JP7047980B1 - ロボット制御装置、ロボット制御方法及びロボット制御システム - Google Patents

Abstract

リンクとノードとを有する地図情報（１２１）を用いてロボット（２０）の目的地までの経路情報（１２２）を生成する経路生成部（１１１）と、全てのロボット（２０）の経路情報（１２２）から他のロボット（２０）の経路と競合しない非競合区間を抽出する非競合区間抽出部（１１２）と、ロボット（２０）が非競合区間のみによって目的地までの移動ができない場合には、他のロボット（２０）の走行情報に応じて制御情報を更新する制御情報更新部（１１３）と、ロボット（２０）に制御情報を送信する制御情報送信部（１０２）と、非競合区間の移動を終了したとの通知をロボット（２０）から受信する通知受信部（１０１）とを備えることを特徴とするロボット制御装置（１０）なので、演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。

Description

本開示は、ロボットの移動を制御するための制御装置、制御方法、及び制御システムに関するものである。

近年、自律移動ロボットの普及が進んでおり、工場、オフィス、商業施設といった空間での移動ロボットの利活用が検討されている。限られた移動空間で多数の自律移動ロボットを効率的に移動させる場合に、移動ロボット同士が互いの進路を妨害する状況（デッドロック）が発生しうる。このような状況において、どちらかの移動ロボットが後退する必要があるため、移動ロボット全体での移動効率が低下する。これを解決するために、他の移動ロボットの進路を妨害しない移動経路を各移動ロボットについて生成する移動体の制御方式が検討されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０－２３１６９８号公報

特許文献１では、ロボットの制御装置は移動経路のうちの一定時間（Ｔ秒）分の移動経路についての移動経路データをロボットに送信している。しかしながら、このＴを小さくすると演算装置の処理負荷が増加し、一方、このＴが大きくすれば処理負荷は低減できても、時々刻々と変化する環境情報を反映した移動経路を作成することが難しくなる。

本開示は、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、ロボット同士のデッドロックを回避することを目的としている。

この開示によるロボット制御装置は、ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接するリンクを接続するノードとを有する地図情報と、地図情報を用いてロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成部と、全てのロボットの経路情報から他のロボットの経路と競合しない非競合区間を経路情報とリンクとに基づいて抽出する非競合区間抽出部と、ロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができない場合には、他のロボットの走行情報に応じて制御情報を更新する制御情報更新部と、ロボットに制御情報を送信する制御情報送信部と、非競合区間の移動を終了したとの通知をロボットから受信する通知受信部とを備えることを特徴とするロボット制御装置であって、制御情報更新部は、ロボット同志がすれ違うことができない競合区間の走行の順番を決める際にはロボットとの通信品質情報が相対的に劣るロボットが競合区間を通過するまで通信品質情報が相対的に優れるロボットを待機させるように制御情報を更新し、またロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができるまで制御情報を更新し、さらに競合区間の走行の順番をロボット間で優先度を決めて制御情報を更新し、他の区間にいるロボットに対して常に競合区間となる絶対的な競合区間にいるロボットの走行を優先し、非競合区間抽出部は、ロボットがすれ違うには十分な通路幅がある非競合区間であっても特別な構成がある場合には、絶対的な競合区間として扱うことを特徴とするロボット制御装置。
である。

この開示によるロボット制御方法は、ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接するリンクを接続するノードとを有する地図情報を用いてロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成工程と、全てのロボットの経路情報から他のロボットの経路と競合しない非競合区間を経路情報とリンクとに基づいて抽出し、ロボットがすれ違うには十分な通路幅がある非競合区間であっても特別な構成がある場合には常に競合区間となる絶対的な競合区間として扱う非競合区間抽出工程と、ロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができない場合には他のロボットの走行情報に応じて制御情報を更新し、またロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができるまで制御情報を更新し、さらにロボット同志がすれ違うことができない競合区間の走行の順番をロボット間で優先度を決めて制御情報を更新し、他の区間にいるロボットに対して絶対的な競合区間にいるロボットの走行を優先する制御情報更新工程と、ロボットに制御情報を送信する制御情報送信工程と、非競合区間の移動を終了したとの通知をロボットから受信する通知受信工程とを備えることを特徴とするロボット制御方法である。

