JP6852864B2

JP6852864B2 - Robot monitoring and control system

Info

Publication number: JP6852864B2
Application number: JP2016123430A
Authority: JP
Inventors: 敏規加川; 滝沢　賢一; 賢一滝沢; 文枝小野; 三浦　龍; 龍三浦
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: JP2017228917A

Description

本発明は、ロボット装置からの状態情報を検知することでこれを監視するとともにロボット装置に対して制御信号を送信することによりこれを制御するロボット制御システムに関し、特に電波伝搬環境が厳しい状態の下でも無線通信の遅延時間を一定時間内に収める上で好適なロボット監視制御システムに関する。 The present invention relates to a robot control system that monitors state information by detecting it from a robot device and controls it by transmitting a control signal to the robot device, especially under a severe radio wave propagation environment. However, it relates to a robot monitoring and control system suitable for keeping the delay time of wireless communication within a certain time.

近年において、各種産業や家庭においてロボット装置が普及しつつある。このロボット装置は、有線通信又は無線通信を介してその状態が監視され又は制御される。有線通信を介してロボット装置と通信し、これを監視制御する場合には、そのロボット装置の行動を大きく制限してしまうデメリットがある。 In recent years, robot devices have become widespread in various industries and homes. The state of this robot device is monitored or controlled via wired communication or wireless communication. When communicating with a robot device via wired communication and monitoring and controlling the robot device, there is a demerit that the action of the robot device is greatly restricted.

一方、無線通信を介してロボット装置と通信し、これを監視制御する場合には、ロボットの行動を制限することなく活用はできる。最も普及している無線通信方式としては、例えば７０ＭＨｚ帯等のラジオコントロール専用周波数を固定チャネルとして排他的に用いる方式や、２．４ＧＨｚ帯において、直接スペクトル拡散あるいは周波数ホッピング等により他の無線サービスと共用して用いる方式が既に実用化されている。また一般のインターネット回線に使用される無線ＬＡＮを用いる方式も実用化されている。 On the other hand, when communicating with a robot device via wireless communication and monitoring and controlling the robot device, it can be utilized without restricting the behavior of the robot. The most popular wireless communication methods include, for example, a method that exclusively uses a radio control dedicated frequency such as the 70 MHz band as a fixed channel, and a method that uses direct spread spectrum or frequency hopping in the 2.4 GHz band to connect with other wireless services. The shared method has already been put into practical use. In addition, a method using a wireless LAN used for a general Internet line has also been put into practical use.

しかしながら、この無線通信を介してロボット装置と通信し、これを監視制御する場合には、電波の伝播環境に応じて通信の信頼性が低下する場合がある。ここでいう通信の信頼性の低下は、一般的には建物内においてロボット装置を使用する場合や、建物や地形の起伏、あるいは樹木等により電波が遮蔽される場合等、主として遮蔽物による電波の減衰により引き起こされる。特に２ＧＨｚ帯以上の電波は、このような遮蔽物による電波の減衰が大きく、電波の到達エリアが極めて小さくなる場合が多い。また、現在におけるロボット装置との無線通信方式では、空間的、周波数的な冗長性はなく、同様に遮蔽物による通信品質の低下が生じ易い。 However, when communicating with the robot device via this wireless communication and monitoring and controlling the robot device, the reliability of the communication may decrease depending on the radio wave propagation environment. The decrease in communication reliability here is generally caused by the use of robot devices in buildings, the undulations of buildings and terrain, or the case where radio waves are blocked by trees, etc. Caused by decay. In particular, for radio waves in the 2 GHz band or higher, the attenuation of the radio waves due to such a shield is large, and the reach area of the radio waves is often extremely small. Further, in the current wireless communication method with a robot device, there is no spatial and frequency redundancy, and similarly, the communication quality is likely to be deteriorated due to a shield.

このため、ロボット装置とこれを制御する制御装置との間で、このような遮蔽物により通信品質の低下が生じないような通信経路を予め設定しておくことが本来は望ましい。しかしながら、このロボット装置の中には、車輪等が設けられることで走行自在に構成されているものもあり、中でもロボット装置が無人航空機等に具現化される場合には、プロペラ等が設けられることで飛行自在に構成されているものもある。即ち、このロボット装置は、二次元的な平面移動及び三次元的な空間移動をすることも考慮に入れる必要がある。このため、遮蔽物による通信品質の低下が生じないようにロボット装置との通信経路を設定した場合においても、その後ロボット装置が移動し、無線通信が事後的に遮蔽物により遮蔽される結果、通信品質が低下してしまう場合もある。このような通信品質の低下が生じた場合には、通信遅延が生じるばかりではなく、その回復が困難となり、ロボット制御装置の監視制御を継続して行うことが困難になるという問題点が生じる。また無線ＬＡＮによる方式では、ロボットが複数個同時に近接して運用される場合に、複数の信号が１の周波数帯域と送信タイミングを競争により獲得し合うため、ロボット装置と制御装置間の通信遅延時間が保証されないという問題点が生じる。 Therefore, it is originally desirable to set in advance a communication path between the robot device and the control device that controls the robot device so that the communication quality is not deteriorated by such a shield. However, some of these robot devices are configured to be freely travelable by being provided with wheels or the like, and in particular, when the robot device is embodied in an unmanned aerial vehicle or the like, a propeller or the like is provided. Some are configured to fly freely. That is, it is necessary to take into consideration that this robot device also performs two-dimensional plane movement and three-dimensional space movement. Therefore, even if the communication path with the robot device is set so that the communication quality is not deteriorated by the shield, the robot device then moves and the wireless communication is subsequently shielded by the shield, resulting in communication. The quality may deteriorate. When such a deterioration in communication quality occurs, not only communication delay occurs, but also recovery thereof becomes difficult, and there arises a problem that it becomes difficult to continuously monitor and control the robot control device. Further, in the wireless LAN method, when a plurality of robots are operated in close proximity to each other at the same time, a plurality of signals acquire one frequency band and transmission timing by competition, so that the communication delay time between the robot device and the control device is long. The problem arises that is not guaranteed.

