JP7397469B2 - management system - Google Patents
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Description
本発明は、移動体群の協調行動支援を行う管理システムに関する。 The present invention relates to a management system that supports cooperative behavior of a group of moving objects.
群ロボットシステムなど、複数の移動体が協調行動に基づいてタスクを実行（目的を達成）するシステムでは、移動体同士の衝突を回避しながらタスクを確実に（かつ効率的に）実行するための行動計画が必要となる。 In systems such as swarm robot systems, where multiple moving objects execute tasks (achieve goals) based on cooperative behavior, it is important to ensure that tasks are executed reliably (and efficiently) while avoiding collisions between moving objects. An action plan is required.
例えば、特許文献１などに挙げられる、Ｋｉｖａシステムと呼ばれる代表的な既存システムでは、すべての移動体の状態を一元管理し、行動計画を行うマスターコンピュータを配置した中央制御機構が一般に用いられる。
For example, in a typical existing system called the Kiva system, which is mentioned in
こうした中央制御システムでは、マスターコンピュータに該当する計算モジュールがすべての移動体の状態を把握しているため、タスクを確実に、かつ効率的に実行する行動計画の立案が可能である。一方で、移動体の数の増加や環境サイズの拡大に対しスケーラビリティを確保することが難しく、またマスターコンピュータに該当する計算モジュールの故障に弱い（単一障害点）などの問題を抱えており、大規模化する現代のシステム需要に対して最適な解であるとは言い難い。また、中央集権的な手法では、外乱等によって移動体の行動の再計画を行う必要が生じた際に、再計画に時間を要してしまい、システムのリアルタイム性を損なう可能性が高い。 In such a central control system, the calculation module corresponding to the master computer knows the status of all moving objects, so it is possible to formulate an action plan to execute tasks reliably and efficiently. On the other hand, it is difficult to ensure scalability as the number of moving objects increases and the size of the environment expands, and it also suffers from problems such as being vulnerable to failure of the calculation module corresponding to the master computer (single point of failure). It is difficult to say that this is the optimal solution for the demands of modern systems that are becoming larger in scale. In addition, with a centralized method, when it becomes necessary to replan the behavior of a moving object due to a disturbance or the like, it takes time to replan, which is likely to impair the real-time performance of the system.
そこで、スケーラビリティおよび耐障害性を有するシステムを構成するため、自律分散型の移動体を用いたシステムの構築方法について研究が進められている。このタイプのシステムでは、各移動体は自律的に周囲の状況を把握し、与えられたタスクを実行するための行動を決定する。このとき、各移動体同士は衝突回避やタスクの実行効率の向上を目的として互いに通信を行うなどによって、それぞれの行動について合意形成を行う（例えば、特許文献２）。 Therefore, in order to construct a system with scalability and fault tolerance, research is being conducted on a method of constructing a system using autonomous decentralized mobile objects. In this type of system, each mobile object autonomously understands its surroundings and decides on actions to perform a given task. At this time, the moving bodies communicate with each other for the purpose of avoiding collisions and improving task execution efficiency, thereby forming a consensus regarding their respective actions (for example, Patent Document 2).
このようなシステムは、全体的なタスクの実行効率という点においては中央制御システムほどの有効性は望めないが、単一障害点の問題については明らかに解決されることが期待できる。また、各移動体は基本的に自身の周辺に関する局所的な情報のみに基づいて行動計画を立てるため、移動体の台数増加や環境サイズの拡大など、問題規模の増加に対して頑健なシステムを構築可能である。 Although such systems may not be as effective as central control systems in terms of overall task execution efficiency, they do offer a clear solution to the problem of single points of failure. In addition, since each moving object basically makes an action plan based only on local information about its surroundings, it is necessary to create a system that is robust against increases in the scale of the problem, such as an increase in the number of moving objects or an expansion in the size of the environment. Can be constructed.
しかしながら、移動体同士が通信を用いて協調行動を行うシステムには、（１）通信の干渉問題、および（２）移動先の環境状態を接近するまで把握できない、といった２つの大きな課題が存在する。 However, there are two major issues with systems in which mobile bodies use communications to perform cooperative actions: (1) communication interference, and (2) the inability to grasp the environmental conditions at the destination until they approach. .