この開示によれば、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。

本開示の実施の形態１によるロボット制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態１による非競合区間の例を示すイメージ図である。 本開示の実施の形態１による経路上にセキュリティゲートが存在する例を示すイメージ図である。 本開示の実施の形態１による非競合区間抽出部における抽出処理のイメージ図である。 本開示の実施の形態１による制御情報更新における基本処理のイメージ図である。 本開示の実施の形態１による制御情報更新において通信品質情報を活用する処理のイメージ図である。 本開示の実施の形態１による制御情報生成処理の流れを示すフロー図である。 本開示の実施の形態１による移動ロボット内での処理の流れの一例を示すフロー図である。 本開示の実施の形態１によるシステム全体の処理の流れを示すフロー図である。 本開示の実施の形態１による移動ロボットが３台以上存在する場合における制御情報生成処理のイメージ図である。 本開示の実施の形態２によるロボット制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態２による移動ロボット内での処理の流れの一例を示すフロー図である。 本開示の実施の形態３によるロボット制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態３による回避経路生成処理のイメージ図である。

実施の形態１．
図１は本開示の実施の形態１によるロボット制御装置１０のシステム構成を示すブロック図である。ロボット制御装置１０は、通信部１００、制御情報生成部１１０、格納部１２０で構成される。ロボット制御装置１０は、複数の移動ロボット２０と無線で接続される。移動ロボット２０は複数台あるため、この明細書の説明では説明の便宜から添え字を付記する場合がある。また、ロボット制御装置１０は、複数の移動ロボット２０のうち、いずれか１台の移動ロボット２０内に含まれる形態でもよい。

通信部１００は、通知受信部１０１、制御情報送信部１０２で構成される。通知受信部１０１は、移動ロボット２０が送信する制御に係る情報などを受信する。制御情報送信部１０２は、制御情報生成部１１０が生成した制御情報を移動ロボット２０に送信する。通信部１００の通信手段としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈといった無線ＬＡＮの他、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）及び４Ｇといった無線ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いてもよい。

制御情報生成部１１０は、経路生成部１１１、非競合区間抽出部１１２、制御情報更新部１１３から構成され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で演算される

格納部１２０は、地図情報１２１、経路情報１２２、ロボット走行情報１２３をそれぞれ格納するための記憶領域であり、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶装置に情報を保存する。

地図情報１２１は、移動ロボット２０が移動可能な経路であるリンクと、隣接するリンク同士を接続するノードとから構成される。図２は、競合区間の例を示すイメージ図である。ノードＡとノードＢとを接続するリンクＡＢと、ノードＢとノードＣとを接続するリンクＢＣのふたつのリンクを定義することができる。ここでは、リンクＡＢは非競合区間に、リンクＢＣは競合区間になっている。

また、リンクには、リンクが設置される通路に関する属性情報が含まれ、例えば、通路の形状、通路幅、勾配、段差の有無などが含まれる。通路幅は、リンク上で移動ロボット２０がすれ違い走行ができるか否かの情報でもよい。また、ノードの設置場所には特段の制約はない。しかしながら、リンクに含まれる属性情報が変化する箇所にはノードを設定し、特別な構成が存在する場合には構成の前後にノードを設定する。

図２では、経路の幅が変化する地点でノードＢを設定している。また、図３は、経路上にセキュリティゲートが存在する例を示すイメージ図であり、競合区間になっている。例えば、セキュリティゲートへの出入り口は特別な構成が存在する箇所であり、前後にはノードＤとノードＥとが設定されている。当然のことながら、リンクが複数のリンクに分岐する箇所、複数のリンクが合流する箇所にはノードが設定される。

経路情報１２２は、ロボット制御装置１０が管理する全ての移動ロボット２０の移動を開始する地点から目的地までの経路に関する情報が含まれる。

ロボット走行情報１２３は、移動ロボット２０の走行に関する情報を含み、ロボットの位置情報、走行速度、走行モードなどを含む。走行モードは、建物が備える設備についての利用状態を含む。代表的な建物の設備としては、エレベーター、エスカレーター、自動扉、フラッパーゲートなどがある。

経路生成部１１１は、地図情報１２１を用いて移動ロボット２０の現在位置から目的地までの経路を算出する。経路の算出方法として代表的なものは、ノードとリンクとから構成されるネットワークを用いて、最短経路問題を解く方法である。このような問題を解くアルゴリズムとしては、ダイクストラ法が広く知られているが、どのようなアルゴリズムを用いても良い。また、適切な経路生成を行うためには、リンクの重みを適切な値に設定する必要がある。リンクの移動距離を重みとすることが一般的であるが、勾配が大きい通路や段差がある通路に対してペナルティを設けるような重みづけを行ってもよい。

