JP5470516B2 - Radio communication apparatus for operating mobile unit, communication control program, and mobile unit - Google Patents
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この発明は、移動体操作用無線通信装置および通信制御プログラムならびに移動体に関し、特にたとえば、移動ロボット操作用無線通信装置および通信制御プログラムならびに移動ロボットに関する。 The present invention relates to a radio communication device for operating a mobile unit, a communication control program, and a mobile unit, and more particularly to a radio communication device for operating a mobile robot, a communication control program, and a mobile robot.
一般に、ロボットや無人搬送機、電動カートなどの移動体を遠隔操作する場合、オペレータによって操作される遠隔操作装置と移動体との間で常に接続状態を維持していないと、安全な遠隔操作は困難となる。無線リンクを通じた遠隔操作では、一定以上の通信品質、すなわち低遅延かつ低エラー率で要求されたスルーレートを上回る常時接続を維持し続けることが求められる。 In general, when a mobile unit such as a robot, an automatic guided machine, or an electric cart is remotely controlled, a safe remote control is not possible unless the connection between the remote control device operated by the operator and the mobile unit is always maintained. It becomes difficult. In remote operation through a wireless link, it is required to maintain a constant connection exceeding the required slew rate with a certain communication quality, that is, a low delay and a low error rate.
一方、移動体の移動範囲を広げるために、ネットワークに複数のアクセスポイント(AP)を設けて通信可能な範囲を拡張する方法が一般的にとられている。しかし、この方法では、移動によって現在通信を行なっているAPの通信可能領域を離れ、隣接する別のAPに再接続を行なうハンドオーバ時に、一時的に遅延やエラーが増加して常時接続を維持し続けることが困難になる状況がしばしば発生する。特に、入り組んだ構造となっている屋内を一定の速度で移動する場合、通常は受信信号強度を基にハンドオーバを行うため、ハンドオーバが終了しないうちに急激な受信状況の悪化が起こることで、元のAPとの接続が切れてしまう例が多い。 On the other hand, in order to widen the moving range of a moving body, a method of extending a communicable range by providing a plurality of access points (AP) in a network is generally taken. However, in this method, when the handover is performed by leaving the communicable area of the AP that is currently communicating by moving and reconnecting to another adjacent AP, the delay and error temporarily increase, and the always-on connection is maintained. There are often situations where it is difficult to continue. In particular, when moving indoors at an intricate structure at a constant speed, usually the handover is performed based on the received signal strength. There are many examples in which the connection with the AP is disconnected.
これを防ぐ方法としては、移動によりハンドオーバが必要となったときに備えて、周辺のAPの制御情報、たとえば接続に必要なパラメータや高速な再接続を可能にする送信タイミングなどの情報(隣接APへの接続情報)を、事前に移動体に通知しておく方法が従来から知られている。たとえば、特許文献1には、携帯電話システムにおいて、携帯電話に対し、現在接続中のAP(基地局)から隣接AP(セル)の制御情報を送っておく方法が開示されている。
しかし、無線LANなどの自律分散的なシステムでは一般に、隣接APの制御情報を一元的に収集、管理および通知する機能は実装されていない場合が多い。また、特許文献1のシステムでも、電波を通しにくい壁で仕切られた屋内環境や、屋外でも建物が林立する場所では、セルが複雑にオーバーラップしており、地理的な位置関係からだけでは、隣接セルを容易に特定することができない。また、セル間に十分なオーバーラップが存在しないこともある。
However, an autonomous distributed system such as a wireless LAN generally does not have a function for collecting, managing and notifying control information of neighboring APs centrally. Moreover, even in the system of
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、移動体操作用無線通信装置および通信制御プログラムならびに移動体を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel wireless communication apparatus for operating a mobile unit, a communication control program, and a mobile unit.
この発明の他の目的は、簡単な構成で、ハンドオーバ時の通信途絶を極力抑えることができる、移動体操作用無線通信装置および通信制御プログラムならびに移動体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus for operating a mobile unit, a communication control program, and a mobile unit that can suppress communication interruption at the time of handover as much as possible with a simple configuration.
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. The reference numerals in parentheses, supplementary explanations, and the like indicate correspondence relationships with embodiments described later to help understanding of the present invention, and do not limit the present invention in any way.
第1の発明は、複数の無線基地局のいずれか1つを介して遠隔操作される移動体のための移動体操作用無線通信装置であって、複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ、移動体の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ、複数の無線基地局のうち移動体の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を第2アンテナによって検出する検出手段、検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段、および、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に、登録手段の登録情報に基づいて第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段を備える。 A first aspect of the present invention is a mobile unit operating radio communication device for a mobile unit that is remotely operated via any one of a plurality of radio base stations, and wirelessly communicates with any one of the plurality of radio base stations. A second antenna having directivity directed in the moving direction of the moving body, and a signal from a radio base station positioned along the moving direction of the moving body among the plurality of radio base stations. Detecting means for detecting the first antenna, registering means for registering information based on the signal detected by the detecting means, and when the communication quality by the first antenna falls below a threshold, the first antenna Switching means for switching communication partners is provided.
第1の発明では、移動体操作用無線通信装置(10A)は、複数の無線基地局(202〜208)のいずれか1つを介して遠隔操作される移動体(10)のための無線通信装置であり、複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ(118)、および移動体の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ(120)を備える。このような移動体操作用無線通信装置(10A)では、たとえば通信制御プログラム(142)によってプロセッサ(80)を検出手段(S7),登録手段(S9,S15)および切替え手段(S33)として機能させることができる。 In the first invention, the wireless communication device for mobile object operation (10A) is a wireless communication device for the mobile object (10) remotely operated via any one of the plurality of wireless base stations (202 to 208). And a first antenna (118) for performing wireless communication with any one of a plurality of wireless base stations, and a second antenna (120) having directivity facing the moving direction of the moving body. In such a mobile unit operating wireless communication device (10A), for example, the communication control program (142) causes the processor (80) to function as the detection unit (S7), the registration unit (S9, S15), and the switching unit (S33). Can do.
検出手段は、複数の無線基地局のうち移動体の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を第2アンテナによって検出し、登録手段は、検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する。切替え手段は、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に(S1:NO)、登録手段の登録情報に基づいて、第1アンテナの通信相手を切替える。 The detection means detects a signal from a radio base station located along the moving direction of the mobile body among the plurality of radio base stations by the second antenna, and the registration means registers information based on the signal detected by the detection means To do. The switching unit switches the communication partner of the first antenna based on the registration information of the registration unit when the communication quality by the first antenna falls below the threshold (S1: NO).
第1の発明によれば、指向性の第2アンテナで移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を検出して、それに関する情報を登録しておき、第1アンテナの通信品質が閾値を下回った場合に、第1アンテナの通信相手を登録情報に基づいて切替えるので、簡単な構成で、ハンドオーバ時の通信途絶を極力抑えることができる。 According to the first invention, the signal from the radio base station located along the moving direction is detected by the second antenna having directivity, information related thereto is registered, and the communication quality of the first antenna has a threshold value. When the number is lower, the communication partner of the first antenna is switched based on the registration information. Therefore, communication interruption at the time of handover can be suppressed as much as possible with a simple configuration.
第2の発明は、第1の発明に従属し、第1アンテナは可変指向性である。可変指向性のアンテナとしては、たとえばアレーアンテナがある。 A second invention is dependent on the first invention, and the first antenna has variable directivity. An example of a variable directivity antenna is an array antenna.
第2の発明によれば、第1アンテナを可変指向性としたことで、任意の方向に位置する無線基地局との無線通信が行え、アンテナゲインによる受信信号強度の増加と、他の信号による干渉の抑圧効果により、通信可能領域が広がる。 According to the second invention, since the first antenna has variable directivity, radio communication with a radio base station located in an arbitrary direction can be performed, and an increase in received signal strength due to the antenna gain and other signals. Due to the interference suppression effect, the communicable area is expanded.
第3の発明は、第1の発明に従属し、第2アンテナは、移動体の移動方向沿いに位置する無線基地局から送信され環境で反射された微弱信号を捉える。なお、第2アンテナで捉えられる微弱信号の強度では、隣接セルの登録情報を取得するなど通常の通信を行うことは困難であるが、その信号が有する変調方式,プリアンブル,スペクトルパターン,信号継続時間,信号強度変化パターンなどの特徴のいずれか、またはその組み合わせにより、セルの存在を確認することは可能である。 A third invention is dependent on the first invention, and the second antenna captures a weak signal transmitted from a radio base station located along the moving direction of the moving body and reflected in the environment. Note that it is difficult to perform normal communication such as obtaining registration information of neighboring cells with the weak signal intensity captured by the second antenna, but the modulation method, preamble, spectrum pattern, and signal duration that the signal has The presence of the cell can be confirmed by any one of the characteristics such as the signal intensity change pattern or a combination thereof.
