WO2020003418A1 - 制御プランニング装置、ロボット群システムおよび制御プランニング方法 - Google Patents

Abstract

制御プランニング装置（３）は、機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルを更新し、性能ベクトルに基づく制御則に従って機体の行動を決定する。

Description

制御プランニング装置、ロボット群システムおよび制御プランニング方法

　本発明は、集団を構成し、各々が自律的に行動する複数の機体のそれぞれの行動を決定する制御プランニング装置、ロボット群システムおよび制御プランニング方法に関する。

　ロボット群を制御する方法の一つとしてリーダ追従型の制御方法がある。この制御方法は、ロボットに搭載されている機器の種類および性能がロボットごとに異なるヘテロな系を有したロボット群に採用されることが多い。

　例えば、特許文献１には、リーダ追従型の制御方法を採用したロボット群の制御方法が記載されている。特許文献１に記載された制御方法では、計算能力を有した親ロボット（リーダ機）がロボット群の全ての子ロボットの行動を俯瞰し、個々の子ロボットの最適な行動を決定することで効率的なロボット群の制御を実現している。

　親ロボットには、周囲環境に存在する検知対象物に接触せずに検知する非接触型センサが搭載されており、子ロボットには、周囲環境に存在する検知対象物に接触して検知する接触型センサが搭載されている。このロボット群システムでは、親ロボットが子ロボットの行動を決定するので、子ロボットが障害物に接触して壊れてしまっても、親ロボットが壊れない限り、ロボット群としては活動を継続できる。

特開平７－９３０２８号公報

　特許文献１に記載された制御方法では、親ロボットに非接触型センサが搭載されていても、何らかの影響で親ロボット自体が故障してしまうと、ロボット群としての活動が継続できないという課題があった。

　本発明は上記課題を解決するものであり、集団を構成する複数の機体の制御における機体の故障に対する耐性を高めることができる制御プランニング装置、ロボット群制御システムおよび制御プランニング方法を得ることを目的とする。

　本発明に係る制御プランニング装置は、集団を構成し、各々が自律的に行動する複数の機体のそれぞれに搭載され、搭載された機体がとるべき行動を決定する。制御プランニング装置は、情報取得部、性能ベクトル処理部および制御プランニング部を備えている。情報取得部は、機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルに関する情報を、複数の機体から取得する。性能ベクトル処理部は、情報取得部によって取得された性能ベクトルに関する情報に基づいて、機体ごとに設定された性能ベクトルのうち、性能に変化があった機体に設定された性能ベクトルを更新する。制御プランニング部は、性能ベクトルに基づく制御則に従って機体の行動を決定する。

　本発明によれば、機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルを更新し、性能ベクトルに基づく制御則に従って機体の行動を決定する。集団を構成する複数の機体のいずれかが故障して性能が変化した場合であってもその機体の性能ベクトルを更新して性能の変化を反映させるので、集団を構成する複数の機体の制御における機体の故障に対する耐性を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係るロボット群システムの構成を示すブロック図である。 性能ベクトルの例を示す図である。 機体の性能の変化に応じた性能ベクトルの変化を示す図である。 図４Ａは、実施の形態１に係る制御プランニング装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、実施の形態１に係る制御プランニング装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る制御プランニング方法を示すフローチャートである。 性能ベクトルに基づくロボット群の制御の例を示す説明図である。 性能ベクトルに基づくロボット群の制御の別の例を示す説明図である。 性能ベクトルに基づくロボット群の制御のさらに別の例を示す説明図である。

　以下、本発明をより詳細に説明するため、本発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るロボット群システム１の構成を示すブロック図である。ロボット群システム１は、図１に示すように、集団を構成し、各々が自律的に行動するロボット２－１～２－４を備える。制御プランニング装置３は、ロボット２－１～２－４のそれぞれに搭載されている。ロボット２－１に搭載された制御プランニング装置３は、上記集団に設定された制御則に従って、ロボット２－１の行動を決定する。ロボット２－２に搭載された制御プランニング装置３は、ロボット２－２の行動を決定し、ロボット２－３に搭載された制御プランニング装置３は、ロボット２－３の行動を決定し、ロボット２－４に搭載された制御プランニング装置３は、ロボット２－４の行動を決定する。以降では、ロボット２－１～２－４から構成される集団をロボット群と記載し、ロボット群を構成するロボットを、適宜、機体と記載する。

　また、ロボット２－１～２－４は、制御プランニング装置３の他に、センサ４、通信部５、制御実行部６および動力装置７を備えている。なお、図１には、４台のロボットから構成されたロボット群を示したが、ロボット群システム１は、２台以上４台未満のロボットから構成されたロボット群であってもよいし、５台以上のロボットから構成されたロボット群であってもよい。

　センサ４は、ロボットに搭載された機器であり、搭載されたロボットの周辺環境をセンシングする。センサ４には、例えば、レーダ、光学センサおよび赤外線センサがある。センサ４の種類は、ロボット群の全てのロボットで同一である必要はない。例えば、ロボット２－１は、センサ４としてレーダを搭載し、ロボット２－２，２－３は、センサ４として光学センサを搭載し、ロボット２－４では、センサ４として赤外線センサを搭載してもよい。また、一つのロボットが、センサ４としてレーダ、光学センサおよび赤外線センサの全てを備えてもよい。

