WO2021166676A1 - 通信モジュール及び通信方法 - Google Patents

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WO2021166676A1
WO2021166676A1 PCT/JP2021/004282 JP2021004282W WO2021166676A1 WO 2021166676 A1 WO2021166676 A1 WO 2021166676A1 JP 2021004282 W JP2021004282 W JP 2021004282W WO 2021166676 A1 WO2021166676 A1 WO 2021166676A1
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WO
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communication module
client
electrode
unit
host
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/004282
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English (en)
French (fr)
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龍一 鈴木
諒介 村田
伸郎 本橋
広訓 川崎
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2022501789A priority patent/JPWO2021166676A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication

Definitions

  • This disclosure relates to a communication module and a communication method.
  • Patent Document 1 a technique for constructing a robot by combining modules capable of dynamically changing the mutual connection relationship has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • a robot that combines such modules can take various shapes depending on the connection between the modules, so that it is possible to execute an operation with a higher degree of freedom.
  • Such a robot can function as one robot as a whole by transmitting and receiving data and the like between the combined modules.
  • the communication module according to the embodiment of the present disclosure is provided at substantially the center of the connection surface, and has different polarities from the transmission unit and the reception unit that transmit and receive data by corresponding data communication methods, and the connection is described.
  • a first electrode and a plurality of second electrodes are provided on the outer periphery of the transmitting unit and the receiving unit on the surface in an arrangement that is N-fold symmetrical (N is a natural number of 3 or more).
  • the communication method according to the embodiment of the present disclosure is provided on the connection surface in an arrangement that is N-fold symmetric (N is a natural number of 3 or more), and has a first electrode and a plurality of second electrodes having different polarities.
  • Data is transmitted by a data communication method corresponding to each other at the transmission unit and the reception unit provided at substantially the center inside the first electrode and the plurality of second electrodes on the connection surface. Including receiving.
  • data is transmitted and received by a data communication method corresponding to each other at a transmission unit and a reception unit provided substantially in the center of the connection surface, and the connection surface.
  • the power can be supplied by the first electrode and the plurality of second electrodes having different polarities from each other, which are provided on the outer periphery of the transmitting unit and the receiving unit in an arrangement symmetrical to N times.
  • the communication module can connect another communication module by rotating it with respect to the connection surface.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of the communication module 1 according to the present embodiment.
  • the communication module 1 can be interconnected with another communication module 1 and transmits and receives data with the other communication module 1 via the connection surface. It is a device capable of performing.
  • the communication module 1 may have a rectangular parallelepiped shape and may be interconnected with another communication module 1 on one or more surfaces of the rectangular parallelepiped shape.
  • the communication module 1 can operate as one robot 10 as a whole by transmitting data and electric power through the connection surfaces of each other.
  • the communication module 1 according to the present embodiment can be connected to another communication module 1 with a higher degree of freedom on the connection surface. As a result, the communication module 1 can form a robot 10 having a more complicated shape.
  • the communication module 1 according to the present embodiment will be specifically described.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a connection surface of the communication module 1 according to the present embodiment.
  • the communication module 1 has, for example, a first electrode 110, a plurality of second electrodes 120A, 120B, 120C, a transmission unit 131, and a reception unit on a connection surface 100 with another communication module 1. It includes a communication unit 130 including 132. Similarly, another communication module 1 connected to the communication module 1 includes a first electrode 210, a plurality of second electrodes 220A, 220B, 220C, a transmission unit 231 and a reception unit 232 on the connection surface 200. It is equipped with 230.
  • the first electrode 110 and one of the plurality of second electrodes 220A, 220B, 220C face each other, and the plurality of second electrodes 120A, 120B, 120C face each other, and the first electrode 210 faces each other. It is connected to another communication module 1 as described above. As a result, the communication module 1 can transmit electric power to and from another communication module 1. Further, the communication module 1 is connected to another communication module 1 so that the communication unit 130 and the communication unit 230 face each other. As a result, the communication module 1 can transmit and receive data with the other communication module 1.
  • the second electrode 120 when each of the second electrodes 120A, 120B, and 120C is not distinguished, these are collectively referred to as the second electrode 120. Similarly, when the second electrodes 220A, 220B, and 220C are not distinguished from each other, they are collectively referred to as the second electrode 220.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are electrodes having different polarities from each other.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 can transmit electric power between the communication modules 1 by conducting parallel conduction and inverting connection with the opposite first electrode 210 and the second electrode 220.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are provided so that the polarities are not fixed to either the positive electrode or the negative electrode and the polarities are alternately alternated at a predetermined cycle. Therefore, the voltage and current supplied from the first electrode 110 and the second electrode 120 are rectified by the rectifier circuit provided inside the other communication module 1 and then sent to the control circuit of the other communication module 1. Be supplied.
  • the second electrodes 120A, 120B, and 120C are electrically connected inside the communication module 1. Therefore, the first electrode 110 may be electrically connected to any one of the second electrodes 220A, 220B, and 220C. Similarly, the first electrode 210 may be electrically connected to any one of the second electrodes 120A, 120B, and 120C.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be provided in a shape that fits each other.
  • the first electrode 110 may be provided as an electrode projecting in a quadrangular shape from the connecting surface 100
  • the second electrode 120 may be provided in a quadrangular shape corresponding to the first electrode 110 from the connecting surface 100. It may be provided as an electrode. According to this, since the first electrode 110 and the second electrode 120 can be fitted to each other, electric power can be transmitted more reliably.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may further include a fixing mechanism that physically connects them to each other.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may further include, as a fixing mechanism, a magnet or an electromagnet that performs magnetic coupling, or a claw or protrusion that performs mechanical fixing. According to this, the first electrode 110 and the second electrode 120 can more firmly connect the connection surface 100 and the connection surface 200.
  • first electrode 110 and the second electrode 120 are provided on the connection surface 100 so as to be rotationally symmetric on the outer circumference of the communication unit 130.
  • first electrode 110 and the second electrode 120 are N-fold symmetric with respect to the outer circumference of the communication unit 130 (N is a natural number of 3 or more, and the total number of electrodes of the first electrode 110 and the second electrode 120). It is provided in the arrangement that becomes.
  • the communication module 1 becomes the first every time it rotates at a rotation angle of 360 degrees / N, except when the first electrodes 110 face each other on the connection surface 100 (when the rotation angle is 0 degrees).
  • the 1 electrode 110 and the 2nd electrode 220 can be opposed to each other and connected to another communication module 1. Therefore, the communication module 1 can be connected to the other communication module 1 on the connection surface 100 at different rotation angles by subtracting 1 from the total number of electrodes of the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • one first electrode 110 and three second electrodes 120A, 120B, and 120C are arranged symmetrically four times on the connection surface 100 of the communication module 1.
  • the communication module 1 can be connected to another communication module 1 by the connection surface 200 in which the connection surface 100 is rotated by 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees.
  • the communication module 1 is such that the first electrode 110 and the second electrode 220 on the upper right of the connection surface 200 face each other. Is connected to the communication module 1 of.
  • the communication module 1 communicates with other communication so that the first electrode 110 and the second electrode 220 at the lower right of the connection surface 200 face each other. Connected to module 1. Further, in the connection surface 200 in which the connection surface 100 is rotated clockwise by 270 degrees, the communication module 1 has another communication module such that the first electrode 110 and the second electrode 220 at the lower left of the connection surface 200 face each other. Connected with 1. Therefore, the communication module 1 shown in FIG. 2 can be connected to another communication module 1 at three rotation angles of 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which each configuration provided on the connection surface 100 and each configuration provided on the connection surface 200 are cut in a direction perpendicular to the connection surface 100.
  • the communication unit 130 includes a transmission unit 131 and a reception unit 132, and transmits and receives data between the communication module 1 and another communication module 1 by a wireless communication method. ..
  • the communication unit 130 is provided, for example, substantially in the center of the connection surface 100 inside the first electrode 110 and the second electrode 120 so as to face the communication unit 230 provided on the connection surface 200.
  • the communication unit 130 can transmit and receive data by a wireless communication method using visible light or infrared light.
  • a wireless communication method instead of a wired communication method that involves physical connection, the communication unit 130 smoothly transmits and receives data even when the communication module 1 is connected at a rotation angle with a higher degree of freedom. It can be performed. Further, in such a case, the communication unit 130 can transmit and receive data even when there is a gap between the connection surface 100 and the connection surface 200.
  • the transmission unit 131 may be a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED) that emits visible light or infrared light.
  • the receiving unit 132 may be a photodiode (Photo Diode: PD) having a light receiving sensitivity to visible light or infrared light. According to this, the transmitting unit 131 and the receiving unit 132 can transmit and receive data by optical wireless communication.
  • the transmitting unit 131 and the receiving unit 132 may be composed of a light emitting diode and a photodiode separately provided, or may be composed of a photoreflector including the light emitting diode and the photodiode together.
  • the communication unit 130 may transmit and receive data by a communication method other than the above.
  • the communication unit 130 may transmit and receive data by a wireless communication method using a magnetic field using a Hall element.
  • the communication unit 130 may transmit and receive data by a communication method using an optical fiber.
  • the communication unit 130 may transmit and receive data alternately instead of simultaneously. As a result, the communication unit 130 can prevent the data transmitted by itself and the data transmitted from the opposite communication unit 230 from being mixed due to reflection between the connection surface 100 and the connection surface 200.
  • the communication unit 130 supplies the voltage and current supplied to the first electrode 110 and the second electrode 120 to each of the transmission unit 131 and the reception unit 132, thereby supplying the first electrode 110 and the second electrode 120. It is possible to switch between transmission and reception of data from the transmission unit 131 and the reception unit 132 at a cycle synchronized with the polarity change cycle of 120. That is, the communication unit 130 can alternately turn on / off the transmission unit 131 and the reception unit 132 by connecting the power supplies whose polarities are alternately exchanged to the transmission unit 131 and the reception unit 132. Therefore, the communication unit 130 can alternately switch between transmitting and receiving data without performing complicated control.
  • the communication unit 130 may include a plurality of reception units 132. In such a case, the communication unit 130 can improve the reliability of the data received by the reception unit 132. Further, the communication unit 130 can determine the rotation angle of the connection between the communication modules 1.
  • FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing a circuit configuration in the communication unit 130.
  • 5A to 5C are schematic views showing the positional relationship between the transmitting units 131 and 231 and the receiving units 132A, 132B, 232A, and 232B in the connection between the communication modules 1 shown in FIG. 2 for each rotation angle.
  • one light emitting diode constitutes a transmitting unit 131, and the two photodiodes are used as receiving units 132A and 132B, respectively.
  • the remaining one light emitting diode is treated as a dummy transmission unit 133 that does not emit light.
  • the data transmitted from the transmission unit 131 passes through the diode 141 for rectification, is input to the light emitting diode constituting the transmission unit 131, and is transmitted to another communication module 1 as a light emission signal.
  • the light emitting signal transmitted from the other communication module 1 is photoelectrically converted by the photodiodes constituting the receiving units 132A and 132B, respectively, and then added by the adder 142.
  • the light emitting signal that has passed through the adder 142 is input to the analog-to-digital converter 144 (ADC) after passing through the diode 143 and converted into a digital signal.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the communication unit 130 can determine the rotation angle of the connection of the communication module 1 from the reception output of the light emission signal by controlling the reception sensitivities of the reception units 132A and 132B so as to be different from each other. ..
  • the receiving sensitivity of the receiving unit 132A is 50% and the receiving sensitivity of the receiving unit 132B is 100%.
  • the receiving unit 132A faces the transmitting unit 231 and therefore has almost 100% reception sensitivity. You can get an output close to.
  • the receiving unit 132B faces the dummy transmitting unit 233 that does not emit light and has an oblique positional relationship with the transmitting unit 231, so that an output of a little over 10% can be obtained. Therefore, in such a case, the output after passing through the analog-digital converter 144 becomes 100% to 90% by adding the outputs from each of the receiving units 132A and 132B.
  • the receiving unit 132A faces the receiving unit 232B and is at an oblique position with the transmitting unit 231. Because of the relationship, it is possible to obtain an output of a little over 10%. Similarly, since the receiving unit 132B faces the receiving unit 232A and has an oblique positional relationship with the transmitting unit 231, an output of a little over 10% can be obtained. Therefore, in such a case, the output after passing through the analog-digital converter 144 becomes 30% to 20% by adding the outputs from each of the receiving units 132A and 132B.
  • the receiving unit 132A faces the dummy transmitting unit 233 which does not emit light, and is in contact with the transmitting unit 231. Is in an oblique positional relationship, so an output of a little over 10% can be obtained.
  • the receiving unit 132B faces the transmitting unit 231, it is possible to obtain an output close to 50% of the receiving sensitivity. Therefore, in such a case, the output after passing through the analog-digital converter 144 becomes 70% to 40% by adding the outputs from each of the receiving units 132A and 132B.
  • the communication module 1 uses a plurality of receiving units 132A and 132B having different reception sensitivities to determine the output magnitude of the received signal according to the rotation angle of the connection between the communication modules 1. Can be changed. Therefore, the communication module 1 can determine the rotation angle of the connection between the communication modules 1 from the magnitude of the output of the received signal.
  • the receiving units 132A and 132B may change the receiving sensitivity to 100%, respectively, after the determination of the rotation angle of the connection between the communication modules 1 is completed.
  • the transmission unit 131 and the reception units 132A and 132B can handle the signal as, for example, a digital H / L signal.
  • FIGS. 4 to 5C show an example in which two receiving units 132A and 132B are provided, the technique according to the present disclosure is not limited to the above example.
