JP6114096B2

JP6114096B2 - Time synchronization method between robots

Info

Publication number: JP6114096B2
Application number: JP2013089255A
Authority: JP
Inventors: 生川　俊則; 俊則生川
Original assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP2014211851A

Description

本発明は、隊列（以下、ロボット群）を組んで移動等を行うロボット間の時間同期方法に関する。 The present invention relates to a time synchronization method between robots that move in a group (hereinafter referred to as a robot group).

例えば、災害現場等においては、無人運転を行うショベルカーやブルドーザー等の制御のように、複数のロボットが自律分散に移動しながら作業を行い、それぞれが取得したデータを統合して１つのミッションを行うケースがある。
この際、移動目標を複数のロボットでトラッキング（位置評定）する場合、ロボット間において時間の同期が一致していないと、トラッキングの位置精度が低下することになり、目的とするミッションの達成ができないといった事態が発生する。そのため、各データの統合を行うためには、各ロボットに内蔵されているコンピュータの時間が同期していることが必須になる。
具体的には、例えば図１のように、ロボットＡとロボットＢがそれぞれ有する時間が同期していない場合、ロボットＢからロボットＡに同期されていない時間に従った情報が伝達することによって、ロボットＡでは移動目標の位置を誤って認識する場合が発生する。 For example, at a disaster site, multiple robots work while moving in an autonomous decentralized manner, such as control of an excavator or bulldozer that performs unmanned operation, and each acquired data is integrated into one mission. There are cases to do.
At this time, when tracking (positioning) a moving target with a plurality of robots, if the time synchronization is not consistent between the robots, the tracking position accuracy will be lowered, and the target mission cannot be achieved. Such a situation occurs. Therefore, in order to integrate each data, it is essential that the time of the computer built in each robot is synchronized.
Specifically, as shown in FIG. 1, for example, when the times that the robot A and the robot B have are not synchronized, the robot B transmits information according to the unsynchronized time to the robot A. In A, there is a case where the position of the moving target is erroneously recognized.

このような問題に対し、ロボット間における時間同期方法として以下の特許文献１及び特許文献２が知られている。 In order to solve such a problem, the following Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as time synchronization methods between robots.

特願２００８−１３４９４７号、「ネットワーク時空情報配信システム，ネットワーク時空情報配信装置，時空情報を受信する端末装置，およびネットワーク時空情報配信方法」Japanese Patent Application No. 2008-134947, “Network Space-Time Information Distribution System, Network Space-Time Information Distribution Device, Terminal Device that Receives Space-Time Information, and Network Space-Time Information Distribution Method” 特願２００８−１４６１４９号、「分散システムの同期処理装置および同期処理方法」Japanese Patent Application No. 2008-146149, “Synchronization Processing Device and Synchronization Processing Method for Distributed System”

特許文献１には、ＧＰＳを用いてＧＰＳデータに含まれる時刻をマスタークロックとして全てのロボットに同期させる方法が記載されている。特に、特許文献１においては、空間情報についても配信を行うことによって精度を高める点に特徴を有している。 Patent Document 1 describes a method of using GPS to synchronize all robots with a time included in GPS data as a master clock. In particular, Patent Document 1 has a feature in that accuracy is also improved by distributing spatial information.

また、特許文献２には、ＩＥＥＥ１５８８規格であるＰＴＰ（ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｉｍｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）を用いてネットワーク内で時間同期を行う方法が記載されている。この方法は、マスターアンドスレーブ方式を採用して、ネットワーク内の時間同期を行うものであり、ネットワーク内の１台のＰＣをマスター、それ以外全てのＰＣをスレーブとして、マスターのクロックに同期させるものである。具体的には、マスターは、ネッワーク内の各クロックを比較しＢＭＣ（ＢｅｓｔＭａｓｔｅｒＣｌｏｃｋ）アルゴリズムと呼ばれる分散アルゴリズムを実行して、最も優れた特性を持つ品質のクロックを検出し、これによって検出されたクロックをマスタークロックとして用いることによって、スレーブクロックを同期するというものである。
なお、ＢＭＣアルゴリズムとは、マスタークロックがネットワークから削除された場合や、特性の変更により品質がベストでなくなった場合には、ネットワーク内のクロックから新規マスタークロックを自動的に決定するというものである。また、この例において、スレーブでのマスターへの時間同期の方法については、クロックサーボと呼ばれる機構により実行するものを用いており、これは、マスターとスレーブ間の時間差（オフセット）と伝送遅延時間を計測し、ＰＩ制御器とｌｏｗ−ｐａｓｓフィルタにより、漸化的に目標時間に合わせて静定させている。 Patent Document 2 describes a method of performing time synchronization in a network using PTP (Precision Time Protocol) which is an IEEE 1588 standard. This method employs a master-slave method to synchronize the time in the network, and synchronizes to the master clock with one PC in the network as the master and all other PCs as slaves. It is. Specifically, the master compares the clocks in the network and executes a distributed algorithm called a BMC (Best Master Clock) algorithm to detect a clock with the best characteristics and quality. By using the clock as the master clock, the slave clock is synchronized.
Note that the BMC algorithm is to automatically determine a new master clock from the clocks in the network when the master clock is deleted from the network or the quality is not the best due to a change in characteristics. . In this example, the time synchronization method to the master at the slave uses a method executed by a mechanism called a clock servo. This is the difference between the time difference (offset) between the master and the slave and the transmission delay time. It is measured and gradually settled according to the target time by a PI controller and a low-pass filter.