　通信部５は、自身を備えるロボット（以下、第１の機体と記載する）と第１の機体以外にロボット群を構成する残りの１または複数のロボット（以下、第２の機体と記載する）との間で通信を行う。通信部５は、ロボット群を構成するロボット以外に、自身の通信可能範囲内のエリアに設置された外部装置との間で通信を行ってもよい。

　制御実行部６は、制御プランニング装置３によって決定された行動をとるように、動力装置７を制御する。動力装置７は、ロボットを動作させる装置であり、モータまたは内燃機関といった動力源と、動力源によって発生された動力を、ロボットの推進力に変換する動力機構とが含まれる。動力機構には、車輪、プロペラなどがある。第１の機体と第２の機体は、制御実行部６および動力装置７によって自律的に行動することが可能である。

　制御プランニング装置３は、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれに搭載され、搭載された機体がとるべき行動を決定する。例えば、第１の機体に搭載された制御プランニング装置３は、第１の機体がとるべき行動を決定し、第２の機体に搭載された制御プランニング装置３は、第２の機体がとるべき行動を決定する。制御プランニング装置３は、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２を備える。

　情報取得部３０は、ロボット群を構成する複数の機体から、性能ベクトルに関する情報を取得する。例えば、情報取得部３０は、センサ４および制御実行部６によって得られた性能ベクトルに関する情報を、第１の機体に搭載されたセンサ４および制御実行部６から取得する。さらに、情報取得部３０は、通信部５によって第２の機体から受信された性能ベクトルに関する情報を、通信部５から取得する。通信部５は、情報取得部３０によって取得された第１の機体の性能ベクトルに関する情報を、１または複数の第２の機体へ送信する。

　図１において、ロボット２－１に搭載された制御プランニング装置３が備える情報取得部３０は、ロボット２－１の性能ベクトルに関する情報を、ロボット２－１に搭載されたセンサ４および制御実行部６から取得する。情報取得部３０は、ロボット２－１に搭載された通信部５によって受信されたロボット２－２～２－４のそれぞれの性能ベクトルに関する情報を、当該通信部５から取得する。通信部５は、情報取得部３０によって取得されたロボット２－１の性能ベクトルに関する情報を、ロボット２－２～２－４に送信する。

　性能ベクトルに関する情報は、性能ベクトルの更新に使用される情報であり、例えば、センサ４のセンサ情報および動力装置７のスペック情報である。性能ベクトルとは、機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とするベクトルである。機体の性能は、機体の物理的なスペックおよび機体に搭載された機器の性能である。機体の物理的なスペックは、情報取得部３０によって取得された動力装置７のスペック情報に基づいて特定される機体の性能であり、例えば、機体の稼働可能距離、稼働可能時間および最高速度がある。機体に搭載された機器がセンサ４である場合、機器の性能には、レーダ性能、光学センサ性能および赤外線センサ性能がある。

　性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって取得された性能ベクトルに関する情報に基づいて、機体ごとに設定された性能ベクトルのうち、性能に変化のあった機体に設定された性能ベクトルを更新する。例えば、性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって取得された性能ベクトルに関する情報に基づいて、機体ごとに設定された初期の性能ベクトルのうち、性能に変化があった機体に設定された性能ベクトルを更新する。なお、初期の性能ベクトルは、ロボット群の稼働前に、人手で機体ごとに設定してもよい。さらに、性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって取得された性能ベクトルに関する情報に基づいて、機体ごとの性能ベクトルを算出してもよい。

　図２は、性能ベクトル３１ａの例を示す図であり、機体Ｒｅｄの性能ベクトル３１ａ－１と、機体Ｂｌｕｅの性能ベクトル３１ａ－２とを示している。図２に示すように、機体Ｒｅｄの性能ベクトル３１ａ－１における性能（１）の性能値は“１０”であり、機体Ｂｌｕｅの性能ベクトル３１ａ－２における性能（１）の性能値は“２”である。機体Ｒｅｄの性能ベクトル３１ａ－１における性能（２）の性能値は“６”であり、機体Ｂｌｕｅの性能ベクトル３１ａ－２における性能（２）の性能値は“８”である。機体Ｒｅｄの性能ベクトル３１ａ－１における性能（３）の性能値は“４”であり、機体Ｂｌｕｅの性能ベクトル３１ａ－２における性能（３）の性能値は“３”である。

　性能値は、正規化された値であってもよい。例えば、ロボット２－１の稼働可能距離が５（ｋｍ）、最高速度が５（ｋｍ／ｓｅｃ）であり、ロボット２－２の稼働可能距離が３（ｋｍ）、最高速度が２０（ｋｍ／ｓｅｃ）である場合に、稼働可能距離の相対値および最高速度の相対値とを０から１０までの範囲内の数値となるように正規化する。これにより、性能ベクトルを構成する性能値の比較が容易になる。

