいて、複数の移動ロボットのそれぞれについて前記移動ロボッ
トの中心周りに複数個搭載され、赤外線により送信デー
タを送信する赤外線送信手段と、複数の移動ロボットのそれぞれについて前記移動ロボッ
トの中心周りに複数個搭載され、前記赤外線送信手段に
よって送信された送信データを受信する赤外線受信手段
と、前記赤外線送信手段によって送信される送信データに、
各赤外線送信手段を搭載した各移動ロボットを示す移動
ロボット識別情報と、各赤外線送信手段を搭載した各移
動ロボットの移動の方向を示す移動方向識別情報と、各
赤外線送信手段を搭載した各移動ロボットの移動の速さ
を示す移動速度識別情報とを常に含ませる送信情報作成
手段と、前記赤外線受信手段が受信した送信データから、移動ロ
ボット識別情報と移動方向識別情報と移動速度識別情報
とを得る受信情報抽出手段とを有することを特徴とする
センサ・システム。
【請求項２】複数の移動ロボットが作業を行うマルチ
移動ロボット環境下における、移動ロボット間の衝突な
らびに移動ロボットと障害物との衝突を回避するための
センサ・システムにおいて、複数の移動ロボットにそれぞれ搭載され、赤外線により
送信データを送信する赤外線送信手段と、複数の移動ロボットにそれぞれ搭載され、前記赤外線送
信手段によって送信された送信データを受信する赤外線
受信手段と、前記赤外線送信手段によって送信される送信データに、
各赤外線送信手段を搭載した各移動ロボットを示す移動
ロボット識別情報を含ませる送信情報作成手段と、前記赤外線受信手段が受信した送信データから移動ロボ
ット識別情報を得る受信情報抽出手段とを有し、送信データを２値化して１ビットを一定幅のパルスのＯ
Ｎ／ＯＦＦで表し、前記パルスの前後に同じパルス幅の
パルスを付加し、１ビットを３つのパルスにより表すこ
ととし、前記３つのパルスの中で、１番目のパルスはＯＮのパル
スを用いてデータ受信の同期パルスとし、２番目のパル
スは送信データの内容を示すデータ・パルスとして、
「１」のときはＯＮのパルスを用いるとともに「０」の
ときはＯＦＦのパルスを用い、３番目のパルスはＯＦＦ
のパルスを用いて干渉検出パルスとすることを特徴とす
るセンサ・システム。
【請求項３】請求項２に記載のセンサ・システムにお
いて、前記送信情報作成手段は、前記赤外線送信手段によって
送信される送信データに、各赤外線送信手段を搭載した
各移動ロボットを示す移動ロボット識別情報と各赤外線
送信手段を搭載した各移動ロボットの移動に関する移動
情報とを含ませ、前記受信情報抽出手段は、前記赤外線受信手段が受信し
た送信データから、移動ロボット識別情報と移動情報と
を得ることを特徴とするセンサ・システム。
【請求項４】請求項３に記載のセンサ・システムにお
いて、前記移動情報は、各赤外線送信手段を搭載した各移動ロ
ボットの移動の方向を示す移動方向識別情報および移動
の速さを示す移動速度識別情報であることを特徴とする
センサ・システム。