ここで、上述した特許文献１における方法の場合、例えば、グリニッジ標準時の絶対時刻に同期をとる方法やＤ−ＧＰＳの基地局、電波時計の標準電波を活用する方法等が有効な手段となる。しかし、ビル間、屋内等にはＧＰＳデータを受信できないためロボットの位置等によっては、定常的に時間同期の精度が確保できないといった問題が発生する場合がある。 Here, in the case of the method in Patent Document 1 described above, for example, a method of synchronizing with an absolute time at Greenwich Mean Time, a method of utilizing a D-GPS base station, a standard radio wave of a radio clock, and the like are effective means. However, since GPS data cannot be received between buildings or indoors, there may be a problem that the accuracy of time synchronization cannot be ensured constantly depending on the position of the robot.

この点において、一方、関連する複数のロボットのシステム内で相対的に同期がとれていればよいという要求が多いため、上述した特許文献１における問題に対して特許文献２における方法の方が有効である場合がある。
しかし、特許文献２に記載された手法では、時間同期をとる必要があるロボットの数が多い場合等において、静的なネットワークで静定するまで通常数分から１０分程度の時間を要することがある。そのため、頻繁にロボットが離脱、加入する場合や、ネットワークトポロジーが変化する場合において、マスターの頻繁な交代によってネットワークの静定に多大な時間を要する場合があるという問題があった。 In this regard, on the other hand, since there is a large demand for relatively synchronized systems in a plurality of related robots, the method in Patent Document 2 is more effective for the problem in Patent Document 1 described above. It may be.
However, in the method described in Patent Document 2, when there are a large number of robots that need to be synchronized in time, it usually takes several minutes to 10 minutes to settle on a static network. . Therefore, when the robot frequently leaves and joins, or when the network topology changes, there is a problem that it may take a long time for the network to settle due to frequent changes of the master.

そこで、本発明の目的は、ノードの離脱、加入又はこれによるネットワークトポロジーの変化が頻繁に発生する環境においても、短い時間でかつ誤差の少ない時間同期を実現するロボット間の時間同期方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a time synchronization method between robots that realizes time synchronization with a short time and a small error even in an environment in which node detachment, joining, or network topology change due to this occurs frequently. There is.

上記目的を達成するため、本発明によれば、互いに連携して同一の目的を達成する複数のロボットからなるロボット群におけるロボット間の時間同期方法であって、前記複数のロボットのうちの１つのロボットが他のロボットに対して通信を行う場合に中継するロボットの数をホップ数とした場合において、
前記ロボットは、前記ロボット群において他のロボットと同期をとるための現在時間と、
前記他のロボットに対する各ホップ数と、を情報として有しており、
（Ａ）前記ロボット群における各ロボットについて、それぞれが有する各ホップ数の合計値を算出し、
（Ｂ）前記合計値が最も小さいロボットをマスターとし、かつ、マスター以外の全てのロボットをスレーブとして定め、
（Ｃ）前記スレーブが有する現在時間を前記マスターが有する前記現在時間に置き換える、ことを特徴とするロボット間の時間同期方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a time synchronization method between robots in a robot group composed of a plurality of robots that cooperate with each other to achieve the same object. When the number of robots relayed when a robot communicates with another robot is the number of hops,
The robot has a current time for synchronizing with other robots in the robot group;
And the number of hops for the other robot as information,
(A) For each robot in the robot group, calculate the total value of the number of hops each has,
(B) The robot with the smallest total value is set as a master, and all robots other than the master are set as slaves,
(C) A time synchronization method between robots is provided, wherein the current time of the slave is replaced with the current time of the master.

また、本発明によれば、（Ｄ−１）前記スレーブが前記ロボット群を離脱した場合には、前記マスターの変更は行わず、
（Ｄ−２）前記マスターが前記ロボット群を離脱した場合には、前記（Ａ）及び前記（Ｂ）によって新しいマスターを決定する。 According to the present invention, (D-1) when the slave leaves the robot group, the master is not changed,
(D-2) When the master leaves the robot group, a new master is determined by (A) and (B).

さらに、本発明によれば、（Ｄ−３）新たなロボットが前記ロボット群に加入する場合においては、前記新たなロボットは前記スレーブとする。 Further, according to the present invention, (D-3) when a new robot joins the robot group, the new robot is the slave.

また、本発明において、複数のロボット群における各ロボットについて時間同期を行う場合においては、
前記（Ａ）を行う前に、前記複数のロボット群の中から基準となる１つのロボット群を選定し、前記選定されていないロボット群のマスターが有する現在時間を前記選定されたロボット群のマスターが有する現在時間に置き換える。 In the present invention, when performing time synchronization for each robot in a plurality of robot groups,
Before performing the step (A), a reference robot group is selected from the plurality of robot groups, and the master time of the selected robot group is set to the current time of the master of the unselected robot group. Replace with the current time that has.

