JP5979960B2 - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、機器に備えられ移動する移動局と固定局との通信を制御する技術に関する。

近年、産業用機器の分野において、１台で複数の種類の作業が可能なセル生産ロボットの開発が進んでいる。このようなロボットは、全ての作業に共通のアームと、手首から先の部分に相当するエンドエフェクタより構成される。エンドエフェクタは作業内容ごとに複数種類用意され、ロボットは、溶接や把持、ねじ止め等の作業内容に応じて、これらのエンドエフェクタを自動的に交換する。エンドエフェクタには、例えば、カメラを搭載して加工対象を撮影した上で撮影した画像に画像処理を施し、その結果を用いて乱雑に積まれた部品から１つを選んで把持する等の、高度な処理を実行するものが含まれる。ここで、画像処理に基づく制御を行う場合、その処理を行うプロセッサは高い演算能力が求められ、そのようなプロセッサは大型で熱源となる場合がある。例えば、精密加工の用途では、熱によって加工対象やエンドエフェクタの部品が膨張または収縮することが問題となりやすいため、このようなプロセッサは、ロボットから離れた位置に配置され、通信でロボットを遠隔制御することが多い。

また、一般に、エンドエフェクタは、先に述べたように着脱が可能であることの他に、アームに対して角度や向きを変えることが可能であることも要求される。したがって、エンドエフェクタから映像を取得して制御を行うための通信ケーブルは、着脱や変形に対応するための特殊な機構が必要となる。このような機構は高コストである上、ケーブルが変形を繰り返すことによる劣化と断線のリスクがあり、エンドエフェクタの制御を無線通信で行うことのニーズが高まっている。

しかしながら、上記の用途において携帯情報端末の分野で普及している無線通信方式を、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）等を、適用することは一般に容易ではない。これは、産業用機器では非圧縮の映像を伝送することや、非常に小さい遅延時間で制御データを伝送することなどが要求されるからである。無線ＬＡＮ等はこのような用途を想定して設計されたものではなく、産業用機器で求められる要件を満たさない。

一方、上記の用途に利用可能な無線通信方式として、６０ＧＨｚ帯のミリ波のような高周波の無線通信方式がある。このような無線通信方式は１Ｇｂｐｓ以上の帯域を確保できるため、非圧縮の映像の伝送が可能である。また適切な通信プロトコルを用いることにより、制御データを低遅延に伝送することも可能である。なお、非圧縮の映像データの伝送は必要であるが制御データの伝送の低遅延性は不要な場合でも、装置の大きさや熱の観点から、例えば、映像データと制御データとの伝送にそれぞれミリ波通信と無線ＬＡＮを用いるなど、通信方式の使い分けは困難な場合がある。

無線通信は、一般に、有線通信と比較して信頼性を確保するのが容易ではない。その理由の１つは、障害物による遮蔽や反射、周囲からのノイズの影響を受けるためである。エンドエフェクタはアームの動きに応じて位置や向きが刻々と変化するのに加え、周囲で他の装置が動いている環境で動作するため、ロボットの制御に無線通信を適用する場合には信頼性の確保が課題となる。

ここで、無線通信の信頼性を向上させる技術として、複数の固定局を用いる方式が知られている。例えば、特許文献１には、複数の固定局を時分割で切り替えて移動局と通信することで空間ダイバーシティ効果を得て通信の信頼性を向上させる技術が記載されている。また、特許文献２には、移動局が検出した位置情報を取得して、その位置に最も近い固定局を用いることで通信の信頼性を向上させる技術が記載されている。

特開２０１０−１３５９８２号公報 特開２０００−３０７５０７号公報

エンドエフェクタを移動局、遠隔制御装置を固定局として考え、アームの近辺に複数の固定局を置き、アーム先端のエンドエフェクタに設置された移動局と無線通信してセル生産ロボットを制御するシステムを考える。なお、ここでは、大容量かつ低遅延の通信を行うため、ミリ波無線を用いるものとする。ミリ波や準ミリ波のように高周波の電磁波は直進性が強く、見通し外となると距離が近くても通信が困難になるという特性がある。セル生産ロボットが動作する環境には、一般に大量の部品やそれを置くための台等があり、各固定局と移動局の間の伝送路はアームの動作によって頻繁に見通し外となる。

一方、見通しを確保できていても、近隣の物体からの反射やノイズ等により通信に失敗する場合もある。これに対して、このような通信の失敗を防ぐため、見通しを確保できる固定局を複数用いて、冗長な通信を行うことが考えられる。しかしながら、従来の技術では、このような通信の制御をアームの動作に応じて自動的に行うことができなかった。結果として、ロボット制御に必要な通信の信頼性が確保できず、やむを得ず高いコストをかけて有線による制御を行わざるを得ない場合があるという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、産業用機器に含まれる無線通信システムにおいて、簡易な構成で通信の信頼性を向上させる技術を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明による制御装置は、１つの移動局へ、同じデータを無線通信により送信する複数の固定局を制御する制御手段と、前記移動局の移動に伴う前記複数の固定局それぞれの前記移動局との通信における通信品質に基づいて、前記同じデータを複数回繰り返し前記移動局へ送信する固定局を、前記複数の固定局の中から選択する選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記選択手段による選択に基づいて、前記複数の固定局を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、産業用機器に含まれる無線通信システムにおいて、簡易な構成で通信の信頼性を向上させることができる。