  • the transmitting unit 131 and the receiving unit 132 may be arranged on the same circumference of the connection surface 100. .. In such a case, even when the communication modules 1 are rotated and connected to each other, the transmitting unit 131 and the receiving unit 132 on the connecting surface 100, and the transmitting unit 231 and the receiving unit 232 on the connecting surface 200 move on the same circumference. Will come to do. According to this, it is possible to prevent the positional relationship between the transmitting unit 131 and the receiving unit 232 or the positional relationship between the receiving unit 132 and the transmitting unit 231 from being significantly deviated from the opposing positional relationship.
  • the communication module 1 can determine the stability of the connection between the connected communication module 1 by monitoring the signal strength received between the transmission unit 131 and the reception unit 132. be. Specifically, in the communication module 1, when the signal strength received between the transmission unit 131 and the reception unit 132 decreases, the connected communication module 1 is about to come off, or the communication unit 130 becomes dirty or the like. Therefore, it can be determined that the stability of the connection is deteriorated.
  • FIG. 6 is a graph showing the period of polarity switching in the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing transmission and reception of data of the communication unit 130 during the CL-Ne period of FIG.
  • FIG. 7B is a schematic diagram showing transmission and reception of data of the communication unit 130 during the CL-Po period of FIG.
  • the upper line facing the figure shows the polarity of the second electrode 120
  • the lower line facing the figure shows the polarity of the first electrode 110.
  • the polarities of the first electrode 110 and the second electrode 120 are switched at a predetermined clock cycle (Clock Cycle).
  • the first electrode 110 has a positive electrode (+ pole, solid line), and the second electrode 120 has a negative electrode (-pole, dotted line).
  • the first electrode 110 has a negative electrode (-pole, dotted line)
  • the second electrode 120 has a positive electrode (+ pole, solid line).
  • the first electrode 110 and the second electrode 220 facing the first electrode 110 become positive electrodes.
  • the light emitting diode of the transmitting unit 131 connected to the power supply on the first electrode 110 side can emit light
  • the photodiode of the receiving unit 232 connected to the power supply on the second electrode 220 side can receive the light emission.
  • the communication module 1 modulates the light emitted by the light emitting diode of the transmission unit 131 by the CPU (Central Processing Unit) 150, or controls ON / OFF in synchronization with the power supply, thereby DNing from the transmission unit 131 to the reception unit 232. Data can be transmitted in the direction.
  • the CPU Central Processing Unit
  • the second electrode 120 and the first electrode 210 facing the second electrode 120 become positive electrodes.
  • the light emitting diode of the transmitting unit 231 connected to the power supply on the first electrode 210 side can emit light
  • the photodiode of the receiving unit 132 connected to the power supply on the second electrode 120 side can receive the light emission.
  • the communication module 1 modulates the light emitted by the light emitting diode of the transmission unit 231 by the CPU (Central Processing Unit) 250, or controls ON / OFF in synchronization with the power supply to increase the light emission from the transmission unit 231 to the reception unit 132. Data can be transmitted in the direction.
  • the CPU Central Processing Unit
  • the communication module 1 determines the direction of communication between the connected communication modules 1 according to the exchange of polarities of the first electrode 110 and the second electrode 120. You can switch. According to this, in the communication module 1, since the transmission and reception of the signal can be switched in synchronization with the exchange of the polarities of the first electrode 110 and the second electrode 120, the transmitted signal and the received signal can be switched. It is possible to prevent crosstalk.
  • the communication module 1 may transmit 1-bit data at one transmission timing and receive 1-bit data at one reception timing, for example. That is, the communication module 1 may transmit and receive 1-bit data in one cycle in which the polarities of the first electrode 110 and the second electrode 120 are exchanged. Further, the communication module 1 may transmit a plurality of bits of data at one transmission timing and receive a plurality of bits of data at one reception timing, depending on the frequencies supported by the transmission unit 131 and the reception unit 132. good.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a module system 5 in which the communication module 1 is used as the host 3 and the client 4.
  • the module system 5 is configured by connecting one host 3 and a plurality of clients 4, for example.
  • the host 3 and the client 4 may each be configured by the communication module 1 described above.
  • the module system 5 is configured by connecting the client 4 to the host 3 in a tree shape.
  • data is sequentially transmitted from the host 3 to the terminal client 4, so that the operation of the module system 5 as a whole is executed.
  • the direction in which the host 3 exists is also referred to as an upstream direction
  • the direction opposite to the upstream direction is also referred to as a downstream direction.
  • the host 3 includes, for example, a power supply unit 360, a CPU 350, a power supply driver 363, a communication unit 330, a first electrode 310, and a second electrode 320.
  • the host 3 is provided so as to be able to operate independently by including the power supply unit 360 and the CPU 350.
  • the power supply unit 360 includes a power supply I / F (Interface) 362 or a battery 361 that can be connected to an external power supply, and functions as a power supply for the entire module system 5.
  • the CPU 350 controls the operation of the entire module system 5, for example, causing the module system 5 to execute an instruction input via the external I / F 371.
  • the power supply driver 363 controls the power supplied from the power supply unit 360 so that the polarities are switched at predetermined intervals, and supplies the power to the first electrode 310 and the second electrode 320.
  • the first electrode 310 and the second electrode 320 are connected to the first electrode 410 and the second electrode 420 of the client 4, and transmit a voltage and a current in which the polarities are switched between the first electrode 310 and the second electrode 320 at predetermined intervals.
  • the communication unit 330 includes, for example, a light emitting diode and a photodiode, and switches between light emission and light reception of the light emitting signal in synchronization with the period in which the polarities of the first electrode 310 and the second electrode 320 are exchanged.
  • the host 3 may have a plurality of connection surfaces provided with the first electrode 310, the second electrode 320, and the communication unit 330, similarly to the client 4. In such a case, a common voltage and current are supplied from the power supply driver 363 to each of the first electrode 310 and the second electrode 320 provided on the plurality of connection surfaces. On the other hand, data is individually supplied from the CPU 350 to each of the communication units 330 provided on the plurality of connection surfaces.
  • the client 4 includes a CPU 450, a function unit 472, a power rectifier 463, a communication unit 430, a first electrode 410, and a second electrode 420.
  • the client 4 operates the function unit 472 based on the power supplied from the host 3 and the instruction.
  • the CPU 450 controls the operation of the function unit 472 based on, for example, an instruction from the host 3. Further, the CPU 450 controls transmission and reception of data to the client 4 connected further downstream.
  • the function unit 472 is a functional block provided for each client 4 and operates based on an instruction from the host 3.
  • the function unit 472 may be, for example, a drive unit such as a motor or actuator, a control unit such as a servo circuit, a light emitting unit such as a light emitting diode, or a sensing unit such as a sensor or a camera.
  • the power rectifier 463 rectifies the voltage and current supplied via the first electrode 410 and the second electrode 420 and converts them into a direct current or a direct current.
  • the voltage and current rectified by the power rectifier 463 are supplied to the CPU 450, the function unit 472, and the like.
  • the first electrode 410 and the second electrode 420 are connected to the first electrode 310 and the second electrode 320 of the host 3 or the first electrode 410 and the second electrode 420 of the other client 4, and the polarities are switched at a predetermined cycle.
  • the communication unit 430 includes, for example, a light emitting diode and a photodiode, and switches between light emission and light reception of the light emitting signal in synchronization with the period in which the polarities of the first electrode 410 and the second electrode 420 are exchanged.
  • the client 4 is provided with a plurality of connection surfaces provided with a first electrode 410, a second electrode 420, and a communication unit 430.
  • the voltage and current supplied from the host 3 are directly applied to each of the first electrode 410 and the second electrode 420 provided on the plurality of connection surfaces.
  • data is individually supplied from the CPU 450 to each of the communication units 430 provided on the plurality of connection surfaces.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the host 3.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the client 4.
  • the host 3 includes, for example, a CPU 350, a RAM 351 and a flash memory 352, a current / voltage sensor 364, a regulator 365, a power BUS generator 366, a power supply driver 363, and a communication control circuit 340. And a communication unit 330.
  • the CPU 350 functions as an arithmetic processing device or a control device, and controls the overall operation of the host 3 according to various programs recorded in the RAM 351 or the flash memory 352.
  • the RAM 351 temporarily stores a program executed by the CPU 350, parameters used at the time of execution, and the like.
  • the flash memory 352 is a semiconductor storage device and is a data storage device in the host 3.
  • the flash memory 352 may store a program executed by the CPU 350, various data, various data acquired from the outside, and the like.
  • an interface unit (I / F) 371A and a wireless interface unit (wireless I / F) 371B that receive input from the outside are connected to the CPU 350.
  • the CPU 350 may operate the module system 5 based on the instructions input via the interface unit 371A and the wireless interface unit 371B.
  • the interface unit 371A is, for example, a connection port for USB (Universal Serial Bus) or the like.
  • the wireless interface unit 371B is a wireless communication interface such as Wi-Fi (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark).
  • the current / voltage sensor (Curent / Voltage Sensor) 364 senses the voltage and current of the electric power supplied from the battery (Battery) 361.
  • the regulator 365 is a power supply circuit, and controls the voltage and current supplied to the CPU 350 based on the sensing result of the current / voltage sensor 364.
  • the electric power BUS generator (Power BUS Generator 366) converts the electric power supplied from the battery (Battery) 361 into electric power capable of supplying electric power BUS.
  • the power supply driver (Alternate Power Driver) 363 controls the voltage and current generated by the power BUS generator 366 so that the polarities are switched at predetermined intervals.
  • the communication unit (PD / LED) 330 includes, for example, a light emitting diode (LED) as a transmission unit and a photodiode (PD) as a reception unit.
  • the communication control circuit (Driver / ADC) 340 is a drive circuit that controls the drive of the communication unit 330.
  • the communication control circuit 340 controls the communication unit 330 so that the light emission and the light reception of the light emitting diode and the photodiode are switched in synchronization with the change of the power supply polarity by the power supply driver 363.
  • the client 4 communicates with the CPU 450, the RAM 451 and the flash memory 452, the regulator 465, the power rectifier 463, the power BUS detector 464, the function unit 472, and the communication control circuit 440.
  • a unit 430 is provided.
  • the CPU 450 functions as an arithmetic processing device or a control device, and controls the operation of the function unit 472 and the like according to various programs recorded in the RAM 451 or the flash memory 452.
  • the RAM 451 temporarily stores a program executed by the CPU 450, parameters used at the time of execution, and the like.
  • the flash memory 452 is a semiconductor storage device and is a data storage device in the client 4.
  • the flash memory 452 may store a program executed by the CPU 450, various data, various data acquired from the outside, and the like.
  • the power rectifier 463 rectifies the voltage and current supplied from the host 3 and converts them into a direct current or a direct current.
  • the regulator 365 is a power supply circuit and controls the voltage and current supplied to the CPU 450 and the function unit 472.
  • the power BUS detector 464 is a detection circuit, and detects synchronization between the polarity switching cycle of the voltage and current supplied from the host 3 and the light emission and light reception cycles of the communication unit 430.
  • the Function Unit 472 is a group of devices provided for each function of the client 4.
  • the function unit 472 may be, for example, a drive unit such as a motor or actuator, a control unit such as a servo circuit, a light emitting unit such as a light emitting diode, or a sensing unit such as a sensor or a camera.
  • the communication unit (PD / LED) 430 includes, for example, a light emitting diode (LED) as a transmitting unit and a photodiode (PD) as a receiving unit.
  • the communication control circuit (Driver / ADC) 440 is a drive circuit that controls the drive of the communication unit (PD / LED) 430.
  • the communication control circuit 440 controls the communication unit 430 so that the light emission and the light reception of the light emitting diode and the photodiode are switched in synchronization with the change of the polarity of the power supply supplied from the host 3.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating data transmission by the client 4.
  • the client 4 of L1 transfers the data transmitted from the light emitting diode (LED, corresponding to the transmitting unit 131) of the host 3 of L0 to the photodiode (PD, corresponding to the receiving unit 132). To receive. After that, the client 4 of L1 transmits a light emitting signal from the light emitting diode (LED, corresponding to the transmitting unit 131) to the photodiode (PD, corresponding to the receiving unit 132) of the client 4 of L2.
  • data is transmitted and received by the transmitting unit 131 and the receiving unit 132 in synchronization with the change of the polarity of the power supply. Therefore, in the transmitting unit 131 and the receiving unit 132, data transmission and reception are performed once in one cycle in which the polarities of the power supplies are switched.
  • the module system 5 has the data received from the host 3 of L0 by matching the timing of transmitting data from the upstream to the downstream and the timing of transmitting the data from the downstream to the upstream in each of the host 3 and the client 4. Can be transmitted to the client 4 of L2 after one cycle. Therefore, in the module system 5, 1-bit or a plurality of bits of data can be sequentially transmitted to the connected client 4 for each cycle of the cycle in which the polarities of the power supplies are switched. According to this, the module system 5 can reduce the delay of signal transmission to one clock.
  • the data received by the receiving unit 132 on the upstream side can be transmitted to the next client 4 by the transmitting unit 131 on the downstream side in one cycle in which the polarities of the power supplies are switched. ..
  • the receiving unit 132 on the upstream side and the receiving unit 132 on the downstream side of the client 4 operate with the same power supply polarity
  • the transmitting unit 131 on the upstream side and the transmitting unit 131 on the downstream side of the client 4 operate. make sure it operates with the same power polarity. According to this, since the client 4 can transmit the data received from the upstream to the downstream in one cycle, the module system 5 further reduces the signal transmission delay to 1/2 clock. It is possible.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a function related to data transmission in the upstream direction or the downstream direction in the client 4.
  • the data received by the receiving unit 132 on the upstream side is first stored in the Rx buffer unit 471 and then stored in the decoding unit 475. It is decoded.
  • the client 4 determines a request command from the host 3 to the client 4 based on the decoded data, and executes the request command in the function unit 472 or the like.