　例えば、ロボット群がロボット２－１およびロボット２－２から構成されている場合、ロボット２－１の稼働可能距離である５（ｋｍ）は、ロボット群で最大の稼働可能距離であるので、上記範囲の最大値である１０とする。最大値の１０に対して、ロボット２－２の稼働可能距離である３（ｋｍ）は６となる。ロボット２－２の最高速度である２０（ｋｍ／ｓｅｃ）は、ロボット群で最大の最高速度であるので、上記範囲の最大値である１０とする。最大値の１０に対して、ロボット２－１の最高速度である５（ｋｍ／ｓｅｃ）は２．５となる。

　性能ベクトル処理部３１は、ロボット２－１の稼働可能距離の性能値と最高速度の性能値とを要素とした性能ベクトル［１０，２．５］と、ロボット２－２の稼働可能距離の性能値と最高速度の性能値とを要素とした性能ベクトル［６，１０］とを、制御プランニング部３２に出力する。

　レーダ性能に関する性能値は、具体的な性能の内容に分けてもよい。例えば、レーダの探知可能距離を示す性能値と、レーダの分解能を示す性能値に分ける。レーダ性能の内容が詳細であるほど、ロボットの行動を緻密に制御することが可能となる。
　なお、レーダ性能の内容が“探知可能距離”および“分解能”である場合に、どちらか一方の性能の内容のみが高いというレーダ性能の優劣を定量的に表現することができない場合が考えられる。この場合、どちらの性能の内容を優先するかを予め設定しておく。

　情報取得部３０は、ロボット群がミッション（行動）を開始してから、性能ベクトルに関する情報を、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれから周期的に取得する。性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって複数の機体のそれぞれから取得された性能ベクトルに関する情報に基づいて、機体ごとに設定された性能ベクトルのうち、性能に変化のあった機体に設定された性能ベクトルを更新する。

　従来のロボット群の制御では、ロボット群を構成する複数の機体のうち、いずれかの性能が劣化した場合、性能が劣化した機体はないものとして扱われるか、あるいは機体の性能劣化に伴ったロボット群全体の制御効率の低下を補う処理が実行されるだけであった。これに対して、実施の形態１に係る制御プランニング装置３では、性能が劣化した機体をロボット群の制御対象から除くのではなく、性能が異なる新たな機体として扱うことで、機体の性能の変化に応じたロボット群の制御が可能である。

　図３は、機体の性能の変化に応じた性能ベクトル３１ａの変化を示す図である。ロボット群がミッションを開始した当初、機体Ｒｅｄ－２の性能ベクトル３１ａ－３における、性能（１）、性能（２）および性能（３）の各々の性能値は、機体Ｒｅｄ－１の性能ベクトル３１ａ－１と同じであったと仮定する。この後、ロボット群のミッションの途中に、外乱の影響で機体Ｒｅｄ－２の性能（１）が劣化して、性能（１）の性能値が“１０”から、図３に示すように、“３”に低下した場合を考える。

　図３に示すように、機体Ｂｌｕｅ－１の性能ベクトル３１ａ－２における、性能（１）の性能値は“２”であり、性能（２）の性能値は“８”であり、性能（３）の性能値は“３”である。一方、性能（１）が劣化した機体Ｒｅｄ－２の性能ベクトル３１ａ－３における、性能（１）の性能値は“３”であり、性能（２）の性能値は“６”であり、性能（３）の性能値は“４”である。このように、機体Ｒｅｄ－２は、性能（１）が劣化したことにより、性能（２）の性能値が最も高い機体Ｂｌｕｅ－１に近い性能になっている。すなわち、機体Ｒｅｄ－２は、機体Ｒｅｄ－１と同じ役割は果たせなくなったが、機体Ｂｌｕｅ－１に類似した役割を果たせる機体として扱うことができる。

　また、ロボット群がミッションを開始した当初、機体Ｂｌｕｅ－２の性能ベクトル３１ａ－４における、性能（１）、性能（２）および性能（３）の各々の性能値は、機体Ｂｌｕｅ－１の性能ベクトル３１ａ－２と同じであったと仮定する。この後、ロボット群のミッションの途中に、外乱の影響で機体Ｂｌｕｅ－２の性能（３）が劣化して、性能（３）の性能値が“３”から、図３に示すように、“１”に低下した場合を考える。

　機体Ｂｌｕｅ－２は、性能（３）が劣化しても、性能（２）の性能値が最も高く、機体Ｂｌｕｅ－１に近い性能を維持している。すなわち、機体Ｂｌｕｅ－２は、性能（３）が劣化した後であっても、機体Ｂｌｕｅ－１と類似した役割を果たせる機体として扱うことができる。このように機体の相対的な性能を数値化した性能値を要素とする性能ベクトルを機体ごとに作成することによって、機体の性能が劣化した場合であっても、ロボット群を構成する複数の機体を、性能ベクトルを基準として分類することができる。

