JP2007229870A - 移動体および移動体制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】姿勢変更可能な移動体がどのように姿勢を変更しても、確実に良好な通信状態を得ることができる移動体および移動体制御システムを提供すること。
【解決手段】無線による信号受信用のアンテナが取り付けられた、姿勢変更可能な移動体において、移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るようにアンテナを揺動自在に取り付けるとともに、前記アンテナを、移動体のとる姿勢に関わらず、鉛直方向に対して一定の方向となるように、その傾斜度合いを制御するようにし、移動体に対して信号を発信する信号発信機に固定された信号受信用のアンテナと、移動体に取り付けられた信号受信用のアンテナとが一定の相対的な位置をとらせるため、移動体の姿勢に関わらす、常に良好な通信状態を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線により信号発信機からの信号を受けて移動する移動体、およびこれらの信号発信機と移動体とからなる移動体制御システムに関する。

車輪による自律移動を行う車両や、近年開発されている歩行ロボットなどの姿勢変更可能な移動体は、特定のエリア内をある程度自由に移動可能とするために、移動を制御するための信号を無線により送受信するのが一般的である。すなわち、移動体の動きを管理する管理局としての信号発信機より、制御データを含む信号を発信し、移動体側でその信号を受信して、その信号に含まれる制御データに基づいて移動開始や停止のタイミング、移動する方向や位置、とるべき姿勢などを認識している（例えば特許文献１）。

このような移動体を制御する制御システムにおいては、移動体が送信された信号を確実に受信し、信号に含まれる制御データに基づく指令通りに、その動きを制御する必要がある。特に、イベント会場でのパフォーマンスなどのように、複数の移動体の動きを同時に制御する場合においては、移動体同士の衝突などを防止するために、各々の移動体の動きを確実に制御することが求められる。

このように、移動体は信号発信機からの信号を確実に受信するためには、信号受信用アンテナの状態を、信号発信機からの信号を受信するために最適な感度にする必要がある。例えば、信号受信用のアンテナとして指向性アンテナを用いた場合、特許文献２に記載されるように、信号発信機からの信号に対して最も受信感度のよい方向に、このアンテナの向きを自動的に変更するように構成することが可能となる。
特開２００５−２９１７２３号公報 特開２００５−１２３９８３号公報

しかしながら、前述のように指向性アンテナを信号受信用のアンテナとして用いた場合、移動体が姿勢を変更することで、移動体に取り付けられたアンテナの角度が頻繁に変化する。そのようにアンテナの向きが変化するうちに、アンテナが受信感度の悪い方向に傾斜すると、その瞬間に信号発信機からの信号を受信できず、信号発信機との通信が途切れ、通信状態が確保できない場合がある。

本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであり、姿勢変更可能な移動体がどのように姿勢を変更しても、確実に良好な通信状態を得ることができる移動体および移動体制御システムを提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、無線による信号受信用のアンテナが取り付けられた、姿勢変更可能な移動体であって、前記アンテナは移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るように揺動自在に取り付けられており、前記アンテナが、移動体のとる姿勢に関わらず、鉛直方向に対して一定の方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴とする移動体を提供する。

このように構成された移動体においては、アンテナが常に一定の方向となるため、信号発信機に固定された信号送信用のアンテナとの相対的な傾きが、移動体の取り得る姿勢に関わらず常に一定となる。したがって、信号受信用のアンテナが最も感度よく通信できる傾斜度合いを予め取得し、常にその傾斜度合いを維持させることで、移動体の姿勢がどのように変更しても、信号発信機と移動体との通信状態を確実に良好なものとすることができる。

なお、ここでいうアンテナの傾斜度合いとは、ある特定方向（例えば鉛直方向）に対する傾斜方向および傾斜角度を表すものとする。

また、請求項２に記載の発明は、前記アンテナが、移動体のとる姿勢に関わらず、鉛直方向に対して略平行な方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴としている。

移動体に対して信号を発信する信号発信機と、移動体とが略同一平面上に配置されており、信号発信機側のアンテナから移動体に対して信号を送信する場合、信号発信機側のアンテナは常に鉛直方向を向いている。このような信号発信機側のアンテナからは、信号発信機および移動体の位置する平面上に対して略平行上に広がって信号が発信されるため、移動体側のアンテナが、信号発信機側のアンテナと同じく鉛直方向を向いている場合に、信号を最も感度良く受信する。したがって、このような移動体は、信号を発信する信号発信機と、移動体とが略同一平面上に配置され、その移動が制御されている場合に有用である。