多数の移動体が互いに無線通信によって情報交換を行う場合、電波が干渉してしまうことにより通信がうまくいかない状況が生じる。通信は協調行動の要であり、したがって、通信がうまくいかない状況ではうまく協調行動をとることができない。結果として移動体同士の衝突を避けるためには移動体を停止させるか、移動体自身のセンサ情報などを用いて障害物を検知し、行動計画とは独立して衝突回避を実行するしかない。いずれにせよ、タスクの実行効率の低下を避けることができないため、通信の干渉は複数の移動体により構成される自律分散型システムにおいて大きな問題である。通信の干渉を解決する方法としてＮＦＣなどの近距離通信を使用する方法が考えられるが、センサ情報を用いて衝突回避を行うケースと同様に、通信範囲が限定されることによって移動体の行動計画が後手にまわってしまう状況は解決できない。 When a large number of mobile objects exchange information with each other by wireless communication, a situation arises in which communication fails due to radio wave interference. Communication is the key to cooperative behavior, and therefore, in situations where communication is not successful, cooperative behavior cannot be achieved. As a result, the only way to avoid collisions between moving bodies is to stop the moving bodies, or use the moving bodies' own sensor information to detect obstacles, and execute collision avoidance independently of the action plan. In any case, communication interference is a major problem in an autonomous decentralized system composed of a plurality of mobile bodies, since a decrease in task execution efficiency cannot be avoided. One possible way to resolve communication interference is to use short-range communication such as NFC, but similar to the case of collision avoidance using sensor information, the limited communication range makes it difficult for mobile objects to plan their actions. It is impossible to solve the situation where the company is left behind.
また、移動体が自律的に周辺環境を知覚して自身の行動を決定する場合、自身から遠く離れた場所の状態はその場所の近傍に到達するまで不明である。これは、事故などにより通過できない場所が発生した場合や、混雑により実質的に通過できない状況が生じた場合などに不都合となる可能性がある。他の移動体との通信によりこの情報を補完できる可能性もあるが、通信により得られた情報と最新の状態が同じである保証はない。この問題を解決するためには環境の側から移動体に環境情報を伝える仕組み（たとえば道端にある電光掲示板のようなもの）があると良いが、大域的な環境情報を管理する仕組みを置くことは、単一障害点の問題や環境サイズの拡大に対しスケールしないなどの問題を再度生み出してしまう恐れがある。 Furthermore, when a moving object autonomously perceives its surrounding environment and decides its own actions, the state of a place far away from itself is unknown until it reaches the vicinity of that place. This may be inconvenient if there is a place where it is impossible to pass due to an accident or if a situation arises where it is virtually impossible to pass due to congestion. Although there is a possibility that this information can be supplemented by communication with other mobile units, there is no guarantee that the information obtained through communication is the same as the latest state. In order to solve this problem, it would be good to have a mechanism to convey environmental information from the environment side to the mobile object (for example, an electric bulletin board on the roadside), but it is also necessary to have a mechanism to manage global environmental information. This may reintroduce problems such as single points of failure and failure to scale as the environment size increases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、中央制御機構を必要とせず、環境自体が計算能力を有して環境中の移動体の行動の分散管理を行う管理システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a management system that does not require a central control mechanism and the environment itself has computing power to perform distributed management of the behavior of moving objects in the environment. The purpose is to
本発明の一態様は、環境を分割管理するモジュール化された複数のノード上を移動する１以上の移動体の行動を各ノードによって分散管理する管理システムであって、各ノードは、少なくとも、隣接するノードと通信を行うノード間通信手段と、自らの管理領域内に前記移動体が存在する場合に該移動体と通信を行う対移動体通信手段と、ノード間通信手段により取得した情報に基づいて自らの管理領域内の移動体の行動を決定するノード側計算手段を備え、複数のノードは互いに連結可能であるとともに、各ノードは隣接するノードに対して着脱自在である。 One aspect of the present invention is a management system in which the behavior of one or more mobile objects moving on a plurality of modularized nodes that divide and manage an environment is managed in a distributed manner by each node, and each node has at least based on the information acquired by the inter-node communication means; A plurality of nodes can be connected to each other, and each node can be attached to and detached from an adjacent node .
本発明の一態様によれば、環境（例えば、床面）を構成する複数のノードのそれぞれが、ノード間通信手段により取得した情報に基づいて自らのノード上の移動体の行動を決定するノード側計算手段を備えることで、中央制御機構を必要とせず、環境自体が計算能力を有して分散管理を行うことができる。また、各ノードを隣接するノードに対して着脱自在とすることにより、自由に環境の設計やスケールの変更等を行うことができる。 According to one aspect of the present invention, each of a plurality of nodes constituting an environment (for example, a floor surface) is a node that determines the behavior of a mobile object on its own node based on information acquired by an inter-node communication means. By providing the side calculation means, the environment itself has the calculation capability and can perform distributed management without requiring a central control mechanism. Furthermore, by making each node detachable from adjacent nodes, it is possible to freely design the environment, change the scale, etc.