  • the reply unit 474 If the request command from the host 3 to the client 4 includes a command that requires a response to the host 3, the reply unit 474 generates a response to the host 3. The generated response is stored in the Tx buffer unit 473 and then transferred to the selector unit 482 in the direction from the downstream to the upstream (Up Stream), and in the priority set by the selector unit 482, the transmission unit on the upstream side. It is transmitted from 131.
  • the data to be transmitted to the client 4 on the downstream side is distributed to each of the transmitting units 131 on the downstream side, and the clients 4 downstream from the transmitting unit 131 all at once. Will be sent to.
  • the data received by each of the receiving units 132 provided on the plurality of connecting surfaces 100 on the downstream side is stored in the Rx buffer unit 481.
  • the Rx buffer unit 481 has the first client buffer unit 481A, the second client buffer unit 481B, the third client buffer unit 481C, and the fourth client.
  • the data received from each client 4 is stored in the buffer unit 481D.
  • the data stored in the Rx buffer unit 481 is set in priority by the selector unit 482 and transmitted from the upstream transmission unit 131 to the upstream host 3 or client 4. Further, the selector unit 482 sets the priority order between the response to the request command from the host 3 and the data transmitted from the downstream to the upstream.
  • the pairing operation between the host 3 and the client 4 in the module system 5 will be described with reference to FIGS. 13A to 20.
  • the host 3 can grasp the order, direction, rotation angle, and the like of the connection of the client 4 in the module system 5 by pairing with the client 4.
  • the host 3 can automatically grasp the structure of the module system 5.
  • the pairing operation between the host 3 and the client 4 is executed, for example, when the host 3 and the client 4 are connected.
  • FIG. 13A is a flowchart illustrating a flow of pairing operation of the host 3 and the client 4.
  • the host 3 connected to the client 4 detects the connected communication module 1 (client 4) (S100). At this time, the host 3 determines whether or not another host 3 exists in the connected communication module 1 (S110). When it is determined that another host 3 exists (S110 / Yes), the host 3 ends the pairing operation in order to avoid a collision of control and power with the other host 3. Whether or not the host 3 exists in the connected communication module 1 can be determined, for example, by detecting a signal emitted from the host 3. When it is determined that the other hosts 3 do not exist (S110 / No), the hosts 3 start supplying power to the connected clients 4 all at once (S120).
  • the host 3 determines whether or not there is a client 4 of L1 (layer 1) connected to the host 3 which is L0 (layer 0) (S130).
  • the host 3 performs a pairing information confirmation process for each of the clients 4 of L1 (S140).
  • the pairing information confirmation process is, for example, a process of acquiring information on the surface, orientation, and angle to which the client 4 is connected and registering it as pairing information.
  • the host 3 returns to S130 and determines whether or not the client 4 of L2 (layer 2) connected to L1 exists. In this way, the host 3 executes the detection of the client 4 and the confirmation processing of the pairing information while increasing the number of layers one by one.
  • the host 3 detects the client 4 again for confirmation, and determines whether or not the client 4 is further detected (S150). ). When it is determined that the client 4 has been detected (S150 / Yes), the host 3 returns to S130 and executes the detection of the client 4 and the confirmation processing of the pairing information. If it is determined that the client 4 is not detected (S150 / Yes), the host 3 ends the pairing operation.
  • FIG. 13B is a flowchart illustrating the flow of the pairing information confirmation process.
  • the host 3 determines whether or not the client 4 exists on the S0 surface based on the numbers continuously assigned to the connection surface 100 from 0 (S141). When it is determined that the client 4 does not exist on the S0 surface, the host 3 increments the number assigned to the connection surface 100 by 1, and then returns to S141 to determine whether or not the client 4 exists on the S1 surface. do.
  • the host 3 acquires information on the rotation angle of the connection of the client 4 based on the reception strength of the signal from the client 4 on the connection surface 100 (S142). Subsequently, the host 3 acquires the information on the connected client 4 side from the connected client 4 (S143).
  • the information on the client 4 side is, for example, information such as the connection surface on the client 4 side and the orientation and angle of the client 4.
  • the host 3 creates pairing information of the client 4 using the acquired information and registers it in a database or the like (S144).
  • the host 3 creates the pairing information of the client 4 while increasing the number assigned to the connection surface 100 by 1.
  • the host 3 ends the pairing information confirmation process after the creation of the pairing information of the client 4 on the connection surface 100 having the maximum assigned number is completed (S145 / Yes).
  • the host 3 can create and register the pairing information of the client 4 on all the connection surfaces 100.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the connection between the host 3 and the client 4 and an example of pairing information in each connection.
  • the L1 (layer 1) client L1A is connected to the L0 (layer 0) host 3, and the L2 (layer 2) clients L2A and L2B are connected to the L1 client L1A.
  • the connection surfaces 100 of the host 3 and the clients L1A, L2A, and L2B are respectively set with the numbers S0, S1, S2, S3, S4, and S5, and the client L1A is the host 3 and the clients L2A and L2B.
  • the rotation axis is rotated 90 degrees counterclockwise about the rotation axis from the S0 plane to the S2 plane.
  • the pairing information of the mutual connection between the host 3 and the clients L1A, L2A, and L2B can be expressed by a combination of layer information, connection surface information, and angle information.
  • the layer information is information indicating in which layer the host 3 or the clients L1A, L2A, and L2B exist in the entire module system 5.
  • the connection surface information is information indicating which connection surface 100 the host 3 or the clients L1A, L2A, and L2B are connected to with another client.
  • the angle information is information indicating the three-dimensional orientation of the host 3 or the clients L1A, L2A, and L2B.
  • the pairing information of the connection between the host 3 and the client L1A includes the layer information "L0", the connection surface information "S2", and the angle information "A0", which are the pairing information on the host 3 side, and the client. It can be expressed in combination with the layer information "L1” which is the pairing information on the L1A side, the connection surface information "S0", and the angle information "A1". Further, the pairing information of the connection between the client L1A and the client L2A includes the layer information "L1", the connection surface information "S1", and the angle information "A0", which are the pairing information on the client L1A side, and the client L2A side.
  • the pairing information of the connection between the client L1A and the client L2B includes the layer information "L1", the connection surface information "S3", and the angle information "A0", which are the pairing information on the client L1A side, and the client L2B side. It can be expressed in combination with the layer information "L2" which is pairing information, the connection surface information "S2", and the angle information "A0".
  • the pairing information may further include functional information of each of the clients 4.
  • the function information is information indicating the function, size, movable range, and the like of the function unit 472 included in each of the clients 4. According to this, the module system 5 can derive the shape of the entire module system 5 from the information regarding the mutual connection of the clients 4 and the size of the function unit 472 included in each functional information of the clients 4. Is.
  • the module system 5 can derive the shape as a whole, it is possible to set a movable range that does not come into contact with other clients 4 for the function unit 472 that can set the movable range such as a servo. .. According to this, the module system 5 can avoid the damage due to the collision between the client 4 or the function units 472 provided in the client 4. That is, the module system 5 can optimize the range of deformation or movement of the module system 5 by grasping the shape as a whole.
  • the pairing operation between the host 3 and the client 4 is performed.
  • the upstream and downstream directions in the module system 5 can be determined by pairing with the host 3, so that the client 4 dynamically switches the communication path setting based on the upstream and downstream directions. be able to.
  • FIG. 15A is a schematic diagram showing the communication path setting of the client 4 before pairing
  • FIG. 15B is a schematic diagram showing the communication path setting of the client 4 after pairing.
  • FIGS. 15A and 15B S0 to S3 are shown as the connecting surfaces 100, but the number of connecting surfaces 100 is not limited to the numbers shown in FIGS. 15A and 15B. The number of connecting surfaces 100 is at least better than the number shown in FIGS. 15A and 15B, and may be as many as possible.
  • the client 4 does not know which connection surface 100 side the host 3 exists on. Therefore, the client 4 equally controls whether or not transmission and reception are performed on any of the connection surfaces 100. Therefore, in such a case, the client 4 individually determines whether or not the communication is from the host 3 side for each communication, and controls transmission and reception.
  • the host 3 when the host 3 starts supplying power to the client 4, the host 3 sends a notification of the existence of the host 3 to all the connected clients 4 and pairs with each of the clients 4. Perform ring operation.
  • the client 4 can determine the connection surface 100 on the side where the host 3 exists, so that the communication path can be set so that the communication with the host 3 and other clients 4 can be performed more efficiently. Can be switched.
  • the client 4 distributes the data received from the upstream side to which the host 3 is connected by dividing it into each of the downstream clients 4, and from each of the downstream clients 4.
  • the communication path setting is switched so that the received data is aggregated and transmitted to the host 3 or the client 4 on the upstream side.
  • the host 3 is connected to the S0 surface side of the client 4. Therefore, the client 4 distributes the data received on the S0 surface separately to the S1, S2 surface, and the S3 surface, and aggregates the data received on the S1, S2 surface, and the S3 surface on the S0 surface.
  • the communication path setting is switched to send.
  • the communication path setting in each of the clients 4 can be set as a structure in which the clients 4 are connected in a tree shape with the host 3 as the apex by the pairing operation. Therefore, the module system 5 can improve the efficiency of communication between the host 3 and the client 4.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a mode of connection between the host 3 and the client 4 of L1 when assigning an address from the host 3 of L0 (layer 0) to the client 4 of L1 (layer 1).
  • FIG. 17 is a sequence diagram illustrating an operation flow of assigning an address from the host 3 to the client 4 of L1.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a mode of connection between the host 3 and the client 4 when assigning an address from the host 3 to the client 4 of the L2 (layer 2).
  • FIG. 19 is a sequence diagram illustrating an operation flow of assigning an address from the host 3 to the client 4 of the L2.
  • each of the clients L1A, L2A, L2B, and L3A has the communication path setting before pairing shown in FIG. 15A.
  • the host 3 can communicate only with the directly connected client L1A, and cannot communicate with the subsequent clients L2A, L2B, and L3A.
  • the Pair Request Probe which is a pairing request, is transmitted from the client L1A to the host 3 (S200).
  • the host 3 that has received the Pair Request Probe transmits a Device Discovery packet to the client L1A (S210).
  • the client L1A that has received the Device Discovery packet sends a Serial ID that can individually identify itself to the host 3 (S220).
  • the host 3 transmits the layer ID (ID0x10) corresponding to the sent Serial ID to the client L1A (S230).
  • the client L1A that has received the layer ID returns a reception confirmation (Ack) (S240), the pairing of the client L1A and the address allocation are completed.
  • the host 3 searches for a lower-level client following the pairing of the client L1A and the assignment of the address. Specifically, as shown in FIG. 19, the host 3 transmits a Device Discovery packet to the client L1A (S310). The client L1A further transmits the Device Discovery packet transmitted from the host 3 to the client L2A.
  • the client L2A that has received the Device Discovery packet sends a Serial ID that can individually identify itself to the host 3 (S320), similarly to the client L1A.
  • the host 3 transmits the layer ID (ID0x20) corresponding to the sent Serial ID to the client L2A (S330).
  • the client L2A that has received the layer ID returns a reception confirmation (Ack) (S340), the pairing of the client L2A and the address allocation are completed.
  • the host 3 further transmits a Device Discovery packet to the client L1A following the pairing and address allocation of the client L2A (S410).
  • the client L1A transmits the Device Discovery packet transmitted from the host 3 to the client L2B.
  • the client L2B that has received the Device Discovery packet sends a Serial ID that can individually identify itself to the host 3 (S420), similarly to the client L2A. As a result, the host 3 transmits the layer ID (ID0x21) corresponding to the sent Serial ID to the client L2B (S430). When the client L2B that has received the layer ID returns a reception confirmation (Ack) (S440), the pairing of the client L2B and the address allocation are completed.
  • Ack reception confirmation
  • the host 3 further transmits a Device Discovery packet to the client L1A following the pairing of the client L2B and the assignment of the address (S510).
  • the client L1A transmits the Device Discovery packet transmitted from the host 3 to other than the connection surface 100 to which the clients L2A and L2B are connected, but since there is no response to the Device Discovery packet, the pairing and the address allocation are completed.
  • the notification is transmitted to the host 3 (S520).
  • the host 3 can perform pairing and address assignment of the clients L1A, L2A, and L2B in L1 and L2.
  • the host 3 After that, the host 3 also transmits the same Device Discovery packet as the client L1A to the clients L2A and L2B, thereby pairing and assigning the addresses of the clients 4 connected to the L3 (layer 3). Can be done.
  • FIG. 20 shows an example of the address assigned to each of the clients 4.
  • FIG. 20 is a block diagram showing an example of the connection structure of the host 3 and the client 4 and an example of the address in the connection structure.
  • the L1 (layer 1) client L1A is connected to the L0 (layer 0) host 3, and the L2 (layer 2) clients L2A and L2B are connected to the L1 client L1A.
  • the L3 (layer 3) clients L3A and L3B are connected to the L2 client L2A.
  • the L4 (layer 4) clients L4A, L4B, and L4C are connected to the L3 client L3A, and the L4 client L4D is connected to the L3 client L3B.
  • the host 3 assigns the address of "ID0x10" to the client L1A of L1, the address of "ID0x20" to the client L2A of L2, and the address of "ID0x21" to the client L2B of L2. Can be done. Further, the host 3 can assign the address of "ID0x30" to the client L3A of L3 and the address of "ID0x31" to the client L3B of L3.
  • the host 3 assigns the address of "ID0x40" to the client L4A of L4, assigns the address of "ID0x41" to the client L4B of L4, assigns the address of "ID0x42” to the client L4C of L4, and assigns the address of "ID0x42" to the client L4D of L4.
  • the address of "ID0x43" can be assigned.
  • the connected client 4 can be freely removed. Whether or not the connected client 4 maintains the connection can be determined, for example, by each of the clients 4 checking the response of the client 4 in the lower layer. Specifically, each of the clients 4 may notify the host 3 that the corresponding client 4 has been removed when the response from the client 4 in the lower layer is no longer received. According to this, the host 3 that has received the notification can delete the pairing information of the removed client 4 from the registered pairing information.