システム全体の構成例を示す図。 アーム制御系の構成例を示すブロック図。 アーム制御信号の構成例を示す図。 エンドエフェクタ制御系の構成例を示すブロック図。 エンドエフェクタ制御フレームの構成例を示す図。 アームの姿勢ごとの予測通信品質に関する情報の例を示す図。 アームの姿勢と見通しの有無との関係を概略的に示す図。 アームの姿勢と見通しの有無との関係を概略的に示す図。 アームの姿勢と見通しの有無との関係を概略的に示す図。 エンドエフェクタ制御フレームの送信処理の動作を示すフローチャート。 エンドエフェクタ制御フレームの送信動作を概略的に示す図。 動作シーケンスに応じてアームが動作する場合の予測通信品質に関する情報の例を示す図。 エンドエフェクタ制御フレームを送信する固定局を選択する処理の動作を示すフローチャート。 固定局選択を実行した場合のエンドエフェクタ制御フレームの送信動作を概略的に示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜＜実施形態１＞＞
（システムの構成）
図１は、本実施形態に係る通信システムを含む全体のシステム構成例を示す図である。このシステムは、エンドエフェクタ１１０とアーム１４０とを含む機器（ロボット）を用いて、加工対象物１６０に所定の加工を施すとともに、加工が済んだ加工対象物１６０を台１７０に置くように動作する。アーム１４０は可動部（関節）を含み、エンドエフェクタ１１０の位置と向きを変えることができる。エンドエフェクタ１１０は、例えば、移動局１１１、ピンセットハンド１１２及びカメラ１１３を有する。移動局１１１は、無線通信を行う通信装置である。ピンセットハンド１１２は加工対象物１６０に作用し、カメラ１１３はその状況を撮影する。

システムは、さらに、エンドエフェクタ制御部１００、固定局１０１〜１０４、アーム制御部１３０を含む。エンドエフェクタ制御部１００は、所定の作業工程に基づいて、ピンセットハンド１１２を制御するための制御データを送信する。このとき、カメラ１１３が撮影した映像データを制御のフィードバック情報として用いる。例えば、エンドエフェクタ制御部１００は映像データを解析し、その結果、ピンセットハンド１１２の先端が加工対象物１６０に近づいたことを認識すると、加工対象物１６０を加工するためにピンセットハンド１１２を開閉する、などの制御を行う。

エンドエフェクタ制御部１００とエンドエフェクタ１１０との間では、映像データと制御データとが送受信され、この通信はアーム周辺の所定の位置に置かれた複数の固定局１０１〜１０４とエンドエフェクタ１１０が有する移動局１１１とを用いて行う。複数の固定局１０１〜１０４は移動局１１１とは、それぞれのアンテナ１１４を介して無線通信を行う。なお、無線通信においては、大容量の映像データ伝送と低遅延の制御データ伝送に対応するため、ミリ波帯を使用して信号を伝送するものとする。このため、移動局１１１および固定局１０１〜１０４は、それぞれミリ波による無線通信で必要な標準的な変復調機能を有する。ただし、大容量のデータ伝送と低遅延の制御データ伝送とに対応することができるものであれば、例えば準ミリ波や光無線など、他の周波数帯域を用いてもよい。一方、固定局１０１〜１０４とエンドエフェクタ制御部１００とは、それぞれケーブル１２０で接続される。

アーム制御部１３０は、所定の作業工程に基づいて、アーム１４０の可動部１４１〜１４４を制御する。各可動部にはモーターが内蔵され、可動部の角度が変えられるようになっている。可動部の動きに応じて、エンドエフェクタ１１０の位置及び向き、そしてそれに伴って移動局１１１の位置及び向きの少なくともいずれかが変化する。可動部１４４には複数のモーターが内蔵され、角度の変更だけでなく回転も可能であってもよい。可動部１４１〜１４４への制御データは、バス１５０を通して送信される。バス１５０には、例えば産業用機器で広く利用されている規格であるＣＡＮ（Controller Area Network）を用いてもよいし、他の規格を用いてもよい。また、エンドエフェクタ制御部１００もバス１５０に接続される。

（アーム制御系の構成）
図２は、アーム制御系の構成例を示すブロック図である。可動部１４１〜１４４は、可動制御部２０１と、可動部を動かす動力を発生させるモーター２０２とを備える。可動部１４４は、アーム１４０とエンドエフェクタ１１０との接合部を手首に例えた場合、手首の曲げ角度の変更と手首の回転角度の変更とを行うため、モーター２０２を複数有する。これらのモーター２０２の動きに応じて、エンドエフェクタ１１０そして移動局１１１の位置と向きの少なくともいずれかが変化する。アーム制御部１３０は、図３に示すようなフォーマットを有するアーム制御信号３００をバス１５０に出力し、そのアーム制御信号３００は各可動部の可動制御部２０１へ送信される。

アーム制御信号３００は、例えば、ヘッダ３１０とペイロード３２０とを含んで構成される。ヘッダ３１０には、そのフレームがアーム制御信号３００であることを表す識別子と、チェックサムとが含まれる。チェックサムは、例えばアーム制御信号３００を構成する全バイトの合計値である。ペイロード３２０には、可動部１４１〜１４４のモーター２０２の設定角度、すなわちモーター２０２の駆動量を特定する情報が格納される。ここで、モーター２０２は、例えば、ステッピングモーターであり、設定角度を特定する情報は原点からのステップ数で表現される。

可動制御部２０１は、バス１５０を監視してアーム制御信号３００を検出し、チェックサムと、アーム制御信号３００の内容とから、そのフレームが誤りなく届いているかを判定する。そして、可動制御部２０１は、チェックサムの結果、フレームを誤りなく受信したと判定した場合、自身が制御する可動部の角度がアーム制御信号３００で指示された角度となるように、モーター２０２を動作させるための信号をモーター２０２へ出力する。

以上のように、アーム制御部１３０は、１つのアーム制御信号３００をバスに出力することにより、アーム１４０の各可動部をアーム制御信号３００のペイロード３２０に示す角度に移動させ、アーム１４０が１つの姿勢を取るように制御する。そしてこれにより、エンドエフェクタの位置と向きとの少なくともいずれかを変化させ、加工対象物１６０に加工を施す。