このとき、本発明の一態様では、ノード側計算手段は、少なくとも、ノード同士の接続関係を制御するアルゴリズムを有するとしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the node-side calculation means may have at least an algorithm for controlling connection relationships between nodes.
これにより、各ノードは隣接するノード同士で通信を行って情報のやり取りをすることができる。 This allows each node to communicate with adjacent nodes to exchange information.
また、本発明の一態様では、ノード側計算手段は、隣接するノードとの協調動作を制御するアルゴリズム、及び移動体の行動計画を行うアルゴリズムを有するとしてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the node-side calculation means may include an algorithm for controlling cooperative operations with adjacent nodes and an algorithm for planning the action of a mobile object.
このようなアルゴリズムを用いることにより、各ノードにおいて移動体が移動するべき経路を算出し、分散管理を行うことができる。 By using such an algorithm, it is possible to calculate the route that a mobile object should travel at each node and perform distributed management.
また、本発明の一態様では、ノード側計算手段はノード間通信手段により作成されたノード間の移動経路表であるルーティングテーブルを保持するとしてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the node-side calculation means may hold a routing table that is a travel route table between nodes created by the inter-node communication means.
ノード間通信手段による隣接ノード間での通信に基づいて作成されたルーティングテーブルを用いることによって、自らのノード上に存在する移動体が移動するべき経路を決定することができる。 By using a routing table created based on communication between adjacent nodes by the inter-node communication means, it is possible to determine the route that a mobile object existing on the own node should travel.
以上説明したように本発明によれば、中央制御機構を必要とせず、環境自体が計算能力を有して環境中に存在する移動体の分散管理を行うことができる。 As described above, according to the present invention, the environment itself has computing power and distributed management of mobile objects existing in the environment can be performed without requiring a central control mechanism.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実
施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本
実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Note that this embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and all of the configurations described in this embodiment are essential as a solution to the present invention. It doesn't necessarily have to be.
図１は、本発明の一実施形態に係る管理システムの構成の一例を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る管理システム１は、複数の端末（ノード）１０および１以上の移動体（ロボットなど）２０からなり、各モジュール（ノード）１０は実物理空間内の決められた領域の状態および領域内に存在する移動体２０の行動を管理する。一例として、ノード１０は、パネル状あるいはブロック状の床面を形成し、移動体２０は連結された複数のノード１０上を移動する。ノード１０は管理領域内に存在する移動体２０との通信手段を有し、また、隣接するノードとの間にも通信手段を有する。各ノード１０は、ノード間での合意結果に基づいて移動体２０の行動を制御することで、環境中に存在する移動体２０の協調行動を計画する。本発明の一態様では、移動体２０はノード１０に対し自身の目的を送信し、ノード１０は隣接するノード間で通信を行って経路を決定し、移動体２０はノード１０からの指示を受信し次第、指示に従って行動を実行する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a management system according to an embodiment of the present invention. A
このように、本発明の一態様では、環境（ノード）に計算能力を埋め込むことで、環境（ノード）が行動計画を行い、移動体は環境（ノード）からの指示に従って行動するアプローチをとる。すなわち、従来のように中央制御機構によって環境全体を一元管理するのではなく、環境を局所的に管理するノードを多数配置し、ノード間の通信に基づいて環境全体を管理しようというアプローチである。この仕組みにより、環境サイズの拡大に対してはノードの配置数を増やすことで容易に対応が可能であり、また１つのノードが管理を担当する領域中に存在できる移動体数に制限があるため、システム全体における移動体数の増加の影響を受けにくい。ノード数の増加に対しても、ノード同士の通信は局所的にのみ行われるため、スケーラビリティは確保される。 In this way, one aspect of the present invention takes an approach in which computing power is embedded in the environment (node) so that the environment (node) makes an action plan and the mobile body acts according to instructions from the environment (node). That is, instead of centrally managing the entire environment using a central control mechanism as in the past, this approach involves arranging a large number of nodes that manage the environment locally and managing the entire environment based on communication between the nodes. With this mechanism, it is possible to easily cope with the expansion of the environment size by increasing the number of deployed nodes, and there is a limit to the number of mobile objects that can exist in the area that one node is responsible for managing. , is less susceptible to an increase in the number of moving objects in the entire system. Even when the number of nodes increases, scalability is ensured because communication between nodes is performed only locally.