第3の発明によれば、環境で反射されてくる微弱信号を第2アンテナで捉えることで、移動方向沿いの、より遠方に存在する無線基地局を検出可能となるので、無線基地局の通信可能領域に十分なオーバーラップが存在しなくても、通信途絶を極力抑えることができる。 According to the third invention, since the weak signal reflected in the environment is captured by the second antenna, it is possible to detect a radio base station that exists further along the moving direction. Even if there is not enough overlap in the possible area, communication interruption can be minimized.
第4の発明は、第1の発明に従属し、登録手段は、検出手段によって検出された信号の送信元を識別する識別情報を登録する。 A fourth invention is dependent on the first invention, and the registering means registers identification information for identifying a transmission source of the signal detected by the detecting means.
第4の発明によれば、登録した識別情報に基づいて、隣接する無線基地局への接続が可能となる。 According to the fourth invention, connection to an adjacent radio base station is possible based on the registered identification information.
第5の発明は、第4の発明に従属し、検出手段よって検出された信号から当該信号の送信元への接続情報を抽出する抽出手段(S11)をさらに備え、登録手段は、抽出手段によって抽出された接続情報をさらに登録する。 The fifth invention is dependent on the fourth invention and further comprises extraction means (S11) for extracting connection information from the signal detected by the detection means to the transmission source of the signal, and the registration means is provided by the extraction means. Further register the extracted connection information.
なお、接続情報には、たとえば、その無線基地局が使用するチャネル(周波数)や伝送速度、さらには、高速接続を可能にする送信タイミングなどが記述される。 The connection information includes, for example, a channel (frequency) and transmission speed used by the radio base station, and a transmission timing that enables high-speed connection.
第5の発明によれば、さらに接続情報を参照することで、隣接する無線基地局への高速接続が可能となる。 According to the fifth aspect, by further referring to the connection information, high-speed connection to an adjacent radio base station is possible.
第6の発明は、第1の発明に従属し、登録手段は、検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する際に当該信号の検出時刻を添付し(S9)、登録手段による登録情報のうち、添付された検出時刻からの経過時間が所定の期限を過ぎた登録情報を抹消する抹消手段(S17,S19)をさらに備える。 The sixth invention is dependent on the first invention, and the registration means attaches the detection time of the signal when registering information based on the signal detected by the detection means (S9), and the registration information by the registration means Among these, deletion means (S17, S19) for deleting registration information whose elapsed time from the attached detection time has passed a predetermined time limit is further provided.
第6の発明では、検出から所定の期限を過ぎた信号に基づく登録情報を抹消するので、登録情報量の増大を抑制すると共に、古い登録情報に基づく不適切なオーバハンドを回避することができる。 In the sixth aspect of the invention, since the registration information based on the signal that has passed the predetermined time limit from the detection is deleted, an increase in the amount of registration information can be suppressed and inappropriate overhand based on the old registration information can be avoided. .
第7の発明は、第1の発明に従属し、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態で、登録手段による登録情報が存在しない場合には移動体の移動を強制的に停止させる一方、登録手段による登録情報が存在する場合には移動体の移動を容認する、停止制御手段をさらに備える。 The seventh invention is dependent on the first invention, and when the communication quality by the first antenna is below the threshold value and the registration information by the registration means does not exist, the movement of the moving body is forcibly stopped. On the other hand, when registration information by the registration unit exists, a stop control unit is further provided that permits the movement of the moving object.
第7の発明では、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態(S1:NO)での移動体の移動は、停止制御手段(S41)によって、登録手段による登録情報が存在しない場合には(S29:NO)強制的に停止される一方、登録手段による登録情報が存在する場合には(S29:YES)容認される。 In the seventh invention, the movement of the moving body when the communication quality by the first antenna is below the threshold (S1: NO) is determined when the registration information by the registration means does not exist by the stop control means (S41). (S29: NO) is forcibly stopped, while if registration information by the registration means exists (S29: YES), it is accepted.
第7の発明によれば、移動体が通信可能領域を逸脱したとき、移動先に無線基地局が存在するか否かで、移動体の移動を容認するか強制停止させるかを決めるので、回復の目途が立たない通信途絶であれば移動は強制停止され、一時的な通信途絶であれば移動が容認される結果となり、移動体の移動範囲を安全に広げることができる。 According to the seventh invention, when the mobile body departs from the communicable area, whether to move the mobile body or to forcibly stop it is determined depending on whether or not there is a radio base station at the destination. If the communication is interrupted, the movement is forcibly stopped, and if the communication is temporarily interrupted, the movement is accepted, and the moving range of the moving body can be expanded safely.
第8の発明は、第7の発明に従属し、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態の継続時間を計測する計測手段をさらに備え、強制停止手段はさらに、計測手段の計測結果が所定の時間に達した時点で移動体の移動を強制的に停止させる。 An eighth invention is according to the seventh invention, further comprising measurement means for measuring a duration of a state in which the communication quality by the first antenna is below a threshold, and the forced stop means further includes a measurement result of the measurement means When the time reaches a predetermined time, the movement of the moving body is forcibly stopped.
第8の発明では、計測手段(S3,S27)によって、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態の継続時間が計測される。移動体の移動は、計測結果が所定の時間に達すると(S25:NO)、停止制御手段によって強制的に停止される。 In the eighth invention, the duration of the state where the communication quality by the first antenna is below the threshold is measured by the measuring means (S3, S27). When the measurement result reaches a predetermined time (S25: NO), the moving body is forcibly stopped by the stop control means.
第8の発明によれば、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態で移動が容認されたとしても、それは所定の時間内に限られるので、よりいっそう安全の確保を図ることができる。 According to the eighth invention, even if the movement is permitted in a state where the communication quality by the first antenna is below the threshold, it is limited within a predetermined time, so that it is possible to further ensure safety. .
なお、第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態での移動体の移動距離を計測し(その状態の継続時間および移動速度から移動距離を計算してもよい)、計測(計算)結果が所定の距離に達した時点で移動体の移動を強制的に停止させてもよい。 In addition, the moving distance of the moving body in a state where the communication quality by the first antenna is below the threshold is measured (the moving distance may be calculated from the duration and moving speed of the state), and the measurement (calculation) result The movement of the moving body may be forcibly stopped when the distance reaches a predetermined distance.
第9の発明は、複数の無線基地局(202〜208)のいずれか1つを介して移動体(10)を操作するための移動体用無線通信装置(10A)であって、複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ(118)、および移動体の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ(120)を備える、移動体用無線通信装置(10A)のプロセッサ(80)を、複数の無線基地局のうち移動体自身の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を第2アンテナによって検出する検出手段(S7)、検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段(S9,S15)、および第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に(S1:NO)、登録手段の登録情報に基づいて第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段(S33)として機能させる、通信制御プログラム(142)である。 A ninth invention is a mobile wireless communication device (10A) for operating a mobile body (10) via any one of a plurality of wireless base stations (202 to 208), wherein A mobile radio communication apparatus (10A) including a first antenna (118) for performing radio communication with any one of the base stations, and a second antenna (120) having directivity facing the moving direction of the mobile body ) Of the processor (80) is detected by the detection means (S7), which detects the signal from the radio base station located along the moving direction of the mobile body among the plurality of radio base stations by the second antenna. The registration means for registering information based on the signal (S9, S15), and the communication phase of the first antenna based on the registration information of the registration means when the communication quality by the first antenna falls below the threshold (S1: NO) To function as means (S33) switch switches the a communication control program (142).
第10の発明は、複数の無線基地局(202〜208)のいずれか1つを介して操作される移動体(10)であって、複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ(118)、移動体自身の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ(120)、複数の無線基地局のうち移動体自身の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を第2アンテナによって検出する検出手段(S7)、検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段(S9,S15)、および第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に(S1:NO)、登録手段の登録情報に基づいて第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段(S33)を備える。 A tenth invention is a mobile unit (10) operated via any one of a plurality of radio base stations (202 to 208), and performs radio communication with any one of the plurality of radio base stations. A first antenna (118), a second antenna (120) having directivity facing the moving direction of the moving body, and a wireless base station located along the moving direction of the moving body among a plurality of wireless base stations Detecting means (S7) for detecting the second signal by the second antenna, registration means (S9, S15) for registering information based on the signal detected by the detecting means, and when the communication quality by the first antenna falls below a threshold value (S1: NO), switching means (S33) for switching the communication partner of the first antenna based on the registration information of the registration means.
第9および第10の各発明でも、第1の発明と同様に、簡単な構成で、ハンドオーバ時の通信途絶を極力抑えることができる。 In each of the ninth and tenth inventions, similarly to the first invention, communication interruption during handover can be suppressed as much as possible with a simple configuration.