　制御プランニング部３２は、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれに搭載された制御プランニング装置３のうち、自身を備える制御プランニング装置３が搭載された第１の機体の行動を決定する。制御プランニング部３２による行動の決定には、第１の機体の性能ベクトルおよび第２の機体の性能ベクトルに基づく制御則が用いられる。性能ベクトル処理部３１によって第１の機体の性能ベクトルおよび第２の機体の性能ベクトルのいずれかが更新された場合、制御プランニング部３２は、更新後の性能ベクトルに基づく制御則に従って、第１の機体の行動を決定する。

　制御則には、例えば、ロボット群を構成する機体間の性能ベクトル同士のコサイン類似度に基づく制御則（Ａ）、および、ロボット群を構成する機体の性能ベクトルとこの機体が存在する環境側から要求された性能ベクトルとの間のコサイン類似度に基づく制御則（Ｂ）がある。機体が存在する環境とは、機体が存在するエリアまたは機体の近傍に存在するポイントである。ロボット群を構成する機体間の性能ベクトル同士のコサイン類似度に基づく制御則（Ａ）は、図６を用いて詳細を後述する。また、ロボット群を構成する機体の性能ベクトルとこの機体が存在する環境側から要求された性能ベクトルとのコサイン類似度に基づく制御則（Ｂ）については、図７および図８を用いて詳細を後述する。

　次に、制御プランニング装置３の機能を実現するハードウェア構成について説明する。制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、制御プランニング装置３は、後述する図５に示すフローチャートにおける、各々のステップの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。

　図４Ａは、制御プランニング装置３の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、制御プランニング装置３の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、センサインタフェース１００は、図１に示したセンサ４によって検出されたセンサ情報を中継するインタフェースである。情報取得部３０は、センサインタフェース１００を介して、センサ４からセンサ情報を取得する。

　また、通信インタフェース１０１は、図１に示した通信部５によって送受信される情報を中継するインタフェースである。情報取得部３０は、通信インタフェース１０１を介して、性能ベクトルに関する情報を通信部５から取得する。

　動力インタフェース１０２は、図１に示した制御実行部６への制御信号を中継するインタフェースである。制御プランニング部３２は、動力インタフェース１０２を介して、第１の機体がとるべき行動を示す制御信号を、制御実行部６に出力する。制御実行６は、上記制御信号に従って、図１に示した動力装置７を制御することにより、第１の機体を動作させる。

　処理回路が、図４Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０３である場合、処理回路１０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の機能を別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。

　処理回路が、図４Ｂに示すプロセッサ１０４である場合に、制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０８に記憶される。

　プロセッサ１０４は、メモリ１０５に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の機能を実現する。すなわち、制御プランニング装置３は、プロセッサ１０４によって実行されるときに、図５のフローチャートにおけるステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０５を備えている。これらのプログラムは、制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の手順または方法を、コンピュータに実行させる。なお、メモリ１０５は、コンピュータを、制御プランニング装置３における、情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。

　メモリ１０５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。

　制御プランニング装置３における情報取得部３０、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、情報取得部３０は専用のハードウェアである処理回路１０３で機能を実現し、性能ベクトル処理部３１および制御プランニング部３２は、プロセッサ１０４がメモリ１０５に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上記機能を実現することができる。

　次に動作について説明する。
　図５は、実施の形態１に係る制御プランニング方法を示すフローチャートである。
　情報取得部３０が、ロボット群を構成する複数の機体から、性能ベクトルに関する情報を取得する（ステップＳＴ１）。ここで、情報取得部３０は、自身を備える制御プランニング装置３が搭載された第１の機体から、第１の機体の性能ベクトルに関する情報を取得し、第１の機体以外にロボット群を構成する残りの１または複数の第２の機体から、第２の機体の性能ベクトルに関する情報を取得する。
　なお、性能ベクトルに関する情報は、例えば、センサ４のセンサ情報および動力装置７のスペック情報であるが、前述した初期の性能ベクトルであってもよい。

　性能ベクトル処理部３１が、情報取得部３０によって取得された情報に基づいて、機体ごとに設定された性能ベクトルのうち、性能に変化のあった機体に設定された性能ベクトルを更新する（ステップＳＴ２）。性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって取得された第２の機体のセンサ４のセンサ情報および動力装置７のスペック情報に基づいて、第２の機体の性能の変化を認識した場合を例に挙げる。この場合、性能ベクトル処理部３１は、情報取得部３０によって取得された第１の機体および第２の機体のセンサ４のセンサ情報および動力装置７のスペック情報に基づいて第２の機体の性能ベクトルを更新する。

　制御プランニング部３２が、性能ベクトルに基づく制御則に従って機体の行動を決定する（ステップＳＴ３）。制御プランニング部３２は、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれに搭載された制御プランニング装置３のうち、自身を備える制御プランニング装置３が搭載された第１の機体の行動を決定する。例えば、第１の機器の行動の決定には、第１の機体の性能ベクトルと第２の機体の性能ベクトルとのコサイン類似度に基づく制御則が用いられる。

　制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるように、動力装置７を制御する。動力装置７は、制御実行部６からの制御に従って、第１の機体の動作を制御する。これにより、第１の機体および第２の機体は自律的に行動する。