非競合区間抽出部１１２は、経路生成部１１１が生成した経路について、移動中のすべての移動ロボット２０についての経路情報１２２及びリンクを用いて、全ての移動ロボット２０間で競合が起こらない区間を抽出する。区間は４つに大別でき、常に非競合区間となる区間（絶対的な非競合区間）、常に競合区間となる区間（絶対的な競合区間）、移動ロボット２０が同一リンクを反対方向に進みすれ違うことができないと抽出される競合区間、移動ロボット２０がすれ違うことはできない通路幅ではあるが経路情報１２２から移動ロボット２０は進行ができると抽出される相対的な非競合区間とがある。なお、リンクが設置される通路に関するリンクの属性情報を活用することにより、より現実世界に即して競合または非競合を判定することができ、効率的に移動ロボット２０を制御することができる。

非競合区間抽出部１１２は、区間が非競合区間と競合区間とのいずれに該当するかを求めることになる。図２の通路は、通路の途中で通路幅が変化する通路を表している。移動ロボット２０ａは左から右に向かって直進し、移動ロボット２０ｂは、右から左に向かって直進する計画である。また、地図情報１２１として、ノードＡ、Ｂ、Ｃの３点と、それらを結ぶリンクが２本ある。リンクＡＢは、２台の移動ロボット２０がすれ違うための通路幅が十分に大きいので、常に非競合区間（絶対的な非競合区間）となる。一方で、リンクＢＣは通路幅が小さく、リンクＢＣ上で移動ロボット２０ａと移動ロボット２０ｂとですれ違いが予測されるため、リンクＢＣは競合区間として求まる。なお、リンクＢＣ上で移動ロボット２０のすれ違いが予測されない場合には、通路幅が狭くても非競合区間である。

図３の通路には、セキュリティゲートが設置されており、ゲートを通過するための区間がリンクＤＥとして定義されている。リンクＤＥは、２台の移動ロボット２０がすれ違うために十分な通路幅はあっても、特別な構成であるセキュリティゲートに対応したリンクであるという属性を含むことから競合区間（絶対的な競合区間）となる。ここでは、セキュリティゲートを特別な構成としているが、何を特別な構成とするか、該当するリンク箇所を絶対的な競合区間とするかは適宜決定できる項目である。このため、絶対的な競合区間の設定は必須の要件ではない。また、競合区間の判定には、対象の移動ロボット２０の大きさと通路幅を用いて行ってもよいし、通路に付随するその他の属性情報を用いて総合的に判定してもよい。

図４は、非競合区間抽出部１１２における抽出処理のイメージ図である。図４において、移動ロボット２０ｅは、ノードＦからＤ、Ｃを経てノードＢへの移動を予定しており、移動ロボット２０ｆは、ノードＡからＣ、Ｄを経てノードＥへ移動予定である。

非競合区間抽出部１１２は、リンクＣＤの通路幅が十分にある絶対的な非競合区間ではなく、移動ロボット２０ｅと移動ロボット２０ｆとがリンクＣＤの通過予定のタイミングが重なり、デッドロックが発生することを予測する。換言するならば、非競合区間抽出部１１２は、現状の経路案ではリンクＣＤが競合区間となることを予測する（図４の（Ａ）リンクＣＤが競合区間）。このような場合に非競合区間抽出部１１２は、確実に衝突が発生しない移動ロボット２０ｆの経路として非競合区間であるリンクＡＣを抽出し、移動ロボット２０ｆはノードＡからノードＣに到達後、移動ロボット２０ｅがノードＣを通過するまで待機し、移動ロボット２０ｅがノードＣを通過後、ノードCからノードＤを経てノードＥへの移動を抽出することになる（図４の（Ｂ）リンクCDが非競合区間）。

制御情報更新部１１３は、非競合区間抽出部１１２が抽出した経路に基づき、所定の移動ロボット２０に対して移動効率を向上するよう制御情報を更新する。また、制御情報の更新処理は、非競合区間抽出部１１２によって抽出された全ての移動ロボット２０の全ての経路が非競合区間になるまで実施する。これによって、移動ロボット２０が非競合区間のみによって目的地までの移動ができるまで制御情報を更新することになる。

図５は、制御情報更新における基本処理のイメージ図である。移動ロボット２０ｆが優先される場合の例で説明する（図５の（A））。移動ロボット２０ｆがノードＣに到達し、経路情報１２２を生成する状況を示している。移動ロボット２０ｆの経路は、リンクＣＤ、リンクＤＥであり、リンクＣＤは移動ロボット２０ｅとの競合区間である。競合区間となるリンクＣＤがあるため、移動ロボット２０ｆにとって、確実に衝突の発生しない経路が存在しない状態である。

一方、移動ロボット２０ｅは、競合区間であるリンクＣＤを通行予定であるが、リンクＣＤへ侵入していない状態である。この状況下において、移動ロボット２０全体の総待ち時間を最小化するように、制御情報の更新を行う。この例では、図５の（Ａ）下部に示すように、移動ロボット２０ｆの制御情報としてリンクＣＤを通行する制御情報に、移動ロボット２０ｅの制御情報としてノードＤまで進行し移動ロボット２０ｆがノードDを通過するまで待機（停止）する制御情報に更新する。