  • the module system 5 can grasp the tree-like connection structure of the host 3 and the client 4, it is possible to detect the loop that occurs in the connection between the host 3 and the client 4. In such a case, the module system 5 can prompt the user to break the loop by showing the position of the loop to the user or by showing a connection example for breaking the loop. When it can be confirmed that the loop does not exist, the power collision does not occur, so that the module system 5 can supply power from a plurality of power sources.
  • the module system 5 can present to the user, for example, a connection of the client 4 in which a loop does not occur, or a more efficient connection of the client 4 by learning the connection of the client 4 to the host 3. Further, the module system 5 can automatically optimize the entire structure and the movable range by learning the connection of the client 4 to the host 3.
  • each of the host 3 or the client 4 of the module system 5 may be more interactive to the user. Specifically, each of the host 3 or the client 4 may emit a voice or light notifying the user that the other client 4 is connected (paired) when the other client 4 is connected. Further, each of the host 3 and the client 4 may detect that the user has lifted the host 3 or the client 4 by the acceleration sensor and take an action such as emitting a voice or a light. In order to enable these actions, the client 4 may also be equipped with a power source such as a battery.
  • Such a module system 5 can be applied to, for example, a battle robot for battle or a domestic robot such as a toy robot capable of various movements. Further, the module system 5 is applied to an industrial robot such as a pickup arm robot for manufacturing or distribution capable of dynamically rearranging a line, or an IoT (Internet of Things) device to which a sensor module can be arbitrarily added. It is also possible to do.
  • an industrial robot such as a pickup arm robot for manufacturing or distribution capable of dynamically rearranging a line, or an IoT (Internet of Things) device to which a sensor module can be arbitrarily added. It is also possible to do.
  • the technology according to the present disclosure can also have the following configuration. According to the technology according to the present disclosure having the following configuration, it is possible to transmit and receive data and supply electric power even when another communication module is rotated and connected to the connection surface of the communication module. Become. Therefore, the communication modules can be connected to each other with a higher degree of freedom.
  • the effects produced by the techniques according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
  • a transmitting unit and a receiving unit that are provided in the substantially center of the connection surface and transmit and receive data by corresponding data communication methods.
  • a first electrode and a plurality of second electrodes having different polarities and provided on the outer periphery of the transmitting portion and the receiving portion on the connecting surface in an arrangement that is N-fold symmetric (N is a natural number of 3 or more) are provided.
  • the first electrode and the plurality of second electrodes include a fixing mechanism.
  • the communication module functions as a host to which at least one or more clients are connected.
  • a plurality of the connecting surfaces are provided on the polyhedron.
  • the communication module according to (18) above, wherein the transmitting unit, the receiving unit, the first electrode, and the plurality of second electrodes are provided on each of the plurality of connecting surfaces.
  • the connection surface is provided in an arrangement that is N-fold symmetric (N is a natural number of 3 or more), and power is supplied by a first electrode and a plurality of second electrodes having different polarities.
  • a communication method including transmitting and receiving data by a data communication method corresponding to each other at a transmission unit and a reception unit provided at substantially the center inside the first electrode and the plurality of second electrodes on the connection surface. ..

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Abstract

接続面の略中央に設けられ、互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信する送信部及び受信部と、互いに異なる極性を有し、前記接続面の前記送信部及び前記受信部の外周にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられる第１電極及び複数の第２電極とを備える、通信モジュール。

Description

通信モジュール及び通信方法
　本開示は、通信モジュール及び通信方法に関する。
　近年、相互の接続関係を動的に変更することが可能なモジュールを組み合わせてロボットを構成する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。このようなモジュールを組み合わせたロボットは、モジュール同士の接続に応じて、様々な形状を採ることができるため、より自由度が高い動作を実行することが可能である。
　このようなロボットは、組み合わせられたモジュールの間でデータ等を送受信することで、全体で１つのロボットとして機能することができる。
特開２０００－１１７６７２号公報
　このような複数のモジュールを組み合わせることで構成されるロボットの形状及び動きの自由度をより高めるためには、モジュール同士の接続の自由度をより高めることが望まれる。
　したがって、相互の接続の自由度をより高めることが可能な通信モジュール、及び該通信モジュールによる通信方法を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態に係る通信モジュールは、接続面の略中央に設けられ、互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信する送信部及び受信部と、互いに異なる極性を有し、前記接続面の前記送信部及び前記受信部の外周にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられる第１電極及び複数の第２電極とを備える。
　また、本開示の一実施形態に係る通信方法は、接続面にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられ、互いに異なる極性を有する第１電極及び複数の第２電極にて電力を供給することと、前記接続面の前記第１電極及び前記複数の第２電極の内側の略中央に設けられる送信部及び受信部にて互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信することとを含む。
　本開示の一実施形態に係る通信モジュール及び通信方法によれば、接続面の略中央に設けられた送信部及び受信部にて互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信し、かつ接続面の送信部及び受信部の外周にＮ回対称となる配置にて設けられ、互いに異なる極性を有する第１電極及び複数の第２電極にて電力供給を行うことができる。これにより、例えば、通信モジュールは、他の通信モジュールを接続面に対して回転させて接続することが可能である。
本開示の一実施形態に係る通信モジュールの概要を説明する説明図である。 同実施形態に係る通信モジュールの接続面の構成例を示す斜視図である。 接続面に設けられた各構成、及び接続面に設けられた各構成を接続面に垂直な方向で切断した模式的な断面図である。 通信部における回路構成を模式的に示す回路図である。 図２に示す通信モジュール同士の接続における送信部と、受信部との位置関係を回転角度９０度において示す模式図である。 図２に示す通信モジュール同士の接続における送信部と、受信部との位置関係を回転角度１８０度において示す模式図である。 図２に示す通信モジュール同士の接続における送信部と、受信部との位置関係を回転角度２７０度において示す模式図である。 第１電極及び第２電極における極性の入れ替わりの周期を示すグラフ図である。 図６のＣＬ－Ｎｅ期間における通信部のデータの送信及び受信を示す模式図である。 図６のＣＬ－Ｐｏ期間における通信部のデータの送信及び受信を示す模式図である。 本実施形態に係る通信モジュールをホスト及びクライアントとして用いるモジュールシステムの構成を示す説明図である。 ホストのハードウェア構成を説明するブロック図である。 クライアントのハードウェア構成を説明するブロック図である。 クライアントによるデータの伝送を説明する説明図である。 クライアントにおいて上流方向又は下流方向へのデータの伝送に係る機能を説明するブロック図である。 ホスト及びクライアントのペアリング動作の流れを説明するフローチャート図である。 ペアリング情報の確認処理の流れを説明するフローチャート図である。 ホスト及びクライアントの接続の一例、及び各接続におけるペアリング情報の一例を示す説明図である。 ペアリング前のクライアントの通信のパス設定を示す模式図である。 ペアリング後のクライアントの通信のパス設定を示す模式図である。 Ｌ０のホストからＬ１のクライアントにアドレスを割り当てる際のホストとＬ１のクライアントとの接続の様態を示す模式図である。 ホストからＬ１のクライアントにアドレスを割り当てる動作の流れを説明するシーケンス図である。 ホストからＬ２のクライアントにアドレスを割り当てる際の際のホストとクライアントとの接続の様態を示す模式図である。 ホストからＬ２のクライアントにアドレスを割り当てる動作の流れを説明するシーケンス図である。 ホスト及びクライアントの接続構造の一例と、該接続構造におけるアドレスの一例を示すブロック図である。
　以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるわけではない。また、本開示の各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示す様態に限定されるわけではない。
　なお、説明は以下の順序で行う。
　１．通信モジュール
　　１．１．概要
　　１．２．構成例
　　１．３．動作例
　２．通信モジュールを用いたシステム
　　２．１．全体構成例
　　２．２．ホスト及びクライアントのハードウェア構成例
　　２．３．クライアントによるデータの送受信
　　２．４．動作例
　３．付記
　＜１．通信モジュール＞
　（１．１．概要）
　まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る通信モジュールの概要について説明する。図１は、本実施形態に係る通信モジュール１の概要を説明する説明図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る通信モジュール１は、他の通信モジュール１と相互に接続することが可能であり、かつ接続面を介して他の通信モジュール１とデータの送信及び受信を行うことが可能な装置である。例えば、通信モジュール１は、直方体形状を有し、直方体形状の１つ又は複数の面にて他の通信モジュール１と相互に接続可能であってもよい。通信モジュール１は、互いの接続面を介してデータ及び電力を伝達し合うことで、全体で１つのロボット１０として動作することができる。
　本実施形態に係る通信モジュール１は、接続面において他の通信モジュール１とより高い自由度で接続することが可能である。これにより、通信モジュール１は、より複雑な形状のロボット１０を構成することが可能となる。以下では、本実施形態に係る通信モジュール１について具体的に説明する。
　（１．２．構成例）