　例えば、異なる種類の性能を有した機体同士を散らばって行動させる場合、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれが有する制御プランニング部３２に対して、機体同士の性能ベクトルのコサイン類似度が大きいものほど機体を遠ざけ、コサイン類似度が小さいものほど機体を近付ける制御則を設定する。コサイン類似度は２つのベクトルがどれだけ類似しているかを示す指標である。コサイン類似度が大きい２つの性能ベクトルは、類似しており、コサイン類似度が小さい２つの性能ベクトルは、類似していない。

　この制御則に従ってロボット群を構成する各々の機体が行動することで、性能が類似する機体が遠ざけられて、性能が類似していない機体が近付けられる。異なる種類の性能のセンサ４を有した機体が空間的に散らばり、様々な内容のセンシングが広範囲に一度に行われるので、効率的なセンシングが可能となる。
　なお、制御則は、ロボット群がミッションを開始する前に、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれに予め設定される。ただし、前述したように、ロボット群がミッションを開始した後であっても、性能ベクトルは更新可能である。

　反対に、類似した性能を有した機体同士を近付けて行動させる場合、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれが有する制御プランニング部３２に対して、機体同士の性能ベクトルのコサイン類似度が小さいものほど機体を遠ざけ、コサイン類似度が大きいものほど機体を近付ける制御則を設定する。この制御則に従ってロボット群を構成する各々の機体が行動することにより、性能が類似する機体が近付けられ、性能が類似していない機体が遠ざかる。この場合、ある機体の性能が劣化しても、この機体と類似した性能の機体が近くに存在するので、性能が劣化した機体を代替させることができる。これにより、機体の性能が変化しても、ロボット群を構成する複数の機体の各々の位置を大幅に変更させることなく、ロボット群の制御を継続できる。

　類似した性能の機体同士を近付ける制御則が設定された場合、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、第１の機体の性能ベクトルと、通信部５の通信可能範囲内に存在する全ての第２の機体の性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。
　続いて、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、コサイン類似度が閾値以上の性能ベクトルを有した第２の機体について、第１の機体から第２の機体へ向かう正方向でかつコサイン類似度と同じ長さを有した移動ベクトルを算出する。
　一方、コサイン類似度が閾値未満の性能ベクトルを有する第２の機体については、第１の機体が備える制御プランニング部３２が、第２の機体から第１の機体へ向かう逆方向であり、１からコサイン類似度を減算した長さを有した移動ベクトルを算出する。

　第１の機体が備える制御プランニング部３２は、通信部５の通信可能範囲内に存在する全ての第２の機体について上記移動ベクトルを算出し、算出した全ての移動ベクトルの和を最終的な移動ベクトルとする。これらの処理を、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、ロボット群のフォーメーションの変更周期ごとに繰り返す。なお、第１の機体が備える性能ベクトル処理部３１は、コサイン類似度を算出する前に、第１の機体の性能ベクトルを更新する。

　図６は、性能ベクトルに基づくロボット群の制御の例を示す説明図であり、ロボット群を構成する機体間の性能ベクトル同士のコサイン類似度に基づく制御則（Ａ）の具体例を示している。図６において、ロボット２－１が備える制御プランニング部３２には、制御則（Ａ）として、機体同士の性能ベクトルのコサイン類似度が小さいものほど機体を遠ざけ、コサイン類似度が大きいものほど機体を近付ける制御則が設定されている。

　ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１の性能ベクトルとロボット２－１が備える通信部５の通信可能範囲内に存在するロボット２－２およびロボット２－３のそれぞれの性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。コサイン類似度の閾値を０．５とする。このとき、ロボット２－１とロボット２－２の性能ベクトルのコサイン類似度は０．７であり、ロボット２－１とロボット２－３の性能ベクトルのコサイン類似度は０．４であるものとする。

　ロボット２－１の性能ベクトルとロボット２－２の性能ベクトルとのコサイン類似度は０．７で閾値０．５以上である。この場合、ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１からロボット２－２に向かう方向に、コサイン類似度と同じ値（０．７）の長さを有する移動ベクトルａを設定する。

　一方、ロボット２－１の性能ベクトルとロボット２－３の性能ベクトルとのコサイン類似度は０．４で閾値０．５未満である。この場合、ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－２からロボット２－１に向かう方向に、１からコサイン類似度を減算した値（０．６）の長さを有する移動ベクトルｂを設定する。ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、移動ベクトルａと移動ベクトルｂとの和の移動ベクトルｃを算出する。そして、ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、移動ベクトルｃに基づいて、ロボット２－１の移動方向および移動距離を算出する。

　次に、ロボット群にエリアを監視させる制御について説明する。
　まず、情報取得部３０は、通信部５を用いて、監視対象の環境側（エリア）から要求される性能ベクトルを取得する。エリアから要求される性能ベクトルは、エリアごとに設置された外部装置が発信してもよい。また、情報取得部３０は、通信部５を用いて、複数のエリアに関する性能ベクトルを管理している外部装置から、複数のエリアのそれぞれから要求される性能ベクトルを一括して取得してもよい。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、第１の機体の性能ベクトルと、情報取得部３０によってエリアから取得された性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。