即ち、ロボット装置は移動自在に構成されることを前提とするのであれば、制御装置により無線通信を通じてこれを監視および制御する際に、ロボット装置と送受信する電波の伝播環境が時々刻々と変化することが前提となる。そして、この電波が遮蔽物により事後的に遮蔽されることで通信品質が低下する可能性があることは常に考慮に入れる必要がある。このため、このようなロボット装置の移動による事後的な通信品質の低下を回避することができるような監視制御システムを構築する必要がある。 That is, if it is assumed that the robot device is configured to be movable, the propagation environment of radio waves transmitted to and received from the robot device changes from moment to moment when the control device monitors and controls the robot device through wireless communication. Is a premise. And it is always necessary to take into consideration that the communication quality may be deteriorated because this radio wave is shielded after the fact by a shield. Therefore, it is necessary to construct a monitoring and control system that can avoid a subsequent deterioration in communication quality due to such movement of the robot device.

なお、特許文献１には、サーバーとクライアント間において遅延時間を防止する技術が開示されているが、ロボット装置の監視制御を目的とした技術ではなく、また中継装置を経由した経路やその切り替え機能を前提とした技術でもない。また特許文献２には、アドホックネットワークを構成している群集ロボット間のメッセージの伝送のため通信経路を探索する技術が開示されている。しかしながら、この特許文献２の開示技術についても、ロボット装置の監視制御を目的としない多段のデータ転送システムとなり、遅延時間を保証する手段を備えておらず、上述したような制御装置により一のロボット装置の監視制御を行う状況とは異なるものである。 Although Patent Document 1 discloses a technique for preventing a delay time between a server and a client, it is not a technique for monitoring and controlling a robot device, and a route via a relay device and a switching function thereof. It is not a technology that presupposes. Further, Patent Document 2 discloses a technique for searching a communication path for transmitting a message between crowd robots constituting an ad hoc network. However, the technique disclosed in Patent Document 2 is also a multi-stage data transfer system that is not intended for monitoring and controlling a robot device, and does not have a means for guaranteeing a delay time. This is different from the situation in which monitoring and control of the device is performed.

特開２０１３−５８８８２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-58882 特開２０１３−１２６２５２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-126252

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ロボット装置からの状態情報を検知することでこれを監視するとともにロボット装置に対して制御信号を送信することによりこれを制御するロボット制御システムに関し、ロボット装置の移動により電波の伝播環境が時々刻々と変化する前提の下で、事後的な通信品質の低下を防止することができ、制御情報、監視情報の送受信時間を一定時間内に収めることが可能なロボット監視制御システムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to detect and monitor the state information from the robot device and control signals to the robot device. Regarding the robot control system that controls this by transmitting, it is possible to prevent the subsequent deterioration of communication quality under the premise that the propagation environment of radio waves changes from moment to moment due to the movement of the robot device, and control information. The purpose of the present invention is to provide a robot monitoring control system capable of keeping the transmission / reception time of monitoring information within a certain period of time.

第１発明に係るロボット監視制御システムは、移動自在なロボット装置の監視及び制御を無線通信を通じて行うためのロボット監視制御システムにおいて、上記ロボット装置から検出された状態情報に基づいてこれを監視すると共に、上記ロボット装置を制御するための制御情報を生成してこれを当該ロボット装置へ送信する制御装置と、上記ロボット装置から上記制御装置への上記状態情報の送信、並びに上記制御装置から上記ロボット装置への上記制御情報の送信を、少なくとも１以上の中継装置を介して中継する中継装置群とを備え、上記中継装置群は、上記制御装置から上記ロボット装置間の上記中継装置を介した一の通信経路における通信品質を計測する計測手段と、上記計測手段による計測結果に応じて上記一の通信経路から他の通信経路へ切り替える経路切替手段とを有し、上記経路切替手段は、上記切り替え時において、通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間の何れか１以上に基づいて、何れかの他の通信経路を選択し、一の中継装置は、他の中継装置と時間同期しつつ上記状態情報並びに上記制御情報の送信を中継し、上記通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間の指標のうち、２以上の指標に基づいて上記通信経路の評価を行う場合、優先順位に応じて上記指標に重み付けを施すことを特徴とする。 The robot monitoring and control system according to the first invention is a robot monitoring and control system for monitoring and controlling a movable robot device through wireless communication, and monitors the robot based on the state information detected from the robot device. , A control device that generates control information for controlling the robot device and transmits the control information to the robot device, transmission of the state information from the robot device to the control device, and transmission of the state information from the control device to the robot device. The transmission of the control information to the robot device is provided with a relay device group that relays the transmission of the control information to the robot devices via at least one or more relay devices. It has a measuring means for measuring the communication quality in the communication path and a route switching means for switching from the one communication path to another communication path according to the measurement result by the measuring means, and the route switching means is at the time of the switching. In any other communication path, based on any one or more of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. Is selected, and one relay device relays the transmission of the above state information and the above control information while synchronizing with the other relay devices in time, and the distance, electric field strength, bit error rate, packet error rate, and communication of the communication path. When evaluating the communication route based on two or more indexes among the indexes of the number of relay devices located on the route and the delay time of the communication route, the index is weighted according to the priority. And.

第２発明に係るロボット監視制御システムは、第１発明において、上記他の通信経路は複数からなり、上記経路切替手段は、上記他の通信経路を選択する際、通信リンクが確立した上記複数からなる他の通信経路の候補の中から、１つの通信経路を選択することを特徴とする。 In the robot monitoring and control system according to the second invention, in the first invention, the other communication paths are composed of a plurality of the above-mentioned other communication paths, and the path switching means is derived from the above-mentioned plurality of communication links established when the other communication paths are selected. It is characterized in that one communication path is selected from the candidates of other communication paths .

第３発明に係るロボット監視制御システムは、第１発明又は第２発明において、上記計測手段による計測結果に応じて上記一の通信経路における通信周波数を切り替える周波数切替手段を有することを特徴とする。 The robot monitoring and control system according to the third invention is characterized in that, in the first invention or the second invention , it has a frequency switching means for switching a communication frequency in the one communication path according to a measurement result by the measuring means.

第４発明に係るロボット監視制御システムは、第１発明又は第２発明において、上記中継装置群は、上記計測手段による計測結果に応じて上記一の通信経路における通信周波数を切り替える周波数切替手段を更に有し、上記経路切替手段による通信経路の切り替えと、上記周波数切替手段による通信周波数の切り替えとを組み合わせることを特徴とする。 In the robot monitoring and control system according to the fourth invention , in the first invention or the second invention , the relay device group further includes a frequency switching means for switching a communication frequency in the one communication path according to a measurement result by the measuring means. It is characterized in that the switching of the communication path by the route switching means and the switching of the communication frequency by the frequency switching means are combined.