第11の発明は、第10の発明に従属し、移動体自身を移動させる移動手段(86,S61〜S77)、および第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態で(S1:NO)、登録手段による登録情報が存在しない場合には(S29:NO)移動手段を制御して移動体自身の移動を強制的に停止させる一方、登録手段による登録情報が存在する場合には(S29:YES)移動体の移動を容認する、停止制御手段(S41)をさらに備える。 The eleventh invention is dependent on the tenth invention, in a state where the communication means by the moving means (86, S61 to S77) for moving the mobile body itself and the communication quality by the first antenna are below the threshold (S1: NO) When the registration information by the registration means does not exist (S29: NO), the movement means is controlled to forcibly stop the movement of the moving body itself, while when the registration information by the registration means exists (S29: YES) Further provided is stop control means (S41) for allowing the movement of the moving body.
第11の発明でも、第7の発明と同様に、移動体の移動範囲を安全に広げることができる。 In the eleventh invention, similarly to the seventh invention, the moving range of the moving body can be expanded safely.
この発明によれば、簡単な構成で、ハンドオーバ時の通信途絶を極力抑えることができる、移動体操作用無線通信装置および通信制御プログラムならびに移動体が実現される。 According to the present invention, a wireless communication apparatus for operating a mobile body, a communication control program, and a mobile body that can suppress communication interruption at the time of handover as much as possible with a simple configuration are realized.
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図1を参照して、この発明の一実施例である移動ロボット遠隔操作システム(以下“遠隔操作システム”)100は、たとえば博物館,アトラクション施設,イベント会場などに配置された移動ロボット10を、別の場所たとえば研究室,監視センタなどから、LAN,インターネットなどのネットワーク200を介して遠隔操作するためのシステムである。
Referring to FIG. 1, a mobile robot remote control system (hereinafter referred to as “remote control system”) 100 according to an embodiment of the present invention is different from
最初、概要を説明する。遠隔操作システム100は、移動ロボット10,遠隔操作装置12およびサーバ14を含む。ネットワーク200には、複数たとえば4つのアクセスポイント(以下“AP”)202〜208が設けられており、移動ロボット10は、AP202〜208のいずれか1つを介してネットワーク200に接続される。言い換えると、移動ロボット10は、移動に伴って接続先をAP202→AP204→…のように順次切替えていくこと(いわゆる“ハンドオーバ”)によって、ネットワーク200との接続を維持することができる。
First, an outline will be described. The
一方、遠隔操作装置12およびサーバ14は、それぞれ専用のAP(図示せず)を介してネットワーク200に接続される。移動ロボット10と各AP202〜208との間の接続は、たとえばIEEE802.11方式などの無線接続であるが、遠隔操作装置12およびサーバ14の各々とその専用APとの間の接続は、無線接続でも、LANケーブルなどによる有線接続でもよい。
On the other hand, the
移動ロボット10は、たとえば自律型のロボットであり、遠隔操作によってだけでなく、自身に備わる各種センサからのセンサ情報に基づいて自律的に、移動ないし行動することもできる。移動ロボット10によるセンサ情報はまた、ネットワーク200経由で遠隔操作装置12に送信される。
The
サーバ14には、複数たとえば2つのレーザレンジファインダ(以下“LRF”)142および144が接続される。各LRF142,144は、移動ロボット10が移動できる場所(環境)に設置されて、自身から移動ロボット10までの距離を計測し、距離データを出力する。サーバ14は、各LRF142,144からの距離データに基づいて、環境における移動ロボット10の位置および移動方向を計算する。この計算結果を示す位置&方向情報は、ネットワーク200経由で移動ロボット10および遠隔操作装置12に送信される。
A plurality of, for example, two laser range finders (hereinafter “LRF”) 142 and 144 are connected to the
なお、LRFは一般に、レーザーを照射し、それが目標で反射して戻ってくるまでの時間に基づいて、当該目標までの距離を計測するものである。LRF142,144は、たとえば、トランスミッタ(図示せず)から照射したレーザーを回転ミラー(図示せず)で反射させて、前方を扇状に一定角度(たとえば0.5度)ずつスキャンすることで、単に目標までの距離を計測するだけでなく、目標の表面に関する2次元距離情報(表面の形状を角度および距離の2変数で記述した情報)も生成することができる。LRF142,144からの距離データには、このような2次元距離情報が含まれており、サーバ14は、目標が移動ロボット10であるか、他の物体ないし人体などであるかを識別することができる。
Note that LRF generally measures the distance to a target based on the time it takes to irradiate a laser and reflect it back at the target. For example, the
なお、環境に設置されて、移動ロボット10までの距離を計測するセンサ(距離センサ)は、LRFに限らず、たとえば赤外線距離センサなどでもよい。
Note that the sensor (distance sensor) that is installed in the environment and measures the distance to the
遠隔操作装置12は、移動ロボット10から得たセンサ情報およびサーバ14から得た位置&方向情報を表示するディスプレイ(30:図4参照)と、オペレータによって操作される操作パネル(28:図4参照)とを備える。オペレータは、ディスプレイ(30)に表示されるセンサ情報および位置&方向情報を通じて移動ロボット10の動き(移動および/または行動)を監視し、必要に応じてその動きを制御するべく操作パネル(28)を操作する。操作パネル(28)の操作に基づく操作情報は、ネットワーク200経由で移動ロボット10に送信される。
The
移動ロボット10では、自らのセンサ情報,サーバ14からの位置&方向情報および遠隔操作装置12からの操作情報に基づいて動き制御情報が生成され、この動き制御情報に基づいて各種モータ(92〜98,110,36aおよび36b:図3参照)が駆動される。こうして、移動ロボット10の自律的な/遠隔操作による動きが実現される。
In the
なお、移動ロボット10は、相互作用指向のロボットでもあり、人間のようなコミュニケーション対象との間で、身振り手振りのような身体動作あるいは音声による会話といったコミュニケーション行動を実行する機能も有している。
Note that the
次に、各要素について詳しく説明する。図2はこの実施例の移動ロボット10の外観を示す正面図である。図2を参照して、移動ロボット10は台車30を含み、台車30の下面には右車輪32aおよび左車輪32b(特に区別しない場合には「車輪32」と記す)ならびに1つの従輪34が設けられる。右車輪32aおよび左車輪32bは、右車輪モータ36aおよび左車輪モータ36b(図4参照)によってそれぞれ独立に駆動され、台車30ひいては移動ロボット10全体を前後左右の任意方向に動かすことができる。また、従輪34は車輪32を補助する補助輪である。
Next, each element will be described in detail. FIG. 2 is a front view showing the appearance of the
台車30の上には、円柱形のセンサ取り付けパネル38が設けられ、このセンサ取り付けパネル38には、多数の赤外線距離センサ40が取り付けられる。これらの赤外線距離センサ40は、センサ取り付けパネル38つまり移動ロボット10自身と、その周囲の物体(人間や障害物など)との距離を測定するものである。
A cylindrical
なお、この実施例では、距離センサとして、赤外線距離センサを用いるようにしてあるが、赤外線距離センサに代えて、小型のLRF、超音波距離センサまたはミリ波レーダなどを用いることもできるし、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。 In this embodiment, an infrared distance sensor is used as the distance sensor. However, instead of the infrared distance sensor, a small LRF, an ultrasonic distance sensor, a millimeter wave radar, or the like can be used. May be used in appropriate combination.