　例えば、制御則（Ｂ）として、エリアから要求された性能ベクトルとのコサイン類似度が大きい性能ベクトルを有した機体を、このエリアの監視に割り当てるという制御則が、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれが有する制御プランニング部３２に設定される。制御則（Ｂ）に従ってロボット群を制御することにより、類似した性能のセンサ４を有する機体同士が同じエリアを監視することになる。レーダで監視させたいエリアには、レーダ性能が高い機体が割り当てられ、光学センサで監視させたいエリアには、光学センサ性能が高い機体が割り当てられる。

　図７は、性能ベクトルに基づくロボット群の制御の例を示す説明図であり、ロボット群を構成する機体の性能ベクトルとこの機体が存在する環境側から要求された性能ベクトルとの間のコサイン類似度に基づく制御則（Ｂ）の具体例を示している。図７において、エリア２００～２０２は、機体が存在する環境である。エリア２００には、エリア２００が要求する性能ベクトルＡを管理する外部装置が設置され、エリア２０１には、エリア２０１が要求する性能ベクトルＢを管理する外部装置が設置され、エリア２０２には、エリア２０２が要求する性能ベクトルＣを管理する外部装置が設置されている。

　ロボット２－１がエリア２００に接近することで、エリア２００に設置された外部装置が、ロボット２－１が備える通信部５の通信可能範囲内になったものとする。このとき、ロボット２－１が備える情報取得部３０は、通信部５を用いて、エリア２００から要求された性能ベクトルＡを外部装置から取得する。同様に、ロボット２－２が備える情報取得部３０が、通信部５を用いて、エリア２０１から要求された性能ベクトルＢを取得する。さらに、ロボット２－３が備える情報取得部３０が、通信部５を用いて、エリア２０２から要求された性能ベクトルＣを取得する。

　例えば、ロボット２－１、ロボット２－２およびロボット２－３がそれぞれ備える制御プランニング部３２には、制御則（Ｂ）として、あるエリアから要求された性能ベクトルとのコサイン類似度が大きい性能ベクトルを有した機体を、このエリアの監視に割り当てるという制御則が設定されている。ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＡとのコサイン類似度を算出する。同様に、ロボット２－２が備える制御プランニング部３２が、ロボット２－２の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＢとのコサイン類似度を算出し、ロボット２－３が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－３の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＣとのコサイン類似度を算出する。

　ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１の性能ベクトルとエリア２００から要求された性能ベクトルＡとのコサイン類似度が閾値以上である場合、ロボット２－１の行動をエリア２００への移動と決定する。ロボット２－１が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるように、ロボット２－１の動作を制御する。これにより、ロボット２－１がエリア２００の監視に割り当てられる。

　一方、ロボット２－２の性能ベクトルとエリア２０１から要求された性能ベクトルＢとのコサイン類似度が閾値未満であり、ロボット２－３の性能ベクトルとエリア２０２から要求された性能ベクトルＣとのコサイン類似度が閾値未満である場合、ロボット２－２はエリア２０１の監視に割り当てられず、ロボット２－３はエリア２０２の監視に割り当てられない。この場合、ロボット２－２が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－２がエリア２０１から離れる行動を決定し、ロボット２－３が備える制御プランニング部３２も、ロボット２－３がエリア２０２から離れる行動を決定する。ロボット２－２が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるようにロボット２－２の動作を制御し、ロボット２－３が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるようにロボット２－３の動作を制御する。

　次に、ボロノイ図を用いたロボット群の制御について説明する。
　ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれには、制御則（Ｂ）として、第１の機体が属するボロノイ領域の重心位置に移動させる制御則が設定されている。第１の機体が備える情報取得部３０は、通信部５の通信可能範囲内に存在する全ての第２の機体から、性能ベクトルを取得する。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、第１の機体の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された第２の機体の性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。

　コサイン類似度の閾値を０．５とすると、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、コサイン類似度が閾値０．５以上である第２の機体については、第１の機体から第２の機体へ向かう、コサイン類似度の値と同じ長さを有した移動ベクトルを設定する。
　一方、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、コサイン類似度が閾値０．５未満である第２の機体については、第２の機体から第１の機体へ向かう、コサイン類似度の値と同じ長さを有した移動ベクトルを設定する。

　第１の機体が備える制御プランニング部３２は、通信部５の通信可能範囲内に存在する全ての第２の機体について移動ベクトルを設定し、これらの移動ベクトルの和のベクトルと、第１の機体の位置から第１の機体が属するボロノイ領域の重心へ向かうベクトルとの和を算出する。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、算出した和のベクトルに基づいて、第１の機体の移動方向および移動距離を決定する。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、この処理を制御の更新周期ごとに繰り返し実行する。第１の機体が備える性能ベクトル処理部３１は、コサイン類似度が算出される前に、第１の機体の性能ベクトルを更新する。

　次に、ロボット群にポイントを巡回させる制御について説明する。
　情報取得部３０は、通信部５を用いて、巡回対象の環境側（ポイント）から要求された性能ベクトルを取得する。ポイントから要求される性能ベクトルは、ポイントごとに設置された外部装置が発信してもよい。また、情報取得部３０は、通信部５を用いて、複数のポイントに関する性能ベクトルを管理している外部装置から、複数のポイントのそれぞれから要求される性能ベクトルを一括して取得してもよい。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、第１の機体の性能ベクトルと情報取得部３０によってポイントから取得された性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。