第５発明に係るロボット監視制御システムは、第１発明〜第４発明の何れか１つにおいて、上記計測手段は、通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間の何れか１以上に基づいて上記一の通信経路における通信品質を計測することを特徴とする。 Robot monitoring control system according to the fifth invention, Oite to any one of the first invention to the fourth invention, the measuring means, the distance of the communication path, electric field intensity, bit error rate, packet error rate, a communication path It is characterized in that the communication quality in the above one communication path is measured based on any one or more of the number of relay devices located above and the delay time of the communication path.

上述した構成からなる本発明によれば、遮蔽物の存在により通信品質が低下する可能性がある場合においても、新たに切り替えられた通信経路や通信周波数の下で無線通信リンクを新たに確立して、ロボット装置と制御装置との間で制御情報、状態情報の送受信を行うことができる。その結果、通信経路が遮蔽物で遮蔽されて通信品質が低下してしまうのを防止することができる。これに加えて本発明によれば、制御情報、監視情報の送受信時間を一定時間内に収めることが可能となる。特に移動自在なロボット装置が移動することで事後的に遮蔽物を介して無線通信が遮蔽される場合があるが、係るケースが発生した場合においても柔軟に対応することができ、通信品質の低下を防止できる。 According to the present invention having the above-described configuration, a wireless communication link is newly established under a newly switched communication path or communication frequency even when the communication quality may deteriorate due to the presence of a shield. Therefore, control information and state information can be transmitted and received between the robot device and the control device. As a result, it is possible to prevent the communication path from being shielded by a shield and the communication quality from being deteriorated. In addition to this, according to the present invention, it is possible to keep the transmission / reception time of control information and monitoring information within a certain time. In particular, when a movable robot device moves, wireless communication may be blocked through a shield after the fact, but even if such a case occurs, it can be flexibly dealt with and the communication quality deteriorates. Can be prevented.

本発明を適用したロボット監視制御システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the robot monitoring control system to which this invention is applied. ロボット装置のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block structure of a robot apparatus. 中継装置群を構成する各中継装置のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block composition of each relay device which constitutes a relay device group. 中継装置間で行われる制御情報の送信と、状態情報の送信を行うスーパーフレーム構成図である。It is a superframe block diagram which transmits control information and state information performed between relay devices. ロボット装置が移動等する結果、当初の通信経路が遮蔽物により遮蔽されてしまう例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example in which an initial communication path is shielded by a shield as a result of movement of a robot device. 通信品質の判断を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for making a judgment of communication quality. 複数からなる他の通信経路の候補の中から１つの通信経路を選択する例を示す図である。It is a figure which shows the example which selects one communication path from the candidate of another communication path which consists of a plurality of. 本発明を適用したロボット監視制御システムの作用効果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation effect of the robot monitoring control system to which this invention is applied.

以下、本発明を適用したロボット監視制御システムを実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。 Hereinafter, a mode for implementing the robot monitoring and control system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明を適用したロボット監視制御システム１の全体構成を示している。このロボット監視制御システム１は、ロボット装置２から検出された状態情報に基づいてこれを監視すると共に、ロボット装置２を制御するための制御情報を生成してこれを当該ロボット装置２へ送信する制御装置３と、ロボット装置２から制御装置３への状態情報の送信、並びに制御装置３からロボット装置２への制御情報の送信を中継する１以上の中継装置５からなる中継装置群４とを備えている。 FIG. 1 shows the overall configuration of the robot monitoring and control system 1 to which the present invention is applied. The robot monitoring and control system 1 monitors the robot device 2 based on the state information detected from the robot device 2, generates control information for controlling the robot device 2, and transmits the control information to the robot device 2. The device 3 includes a relay device group 4 including one or more relay devices 5 that relay the transmission of state information from the robot device 2 to the control device 3 and the transmission of control information from the control device 3 to the robot device 2. ing.

ロボット装置２は、産業用ロボットのみならず、家庭用ロボットを始め、人の変わりに何らかの自律的な作業を行ういかなる装置も含まれるものである。このロボット装置２は、産業用ロボットは、組立や加工、搬送、清掃、人命救助、警備、医療、介護、撮影、観測等、あらゆる産業上の用途において使用されるロボットを含む概念である。家庭用ロボットは、室内清掃、家事代行、介護、ペット用等あらゆる家庭での用途に使用されるロボットである。 The robot device 2 includes not only an industrial robot but also a domestic robot and any device that performs some autonomous work instead of a person. The robot device 2 is a concept in which an industrial robot includes a robot used in all industrial applications such as assembly, processing, transportation, cleaning, lifesaving, security, medical care, nursing care, photography, and observation. Domestic robots are robots used for all household purposes such as indoor cleaning, housekeeping, nursing care, and pets.

図２は、ロボット装置２のブロック構成を示している。ロボット装置２は、制御部２１と、制御部２１にそれぞれ接続された移動部２２、通信部２３、状態検出部２４とを備えている。特にこのロボット装置２は少なくとも移動自在に構成されている必要がある。このためロボット装置２において、移動部２２を必須の構成要件として備えている。 FIG. 2 shows a block configuration of the robot device 2. The robot device 2 includes a control unit 21, a moving unit 22, a communication unit 23, and a state detection unit 24, which are connected to the control unit 21, respectively. In particular, the robot device 2 needs to be configured to be at least movable. Therefore, the robot device 2 includes the moving unit 22 as an indispensable constituent requirement.

制御部２１は、このロボット装置２全体を制御するための中央制御ユニットとしての役割を担うものである。この制御部２１は、ロボット装置２が所期の動作を行う上で必要なあらゆる制御を司るものであり、予めプログラミングされたフローに基づいて動作するものであってもよいし、必要に応じて人工知能により制御されるものであってもよい。この制御部２１は、移動部２２による移動並びに状態検出部２４による状態検出も制御する。また制御部２１は、制御装置３から送信されてきた制御情報に基づいて各種動作を行うように制御を行う。制御部２１は、直近にある中継装置５ａとの間で無線通信又は有線通信を介して情報を送受信するようにしてもよい。 The control unit 21 plays a role as a central control unit for controlling the entire robot device 2. The control unit 21 controls all the controls necessary for the robot device 2 to perform the desired operation, and may operate based on a pre-programmed flow, or may operate based on a pre-programmed flow, or if necessary. It may be controlled by artificial intelligence. The control unit 21 also controls the movement by the moving unit 22 and the state detection by the state detecting unit 24. Further, the control unit 21 controls so as to perform various operations based on the control information transmitted from the control device 3. The control unit 21 may transmit and receive information to and from the nearest relay device 5a via wireless communication or wired communication.

