JPS6198033A

JPS6198033A - 移動体用光無線装置

Info

Publication number: JPS6198033A
Application number: JP59218439A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamimura; 博上村; Nobuyoshi Iwatsuka; 岩塚　信好; Masahiro Tashiro; 田代　正博
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1986-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は移動体との光無線装置に係り、特にプラント内
の移動作業ロボットと中央制御室間のデータ伝送用の好
適な移動体用光無線装置に関する。

〔発明の背景〕

プラント内の移動作業ロボット、例えば原子カプラント
内における保守点検ロボットと中央制御室とのデータ通
信においての通信手段としては、同軸ケーブルによる有
線方式や漏洩同軸ケーブルなどによる無線方式などが従
来考えられて来た。

しかし、有線方式はケーブル処理のためロボットの走行
性能や行動範囲に制約があること、また電波による無線
方式はプラントの計装系に影醤を及ぼす恐れがあるなど
の問題があった。

近赤外光を用いた空間伝幡元無線は上記の問題点が無く
、移動体用光無線装置として最適である。

プラント内移動ロボット用の光無線装置は現在、知られ
ていないが、自動車との通信に光ビームを応用した例と
して、特開昭５７−１００９００　が知られている。こ
れはレーザービームを用いた移動体追尾式の情報伝達装
置であり、高所に取付けられた追尾装置が移動体を機械
的に追尾する。しかし、この方式では直線上の追尾しか
できないという問題がある。

また、ＯＡ用の光無線装置がｐｒｏｃｅｄｉｎｇ　ｏｆ
ｔｈｅ　ＩＥＥＥ、　Ｖｏｔ、　６７　、　Ａｌ　ｌ　
（１９７９）におけるＱｆｅｌｌｅｒ及びｆ３　ａｐｓ
　ｔ　　による−Ｗｉｒｅ　−１ｅｓｓ　Ｉｎ　−）ｌ
ｏｕｓｅ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎ　ｖ
ｉａｌ）ｉｆｆｕｓｅ　工ｎｆｒａｒｅｄ　ＦＬａｄｉ
ａｔｉｏｎ　”’　　と題する文献に、おいて論じられ
ている。これは計算機と端末を接続するもので拡散方式
の光無線伝送が使われている。計算機側の光送受信器は
天井に取付けられ、拡散光を室内に出力する。このため
端末側は至内の任意の場所に設置することができる。し
かし、端末側光送受信器は狭いビーム光を出力するため
天井の光送受信器をねらって設置する必要があシ、移動
体に適用するためには機械的追尾機構を必要とするとい
う問題点がある。機械的追尾機構はハードウェア量の増
加、信頼性の低下を招く恐れがある。

移動体側の光送信器を拡散光出力形とすれば機械的追尾
機構を不要とすることができるが、拡散光で狭いビーム
光と同等の光強度（受光素子への入射光強度）を得るた
めには多量の電力を消費する。従って電源能力に限度の
あるロボットに搭載するという目的からは好ましくない
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、固定局と移動体間の光無線伝送を高信
頼かつ低消費電力で実現する移動体用光熱Ｓ装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は装置の基本構成としては拡散方式の光無線を採
用し、受発光手段には複数個の受発光素子の組を設ける
。全発光素子を発光させた場合には完全な拡散光となる
が、本発明では受光素子の９−”Ｎレベルをモニタする
ことによシ、固定局の位置を推定し、その方向に向いた
発光素子のみを発光させるようにしたことが特徴である
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図以降により説明する。

第１図は本発明実施例の全体構成である。移動体用光無
線装置は移動ロボット６とロボットの制御装置５の間の
データ伝送をする。１５は光ファイバ４を経由して送信
データを固定局用通信手段３へ入力する。３はデータ（
ディジタルデータ）を変調（変調方式は後述する）して
、角度θ２の拡散光として出力する。本装置ではθ２＝
１２０’にとっている。ロボット用通信手段１は拡散光
を受光素子で受光する。