本発明の一実施形態に係る管理システム１において、移動体２０は環境（ノード）１０からの指示に応じて行動するため、移動体同士で各自の行動に関して通信を行う必要がない。分散管理の仕組みにより、ノード１０と移動体２０との距離について上界を設けることが容易であるため、管理領域内のノード１０と移動体２０との通信には例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）などを用いることが可能であり、上述したような通信干渉の問題は解決される。
In the
また、隣接するノード同士は直接通信が可能となるよう管理システム１を構築する。これにより、あるノードが管理する環境の状態はマルチホップ通信によりすべてのノードで共有され、例えばある場所が立ち入り禁止状態になっているなどの情報を予め環境で考慮可能となる。状態共有には距離に応じた遅れが生じるものの、移動体が自律的に環境を知覚する場合と比較して明らかに早いタイミングでの行動計画の変更が可能となる。
Furthermore, the
本発明の一実施形態に係る管理システム１は、各ノードの隣接ノードとの局所通信に基づいて自律分散的に制御されている。各ノードの振る舞いを決定する分散アルゴリズムは階層構造を有し、それぞれ（１）ノード同士の接続関係（トポロジ）を制御するアルゴ
リズム、（２）隣接ノードとの協調動作を制御するアルゴリズム、（３）移動体の行動計画を行うアルゴリズム、等からなる。こうしたノードの制御アルゴリズムとは独立して、移動体は自身の行動制御のためのアルゴリズムおよび行動計画以外の協調動作アルゴリズム（たとえば移動体間の役割分担など）を有する。
The
例えば、各ノードは隣接ノードとの通信によって特定の移動体が移動可能な範囲について予め合意をとることが可能である。これにより、各移動体は独立に衝突回避プログラムを動かすことなく、他の移動体と衝突しない経路上を移動し続けることができる。一例として、図１に示すように、移動体２０Ａは、移動体２０Ａ直下のノード間の通信によって決定された領域（斜線部）５０Ａ上のみを移動し、移動体２０Ｂは、移動体２０Ｂ直下のノード間の通信によって決定された領域（ドット部）５０Ｂ上のみを移動することで、互いに衝突しないことを保証できる。これは、他の移動体についても同様である。
For example, each node can reach an agreement in advance about the range within which a particular mobile object can move by communicating with neighboring nodes. As a result, each moving object can continue to move on a path that does not collide with other moving objects without independently running the collision avoidance program. As an example, as shown in FIG. 1, the
また、本発明の一実施形態に係る管理システム１では、複数のノードは互いに連結可能であるとともに、各ノードは隣接するノードに対して着脱自在であるとしてもよい。例えば、図１に示すように、すでに構築された環境に対して、新たなノード５を接続することもできる。新たなノード５は、隣接するノードと通信を行うことで、各ノードが保有する情報を更新することができる。
Furthermore, in the
また、ノードは隣接ノードとの通信により、不具合が生じて通行ができないノード６（図１中、バツ印のついたノード）や、不具合が生じた移動体７（図１中、バツ印のついた移動体）により通行が妨げられる可能性のあるノード（当該移動体７直下の２つのノード）を検出することができ、移動体がその場所へ行かないよう予め経路計画を変更することが可能となる。不具合の生じたノード６あるいは移動体７は、適当なタイミングで取り除き、新たなノードや移動体と交換することができる。
In addition, a node may be unable to pass due to a communication problem with an adjacent node, such as a node 6 (the node marked with a cross in Figure 1), or a
次に、本発明の一態様に係るノード及び移動体が備える構成について説明する。図２は、本発明の一態様に係るノードの構成の一例を示すブロック図である。ノード１０は、例えば図２に示すように、対移動体通信手段１１、ノード側計算手段１２、ノード間通信手段１３、電源１４などから構成される。
Next, a configuration of a node and a mobile body according to one aspect of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a node according to one aspect of the present invention. For example, as shown in FIG. 2, the
対移動体通信手段１１は、移動体（ロボット）との非接触型双方向通信を提供するものである。対移動体通信手段１１は、一例として、ＲＦＩＤや赤外線通信、可視光線通信、音波通信などの近距離無線通信技術により実装される。移動体との双方向通信のため、移動体の側も同規格の近距離無線通信モジュールを備える必要がある。例えば、通信方式を近距離通信とすることで、電波干渉を最小限に抑えることができる。 The mobile object communication means 11 provides non-contact two-way communication with a mobile object (robot). For example, the mobile communication means 11 is implemented using short-range wireless communication technology such as RFID, infrared communication, visible light communication, and sonic communication. For two-way communication with a mobile object, the mobile object must also be equipped with a short-range wireless communication module of the same standard. For example, by using short-range communication as the communication method, radio wave interference can be minimized.