　例えば、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれが有する制御プランニング部３２には、制御則（Ｂ）として、ポイントから要求された性能ベクトルとのコサイン類似度が大きい性能ベクトルを有した機体が、このポイントを巡回するという制御則が設定されている。制御則（Ｂ）に従ってロボット群を制御することにより、類似した性能のセンサ４を有する機体同士が同じポイントを巡回することになる。レーダを有した機体を巡回させたいポイントには、レーダ性能が高い機体の巡回頻度が増加され、光学センサを有した機体を巡回させたいポイントには、光学センサ性能が高い機体の巡回頻度が増加される。

　図８は、性能ベクトルに基づくロボット群の制御の例を示す説明図であり、ロボット群を構成する機体の性能ベクトルとこの機体が存在する環境側から要求された性能ベクトルとの間のコサイン類似度に基づく制御則（Ｂ）の具体例を示している。図８において、ポイントＰ１には、性能ベクトルＡを管理する外部装置が設置され、ポイントＰ２には、性能ベクトルＢを管理する外部装置が設置され、ポイントＰ３には、性能ベクトルＣを管理する外部装置が設置されている。

　ロボット２－１がポイントＰ１に接近することで、ポイントＰ１に設置された外部装置が、ロボット２－１が備える通信部５の通信可能範囲内になったものとする。このとき、ロボット２－１が備える情報取得部３０は、通信部５を用いて、ポイントＰ１から要求された性能ベクトルＡを外部装置から取得する。同様に、ロボット２－２が備える情報取得部３０が、通信部５を用いて、ポイントＰ２から要求された性能ベクトルＢを取得する。さらに、ロボット２－３が備える情報取得部３０が、通信部５を用いて、ポイントＰ３から要求された性能ベクトルＣを取得する。

　例えば、ロボット２－１、ロボット２－２およびロボット２－３がそれぞれ備える制御プランニング部３２には、制御則（Ｂ）として、あるポイントから要求された性能ベクトルとのコサイン類似度が大きい性能ベクトルを有した機体を、このポイントに巡回させるという制御則が設定されている。ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１の性能ベクトルと、情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＡとのコサイン類似度を算出する。同様に、ロボット２－２が備える制御プランニング部３２が、ロボット２－２の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＢとのコサイン類似度を算出し、ロボット２－３が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－３の性能ベクトルと情報取得部３０によって取得された性能ベクトルＣとのコサイン類似度を算出する。

　ロボット２－１が備える制御プランニング部３２は、ロボット２－１の性能ベクトルとポイントＰ１から要求された性能ベクトルＡとのコサイン類似度が閾値以上である場合、ロボット２－１の行動をポイントＰ１への移動と決定する。ロボット２－１が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるようにロボット２－１の動作を制御する。これにより、ロボット２－１がポイントＰ１を巡回する。

　一方、ロボット２－２の性能ベクトルとポイントＰ２から要求された性能ベクトルＢとのコサイン類似度が閾値未満であり、ロボット２－３の性能ベクトルとポイントＰ３から要求された性能ベクトルＣとのコサイン類似度が閾値未満である場合、ポイントＰ２は、ロボット２－２の巡回ポイントとされず、ポイントＰ３は、ロボット２－３の巡回ポイントとされない。

　この場合、ロボット２－２が備える制御プランニング部３２は、ポイントＰ２を巡回しない経路を決定し、ロボット２－３が備える制御プランニング部３２も、ポイントＰ３を巡回しない経路を決定する。ロボット２－２が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるように、ロボット２－２の動作を制御し、ロボット２－３が備える制御実行部６は、制御プランニング部３２によって決定された行動をとるように、ロボット２－３の動作を制御する。

　次に、ポイントで前回にセンシングが実行されてからの経過期間を用いたロボット群の巡回制御について説明する。
　ポイントから要求される性能ベクトルを管理する外部装置がポイントごとに設置されている。また、ロボット群を構成する複数の機体のそれぞれには、制御則（Ｂ）として、機体が備えるセンサ４のセンシング可能範囲内に存在するポイントのうち、前回にセンシングが実行されてからの経過期間が最も長いポイントを次に巡回するという制御則が設定されている。

　第１の機体が備える情報取得部３０は、通信部５を用いて、センサ４のセンシング可能範囲内に存在する全てのポイントに設置された外部装置から、性能ベクトルを取得する。第１の機体が備える制御プランニング部３２は、センシング可能範囲内に存在する全てのポイントについて、第１の機体の性能ベクトルとポイントから要求された性能ベクトルとのコサイン類似度を算出する。続いて、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、算出した複数のコサイン類似度のうち、前回にセンシングが実行されてからの経過期間が最も長いポイントを、次に巡回するポイントに決定する。
　なお、第１の機体が備える制御プランニング部３２は、巡回ポイントを決定する度に、前述した一連の処理を繰り返し行う。第１の機体が備える性能ベクトル処理部３１は、コサイン類似度が算出される前に、第１の機体の性能ベクトルを更新する。