この一連の処理により、移動ロボット２０全体の総待ち時間を削減することができる。この例では、先に競合区間の侵入ノードに到達した移動ロボット２０ｆを優先して、この競合区間を通過するよう制御情報を更新している。競合区間のリンクに到達時刻の前後だけではなく、各移動ロボット２０の属性情報を用いて優先する移動ロボット２０を決定してもよい。属性情報としては、移動速度、実行中のタスク種別、移動ロボット２０に付与された優先度等が含まれ、これらの属性情報に重み付けを付けてもよい。

図５の（Ｂ）は、移動ロボット２０ｅが優先される場合の例である。移動ロボット２０ｆがノードＣに到達した際、すでに移動ロボット２０ｅが競合区間であるリンクＣＤに侵入していた場合について説明する。リンクＣＤは、移動ロボット２０ｅと移動ロボット２０ｆとの競合区間となり、これらの移動ロボット２０がすれ違うことのできない通路である。よって、移動ロボット２０ｅに対して制御情報の更新は行わず、移動ロボット２０ｆに対して停止する制御命令を生成する。

このケースでは、移動ロボット２０ｆに対して送信される制御命令には、所定の位置まで移動するための経路情報１２２が含まれる移動命令と、所定の地点（ノードＣの手前）で待機するための停止命令が含まれる。移動命令には経路情報１２２だけでなく、移動速度といった移動の制御に関する属性情報が含まれてもよい。停止命令には、停止位置や停止時間といった停止の制御に関する属性情報が含まれてもよい。

制御情報の更新是非の判断には、通信品質情報を活用してもよい。制御情報更新において通信品質情報を活用する処理のイメージ図である図６を用いて説明する。ここでは、図５と同様に、移動ロボット２０ｅ及び移動ロボット２０ｆの経路のうち、リンクＣＤが競合区間となっている状態を示している。図６の（Ａ）は、移動ロボット２０ｅの通信状況が良い場合の例である。移動ロボット２０ｅは制御情報の受信に失敗する可能性が低いので、移動ロボット２０ｅの制御情報を更新して、移動ロボット２０ｆがノードＤを通過するまで移動ロボット２０ｅをノードＤの手前で待機するように更新している。特に、移動ロボット２０ｆの通信状況が相対的に劣る場合には、この処理が有効である。

図６の（Ｂ）は、移動ロボット２０ｅの通信状況が悪い場合の例である。移動ロボット２０ｅは制御情報の受信に失敗する可能性が高いので、移動ロボット２０ｅの制御命令更新を実施しない。移動ロボット２０ｅに制御命令を送信したにもかかわらず移動ロボット２０ｅがこの情報の受信に失敗した場合には、リンクＣＤにおいて移動ロボット２０同士が衝突してしまうことになる。移動ロボット２０ｅがノードCを通過するまで移動ロボット２０ｆをノードCの手前で待機するように更新する。

このように、通信状況を考慮することでデッドロックや衝突を回避することができる。また、通信状況の判断には、移動ロボット２０において無線通信の電波強度を計測してもよい。また、ロボット制御装置１０において、移動ロボット２０との通信遅延、ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）を計測してもよいし、その他の通信状況を計測する種々の指標を用いてもよい。

制御情報の更新是非の判断に通信状況を用いる以外に、移動ロボット２０の走行状態に関する情報を活用してもよい。一例として、移動ロボット２０の走行状態が挙げられる。自動扉やセキュリティゲート、エレベーターといった周辺の設備と連動している移動ロボット２０は、連動中にこれらの設備以外から命令を受信できないことがある。これにより、設備と連動する移動ロボット２０が制御命令を受信できないことを起因とするデッドロックや衝突を回避できる。

図７は、制御情報生成処理の流れを示すフロー図であり、これを用いてロボット制御装置１０の動作を説明する。

（ステップＳ１０１）
通知受信部１０１は、移動ロボット２０から広義の制御情報を受信し、より具体的には、移動ロボット２０から制御情報の送信要求または制御の開始要求を受信する。移動ロボット２０に対して移動タスクを生成する外部システムが制御情報の送信要求を送信する。外部システムは、タスクを管理するためのシステムでもよいし、移動ロボット２０を管理する管理者であってもよい。移動ロボット２０は、制御情報として受信した制御命令が示す動作を完了したタイミングで制御情報の送信要求を送信する。制御開始要求には、移動ロボット２０の目的地点が含まれる。また、この移動タスクに関する属性情報を含んでもよい。属性情報には、例えばタスクの優先度などがある。