第２図にロボット用通信手段１の構成を示す。

受発光手段７は第３図に示すように、ＰＩＮホトダイオ
ードＰＤＩ〜ＰＤ６を受光素子として、発光ダイオード
ＬＥＤＩ〜ＬＥＤ６を発光素子として取付けである。形
状は正十二面体の上半分の各面にホトダイオードと発光
ダイオードとを各１個ずつ取付けたものとなっている。

各発光ダイオードの放射角度はチップの状態で約６０′
であ）ＰＤＩ〜６全発光時全発光数光（θ１　（第１図
中）≧１２０’）を実現している。発光ダイオードの波
長は８００〜９００ｎｍ４Ｄ近赤外光である。

ホトダイオードＰＤは第４図に示すように７に対して取
付けられている。可視光を遮断し信号の８／Ｎｔ−上げ
るために赤外透過フィルタ１１がＰＤの前面に取付けら
れている。受光角θ４は発光ダイオードの放射角度と等
しく６０°にとっである。

第２図ではＰＤＩ〜ＰＤ３．ＬＥＤＩ〜ＬＥＤ３のみを
示し、ＰＤ４〜ＰＤ６．ＬＥＤ４〜ＬＥＤ６は省略した
。受発光手段７のＰＤから出力された受信信号は受発光
制御手段２に入力される。

ＰＤＩの出力はＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａ１ｎ
Ｃｏｎｔｒｏｌ）付きアンプ２１に入力され、ＰＤ２の
出力は２２に、ＰＬ）３の出力は２３にそれぞれ入力さ
れる。本図には足場れないが、ＰＤ４〜６についても同
様にＡＧＣ付きアンプに入力される。

Ａ（）Ｃ付きアンプ２１の構成を第５図に示す。

他のＡＧＣ付きアンプも同様の構成である。

本装置では光信号のＳ／Ｎ劣化を防ぐため、光を単にデ
ィジタル値の“１”、１０″に応じてＯＮ、ＯＦＦする
ベースバンド伝送ではなく、ｋ”　８　Ｋ　（Ｆｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ　５ｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ　）変調を施し
て送信している。この変調方式は第６図に示すように１
”、“Ｏ”を異なる２つの周波数ｆｌと１２に変調した
光で送受信する。従って外乱光のＤＣ成分や螢光灯など
から出力される３５０ＫＨｚ程度までのＡＣ成分を容易
に電気フィルタで除去できる。

第５図でＰＤＩの受信光による出力電流は抵抗Ｒ１で電
圧に変換され、カップリングコンデンサＣ１でＤＣ成分
を除去した後、プリアンプＡ１で増幅される。Ａ１の出
力はさらにゲイン可変アンプＡ２で増幅され、ｆｌと１
２の周波数のみを通すバンドパスフィルタＣ１ｔ−通っ
た後バッファアンプＡ３から出力される。Ｃ１からの出
力は第６図に示すように“、Ｍｌ、ｍＱＩｍに対応して
ｆｉｔｆ２の周波数の出力が得られる。ピーク検出回路
Ｃ２はＣ１の出力のピーク値■ｔ（第６図）を出力する
。アンプＡ４はＶｔと基準電圧■２の蓋を増幅して、ゲ
イン可変アンプの制御端子に出力する。

ＡＩ、Ｃ１，Ｃ２，Ａ４でＡＧＣフィードバックループ
をｇ成するため出力信号Ｓ１の振幅は常に士■２に保た
れる。

出力Ｌ１はＡ２のゲインを示してお、り、Ｌｌの電圧が
高い程Ａ２のゲインは太きい。すなわち、ＰＤＩへの入
射信号光レベルは小さいことになる。

Ｐ　Ｄ／Ｌ　Ｂ　Ｄ通釈回路４０（第２図）は信号Ｌ１
〜Ｌ６　（ＦＤ４〜６のＡＧＣ付アンプからの出力はＬ
４〜Ｌ６同様の構成のため図中では省略した）をモニタ
する。４０はＬ１〜Ｌ６の電圧を測定し、電圧の低い方
から１つまたは複数個を選択する（選択アルゴリズムは
後述する）。４０の出力Ｓ７〜８１２（８１０〜８１２
は図中では省略した）はそれぞれＬｌ−Ｌ６、すなわち
ＰＤＩ〜ＰＤ６に対応した制御出力であり、スイッチ２
０を制御する。８７〜８１２の出力はＴＴＬレベルであ
る。スイッチ２０は半導体スイッチであり、制御出力Ｓ
７〜８１２が５■のとき、対応するスイッチがオンとな
る。