センサ取り付けパネル38の上には、胴体42が直立するように設けられる。また、胴体42の前方中央上部(人の胸に相当する位置)には、上述した赤外線距離センサ40がさらに設けられており、これによって前方の対象たとえば人間との距離を計測する。また、胴体42には、その側面側上端部のほぼ中央から伸びる支柱44が設けられ、支柱44の上には、無指向性アンテナ118および指向性アンテナ120(それぞれ“アンテナ1”および“アンテナ2”と別称する場合がある)ならびに全方位カメラ46が設けられる。
A
無指向性アンテナ118は、各AP202〜208と無線通信を行うためのアンテナであり、任意の方向からの無線信号を受信し、任意の方向に無線信号を送信する。指向性アンテナ120は、移動ロボット10の移動方向を向いた指向性(たとえば20〜30度幅)を有し、その方向からの無線信号(たとえば5GHzないし2.4GHz)、特に各AP202〜208から送信され環境で反射された微弱信号を検出ないし受信する。
The
なお、この実施例では、指向性アンテナ120は支柱44に対して固定され、さらに支柱44は胴体42に対して固定されており、移動ロボット10の移動方向は、胴体42の正面方向、ひいては指向性アンテナ120の指向方向と常に一致する。しかし、移動ロボット10は、胴体42の正面方向とは異なる方向(たとえば背面方向)に移動可能であってもよく、この場合、アンテナ2用のモータ120aを追加したり、指向性アンテナ120として、その指向性を電気的に変化させることが可能な可変指向性アンテナ(アレーアンテナなど)を用いたりすることによって、指向方向を移動方向と一致させる制御を行う必要がある。
In this embodiment, the
全方位カメラ46は、移動ロボット10の周囲を撮影するものであり、後述する眼カメラ70とは区別される。全方位カメラ46としては、たとえばCCDやCMOSのような固体撮像素子を用いるカメラを採用することができる。なお、これら赤外線距離センサ40,指向性アンテナ120,無指向性アンテナ118および全方位カメラ46の設置位置は、当該部位に限定されず適宜変更されてもよい。
The
胴体42の両側面上端部(人の肩に相当する位置)には、それぞれ、肩関節48Rおよび肩関節48Lによって、上腕50Rおよび上腕50Lが設けられる。図示は省略するが、肩関節48Rおよび肩関節48Lは、それぞれ、直交する3軸の自由度を有する。すなわち、肩関節48Rは、直交する3軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕50Rの角度を制御できる。肩関節48Rの或る軸(ヨー軸)は、上腕50Rの長手方向(または軸)に平行な軸であり、他の2軸(ピッチ軸およびロール軸)は、その軸にそれぞれ異なる方向から直交する軸である。同様にして、肩関節48Lは、直交する3軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕50Lの角度を制御できる。肩関節48Lの或る軸(ヨー軸)は、上腕50Lの長手方向(または軸)に平行な軸であり、他の2軸(ピッチ軸およびロール軸)は、その軸にそれぞれ異なる方向から直交する軸である。
An
また、上腕50Rおよび上腕50Lのそれぞれの先端には、肘関節52Rおよび肘関節52Lが設けられる。図示は省略するが、肘関節52Rおよび肘関節52Lは、それぞれ1軸の自由度を有し、この軸(ピッチ軸)の軸回りにおいて前腕54Rおよび前腕54Lの角度を制御できる。
In addition, an elbow joint 52R and an elbow joint 52L are provided at the respective distal ends of the
前腕54Rおよび前腕54Lのそれぞれの先端には、人の手に相当する球体56Rおよび球体56Lがそれぞれ固定的に設けられる。ただし、指や掌の機能が必要な場合には、人間の手の形をした「手」を用いることも可能である。また、図示は省略するが、台車30の前面、肩関節48Rと肩関節48Lとを含む肩に相当する部位、上腕50R、上腕50L、前腕54R、前腕54L、球体56Rおよび球体56Lには、それぞれ、接触センサ58(図3で包括的に示す)が設けられる。台車30の前面の接触センサ58は、台車30への人間や他の障害物の接触を検知する。したがって、移動ロボット10は、その自身の移動中に障害物との接触が有ると、それを検知し、直ちに車輪32の駆動を停止して移動ロボット10の移動を急停止させることができる。また、その他の接触センサ58は、当該各部位に触れたかどうかを検知する。なお、接触センサ58の設置位置は、当該部位に限定されず、適宜な位置(人の胸、腹、脇、背中および腰に相当する位置)に設けられてもよい。
A
胴体42の中央上部(人の首に相当する位置)には首関節60が設けられ、さらにその上には頭部62が設けられる。図示は省略するが、首関節60は、3軸の自由度を有し、3軸の各軸廻りに角度制御可能である。或る軸(ヨー軸)は移動ロボット10の真上(鉛直上向き)に向かう軸であり、他の2軸(ピッチ軸、ロール軸)は、それぞれ、それと異なる方向で直交する軸である。
A neck joint 60 is provided at the upper center of the body 42 (a position corresponding to a person's neck), and a
頭部62には、人の口に相当する位置に、スピーカ64が設けられる。スピーカ64は、移動ロボット10が、それの周辺の人間に対して音声ないし音によってコミュニケーションを取るために用いられる。また、人の耳に相当する位置には、マイク66Rおよびマイク66Lが設けられる。以下、右のマイク66Rと左のマイク66Lとをまとめてマイク66と言うことがある。マイク66は、周囲の音、とりわけコミュニケーションを実行する対象である人間の音声を取り込む。さらに、人の目に相当する位置には、眼球部68Rおよび眼球部68Lが設けられる。眼球部68Rおよび眼球部68Lは、それぞれ眼カメラ70Rおよび眼カメラ70Lを含む。以下、右の眼球部68Rと左の眼球部68Lとをまとめて眼球部68と言うことがある。また、右の眼カメラ70Rと左の眼カメラ70Lとをまとめて眼カメラ70と言うことがある。
The
眼カメラ70は、移動ロボット10に接近した人間の顔や他の部分ないし物体などを撮影して、それに対応する映像信号を取り込む。また、眼カメラ70は、上述した全方位カメラ46と同様のカメラを用いることができる。たとえば、眼カメラ70は、眼球部68内に固定され、眼球部68は、眼球支持部(図示せず)を介して頭部62内の所定位置に取り付けられる。図示は省略するが、眼球支持部は、2軸の自由度を有し、それらの各軸廻りに角度制御可能である。たとえば、この2軸の一方は、頭部62の上に向かう方向の軸(ヨー軸)であり、他方は、一方の軸に直交しかつ頭部62の正面側(顔)が向く方向に直行する方向の軸(ピッチ軸)である。眼球支持部がこの2軸の各軸廻りに回転されることによって、眼球部68ないし眼カメラ70の先端(正面)側が変位され、カメラ軸すなわち視線方向が移動される。なお、上述のスピーカ64、マイク66および眼カメラ70の設置位置は、当該部位に限定されず、適宜な位置に設けられてよい。
The
このように、この実施例の移動ロボット10は、車輪32の独立2軸駆動、肩関節48の3自由度(左右で6自由度)、肘関節52の1自由度(左右で2自由度)、首関節60の3自由度および眼球支持部の2自由度(左右で4自由度)の合計17自由度を有する。
As described above, the
図3は移動ロボット10の電気的な構成を示すブロック図である。図3を参照して、移動ロボット10は、CPU80を含む。CPU80は、マイクロコンピュータ或いはプロセッサとも呼ばれ、バス82を介して、メモリ84、モータ制御ボード86、センサ入力/出力ボード88および音声入力/出力ボード90に接続される。CPU80は、RTC(Real Time Clock)80aを含んでおり、各センサからの信号ないしデータ(センサ情報)に対してRTCに基づく時刻データを付加する。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the
メモリ84は、図示は省略をするが、不揮発メモリ(保存領域)としてSSD(Solid State Drive)およびROMと、揮発メモリ(一時記憶領域)としてRAMとを含む。SSD,ROMつまり保存領域(140:図9参照)には、移動ロボット10自身の動きや遠隔操作装置12,サーバ14との間の通信を制御するための各種の制御プログラム,システムパラメータなど(後述)が予め記憶される。RAMつまり一時記憶領域(150:図9参照)は、ワークメモリないしバッファメモリとして、送受信データを一時保持したり、制御プログラムによって参照される各種の情報や切替え候補リストなど(後述)を更新可能に記憶したりする。
Although not shown, the
モータ制御ボード86は、たとえばDSPで構成され、各腕や首関節および眼球部などの各軸モータの駆動を制御する。すなわち、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、右眼球部68Rの2軸のそれぞれの角度を制御する2つのモータ(図3では、まとめて「右眼球モータ92」と示す。)の回転角度を制御する。同様に、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、左眼球部68Lの2軸のそれぞれの角度を制御する2つのモータ(図3では、まとめて「左眼球モータ94」と示す。)の回転角度を制御する。
The
また、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、肩関節48Rの直交する3軸のそれぞれの角度を制御する3つのモータと肘関節52Rの角度を制御する1つのモータとの計4つのモータ(図3では、まとめて「右腕モータ96」と示す。)の回転角度を制御する。同様に、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、肩関節48Lの直交する3軸のそれぞれの角度を制御する3つのモータと肘関節52Lの角度を制御する1つのモータとの計4つのモータ(図3では、まとめて「左腕モータ98」と示す。)の回転角度を制御する。
The
さらに、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、首関節60の直交する3軸のそれぞれの角度を制御する3つのモータ(図3では、まとめて「頭部モータ110」と示す。)の回転角度を制御する。そして、モータ制御ボード86は、CPU80からの制御データを受け、右車輪32aを駆動する右車輪モータ36a、左車輪32bを駆動する左車輪モータ36bの回転角度を、それぞれ個別に制御する。なお、この実施例では、車輪モータ36を除くモータは、制御を簡素化するためにステッピングモータ(すなわち、パルスモータ)を用いる。ただし、車輪モータ36と同様に直流モータを用いるようにしてもよい。また、移動ロボット10の身体部位を駆動するアクチュエータは、電流を動力源とするモータに限らず適宜変更されてもよい。たとえば、他の実施例では、エアアクチュエータなどが適用されてもよい。
Further, the
センサ入力/出力ボード88は、モータ制御ボード86と同様に、DSPで構成され、各センサからの信号(センサ情報)を取り込んでCPU80に与える。すなわち、赤外線距離センサ40のそれぞれからの反射時間に関するデータがこのセンサ入力/出力ボード88を通じてCPU80に入力される。また、全方位カメラ46からの映像信号が、必要に応じてセンサ入力/出力ボード88で所定の処理を施してからCPU80に入力される。眼カメラ70からの映像信号も、同様に、CPU80に入力される。また、上述した複数の接触センサ58(図3では、まとめて「接触センサ58」と示す。)からの信号がセンサ入力/出力ボード88を介してCPU80に与えられる。
Similar to the