ノード側計算手段１２は、ＣＰＵ等の計算ユニット、および、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置からなる計算資源を持ち、一例として、メモリ３１、経路設定部３２、及び、ネットワーク制御部３３（接続管理部３４やルーティングテーブル３５等からなる）を備える。経路設定部３２やネットワーク制御部３３により、（１）移動体の行動計画、（２）移動体・隣接ノードとの通信管理、（３）隣接ノードとの通信に基づく環境情報（トポロジ情報など）の把握を行うことができる。また、移動体の行動計画は、例えば、NetChangeなどの分散アルゴリズムを用いたトポロジ情報に基づくルーティングテーブル３５の計算・保持・更新により実現され得る。また、隣接ノードとの接続関係の更新は、例えば、Ping送信などにより接続状態を監視することより実現されうる。
The node-side calculation means 12 has calculation resources consisting of a calculation unit such as a CPU and a storage device such as ROM or RAM, and includes, for example, a
ノード間通信手段１３は、隣接するノード１５Ａ、１５Ｂ（隣接するノードの数による）との間での通信を行うものである。通信の確実性およびリアルタイム性を重視し、接触型双方向通信を採用することが好ましい。例えば、Ｉ２ＣやＳＰＩ、ＵＡＲＴ、ＣＡＮなどのプロトコルにより実装され得る。また、接続は、有線端子あるいはマグネットコネクタなどにより実装され得る。隣接ノードとの局所通信に基づき、各ノードは担当領域内に存在する移動体について適切な行動計画を行い、これを上述の非接触型近距離通信等により移動体へ伝達する。また、分散ルーティングなどの技術により、各ノードはノード間通信を介して環境の変化を検出し、これに自律的に対応することができる。
The inter-node communication means 13 is for communicating with
電源１４は、上述した対移動体通信手段１１、ノード側計算手段１２、ノード間通信手段１３などを稼働させるためのものである。電源はリチウムイオン電池などバッテリーを内蔵する形式の他に、電源線をノード間で共有する方法、Ｑｉなどの無線給電技術によりノード下部の床より給電する方法、ソーラーパネルなどを用いた自己発電などにより実現され得る。
The
図３は、本発明の一態様に係る移動体の構成の一例を示すブロック図である。移動体２０は、例えば図３に示すように、移動体側計算手段２１、対ノード通信手段２２、センサー２３、アクチュエーター２４、外部通信手段２５、電源２６などから構成される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a moving body according to one aspect of the present invention. For example, as shown in FIG. 3, the
移動体側計算手段２１は、ＣＰＵ等の計算ユニット、および、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置からなる計算資源を持ち、一例として、メモリ４１、動作制御部４２、及び、意思決定部４３を備える。動作制御部４２や意思決定部４３により、（１）アクチュエーターやセンサーを用いた移動の制御、（２）移動体が位置するノード・外部デバイス６０との通信管理、（３）ノードとの通信に基づく進行方向の把握、（４）目的地の選択・決定を行うことができる。また、目的地の選択・決定は、例えば、Wi-Fiなどを介して目的地を与える他デバイスとの通信などにより実現され得る。
The mobile body side calculation means 21 has calculation resources consisting of a calculation unit such as a CPU and a storage device such as a ROM or RAM, and includes, for example, a
対ノード通信手段２２は、ノード１０との非接触型双方向通信を提供するものである。対ノード通信手段２２は、一例として、ＲＦＩＤや赤外線通信、可視光線通信、音波通信などの近距離無線通信技術により実装される。ノード１０との双方向通信のため、ノード１０の側も同規格の近距離無線通信モジュールを備える必要がある。
The node-to-node communication means 22 provides contactless two-way communication with the
センサー２３は、移動体２０の正常な進行や、緊急時の回避行動のために必要となる構成である。センサー２３は、赤外線センサーや超音波センサー、あるいはカメラなどにより実装され得る。
The
アクチュエーター２４は、移動体２０の移動のために必要となる構成である。アクチュエーター２４は、無限軌道やタイヤを動かすモーターなどにより実現され得る。
The
外部通信手段２５は、外部デバイス６０から目的地情報を受け取るためなどのために外部デバイス６０と通信を行う。外部通信手段２５は、例えば、Wi-FiやBluetooth（登録商標）などにより実現され得る。 The external communication means 25 communicates with the external device 60 in order to receive destination information from the external device 60 and the like. The external communication means 25 may be realized by, for example, Wi-Fi or Bluetooth (registered trademark).