アーム制御部１３０は、ペイロード３２０に格納する設定角度を少しずつ変えながら断続的にアーム制御信号３００を送信することによりアーム１４０を移動させる。本実施形態では、アーム制御信号の送信間隔はアームの動作速度と比較して十分に短いものとする。このようにすることにより、第１のアーム制御信号が送信されてから次の第２のアーム制御信号が送信されるまでの期間にアーム１４０が静止していない場合でも、その期間は１つの姿勢を取っていると考えることが出来る。なお、エンドエフェクタ制御部１００は、アームの制御には関わらないが、バス１５０を監視してアーム制御信号３００を検出する。

（エンドエフェクタ制御系の構成）
図４は、エンドエフェクタ制御系の構成例を示すブロック図である。エンドエフェクタ制御部１００は、例えば、通信制御部４０１、アーム制御情報検出部４０２、通信品質記憶部４０３、ピンセットハンド制御部４０４、及び映像解析部４０５を備える。エンドエフェクタ１１０の移動局１１１は、カメラ１１３が撮影した映像データを無線通信により固定局１０１〜１０４に同報送信する。

通信制御部４０１は、固定局１０１〜１０４で受信した映像データを合成して映像解析部４０５に出力する。本実施形態では、無線通信に直進性が強いミリ波帯を用いるため、見通し外の固定局には無線信号が届かない。また見通し内であっても、一部の固定局では、周辺の機器からのノイズの影響を受けて、無線信号を十分な品質で受信できない場合もある。通信制御部４０１は、例えば、固定局１０１では映像データの前半のみ受信できて、固定局１０４では映像データの後半のみ受信できた場合には、この２つの固定局でそれぞれ受信できたデータを用いて正しい映像データを合成して取得する。

映像解析部４０５は、映像データを解析し、その解析結果をピンセットハンド制御部４０４に出力する。解析結果とは、例えばピンセットハンド１１２と加工対象物との距離に関する情報、またはピンセットハンド１１２が正しく加工対象物を把持できたかに関する情報である。ピンセットハンド制御部４０４は、映像の解析結果に基づいてピンセットハンド１１２の次の動作を決定するとともに、ピンセットハンド制御データを通信制御部４０１に出力する。ピンセットハンド制御データとは、例えばピンセットハンド１１２の開き具合を数値で表した制御情報である。

通信制御部４０１は、ピンセットハンド制御データにヘッダを付加してエンドエフェクタ制御フレームを生成し、移動局１１１に送信する。図５に、エンドエフェクタ制御フレーム５００の構成例を示す。エンドエフェクタ制御フレーム５００は、ヘッダ５１０とペイロード５２０とを含んで構成される。ヘッダ５１０には、このフレームがエンドエフェクタ制御フレームであることを示す識別子とチェックサムとが含まれる。チェックサムは、例えばエンドエフェクタ制御フレーム５００を構成する全バイトの合計値である。ペイロード５２０には、ピンセットハンド制御部４０４から受け取ったピンセットハンド制御データが格納される。

ここで、通信制御部４０１は、所定のアルゴリズムに基づいて、固定局１０１〜１０４を時分割で切り替え、同一のペイロードを含む１つのエンドエフェクタ制御フレームを連続して複数回送信する。アルゴリズムの詳細については後述する。無線信号は受信が成功するか否かに不確実性を有するが、同一のペイロードを含むエンドエフェクタ制御フレームを複数回送信して冗長性を持たせることにより、通信の信頼性を向上させることができる。通信制御部４０１は、どのエンドエフェクタ制御フレームが同一のペイロードを含むかを示すため、ヘッダ５１０にフレームのＩＤを付加する。すなわち、ＩＤが同一のフレームには、同一のペイロードが含まれる。ここで、同一のＩＤで連続して送信される複数のエンドエフェクタ制御フレームの集合をスーパーフレームと呼ぶものとする。図５では、同一のＩＤを有する４つのエンドエフェクタ制御フレーム５００からなるスーパーフレーム５３０と、同様に同一のＩＤを有する４つのエンドエフェクタ制御フレーム５０１からなるスーパーフレーム５３１とを示している。本実施形態では、例えば、アーム制御信号が送信される間隔及びピンセットハンド制御データが出力される間隔のいずれよりも、スーパーフレームの時間長が短くなるように、高速な通信方式でスーパーフレームが送信される。

移動局１１１は、エンドエフェクタ制御フレームを正常に受信すると、ピンセットハンド制御データを抽出し、これに基づいてピンセットハンド１１２を動作させる信号を出力する。ここで、受信が正常に行われたか否かはチェックサムを用いて判断される。同じＩＤのエンドエフェクタ制御フレームを複数回正常に受信した場合は、２回目以降に受信したフレームについては破棄する。以上の動作を所定の周期で繰り返すことでエンドエフェクタ１１０を制御して加工を行う。

アーム制御情報検出部４０２は、アーム制御用のバス１５０を流れるアーム制御信号を検出する。すなわち、各可動部１４１〜１４４を制御する制御信号を検出する。そして、そのフレームに含まれる可動部１４１〜１４４の設定角度を１セットとして通信制御部４０１に通知する。通信品質記憶部４０３は、可動部１４１〜１４４の設定角度を１セットとした組み合わせごとに、すなわちアームの姿勢ごとに、その姿勢における固定局１０１〜１０４と移動局１１１との間で予測される通信品質（予測通信品質）の情報を予め記憶しておく。