また、センサ入力/出力ボード88には、右車輪32aの回転速度(車輪速)を検出する右車輪速センサ112a、左車輪32bの回転速度を検出する左車輪速センサ112bがさらに接続される。そして、右車輪速センサ112aおよび左車輪速センサ112bからのそれぞれから、一定時間における右車輪32aおよび左車輪32bの回転数(車輪速)に関するデータが、センサ入力/出力ボート88を通じて、CPU80に入力される。
The sensor input /
音声入力/出力ボード90も、他の入力/出力ボードと同様にDSPで構成され、図3ではから与えられる音声合成データに従った音声または声がスピーカ64から出力される。また、マイク66からの音声入力が、音声入力/出力ボード90を介してCPU80に与えられる。
Similarly to the other input / output boards, the voice input /
また、CPU80は、バス82を介して通信LANボード114に接続される。通信LANボード114は、たとえばDSPで構成され、CPU80から与えられた送信データを無線通信回路116に与え、無線通信回路116は送信データを、無指向性アンテナ118(アンテナ1)からネットワーク200を介して外部コンピュータ(遠隔操作装置12,サーバ14)に送信する。また、通信LANボード114は、無線通信回路116を介して無指向性アンテナ118でデータを受信し、受信したデータをCPU80に与える。無指向性アンテナ118で受信される受信データには、遠隔操作装置12からの操作情報および/またはサーバ14からの位置&方向情報が含まれる。
The
また、無線通信回路116は、ネットワーク200へのアクセスポイント(AP)202〜208から送信される信号(たとえばビーコン信号)あるいはそれが環境で反射された微弱信号を指向性アンテナ120で検出ないし受信する。
The
図4は、遠隔操作装置12の電気的な構成を示すブロック図である。図4を参照して、遠隔操作装置12は、CPU20,メモリ22,通信LANボード24,通信回路26,操作パネル28およびディスプレイ30を備える。通信回路26は、図示しない専用APを介してネットワーク200に無線または有線で接続される。
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the
操作パネル28は、各種の操作ボタン,タッチパネルなどで構成され、オペレータが移動ロボット10の動きを制御するべく行う操作を受け付けて、その操作データを出力する。CPU20は、RTC20aを含んでおり、操作パネル28により入力される操作データに対し、RTC20aに基づく時刻データを付加し、これ(時刻付き操作データ)を送信データ(操作情報)としてメモリ22に書き込む。CPU20はまた、メモリ42に記憶された送信データを時刻データに従って読み出し、通信LANボード24に与える。通信LANボード24は、たとえばDSPで構成され、CPU20から与えられた送信データを通信回路46からネットワーク200を通して移動ロボット10に送信する。
The
通信LANボード24はまた、移動ロボット10およびサーバ14からネットワーク200経由で送られてくるデータ(センサ情報および位置&方向情報)を通信回路26で受信し、その受信データをCPU20に与える。CPU20は、与えられた受信データをメモリ22に書き込みつつ、こうしてメモリ22に記憶された受信データに基づいて、移動ロボット10からのセンサ情報およびサーバ14からの位置&方向情報を視覚的に示す制御画面(図示せず)をディスプレイ30に表示する。先述したようなオペレータによる操作は、こうしてディスプレイ30に表示される制御画面を参照しながら行われる。
The
メモリ22には、遠隔操作装置12が以上のような動作を行うための制御プログラム(図14参照:後述)が予め記憶される。
In the
図5は、サーバ14の電気的な構成を示すブロック図である。図5を参照して、サーバ14は、CPU40,メモリ42,通信LANボード44,通信回路46およびセンサ入力/出力ボード48を備える。通信回路46は、図示しない専用APを介してネットワーク200に無線または有線で接続される。センサ入力/出力ボード48には、図1に示したLRF142および144が接続される。CPU40は、RTC40aを含んでおり、LRF142および144からセンサ入力/出力ボード48を通して入力される距離データに対して、RTC40aから得られる時刻データを付加し、これ(時刻付き距離データ)をメモリ42に書き込む。CPU40はまた、こうしてメモリ42に記憶された時刻付き距離データに基づいて、環境における移動ロボット10の位置および移動方向を計算し、計算結果(位置&方向情報)を送信データとして再びメモリ42に書き込む。通信LANボード44は、たとえばDSPで構成され、こうしてメモリ42に記憶された送信データを通信回路46からネットワーク200を通して移動ロボット10に送信する。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the
メモリ42には、サーバ14が以上のような動作を行うための制御プログラム(図15参照:後述)が予め記憶される。
The
図6は、遠隔操作システム100が適用される環境、およびその環境での無指向性アンテナ118(アンテナ1)による通信可能領域の例を示す図解図である。この環境は、たとえば博物館の1フロアであり、電波を通さない壁によって3つの部屋1〜3および通路に区分される。AP202は通路の入り口Ent側に、AP204〜208は部屋1〜3にそれぞれ配置される。LRF142および144は、通路の適宜な位置に設置される。この環境での通信可能領域(AP202〜208の少なくとも1つからの信号が到達する領域)は、網掛けで示された領域であり、部屋1〜3の全部および通路の一部をカバーする。
FIG. 6 is an illustrative view showing an example of an environment to which the
通路では、AP202からの信号到達領域E1が、入り口Ent1から部屋1および2の間の壁W1の近くまで延びており、また、AP204〜208からの信号到達領域E2〜E4が、部屋1〜3から通路内に入り込んでいる。AP204からの信号到達領域E2の先端部分は、AP202からの信号の到達領域E1の先端部分とオーバーラップしており、AP206からの信号到達領域E3の先端部分は、AP204からの信号到達領域E2の先端部分と接している(つまりオーバーラップは殆どない)。そして、AP208からの信号到達領域E4の先端部分は、AP206からの信号到達領域E3の先端部分から遠く離れている。
In the passage, the signal arrival area E1 from the
いま、移動ロボット10は、通路内を入り口Entから奥に向かって線Lに沿ってP1→P2→P3→P4→…のように移動しているとする。この場合、アンテナ1の通信相手は、移動ロボット10の移動につれて、AP202→AP204→AP206→AP208のように順次切り替わる。具体的には、アンテナ1の通信相手は、位置P1〜P2の間ではAP202であり、位置P1を過ぎた直後にAP204に切替わる。そして、位置P2〜P3の中程で通信瞬断の後、さらにAP206に切り替わる。この通信瞬断は、AP204からの信号到達領域E2とAP206からの信号到達領域E3との間に、オーバーラップが殆どないために生じるもので、移動停止の要因となる。しかし、移動ロボット10は、アンテナ2を利用することで、この種の通信瞬断を回避可能であり、仮に通信瞬断が生じたとしても、一時停止することもなく境界を通過する。
Now, it is assumed that the
ここでのアンテナ2の具体的な利用方法について、図7により説明する。図7には、移動ロボット10が位置P2にあるときの、アンテナ2による信号検出範囲と、アンテナ1による通信可能領域との関係が示される。図7に示されるように、アンテナ2による信号検出範囲は、位置P2から位置P3を超えて前方に延びており、AP206からの信号到達領域E3の先端部分と重なっている。このため、アンテナ2は、位置P2よりも手前で、AP206からの信号を受信することができる(または、その信号が環境で反射されて生じる微弱信号を検出することができる)。移動ロボット10は、こうしてアンテナ2で受信した信号からAP206への接続情報(図10(B)参照:後述)を抽出することで、事前に次のAP206を認識してそれへの接続情報を取得できるので、AP204からAP206への高速なハンドオーバ(通信相手の切替え)が行える。また、仮に接続情報を取得できなかったとしても、直ぐ先に次のAP206が存在することがわかるので、移動状態を維持することが可能となる。
A specific method of using the antenna 2 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the relationship between the signal detection range by the antenna 2 and the communicable area by the
図6に戻って、その後、位置P3を過ぎると、次のAP208からの信号到達領域E4が遠く離れているため、信号到達領域E4に達するまでの間、通信途絶状態となる。しかし、移動ロボット10は、このような通信途絶期間が生じても、アンテナ2を利用して移動状態を維持し続け、信号到達領域E4に入る。そして、位置P4を過ぎると、すなわち信号到達領域E4を出た時点で、移動を停止する。
Returning to FIG. 6, after that, when the position P3 is passed, since the signal arrival area E4 from the
ここでのアンテナ2の具体的な利用方法について、図8により説明する。図8には、アンテナ2による信号検出範囲と、AP208から送信され環境で反射された反射信号の到達領域との関係が示される。図8(A)は移動ロボット10が位置P3にあるときの両者の関係を、図8(B)は移動ロボット10が位置P4にあるときの両者の関係をそれぞれ示す。
A specific method of using the antenna 2 here will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the relationship between the signal detection range by the antenna 2 and the arrival area of the reflected signal transmitted from the
まず、図8(A)を参照して、AP208から送信され環境で反射された反射信号の到達領域E4r(以下“到達領域E4r”)は、AP208からの信号到達領域E4のうち通路内に入り込んだ部分を含んで、移動ロボット10の移動方向とは逆向きに(後方に)延びており、このため、位置P3の時点で、アンテナ2の信号検出範囲は、到達領域E4rの後端部分と重なっている。したがって、アンテナ2は、位置P3よりも手前で、AP208からの信号が環境で反射されて生じる微弱信号を検出することができる。移動ロボット10は、こうしてアンテナ2で検出した微弱信号によって、移動方向に次のAP208が存在することがわかるので、移動状態を維持することが可能となる。このとき、次のAP208がどの程度先に存在するかを、微弱信号の強度から予測してもよい。
First, referring to FIG. 8A, the arrival area E4r of the reflected signal transmitted from the
なお、通信途絶状態が所定時間以上継続した場合には、移動ロボット10は、移動を停止する。
When the communication interruption state continues for a predetermined time or more, the