本発明によると、ロボット群内の各ノード間のホップ数を用いてマスターを決定する方法を採用することによって、同期が必要な系において相対的に同期することのみを行っている。そのため、例えば、ネットワークが静定するまで時間を要するクロック品質を評価指標とした選定アルゴリズムのような複雑なアルゴリズムを取り入れる必要がない。
また、ロボット群からロボットが離脱又は加入した際において、マスターの変更回数を減らすことが可能になるため、ノードの離脱、加入及びネットワークトポロジーの変化が頻繁して発生する環境においても、短い時間でかつ誤差の少ない時間同期を実現することが可能になる。
さらに、他のロボット群との間で時間同期を行う場合には、ロボット群を跨いで同期を行う必要があるのはマスター間でのみであるため、複数のロボット群間において時間同期を行う場合においても効率的に行うことが可能になる。
According to the present invention, by adopting a method of determining a master using the number of hops between nodes in a robot group, only synchronization is relatively performed in a system that requires synchronization. Therefore, for example, it is not necessary to introduce a complicated algorithm such as a selection algorithm using a clock quality that takes time until the network is settled as an evaluation index.
In addition, when a robot leaves or joins a group of robots, the number of master changes can be reduced, so even in an environment where node detachment, joining and network topology changes frequently occur, in a short time. In addition, time synchronization with less error can be realized.
In addition, when performing time synchronization with other robot groups, it is only necessary between masters to synchronize across robot groups, so when performing time synchronization between multiple robot groups In this case, it is possible to carry out efficiently.

従来技術における複数のロボットの説明図である。It is explanatory drawing of the some robot in a prior art. 本発明における複数のロボットによる時間同期についての説明図である。It is explanatory drawing about the time synchronization by the some robot in this invention. 本発明における各ロボットをロボット群（プラトーン）毎編成して番号を付与した場合の説明図である。It is explanatory drawing at the time of knitting | organizing each robot in this invention for every robot group (platone), and giving the number. 本発明におけるターゲットを複数のロボットによって監視する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of monitoring the target in this invention with a some robot. 本発明におけるノード間の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the nodes in this invention. 本発明におけるノードの離脱及び加入が発生した場合のノード間の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between nodes when the detachment | leave and joining of a node generate | occur | produce in this invention. 本発明におけるロボットの離脱及び加入の具体例についての説明図である。It is explanatory drawing about the specific example of the detachment | leave of a robot and joining in this invention. 本発明における複数ロボット群による時間同期についての説明図である。It is explanatory drawing about the time synchronization by the several robot group in this invention.

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図２は、本発明における複数のロボットによる時間同期についての説明図であり、図３は、本発明において各ロボットをロボット群毎編成して番号を付与した場合の説明図である。
この図において、１１はロボット、１２は各ロボットの監視エリア、１４は通行可能領域、１５は障害物である。
なお、図３においては、ロボット群相互の位置関係を明確にするために、図２の状態よりもロボット群相互の間隔を広く記載している。 FIG. 2 is an explanatory diagram for time synchronization by a plurality of robots according to the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram when the robots are knitted for each robot group and given numbers.
In this figure, 11 is a robot, 12 is a monitoring area of each robot, 14 is a passable area, and 15 is an obstacle.
In FIG. 3, in order to clarify the positional relationship between the robot groups, the distance between the robot groups is shown wider than in the state of FIG.

図２における各ロボット１１は、図３で示すように監視エリア１２が重複しているロボットによるロボット群（小隊）を編成している。この例においては、図３に示すように、それぞれ５つのロボットからなるロボット群Ａ〜Ｃが存在していることになる。各ロボット群は、図３におけるロボット群Ａ及びロボット群Ｂのように各ロボットが一直線上に並んだ、いわゆるライン型のネットワークトポロジーを形成する場合のみでなく、ロボット群Ｃのようなツリー型等のネットワークトポロジーを形成する場合もある。
この例において、ロボット１１は、地上を走行する車両型ロボットや上空から監視可能なヘリコプター等を想定している。また、自律走行が可能なロボットであれば無人ロボットであってもよい。 Each robot 11 in FIG. 2 forms a robot group (a platoon) by robots having overlapping monitoring areas 12 as shown in FIG. In this example, as shown in FIG. 3, there are robot groups A to C each including five robots. Each robot group is not only for forming a so-called line-type network topology in which the robots are aligned in a straight line like the robot group A and robot group B in FIG. Network topology may be formed.
In this example, the robot 11 is assumed to be a vehicle-type robot traveling on the ground, a helicopter that can be monitored from the sky, and the like. Further, it may be an unmanned robot as long as it is capable of autonomous traveling.

監視エリア１２は、各ロボット１１が目的に沿った監視が可能なエリアである。
監視エリア１２が一部重複する複数のロボット１１によってロボット群を編成することによって、一機のロボットによる監視エリアを超えた広範囲にわたる監視を行うことが可能になる。 The monitoring area 12 is an area where each robot 11 can monitor according to the purpose.
By organizing a robot group by a plurality of robots 11 whose monitoring areas 12 partially overlap, it becomes possible to perform monitoring over a wide range beyond the monitoring area by one robot.