電源２６は、上述した各モジュールを稼働させるためのものである。電源２６は、例えばリチウムイオン電池などバッテリーを内蔵する形式、Ｑｉなどの無線給電技術により給電する方法、ソーラーパネルなどを用いた自己発電などにより実現される。
The
次に、本発明に係る管理方法の一実施形態について、図面を使用しながら説明する。 Next, one embodiment of the management method according to the present invention will be described using the drawings.
図４は、環境（ノード）による移動体の行動制御の一例を示した概略図であり、図４（Ａ）は、移動前の制御フローを示した図であり、図４（Ｂ）は、移動後の制御フローを示した図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of behavior control of a mobile body by the environment (node), FIG. 4(A) is a diagram showing a control flow before movement, and FIG. It is a figure showing the control flow after movement.
一例として、移動体がノードＡからノードＢへと移動する場合の制御フローを示す。なお、移動体のいるノード（ノードＡ）は「移動体（ロボット）を保有している状態」、移動体のいないノード（ノードＢ）は「予約を受け付ける状態」であるとする。 As an example, the control flow when a mobile moves from node A to node B is shown. It is assumed that a node with a moving object (node A) is in a "state of owning a moving object (robot)" and a node without a moving object (node B) is in a "state of accepting reservations."
まず、図４（Ａ）に示すように、移動体は、例えば外部デバイスから入力された最終的な目的地へ移動するための移動先を直下のノードＡに対して問い合わせる（通信ｍ１）。移動体から移動先の問い合わせを受けたノードＡは、例えば、予めノード間の通信により作成されたルーティングテーブルを基に、ノード側計算手段内の経路設定部により適切な移動先（隣接するノードＢ）を決定する（プロセスｐ１）。 First, as shown in FIG. 4(A), the mobile body inquires of the node A immediately below about the destination to move to the final destination input from, for example, an external device (communication m1). Node A, which receives an inquiry about a destination from a mobile object, selects an appropriate destination (adjacent node ) is determined (process p1).
移動先（隣接するノードＢ）決定後は、ノードＡは、移動先ノード（ノードＢ）へ移動の可否を問い合わせる（通信ｍ２）。ノードＢは、移動体がいないノードであるため、ノードＡからの予約を受け付け、移動体の移動を待機する状態へ移行する（プロセスｐ２）。そして、ノードＢは、移動を受け付ける旨をノードＡへと通知する（通信ｍ３）。 After determining the movement destination (adjacent node B), node A inquires of the movement destination node (node B) as to whether movement is possible (communication m2). Since node B is a node without a mobile object, it accepts a reservation from node A and shifts to a state where it waits for the movement of a mobile object (process p2). Then, node B notifies node A that the movement is accepted (communication m3).
ノードＢから移動受付の通知を受けたノードＡは、移動体への移動命令を構築し、移動体へ移動命令を発行し（通信ｍ４）、移動完了を待機する状態へ移行する（プロセスｐ３）。ノードＡから移動命令を受けた移動体は、指定された移動先（ノードＢ）への移動を開始する（アクションａ１）。 Node A, which receives the notification of movement acceptance from node B, constructs a movement command to the mobile object, issues the movement command to the mobile object (communication m4), and shifts to a state of waiting for movement completion (process p3). . The mobile object that receives the movement command from node A starts moving to the designated movement destination (node B) (action a1).
移動体（ロボット）が移動している間、移動元ノード（ノードＡ）及び移動先ノード（ノードＢ）は、共に移動体の移動完了を待機する。この間、隣接する他のノードから送られ得る、別の移動体に関する移動可否の問い合わせには、すべて「不可」である旨を返し、他の移動体が管理区域内に侵入することを避ける。 While the mobile object (robot) is moving, both the source node (node A) and the destination node (node B) wait for the movement of the mobile object to be completed. During this time, all inquiries about whether or not other mobile objects can be moved, which may be sent from other adjacent nodes, are answered with "not possible" to prevent other mobile objects from entering the managed area.
移動後の制御フローについては、図４（Ｂ）に示すように、移動体が移動先（ノードＢ）への移動を完了する（アクションａ１）。このとき、移動体はノードＢに対して移動が完了したことを通知する（通信ｍ１）。通知を受けたノードＢは、移動体の移動を待機する状態から移動体を保有している状態に移行する（プロセスｐ１）。 Regarding the control flow after movement, as shown in FIG. 4(B), the mobile body completes movement to the movement destination (node B) (action a1). At this time, the mobile body notifies the node B that the movement has been completed (communication m1). Upon receiving the notification, the node B shifts from a state of waiting for the movement of the mobile object to a state of holding the mobile object (process p1).