なお、前述の場合に、移動体と信号発信機との通信に用いるアンテナの種類としては、ホイップアンテナやダイポールアンテナなどの直線偏波（垂直偏波）方式のものが好適である。このようなアンテナは、アンテナの延びる方向から略垂直となる方向に信号が発信され、この発信された信号の向きに対して垂直となるように受信側のアンテナが配置された場合に、信号を受信する感度が最も良好となるためである。

また、アンテナが移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るように揺動自在にとりけられる構造としては、前記アンテナが、取り付け面に対して第１の方向に揺動するための第１の揺動軸と、前記第１の方向と異なる方向の第２の方向に揺動するための第２の揺動軸とに対してそれぞれ揺動自在に取り付けられており、前記移動体が、第１の揺動軸および第２の揺動軸を各々独立して回動する回動部を備えている構造であってもよい（請求項３）。

このような移動体の場合、移動体に取り付けられたアンテナの傾斜度合いをモータなどの回動部で揺動軸を回動させることで自由に変更することが容易であるため、アンテナの方向を制御する際に好適である。

また、前記移動体は、鉛直方向に対する傾斜度合いを検出する傾斜検出部を備えており、前記回動部が、前記傾斜検出部が検出した値に基づいて前記第１の揺動軸および第２の揺動軸を回動するものであってもよい（請求項４）。

すなわち、受信した信号に含まれるデータに基づいてとるべき姿勢を忠実に実行するために、移動体が、自身の姿勢を正確に把握する傾斜検出部を備えている場合には、この傾斜検出部で検出した値に基づいてアンテナの方向を制御すると好適である。このような傾斜検出部として、一般的なジャイロなどの傾斜方向および傾斜角度を検出する検出器が用いられる。

また、前記移動体におけるアンテナの取り付け構造を、前記アンテナの中間部を前記取り付け面に対して１つの方向に揺動するように揺動軸に対して取り付け、前記取り付け面の内側に位置するアンテナの一端側に錘が固定された構造としてもよい（請求項５）。

このようなアンテナの取り付け構造の場合、ジャイロなどの傾斜角度を検出する検出器や、モータなどの回動部を用いなくとも、アンテナを常に鉛直方向へ向かせることが可能となる。

また、請求項６に記載の発明は、無線による信号送信用のアンテナを有する信号発信機と、前記信号発信機からの信号を受信する信号受信用のアンテナが取り付けられた、姿勢変更可能な移動体と、を備えた移動体制御システムであって、前記信号送信用のアンテナが、鉛直方向に対して一定の方向に固定されているとともに、前記信号受信用の、アンテナは移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るように揺動自在にとりけられており、前記移動体のとる姿勢に関わらず、前記信号送信用の固定された方向と同一の方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴とする移動体制御システムを提供する。

このような移動体制御システムは、信号発信機に固定された信号送信用のアンテナの鉛直方向に対する方向と、移動体に取り付けられた信号受信用のアンテナの方向とが常に同一となるため、移動体の姿勢に関わらす、良好な通信状態を得ることができる。

上述のように、本発明に係る移動体および移動体制御システムによれば、姿勢変更可能な移動体がどのように姿勢を変更しても、確実に良好な通信状態を得ることができるという効果がある。

以下、本願発明の第一の実施形態について、図１から図３を参照しつつ説明する。なお、本説明においては、同一または実質的に同一の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略することがある。

図１は、移動体としてのロボット１０およびこのロボット１０を制御する管理局２０を、略同一平面上に備えた移動体制御システム１全体を概略的に表している。図１に示すように、管理局２０は、制御装置としてのサーバ２１と、サーバ２１からの信号を無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムで送信する、信号発信機としての無線ＬＡＮ親機２２とを備えている。無線ＬＡＮ親機２２は、親機本体２２ａと、親機本体２２ａに対して鉛直上向きに固定された信号送信用のアンテナ２２ｂとを備えており、アンテナ２２ｂからはロボット１０の動きを制御するための信号Ｓが略水平方向に発信される。