図６に、通信品質記憶部４０３に記憶される、アームの姿勢ごとに予測通信品質の情報６００の例を示す。情報６００において、１つの行６１０は、アームが可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６１１で示される姿勢となった時に、固定局１０１〜１０４のそれぞれと移動局１１１との間でそれぞれ得られると予測される予測通信品質６１２を示している。予測通信品質は、例えば、正常に通信を完遂できる蓋然性が高いと考えられる場合は所定の通信品質を満足できることを示す１、そうでなければ所定の通信品質を満足できないことを示す０というように２値で表現する。この２値の予測通信品質は、例えば、見通しが確保できる場合は１、それ以外は０としてもよいし、ＳＮＲが所望の品質を満足できる確率が所定の確率以上である場合は１、それより低ければ０としてもよい。さらに、見通し外で、かつ、ＳＮＲなどの品質が所定値以下である場合には予測通信品質を０とし、それ以外には１としてもよい。また、２値で表す以外にも、例えば、通信の成功率で示す情報、平均ＳＮＲなどの情報で予測通信品質を表してもよい。なお、２値以外で示す場合、後述の予測通信品質が１である固定局の抽出動作に代えて、例えば、予測通信品質が所定値以上の固定局の抽出動作を実行する。

図７Ａ〜図７Ｃは、アームの姿勢とその時の固定局１０１〜１０４と移動局１１１との間の見通しの有無の関係を概略的に示した図である。図６における可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６１１に対して、アームは図７Ａのような姿勢となるとする。図７Ａでは、全ての固定局１０１〜１０４のアンテナと移動局１１１のアンテナとの間で見通しが確保される。このため、例えば、図６の予測通信品質６１２で示されるように各固定局１０１〜１０４に対して予測通信品質は全て１となる。なお、ここでは簡単のため、平面図上で見通しが確保できる場合に予測通信品質を１とする。通常はアームの軌道を決定する時には３次元の情報を含むＣＡＤデータが用いられるため、そのＣＡＤデータを用いて見通しの有無を判断し、予測通信品質を決定しても良い。

次に、図６における行６２０における可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６２１に対して、アームは図７Ｂのような姿勢となるとする。図７Ｂにおいては、固定局１０４と移動局１１１の間は見通し外の関係にあるため、図６の予測通信品質６２２で示されるように、固定局１０４の予測通信品質は０となる。同様に、図６における行６３０における可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６３１に対して、アームの姿勢が図７Ｃのようになるとする。図７Ｃにおいては、移動局１１１との間で見通しを確保できるのは固定局１０３及び１０４のみであるため、図６の予測品質６３２で示されるように、これらの固定局に対する予測通信品質が１となり、固定局１０１及び１０２に対する予測通信品質は０となる。

このように通信品質記憶部４０３は、固定局１０１〜１０４から移動局１１１への送信が発生し得る全ての場合において、可動部１４１〜１４４の設定角度と予測通信品質の関係を記憶する。予測通信品質を見通しの有無に応じて決定する場合は、前述のようにＣＡＤデータにより予めその予測通信品質を求めることができるため、アーム動作開始前に通信品質記憶部４０３に設定される。なお、見通しの有無以外で決定する場合は、例えば加工対象物１６０への実際の処理に先立って、アームの姿勢ごとにテスト信号を送受信するトレーニング期間を設けてもよい。

（エンドエフェクタ制御フレームの送信処理）
続いて、図８を用いて、通信制御部４０１が固定局１０１〜１０４を介して、エンドエフェクタ制御フレームを移動局１１１へ送信する時の処理について説明する。図８は、エンドエフェクタ制御フレームの送信処理を示すフローチャートである。なお図８の説明においては、通信制御部４０１に接続された各固定局を固定局ｉ（ｉ＝０、１、・・・、Ｎ−１、Ｎは通信制御部４０１に接続された固定局の総数）と表記するものとする。例えば、図１の構成において、固定局ｉは、ｉ＝０のとき固定局１０１、ｉ＝１のとき固定局１０２、ｉ＝２のとき固定局１０３、ｉ＝３のとき固定局１０４にそれぞれ対応するものとする。なお、この場合、Ｎ＝４である。

処理が開始されると、通信制御部４０１は、まず、送信すべきデータが発生したか、すなわちピンセットハンド制御データをピンセットハンド制御部４０４から受け取ったか否かを判定する（Ｓ８０１）。送信すべきデータが発生した場合（Ｓ８０１でＹｅｓ）、ヘッダを付加してエンドエフェクタ制御フレームを生成する。ここで、通信制御部４０１は、前回生成したエンドエフェクタ制御フレームとは異なるＩＤをヘッダに付加する（Ｓ８０２）。なお、送信すべきデータが発生していない場合（Ｓ８０１でＮｏ）は、引き続き、送信すべきデータをピンセットハンド制御部４０４からのデータを待ち受ける。

次に、通信制御部４０１は、アーム制御情報検出部４０２から最後に受け取ったアーム制御信号に応じて特定される、アームの姿勢に対応する予測通信品質の情報を、通信品質記憶部４０３に記憶された情報６００から取得する（Ｓ８０３）。すなわち、通信制御部４０１は、送信すべきデータが発生した時点において特定されるアームの姿勢に応じて、予測通信品質の情報を取得する。そして、通信制御部４０１は、変数ｉを０に初期化し（Ｓ８０４）、取得した予測通信品質の情報において固定局ｉの予測通信品質が１であるかを判定する（Ｓ８０５）。予測通信品質が１の場合（Ｓ８０５でＹｅｓ）、通信制御部４０１は、固定局ｉに時分割の時間区間を割り当て、固定局ｉにその時間区間でエンドエフェクタ制御フレームを送信させ（Ｓ８０６）、処理をＳ８０９へ進める。一方、予測通信品質が０の場合（Ｓ８０５でＮｏ）、予測通信品質が１の固定局が他にあるか否かを判定する（Ｓ８０７）。予測通信品質が１である他の固定局がある場合（Ｓ８０７でＹｅｓ）、通信制御部４０１はそのうちの１つの固定局に時分割の時間区間を割り当て、その固定局にその時間区間でエンドエフェクタ制御フレームを送信させ（Ｓ８０８）、処理をＳ８０９へ進める。一方、予測通信品質が１の他の固定局がない場合は（Ｓ８０７でＮｏ）、通信制御部４０１は固定局ｉに時間区間を割り当て、固定局ｉにエンドエフェクタ制御フレームを送信させ（Ｓ８０６）、処理をＳ８０９へ進める。そして、Ｓ８０９ではｉに１を加算し（Ｓ８０９）、ｉと固定局の総数Ｎと比較し（Ｓ８１０）、ｉ＝Ｎとなった場合（Ｓ８１０でＹｅｓ）は処理をＳ８０１へ戻す。一方、ｉがＮに到達していない場合（Ｓ８１０でＮｏ）は処理をＳ８０５へ戻し、次の時間区間で信号を送信する固定局を選択する処理を継続して実行する。以上の処理により、Ｓ８０５〜Ｓ８１０の処理は、通信制御部４０１に接続された全ての固定局について１回ずつ実行される。