　次に、図２を参照して、本実施形態に係る通信モジュール１の接続面の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る通信モジュール１の接続面の構成例を示す斜視図である。
　図２に示すように、通信モジュール１は、例えば、他の通信モジュール１との接続面１００に、第１電極１１０と、複数の第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと、送信部１３１及び受信部１３２を含む通信部１３０とを備える。同様に、通信モジュール１と接続される他の通信モジュール１は、接続面２００に第１電極２１０と、複数の第２電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃと、送信部２３１及び受信部２３２を含む通信部２３０とを備える。
　通信モジュール１は、第１電極１１０と、複数の第２電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃのいずれかとが対向し、複数の第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃのいずれかと、第１電極２１０とが対向するように他の通信モジュール１と接続される。これにより、通信モジュール１は、他の通信モジュール１との間で電力の伝達を行うことができる。また、通信モジュール１は、通信部１３０と通信部２３０とが対向するように他の通信モジュール１と接続される。これにより、通信モジュール１は、他の通信モジュール１との間でデータの送信及び受信を行うことができる。
　なお、以下では、第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの各々を区別しない場合、これらをまとめて第２電極１２０と称する。また、第２電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃの各々を区別しない場合についても同様に、これらをまとめて第２電極２２０と称する。
　第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いに異なる極性を有する電極である。第１電極１１０及び第２電極１２０は、対向する第１電極２１０及び第２電極２２０と並列導通、かつ反転接続することで、通信モジュール１同士の間で電力の伝達を行うことができる。具体的には、第１電極１１０及び第２電極１２０は、極性がプラス極又はマイナス極のいずれかに固定されておらず、所定周期で極性が交互に入れ替わるように設けられる。そのため、第１電極１１０及び第２電極１２０から供給された電圧及び電流は、他の通信モジュール１の内部に設けられた整流回路にて整流された後で、他の通信モジュール１の制御回路に供給される。
　なお、第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、通信モジュール１の内部で電気的に接続されている。したがって、第１電極１１０は、第２電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃのいずれか１つと電気的に接続されていればよい。同様に、第１電極２１０は、第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃのいずれか１つと電気的に接続されていればよい。
　第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いに嵌合する形状にて設けられてもよい。例えば、第１電極１１０は、接続面１００から四角形状に凸設された電極として設けられてもよく、第２電極１２０は、接続面１００から第１電極１１０に対応する四角形状に凹設された電極として設けられてもよい。これによれば、第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いに嵌合することができるため、より確実に電力を伝達することができる。
　第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いを物理的に接続する固定機構をさらに備えていてもよい。例えば、第１電極１１０及び第２電極１２０は、固定機構として、磁気的な結合を行う磁石若しくは電磁石、又は機械的な固定を行う爪若しくは突起をさらに備えていてもよい。これによれば、第１電極１１０及び第２電極１２０は、接続面１００と接続面２００とをより強固に接続することができる。
　また、第１電極１１０及び第２電極１２０は、接続面１００において、通信部１３０の外周に回転対称となるように設けられる。具体的には、第１電極１１０及び第２電極１２０は、通信部１３０の外周にＮ回対称（Ｎは、３以上の自然数であり、第１電極１１０及び第２電極１２０の電極の総数）となる配置にて設けられる。
　このような場合、通信モジュール１は、接続面１００において、第１電極１１０同士が対向する場合（回転角度が０度の場合）を除いて、３６０度／Ｎの回転角度で回転するごとに第１電極１１０と第２電極２２０とを対向させて他の通信モジュール１と接続することができる。したがって、通信モジュール１は、接続面１００において、第１電極１１０及び第２電極１２０の電極の総数から１を減算した数の異なる回転角度で他の通信モジュール１と接続することができる。
　例えば、図２に示す例では、通信モジュール１の接続面１００には、１つの第１電極１１０と、３つの第２電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとが４回対称にて配置されている。このような場合、通信モジュール１は、他の通信モジュール１と、接続面１００を９０度、１８０度、又は２７０度回転させた接続面２００にて接続することができる。具体的には、接続面１００を右回り９０度回転させた接続面２００では、通信モジュール１は、第１電極１１０と、接続面２００の右上の第２電極２２０とが対向するように、他の通信モジュール１と接続される。また、接続面１００を右回り１８０度回転させた接続面２００では、通信モジュール１は、第１電極１１０と、接続面２００の右下の第２電極２２０とが対向するように、他の通信モジュール１と接続される。さらに、接続面１００を右回り２７０度回転させた接続面２００では、通信モジュール１は、第１電極１１０と、接続面２００の左下の第２電極２２０とが対向するように、他の通信モジュール１と接続される。したがって、図２に示す通信モジュール１は、９０度、１８０度、及び２７０度の３つの回転角度にて他の通信モジュール１と接続することができる。
　続いて、図３をさらに参照して、通信部１３０のより具体的な構成について説明する。図３は、接続面１００に設けられた各構成、及び接続面２００に設けられた各構成を接続面１００に垂直な方向で切断した模式的な断面図である。
　図２及び図３に示すように、通信部１３０は、送信部１３１及び受信部１３２を含み、通信モジュール１と他の通信モジュール１との間で無線通信方式にてデータの送信及び受信を行う。通信部１３０は、例えば、接続面２００に設けられた通信部２３０と対向するように、第１電極１１０及び第２電極１２０の内側の接続面１００の略中央に設けられる。
　通信部１３０は、可視光又は赤外光を用いた無線通信方式にてデータの送信及び受信を行うことができる。通信部１３０は、物理的な接続を伴う有線通信方式ではなく、無線通信方式を用いることで、通信モジュール１をより自由度が高い回転角度で接続された場合でも円滑にてデータの送信及び受信を行うことができる。また、このような場合、通信部１３０は、接続面１００と接続面２００との間には間隙が存在している場合でもデータの送信及び受信を行うことができる。
　例えば、送信部１３１は、可視光又は赤外光を発する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）であってもよい。また、受信部１３２は、可視光又は赤外光に受光感度を有するフォトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ：ＰＤ）であってもよい。これによれば、送信部１３１及び受信部１３２は、光無線通信にてデータの送信及び受信を行うことができる。なお、送信部１３１及び受信部１３２は、個別に設けられた発光ダイオード及びフォトダイオードで構成されてもよく、発光ダイオード及びフォトダイオードを併せて備えるフォトリフレクタにて構成されてもよい。
　なお、通信部１３０は、上記以外の通信方式にてデータの送信及び受信を行ってもよい。例えば、通信部１３０は、ホール素子を用いた磁場による無線通信方式にてデータの送信及び受信を行ってもよい。または、通信部１３０は、光ファイバを用いた通信方式にてデータの送信及び受信を行ってもよい。
　また、通信部１３０は、データの送信及び受信を同時ではなく交互に行ってもよい。これにより、通信部１３０は、自らが送信したデータと、対向する通信部２３０から送信されたデータとが接続面１００と接続面２００との間の反射によって混線することを防止することができる。
　具体的には、通信部１３０は、第１電極１１０及び第２電極１２０に供給される電圧及び電流を送信部１３１及び受信部１３２の各々に供給することで、第１電極１１０及び第２電極１２０の極性の入れ替わり周期と同期した周期にて、送信部１３１及び受信部１３２からのデータの送信及び受信を切り替えることができる。すなわち、通信部１３０は、交互に極性が入れ替わる電源を送信部１３１及び受信部１３２に接続することで、送信部１３１及び受信部１３２のオンオフを交互に入れ替えることができる。よって、通信部１３０は、複雑な制御を行うことなく、データの送信又は受信のいずれかを行うかを交互に切り替えることができる。
　さらに、通信部１３０は、受信部１３２を複数含んでいてもよい。このような場合、通信部１３０は、受信部１３２にて受信したデータの信頼性を向上させることができる。また、通信部１３０は、通信モジュール１同士の接続の回転角度を判断することができるようになる。
　ここで、図４～図５Ｃを参照して、受信した信号強度に基づいて通信モジュール１同士の接続の回転角度を判断する手段について説明する。図４は、通信部１３０における回路構成を模式的に示す回路図である。図５Ａ～図５Ｃは、図２に示す通信モジュール１同士の接続における送信部１３１、２３１と、受信部１３２Ａ、１３２Ｂ、２３２Ａ、２３２Ｂとの位置関係を回転角度ごとに示す模式図である。
　図４に示すように、例えば、発光ダイオード及びフォトダイオードを含むフォトリフレクタを２つ用いることで、１つの発光ダイオードにて送信部１３１を構成し、２つのフォトダイオードにてそれぞれ受信部１３２Ａ、１３２Ｂを構成することができる。なお、残りの１つの発光ダイオードは、発光させないダミー送信部１３３として扱う。
　送信部１３１から送信されるデータは、整流のためにダイオード１４１を通過した後、送信部１３１を構成する発光ダイオードに入力され、発光信号として他の通信モジュール１に送信される。一方、他の通信モジュール１から送信された発光信号は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂを構成するフォトダイオードにてそれぞれ光電変換された後、加算器１４２で加算される。加算器１４２を通過した発光信号は、ダイオード１４３を通過した後、アナログ－デジタルコンバータ１４４（ＡＤＣ）に入力され、デジタル信号に変換される。これによれば、通信部１３０は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂでそれぞれ発光信号を受信することができるため、受信される発光信号の信頼性を向上させることができる。
　また、通信部１３０は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂの各々における受信感度を互いに異なるように制御することで、発光信号の受信出力から通信モジュール１の接続の回転角度を判断することができるようになる。
　具体的には、受信部１３２Ａの受信感度を５０％とし、受信部１３２Ｂの受信感度を１００％としたとする。
　このとき、図５Ａに示すように、通信モジュール１同士が右回りに９０度回転した状態で接続している場合、受信部１３２Ａは、送信部２３１と対向しているため、ほぼ受信感度１００％に近い出力を得ることができる。一方、受信部１３２Ｂは、発光しないダミー送信部２３３と対向しており、送信部２３１とは斜めの位置関係にあるため、１０％強の出力を得ることができる。よって、このような場合、アナログ－デジタルコンバータ１４４を通過した後の出力は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂの各々からの出力を加算することで、１００％～９０％となる。
　また、図５Ｂに示すように、通信モジュール１同士が右回りに１８０度回転した状態で接続している場合、受信部１３２Ａは、受信部２３２Ｂと対向しており、送信部２３１と斜めの位置関係にあるため、１０％強の出力を得ることできる。同様に、受信部１３２Ｂは、受信部２３２Ａと対向しており、送信部２３１とは斜めの位置関係にあるため、１０％強の出力を得ることができる。よって、このような場合、アナログ－デジタルコンバータ１４４を通過した後の出力は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂの各々からの出力を加算することで、３０％～２０％となる。
　さらに、図５Ｃに示すように、通信モジュール１同士が右回りに２７０度回転した状態で接続している場合、受信部１３２Ａは、発光しないダミー送信部２３３と対向しており、送信部２３１とは斜めの位置関係にあるため、１０％強の出力を得ることができる。一方、受信部１３２Ｂは、送信部２３１と対向しているため、ほぼ受信感度の５０％に近い出力を得ることができる。よって、このような場合、アナログ－デジタルコンバータ１４４を通過した後の出力は、受信部１３２Ａ、１３２Ｂの各々からの出力を加算することで、７０％～４０％となる。
　以上にてわかるように、通信モジュール１は、受信感度の異なる複数の受信部１３２Ａ、１３２Ｂを用いることで、通信モジュール１同士の接続の回転角度に応じて、受信した信号の出力の大きさを変化させることができる。したがって、通信モジュール１は、受信した信号の出力の大きさから、通信モジュール１同士の接続の回転角度を判断することができるようになる。
　なお、受信部１３２Ａ、１３２Ｂは、通信モジュール１同士の接続の回転角度の判断が終了した後は、受信感度をそれぞれ１００％に変更してもよい。本実施形態に係る通信モジュール１では、送信部１３１および受信部１３２Ａ、１３２Ｂは、例えば、信号をデジタルのＨ／Ｌ信号として取り扱うことができる。
　なお、図４～図５Ｃでは、受信部１３２Ａ、１３２Ｂが２つ設けられる例を示したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。受信部１３２の数をより増加させ、かつ各々の受信部１３２における受信感度を互いに異ならせることで、通信モジュール１同士の接続の回転角度をより細かく、かつより高い精度で判断することが可能となる。
　受信部１３２の数が３以上となり、送信部１３１と受信部１３２との合計が４以上となる場合、送信部１３１及び受信部１３２は、接続面１００の同一円周上に配置されてもよい。このような場合、通信モジュール１同士が回転して接続した場合でも、接続面１００の送信部１３１と受信部１３２と、接続面２００の送信部２３１と受信部２３２とは同一円周上を移動するようになる。これによれば、送信部１３１と受信部２３２との位置関係、又は受信部１３２と送信部２３１との位置関係が対向する位置関係から大きく外れてしまうことを防止することができる。
　また、通信モジュール１は、送信部１３１と受信部１３２との間で受信される信号強度をモニタリングすることで、接続された通信モジュール１との間の接続の安定性を判断することが可能である。具体的には、通信モジュール１は、送信部１３１と受信部１３２との間で受信される信号強度が低下した場合、接続された通信モジュール１が外れかかっている、又は通信部１３０に汚れ等が生じているため、接続の安定性が低下していることを判断することができる。
　（１．３．動作例）
　続いて、図６～図７Ｂを参照して、通信モジュール１同士の通信の動作例について説明する。図６は、第１電極１１０及び第２電極１２０における極性の入れ替わりの周期を示すグラフ図である。図７Ａは、図６のＣＬ－Ｎｅ期間における通信部１３０のデータの送信及び受信を示す模式図である。図７Ｂは、図６のＣＬ－Ｐｏ期間における通信部１３０のデータの送信及び受信を示す模式図である。
　図６では、図に正対して上側のラインが第２電極１２０の極性を示し、図に正対して下側のラインが第１電極１１０の極性を示す。図６に示すように、第１電極１１０及び第２電極１２０の極性は、所定のクロック周期（Ｃｌｏｃｋ　Ｃｙｃｌｅ）で入れ替わっている。
　具体的には、ＣＬ－Ｎｅ期間では、第１電極１１０がプラス極（＋極、実線）となり、第２電極１２０がマイナス極（－極、点線）となっている。一方、ＣＬ－Ｐｏ期間では、第１電極１１０がマイナス極（－極、点線）となり、第２電極１２０がプラス極（＋極、実線）となっている。
　ＣＬ－Ｎｅ期間では、図７Ａに示すように、第１電極１１０、及び第１電極１１０に対向する第２電極２２０がプラス極となる。これにより、第１電極１１０側の電源と接続された送信部１３１の発光ダイオードが発光可能となり、第２電極２２０側の電源と接続された受信部２３２のフォトダイオードが発光を受光可能となる。このとき、通信モジュール１は、送信部１３１の発光ダイオードによる発光をＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１５０で変調、又は電源に同期してＯＮ／ＯＦＦ制御することで、送信部１３１から受信部２３２へＤＮ方向にデータを送信することができる。