（ステップＳ１０２）
経路生成部１１１は、経路情報１２２を参照し、制御情報の送信要求を受信した移動ロボット２０について経路を生成しているかどうかを判定する。生成済みであれば、この移動ロボットの経路を非競合区間抽出部１１２に送信する（ステップＳ１０４へ進む。）。生成していなければ、ステップＳ１０３へ進む。

（ステップＳ１０３）
ロボット走行情報１２３から取得できる移動ロボット２０の位置を出発地から、制御の開始要求に含まれる目的地点までの最適な経路を地図情報１２１に基づいて算出する。算出方法については、前述したため省略する。

（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０３で算出した経路情報１２２と、ロボット走行情報１２３に含まれる移動ロボット２０の最新位置とに基づいて、移動ロボット２０の経路情報１２２を更新する。すでに算出した経路情報１２２を用いることにより、経路算出の演算負荷を抑えることができる。しかしながら、ステップＳ１０３の手順と同様に、地図情報１２１に基づき経路を再計算してもよい。

（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０３において更新した経路情報１２２に基づいて、非競合区間を抽出する。非競合区間の抽出方法については前述したため省略する。

（ステップＳ１０６）
ステップＳ１０５において抽出した経路情報１２２が空であるかを判定する。抽出した経路情報１２２が空であるということは、図５における移動ロボット２０ｆのように、移動ロボット２０が通行予定である直近の通路が競合区間であることと同義である。この経路情報１２２が空である場合はステップＳ１０７へ進み、そうでない場合はステップＳ１０８へ進む。

（ステップＳ１０７）
制御対象である移動ロボット２０の経路と競合している移動ロボット２０の経路を経路情報１２２から取得する。前述した通り、非競合区間にすでに侵入している移動ロボット２０が存在する場合には、この移動ロボット２０を優先し、制御対象である移動ロボット２０に対して停止する制御命令を生成する。反対に、そのような移動ロボット２０が存在しない場合には、競合している移動ロボット２０に対して、この区間への侵入ノード手前までの経路を制御情報として送信する。

（ステップＳ１０８）
ステップＳ１０６またはステップＳ１０７で生成された制御情報を、制御情報送信部１０２に対して送信する。その後、無線通信を介して移動ロボット２０に対して制御命令を送信する。複数の移動ロボット２０に対して制御情報の更新があった場合は、それぞれの移動ロボット２０に対して対応する制御情報を送信する。

図８は、移動ロボット２０内での処理の流れの一例を示すフロー図であり、これを用いて、ロボット制御装置１０に接続する移動ロボット２０に関する全体的な動作を説明する。

ロボット制御装置１０における制御情報送信部１０２から送信された制御情報を受信する（ステップＳ２０１）。次に、制御情報の種別を判別し、命令が移動のための命令であった場合には、ステップＳ２０３へ進み、そうでない場合には、ステップＳ２０４へ進む（ステップＳ２０２）。

（ステップＳ２０３）
制御情報の経路に沿って移動を行う。経路の終点に到達するとステップＳ２０５へ進む。

（ステップＳ２０４）
制御情報に従い、一時停止を行う。このとき、制御情報に停止位置や停止時間といった停止に係る属性情報が含まれる場合には、これらの情報に従う。そうでない場合には、その場で停止し、適当な時間停止する。停止時間は移動ロボット２０ごとに固定の値を持っていてもよいし、移動ロボット２０が実行中のタスクの優先度等に応じて動的に決定してもよい。

（ステップＳ２０５）
ロボット制御装置１０に制御完了を通知する。本ステップをもって、移動ロボット２０内での処理の１サイクルが終了する。この通知に基づき、ロボット制御装置１０はステップＳ１０１からステップＳ１０８に述べた方法で制御命令を生成する。この制御命令に基づいて、移動ロボット２０は次のサイクルに移行する。

図９は、システム全体の処理の流れを示すフロー図である。移動開始の契機として、外部システムまたは移動ロボット２０が移動開始の通知をロボット制御装置１０に対して送信し、通信部１００は制御情報生成部１１０に制御情報の生成を要求する。制御情報生成部１１０は制御情報を生成するための演算を行い、通信部１００を介して演算結果である制御情報を通信部移動ロボット２０に通知する。移動ロボット２０は制御情報の通知に基づいて移動し、制御完了の通知を通信部１００に送信する。このサイクルを繰り返すことで移動ロボット２０は目的地に到達することができる。