ロボット１０は、駆動される関節部を備え、その姿勢を変更可能なヒューマノイドタイプの歩行ロボットであり、図２に示すように、ロボット１０は頭部１１、胴部１２、右腕部１３ａ、左腕部１３ｂ、右脚部１４ａ、左脚部１４ｂを備えている。これらの各部分は、それぞれ図示しない関節部を介して接続されており、ロボット１０内に内蔵されたマイコン（図示せず）からの指令により、適宜関節部が駆動し、所定エリア内の移動や指令に従った姿勢を取り得るように構成されている。

また、ロボット１０の頭部１１には、信号受信用のアンテナ１００ａが揺動するための空間（図示せず）が設けられた状態で、受信部１００が取り付けられている。この受信部１００に含まれるアンテナ１００ａには、信号伝達用の伝達線（図示せず）が接続され、無線ＬＡＮ親機２２から送信された信号を受信すると、受信した信号をロボット１０に内蔵されたマイクロコンピュータ（図示せず：以下単にマイコンとする）に伝達するように構成されている。

さらに、図３に示すように、受信部１００はアンテナ線とこのアンテナ線を覆う円筒状のカバーからなるアンテナ１００ａと、揺動部１１０とから構成されており、アンテナ１００ａは頭部１１内部の取り付け面Ｐに対して任意の方向に揺動自在に取り付けられている。以下、図３を参照しつつ詳細に説明する。

揺動部１１０は、アンテナ１００ａの下端に第１の揺動軸１１１ａを介して接続された棒状の接続部材１１０ａと、この接続部材１１０ａの下端に第２の揺動軸１１１ｂを介して接続された接続部材１１０ｂとを備え、接続部材１１０ｂの下端を、頭部１１内部の取り付け面Ｐに対して固定した構造となっている。

また、第１の揺動軸１１１ａおよび第２の揺動軸１１１ｂは、回動部としてのモータ１１２ａ、１１２ｂに各々接続され、モータ１１２ａおよび１１２ｂは、ロボット内のマイコンからの信号に基づいて各揺動軸１１１ａ，１１１ｂを互いに独立して回動する。アンテナ１００ａは、各揺動軸１１１ａ，１１１ｂが回動されることにより、取り付け面Ｐに対して任意の方向および角度に傾斜可能となっている。

また、ロボット１０は、頭部１１に取り付けられたアンテナ１００ａの付近において、傾斜度合いを検出するためのジャイロスコープ（図示せず）を備えている。そして、このジャイロスコープによって検出された、頭部１１の鉛直方向に対する傾斜度合いに基づいて、アンテナ１００ａの傾斜度合いが制御される。

次に、図２に示すような、頭部１１が正面を向いており、受信部１００が鉛直方向を向いている状態から、無線ＬＡＮ親機２２ａからの信号を受けて、図４に示すように、頭部１１を含むロボット１０全体の姿勢が変更された場合におけるアンテナ１００ａの制御について、図５に示すフローチャートを中心に、図４および図６を参照しつつ以下に詳細に説明する。

ロボット１０の姿勢が変更されると、頭部１１内部に設けられたジャイロスコープは、鉛直方向についての傾斜度合いを検出し（ＳＴＥＰ１）、その検出値を表す信号をロボット１０に内蔵されたマイコンに送信する（ＳＴＥＰ２）。そして、信号を受けたマイコンは、この信号からアンテナ１００ａの鉛直方向に対する傾斜度合い、すなわち図４に示すＸ−Ｙ方向の各々についての傾斜角の変化Δθｘ、Δθｙを算出する（ＳＴＥＰ３）。

次に、マイコンは前記Δθｘ、Δθｙを打ち消すようなモータ１１２ａ，１１２ｂのモータ駆動量をそれぞれ算出し（ＳＴＥＰ４）、マイコン内部に備えられた駆動回路（図示せず）を介して、算出したモータ駆動量に基づく駆動信号をモータ１１２ａ、１１２ｂに対して送信する（ＳＴＥＰ５）。