そして、ノードＢは移動元ノード（ノードＡ）へ移動が完了した旨を通知する（通信ｍ２）。通知を受けたノードＡは、移動完了を待機する状態から予約を受け付ける状態へと移行する（プロセスｐ２）。ノードＡは、移動元ノード（ノードＡ）の状態更新が成功したことを移動先ノード（ノードＢ）へ通知し（通信ｍ３）、ノードＢは、移動に関わったノードの状態更新が成功したことを移動体（ロボット）に通知する（通信ｍ４）。状態更新の成否の通知がシステム要件として不必要である場合、通信ｍ３およびｍ４は省略しても良い。 Then, node B notifies the migration source node (node A) that the migration has been completed (communication m2). Node A, which has received the notification, shifts from a state of waiting for movement completion to a state of accepting reservations (process p2). Node A notifies the destination node (node B) that the status update of the source node (node A) was successful (communication m3), and node B informs that the status update of the nodes involved in the movement was successful. is notified to the moving object (robot) (communication m4). If notification of success or failure of status update is unnecessary as a system requirement, communications m3 and m4 may be omitted.
なお、移動先ノード（ノードＢ）が「移動体（ロボット）を保有する状態」あるいは「移動体（ロボット）の移動完了を待機する状態」にある場合、この移動先ノード（ノードＢ）は新たな予約操作を受け付けることができない。なぜならば、新たな予約操作を受け付け、他の移動体の侵入を許してしまうと、移動体同士の衝突が発生してしまうためである。移動先ノードが予約を受け付けられない場合、図４（Ａ）におけるプロセスｐ２は正常に実行されず、代わりに移動元ノード（ノードＡ）に対して「受け入れ不可」であることを通知する。移動先ノード（ノードＢ）から「受け入れ不可」の通知を受け取った移動元ノード（ノードＡ）は、他の移動先を探すか、あるいは移動体に対してその場で待機するよう命令を下す。この部分に関してはシステム固有の振る舞いではなく、移動体の行動計画を具体的に行うアルゴリズムによって振る舞いが決定される。 Note that if the destination node (node B) is in a state of "holding a moving object (robot)" or "waiting for the completion of movement of a moving object (robot)", this destination node (node B) Unable to accept reservation operations. This is because if a new reservation operation is accepted and another mobile object is allowed to enter, a collision between the mobile objects will occur. If the destination node cannot accept the reservation, the process p2 in FIG. 4A is not executed normally, and instead notifies the source node (node A) that the reservation cannot be accepted. The source node (node A), which has received the "unacceptable" notification from the destination node (node B), searches for another destination or instructs the mobile object to wait there. Regarding this part, the behavior is determined not by system-specific behavior but by an algorithm that specifically plans the behavior of the moving object.
なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、本発明では主に複数のノードによる環境中の移動体の行動の分散管理について説明してきたが、分散管理の管理対象は移動体に限らず、環境自体もその対象であってもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail as above, those skilled in the art will easily understand that many modifications can be made without substantively departing from the novelty and effects of the present invention. It will be possible. Therefore, all such modifications are included within the scope of the present invention. For example, although the present invention has mainly described distributed management of the behavior of mobile objects in an environment by a plurality of nodes, the object of distributed management is not limited to mobile objects, but may also be the environment itself.
また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、管理システム及び管理方法の構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Furthermore, a term that is described at least once in the specification or drawings together with a different term with a broader or synonymous meaning may be replaced by that different term anywhere in the specification or drawings. Furthermore, the configuration and operation of the management system and management method are not limited to those described in the embodiment of the present invention, and various modifications are possible.