　一方、ＣＬ－Ｐｏ期間では、図７Ｂに示すように、第２電極１２０、及び第２電極１２０に対向する第１電極２１０がプラス極となる。これにより、第１電極２１０側の電源と接続された送信部２３１の発光ダイオードが発光可能となり、第２電極１２０側の電源と接続された受信部１３２のフォトダイオードが該発光を受光可能となる。このとき、通信モジュール１は、送信部２３１の発光ダイオードによる発光をＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２５０で変調、又は電源に同期してＯＮ／ＯＦＦ制御することで、送信部２３１から受信部１３２へＵＰ方向にデータを送信することができる。
　以上にて説明したように、本実施形態に係る通信モジュール１は、第１電極１１０及び第２電極１２０の極性の入れ替わりに応じて、接続された通信モジュール１同士の間での通信の方向を切り替えることができる。これによれば、通信モジュール１では、第１電極１１０及び第２電極１２０の極性の入れ替わりに同期して、信号の送信及び受信を切り替えることができるため、送信する信号と、受信する信号とが混線することを防止することができる。
　通信モジュール１は、例えば、１回の送信タイミングで１ビットのデータを送信し、かつ１回の受信タイミングで１ビットのデータを受信してもよい。すなわち、通信モジュール１は、第１電極１１０及び第２電極１２０の極性の入れ替わりの１周期にて、１ビットのデータの送信及び受信を行ってもよい。また、通信モジュール１は、送信部１３１及び受信部１３２の対応周波数によっては、１回の送信タイミングで複数ビットのデータを送信し、かつ１回の受信タイミングで複数ビットのデータを受信してもよい。
　＜２．通信モジュールを用いたシステム＞
　（２．１．全体構成例）
　次に、図８を参照して、上述した通信モジュール１を用いたモジュールシステムについて説明する。図８は、通信モジュール１をホスト３及びクライアント４として用いるモジュールシステム５の構成を示す説明図である。
　図８に示すように、モジュールシステム５は、例えば、１つのホスト３と、複数のクライアント４とを接続することで構成される。ホスト３及びクライアント４は、それぞれ上述した通信モジュール１で構成されてもよい。具体的には、モジュールシステム５は、ホスト３にクライアント４がツリー状に接続されることで構成される。モジュールシステム５では、ホスト３から末端のクライアント４へ順次データが伝送されることで、モジュールシステム５の全体としての動作が実行される。
　なお、以下では、ホスト３及びクライアント４がツリー状に接続されたモジュールシステム５において、ホスト３が存在する方向を上流方向とも称し、上流方向と反対方向を下流方向とも称する。
　ホスト３は、例えば、電源部３６０と、ＣＰＵ３５０と、電源ドライバ３６３と、通信部３３０と、第１電極３１０と、第２電極３２０とを備える。ホスト３は、電源部３６０と、ＣＰＵ３５０とを備えることにより、単独で動作可能に設けられる。
　電源部３６０は、外部電源と接続可能な電源Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）３６２、又はバッテリ３６１を含み、モジュールシステム５全体の電源として機能する。ＣＰＵ３５０は、モジュールシステム５全体の動作を制御し、例えば、外部Ｉ／Ｆ３７１を介して入力された命令をモジュールシステム５に実行させる。電源ドライバ３６３は、電源部３６０から供給された電力を所定周期で極性が入れ替わるように制御し、第１電極３１０及び第２電極３２０に供給する。第１電極３１０及び第２電極３２０は、クライアント４の第１電極４１０及び第２電極４２０と接続し、第１電極３１０及び第２電極３２０の間にて所定周期で極性が入れ替わる電圧及び電流をクライアント４に供給する。通信部３３０は、例えば、発光ダイオード及びフォトダイオードを含み、第１電極３１０及び第２電極３２０の極性の入れ替わりの周期と同期して、発光信号の発光及び受光を切り替える。
　なお、ホスト３は、クライアント４と同様に、第１電極３１０、第２電極３２０、及び通信部３３０が設けられた接続面を複数備えていてもよい。このような場合、複数の接続面に設けられた第１電極３１０及び第２電極３２０の各々には、電源ドライバ３６３から共通の電圧及び電流が供給される。一方、複数の接続面に設けられた通信部３３０の各々には、ＣＰＵ３５０からそれぞれ個別にデータが供給される。
　クライアント４は、ＣＰＵ４５０と、ファンクション部４７２と、電力整流器４６３と、通信部４３０と、第１電極４１０と、第２電極４２０とを備える。クライアント４は、ホスト３から供給される電力及び指示に基づいてファンクション部４７２を動作させる。
　ＣＰＵ４５０は、例えば、ホスト３からの指示に基づいてファンクション部４７２の動作を制御する。また、ＣＰＵ４５０は、さらに下流に接続されたクライアント４へのデータの送信及び受信を制御する。ファンクション部４７２は、クライアント４ごとに設けられた機能ブロックであり、ホスト３からの指示に基づいて動作する。ファンクション部４７２は、例えば、モータ若しくはアクチュエータなどの駆動部、サーボ回路などの制御部、発光ダイオードなどの発光部、又はセンサ若しくはカメラなどのセンシング部であってもよい。電力整流器４６３は、第１電極４１０及び第２電極４２０を介して供給された電圧及び電流を整流し、直流電圧又は直流電流に変換する。電力整流器４６３にて整流された電圧及び電流は、ＣＰＵ４５０及びファンクション部４７２などに供給される。第１電極４１０及び第２電極４２０は、ホスト３の第１電極３１０及び第２電極３２０、又は他のクライアント４の第１電極４１０及び第２電極４２０と接続し、所定周期にて極性が入れ替わる電圧及び電流を受電又は送電する。通信部４３０は、例えば、発光ダイオード及びフォトダイオードを含み、第１電極４１０及び第２電極４２０の極性の入れ替わりの周期と同期して、発光信号の発光及び受光を切り替える。
　なお、クライアント４には、第１電極４１０、第２電極４２０、及び通信部４３０が設けられた接続面が複数備えられる。複数の接続面に設けられた第１電極４１０及び第２電極４２０の各々は、ホスト３から供給された電圧及び電流がそのまま通電される。一方、複数の接続面に設けられた通信部４３０の各々には、ＣＰＵ４５０からそれぞれ個別にデータが供給される。
　（２．２．ホスト及びクライアントのハードウェア構成例）
　続いて、図９及び図１０を参照して、ホスト３及びクライアント４のより具体的なハードウェア構成について説明する。図９は、ホスト３のハードウェア構成を説明するブロック図である。図１０は、クライアント４のハードウェア構成を説明するブロック図である。
　図９に示すように、ホスト３は、例えば、ＣＰＵ３５０と、ＲＡＭ３５１と、フラッシュメモリ３５２と、電流／電圧センサ３６４と、レギュレータ３６５と、電力ＢＵＳジェネレータ３６６と、電源ドライバ３６３と、通信制御回路３４０と、通信部３３０とを備える。
　ＣＰＵ３５０は、演算処理装置、又は制御装置として機能し、ＲＡＭ３５１又はフラッシュメモリ３５２に記録された各種プログラムに従って、ホスト３の動作全般を制御する。ＲＡＭ３５１は、ＣＰＵ３５０にて実行されるプログラム、及びその実行の際に使用するパラメータなどを一時的に記憶する。フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ）３５２は、半導体記憶デバイスであり、ホスト３におけるデータ格納装置である。フラッシュメモリ３５２は、ＣＰＵ３５０が実行するプログラム、各種データ、又は外部から取得した各種データなどを格納してもよい。
　さらに、ＣＰＵ３５０には、外部からの入力を受け付けるインターフェース部（Ｉ／Ｆ）３７１Ａ、及び無線インターフェース部（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｉ／Ｆ）３７１Ｂが接続される。ＣＰＵ３５０は、インターフェース部３７１Ａ、及び無線インターフェース部３７１Ｂを介して入力された命令に基づいて、モジュールシステム５を動作させてもよい。インターフェース部３７１Ａは、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）などの接続ポートである。また、無線インターフェース部３７１Ｂは、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信インターフェースである。
　電流／電圧センサ（Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｅｎｓｏｒ）３６４は、バッテリ（Ｂａｔｔｅｒｙ）３６１から供給された電力の電圧及び電流をセンシングする。レギュレータ３６５は、電源回路であり、電流／電圧センサ３６４のセンシング結果に基づいて、ＣＰＵ３５０に供給される電圧及び電流を制御する。電力ＢＵＳジェネレータ（Ｐｏｗｅｒ　ＢＵＳ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３６６は、バッテリ（Ｂａｔｔｅｒｙ）３６１から供給された電力を電力ＢＵＳ供給が可能な電力に変換する。電源ドライバ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｒｉｖｅｒ）３６３は、電力ＢＵＳジェネレータ３６６にて生成された電圧及び電流を所定周期で極性が入れ替わるように制御する。
　通信部（ＰＤ／ＬＥＤ）３３０は、例えば、送信部として発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、受信部としてフォトダイオード（ＰＤ）を含む。通信制御回路（Ｄｒｉｖｅｒ／ＡＤＣ）３４０は、通信部３３０の駆動を制御する駆動回路である。通信制御回路３４０は、電源ドライバ３６３による電源極性の入れ替わりと同期して発光ダイオード及びフォトダイオードの発光及び受光が入れ替わるように、通信部３３０を制御する。
　図１０に示すように、クライアント４は、ＣＰＵ４５０と、ＲＡＭ４５１と、フラッシュメモリ４５２と、レギュレータ４６５と、電力整流器４６３と、電力ＢＵＳ検出器４６４と、ファンクション部４７２と、通信制御回路４４０と、通信部４３０とを備える。
　ＣＰＵ４５０は、演算処理装置、又は制御装置として機能し、ＲＡＭ４５１又はフラッシュメモリ４５２に記録された各種プログラムに従って、ファンクション部４７２などの動作を制御する。ＲＡＭ４５１は、ＣＰＵ４５０にて実行されるプログラム、及びその実行の際に使用するパラメータなどを一時的に記憶する。フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ）４５２は、半導体記憶デバイスであり、クライアント４におけるデータ格納装置である。フラッシュメモリ４５２は、ＣＰＵ４５０が実行するプログラム、各種データ、又は外部から取得した各種データなどを格納してもよい。
　電力整流器（Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）４６３は、ホスト３から供給された電圧及び電流を整流し、直流電圧又は直流電流に変換する。レギュレータ３６５は、電源回路であり、ＣＰＵ４５０及びファンクション部４７２に供給される電圧及び電流を制御する。電力ＢＵＳ検出器４６４は、検出回路であり、ホスト３から供給された電圧及び電流の極性の入れ替わり周期と、通信部４３０の発光及び受光の周期との同期を検出する。
　ファンクション部（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｕｎｉｔ）４７２は、クライアント４の機能ごとに設けられるデバイス群である。ファンクション部４７２は、例えば、モータ若しくはアクチュエータなどの駆動部、サーボ回路などの制御部、発光ダイオードなどの発光部、又はセンサ若しくはカメラなどのセンシング部であってもよい。
　通信部（ＰＤ／ＬＥＤ）４３０は、例えば、送信部として発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、受信部としてフォトダイオード（ＰＤ）を含む。通信制御回路（Ｄｒｉｖｅｒ／ＡＤＣ）４４０は、通信部（ＰＤ／ＬＥＤ）４３０の駆動を制御する駆動回路である。通信制御回路４４０は、ホスト３から供給された電源の極性の入れ替わりと同期して発光ダイオード及びフォトダイオードの発光及び受光が入れ替わるように、通信部４３０を制御する。
　（２．３．クライアントによるデータの送受信）
　次に、図１１及び図１２を参照して、クライアント４によるデータの送受信について説明する。図１１は、クライアント４によるデータの伝送を説明する説明図である。
　例えば、上流のＬ０（レイヤ０）のホスト３からＬ１（レイヤ１）のクライアント４にデータが伝送され、Ｌ１（レイヤ１）のクライアント４から下流のＬ２のクライアント４にデータが伝送される場合について考える。
　このとき、図１１に示すように、Ｌ１のクライアント４は、Ｌ０のホスト３の発光ダイオード（ＬＥＤ、送信部１３１に相当）から送信されたデータをフォトダイオード（ＰＤ、受信部１３２に相当）にて受信する。その後、Ｌ１のクライアント４は、Ｌ２のクライアント４のフォトダイオード（ＰＤ、受信部１３２に相当）に対して、発光ダイオード（ＬＥＤ、送信部１３１に相当）から発光信号を送信する。
　本実施形態に係る通信モジュール１では、電源の極性の入れ替わりに同期して送信部１３１及び受信部１３２によるデータの送受信が行われる。そのため、送信部１３１及び受信部１３２では、電源の極性が入れ替わる１サイクルのうちにデータの送信及び受信がそれぞれ１回ずつ行われる。
　したがって、モジュールシステム５は、ホスト３及びクライアント４の各々において、上流から下流へデータを送信するタイミングと、下流から上流へデータを送信するタイミングとを合わせることで、Ｌ０のホスト３から受信したデータを１サイクル後にＬ２のクライアント４に送信することができる。よって、モジュールシステム５では、電源の極性が入れ替わる周期の１サイクルごとに、１ビット又は複数ビットのデータを順次接続されたクライアント４に伝送することができる。これによれば、モジュールシステム５は、信号伝送の遅延を１クロックに低減することが可能である。
　さらに、モジュールシステム５では、電源の極性が入れ替わる１サイクルのうちに、上流側の受信部１３２にて受信したデータを下流側の送信部１３１にて次のクライアント４に送信することも可能である。具体的には、クライアント４の上流側の受信部１３２と下流側の受信部１３２とが同じ電源極性にて動作し、かつクライアント４の上流側の送信部１３１と下流側の送信部１３１とが同じ電源極性で動作するようにする。これによれば、クライアント４は、１サイクルのうちに、上流から受信したデータを下流に送信することが可能となるため、モジュールシステム５は、信号伝送の遅延を１／２クロックまでより低減することが可能である。
　続いて、図１２を参照して、受信したデータのクライアント４内部での扱いについて説明する。図１２は、クライアント４において上流方向又は下流方向へのデータの伝送に係る機能を説明するブロック図である。
　例えば、図１２に示すように、上流から下流に向かう方向（Ｄｏｗｎ　Ｓｔｒｅａｍ）では、上流側の受信部１３２にて受信されたデータは、まず、Ｒｘバッファ部４７１に格納され、デコード部４７５にてデコードされる。クライアント４は、デコードされたデータに基づいて、ホスト３からクライアント４への要求コマンドを判断し、ファンクション部４７２等にて要求コマンドを実行する。
　なお、ホスト３からクライアント４への要求コマンドに、ホスト３への応答が必要となるコマンドが含まれている場合、リプライ部４７４にてホスト３への応答が生成される。生成された応答は、Ｔｘバッファ部４７３に格納された後、下流から上流に向かう方向（Ｕｐ　Ｓｔｒｅａｍ）のセレクタ部４８２に転送され、セレクタ部４８２が設定した優先順位にて、上流側の送信部１３１から送信される。
　また、上流側の受信部１３２にて受信されたデータのうち、下流のクライアント４に伝送するデータについては、下流側の送信部１３１の各々に配信され、送信部１３１から一斉に下流のクライアント４に送信される。
　下流から上流に向かう方向（Ｕｐ　Ｓｔｒｅａｍ）では、下流側の複数の接続面１００に設けられた受信部１３２の各々にて受信されたデータは、Ｒｘバッファ部４８１に格納される。例えば、クライアント４の下流側に４つのクライアント４が接続されている場合、Ｒｘバッファ部４８１は、第１クライアントバッファ部４８１Ａ、第２クライアントバッファ部４８１Ｂ、第３クライアントバッファ部４８１Ｃ、及び第４クライアントバッファ部４８１Ｄに分けて、それぞれのクライアント４から受信したデータを格納する。
　Ｒｘバッファ部４８１に格納されたデータは、セレクタ部４８２にて優先順位を設定されて上流側の送信部１３１から上流のホスト３又はクライアント４に送信される。また、セレクタ部４８２は、ホスト３からの要求コマンドに対する応答と、下流から上流へ送信されるデータとの間の優先順位を設定する。