そして、図６に示すように、モータ１１２ａ、１１２ｂは、駆動信号にしたがって第１の揺動軸１１１ａおよび第２の揺動軸１１１ｂを回動し（ＳＴＥＰ６）、その結果、アンテナ１００ａはロボット１０のとる姿勢に関わらず、鉛直方向を向く。このように、ロボット１０の姿勢が変更されるたびに、その変更された傾斜度合いに基づいてモータ１１２ａ、１１２ｂが駆動するため、アンテナ１００ａが常に鉛直方向を向くように維持される。これによって、無線ＬＡＮ親機２２の信号送信用アンテナ２２ｂから、略水平方向に送信される信号を、アンテナ１００ａが信号の送信方向に対して直交する状態で受信することが可能となる。したがって、無線ＬＡＮ親機２２からの信号に対してアンテナ１００ａの受信感度が最も良好となり、無線ＬＡＮ親機２２とロボット１０との通信状態が常に良好に維持される。

なお、受信部１００の揺動部１１０は、前述のような実施形態に限られるものではなく、図７に示すように、アンテナ１００ａを接続部材１１０ａに揺動軸１１１ａ'を介して取り付け、接続部材１１０ａを、取り付け面Ｐ上でＸ−Ｙ平面上に垂直な方向（Ｚ方向）を中心にモータなどの駆動力により回動する回動部１１２ｃに取り付ける構成としてもよい。このように構成した受信部１００は、アンテナ１００ａは揺動軸１１１ａ'によって規定される１軸方向を中心に揺動自在となるとともに、この揺動するアンテナ１００ａが回動部１１２ｃの回動軸を中心として回動する。したがって、アンテナ１００ａの鉛直方向に対する傾斜度合いは、揺動軸１１１ａ'を回動するモータ１１２ａの回動動作と、回動部１１２ｃの回動動作によって、ロボット１０のとる姿勢に関わらず、アンテナ１００ａを一定の向き（例えば鉛直方向）に維持することができる。

前述の実施形態においては、ロボットの内部に備えられたジャイロスコープによりアンテナの傾斜度合いを検出していたが、ロボットの内部に備えられたジャイロスコープとは別に、アンテナに傾斜度合いを検出する検出部を固定してもよい。また、アンテナの傾斜度合いを検出するために、ロボット１０の各関節部の関節駆動量を総計し、アンテナが取り付けられる部分（例えば頭部）の鉛直方向に対する傾斜度合いがどの程度であるかを求めるように構成してもよい。

さらに、前述の実施形態においては、ロボットの姿勢変化によるアンテナの傾斜度合いを検出し、その傾斜度合いを打ち消すようにアンテナの向きをモータ駆動により変更しているが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、ロボットに取り付けられたアンテナが、常に鉛直方向を向くことで無線ＬＡＮ親機との通信状態が良好となることが予めわかっている場合は、ロボットに取り付けられたアンテナが常に鉛直方向を向くような、機械的な構造を用いてもよい。そのような実施形態を、図８を用いて説明する。

図８に示す受信部１００'は、ロボット１０の取り付け面Ｐに形成された、アンテナ１００ａの径よりもやや大きめの孔１１３内に、アンテナ１００ａの中間部をゴムなどの弾力性を備える止め部材１１４を介して取り付ける構造を備えている。さらに、アンテナ１００ａの下端には、錘１１５が固定されている。

この構造によって、アンテナ１００ａは取り付け面Ｐに対して自由な傾斜度合いを取ることができとともに、錘１１５に作用する重力によって、アンテナ１００ａの下端が強制的に鉛直下向きを向けられ、アンテナ１００ａは常に鉛直方向を向くように制御される。このように構成された受信部１００'によると、ジャイロスコープ等の傾斜度合い検出手段を用いなくとも、アンテナを常に鉛直方向に向けることが可能となる。

なお、前述の実施形態として、アンテナの傾斜度合いを制御するために構造として、モータによる駆動および錘の重力を用いた構造等を示したが、本願発明はこれらの構造に限られないものであることは言うまでもない。すなわち、既知の構造であって、アンテナのような棒状の部材を、その部材を取り付けた面がどのような姿勢をとっても所定方向を向くように制御する構造であれば、広く本発明に適用可能である。