図１０は、移動ロボット２０が３台以上存在する場合における制御情報生成処理のイメージ図である。図１０の（Ａ）は、図５で表した状況に加えて、移動ロボット２０ｇがノードＥ、Ｄ、Ｃ、Ｂの順番にリンクＤＥ、リンクＣＤ、リンクＢＣを通過する状況を表している。移動ロボット２０ｇにとって、リンクＣＤは３台の移動ロボット２０ｅ、２０ｆ、２０ｇとの競合区間である。また、リンクＤＥは２台の移動ロボット２０ｆ、２０ｇとの競合区間であり、移動ロボット２０ｇは既にリンクＤＥに侵入している。

この状況では、移動ロボット２０ｆの経路についての非競合区間は存在せず、図１０の（Ｂ）のように、移動ロボット２０ｆはノードＣの手前で停止する停止命令を受信する。

その後、移動ロボット２０ｅ及び移動ロボット２０ｇがノードＤに到達する。移動ロボット２０ｅ及びロボット２０ｇは、ノードＤに到達した順に、ロボット制御装置１０に対して制御完了通知を送信する。移動ロボット２０ｆはノードＣの手前で停止しており、移動ロボット２０ｅ及び移動ロボット２０ｇにとってリンクＣＤは非競合区間であるため、ノードＤに到着した順で移動ロボット２０ｅ、２０ｇに対して移動命令を送信し、リンクＣＤを通過する（図１０（Ｂ））。

移動ロボット２０ｆは、一定時間経過後に停止命令の完了を通知する。このとき、制御情報生成部１１０は、移動ロボット２０ｆから非競合区間を抽出し、移動ロボット２０ｅ及び移動ロボット２０ｇがリンクＣＤを通過していれば、図１０（Ｃ）で示す経路を移動ロボット２０ｆに対して送信する。そうでない場合、移動ロボット２０ｆには再び停止命令を送信する。

移動ロボット２０ｆに対して非競合区間を抽出する処理では、移動ロボット２０ｆの経路上に他の移動ロボット２０が存在するか、及び他の移動ロボット２０と経路が競合しているかのみを判別すればよく、状態の予測や推定が必要ないので、低い演算負荷で実現可能である。

図１０に示すように、制御情報生成部１１０は、移動ロボット２０を常に監視することなく、制御完了の通知を受信したタイミングでのみ演算を行えばよいので、小さい演算負荷で移動ロボット２０を適切に制御できる。

よって、本実施の形態１に記載のロボット制御装置１０は、移動ロボット２０同士が競合しない制御命令を送信するので、時々刻々と変化する移動ロボット２０の状態を監視する必要がなく、処理負荷を低減しつつ効率的な移動ロボット２０の制御を実現することができる。

以上のように、ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接するリンクを接続するノードとを有する地図情報と、地図情報を用いてロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成部と、全てのロボットの経路情報から他のロボットの経路と競合しない非競合区間を抽出する非競合区間抽出部と、ロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができない場合には、他のロボットの走行情報に応じて制御情報を更新する制御情報更新部と、ロボットに制御情報を送信する制御情報送信部と、非競合区間の移動を終了したとの通知をロボットから受信する通知受信部とを備えるロボット制御装置なので、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。

また、このロボット制御装置と、このロボット制御装置によって制御される複数のロボットとを備えるロボット制御システムなので、演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。

さらに、ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接するリンクを接続するノードとを有する地図情報を用いてロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成工程と、全てのロボットの経路情報から他のロボットの経路と競合しない非競合区間を抽出する非競合区間抽出工程と、ロボットが非競合区間のみによって目的地までの移動ができない場合には、他のロボットの走行情報に応じて制御情報を更新する制御情報更新工程と、ロボットに制御情報を送信する制御情報送信工程と、非競合区間の移動を終了したとの通知をロボットから受信する通知受信工程とを備えるロボット制御方法なので、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２によるロボット制御装置１０のシステム構成を示すブロック図である。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文、図面の全図において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態２におけるロボット制御装置１０は、制御情報転送部１３１を備えている点が実施の形態１と異なっており、重複する詳細な説明は省略する。制御情報更新部１１３が生成した制御情報を受信した制御情報転送部１３１は、制御情報が停止命令であった場合は、制御情報送信部１０２を介して移動ロボット２０に停止命令を送信することをせずに直接通知受信部１０１に送信し、制御情報が停止命令では無かった場合は通知受信部１０１に送信する転送機能を備えている。この機能により、無線通信を経由して送信される制御情報の絶対数が小さくなるので、移動ロボット２０及びロボット制御装置１０で構成される無線ネットワークの帯域を削減することができる。