ここで、後述するように同一ロボット群内のロボット１１は、各ロボット１１間で情報のやり取りを行うが、例えばロボット群Ａにおいて上端のロボット１１から下端のロボット１１に対してデータを送信する場合において、上端のロボット１１と下端のロボットとの物理的な距離が離れているため通信の伝達ができない場合が考えられる。 Here, as will be described later, the robots 11 in the same robot group exchange information between the robots 11. For example, in the robot group A, when data is transmitted from the upper robot 11 to the lower robot 11. In this case, it may be considered that communication cannot be transmitted because the physical distance between the upper end robot 11 and the lower end robot is large.

この場合においては、上端のロボット１１と下端のロボット１１との間に存在する３つのロボット１１のうち１つ以上を中継することで通信を行うことが可能になる。そのため、各ロボット１１は、同一ロボット群内の他のロボット１１のうち１台でも通信可能な位置に存在していれば、ロボット群を構成するロボット１１として監視等のミッションを行うことができるということになる。 In this case, communication can be performed by relaying one or more of the three robots 11 existing between the robot 11 at the upper end and the robot 11 at the lower end. Therefore, each robot 11 can perform a mission such as monitoring as the robot 11 that constitutes the robot group if it exists at a position where even one of the other robots 11 in the same robot group can communicate. It will be.

図４は、本発明におけるターゲットを複数のロボットによって監視する場合の説明図である。
この図において、１１ｄ、１１ｅはロボット、１６はターゲットであり、ターゲット１６はあるロボット１１の監視エリア１２の中に複数存在する場合もある。
また、この図においては、時間ｔ０においては、ロボット１１ｅの監視エリア１２内にターゲット１６が存在しており、時間ｔ０から時間ｔ１経過後において、ターゲット１６はロボット１１ｄとロボット１１ｅの監視エリア１２が重複する位置に移動している状況を表している。 FIG. 4 is an explanatory diagram when the target in the present invention is monitored by a plurality of robots.
In this figure, 11d and 11e are robots, 16 is a target, and there may be a plurality of targets 16 in the monitoring area 12 of a robot 11.
In this figure, at time t0, the target 16 is present in the monitoring area 12 of the robot 11e. After the time t1 has elapsed from the time t0, the target 16 has the monitoring area 12 of the robot 11d and the robot 11e. This represents a situation where the robot is moving to an overlapping position.

図４に示すように、複数のロボット１１によってターゲット１６の監視を行う場合、そのターゲット１６の監視を行うロボット１１が頻繁に変更することが想定される。そのため、監視を行うロボット１１の変更の有無に関わらず監視を継続するために、各ロボット１１間でデータのやりとりを行う必要がある。
具体的には、ターゲット１６の監視を行っているロボット１１の情報を、所定の間隔をもって同一ロボット群内の他のロボット１１に送る必要がある。 As shown in FIG. 4, when the target 16 is monitored by a plurality of robots 11, it is assumed that the robot 11 that monitors the target 16 frequently changes. Therefore, in order to continue monitoring regardless of whether or not the robot 11 to be monitored has been changed, it is necessary to exchange data between the robots 11.
Specifically, it is necessary to send information on the robot 11 that is monitoring the target 16 to other robots 11 in the same robot group at a predetermined interval.

上述の送受信を行うデータとして、例えば以下の項目を有するデータの送受信を行うことが考えられる。
（１）ヘッダ（データを発信するロボット１１のＩＤ等）
（２）現在時間
（３）データを発信するロボット１１の現在位置（緯度、経度等）
（４）ターゲットのＩＤ
（５）ターゲットの現在位置
（６）ターゲットの進行方向
（７）フッタ（セキュリティを含めたデータ認証用） As data to be transmitted / received as described above, for example, it is conceivable to transmit / receive data having the following items.
(1) Header (ID of robot 11 that transmits data)
(2) Current time (3) Current position of robot 11 that transmits data (latitude, longitude, etc.)
(4) Target ID
(5) Target current position (6) Target traveling direction (7) Footer (for data authentication including security)

同一ロボット群内の各ロボット１１は、他のロボット１１から送信された上記データを認識することによって、自らの監視エリア１２にターゲット１６が存在しないときであっても、同一ロボット群内に存在しているターゲット１６について常に把握することが可能になる。 Each robot 11 in the same robot group recognizes the data transmitted from the other robots 11 so that it exists in the same robot group even when the target 16 does not exist in its own monitoring area 12. It is possible to always grasp the target 16 that is present.

また、自らの監視エリア１２にターゲット１６が侵入してきた場合、このターゲット１６がロボット群内の他のロボット１１がそれまで監視をしているものなのか、ロボット群内の全ロボット１１の監視エリア１２に初めて侵入してきたものなのかを判断する必要がある。そのため、過去に（主に直前に）他ロボット１１から受け取ったデータを把握しておくことによって、かかる判断が可能になる。そして、そのターゲット１６が、ロボット群内の全ロボット１１の監視エリア１２に初めて侵入してきたものである場合には、上記（４）におけるターゲットＩＤを自ら付与する。
これによって、ロボット群内の各ロボット１１は、他のロボット１１が監視していたターゲット１６について、過去の監視データを引継ながら監視を継続することが可能になる。 Further, when the target 16 enters the own monitoring area 12, whether the target 16 has been monitored by other robots 11 in the robot group up to now, the monitoring area of all the robots 11 in the robot group. It is necessary to judge whether it is the first entry to the 12th. Therefore, it is possible to make such a determination by grasping data received from another robot 11 in the past (mainly immediately before). When the target 16 has entered the monitoring area 12 of all the robots 11 in the robot group for the first time, the target ID in the above (4) is given by itself.
As a result, each robot 11 in the robot group can continue monitoring the target 16 being monitored by the other robot 11 while taking over the past monitoring data.