以上に説明した通信制御部４０１におけるエンドエフェクタ制御フレームの送信動作について、図９を用いて説明する。図９は、エンドエフェクタ制御フレームの送信動作を概略的に示す図である。図９では、時刻Ｔ１において図７Ａの姿勢を特定するアーム制御コマンドが検出され、時刻Ｔ２においてピンセットハンド制御部４０４からピンセットハンド制御データを出力されたとする。本実施形態では、図７Ａの姿勢は、上述のように図６の可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６１１により特定される。このとき、Ｓ８０３において取得される情報は行６１０となり、Ｓ８０４以下の処理は行６１０に含まれる予測通信品質６１２に基づいて実行される。予測通信品質６１２によれば、固定局１０１〜１０４全てについて予測通信品質は１であるため、Ｓ８０５〜Ｓ８１０のループでは全ての固定局ｉに対して時間区間が割り当てられ、それぞれの固定局ｉからエンドエフェクタ制御フレームが送信される。これにより、図９の左半分に示すように、１つのスーパーフレーム９１０において、固定局１０１、固定局１０２、固定局１０３、固定局１０４の順に時分割で、同一のペイロードを含む１つのエンドエフェクタ制御フレーム９１１が１回ずつ送信される。なおエンドエフェクタ制御フレーム９１１のペイロードは、時刻Ｔ２でピンセットハンド制御部４０４から出力されたピンセットハンド制御データである。

同様に、図９の時刻Ｔ３において図７Ｂの姿勢を特定するアーム制御コマンドが送信され、時刻Ｔ４においてピンセットハンド制御部４０４からピンセットハンド制御データを出力された場合の動作を説明する。まずＳ８０２においては図７Ａの場合とは異なるＩＤを含むヘッダが付与される。本実施形態では、図７Ｂの姿勢は、上述のように、図６の可動部１４１〜１４４の設定角度の組み合わせ６２１により特定される。このため、Ｓ８０２において取得される情報は行６２０となり、Ｓ８０３以下の処理は行６２０に含まれる予測通信品質６２２に基づいて実行される。

予測通信品質６２２によれば、固定局１０４の予測通信品質が０であるため、固定局１０４については、Ｓ８０７及びＳ８０８の処理が実行される。Ｓ８０７の判定においては、予測通信品質が１の他の固定局が存在する。このため、Ｓ８０８で、予測通信品質が１である他の１つの固定局として例えば固定局１０３が選択され、固定局１０３に固定局１０４の分の時間区間が割り当てられる。なお、この選択はランダムに行われてもよく、また、予め定めた規則に応じて選択が行われてもよい。これにより、図９の右半分に示すように、固定局１０１、固定局１０２、固定局１０３の順でエンドエフェクタ制御フレームが送信された後に、固定局１０４の代わりに固定局１０３でもう一度エンドエフェクタ制御フレームが送信される。この場合もスーパーフレーム９２０において、エンドエフェクタ制御フレーム９２１が時分割で４回送信される。

このように、本実施形態によれば、通信制御部４０１は、見通し外に位置し、通信が成功する確率が低い固定局が存在する場合にこれを自動的に検出し、その代わりに通信が成功する確率が高い固定局から複数回エンドエフェクタ制御フレームを送信する。これにより通信の信頼性を向上させることが可能となる。また、移動局１１１に位置検出機構を追加することなく、アームの制御用に従来使用されている信号を用いて見通しの有無を検出するため、最小限の追加コストで従来のシステムから本実施形態のシステムを構築することができる。さらに、複数の通信が成功する確率が高い固定局を用いることにより、ノイズ等に対応するための空間ダイバーシティ効果を得ることができる。このように、本実施形態の技術によれば、産業用機器に用いる無線通信システムにおいて、コストを抑えつつ通信の信頼性を向上させることが可能となる。

なお、上述の説明ではアームの可動部は４個であったが、可動部の個数が４つでなくてもよく、また、その動作機構はアーム方式に限らず、例えばガントリー方式を用いてもよい。また、図１の台１７０を可動式として、アーム制御部１３０がそれを制御し、アーム１４０の動作に同期して台１７０を動かすようなシステムであってもよい。すなわち、本実施形態の技術は、どのような動作機構を用いても、ロボットの姿勢とその姿勢における移動局と複数の固定局との間での予測通信品質との関係から、通信品質が高いと予測される固定局から１つの信号を複数回送信することができる。

また、エンドエフェクタ制御フレームのペイロードとして送信するデータはピンセットハンド制御データに限られない。例えば、カメラ１１３に対する映像伝送開始または停止などのカメラ制御データをエンドエフェクタ制御フレームのペイロードとして含んでもよい。すなわち、エンドエフェクタ制御フレームのペイロードの内容によらず本実施形態の技術を適用することができ、通信の信頼性を向上させることができる。さらに、アームの動作が十分に低速である場合には、連続する複数の姿勢の間に通信環境が大きく変化する場合は少ないと考えられる。この場合は、スーパーフレームの送信中に、アーム制御信号を送信したとしても、大きな姿勢の変化はないと考えられる。したがって、この場合は、スーパーフレームの時間長がアーム制御信号の送信間隔より長くてもよい。