制御情報転送部１３１から制御情報を通知受信部１０１に転送する際、制御情報が生成されて直ぐに転送してもよいし、制御情報が生成された後、所定の時間が経過した後に転送してもよい。また、制御情報が停止のための命令である場合には、対象の移動ロボット２０は非競合区間が抽出できていないことを意味するため、競合している移動ロボット２０が競合区間を通過し終わるのを待つ必要がある。このため、直ぐに転送した場合には、同様に停止のための命令が生成される可能性が高いため、所定の時間が経過した後に転送することが望ましくなるなお、転送するまでの時間は、システム内で固定の値を用いてもよいし、移動ロボット２０の優先度に基づいて決定してもよい。

図１２は、移動ロボット２０内での処理の流れの一例を示すフロー図である。

（ステップＳ３０１）
ステップＳ２０１と同様に、ロボット制御装置１０における制御情報送信部１０２から送信された制御情報を受信する。

（ステップＳ３０２）
ステップＳ３０１において受信した制御情報の移動経路に沿って移動する。実施の形態１と異なり、停止のための命令は送信されないので、制御情報を判定する必要がない。移動が完了するとステップＳ３０３へ進む。

（ステップＳ３０３）
実施の形態１におけるステップＳ２０５と同様に、ロボット制御装置１０に移動完了を通知する。

よって、本実施の形態２におけるロボット制御装置１０は、制御情報転送部１３１を備えたことで停止命令を移動ロボット２０に送信しなくてよいので、必要な通信帯域を低減することができる。また、移動ロボット２０の処理シーケンスが単純化されるので、ロボット制御装置１０に対する適用可能を向上できる。

以上のように、制御情報がロボットの待機を示す場合には、通知受信部に制御情報を送信する制御情報転送部を備えるので、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。また、ロボット側で待機を示す制御情報を受信した際の処理が必要ないため、ロボットの実装を単純化できる。さらに、所定時間待機する命令を実行できないロボットもロボット制御装置で管理できる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３によるロボット制御装置１０のシステム構成を示すブロック図である。最適退避位置生成部１１４を有する点で実施の形態１と異なっており、重複する詳細な説明は省略する。最適退避位置生成部１１４は、制御情報更新部１１３から制御情報を受信し、移動ロボット２０が待避する最適な位置を生成して制御情報送信部１０２に制御情報として送信する。

最適退避位置生成部１１４の機能は、移動ロボット２０が待避する位置を算出する機能であり、より具体的には、制御情報を送信する対象である移動ロボット２０に対して移動再開時に円滑に移動開始できる位置、その他の移動ロボット２０が円滑に移動できる位置、これらの両方を満たす位置などを算出する機能である。

図１４は、回避経路生成処理のイメージ図である。移動ロボット２０ｈは、ノードF、D、C、Aの順にリンクＤＦ、ＣＤ、ＣＡを移動しようとしており、一方、移動ロボット２０ｉは、移動ロボット２０ｈとの競合区間であるリンクＣＤに侵入できず、リンクＡＣで待機している状態である（図１４の（Ａ））。

ここで、リンクＡＣが非競合区間であれば、移動ロボット２０ｉはリンクＡＣで停止し、移動ロボット２０ｈがリンクＡＣに侵入するまで待機することでデッドロックを回避することができる。しかしながら、リンクＡＣが競合区間であれば、移動ロボット２０ｉがリンクＡＣにいる限り、移動ロボット２０ｈがリンクＡＣに進入すると、デッドロックや衝突が発生することになる。また、リンクＡＣが非競合区間であっても、移動ロボット２０ｈと移動ロボット２０ｉとがリンクＡＣですれ違う際に、移動ロボット２０の単独走行時（すれ違いがない通常時）に比べて狭くなった通路を走行することになるため、移動ロボット２０の走行速度が低下し、移動効率が下がってしまう恐れがある。

このような状況を避けるために、最適退避位置生成部１１４は、図１４の（Ｂ）に示すように移動ロボット２０ｉに対してリンクＢＣで移動ロボット２０ｈがノードＣを通過するまで待機するように移動命令を送信する。これにより、移動ロボット２０ｈと移動ロボット２０ｉとが通路上での効率の悪いすれ違いやデッドロックを回避できる。

図１４の（Ｂ）に示す移動命令の場合には、移動ロボット２０ｉは、リンクＢＣに侵入した地点で待機する。その後、移動ロボット２０ｈがリンクＡＣに侵入すると、移動ロボット２０ｉは反転しリンクＣＤへと進む。

ここで、ロボット制御装置１０は、移動ロボット２０ｉが次に進む方向が分かっているので、図１４の（Ｃ）に示すような移動命令を送信してもよい。図１４の（Ｃ）に示す移動命令を送信した場合には、移動ロボット２０ｈがリンクＣＤを通過後、移動ロボット２０ｉは反転動作を行うことなくリンクＣＤへと進むことができる。このような移動命令を行うことで、移動ロボット２０ｈが円滑に移動でき、かつ、移動ロボット２０ｉが停止からの移動再開時に円滑に移動開始できる。