なお、単一ロボット１１の監視エリア１２の中に２つ以上のターゲットが存在する場合においては、上記（４）〜上記（６）が繰り返されたデータを送信する形であっても、ターゲットごとに上記（１）〜上記（７）からなるデータを作成して送信する形であってもよい。 When there are two or more targets in the monitoring area 12 of the single robot 11, even if the data in which the above (4) to (6) are repeated is transmitted for each target Alternatively, the data composed of (1) to (7) above may be created and transmitted.

ここで、上述した送受信を行うデータは、上記（２）の現在時間に関係付けてターゲット１６についての情報を纏めたものであるところ、この現在時間は各ロボット１１がそれぞれ有している現在時間に依存しているため、他のロボット１１との間に誤差が生じる場合が考えられる。そのため、同一ロボット群内における各ロボット１１は定期的にそれぞれが有する現在時間について同期をとることによって誤差を解消する必要がある。 Here, the data to be transmitted / received is a collection of information about the target 16 in relation to the current time of (2) above. This current time is the current time that each robot 11 has. Therefore, there may be a case where an error occurs with another robot 11. Therefore, it is necessary to eliminate the error by synchronizing each robot 11 in the same robot group regularly with respect to the current time of each robot 11.

本発明においては、以下の方法によって時間同期を行う。
（手順１）
実際の各ロボット１１の現在位置と各ロボット１１間における通信可能範囲の情報（この場合においては図３の状態についての情報）を元に、図５に記載するような模式図を作成する。
図５において、２１はロボット１１に該当するノードであり、２２はロボット１１間において通信可能な状態にあることを示す直線（以下、枝と呼ぶ）である。
この図において、ロボット群Ａにおけるノード２１をノードＡ１〜Ａ５とし、ロボット群Ｂにおけるノード２１をノードＢ１〜Ｂ５とし、ロボット群Ｃにおけるノード２１をノードＣ１〜Ｃ５として表記した場合、例えばノードＡ３は、ノードＡ２及びノードＡ４と通信可能な状態にあることを示しており、また、ノードＣ３は、ノードＣ１、ノードＣ４及びノードＣ５と通信可能な状態にあることを示している。なお、図５における各ノード２１の番号は図３における各ロボット１１に付した番号に対応している。
また、後述するように複数のロボット群は協調してミッションを行う場合もあるため、ロボット群を跨いだノード間であっても通信可能な場合には枝２２が存在するものとして考える。この例においては、ノードＡ１とノードＢ４、及びノードＢ３とノードＣ２が通信可能であるということになる。 In the present invention, time synchronization is performed by the following method.
(Procedure 1)
Based on the actual current position of each robot 11 and information on the communicable range between each robot 11 (in this case, information on the state of FIG. 3), a schematic diagram as shown in FIG. 5 is created.
In FIG. 5, 21 is a node corresponding to the robot 11, and 22 is a straight line (hereinafter referred to as a branch) indicating that communication is possible between the robots 11.
In this figure, when the node 21 in the robot group A is denoted as nodes A1 to A5, the node 21 in the robot group B is denoted as nodes B1 to B5, and the node 21 in the robot group C is denoted as nodes C1 to C5. The nodes A2 and A4 are communicable with each other, and the node C3 is communicable with the nodes C1, C4, and C5. The numbers of the nodes 21 in FIG. 5 correspond to the numbers assigned to the robots 11 in FIG.
Also, as will be described later, since a plurality of robot groups may perform missions in cooperation, it is considered that a branch 22 exists when communication is possible even between nodes across the robot group. In this example, the nodes A1 and B4 and the nodes B3 and C2 can communicate with each other.