また、上述の説明では、４つの固定局に対して、４つの時間区間を割り当てる例を説明したが、これに限られない。例えば、４つの固定局に対して３つの時間区間が割り当てられてもよい。この場合、所定の通信品質を満足できる固定局から３つの固定局が選択される。また、４つの固定局に対して５つの時間区間が割り当てられてもよい。さらに、固定局の数を増加させても減少させてもよい。いずれにせよ、複数の時間区間を所定の通信品質を満足する固定局に割り当てると共に、所定の通信品質を満足しない固定局には時間区間を割り当てず、１つのデータを複数回送信する。この場合でも同様に、複数の通信が成功する確率が高い固定局が用いられるので、空間ダイバーシティ効果を得ることができる。

＜＜実施形態２＞＞
本実施形態では、図１のアーム１４０が予め定義されたシーケンスで動作するシステムについて説明する。このシステムでは、アーム制御部１３０から出力されるアーム制御信号の内容は一連の動作ごとに毎回同様に変化していく。産業用機器の分野においては、このようにアームに毎回同じ動作をさせるケースは比較的多い。本実施形態は、この特性を利用して、より簡易な構成で実施形態１と同様の効果を得ることを目的とするものである。以下、実施形態１と異なる部分について説明する。

アーム制御情報検出部４０２は、バス１５０においてアーム制御信号を検出した回数をカウントし、そのカウント値を通信制御部４０１に通知する。アーム制御情報検出部４０２は、電源ＯＮを検出した場合、またはバス１５０において所定のアーム制御信号を検出した場合などにカウント値を１にリセットする。なお、所定のアーム制御信号とは、そのフレームに含まれるペイロード３２０が、予め定義された動作シーケンスの最初の姿勢を特定するデータであるようなアーム制御信号である。なお、所定のアーム制御信号を用いずに、カウント値を１からカウントして所定のカウント値になった場合に、カウント値を１にリセットしてもよい。

ここで、予め定義されたアームの動作シーケンスの最初の姿勢を１、次の姿勢を２、とシーケンスにおける動作の順序について、終わりまで番号を振ったものを動作シーケンス番号と呼ぶ。ここで、１つのアーム制御信号により１つの姿勢が特定され、カウント値は動作シーケンス番号と一致する。

通信品質記憶部４０３は、図１０に示すような、動作シーケンス番号ごとの予測通信品質に関する情報１０００を記憶する。この情報は、各行において、それぞれ１つの動作シーケンス番号１０１１と、その動作シーケンス番号で特定されるアームの姿勢に応じた予測通信品質１０１２とを含んで構成される。例えば、行１０１０においては、動作シーケンス番号が１の場合のアームの姿勢に対応して、複数の固定局のそれぞれと移動局との間の予測通信品質１０１２が格納される。同様に、行１０２０においては、動作シーケンス番号がＫの場合のアームの姿勢に対応する、複数の固定局のそれぞれと移動局との間の予測通信品質１０２２が格納される。他の行についても同様である。

ここで、予め定義された動作シーケンスの最初の姿勢、すなわち動作シーケンス番号１で特定される姿勢が図７Ａに示すような姿勢であったとする。図７Ａでは全ての固定局１０１〜１０４と移動局１１１との間で見通しが確保されているため、予測通信品質１０１２の値は全て１となる。また、動作シーケンス番号Ｋで特定される姿勢が図７Ｂに示すような姿勢であるとする。この場合、各固定局１０１〜１０４と移動局１１１との間における見通しの有無の関係から、予測通信品質１０２２の値は、固定局１０１〜１０３に対しては１となり、固定局１０４に対しては０となる。通信制御部４０１は、図８のＳ８０３において、アーム制御情報検出部４０２から最後に取得したカウント値、すなわち動作シーケンス番号を用いて、通信品質記憶部４０３からその動作シーケンス番号に対応する姿勢における予測通信品質を取得する。

ここで、アームが図７Ａに示す姿勢であって、ピンセットハンド制御データを移動局１１１へ送信する場合の動作について説明する。図７Ａの姿勢を取る直前には、その姿勢に対応するアーム制御信号がバス１５０に出力されている。なお、図７Ａの姿勢がアームの初期姿勢であるとすれば、それに対応するアーム制御信号は、上述の所定のアーム制御信号である。アーム制御情報検出部４０２は、このフレームを検出すると、そのフレームで特定される姿勢が、予め定義された動作の最初の姿勢であると認識する。そして、アーム制御情報検出部４０２はカウント値を１にリセットし、動作シーケンス番号１として通信制御部４０１に通知する。

通信制御部４０１は、Ｓ８０３において動作シーケンス番号１に対応する予測通信品質１０１２を取得する。予測通信品質１０１２は、固定局１０１〜１０４の予測通信品質が全て１、すなわち所定の通信品質を満足することを示している。このため、通信制御部４０１は、Ｓ８０５〜Ｓ８１０のループにおいて、各固定局１０１〜１０４に対してＳ８０６の処理を実行して時分割送信のための時間区間を１つずつ割り当て、Ｓ８０７及びＳ８０８の処理を実行しない。これにより、固定局１０１、固定局１０２、固定局１０３、固定局１０４の順で割り当てられた時間区間において、時間区間を割り当てられた固定局からエンドエフェクタ制御フレームが計４回送信される。

同様に、アームが図７Ｂに示す姿勢であって、ピンセットハンド制御データを移動局１１１へ送信する場合の動作について説明する。ここで、図７Ｂの姿勢は、上述のように、動作シーケンスにおいてＫ番目の姿勢であるとする。この姿勢になるまでに、所定のアーム制御信号を検出してから、その所定のアーム制御信号を含むＫ個のアーム制御信号が検出される。そして、アームが図７Ｂの姿勢となる直前に、アーム制御情報検出部４０２は、その時点でのカウント値、すなわち動作シーケンス番号Ｋを通信制御部４０１に通知する。