　下流から上流に向かう方向（Ｕｐ　Ｓｔｒｅａｍ）では、複数の接続面１００に設けられた受信部１３２の各々からそれぞれデータを受信するため、これらのデータが混線しないように個別にＲｘバッファ部４８１に格納することになる。また、これらのデータを上流側の送信部１３１から上流のホスト３又はクライアント４に送信する場合には、コリジョンが発生しないようにするために、セレクタ部４８２は、優先順位を設定することで、これらのデータを直列化して送信させる。
　（２．４．動作例）
　以下では、図１３Ａ～図２０を参照して、モジュールシステム５におけるホスト３とクライアント４とのペアリング動作について説明する。モジュールシステム５では、ホスト３は、クライアント４とのペアリングを行うことで、モジュールシステム５におけるクライアント４の接続の順序、向き、及び接続の回転角度などを把握することができる。これにより、ホスト３は、モジュールシステム５の構造を自動的に把握することが可能である。ホスト３とクライアント４とのペアリング動作は、例えば、ホスト３とクライアント４とを接続した際に実行される。
　（ホストとクライアントとのペアリング動作）
　まず、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、ホスト３とクライアント４とのペアリング動作の流れについて説明する。図１３Ａは、ホスト３及びクライアント４のペアリング動作の流れを説明するフローチャート図である。
　図１３Ａに示すように、まず、クライアント４と接続されたホスト３は、接続された通信モジュール１（クライアント４）を検出する（Ｓ１００）。このとき、ホスト３は、接続された通信モジュール１に他のホスト３が存在するか否かを判断する（Ｓ１１０）。他のホスト３が存在すると判断された場合（Ｓ１１０／Ｙｅｓ）、ホスト３は、他のホスト３との制御及び電力の衝突を回避するため、ペアリング動作を終了する。接続された通信モジュール１にホスト３が存在するか否かは、例えば、ホスト３から発せられているシグナルを検出することで判断することができる。他のホスト３が存在しないと判断された場合（Ｓ１１０／Ｎｏ）、ホスト３は、接続されたクライアント４への電力の供給を一斉に開始する（Ｓ１２０）。
　続いて、ホスト３は、Ｌ０（レイヤ０）であるホスト３に接続されるＬ１（レイヤ１）のクライアント４が存在するか否かを判断する（Ｓ１３０）。Ｌ１のクライアント４が存在すると判断された場合（Ｓ１３０／Ｙｅｓ）、ホスト３は、Ｌ１のクライアント４の各々についてペアリング情報の確認処理を行う（Ｓ１４０）。図１３Ｂを参照して後述するが、ペアリング情報の確認処理とは、例えば、クライアント４が接続する面、向き、及び角度に関する情報を取得し、ペアリング情報として登録する処理である。その後、ホスト３は、Ｓ１３０に戻って、Ｌ１に接続されるＬ２（レイヤ２）のクライアント４が存在するか否かを判断する。このように、ホスト３は、レイヤの数を１つずつ増加させながらクライアント４の検出、及びペアリング情報の確認処理を実行する。
　Ｓ１３０にてクライアント４が存在しないと判断された場合（Ｓ１３０／Ｎｏ）、ホスト３は、確認のため、クライアント４の検出を再度行い、クライアント４がさらに検出されるか否かを判断する（Ｓ１５０）。クライアント４が検出されたと判断された場合（Ｓ１５０／Ｙｅｓ）、ホスト３は、Ｓ１３０に戻って、クライアント４の検出、及びペアリング情報の確認処理を実行する。クライアント４が検出されないと判断された場合（Ｓ１５０／Ｙｅｓ）、ホスト３は、ペアリング動作を終了する。
　次に、図１３Ｂを参照して、ペアリング情報の確認処理について説明する。図１３Ｂは、ペアリング情報の確認処理の流れを説明するフローチャート図である。
　図１３Ｂに示すように、まず、ホスト３は、接続面１００に０から連続的に割り振られた番号に基づいて、Ｓ０面にクライアント４が存在するか否かを判断する（Ｓ１４１）。Ｓ０面にクライアント４が存在しないと判断された場合、ホスト３は、接続面１００に割り振られた番号を１増加させた後、Ｓ１４１に戻ってＳ１面にクライアント４が存在するか否かを判断する。
　Ｓ０面にクライアント４が存在すると判断された場合、ホスト３は、接続面１００におけるクライアント４からの信号の受信強度に基づいて、クライアント４の接続の回転角度に関する情報を取得する（Ｓ１４２）。続いて、ホスト３は、接続されているクライアント４から、接続されているクライアント４側の情報を取得する（Ｓ１４３）。クライアント４側の情報とは、例えば、クライアント４側での接続面、並びにクライアント４の向き及び角度などの情報である。次に、ホスト３は、取得した情報を用いて、クライアント４のペアリング情報を作成し、データベース等に登録する（Ｓ１４４）。
　その後、ホスト３は、接続面１００に割り振られた番号を１増加させながら、クライアント４のペアリング情報の作成を行う。ホスト３は、割り振られた番号が最大となる接続面１００のクライアント４のペアリング情報の作成が終了した後（Ｓ１４５／Ｙｅｓ）、ペアリング情報の確認処理を終了する。これにより、ホスト３は、すべての接続面１００におけるクライアント４のペアリング情報の作成及び登録を行うことができる。
　ここで、図１４を参照して、ペアリング情報の具体例について説明する。図１４は、ホスト３及びクライアント４の接続の一例、及び各接続におけるペアリング情報の一例を示す説明図である。
　図１４に示すように、例えば、Ｌ０（レイヤ０）のホスト３にＬ１（レイヤ１）のクライアントＬ１Ａが接続されており、Ｌ１のクライアントＬ１ＡにＬ２（レイヤ２）のクライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが接続されているとする。ホスト３、クライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの各々の接続面１００には、それぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の番号が設定されており、クライアントＬ１Ａは、ホスト３、及びクライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂに対して、Ｓ０面からＳ２面に向かう回転軸を中心に反時計回りに９０度回転しているとする。
　このような場合、ホスト３、及びクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの相互の接続のペアリング情報は、レイヤ情報、接続面情報、及びアングル情報の組み合わせにて表現することができる。レイヤ情報とは、ホスト３又はクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂがモジュールシステム５の全体でいずれの階層に存在するのかを示す情報である。接続面情報は、ホスト３又はクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂがいずれの接続面１００にて他のクライアントと接続しているのかを示す情報である。アングル情報とは、ホスト３又はクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの三次元的な向きを表す情報である。
　具体的には、ホスト３とクライアントＬ１Ａとの接続のペアリング情報は、ホスト３側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ０」、接続面情報「Ｓ２」、及びアングル情報「Ａ０」と、クライアントＬ１Ａ側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ１」、接続面情報「Ｓ０」、及びアングル情報「Ａ１」との組み合わせにて表現することができる。また、クライアントＬ１ＡとクライアントＬ２Ａとの接続のペアリング情報は、クライアントＬ１Ａ側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ１」、接続面情報「Ｓ１」、及びアングル情報「Ａ０」と、クライアントＬ２Ａ側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ２」、接続面情報「Ｓ５」、及びアングル情報「Ａ０」との組み合わせにて表現することができる。さらに、クライアントＬ１ＡとクライアントＬ２Ｂとの接続のペアリング情報は、クライアントＬ１Ａ側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ１」、接続面情報「Ｓ３」、及びアングル情報「Ａ０」と、クライアントＬ２Ｂ側のペアリング情報であるレイヤ情報「Ｌ２」、接続面情報「Ｓ２」、及びアングル情報「Ａ０」との組み合わせにて表現することができる。
　なお、ペアリング情報には、さらに、クライアント４の各々の機能情報が含まれてもよい。機能情報は、クライアント４の各々が備えるファンクション部４７２の機能、サイズ、又は可動範囲などを示す情報である。これによれば、モジュールシステム５は、クライアント４の相互の接続に関する情報、及びクライアント４の各々の機能情報に含まれるファンクション部４７２のサイズから、モジュールシステム５全体での形状を導出することが可能である。
　このような場合、モジュールシステム５は、全体での形状を導出することができるため、サーボなどの可動範囲を設定可能なファンクション部４７２について他のクライアント４と接触しない可動範囲を設定することができる。これによれば、モジュールシステム５は、クライアント４、又はクライアント４に備えられるファンクション部４７２同士の衝突による破損を回避することが可能である。すなわち、モジュールシステム５は、全体での形状を把握することで、モジュールシステム５の変形又は可動の範囲を最適化することが可能である。
　以上の流れにより、ホスト３とクライアント４とのペアリング動作が行われる。モジュールシステム５では、ホスト３とのペアリングによって、モジュールシステム５における上流及び下流の方向を定めることができるため、クライアント４は、上流及び下流の方向に基づいて通信のパス設定を動的に切り替えることができる。
　図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して、ペアリング動作の前後でのクライアント４の通信のパス設定の変化について説明する。図１５Ａは、ペアリング前のクライアント４の通信のパス設定を示す模式図であり、図１５Ｂは、ペアリング後のクライアント４の通信のパス設定を示す模式図である。
　なお、図１５Ａ及び図１５Ｂでは、接続面１００としてＳ０～Ｓ３を図示するが、接続面１００の数は、図１５Ａ及び図１５Ｂで図示する数に限定されない。接続面１００の数は、図１５Ａ及び図１５Ｂで図示する数よりも少なくともよく、多くともよい。
　図１５Ａに示すように、ペアリング前では、クライアント４は、いずれの接続面１００側にホスト３が存在するかが不明である。そのため、クライアント４は、いずれの接続面１００に対しても送信及び受信を行うか否かを等価に制御している。したがって、このような場合、クライアント４は、通信の各々について個別にホスト３側からの通信か否かを判断し、送信及び受信を制御することになる。
　本実施形態に係るモジュールシステム５では、ホスト３は、クライアント４への電力供給の開始に際して、接続されたすべてのクライアント４に対してホスト３の存在通知を送信し、クライアント４の各々とのペアリング動作を行う。これにより、クライアント４は、ホスト３が存在する側の接続面１００を判断することができるため、ホスト３及び他のクライアント４との通信をより効率的に行うことができるように通信のパス設定を切り替えることができる。
　具体的には、図１５Ｂに示すように、クライアント４は、ホスト３が接続された上流側から受信したデータを下流側のクライアント４の各々に分けて配信し、下流側のクライアント４の各々から受信したデータを上流側のホスト３又はクライアント４に集約して送信するように通信のパス設定を切り替える。例えば、図１５Ｂに示す例では、クライアント４のＳ０面側にホスト３が接続されている。そのため、クライアント４は、Ｓ０面にて受信したデータをＳ１面、Ｓ２面、及びＳ３面に分けて配信し、Ｓ１面、Ｓ２面、及びＳ３面にて受信したデータをＳ０面に集約して送信するように通信のパス設定を切り替えている。
　これによれば、モジュールシステム５では、ペアリング動作によって、クライアント４の各々における通信のパス設定を、ホスト３を頂点としてクライアント４が樹状に接続された構造として設定することができる。したがって、モジュールシステム５は、ホスト３とクライアント４との間の通信の効率を向上させることができる。
　（ホストからクライアントへのアドレスの割り当て動作）
　次に、図１６～図１９を参照して、ホスト３からクライアント４の各々にアドレスを割り当てる動作の流れについて説明する。モジュールシステム５では、ホスト３に接続されたクライアント４の各々に固有のアドレスを割り当てることにより、ホスト３にてクライアント４をより効率的に制御することが可能となる。
　図１６は、Ｌ０（レイヤ０）のホスト３からＬ１（レイヤ１）のクライアント４にアドレスを割り当てる際のホスト３とＬ１のクライアント４との接続の様態を示す模式図である。図１７は、ホスト３からＬ１のクライアント４にアドレスを割り当てる動作の流れを説明するシーケンス図である。図１８は、ホスト３からＬ２（レイヤ２）のクライアント４にアドレスを割り当てる際の際のホスト３とクライアント４との接続の様態を示す模式図である。図１９は、ホスト３からＬ２のクライアント４にアドレスを割り当てる動作の流れを説明するシーケンス図である。
　図１６に示すように、例えば、ホスト３に４つのクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ａが接続された場合、まず、ホスト３から４つのクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ａすべてに同時に電力が供給される。このとき、クライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ａの各々は、図１５Ａで示したペアリング前の通信のパス設定となる。これにより、ホスト３は、直接接続されているクライアントＬ１Ａとのみ通信可能となり、後段のクライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ａとは通信できない状態となる。
　ここで、図１７に示すように、まず、クライアントＬ１Ａからホスト３にペアリング要求となるＰａｉｒ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　Ｐｒｏｂｅが送信される（Ｓ２００）。次に、Ｐａｉｒ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　Ｐｒｏｂｅを受信したホスト３は、Ｄｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ１Ａに送信する（Ｓ２１０）。
　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙパケットを受信したクライアントＬ１Ａは、自身を個別識別可能なＳｅｒｉａｌ　ＩＤをホスト３に送付する（Ｓ２２０）。これにより、ホスト３は、送付されたＳｅｒｉａｌ　ＩＤと対応させたレイヤＩＤ（ＩＤ０ｘ１０）をクライアントＬ１Ａに送信する（Ｓ２３０）。レイヤＩＤを受信したクライアントＬ１Ａが受信確認（Ａｃｋ）を返信する（Ｓ２４０）ことで、クライアントＬ１Ａのペアリング及びアドレスの割り当てが完了する。
　ホスト３とクライアントＬ１Ａとのペアリング及びアドレスの割り当てが完了することで、図１８に示すように、クライアントＬ１Ａの通信のパス設定が図１５Ｂに示したように切り替わり、ホスト３は、クライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂとの通信が可能になる。
　ここで、電力供給時に送信されたクライアントＬ２ＡからのＰａｉｒ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　Ｐｒｏｂｅは、ホスト３に届いていない。そのため、ホスト３は、クライアントＬ１Ａのペアリング及びアドレスの割り当てに引き続いて、下位のクライアントの検索を行う。具体的には、図１９に示すように、ホスト３は、Ｄｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ１Ａに送信する（Ｓ３１０）。クライアントＬ１Ａは、ホスト３から送信されたＤｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ２Ａにさらに送信する。
　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙパケットを受信したクライアントＬ２Ａは、クライアントＬ１Ａと同様に、自身を個別識別可能なＳｅｒｉａｌ　ＩＤをホスト３に送付する（Ｓ３２０）。これにより、ホスト３は、送付されたＳｅｒｉａｌ　ＩＤと対応させたレイヤＩＤ（ＩＤ０ｘ２０）をクライアントＬ２Ａに送信する（Ｓ３３０）。レイヤＩＤを受信したクライアントＬ２Ａが受信確認（Ａｃｋ）を返信する（Ｓ３４０）ことで、クライアントＬ２Ａのペアリング及びアドレスの割り当てが完了する。
　続いて、ホスト３は、クライアントＬ２Ａのペアリング及びアドレスの割り当てに引き続いて、さらにＤｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ１Ａに送信する（Ｓ４１０）。クライアントＬ１Ａは、ホスト３から送信されたＤｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ２Ｂに送信する。