（手順２）
次に、ロボット群内の各ノードにおいて、ロボット群内の他のノードまでのホップ数の合計値をそれぞれ算出する。
ここで、ホップ数とは、あるロボットが別のロボットに対して通信を行う場合において、中継する必要があるロボットの数のことである。例えば、ノードＡ５において、ノードＡ２と通信するためにはノードＡ４及びノードＡ３を中継する必要があるため、ホップ数は「２」になる。また、ノードＣ４において、ノードＣ１と通信するためにはノードＣ３を中継する必要があるため、ホップ数は「１」となる。
具体的に、例えばノードＡ２においては以下のようにホップ数の計算を行う。
（１）ノードＡ２からノードＡ１までのホップ数「０」
（２）ノードＡ２からノードＡ３までのホップ数「０」
（３）ノードＡ２からノードＡ４までのホップ数「１」
（４）ノードＡ２からノードＡ５までのホップ数「２」
よって、ノードＡ２についてのホップ数の合計値は「０」＋「０」＋「１」＋「２」より「３」となる。
同様にロボット群ＡのノードＡ２以外のノードについてもホップ数の合計値を求めると、以下のようになる。
ノードＡ１：「０」＋「１」＋「２」＋「３」＝「６」
ノードＡ３：「０」＋「１」＋「１」＋「０」＝「２」
ノードＡ４：「２」＋「１」＋「０」＋「０」＝「３」
ノードＡ５：「３」＋「２」＋「１」＋「０」＝「６」 (Procedure 2)
Next, for each node in the robot group, the total number of hops to other nodes in the robot group is calculated.
Here, the number of hops is the number of robots that need to be relayed when a certain robot communicates with another robot. For example, in node A5, in order to communicate with node A2, it is necessary to relay node A4 and node A3, so the number of hops is “2”. In addition, since the node C4 needs to relay the node C3 in order to communicate with the node C1, the number of hops is “1”.
Specifically, for example, the node A2 calculates the number of hops as follows.
(1) Number of hops from node A2 to node A1 “0”
(2) Number of hops from node A2 to node A3 “0”
(3) Number of hops from node A2 to node A4 “1”
(4) Number of hops from node A2 to node A5 “2”
Therefore, the total value of the number of hops for the node A2 is “3” from “0” + “0” + “1” + “2”.
Similarly, the total number of hops for nodes other than the node A2 of the robot group A is as follows.
Node A1: “0” + “1” + “2” + “3” = “6”
Node A3: “0” + “1” + “1” + “0” = “2”
Node A4: “2” + “1” + “0” + “0” = “3”
Node A5: “3” + “2” + “1” + “0” = “6”

（手順３）
次に、手順２で求めたロボット群Ａにおける各ノードのホップ数の合計値のうち、これが最少であったノードをマスターとして決定し、それ以外のノードをスレーブとして決定する。
上記の例においては、ノードＡ３のホップ数の合計値である「２」は最少となるため、ロボット群ＡにおいてはノードＡ３がマスターとなる。
また、ロボット群Ｂ及びロボット群Ｃにおいても同様に計算すると、ロボット群ＢのマスターはＢ５になり、ロボット群ＣのマスターはＣ３となる。
なお、ホップ数の合計値が最少になるノードが複数存在する場合には、例えばノードの番号が最も若いものをマスターとする等の方法によって、マスターとなる１つのノードを決定する方法を採用してもよい。 (Procedure 3)
Next, of the total number of hops of each node in the robot group A obtained in the procedure 2, the node having the smallest number is determined as a master, and the other nodes are determined as slaves.
In the above example, “2”, which is the total value of the number of hops of the node A3, is the smallest, so in the robot group A, the node A3 is the master.
Similarly, in the robot group B and the robot group C, the master of the robot group B is B5 and the master of the robot group C is C3.
When there are multiple nodes that have the smallest total number of hops, a method is adopted in which one node that becomes the master is determined by, for example, using the node with the smallest node number as the master. May be.

（手順４）
手順３において決定したマスターからそのロボット群におけるスレーブに対して、マスターが有する現在時間のデータをスレーブに送信することによって、同一ロボット群内の時間同期を図る。同一ロボット群内でこの時間同期を所定の時間間隔において行うことによって各ロボット１１が有する現在時間のずれを解消することが可能になる。
なお、この方法においては時間同期をロボット群ごとに行うため、複数ロボット群が存在する場合においては、各ロボット群内で同期している時間に誤差がある可能性があるということになる。 (Procedure 4)
Time synchronization within the same robot group is achieved by transmitting data of the current time possessed by the master from the master determined in the procedure 3 to the slave in the robot group. By performing this time synchronization at a predetermined time interval within the same robot group, it becomes possible to eliminate the time lag of each robot 11.
In this method, since time synchronization is performed for each robot group, when there are a plurality of robot groups, there is a possibility that there is an error in the synchronization time within each robot group.

上記手順によるマスターの決定は、各ロボット群において新たなノードの加入又は離脱があった場合においても行われる場合がある。
具体的には、ロボット群からスレーブが離脱した場合においては、ロボット群の中でマスターのホップ数が最少であることに変化はないため、マスターの変更は行わないが、ロボット群からマスターが離脱した場合においては、新たなマスターを決定する必要があるため、上記手順に従って再度マスターの決定を行うことになる。 The master determination by the above procedure may be performed even when a new node joins or leaves the robot group.
Specifically, when the slave leaves the robot group, there is no change in the number of hops of the master in the robot group, so the master is not changed, but the master leaves the robot group. In this case, since it is necessary to determine a new master, the master is determined again according to the above procedure.

また、ロボット群に新たなノードが追加された場合においては、新たなノードのホップ数を問わずスレーブとする。新たに加入したノードがマスターになる場合があるとすると、上記手順が頻繁に繰り返される可能性があるため、ネットワークが不安定になることを防止する必要があるからである。 In addition, when a new node is added to the robot group, it is set as a slave regardless of the number of hops of the new node. This is because if the newly joined node may become the master, the above procedure may be repeated frequently, and it is necessary to prevent the network from becoming unstable.