通信制御部４０１は、Ｓ８０３において動作シーケンス番号Ｋに対応する予測通信品質１０２２を取得する。ここで予測通信品質１０２２は、固定局１０１〜１０３の予測通信品質は１すなわち所定の通信品質を満足することを示し、固定局１０４の予測通信品質は０すなわち所定の通信品質を満足しないことを示している。このため、通信制御部４０１は、Ｓ８０５〜Ｓ８１０のループにおいて、固定局１０４についてのみＳ８０７とＳ８０８の処理を実行して固定局１０４の分の時間区間を他の固定局に割り当てる。そして、通信制御部４０１は、他の固定局についてはＳ８０６の処理を実行し、それぞれ１つの時間区間を割り当てる。通信制御部４０１は、Ｓ８０８で、例えば、予測通信品質が１である他の１つの固定局として固定局１０３を選択する。これにより、固定局１０１、固定局１０２、固定局１０３、固定局１０３の順に割り当てられた時間区間において、時間区間を割り当てられた各固定局からエンドエフェクタ制御フレームが計４回送信される。

この結果は、実施形態１を用いた場合と同様の結果であり、得られる効果も同様である。本実施形態によれば、実施形態１と比して、情報６００に代えてより情報量の少ない情報１０００を用いるため、通信品質記憶部４０３に記憶すべき情報が低減され、部品コストを低減することができる。さらに、情報１０００の動作シーケンス番号を１から昇順に並べることにより、通信制御部４０１がＳ８０３において予測通信品質に関する情報を取得する処理の負荷を軽くすることができる。したがって、より低コストの部品を通信制御部４０１として用いることができる。

なお、本実施形態ではアーム制御情報検出部４０２でアーム制御信号の個数をカウントして動作シーケンス番号を得るものとしたが、例えば、アーム制御信号３００のヘッダ３１０に動作シーケンス番号を含めてもよい。この場合、例えば、アーム制御情報検出部４０２は、バス１５０からアーム制御信号３００を取得し、そのヘッダ３１０を読み込むことにより動作シーケンス番号を取得することができる。

＜＜実施形態３＞＞
本実施形態は、通信品質が良好と予測される固定局から複数回送信する時に、連続して同一の固定局からエンドエフェクタ制御フレームを送信することを防ぐことにより、空間ダイバーシティ効果を得るものである。以下、実施形態１と異なる部分について説明する。

通信制御部４０１は、図８のＳ８０８において予測通信品質が１である他の１つの固定局を、図１１のアルゴリズムに基づいて選択する。図８においてＳ８０８の処理が開始されることにより、図１１の処理が開始される。通信制御部４０１は、変数Ｘを定義し、Ｘに（（ｉ＋［Ｎ／２］） ｍｏｄ Ｎ）を代入する（Ｓ１１０１）。ここで値ｉは、図８のＳ８０８における処理を開始した時のｉである。Ｎは固定局の総数を表す。ｍｏｄはモジュロ演算であり、（Ａ ｍｏｄ Ｂ）はＡをＢで割った時の余りを表す。また、［Ｎ／２］は、Ｎ／２を超えない最大の整数である。次に通信制御部４０１は、情報６００から固定局Ｘの予測通信品質を取得し、予測通信品質が１の場合（Ｓ１１０２でＹｅｓ）は、固定局Ｘに時間区間を割り当てて、固定局Ｘにエンドエフェクタ制御フレームを送信させ、Ｓ８０９へ進む（Ｓ１１０４）。一方、予測通信品質が０である場合（Ｓ１１０２でＮｏ）は、（（Ｘ＋１） ｍｏｄ Ｎ）を新たなＸの値とし（Ｓ１１０３）、処理をＳ１１０２へ戻す。

以上の動作についての動作例を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る固定局選択処理を用いた場合のエンドエフェクタ制御フレームの送信動作を概略的に示す図である。まず図７Ａの姿勢のときにスーパーフレーム９１０を送信する場合の動作を説明する。図７Ａの姿勢では、全ての固定局について予測通信品質が１であるため、Ｓ８０８の処理、すなわち図１１の処理は実行されない。このため、図１２のスーパーフレーム９１０で示すように、結果は実施形態１の場合と同様となる。

次に、図７Ｂの姿勢のときにスーパーフレーム９２０を送信する場合の動作を説明する。図７Ｂの姿勢では固定局１０４についてのみ予測通信品質が０であり、Ｓ８０８の処理、すなわち図１１の処理が実行される。固定局１０４はｉ＝３に対応する。なお、固定局数は４であるため、Ｎ＝４である。したがって、Ｓ１１０１において、（（３＋４／２） ｍｏｄ ４）＝１が計算され、これがＸに代入される。このとき、固定局Ｘ（Ｘ＝１）は固定局１０２に対応し、その予測通信品質は１であるのでＳ１１０４で固定局１０２に時間区間が割り当てられ、固定局１０２からエンドエフェクタ制御フレームが送信される。すなわち、図１２のスーパーフレーム９２０に示すように、固定局１０４に代わって固定局１０２がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。

最後に、図７Ｃの姿勢のときにスーパーフレーム１２１０を送信する場合の動作を説明する。図７Ｃの姿勢では固定局１０１と固定局１０２の予測通信品質が０であり、Ｓ８０８の処理が実行される。固定局１０１はｉ＝０に対応するので、図１１のＳ１１０１においては、（（０＋４／２） ｍｏｄ ４）＝２が計算され、Ｘに代入される。固定局Ｘ（Ｘ＝２）は固定局１０３である。固定局１０３の予測通信品質は１であるので、Ｓ１１０４では、固定局１０３に時間区間を割り当て、固定局１０３がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。そして、固定局１０２はｉ＝１に対応し、Ｓ１１０１でＸに３が代入される。固定局Ｘ（Ｘ＝３）は固定局１０４である。固定局１０４の予測通信品質は１であるので、Ｓ１１０４では、固定局１０４に時間区間が割り当てられ、固定局１０４がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。すなわち、固定局１０１に代わって固定局１０３がエンドエフェクタ制御フレームを送信し、固定局１０２に代わって固定局１０４がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。この結果、図１２のスーパーフレーム１２１０に示すように、固定局１０３、固定局１０４、固定局１０３、固定局１０４の順序で時間区間が割り当てられ、同一のペイロードを持つエンドエフェクタ制御フレーム１２１１が複数回送信される。