　前述したように、実施の形態１に係る制御プランニング装置３は、機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルを更新し、性能ベクトルに基づく制御則に従って機体の行動を決定する。ロボット群を構成する複数の機体のいずれかが故障して性能が変化した場合であっても、その機体の性能ベクトルを更新して性能の変化を反映させるので、ロボット群を構成する複数の機体の制御における、機体の故障に対する耐性を高めることができる。

　実施の形態１に係る制御プランニング装置３において、制御プランニング部３２は、ロボット群を構成する機体間の性能ベクトル同士のコサイン類似度に基づく制御則に従って機体の行動を決定する。これにより、機体間の性能に基づいて、ロボット群の行動を制御することができる。

　実施の形態１に係る制御プランニング装置３において、制御プランニング部３２は、ロボット群を構成する機体についての性能ベクトルと環境側から要求された性能ベクトルとのコサイン類似度に基づく制御則に従って機体の行動を決定する。これにより、ロボット群を構成する機体の性能と環境側から要求された性能とに基づいて、ロボット群の行動を制御することができる。

　実施の形態１に係るロボット群システムは、図１に示した構成を有することによって、ロボット群を構成する複数の機体のいずれかが故障して性能が変化した場合であっても、その機体の性能ベクトルを更新して性能の変化を反映させる。これにより、ロボット群を構成する複数の機体の制御における、機体の故障に対する耐性を高めることができる。
　実施の形態１に係る制御プランニング方法は、図５に示した一連の処理を行うことで、ロボット群を構成する複数の機体の制御における、機体の故障に対する耐性を高めることができる。

　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　本発明に係る制御プランニング装置は、集団を構成する複数の機体の制御における機体の故障に対する耐性を高めることができるので、例えば、各種のロボットシステムに利用可能である。

　１　ロボット群システム、２－１，２－２，２－３，２－４　ロボット、３　制御プランニング装置、４　センサ、５　通信部、６　制御実行部、７　動力装置、３０　情報取得部、３１　性能ベクトル処理部、３１ａ，３１ａ－１，３１ａ－２，３１ａ－３，３１ａ－４　性能ベクトル、３２　制御プランニング部、１００　センサインタフェース、１０１　通信インタフェース、１０２　動力インタフェース、１０３　処理回路、１０４　プロセッサ、１０５　メモリ、２００，２０１，２０２　エリア。

Claims (7)

1. 　集団を構成し、各々が自律的に行動する複数の機体のそれぞれに搭載され、搭載された前記機体の行動を決定する制御プランニング装置であって、
   　前記機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルに関する情報を、複数の前記機体から取得する情報取得部と、
   　前記情報取得部によって取得された前記性能ベクトルに関する情報に基づいて、前記機体ごとに設定された前記性能ベクトルのうち、性能に変化があった前記機体に設定された前記性能ベクトルを更新する性能ベクトル処理部と、
   　前記性能ベクトルに基づく制御則に従って前記機体の行動を決定する制御プランニング部とを備えたこと
   　を特徴とする制御プランニング装置。
2. 　前記性能ベクトルは、前記機体の物理的な性能および前記機体に搭載された機器の性能についての前記性能値を要素としたベクトルであること
   　を特徴とする請求項１記載の制御プランニング装置。
3. 　前記性能値は、正規化された値であること
   　を特徴とする請求項１記載の制御プランニング装置。
4. 　前記制御プランニング部は、前記集団を構成する前記機体間の前記性能ベクトル同士のコサイン類似度に基づく制御則に従って前記機体の行動を決定すること
   　を特徴とする請求項１記載の制御プランニング装置。
5. 　前記制御プランニング部は、前記集団を構成する前記機体についての前記性能ベクトルと環境側から要求された前記性能ベクトルとのコサイン類似度に基づく制御則に従って、前記機体の行動を決定すること
   　を特徴とする請求項１記載の制御プランニング装置。
6. 　前記集団であるロボット群を構成し、各々が自律的に行動する複数の前記機体と、
   　複数の前記機体のそれぞれに搭載され、搭載された前記機体の行動を決定する請求項１から請求項５のいずれか１項記載の制御プランニング装置とを備えたこと
   　を特徴とするロボット群システム。
7. 　集団を構成し、各々が自律的に行動する複数の機体のそれぞれの行動を決定する制御プランニング方法であって、
   　情報取得部が、前記機体の相対的な性能が数値化された性能値を要素とする性能ベクトルに関する情報を、複数の前記機体から取得するステップと、
   　性能ベクトル処理部が、前記情報取得部によって取得された前記性能ベクトルに関する情報に基づいて、前記機体ごとに設定された前記性能ベクトルのうち、性能に変化があった前記機体に設定された前記性能ベクトルを更新するステップと、
   　制御プランニング部が、前記性能ベクトルに基づく制御則に従って前記機体の行動を決定するステップとを備えたこと
   　を特徴とする制御プランニング方法。

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