移動部２２は、車輪として具現化されることで走行自在に構成されていてもよいし、歩行用の足として具現化されることで歩行自在に構成されていてもよい。またロボット装置２が無人航空機等の飛行体に具現化される場合には、この移動部２２をプロペラ等で具現化することにより飛行自在に構成されていてもよい。即ち、このロボット装置２は、移動部２２を介して二次元的な平面移動、又は三次元的な空間移動をすることを前提としている。 The moving portion 22 may be configured to be freely travelable by being embodied as a wheel, or may be configured to be freely walkable by being embodied as a walking foot. When the robot device 2 is embodied in a flying object such as an unmanned aerial vehicle, the moving portion 22 may be embodied in a propeller or the like so that it can fly freely. That is, the robot device 2 is premised on two-dimensional plane movement or three-dimensional space movement via the moving unit 22.

通信部２３は、他のデバイスとの間で有線通信又は無線通信を行う上で必要な各種処理を行う。特にこの通信部２３を介して無線通信を行う場合には、電気信号を電波に変換し、或いは電波を電気信号に変換するアンテナも含まれる。この通信部２３は、中継装置群４から送信されてきた電波に重畳されてきた制御情報を電気信号に変換した上で制御部２１へ出力する。その結果、上述した制御部２１に基づくロボット装置２の制御が実現されることとなる。またこの通信部２３は、後述する状態検出部２４により生成された電気信号としての状態情報を電波に変換して中継装置群４へ送信する。なお、この通信部２３において、無線通信を行う上で必要な周波数変換やその他の各種変換処理を、このロボット装置２の直近にある中継装置５ｄを介して行うようにしてもよい。 The communication unit 23 performs various processes necessary for performing wired communication or wireless communication with another device. In particular, when wireless communication is performed via the communication unit 23, an antenna that converts an electric signal into a radio wave or a radio wave into an electric signal is also included. The communication unit 23 converts the control information superimposed on the radio waves transmitted from the relay device group 4 into an electric signal, and then outputs the control information to the control unit 21. As a result, the control of the robot device 2 based on the control unit 21 described above is realized. Further, the communication unit 23 converts the state information as an electric signal generated by the state detection unit 24, which will be described later, into radio waves and transmits the state information to the relay device group 4. The communication unit 23 may perform frequency conversion and other various conversion processes necessary for performing wireless communication via the relay device 5d in the immediate vicinity of the robot device 2.

状態検出部２４は、ロボット装置２の各種状態を検出することにより状態情報を生成し、これを制御部２１を介して通信部２３へ送信する。ここでいう状態情報とは、ロボット装置２の姿勢情報、速度情報、ＧＰＳ（Global Positioning System）を介して取得する位置情報等である。 The state detection unit 24 generates state information by detecting various states of the robot device 2, and transmits this to the communication unit 23 via the control unit 21. The state information referred to here is posture information, speed information, position information acquired via GPS (Global Positioning System), and the like of the robot device 2.

制御装置３は、ロボット装置２を制御するためのデバイスであり、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末、ラジオコントロール用専用端末等で構成されている。この制御装置３は、少なくとも中継装置群４との間で無線通信可能な無線通信手段が設けられている。但し、この制御装置３は、中継装置群４を構成する一部のデバイスとの間で有線通信を通じて通信可能とされていてもよい。 The control device 3 is a device for controlling the robot device 2, and is composed of, for example, a personal computer (PC), a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a wearable terminal, a dedicated terminal for radio control, and the like. The control device 3 is provided with a wireless communication means capable of wireless communication with at least the relay device group 4. However, the control device 3 may be capable of communicating with some devices constituting the relay device group 4 through wired communication.

制御装置３は、ロボット装置２を制御するための制御信号を生成し、これを中継装置群４に対して送信する。制御装置３は、この制御信号の生成を、予め入力されているコンピュータプログラムを介して実行するようにしてもよいし、人工知能に基づいて行うようにしてもよい。また図示しないユーザインターフェースを通じてユーザから入力された情報に基づいて制御情報を生成してもよい。即ちユーザは、この制御装置３における図示しないユーザインターフェースを介した情報の入力を通じて生成される制御情報により、ロボット装置２を制御することが可能となる。 The control device 3 generates a control signal for controlling the robot device 2 and transmits the control signal to the relay device group 4. The control device 3 may generate the control signal via a computer program input in advance, or may perform the generation based on artificial intelligence. Further, control information may be generated based on information input from the user through a user interface (not shown). That is, the user can control the robot device 2 by the control information generated through the input of the information through the user interface (not shown) in the control device 3.

また、制御装置３は、ロボット装置２から中継装置群４を介して送信されてくる状態情報を受信することで、このロボット装置２を監視することができる。制御装置３から制御情報を中継装置群４を介してロボット装置２へ送信し、当該ロボット装置２から状態情報を中継装置群４を介して制御装置３へ返すまでのプロセスを１セットで行うようにしてもよい。 Further, the control device 3 can monitor the robot device 2 by receiving the state information transmitted from the robot device 2 via the relay device group 4. The process of transmitting control information from the control device 3 to the robot device 2 via the relay device group 4 and returning the state information from the robot device 2 to the control device 3 via the relay device group 4 is performed as a set. It may be.

中継装置群４は、ロボット装置２から制御装置３への状態情報の送信、並びに制御装置３からロボット装置２への制御情報の送信を、少なくとも１以上の中継装置５を介して中継する。 The relay device group 4 relays the transmission of the state information from the robot device 2 to the control device 3 and the transmission of the control information from the control device 3 to the robot device 2 via at least one or more relay devices 5.

図３は、中継装置群４を構成する各中継装置５のブロック構成を示している。中継装置５は、無線通信機能を備えたあらゆるデバイスであり、ＰＣ、携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等で具現化されていてもよい。この中継装置５は、移動手段が設けられていてもよく、車輪等の走行手段や、プロペラ等の飛行手段が設けられていてもよい。但し、この中継装置５は、モバイル形式で構成されていたり、或いは移動手段が設けられていることが必須ではなく、固定型とされていてもよい。 FIG. 3 shows a block configuration of each relay device 5 constituting the relay device group 4. The relay device 5 is any device having a wireless communication function, and may be embodied in a PC, a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a wearable terminal, or the like. The relay device 5 may be provided with a moving means, a traveling means such as wheels, and a flying means such as a propeller. However, it is not essential that the relay device 5 is configured in a mobile format or is provided with a means of transportation, and may be a fixed type.