従って、４０によシ出力の大きなホトダイオードの出力
信号のみがバッファアンプ４１に入力され、復調器４２
に出力される。４２は前述のＦ’８に復調を行なうので
、４２の出力はＴＴＬレベルのディジタル・シリアル信
号であり、通常のディジタル伝送装置４５で受信できる
。本実施例では、ＨＤＬＣ（ｉ−（ｉｇｈ−１ｅｖｅｌ
　１）ａｔａ　ｌ、ｉｎｋ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）をサポ
ートするＬＳＩを使用している。

出力の大きなホトダイオードは、固定局側の通信手段３
の方向を向いているから、データ送信時にはそれと同一
方向に発光する発光ダイオードを出力させれば良いこと
がわかる。従って４０の出力８７〜８１２はスイッチ３
０も制御し、選択したホトダイオードと同一方向に発光
する発光ダイオード（例えばＰＩ）ｌが選択されている
ときにはＬＥＤｌ）のドライブアンプ（例えば３１）に
送信信号を入力する。４５から出力された送信信号（デ
ィジタル・シリアル信号）は、ＦＳＫ変調器４４で変調
され、バッファアンプ４３から３０に入力される。

次にＰＤ／ＬＥＤ選択回路４０の詳細について述べる。

第７図は４０の構成を示す。演算部ＣＰＵはワンチップ
マイクロコンピュータを使用している。入力Ｌ１〜Ｌ６
はマルチプレクサＭＰＸで選択されサンプル・ホールド
アンプＢ／Ｈ，Ａ／Ｌ）変換器１ｆｃ経て、ディジタル
値に変換されＣＰ、Ｕに取込まれる。

第８図にＣＰＵの動作アルゴリズムを示す。

Ｌ１〜Ｌ６の信号をＡ／Ｄ変換して、ＣＰＵ内のメモリ
に取込む。ｌ、１（ｉ＝１〜６）の電圧が小さいほど、
Ａ／Ｄｉ換された２進データも小さくなる。従って、Ｌ
ｉのうち最も小さな値を持つものをソートし、ＬｉｗＲ
とする。ＬｉＭに対応する８４に“１”を出力すれば固
定局側通信手段３の方向に最も近い方向を向いたホトダ
イオードと発光ダイオードを２０と３０により選択する
ことができる。

但し、２つ又は３つのホトダイオードの向きの中間に３
がある場合、各ホトダイオード出力がほぼ等しいことが
考えられる。この場合１組の受発光素子のみを選択する
ことは、送受信光強度の面から危険でおる。従って、こ
のような場合を解決するため、１、ｉ≦（Ｉ、　ｉ　ｍ＋Ａ　Ｖ　）なるＬｌも選択することとする。

ここで本実施例ではΔ■は ΔＶ＝Ｌｉ頭／２と定めた。

本実施例では受発光手段７の形状が正１２面体の上半分
の形であることから、ＰＤ、ＬＥＤは３組以上選択され
ることはほとんどなく、発光に必要な電力は全発光ダイ
オードを発光させたときと比奴して１／２以下に抑える
ことができる。

固定局側通信手段３は、ロボット側通信手段１と全く同
じでも良いが、本実施例では受発光手段は１と同じであ
るが受発光制御手段はＰＤ／ＬＥＩ）選択回路４０．ス
ノツチ２０．３０を省いた回路としている。これは固定
局側では特に消費電力の低減を必要としないこと、及び
複数のロボットを制御するためには受発光立体角を広く
とっておく必要があるためである。