上述のように、ホップ数を用いてマスターを決定する方法を用いることによって、例えば、図５におけるロボット群Ａのようにバスライン型のネットワークトポロジーを構成している場合や、ロボット群ＣのようにノードＣ３を根としてツリー型のネットワークトポロジーを構成している場合だけでなく、ロボット群内のノードがスター型やリング型等のネットワークを構成している場合にあっても、そのネットワークトポロジーに関係なく、容易にマスターを決定することが可能になるため有効である。
なお、上記手順によってマスターを決定している最中に、ノードの加入又は離脱が発生してネットワークトポロジーが変更された場合には、マスターが離脱したためにやむを得ない場合を除き、ネットワークの安定性を考慮する観点からマスターの再決定は行わない方法を採用してもよい。 As described above, by using the method of determining the master using the number of hops, for example, when a bus line type network topology is configured like the robot group A in FIG. In addition to the case where a tree-type network topology is configured with the node C3 as a root, the network topology is not limited even if the nodes in the robot group form a star-type or ring-type network. Regardless, it is effective because it becomes possible to easily determine the master.
If the network topology is changed due to the joining or leaving of a node while the master is determined by the above procedure, the stability of the network will be improved unless it is unavoidable that the master has left. From the viewpoint of consideration, a method of not re-determining the master may be adopted.

図６は、本発明におけるノードの移動が発生した場合の説明図である。
図５の状態からロボット群ＡのノードＡ３がロボット群Ｂに移動した状態（ノードＡ３がロボット群Ａから離脱し、かつ、ロボット群Ｂに加入した状態）について表示している。 FIG. 6 is an explanatory diagram when node movement occurs in the present invention.
The state where the node A3 of the robot group A has moved to the robot group B from the state of FIG. 5 (the state where the node A3 has left the robot group A and joined the robot group B) is displayed.

この例において、ロボット群ＡではマスターであるノードＡ３が離脱しているため、上記手順２を再度繰り返し、新たなマスターが決定される。また、ロボット群Ｂでは新たなノードが加入しているが、新たなノートはそのホップ数に関わらずスレーブとなるため、ロボット群Ｂに加入したノードＡ３はロボット群Ｂのスレーブとなることになる。なお、この例において、ロボット群Ａの新たなマスターはノードＡ２又はノードＡ４になる。 In this example, in the robot group A, the master node A3 has left, so the procedure 2 is repeated again to determine a new master. In addition, a new node has joined the robot group B, but since the new note becomes a slave regardless of the number of hops, the node A3 joining the robot group B becomes a slave of the robot group B. . In this example, the new master of the robot group A is the node A2 or the node A4.

図７は、本発明におけるノードの離脱及び加入についての具体例である。
複数のロボット１１（この例においては車両１１）がロボット群を組んで高速道路を走行している場合を考える。図７（ａ）に示すように１０台の車両１１が、それぞれ５台ずつロボット群Ａとロボット群Ｂに分かれて走行している場合、上記手順２によるとロボット群Ａ及びロボット群Ｂのマスターはそれぞれ真中を走行する車両になる。 FIG. 7 is a specific example of node leaving and joining in the present invention.
Consider a case where a plurality of robots 11 (vehicles 11 in this example) are traveling on a highway with a group of robots. As shown in FIG. 7 (a), when ten vehicles 11 are traveling separately in the robot group A and the robot group B, according to the procedure 2, the masters of the robot group A and the robot group B are used. Each become a vehicle traveling in the middle.

この場合において、図７（ｂ）に示すように、ロボット群Ａにおいて先頭を走行していた車両１１が、ロボット群Ａから離脱し、図７（ｃ）に示すように、ロボット群Ｂに加入（合流）した場合を考えると、離脱及び加入を行った車両１１は、ロボット群Ａにおいてスレーブであったものであり、かつ、ロボット群Ｂにおいて新たな加入したノードはマスターにならない。そのため、上記離脱及び加入によってロボット群Ａ及びロボット群Ｂのマスターは変更されないことになる。 In this case, as shown in FIG. 7 (b), the vehicle 11 traveling at the head of the robot group A leaves the robot group A and joins the robot group B as shown in FIG. 7 (c). Considering the case of (joining), the vehicle 11 that has left and joined is a slave in the robot group A, and a newly joined node in the robot group B does not become a master. Therefore, the masters of the robot group A and the robot group B are not changed by the above separation and joining.

次に、複数ロボット群間の時間同期の方法について説明を行う。
図８は、本発明における複数ロボット群間における時間同期についての説明図である。この図において、３１はマスター、３２はスレーブである。 Next, a method for time synchronization between a plurality of robot groups will be described.
FIG. 8 is an explanatory diagram of time synchronization among a plurality of robot groups in the present invention. In this figure, 31 is a master and 32 is a slave.

図８（ａ）のような場合において、複数ロボット群におけるノードについて時間同期を行う場合、複数ロボット群について新たな１つのロボット群と考え、それぞれのロボット群におけるマスター３１の中で１つのマスター３１を選定して、上述した手順に従って時間同期を行う方法も可能である。
しかし、かかる場合、ロボット群の数やノードの総数によっては、マスターの決定及びスレーブに向けた時間同期に膨大な時間を要する場合があり、時間同期を行う可能性のあるロボット群数やノードの総数が不確定な状況においては妥当な方法ではない場合があるものと考えられる。 In the case shown in FIG. 8A, when time synchronization is performed for nodes in a plurality of robot groups, the plurality of robot groups is considered as one new robot group, and one master 31 among the masters 31 in each robot group. It is also possible to select time and perform time synchronization according to the procedure described above.
However, in such a case, depending on the number of robot groups and the total number of nodes, it may take an enormous amount of time to determine the master and time synchronization toward the slave. In situations where the total number is uncertain, it may not be a reasonable method.