中継装置５は、送受信部５１と、この送受信部５１にそれぞれ接続された遅延時間計測部５２と、受信電界強度計測部５３と、パケットエラーレート計測部５４と、ビットエラーレート計測部５５と、相対距離計測部５６と、周波数切替部５８と、経路切替部５９と備えている。また中継装置５は、遅延時間計測部５２、受信電界強度計測部５３、パケットエラーレート計測部５４、ビットエラーレート計測部５５、相対距離計測部５６に対してそれぞれ接続され、周波数切替部５８、経路切替部５９に対してそれぞれ接続されている通信品質評価部５７を更に備えている。なお、中継装置群４を構成する全ての中継装置５において上述した各構成要素が実装されている場合を例に取り説明をするが、これに限定されるものではなく、少なくとも中継装置群４を構成する一の中継装置５において上述した各構成要素が実装されていれば本発明の所期の作用効果を奏するものとなる。かかる場合においても、上述した各構成要素が実装されている一の中継装置５以外の他の中継装置５には、少なくとも送受信部５１が実装されている必要はある。また上述した構成要素は、その一部のみを備えていてもよく、さらに上述した以外の通信品質を評価できる要素を備えていてもよい。 The relay device 5 includes a transmission / reception unit 51, a delay time measurement unit 52 connected to the transmission / reception unit 51, a reception electric field strength measurement unit 53, a packet error rate measurement unit 54, and a bit error rate measurement unit 55. It includes a relative distance measuring unit 56, a frequency switching unit 58, and a route switching unit 59. Further, the relay device 5 is connected to the delay time measuring unit 52, the received electric field strength measuring unit 53, the packet error rate measuring unit 54, the bit error rate measuring unit 55, and the relative distance measuring unit 56, respectively, and the frequency switching unit 58, A communication quality evaluation unit 57, which is connected to each of the route switching units 59, is further provided. The case where each of the above-described components is mounted in all the relay devices 5 constituting the relay device group 4 will be described as an example, but the description is not limited to this, and at least the relay device group 4 is included. If each of the above-mentioned components is mounted in one of the constituent relay devices 5, the desired effects of the present invention can be obtained. Even in such a case, it is necessary that at least the transmission / reception unit 51 is mounted on the relay device 5 other than the one relay device 5 on which each of the above-described components is mounted. Further, the above-mentioned components may include only a part thereof, and may further include elements other than those described above that can evaluate the communication quality.

送受信部５１は、他のデバイスとの間で無線通信を行う上で必要な周波数変換やその他各種変換処理を行い、電気信号を電波に変換し、或いは電波を電気信号に変換するアンテナも含まれる。送受信部５１は、制御装置３又は中継装置５から送られてきた制御情報を他の中継装置５又はロボット装置２に対して送信する。また送受信部５１は、ロボット装置２又は他の中継装置５から送られてきた状態情報を受信し、これを他の中継装置５又は制御装置３に対して送信する。送受信部５１は、この受信した状態情報を中継装置５内にある遅延時間計測部５２、受信電界強度計測部５３、パケットエラーレート計測部５４、ビットエラーレート計測部５５、相対距離計測部５６に対して出力する。 The transmission / reception unit 51 also includes an antenna that converts an electric signal into a radio wave or converts a radio wave into an electric signal by performing frequency conversion and other various conversion processes necessary for performing wireless communication with another device. .. The transmission / reception unit 51 transmits the control information sent from the control device 3 or the relay device 5 to the other relay device 5 or the robot device 2. Further, the transmission / reception unit 51 receives the state information sent from the robot device 2 or the other relay device 5, and transmits this to the other relay device 5 or the control device 3. The transmission / reception unit 51 transmits the received state information to the delay time measurement unit 52, the reception electric field strength measurement unit 53, the packet error rate measurement unit 54, the bit error rate measurement unit 55, and the relative distance measurement unit 56 in the relay device 5. Output to.

送受信部５１は、経路切替部５９から出力された切替命令に基づいて、制御装置３からロボット装置２に至るまでの中継装置５を介した制御情報や状態情報の無線通信経路の切替処理を行う。また送受信部５１は、周波数切替部５８から出力された切替命令に基づいて、制御装置３からロボット装置２に至るまでの中継装置５を介した制御情報や状態情報の通信周波数の切替処理を行う。 The transmission / reception unit 51 performs wireless communication path switching processing of control information and state information via the relay device 5 from the control device 3 to the robot device 2 based on the switching command output from the route switching unit 59. .. Further, the transmission / reception unit 51 performs a communication frequency switching process of control information and state information via the relay device 5 from the control device 3 to the robot device 2 based on the switching command output from the frequency switching unit 58. ..

遅延時間計測部５２は、送受信部５１から送られてきた状態情報を解析することにより、通信遅延時間を計測する。遅延時間計測部５２は、通信遅延時間の計測結果を通信品質評価部５７へ送信する。 The delay time measuring unit 52 measures the communication delay time by analyzing the state information sent from the transmitting / receiving unit 51. The delay time measurement unit 52 transmits the measurement result of the communication delay time to the communication quality evaluation unit 57.

受信電界強度計測部５３は、送受信部５１から送られてきた状態情報を解析することにより、無線通信の受信電界強度を計測する。受信電界強度計測部５３は、受信電界強度の計測結果を通信品質評価部５７へ送信する。 The received electric field strength measuring unit 53 measures the received electric field strength of wireless communication by analyzing the state information sent from the transmitting / receiving unit 51. The receiving electric field strength measuring unit 53 transmits the measurement result of the received electric field strength to the communication quality evaluation unit 57.

パケットエラーレート計測部５４は、送受信部５１から送られてきた状態情報を解析することにより、無線通信のパケットエラーレートを計測する。パケットエラーレート計測部５４は、パケットエラーレートの計測結果を通信品質評価部５７へ送信する。 The packet error rate measuring unit 54 measures the packet error rate of wireless communication by analyzing the state information sent from the transmitting / receiving unit 51. The packet error rate measurement unit 54 transmits the measurement result of the packet error rate to the communication quality evaluation unit 57.

ビットエラーレート計測部５５は、送受信部５１から送られてきた状態情報を解析することにより、無線通信のビットエラーレートを計測する。ビットエラーレート計測部５５は、ビットエラーレートの計測結果を通信品質評価部５７へ送信する。 The bit error rate measuring unit 55 measures the bit error rate of wireless communication by analyzing the state information sent from the transmitting / receiving unit 51. The bit error rate measurement unit 55 transmits the measurement result of the bit error rate to the communication quality evaluation unit 57.