次に、図8(B)を参照して、位置P4の時点で、移動ロボット10の移動方向には、次のAPはもはや存在しない。このため、アンテナ2の信号検出範囲は、次のAPからの信号ないしその反射信号の到達領域と重なることはない。移動ロボット10は、AP208からの信号到達領域E4を出た時点で、アンテナ2によって新たなAPが検出されていないので、移動方向にAPは存在しないと判断して、移動を停止する。
Next, referring to FIG. 8B, at the time of the position P4, the next AP no longer exists in the moving direction of the
以上のような動作を行うとき、移動ロボット10のCPU80は、メモリ84に記憶された制御プログラムや情報に基づいて、図11および図12に示されるフローに従う通信制御処理と、図13に示されるフローに従う動き制御処理とを並列的に実行する。遠隔操作装置12およびサーバ14は、図14および図15に示されるフローに従う制御処理をそれぞれ実行する。
When performing the operation as described above, the
図9には移動ロボット10のメモリマップが、図10にはメモリマップ内の主要な項目の詳細が、それぞれ示されている。図9を参照して、メモリ84は保存領域140および一時記憶領域150を含み、保存領域140には通信制御プログラム142,動き制御プログラム144およびシステムパラメータ146などが記憶される。一時記憶領域150には、切替え候補リスト152,通信状況情報154,センサ情報156,位置&方向情報158,操作情報160および動き制御情報162などが記憶される。
FIG. 9 shows a memory map of the
通信制御プログラム142は、移動ロボット10が無指向性アンテナ118(アンテナ1)および指向性アンテナ120(アンテナ2)を利用してAP202〜208を順次切替えながら遠隔操作装置12およびサーバ14と無線通信を行うための制御プログラムであり、図11および図12のフローに対応する。動き制御プログラム144は、移動ロボット10が、自身によるセンサ情報,遠隔操作装置12からの操作情報およびサーバ14からの位置&方向情報に基づいて、自身の動きを制御するための制御プログラムであり、図13のフローに対応する。
The
システムパラメータ146は、遠隔操作システム100に対して事前の設定操作により変更可能に設定されるパラメータであり、具体的には、図10(A)に示すように、“切替え候補の有効期限”および“移動容認時間”という2個のパラメータを含む。これらのパラメータの値は、それぞれたとえば60秒および10秒などのように記述される。
The
切替え候補リスト152は、アンテナ2で検出されたAP(202,204,…)を切替え候補AP(以下“候補AP”)として登録するためのリストであり、具体的には、図10(B)に示すように、当該候補APのID(識別情報),検出時刻,信号強度および接続情報などが登録される。ここで接続情報は、当該APで使用されるチャネル(周波数),伝送速度,および送信タイミングといった、当該APへの(特に速やかな)接続に必要な情報を含む。
The switching
通信状況情報154は、移動ロボット10自身の通信状況を示す情報であり、具体的には、図10(C)に示すように、“非通信状態の継続時間(T)”などが記述される。T=0であれば、アンテナ1による通信品質が閾値以上(通信可能状態)であることがわかる。T>0であれば、アンテナ1による通信品質が閾値未満(通信不能状態)であることがわかり、さらには、変数Tの値によって通信不能状態の継続時間もわかる。なお、アンテナ2の方向を可変とした場合には、その方向を示す値もここに記述される。
The
センサ情報156は、移動ロボット10自身に備わる各種センサ(40,46,58,70,112aおよび112b)による検知結果を示す情報であり、たとえば、周辺に存在する対象物や壁面までの距離を示す距離情報、周辺を各種カメラで捉えた画像情報、対象物との接触情報、および左右の車輪の速度を示す車輪速情報などを含む。位置&方向情報158は、サーバ14から受信される情報であり、移動ロボット10自身の位置および移動方向を示す。なお、遠隔操作システム100からサーバ14を省略し、移動ロボット10自身によるセンサ情報に基づいて、位置&方向情報158を計算するようにしてもよい。
The
操作情報160は、遠隔操作装置12から受信される情報であり、遠隔操作装置12により行われた操作内容(コマンド)を示す。動き制御情報162は、センサ情報156,位置&方向情報158および操作情報160などに基づいて生成される情報であり、移動ロボット10の動き(各種モータの動作)は、この動き制御情報162に基づいて制御される。
The
移動ロボット10のCPU80は、通信制御プログラム142に基づいて、図11および図12のフローに従う通信制御処理を実行する。まず図11を参照して、ステップS1では、アンテナ1による通信品質(たとえば遅延時間,エラー率,スルーレートなど:以下同様)が閾値以上か否かを判別し、YESであれば、ステップS3に移って、状態情報154の1項目である“非通信状態の継続時間(T)”をリセットする(T=0)。また、もし可能であれば、ステップS5で、アンテナ1の接続相手(現AP)から隣接APのIDおよび接続情報を受信して、切替え候補リストに152に記録しておく(オプション)。そして、ステップS7に進み、アンテナ2で別のAPからの信号を検出したか否かを判別する。
Based on the
なお、アンテナ2で検出された信号(以下“検出信号”)が現APからのものであるか別のAPからのものであるかは、検出信号に含まれる識別情報(各APに割り当てられたID)に基づいて判別できる。したがって、検出信号から有意の識別情報(AP用のID)を抽出できない場合や、たとえAP用のIDを抽出できてもそれが現APと同じものである場合には、ステップS7でNOと判別され、ステップS17(後述)に進む。 Whether the signal detected by the antenna 2 (hereinafter referred to as “detection signal”) is from the current AP or from another AP, the identification information included in the detection signal (assigned to each AP) ID). Therefore, if significant identification information (ID for AP) cannot be extracted from the detection signal, or if the ID for AP can be extracted and is the same as the current AP, NO is determined in step S7. Then, the process proceeds to step S17 (described later).
ステップS7でYESであれば、ステップS9に移って、検出信号の送信元を候補APとして登録する。具体的には、信号から抽出されたID,検出時刻および信号強度を切替え候補リスト152に記録する。次に、ステップS11で、検出信から当該候補APへの接続情報を抽出する。そして、ステップS13で、有意の接続情報を抽出できたか否かを判別し、NOであればステップS17に進む。
If “YES” in the step S7, the process shifts to a step S9 to register the detection signal transmission source as a candidate AP. Specifically, the ID extracted from the signal, the detection time, and the signal strength are recorded in the switching
ステップS13でYESであれば、その抽出した接続情報を切替え候補リスト152に追記する。そしてステップS17に進む。したがって、切替え候補リスト152には、図10(B)に示されるように、接続情報が既知の候補APと、接続情報が未知の候補APとが混在して登録され得る。
If “YES” in the step S 13, the extracted connection information is added to the switching
次に図12を参照して、ステップS17では、切替え候補リスト152を参照して、システムパラメータ146に記された有効期限(たとえば60秒)を過ぎた候補APがあるか否かを判別する。ここでNOであればステップS21に進む一方、YESであれば、ステップS19でそのような候補APを切替え候補リスト152から削除する。具体的には、各候補APの検出時刻を現在時刻と比較して、その差分がたとえば60秒を超えている候補APを切替え候補リスト152から削除する。削除後、ステップS21に進む。
Next, referring to FIG. 12, in step S <b> 17, it is determined whether there is a candidate AP that has passed the expiration date (for example, 60 seconds) described in the
ステップS21では、位置&方向情報158(図9参照)の変化に注目して、移動ロボット10の移動方向が設定値以上に変更されたか否かを判別し、NOであればステップS1に戻る。なお、この設定値は、指向性アンテナの性能や周囲環境によるフェージング量などを考慮して事前に決定または動的に変更されるものであり、たとえば指向性アンテナの半値角の半分に設定される。ステップS21でYESであれば、ステップS23で切替え候補リスト152を初期化した後、ステップS1に戻る。
In step S21, paying attention to the change in the position & direction information 158 (see FIG. 9), it is determined whether or not the moving direction of the
したがって、アンテナ1で閾値以上の通信品質が得られている状態(図6では位置P1〜P2の間)では、上述したステップS1〜S23からなるループが繰り返し実行され、これによって、切替え候補リスト152が最新の状態に保たれる。ステップS1の判別結果がYESからNOに変化する、すなわち通信品質が閾値を下回ると(図6ではP3,P4の各直後)、上記のループを抜けてステップS25に移る。 Therefore, in a state where the communication quality equal to or higher than the threshold value is obtained with the antenna 1 (between the positions P1 and P2 in FIG. 6), the loop composed of the above-described steps S1 to S23 is repeatedly executed. Is kept up to date. If the determination result in step S1 changes from YES to NO, that is, if the communication quality is below the threshold value (immediately after P3 and P4 in FIG. 6), the process goes through the above loop and proceeds to step S25.