さらに、前述の説明においては、移動体としてヒューマノイドタイプの歩行ロボットを用いた例を挙げた一実施形態においてのみ説明したが、本願発明はこれに限られるものではない。すなわち、移動体として、関節駆動部を備えた車両や、倒立制御される車輪移動型のロボットを用いた場合も本発明は好適に利用できる。特に、移動体が倒立制御される車輪移動型のロボットまたは車両の場合、移動体の加速時や減速時に大きく姿勢が変化するが、本発明を適用すれば、このような姿勢の変化が生じた場合にも、移動体と信号発信機との通信状態を良好に保つことができる。

さらに、移動体にとりつけるアンテナの位置は、特に限定されるものではないが、信号発信機からの信号を感度よく受信できる位置であることが好ましい。

また、信号発信機からの信号により制御される移動体の数は複数であってもよく、特に複数の移動体を同時に動かす場合に、本発明を用いると、全ての移動体について通信感度を良好に維持することができるため、好適である。

また、前述の実施形態においては、無線による制御手段として無線ＬＡＮを用いた例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、指向性を有しない電波送信により信号を送信し、移動体を制御するものであれば、どのような通信形態であっても本発明を適用することは可能である。

本願発明の第１の実施形態である移動体制御システムを概略的に示す全体図である。 図１に示す移動体制御システムに含まれる移動体の全体を概略的に示す斜視図である。 図２に示す移動体に取り付けられたアンテナの取り付け構造部分を示す斜視図である。 図２に示す移動体が、姿勢を変更した様子を概略的に示す斜視図である。 移動体が姿勢を変更した場合に、アンテナの鉛直方向に対する傾斜度合いを一定に維持する手順を示すフローチャートである。 図３に示すアンテナの取り付け構造部分が、移動体が姿勢を変更した場合にアンテナの傾斜度合いを一定に維持する様子を概略的に示す斜視図である。 図３に示すアンテナの取り付け構造と異なる取り付け構造の一例を示す斜視図である。 図３に示すアンテナの取り付け構造と異なる取り付け構造の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ・・・移動体制御システム
１０ ・・・ロボット（移動体）
１００ ・・・受信部
１００ａ ・・・アンテナ
１１１ａ ・・・第１の揺動軸
１１１ｂ ・・・第２の揺動軸
１１２ａ、１１２ｂ ・・・モータ（回動部）
１１５ ・・・錘
２２ ・・・無線ＬＡＮ親機（信号発信機）
２２ｂ ・・・アンテナ
Ｐ ・・・取り付け面

Claims (6)

1. 無線による信号受信用のアンテナが取り付けられた、姿勢変更可能な移動体であって、
   前記アンテナは移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るように揺動自在に取り付けられており、
   前記アンテナが、移動体のとる姿勢に関わらず、鉛直方向に対して一定の方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴とする移動体。
2. 前記アンテナが、移動体のとる姿勢に関わらず、鉛直方向に対して略平行な方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記アンテナが、取り付け面に対して第１の方向に揺動するための第１の揺動軸と、前記第１の方向と異なる方向の第２の方向に揺動するための第２の揺動軸とに対してそれぞれ揺動自在に取り付けられており、前記移動体が、第１の揺動軸および第２の揺動軸を各々独立して回動する回動部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の移動体。
4. 前記移動体は、鉛直方向に対する傾斜度合いを検出する傾斜検出部を備えており、前記回動部は、前記傾斜検出部が検出した値に基づいて前記第１の揺動軸および第２の揺動軸を回動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動体。
5. 前記アンテナの中間部が、前記取り付け面に対して１つの方向に揺動するように揺動軸に対して取り付けられているとともに、前記取り付け面の内側に位置するアンテナの一端側に錘が固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の移動体。
6. 無線による信号送信用のアンテナを有する信号発信機と、前記信号発信機からの信号を受信する信号受信用のアンテナが取り付けられた、姿勢変更可能な移動体と、を備えた移動体制御システムであって、
   前記信号送信用のアンテナが、鉛直方向に対して一定の方向に固定されているとともに、
   前記信号受信用の、アンテナは移動体の取り付け面に対して自由な傾斜度合いを取り得るように揺動自在にとりけられており、前記移動体のとる姿勢に関わらず、前記信号送信用の固定された方向と同一の方向となるように、その傾斜度合いが制御されていることを特徴とする移動体制御システム。

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