相対距離計測部５６は、送受信部５１から送られてきた状態情報を解析することにより、無線通信の通信経路の距離を計測する。相対距離計測部５６は、距離の計測結果を通信品質評価部５７へ送信する。 The relative distance measuring unit 56 measures the distance of the communication path of wireless communication by analyzing the state information sent from the transmitting / receiving unit 51. The relative distance measurement unit 56 transmits the distance measurement result to the communication quality evaluation unit 57.

通信品質評価部５７は、遅延時間計測部５２、受信電界強度計測部５３、パケットエラーレート計測部５４、ビットエラーレート計測部５５、相対距離計測部５６から送信されてくる計測結果を受信する。この通信品質評価部５７は、受信した計測結果に基づいて、制御装置３とロボット装置２との間における無線通信の通信品質を評価する。通信品質評価部５７は、その評価結果を周波数切替部５８、経路切替部５９へと送信する。 The communication quality evaluation unit 57 receives the measurement results transmitted from the delay time measurement unit 52, the reception electric field strength measurement unit 53, the packet error rate measurement unit 54, the bit error rate measurement unit 55, and the relative distance measurement unit 56. The communication quality evaluation unit 57 evaluates the communication quality of wireless communication between the control device 3 and the robot device 2 based on the received measurement result. The communication quality evaluation unit 57 transmits the evaluation result to the frequency switching unit 58 and the route switching unit 59.

周波数切替部５８は、通信品質評価部５７から送信されてくる評価結果に基づいて周波数を切り替えるための切替命令を生成し、これを送受信部５１へ送信する。また経路切替部５９は、通信品質評価部５７から送信されてくる評価結果に基づいて制御装置３からロボット装置２に至るまでの中継装置５を介した制御情報や状態情報の無線通信経路を切り替えるための切替命令を生成し、これを送受信部５１へ送信する。送受信部５１はこれら切換命令を受信することで通信周波数や無線通信経路を切り替えることが可能となる。 The frequency switching unit 58 generates a switching command for switching the frequency based on the evaluation result transmitted from the communication quality evaluation unit 57, and transmits this to the transmission / reception unit 51. Further, the route switching unit 59 switches the wireless communication path of the control information and the state information via the relay device 5 from the control device 3 to the robot device 2 based on the evaluation result transmitted from the communication quality evaluation unit 57. Is generated, and this is transmitted to the transmission / reception unit 51. The transmission / reception unit 51 can switch the communication frequency and the wireless communication path by receiving these switching commands.

次に、本発明を適用したロボット監視制御システム１の動作について説明をする。 Next, the operation of the robot monitoring and control system 1 to which the present invention is applied will be described.

ロボット装置２と制御装置３とは、中継装置群４を介した現在の通信経路上で、制御情報及び状態情報の送受信を行う。ここでいう現在の通信経路とは、現時点において実際にロボット装置２と制御装置３との間の無線通信の、中継装置５を介した中継経路を意味するものである。例えば、図１でいうところの制御装置３から中継装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを経てロボット装置２に到達する通信経路を仮定する。 The robot device 2 and the control device 3 transmit and receive control information and state information on the current communication path via the relay device group 4. The current communication path referred to here means a relay path of wireless communication between the robot device 2 and the control device 3 via the relay device 5 at the present time. For example, it is assumed that the communication path from the control device 3 as shown in FIG. 1 to the robot device 2 via the relay devices 5a, 5b, 5c, and 5d.

このとき、一の中継装置５は、他の中継装置５と時間同期しつつ状態情報並びに制御情報の送信を中継する。 At this time, one relay device 5 relays the transmission of the state information and the control information while synchronizing the time with the other relay device 5.

中継装置５間で行われる制御情報の送信と、状態情報の送信を行うスーパーフレーム構成を図４に示す。この図４において制御情報の送信をダウンといい、状態情報の送信をアップという。スーパーフレームは、スロットフレームに分割されており、更に各スロットフレームは、タイムスロットに分割されている。このタイムスロットが、中継装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに割り当てられる。この図４の例において中継装置５ａがいわゆる通信のコーディネータとしての役割を担い、中継装置５ｂ、５ｃがルーターとしての役割を担い、更に中継装置５ｄがエンドデバイスとしての役割を担うものとする。 FIG. 4 shows a superframe configuration for transmitting control information and status information between the relay devices 5. In FIG. 4, the transmission of control information is referred to as down, and the transmission of state information is referred to as up. The super frame is divided into slot frames, and each slot frame is further divided into time slots. This time slot is assigned to the relay devices 5a, 5b, 5c, and 5d. In the example of FIG. 4, the relay device 5a plays a role as a so-called communication coordinator, the relay devices 5b and 5c play a role as a router, and the relay device 5d plays a role as an end device.

このとき、先ずコーディネータとしての中継装置５ａが他の中継装置５ｂ〜５ｄに対してビーコンを送信する。このビーコンを受信した中継装置５ｂ〜５ｄは、その受信したタイミングでフレームをスタートさせる。その結果、上述したスーパーフレームの各タイムスロットとタイミングを一致させることができる。 At this time, first, the relay device 5a as a coordinator transmits a beacon to the other relay devices 5b to 5d. The relay devices 5b to 5d that have received this beacon start the frame at the timing of the reception. As a result, the timing can be matched with each time slot of the above-mentioned super frame.

スロットフレームＮｏ．１は、制御装置３からロボット装置２への制御情報の送信に割り当てられ、スロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６は、ロボット装置２から制御装置３への状態情報への送信に割り当てられる。スロットフレームＮｏ．１におけるタイムスロットＮｏ．１は、中継装置５ａに対する制御情報の送信に割り当てられ、タイムスロットＮｏ．２は、中継装置５ｂに対する制御情報の送信に割り当てられ、タイムスロットＮｏ．３は、中継装置５ｃに対する制御情報の送信に割り当てられることとなる。またスロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６におけるタイムスロットＮｏ．１は、中継装置５ｄからの状態情報の送信に割り当てられ、タイムスロットＮｏ．２は、中継装置５ｃにからの状態情報の送信に割り当てられ、タイムスロットＮｏ．３は、中継装置５ｂからの状態情報の送信に割り当てられることとなる。 Slot frame No. Reference numeral 1 denotes a slot frame No. 1 which is assigned to transmit control information from the control device 3 to the robot device 2. 2-No. Reference numeral 6 is assigned to transmission of state information from the robot device 2 to the control device 3. Slot frame No. Time slot No. 1 in 1. Reference numeral 1 denotes a time slot No. 1 assigned to transmit control information to the relay device 5a. Reference numeral 2 denotes a time slot No. 2 assigned to transmit control information to the relay device 5b. Reference numeral 3 is assigned to the transmission of control information to the relay device 5c. In addition, the slot frame No. 2-No. Time slot No. 6 in 6. Reference numeral 1 denotes a time slot No. 1 assigned to the transmission of the state information from the relay device 5d. Reference numeral 2 denotes a time slot No. 2 assigned to the transmission of the state information from the relay device 5c. Reference numeral 3 is assigned to the transmission of the status information from the relay device 5b.