もっとも、図１４の（Ｃ）に示す移動命令を送信した場合には、移動ロボット２０ｉにとっては、そのまま待機する場合に比べて移動量が増加する。そのため、最適退避位置生成部１１４は、関係する移動ロボット２０の移動速度、消費電力、優先度などを考慮して追加の移動命令を決定することが望ましい。

よって、本実施の形態３に記載のロボット制御装置１０は、待機する移動ロボット２０に対して、その他の移動ロボット２０の経路情報１２２に基づいて、移動効率を向上させる退避位置を決定することができる。

以上のように、ロボットの他のロボットの走行予定の通路にいる場合には、他のロボットが走行できるように待避する位置を算出する制御指令を生成する待避位置生成部を備えるので、ロボット制御装置の演算量を削減しつつ、移動ロボット間で発生するデッドロックを回避することができる。また、ロボット同士が同じリンク上ですれ違うことを回避することで、ロボットの移動を円滑化できる。

１０ ロボット制御装置、２０ 移動ロボット、１００ 通信部、１０１ 通知受信部、１０２ 制御情報送信部、１１０ 制御情報生成部、１１１ 経路生成部、１１２ 非競合区間抽出部、１１３ 制御情報更新部、１１４ 最適退避位置生成部、１２０ 格納部、１２１ 地図情報、１２２ 経路情報、１２３ ロボット走行情報、１３１ 制御情報転送部。

Claims (3)

1. ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接する前記リンクを接続するノードとを有する地図情報と、
   前記地図情報を用いて前記ロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成部と、
   全ての前記ロボットの前記経路情報から他の前記ロボットの経路と競合しない非競合区間を前記経路情報と前記リンクとに基づいて抽出する非競合区間抽出部と、
   前記ロボットが前記非競合区間のみによって前記目的地までの移動ができない場合には、他の前記ロボットの走行情報に応じて制御情報を更新する制御情報更新部と、
   前記ロボットに前記制御情報を送信する制御情報送信部と、
   前記非競合区間の移動を終了したとの通知を前記ロボットから受信する通知受信部とを備えることを特徴とするロボット制御装置であって、
   前記制御情報更新部は、前記ロボット同志がすれ違うことができない競合区間の走行の順番を決める際には前記ロボットとの通信品質情報が相対的に劣る前記ロボットが前記競合区間を通過するまで通信品質情報が相対的に優れる前記ロボットを待機させるように前記制御情報を更新し、また前記ロボットが前記非競合区間のみによって前記目的地までの移動ができるまで前記制御情報を更新し、さらに前記競合区間の走行の順番を前記ロボット間で優先度を決めて前記制御情報を更新し、他の区間にいる前記ロボットに対して常に競合区間となる前記絶対的な前記競合区間にいる前記ロボットの走行を優先し、
   前記非競合区間抽出部は、前記ロボットがすれ違うには十分な通路幅がある前記非競合区間であっても特別な構成がある場合には、絶対的な競合区間として扱うことを特徴とするロボット制御装置。
2. 請求項１に記載のロボット制御装置と、
   前記ロボット制御装置によって制御される複数の前記ロボットとを備えることを特徴とするロボット制御システム。
3. ロボットが移動できる通路に関する属性情報が含まれるリンクと、隣接する前記リンクを接続するノードとを有する地図情報を用いて前記ロボットの目的地までの経路情報を生成する経路生成工程と、
   全ての前記ロボットの前記経路情報から他の前記ロボットの経路と競合しない非競合区間を前記経路情報と前記リンクとに基づいて抽出し、前記ロボットがすれ違うには十分な通路幅がある前記非競合区間であっても特別な構成がある場合には常に競合区間となる絶対的な競合区間として扱う非競合区間抽出工程と、
   前記ロボットが前記非競合区間のみによって前記目的地までの移動ができない場合には他の前記ロボットの走行情報に応じて制御情報を更新し、また前記ロボットが前記非競合区間のみによって前記目的地までの移動ができるまで前記制御情報を更新し、さらに前記ロボット同志がすれ違うことができない前記競合区間の走行の順番を前記ロボット間で優先度を決めて前記制御情報を更新し、他の区間にいる前記ロボットに対して前記絶対的な前記競合区間にいる前記ロボットの走行を優先する制御情報更新工程と、
   前記ロボットに前記制御情報を送信する制御情報送信工程と、
   前記非競合区間の移動を終了したとの通知を前記ロボットから受信する通知受信工程とを備えることを特徴とするロボット制御方法。

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