図11に戻って、ステップS25では、非通信状態の継続時間(変数T)が、システムパラメータ146に記された移動容認時間(たとえば5秒)以下であるか否かを判別し、NO(T>5秒)であればステップS39(後述)に進む。ステップS25でYES(T≦5秒)であれば、ステップS27で変数Tをカウントアップした後、ステップS29で切替え候補リスト152に候補APがあるか否かを判別する。ステップS29でNOであればステップS39に進む一方、YESであれば切替え候補リスト152に存在する候補APの全てを試したか否かをステップS31でさらに判別する。
Returning to FIG. 11, in step S <b> 25, it is determined whether or not the non-communication state duration (variable T) is equal to or shorter than the movement allowable time (for example, 5 seconds) described in the system parameter 146. > 5 seconds), the process proceeds to step S39 (described later). If YES in step S25 (T ≦ 5 seconds), after the variable T is counted up in step S27, it is determined whether or not there is a candidate AP in the switching
ステップS31でYESであればステップS39に進む一方、NOであればステップS33で、アンテナ1の接続相手を未試行の候補APに切替える。そしてステップS35で、切替え後のアンテナ1による通信品質が閾値以上となったか否かを判別し、ここでもNOであれば、ステップS25に戻って上記と同様の処理を繰り返す。なお、ステップS35での閾値は、ステップS1での閾値と同じ値または相対的に大きい値を用いる。
If “YES” in the step S31, the process proceeds to a step S39, while if “NO”, the connection partner of the
ステップS35でYESであればステップS37に移って、当該候補APつまりアンテナ1の新たな接続相手となった候補APを切替え候補リスト152から削除する。その後、ステップS3に戻って上記と同様の処理を繰り返す。
If “YES” in the step S35, the process shifts to a step S37 to delete the candidate AP, that is, the candidate AP that becomes a new connection partner of the
したがって、アンテナ1で閾値以上の通信品質が得られない状態(図6では位置P3の直後からの通信途絶期間)では、上述したステップS25〜S35からなるループが繰り返し実行され、これによって、アンテナ1の接続相手の切替え候補リスト152に登録された候補APへの切替えが試みられる。移動容認時間内にいずれかの候補APへの切替えが成功して閾値以上の通信品質が得られると、先のステップS1〜S23のループに戻る。切替え候補リスト152に1つも候補APが存在しない場合、または全ての候補APを試し終えた時点で閾値以上の通信品質が得られていない場合、もしくは移動容認時間が経過しても閾値以上の通信品質が得られなかった場合には、ステップS39〜S47を通じて、動き制御に割り込む形で停止制御が行われる。
Therefore, in a state where communication quality equal to or higher than the threshold value cannot be obtained with the antenna 1 (communication interruption period immediately after the position P3 in FIG. 6), the loop consisting of the above-described steps S25 to S35 is repeatedly executed. Attempts to switch to the candidate AP registered in the switching
詳しくは、ステップS39で、図13に示す動き制御に割り込んで、左右の車輪モータ36aおよび36bを強制停止させる。次に、ステップS41で、通信可能領域からの逸脱を示す通知を遠隔操作装置12に送信する。ただし、この通知は、現時点の通信品質によっては、遠隔操作装置12に到達しない場合がある(ステップS41は省略してもよい)。次に、引き続き左右の車輪モータ36aおよび36bを制御して、ステップS43で進行方向を(たとえば逆方向に)変更した後、ステップS45で移動を再開させる。このとき、移動再開を示す通知を遠隔操作装置12に送信してもよい。その後、ステップS23で切り換え候補リスト152を初期化した後、ステップS1に戻って、上記と同様の処理を繰り返す。
Specifically, in step S39, the motion control shown in FIG. 13 is interrupted, and the left and
上記のような通信制御と並列的に、移動ロボット10のCPU80は、動き制御プログラム144に基づいて、図13のフローに従う動き制御処理を実行する。図13を参照して、まずステップS61で、一時記憶領域150の初期化といった初期処理を実行する。次に、ステップS63に進んで、各種センサ(40,46,58,70,112aおよび112b)からセンサ情報を取得し、ステップS65で、一時記憶領域150に記憶されたセンサ情報156を更新する。更新後のセンサ情報156は、通信LANボード114を介して、無線通信回路116により無指向性アンテナ118(アンテナ1)で遠隔操作装置12に送信される。その後、ステップS67に進む。
In parallel with the communication control as described above, the
ステップS67では、サーバ14から位置&方向情報を受信したか否かを判別し、NOであればステップS71に進む。ステップS67でYESであれば、ステップS69で、一時記憶領域150記憶された位置&方向情報158を更新した後、ステップS71に進む。ステップS71では、遠隔操作装置12から操作情報を受信したか否かを判別し、NOであればステップS75に進む。ステップS71でYESであれば、ステップS73で、一時記憶領域150に記憶された操作情報156を更新した後、ステップS75に進む。
In step S67, it is determined whether or not position & direction information has been received from the
ステップS75では、センサ情報156,位置&方向情報158および操作情報160に基づいて動き制御情報162を生成し、そしてステップS77で、この動き制御情報162に基づいて各種モータ(92〜98,110,36aおよび36b)を駆動する。その後、ステップS63に戻って上記と同様の処理を繰り返す。これによって、移動ロボット10の様々な動き、たとえば先述したような移動やコミュニケーション行動などが実現される。
In step S75,
遠隔操作装置12のCPU20は、メモリ22に記憶された制御プログラム(図示せず)に基づいて、図13のフローに従う制御処理を実行する。図13を参照して、まずステップS81で、ディスプレイ30に制御画面(図示せず)を初期表示し、次に、ステップS83で、操作パネル28への操作入力があったか否かを判別して、NOであればステップS87に進む。ステップS83でYESであれば、ステップS85で、その操作入力の内容を示す操作情報を、通信LANボード24を介して通信回路26から移動ロボット10に送信した後、ステップS87に進む。ステップS87では、通信LANボード24によって移動ロボット10からのセンサ情報および/またはサーバ14からの位置&方向情報が受信されたか否かを判別し、NOであればステップS83に戻る。ステップS87でYESであれば、ステップS89でディスプレイ30の制御画面を受信情報に基づいて更新した後、ステップS83に戻る。そして、上記と同様の処理を繰り返す。
The
これによって、ディスプレイ30には、移動ロボット10からのセンサ情報およびサーバ14の位置&方向情報を視覚的に示す制御画面が表示され、オペレータは、ディスプレイ30の制御画面を見ながら、必要に応じて操作パネル28を操作して、移動ロボット10の遠隔制御を行うことができる。
As a result, a control screen visually showing the sensor information from the
サーバ14のCPU40は、メモリ42に記憶された制御プログラム(図示せず)に基づいて、図14のフローに従う制御処理を実行する。図14を参照して、まずステップS91で、LRF142および144から距離情報を取得する。取得した距離情報は、メモリ42に書き込まれる。ステップS93では、今回取得した距離情報をメモリ42に記憶された前回の距離情報と比較して、変化があるか否かを判別し、ここでNOであればステップS91に戻る。ステップS93でYESであれば、ステップS95に進んで、今回の距離情報および前回の距離情報に基づいて移動ロボット10の位置および移動方向を計算する。そしてステップS97で、計算結果を示す位置&方向情報を、通信LANボード44を介して通信回路46から移動ロボット10および遠隔操作装置12の各々に送信する。その後、ステップS91に戻って上記と同様の処理を繰り返す。
The
これにより、移動ロボット10は、移動ロボット10自身の位置および移動方向を知ることができるので、自律的な移動が行える。また、遠隔操作装置12を操作するオペレータは、移動ロボット10の位置および移動方向を知ることができるので、移動ロボット10の遠隔操作が行える。なお、遠隔操作システム100からサーバ14を省略して、移動ロボット10自身がセンサ情報156に基づいて位置および移動方向を計算してもよい。遠隔操作装置12には、この計算結果(位置&方向情報158)が送信される。
Thereby, since the
以上から明らかなように、この実施例では、移動ロボット10は、AP202〜208のいずれか1つを介して遠隔操作される。このような移動ロボット10(あるいは移動ロボット操作用無線通信装置10A:図3参照)は、AP202〜208のいずれか1つと無線通信を行うための無指向性アンテナ118、移動ロボット10の移動方向を向いた指向性を有する指向性アンテナ120、およびCPU80を備える。CPU80は、AP202〜208のうち移動ロボット10の移動方向沿いに位置するAPからの信号を指向性アンテナ120によって検出し(S7)、検出された信号に基づく情報を切替え候補リスト152に登録し(S9,S15)、そして無指向性アンテナ118による通信品質が閾値を下回った場合に(S1:NO)、切替え候補リスト152の登録情報に基づいて無指向性アンテナ118の通信相手を切替える(S33)。こうして、簡単な構成で、ハンドオーバ時の通信途絶を極力抑えることができる。
As apparent from the above, in this embodiment, the
また、無指向性アンテナ120による通信品質が閾値を下回っている状態で(S1:NO)、CPU80は、切替え候補リスト152に登録情報が存在しない場合には(S29:NO)移動ロボット10自身の移動を強制的に停止させる一方、登録情報が存在する場合には(S29:YES)移動ロボット10の移動を容認する(S41)。したがって、移動ロボット10が通信可能領域を逸脱したとき、移動先に無線基地局が存在するか否かで、その移動を容認するか強制停止させるかを決めるので、回復の目途が立たない通信途絶であれば移動は強制停止され、一時的な通信途絶であれば移動が容認される結果となり、移動ロボット10の移動範囲を安全に広げることができる。
In addition, when the communication quality by the
なお、以上では、移動ロボット10(移動ロボット操作用無線通信装置10A)について説明したが、この発明は、無人搬送機、電動カートなど様々な移動体(移動体操作用無線通信装置)に用いることができる。 In the above, the mobile robot 10 (mobile robot operation wireless communication device 10A) has been described. However, the present invention can be used for various mobile objects (mobile operation wireless communication device) such as an automatic guided machine and an electric cart. it can.