このように、制御装置３からロボット装置２への制御情報の送信用のスロットフレームＮｏ．１と、ロボット装置２から制御装置３への状態情報の送信用のスロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６とは、互いに非対称となっている。その理由として、ロボットの制御を行う際に、状態情報の量が制御情報の量を上回る場合が多いためである。このとき、ロボット装置２から制御装置３への状態情報の送信用のスロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６の数は可変としてもよい。状態情報の送信用のスロットフレームを増やすと、伝送容量は増加するが遅延時間も大きくなる。これに対して、状態情報の送信用のスロットフレームを減らすとその伝送容量は小さくなるが遅延時間は小さくなる。即ち、状態情報の送信のための伝送容量と、遅延時間とは互いにトレードオフの関係となっている。このため、伝送容量と遅延時間の２つのパラメータを参照し、これらが所望の量となるように、状態情報の送信用のスロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６の数をその都度改変するようにしてもよい。 In this way, the slot frame No. for transmitting control information from the control device 3 to the robot device 2. 1 and the slot frame No. 1 for transmitting state information from the robot device 2 to the control device 3. 2-No. 6 is asymmetrical with each other. The reason is that when controlling a robot, the amount of state information often exceeds the amount of control information. At this time, the slot frame No. for transmitting the state information from the robot device 2 to the control device 3 2-No. The number of 6 may be variable. Increasing the number of slot frames for transmitting state information increases the transmission capacity but also the delay time. On the other hand, if the number of slot frames for transmitting state information is reduced, the transmission capacity is reduced but the delay time is reduced. That is, the transmission capacity for transmitting the state information and the delay time are in a trade-off relationship with each other. Therefore, the slot frame No. for transmitting the state information is referred to with reference to the two parameters of the transmission capacity and the delay time so that these are the desired amounts. 2-No. The number of 6 may be modified each time.

このような状態情報の送信用のスロットフレームＮｏ．２〜Ｎｏ．６の数の改変も、中継装置５ａ〜５ｄ間において互いに時間同期しつつ状態情報並びに制御情報の送信を中継しているため実現できる。 Slot frame No. for transmitting such state information. 2-No. The modification of the number 6 can also be realized because the transmission of the state information and the control information is relayed between the relay devices 5a to 5d while synchronizing with each other in time.

この間において、ロボット装置２における状態検出部２４は、姿勢情報、速度情報、位置情報等を始めとする各種状態を検出し続け、これら１以上の状態に基づいて状態情報を生成する。生成された状態情報は、通信部２３を介して中継装置５ｄへ送信する。中継装置５における送受信部５１はかかる状態情報を受信し、これを遅延時間計測部５２、受信電界強度計測部５３、パケットエラーレート計測部５４、ビットエラーレート計測部５５、相対距離計測部５６へ送信する。 During this period, the state detection unit 24 in the robot device 2 continues to detect various states such as posture information, speed information, position information, and the like, and generates state information based on one or more of these states. The generated status information is transmitted to the relay device 5d via the communication unit 23. The transmission / reception unit 51 in the relay device 5 receives such state information and sends it to the delay time measurement unit 52, the received electric field strength measurement unit 53, the packet error rate measurement unit 54, the bit error rate measurement unit 55, and the relative distance measurement unit 56. Send.

このような状態情報に基づいて、遅延時間計測部５２により計測された遅延時間、受信電界強度計測部５３により計測された受信電界強度、パケットエラーレート計測部５４により計測されたパケットエラーレート、ビットエラーレート計測部５５により計測されたビットエラーレート、相対距離計測部５６により計測された無線通信の通信経路の距離は、それぞれ通信品質評価部５７に送られる。 Based on such state information, the delay time measured by the delay time measuring unit 52, the received electric field strength measured by the received electric field strength measuring unit 53, the packet error rate measured by the packet error rate measuring unit 54, and the bit. The bit error rate measured by the error rate measuring unit 55 and the distance of the communication path of the wireless communication measured by the relative distance measuring unit 56 are sent to the communication quality evaluation unit 57, respectively.

通信品質評価部５７はこれら計測結果に基づいて、通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間の何れか１以上に基づいて、現在の通信経路における通信品質を計測する。仮に図１に示すように、現在の通信経路が遮蔽物９によって遮蔽されていない状態であれば、通信品質は特段低下することなく良好のまま推移することとなる。 Based on these measurement results, the communication quality evaluation unit 57 has one or more of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. Based on, the communication quality in the current communication path is measured. As shown in FIG. 1, if the current communication path is not shielded by the shield 9, the communication quality will remain good without any particular deterioration.

しかしながら、図５に示すように、ロボット装置２が移動したり、或いは中継装置５の位置が変化する結果、当初の通信経路が遮蔽物９により遮蔽されてしまう場合がある。かかる状態の下で、同様に通信品質評価部５７を介してその通信経路における通信品質を計測した場合、遮蔽物９の存在により通信経路の遅延時間が増加したり、電界強度が低下したり、ビットエラーレート、パケットエラーレートが低下する結果、通信品質が低下してしまう。かかる場合において本発明は、例えばこの遮蔽物９を迂回するように他の中継装置５´を介して通信する通信経路に切り替えたり、或いは通信周波数を変更する等の処理を行うことで、かかる通信品質の低下を防止するための処理を行う。 However, as shown in FIG. 5, as a result of the robot device 2 moving or the position of the relay device 5 changing, the initial communication path may be shielded by the shield 9. Under such a state, when the communication quality in the communication path is similarly measured via the communication quality evaluation unit 57, the delay time of the communication path may increase or the electric field strength may decrease due to the presence of the shield 9. As a result of lowering the bit error rate and packet error rate, the communication quality deteriorates. In such a case, the present invention performs such communication by, for example, switching to a communication path for communication via another relay device 5'so as to bypass the shield 9, or changing the communication frequency. Perform processing to prevent deterioration of quality.