そこで、本発明において、複数ロボット群間における時間同期を行う場合においては、図８（ｂ）に示すように複数ロボット群の各マスター３１間でのみ時間同期を行い、その後、時間同期を行った各マスター３１の所有する時計を基準として、各マスター３１と同一ロボット群内のスレーブ３２との間で時間同期を行う。
このマスター３１間での同期は、例えば、複数のロボット群の中から基準となる１つのロボット群を選定し、選定されていないロボット群のマスター３１が有する現在時間を選定されたロボット群のマスターが有する現在時間に置き換えることによって行うものであってよい。
なお、このロボット群の選定については、例えば、複数のロボット群のマスターのみで１つのロボット群を形成したと仮定し、それぞれのマスターのホップ数の合計値を求めて、この合計値が最も小さいマスターをこのロボット群におけるマスター（マスターオブマスター）として決定して、そのマスター（マスターオブマスター）のロボット群を選定する方法であってよい。 Therefore, in the present invention, when performing time synchronization among a plurality of robot groups, time synchronization is performed only between the masters 31 of the plurality of robot groups as shown in FIG. 8B, and then time synchronization is performed. Time synchronization is performed between each master 31 and a slave 32 in the same robot group with reference to a clock owned by each master 31.
The synchronization between the masters 31 is performed by, for example, selecting a reference robot group from among a plurality of robot groups, and mastering the robot group in which the current time of the master 31 of the unselected robot group is selected. May be performed by replacing the current time of
For the selection of the robot group, for example, it is assumed that one robot group is formed by only the masters of a plurality of robot groups, and the total number of hops of each master is obtained, and this total value is the smallest. A method may be used in which a master is determined as a master (master of master) in the robot group, and the robot group of the master (master of master) is selected.

または、各マスター３１の所有する時計について、それぞれ相互の時間差をオフセットとして各マスター３１が保持しておく方法であってもよい。
具体的には、例えば以下の手順で時間同期を行う。
（１）複数ロボット群間における時間同期を行う場合において、複数ロボット群の各マスター３１の所有する時計の時間差をオフセットとしてそれぞれ取得する。なお、ここでは各マスター３１間での時間同期は行わない。
（２）各ロボット群において各マスター３１と同一ロボット群内のスレーブ３２との間で時間同期を行う。
（３）異なるロボット群間において通信をする場合には、各マスター３１を介して行い、ここで上記オフセットの加算又は減算処理を行ってから通信を行う。 Alternatively, a method may be used in which each master 31 holds a timepiece owned by each master 31 with each other's time difference as an offset.
Specifically, for example, time synchronization is performed according to the following procedure.
(1) When performing time synchronization among a plurality of robot groups, the time difference of the clocks owned by each master 31 of the plurality of robot groups is acquired as an offset. Here, time synchronization between the masters 31 is not performed.
(2) In each robot group, time synchronization is performed between each master 31 and a slave 32 in the same robot group.
(3) When communicating between different robot groups, the communication is performed through each master 31, and the communication is performed after performing the above-described offset addition or subtraction processing.

この方法によって、時間同期を行うロボット群の数やノードの総数に拘束されることなく、短時間でかつ極力誤差の小さい形で時間同期をすることが可能になる。 This method makes it possible to perform time synchronization in a short time and with as little error as possible without being restricted by the number of robot groups and the total number of nodes that perform time synchronization.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

１１、１１ａ〜１１ｅロボット（車両）、
１２監視エリア、１４通行可能領域、１５障害物、
１６ターゲット、
２１ノード、２２枝、
３１マスター、３２スレーブ 11, 11a-11e Robot (vehicle),
12 monitoring areas, 14 accessible areas, 15 obstacles,
16 targets,
21 nodes, 22 branches,
31 masters, 32 slaves

Claims

A time synchronization method between robots in a group of robots that achieve the same purpose in cooperation with each other, and when one of the plurality of robots communicates with another robot When the number of hopping robots is the number of hops,
The robot has a current time for synchronizing with other robots in the robot group;
And the number of hops for the other robot as information,
(A) For each robot in the robot group, calculate the total value of the number of hops each has,
(B) The robot with the smallest total value is set as a master, and all robots other than the master are set as slaves,
(C) A time synchronization method between robots, wherein the current time of the slave is replaced with the current time of the master.

(D-1) When the slave leaves the robot group, the master is not changed,
(D-2) The time synchronization method according to claim 1, wherein when the master leaves the robot group, a new master is determined according to (A) and (B).

(D-3) The time synchronization method according to claim 1, wherein when a new robot joins the robot group, the new robot is the slave.

When performing time synchronization for each robot in multiple robot groups,
Before performing the step (A), a reference robot group is selected from the plurality of robot groups, and the master time of the selected robot group is set to the current time of the master of the unselected robot group. 4. The time synchronization method according to claim 1, wherein the time synchronization method is replaced with a current time of the time.