また、以上の説明では、電波を無指向性アンテナおよび指向性アンテナで検出したが、このよう組み合わせ以外に、電波と可変指向性アンテナ,指向性アンテナとの組み合わせや、電波と可変指向性アンテナ,可変指向性アンテナとの組み合わせも可能である。その他にも、可視光または赤外線と、フォトディテクタ,光検出器,受光器,光センサ,撮像素子(フォトダイオード,フォトトランジスタ,CDS,CCD)に光学レンズや曲面鏡で指向性を付与したものとを組み合わせてもよい。あるいは、テラヘルツ波と、ディテクタ,検出器,センサ,アンテナに誘電体レンズや曲面鏡で指向性の付与を行ったものとの組み合わせでの実施も可能である。 In the above description, the radio wave is detected by an omnidirectional antenna and a directional antenna. However, in addition to such a combination, a combination of a radio wave and a variable directional antenna, a directional antenna, a radio wave and a variable directional antenna, Combination with a variable directional antenna is also possible. In addition, visible light or infrared light and photo detectors, photodetectors, light receivers, light sensors, image sensors (photodiodes, phototransistors, CDS, CCDs) with directivity using optical lenses and curved mirrors You may combine. Alternatively, a combination of a terahertz wave and a detector, a detector, a sensor, and an antenna in which directivity is imparted by a dielectric lens or a curved mirror is also possible.
10 …移動ロボット
12 …遠隔操作装置
14 …サーバ
20,40,80 …CPU
22,42,84 …メモリ
24,44,114 …通信LANボード
26,46 …通信回路
116 …無線通信回路
118 …無指向性アンテナ(アンテナ1)
120 …指向性アンテナ(アンテナ2)
142,144 …LRF(レーザレンジファインダ)
200 …ネットワーク
202〜208 …AP(アクセスポイント)
DESCRIPTION OF
22, 42, 84 ...
120 ... Directional antenna (antenna 2)
142,144 ... LRF (laser range finder)
200 ...
Claims (11)
前記複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ、
前記移動体の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ、
前記複数の無線基地局のうち前記移動体の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を前記第2アンテナによって検出する検出手段、
前記検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段、および
前記第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に、前記登録手段の登録情報に基づいて前記第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段を備える、無線通信装置。 A mobile radio communication apparatus for operating a mobile body via any one of a plurality of radio base stations,
A first antenna for performing wireless communication with any one of the plurality of wireless base stations;
A second antenna having directivity facing the moving direction of the moving body;
Detecting means for detecting a signal from a radio base station located along a moving direction of the mobile body among the plurality of radio base stations by the second antenna;
A registration unit for registering information based on the signal detected by the detection unit; and a communication partner of the first antenna based on registration information of the registration unit when communication quality by the first antenna is below a threshold value. A wireless communication device comprising switching means for switching.
前記登録手段は、前記抽出手段によって抽出された接続情報をさらに登録する、請求項4記載の無線通信装置。 Further comprising extraction means for extracting connection information from the signal detected by the detection means to the transmission source of the signal;
The wireless communication apparatus according to claim 4, wherein the registration unit further registers connection information extracted by the extraction unit.
前記登録手段による登録情報のうち、添付された検出時刻からの経過時間が所定の期限を過ぎた登録情報を抹消する抹消手段をさらに備える、請求項1記載の無線通信装置。 The registration means attaches a detection time of the signal when registering information based on the signal detected by the detection means,
The wireless communication apparatus according to claim 1, further comprising: erasure means for erasing registration information whose elapsed time from the attached detection time has passed a predetermined time limit among registration information by the registration means.
前記強制停止手段はさらに、前記計測手段の計測結果が所定の時間に達した時点で前記移動体の移動を強制的に停止させる、請求項7記載の無線通信装置。 Measuring means for measuring the duration of the state in which the communication quality by the first antenna is below a threshold;
8. The wireless communication apparatus according to claim 7, wherein the forcible stop means further forcibly stops the movement of the moving body when a measurement result of the measurement means reaches a predetermined time.
前記複数の無線基地局のうち前記移動体自身の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を前記第2アンテナによって検出する検出手段、
前記検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段、および
前記第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に、前記登録手段の登録情報に基づいて前記第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段として機能させる、通信制御プログラム。 A mobile radio communication apparatus for operating a mobile body via any one of a plurality of radio base stations, a first antenna for performing radio communication with any one of the plurality of radio base stations And a processor of a wireless communication device for a mobile body comprising a second antenna having directivity facing the moving direction of the mobile body,
Detecting means for detecting, by the second antenna, a signal from a radio base station located along a moving direction of the mobile body among the plurality of radio base stations;
A registration unit for registering information based on the signal detected by the detection unit; and a communication partner of the first antenna based on registration information of the registration unit when communication quality by the first antenna is below a threshold value. A communication control program that functions as a switching means for switching.
前記複数の無線基地局のいずれか1つと無線通信を行うための第1アンテナ、
前記移動体自身の移動方向を向いた指向性を有する第2アンテナ、
前記複数の無線基地局のうち前記移動体自身の移動方向沿いに位置する無線基地局からの信号を前記第2アンテナによって検出する検出手段、
前記検出手段によって検出された信号に基づく情報を登録する登録手段、および
前記第1アンテナによる通信品質が閾値を下回った場合に、前記登録手段の登録情報に基づいて前記第1アンテナの通信相手を切替える切替え手段を備える、移動体。 A mobile unit operated via any one of a plurality of radio base stations,
A first antenna for performing wireless communication with any one of the plurality of wireless base stations;
A second antenna having directivity facing the moving direction of the moving body itself;
Detecting means for detecting, by the second antenna, a signal from a radio base station located along a moving direction of the mobile body among the plurality of radio base stations;
A registration unit for registering information based on the signal detected by the detection unit; and a communication partner of the first antenna based on registration information of the registration unit when communication quality by the first antenna is below a threshold value. A moving body comprising switching means for switching.
前記第1アンテナによる通信品質が閾値を下回っている状態で、前記登録手段による登録情報が存在しない場合には前記移動手段を制御して前記移動体自身の移動を強制的に停止させる一方、前記登録手段による登録情報が存在する場合には前記移動体の移動を容認する、停止制御手段をさらに備える、請求項10記載の移動体。 The moving means for moving the moving body itself, and when the communication quality by the first antenna is below a threshold value and there is no registration information by the registering means, the moving body is controlled to control the moving body itself. The mobile body according to claim 10, further comprising stop control means for forcibly stopping the movement of the mobile body, and accepting the movement of the mobile body when registration information by the registration means exists.
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