ここで、図９と図１２のスーパーフレーム９２０の動作結果を比較する。実施形態１の動作結果である図９では、固定局１０３から連続して２つのエンドエフェクタ制御フレームが送信されるのに対し、本実施形態の動作結果である図１２では、同一の固定局からエンドエフェクタ制御フレームを連続して送信することはない。また、本実施形態においては、スーパーフレーム９１０と１２１０についても同様に、同一の固定局から連続してエンドエフェクタ制御フレームを送信することはない。

なお、例えば、固定局１０２と固定局１０４は移動局１１１との間で見通しを確保できず、固定局１０１と固定局１０３が見通しを確保できる場合は、固定局１０２（ｉ＝１）に対してＳ１１０１で計算されるＸは３となる。しかしながら、この場合、Ｘ＝３に対応する固定局１０４は見通し外であり、予測通信品質は０である（Ｓ１１０２でＮｏ）。この場合は、Ｓ１１０３で（（３＋１） ｍｏｄ ４）＝０が計算され、Ｘに０が代入される。そして、Ｘ＝０に対応する固定局１０１は予測通信品質が１であるため（Ｓ１１０２でＹｅｓ）、固定局１０１がエンドエフェクタ制御フレームを送信する（Ｓ１１０４）。すなわち、固定局１０２に代わって、固定局１０１がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。同様に、固定局１０４に代わって、固定局１０３がエンドエフェクタ制御フレームを送信する。

この場合では、固定局１０１、固定局１０１、固定局１０３、固定局１０３の順でエンドエフェクタ制御フレームが送信されることとなり、同一の固定局が連続して送信を行うこととなる。しかしながら、この事象は固定局が４つであるから発生するのであって、固定局を４つより多く存在させて本実施形態の技術を適用することで、同一の固定局が連続してエンドエフェクタ制御フレームを送信する確率を十分に低くすることができる。また、このような事象は、固定局１０１と固定局１０３のみが見通し内通信が可能な場合または固定局１０２と固定局１０４のみが見通し内通信が可能な場合にのみ発生する。したがって、固定局１０１と固定局１０３とが同時に見通し外とならないように、または固定局１０２と固定局１０４とが同時に見通し外とならないように、それぞれの固定局を配置することにより、この事象が発生することを防ぐこともできる。

このように、通信制御部４０１に本実施形態のアルゴリズムを導入することにより、同一の固定局から連続してエンドエフェクタ制御フレームを送信することを防ぎ、空間ダイバーシティ効果を得ることができる。これにより、ある固定局がエンドエフェクタ制御フレームを送信するときに、その固定局の近くの機器からバースト状のノイズが発生した場合であっても、次のエンドエフェクタ制御フレームの送信は別の固定局から実行される。この結果、バースト上のノイズからの影響を低減することができ、通信品質を向上させることができる。

また、上述の説明では、Ｓ１１０１のような計算を実行して、連続した時間区間で同一の固定局からエンドエフェクタ制御フレームを送信しないようにしたが、このような計算をしなくてもよい。例えば、時間区間を割り当てる固定局の選択の候補から、前の時間区間でエンドエフェクタ制御フレームを送信した固定局を除外することにより、連続した時間区間において異なる固定局が通信するように制御してもよい。すなわち、例えばある固定局がエンドエフェクタ制御フレームを送信した場合、その固定局以外の予測通信品質が１の固定局に次の時間区間を割り当てるようにしてもよい。例えば、固定局１０２と固定局１０４は移動局１１１との間で見通しを確保できず、固定局１０１と固定局１０３が見通しを確保できる場合、まず固定局１０１に時間区間が割り当てられる。そして、次の時間区間は、固定局１０１以外の予測通信品質が１の固定局である固定局１０３に時間区間が割り当てられる。さらに、その次の時間区間は、固定局１０３以外の予測通信品質が１の固定局である固定局１０１に時間区間が割り当てられる。このようにすることにより、連続した時間区間において異なる固定局が信号を送信することを保証することができる。

＜＜その他の実施形態＞＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (7)

1. １つの移動局へ、同じデータを無線通信により送信する複数の固定局を制御する制御手段と、
   前記移動局の移動に伴う前記複数の固定局それぞれの前記移動局との通信における通信品質に基づいて、前記同じデータを複数回繰り返し前記移動局へ送信する固定局を、前記複数の固定局の中から選択する選択手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記選択手段による選択に基づいて、前記複数の固定局を制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記選択手段は、前記移動局の移動に伴い、前記複数の固定局のいずれかが所定の通信品質を満足しない場合、当該固定局を選択しない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御手段は、複数の固定局それぞれに対して、データを送信するための時間区間を割り当てる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記選択手段によって選択された固定局に連続した前記時間区間を割り当てる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記無線通信は、ミリ波帯を用いた無線通信である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. １つの移動局へ、同じデータを無線通信により送信する複数の固定局を制御する制御手段を有する制御装置の制御方法であって、
   選択手段が、前記移動局の移動に伴う前記複数の固定局それぞれの前記移動局との通信における通信品質に基づいて、前記同じデータを複数回繰り返し前記移動局へ送信する固定局を、前記複数の固定局の中から選択する選択工程と、
   前記制御手段が、前記選択手段による選択に基づいて、前記複数の固定局を制御する工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
7. コンピュータを請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置が備える各手段として機能させるためのプログラム。

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