以上述べたように、本実施例によれば以下の効果がある
。

（１）機械的追尾機構が不要であり、光無線装置が軽量
化、信頼軸化できる。

（２）移動体側通信手段は受発光制御手段により固定局
の方向を知ることができ、さらに発光出力の消費電力を
１／２以下に減少させることができる。

（３）固定局側通信手段１台で複数の移動体側通信手段
と通信する１対Ｎ伝送が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば機械的追尾制御機構が不要で可　　　　
　。

動部分が通信手段になく、また移動体側通信手段の発光
出力を１７２以下にすることができ、高信頼かつ低消費
電力な移動体用光無線装置を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は移動
体用通信手段の構成図、第３図は受・発光手段の立面図
及び平面図、第４図はホトダイオード取付説明図、第５
図はＡＧＣ付きアンプの構成図、第６図はＡＧＣ付アン
プの動作説明図、第７図はＰ　Ｄ／Ｌ　Ｅ　Ｄ選択回路
の構成図、第８図はＰ　Ｄ／Ｌ　Ｅ　Ｄ選択回路の動作
説明図である。１・・・移動体用通信手段、２・・・受発光制御手段、
３・・・固定局用通信手段、４・・・光ファイバ、５・
・・ロボット制御装置、６・・・移動ロボット、７・・
・受・発光手段、ＰＬ）１〜ＰＤ６・・・ホトダイオー
ド、ＬＥＤＩ〜ＬＥＤ６・・・発光ダイオード、２０゜
３０・・・切替スイッチ、２１〜２３・・・ＡＧＣ付き
アンプ、３１〜３３・・・ドライブアンプ、４０・・・
ＰＤ／Ｌ　Ｅ　Ｄ選択回路、４１．４３・・・バッファ
アンプ、・　４２・・・復調器、４４・・・変調器、４
５・・・デイジタル嶺乙図算８図手続補正書（方式）％式％１．ｆ！ｌ−の）く小昭和５９年特許願第２１８４３９　９発　明　の　名　称　　移動体用光無線装置油止をする
名１＞’ｆ′１．との関ｆ〃　　特許出願人と、１．ｌ・
５１＋１１株式会社　日　立　製作折代　　　理　　　
人居　　・４Ｍ〒ｉ頭】東京都千代田区丸の内−丁目５番
１号明細νＦの発明の詳細な説明の個。油止の内容［また、ＯＡ用の光無線装置がプロセーデイングオブ・
ザ・アイイーイーイー（ＰｒｏｃａｅｄｉｎｇＳｏｆ　
ｔｈｅ　ＩＥＥＥ）　、　ＶｏＱ、６７．　ｋｌ　１　
（１９７６）におけるガフイラ（ＧｆｅｌＬａｒ）　　
及びバブスト（Ｂａｐｓｔ）によるワイヤレス・インハ
ウス・データ・コミュニケーション・バイヤ・デフユー
ズ・インフラレッド・ラディーション（Ｗｉｒｅｌｅｓ
ｓ　Ｉｎ−１（ｏｕｓｅ　ＤａｔａＣｏ＋ｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎ　　Ｖｉａ　　Ｄｉｆｆｕｓｅ　　Ｉｎｆｒ
ａｒｅｄ　　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）と題する文」

Claims

【特許請求の範囲】１、光信号を利用した無線伝送のための通信手段を固定
局と移動体との双方に有し、相互に通信する移動体用光
無線装置において、少なくとも移動体の前記通信手段は
発光立体角を複数の発光素子で分割して成る発光手段と
、前記発光素子の発光方向に対応して設け、該発光素子
の発光立体角以上の受光立体角を有する受光素子複数個
から成る受光手段と、前記各受光素子の出力信号レベル
を監視することにより信号出力大の、少なくとも１個の
、受光素子を選択し、該受光素子出力信号を出力すると
ともに、選択した該受光素子の受光方向に対応する方向
に発光する前記発光素子を選択して該発光素子に送信信
号を出力する機能を有する受発光制御手段とを設けたこ
とを特徴とする移動体用光無線装置。２、上記発光手段は発光ダイオードであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の移動体用光無線装置。３、上記受光手段はフオトダイオードであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の移動体用光無線装置
。