　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙパケットを受信したクライアントＬ２Ｂは、クライアントＬ２Ａと同様に、自身を個別識別可能なＳｅｒｉａｌ　ＩＤをホスト３に送付する（Ｓ４２０）。これにより、ホスト３は、送付されたＳｅｒｉａｌ　ＩＤと対応させたレイヤＩＤ（ＩＤ０ｘ２１）をクライアントＬ２Ｂに送信する（Ｓ４３０）。レイヤＩＤを受信したクライアントＬ２Ｂが受信確認（Ａｃｋ）を返信する（Ｓ４４０）ことで、クライアントＬ２Ｂのペアリング及びアドレスの割り当てが完了する。
　さらに、ホスト３は、クライアントＬ２Ｂのペアリング及びアドレスの割り当てに引き続いて、さらにＤｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ１Ａに送信する（Ｓ５１０）。クライアントＬ１Ａは、ホスト３から送信されたＤｅｖｉｃｅ　ＤｉｓｃｏｖｅｒｙパケットをクライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが接続された接続面１００以外に送信するが、Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙパケットへの応答がないため、ペアリング及びアドレスの割り当てが完了した通知をホスト３に送信する（Ｓ５２０）。以上の動作により、ホスト３は、Ｌ１及びＬ２におけるクライアントＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂのペアリング及びアドレスの割り当てを行うことができる。
　その後、ホスト３は、クライアントＬ２Ａ，Ｌ２ＢについてもクライアントＬ１Ａと同様のＤｅｖｉｃｅ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙパケットの送信を行うことで、Ｌ３（レイヤ３）に接続されたクライアント４の各々のペアリング及びアドレスの割り当てを行うことができる。
　以上の動作により、モジュールシステム５では、ホスト３は、接続されたクライアント４の各々にアドレスを割り当てることができる。図２０にてクライアント４の各々に割り当てられたアドレスの一例を示す。図２０は、ホスト３及びクライアント４の接続構造の一例と、該接続構造におけるアドレスの一例を示すブロック図である。
　図２０に示すモジュールシステム５では、Ｌ０（レイヤ０）のホスト３にＬ１（レイヤ１）のクライアントＬ１Ａが接続されており、Ｌ１のクライアントＬ１ＡにＬ２（レイヤ２）のクライアントＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが接続されている。また、Ｌ２のクライアントＬ２ＡにＬ３（レイヤ３）のクライアントＬ３Ａ、Ｌ３Ｂが接続されている。さらに、Ｌ３のクライアントＬ３ＡにＬ４（レイヤ４）のクライアントＬ４Ａ、Ｌ４Ｂ、Ｌ４Ｃが接続されており、Ｌ３のクライアントＬ３ＢにＬ４のクライアントＬ４Ｄが接続されている。
　このような場合、例えば、ホスト３は、Ｌ１のクライアントＬ１Ａに「ＩＤ０ｘ１０」のアドレスを割り当て、Ｌ２のクライアントＬ２Ａに「ＩＤ０ｘ２０」のアドレスを割り当て、Ｌ２のクライアントＬ２Ｂに「ＩＤ０ｘ２１」のアドレスが割り当てることができる。また、ホスト３は、Ｌ３のクライアントＬ３Ａに「ＩＤ０ｘ３０」のアドレスを割り当て、Ｌ３のクライアントＬ３Ｂに「ＩＤ０ｘ３１」のアドレスを割り当てることができる。さらに、ホスト３は、Ｌ４のクライアントＬ４Ａに「ＩＤ０ｘ４０」のアドレスを割り当て、Ｌ４のクライアントＬ４Ｂに「ＩＤ０ｘ４１」のアドレスを割り当て、Ｌ４のクライアントＬ４Ｃに「ＩＤ０ｘ４２」のアドレスを割り当て、Ｌ４のクライアントＬ４Ｄに「ＩＤ０ｘ４３」のアドレスを割り当てることができる。
　＜３．付記＞
　以上、実施形態、及び変形例を挙げて、本開示にかかる技術を説明した。ただし、本開示にかかる技術は、上記実施の形態等に限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。
　例えば、モジュールシステム５では、接続されたクライアント４は、自由な取り外しが可能である。接続されたクライアント４が接続を維持しているか否かは、例えば、クライアント４の各々が下位のレイヤのクライアント４の応答を確認することで判断することができる。具体的には、クライアント４の各々は、下位のレイヤのクライアント４からの応答が受信されなくなった場合に、該当するクライアント４が取り外されたことをホスト３に通知してもよい。これによれば、通知を受信したホスト３は、登録されたペアリング情報から、取り外されたクライアント４のペアリング情報を削除することができる。
　また、モジュールシステム５は、ホスト３及びクライアント４のツリー状の接続構造を把握することができるため、ホスト３及びクライアント４の接続に生じるループを検出することが可能である。このような場合、モジュールシステム５は、ループの位置をユーザに示すことで、又はループを解消する接続例を示すことで、ユーザにループの解消を促すことが可能である。ループが存在しないことが確認可能である場合、電力の衝突が発生しないため、モジュールシステム５は、複数の電源から電力を供給することが可能となる。
　さらに、モジュールシステム５は、ホスト３に対するクライアント４の接続を学習することで、例えば、ループが発生しないクライアント４の接続、又はより効率的なクライアント４の接続などをユーザに提示することができる。また、モジュールシステム５は、ホスト３に対するクライアント４の接続を学習することで、全体の構造及び可動範囲の最適化を自動で行うことも可能である。
　加えて、モジュールシステム５のホスト３又はクライアント４の各々は、ユーザへのインタラクティブ性をより高めてもよい。具体的には、ホスト３又はクライアント４の各々は、他のクライアント４が接続された際に、接続された（ペアリングされた）ことをユーザに通知する音声又は光を発してもよい。また、ホスト３又はクライアント４の各々は、ユーザによって持ち上げられたことを加速度センサにて検出し、音声又は光を発する等のアクションを起こしてもよい。これらのアクションを可能にするために、クライアント４にもバッテリ等の電源を搭載させてもよい。
　このようなモジュールシステム５は、例えば、対戦用のバトルロボット、又は様々な動作が可能なトイロボットなどの家庭用ロボットに適用することができる。また、モジュールシステム５は、ラインの動的な組み替えに対応可能な製造又は物流用のピックアップアームロボットなどの産業用ロボット、又はセンサモジュールを任意に追加可能なＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）デバイスなどに適用することも可能である。
　さらに、上記実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成および動作として必須であるとは限らない。たとえば、上記実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。
　本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。
　本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いており、構成及び動作を限定する目的で使用したわけではない用語が含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」などの用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示しているにすぎない。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。
　なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、通信モジュールの接続面に他の通信モジュールを回転させて接続した場合でも、データの送信及び受信と、電力の供給とを行うことが可能となる。よって、通信モジュールは、より高い自由度で互いを接続することが可能である。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるわけではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
（１）
　接続面の略中央に設けられ、互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信する送信部及び受信部と、
　互いに異なる極性を有し、前記接続面の前記送信部及び前記受信部の外周にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられる第１電極及び複数の第２電極と
を備える、通信モジュール。
（２）
　前記第１電極及び複数の前記第２電極の極性は、所定周期で交互に入れ替わる、上記（１）に記載の通信モジュール。
（３）
　前記送信部及び前記受信部は、前記第１電極及び複数の前記第２電極の極性の入れ替わり周期と同期した周期で前記データを交互に送信及び受信する、上記（２）に記載の通信モジュール。
（４）
　前記送信部及び前記受信部は、１周期の送信及び受信で１ビットの前記データを送信及び受信する、上記（３）に記載の通信モジュール。
（５）
　前記送信部及び前記受信部は、無線通信にて前記データを送信及び受信する、上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（６）
　前記送信部及び前記受信部は、可視光、赤外光、又は磁場を用いた無線通信方式にて前記データを送信及び受信する、上記（５）に記載の通信モジュール。
（７）
　前記受信部は、前記接続面に複数設けられ、
　複数の前記受信部は、受信感度を可変に設けられる、上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（８）
　前記送信部及び複数の前記受信部は、同一円周上に設けられる、上記（７）に記載の通信モジュール。
（９）
　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、互いに嵌合する形状にて設けられる、上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（１０）
　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、固定機構を含み、
　前記固定機構は、前記第１電極及び複数の前記第２電極を互いに物理的に接続する、上記（１）～（９）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（１１）
　前記通信モジュールは、少なくとも１つ以上のクライアントが接続されるホストとして機能する、上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（１２）
　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、前記クライアントの各々に一斉に電力を供給する、上記（１１）に記載の通信モジュール。
（１３）
　前記送信部は、前記クライアントの各々にデバイスディスカバリパケットを順次送信する、上記（１１）又は（１２）に記載の通信モジュール。
（１４）
　前記送信部は、前記デバイスディスカバリパケットに応答した前記クライアントの各々に前記クライアントを識別するアドレス情報を送信する、上記（１３）に記載の通信モジュール。
（１５）
　前記通信モジュールは、ホストに接続されるクライアントとして機能する、上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（１６）
　前記送信部及び前記受信部は、前記ホストから送信された信号の受信方向に基づいて、前記データを送信及び受信するパスを切り替える、上記（１５）に記載の通信モジュール。
（１７）
　前記パスは、ツリー構造を有する、上記（１６）に記載の通信モジュール。
（１８）
　前記通信モジュールの形状は、多面体である、上記（１）～（１７）のいずれか一項に記載の通信モジュール。
（１９）
　前記接続面は、前記多面体に複数設けられ、
　複数の前記接続面の各々には、前記送信部、前記受信部、前記第１電極、及び複数の前記第２電極がそれぞれ設けられる、上記（１８）に記載の通信モジュール。
（２０）
　接続面にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられ、互いに異なる極性を有する第１電極及び複数の第２電極にて電力を供給することと、
　前記接続面の前記第１電極及び複数の前記第２電極の内側の略中央に設けられる送信部及び受信部にて互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信することと
を含む、通信方法。
　本出願は、日本国特許庁において２０２０年２月１９日に出願された日本特許出願番号第２０２０－０２６２９３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　接続面の略中央に設けられ、互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信する送信部及び受信部と、
    　互いに異なる極性を有し、前記接続面の前記送信部及び前記受信部の外周にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられる第１電極及び複数の第２電極と
    を備える、通信モジュール。
  2. 　前記第１電極及び複数の前記第２電極の極性は、所定周期で交互に入れ替わる、請求項１に記載の通信モジュール。
  3. 　前記送信部及び前記受信部は、前記第１電極及び複数の前記第２電極の極性の入れ替わり周期と同期した周期で前記データを交互に送信及び受信する、請求項２に記載の通信モジュール。
  4. 　前記送信部及び前記受信部は、１周期の送信及び受信で１ビットの前記データを送信及び受信する、請求項３に記載の通信モジュール。
  5. 　前記送信部及び前記受信部は、無線通信にて前記データを送信及び受信する、請求項１に記載の通信モジュール。
  6. 　前記送信部及び前記受信部は、可視光、赤外光、又は磁場を用いた無線通信方式にて前記データを送信及び受信する、請求項５に記載の通信モジュール。
  7. 　前記受信部は、前記接続面に複数設けられ、
    　複数の前記受信部は、受信感度を可変に設けられる、請求項１に記載の通信モジュール。
  8. 　前記送信部及び複数の前記受信部は、同一円周上に設けられる、請求項７に記載の通信モジュール。
  9. 　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、互いに嵌合する形状にて設けられる、請求項１に記載の通信モジュール。
  10. 　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、固定機構を含み、
    　前記固定機構は、前記第１電極及び複数の前記第２電極を互いに物理的に接続する、請求項１に記載の通信モジュール。
  11. 　前記通信モジュールは、少なくとも１つ以上のクライアントが接続されるホストとして機能する、請求項１に記載の通信モジュール。
  12. 　前記第１電極及び複数の前記第２電極は、前記クライアントの各々に一斉に電力を供給する、請求項１１に記載の通信モジュール。
  13. 　前記送信部は、前記クライアントの各々にデバイスディスカバリパケットを順次送信する、請求項１１に記載の通信モジュール。
  14. 　前記送信部は、前記デバイスディスカバリパケットに応答した前記クライアントの各々に前記クライアントを識別するアドレス情報を送信する、請求項１３に記載の通信モジュール。
  15. 　前記通信モジュールは、ホストに接続されるクライアントとして機能する、請求項１に記載の通信モジュール。
  16. 　前記送信部及び前記受信部は、前記ホストから送信された信号の受信方向に基づいて、前記データを送信及び受信するパスを切り替える、請求項１５に記載の通信モジュール。
  17. 　前記パスは、ツリー構造を有する、請求項１６に記載の通信モジュール。
  18. 　前記通信モジュールの形状は、多面体である、請求項１に記載の通信モジュール。
  19. 　前記接続面は、前記多面体に複数設けられ、
    　複数の前記接続面の各々には、前記送信部、前記受信部、前記第１電極、及び複数の前記第２電極がそれぞれ設けられる、請求項１８に記載の通信モジュール。
  20. 　接続面にＮ回対称（Ｎは３以上の自然数）となる配置にて設けられ、互いに異なる極性を有する第１電極及び複数の第２電極にて電力を供給することと、
    　前記接続面の前記第１電極及び複数の前記第２電極の内側の略中央に設けられる送信部及び受信部にて互いに対応するデータ通信方式でデータを送信及び受信することと
    を含む、通信方法。
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