本発明の一態様に係る管理システム及び管理方法をもとに展開されうる主なサービスとして、大規模な自動共有倉庫（Automated Shared Warehouse）が挙げられる。現在の大規模倉庫の多くは基本的に自社倉庫の形式をとっており、高い資本力を持った大企業でなければ保有が難しい。資本力に乏しい中小企業が少ない投資で倉庫を保有しようとする場合、複数の企業でシェア可能な倉庫サービスの利用が考えられる。このとき、従来の中央制御システムでは、マスターコンピュータを保有する企業に権力が集中しかねない問題が発生するが、自律分散型のシステムであればこうした問題を回避可能である。特に、本発明に基づくシステムでは、環境側が移動体の占有面積、移動速度、位置を把握することができるため、移動体の差異を吸収した経路計画が可能となる。この点において、本発明は将来的に広く利用されることが想像できる。 A major service that can be developed based on the management system and management method according to one aspect of the present invention is a large-scale automated shared warehouse. Many of the current large-scale warehouses are basically in-house warehouses, which are difficult to own unless you are a large company with strong capital. When small and medium-sized enterprises with limited capital want to own a warehouse with a small investment, they may consider using a warehouse service that can be shared by multiple companies. At this time, with conventional central control systems, a problem arises in which power may be concentrated in the company that owns the master computer, but with an autonomous decentralized system, this problem can be avoided. In particular, in the system based on the present invention, since the environment side can grasp the occupied area, moving speed, and position of a moving object, it is possible to plan a route that absorbs differences between moving objects. In this respect, it can be imagined that the present invention will be widely utilized in the future.
また、自動倉庫に限らず、本発明はより一般的に複数の移動体からなるシステムの基盤となるインフラストラクチャとなり得る。例えば自動運転車により形成されるインテリジェント・トランスポーテーション・システムが実現した未来において、現在の考え方では、輸送車間で通信を行うことで衝突回避などの協調動作を行う従来の分散管理手法が考えられるが、本発明によりその状況は一変する可能性がある。本発明の肝たる「環境に行動計画を委任し、移動体は環境からの指示に基づいて行動する」アイデアは、将来的なインフラ基盤の根源的アイデアとなる可能性を十分に持っている。 Moreover, the present invention is not limited to automatic warehouses, but can be used as an infrastructure that is the basis of a system consisting of a plurality of moving bodies more generally. For example, in a future where intelligent transportation systems formed by self-driving cars have become a reality, the current thinking is to use traditional distributed management methods that enable cooperative actions such as collision avoidance by communicating between transport vehicles. However, the present invention has the potential to completely change that situation. The idea of ``delegating action plans to the environment and allowing mobile objects to act based on instructions from the environment'', which is the core of the present invention, has ample potential to become a fundamental idea for future infrastructure.
１ 管理システム、５ 新たなノード、６ 不具合の生じたノード、７ 不具合の生じた移動体、１０ ノード、１１ 対移動体通信手段、１２ ノード側計算手段、１３ ノード間通信手段、１４ 電源、１５Ａ，１５Ｂ 隣接するノード、２０，２０Ａ，２０Ｂ 移動体、２１ 移動体側計算手段、２２ 対ノード通信手段、２３ センサー、２４ アクチュエーター、２５ 外部通信手段、２６ 電源、３１ メモリ、３２ 経路設定部、３３ ネットワーク制御部、３４ 接続管理部、３５ ルーティングテーブル、４１ メモリ、４２ 動作制御部、４３ 意思決定部、５０Ａ，５０Ｂ ノード間の通信によって決定された領域、６０ 外部デバイス 1 Management System, 5 New Node, 6 Node with Problem, 7 Mobile Object with Problem, 10 Node, 11 Communication Means for Mobile Object, 12 Node Side Calculation Means, 13 Inter-Node Communication Means, 14 Power Supply, 15A , 15B adjacent node, 20, 20A, 20B mobile body, 21 mobile body side calculation means, 22 node-to-node communication means, 23 sensor, 24 actuator, 25 external communication means, 26 power supply, 31 memory, 32 route setting section, 33 network Control unit, 34 Connection management unit, 35 Routing table, 41 Memory, 42 Operation control unit, 43 Decision making unit, 50A, 50B Area determined by communication between nodes, 60 External device
Claims (4)
前記各ノードは、少なくとも、
隣接するノードと通信を行うノード間通信手段と、
自らの管理領域内に前記移動体が存在する場合に該移動体と通信を行う対移動体通信手段と、
前記ノード間通信手段により取得した情報に基づいて自らの管理領域内の前記移動体の行動を決定するノード側計算手段
を備え、
前記複数のノードは互いに連結可能であるとともに、各ノードは隣接するノードに対して着脱自在であることを特徴とする管理システム。 A management system in which the behavior of one or more mobile objects moving in an environment composed of a plurality of nodes is managed in a distributed manner by each node,
Each of the nodes includes at least
inter-node communication means for communicating with adjacent nodes;
A mobile object communication means that communicates with the mobile object when the mobile object exists within its own management area;
comprising a node-side calculation means for determining the behavior of the mobile body within its own management area based on the information acquired by the inter-node communication means;
A management system characterized in that the plurality of nodes are connectable to each other, and each node is detachable from an adjacent node .
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