通信品質の判断は、図６に示すフローチャートに基づいて判断する。先ずステップＳ１１に示すように通信品質が低下したか否かを判断する。その結果、上述した遅延時間の増加や、電界強度の低下等により、通信品質評価部５７により通信品質が低下していることが判別された場合には、図５に示すように当初の通信経路が遮蔽物９により遮蔽されたことを判別することができる。かかる場合には、ステップＳ１２へ移行する。 The communication quality is judged based on the flowchart shown in FIG. First, as shown in step S11, it is determined whether or not the communication quality has deteriorated. As a result, when the communication quality evaluation unit 57 determines that the communication quality is deteriorated due to the increase in the delay time or the decrease in the electric field strength described above, the initial communication path is as shown in FIG. Can be determined to have been shielded by the shield 9. In such a case, the process proceeds to step S12.

一方、計測結果が特段通信品質が低下していない場合には、送受信部５１に対して切替命令を行うことは無く、そのまま再設定終了に移行する。 On the other hand, if the measurement result does not particularly deteriorate the communication quality, the switching command is not issued to the transmission / reception unit 51, and the process proceeds to the end of resetting as it is.

ステップＳ１２に移行した場合には、各種切換動作に移行する。この各種切換動作では、経路切替部５９による通信経路の切り替え、並びに周波数切替部５８による通信周波数の切り替えの何れか１以上を行う。ステップＳ１３以降は、経路切替部５９による新経路設定の処理動作フローである。 When the process proceeds to step S12, the process proceeds to various switching operations. In these various switching operations, any one or more of the communication path switching by the route switching unit 59 and the communication frequency switching by the frequency switching unit 58 is performed. From step S13 onward, it is a processing operation flow of new route setting by the route switching unit 59.

先ず経路切替部５９による通信経路の切り替え動作について説明をする。経路切替部５９は、ステップＳ１４において通信品質評価部５７から送られてきた計測結果を受信する。経路切替部５９による経路切替は、基本的には現在の通信経路以外の他の通信経路に切り替えるものであればいかなる経路に切り替える場合も含まれる。但し、他の通信経路の候補が複数存在する場合、通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間の何れか１以上に基づいて、何れかの他の通信経路を選択することとなる。これら通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路の遅延時間は、上述した遅延時間計測部５２、受信電界強度計測部５３、パケットエラーレート計測部５４、ビットエラーレート計測部５５、相対距離計測部５６から取得することができる。通信経路上に位置する中継装置５の数は、図１の例であれば中継装置５ａ〜５ｄと４つあることからその数を例えば送受信部５１がカウントして経路切替部５９に通知するようにしてもよい。 First, the operation of switching the communication path by the route switching unit 59 will be described. The route switching unit 59 receives the measurement result sent from the communication quality evaluation unit 57 in step S14. The route switching by the route switching unit 59 basically includes switching to any route as long as it switches to a communication route other than the current communication route. However, when there are multiple candidates for other communication paths, any one of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. Based on the above, any other communication path will be selected. The distance, electric field strength, bit error rate, packet error rate, and communication path delay time of these communication paths are determined by the above-mentioned delay time measuring unit 52, received electric field strength measuring unit 53, packet error rate measuring unit 54, and bit error rate measurement. It can be obtained from the unit 55 and the relative distance measuring unit 56. In the example of FIG. 1, there are four relay devices 5 located on the communication path, that is, the relay devices 5a to 5d. Therefore, for example, the transmission / reception unit 51 counts the number and notifies the route switching unit 59. It may be.

経路切替部５９は、複数からなる他の通信経路の候補の中から１つの通信経路を選択する際において、図７に示すように他の通信経路の候補を挙げる。この図７に示される他の通信経路の候補としては、中継装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを経る通信経路Ｐ、中継装置５ａ、５ｅ、５ｇ、５ｈ、５ｄを経る通信経路Ｑ、中継装置５ａ、５ｉ、５ｄを経る通信経路Ｒが存在するものとする。 When selecting one communication route from a plurality of other communication route candidates, the route switching unit 59 lists other communication route candidates as shown in FIG. 7. Candidates for other communication paths shown in FIG. 7 include a communication path P passing through the relay devices 5a, 5b , 5c , and 5d, a communication path Q passing through the relay devices 5a, 5e, 5g, 5h, and 5d, and a relay device 5a. , 5i , 5d, and it is assumed that there is a communication path R.

このとき、経路切替部５９は、通信経路の距離に基づいて選択する場合、これら候補となる通信経路Ｐ〜Ｒについて通信距離を求める。この通信距離に関する情報については、他の中継装置５からＧＰＳ等を介して取得可能な位置情報を収集し、これに基づいて通信距離を求めていくこととなる。その結果、通信距離が最も短い通信経路Ｒが新たな通信経路として選択されることとなる。 At this time, when selecting based on the distance of the communication path, the route switching unit 59 obtains the communication distance for these candidate communication paths P to R. Regarding the information related to this communication distance, the position information that can be acquired from the other relay device 5 via GPS or the like is collected, and the communication distance is obtained based on this. As a result, the communication path R having the shortest communication distance is selected as the new communication path.

また経路切替部５９は、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレートの何れか１以上に基づいて新たな通信経路を選択する際も同様である。候補となる通信経路Ｐ〜Ｒを実際に通信リンクを確立させ、その電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレートを実際に求める。そして、求めた電界強度が最も高いところが遮蔽物による遮蔽の影響が少なく、また通信経路もより短いものと言えるためこれを選択する。同様にビットエラーレート、パケットエラーレートが最も低い方が遮蔽物による遮蔽の影響が少なく、また通信経路もより短いものと言えるためこれを選択する。また通信経路上に位置する中継装置５の数が多いほど、通信経路が長くなり、その分において遅延時間が長くなるため、中継装置５の数が最も少ない通信経路Ｒを選択するようにしてもよい。 The same applies when the route switching unit 59 selects a new communication path based on any one or more of the electric field strength, the bit error rate, and the packet error rate. A communication link is actually established for the candidate communication paths P to R, and the electric field strength, the bit error rate, and the packet error rate are actually obtained. Then, the place where the obtained electric field strength is the highest is less affected by the shielding by the shield, and it can be said that the communication path is shorter, so this is selected. Similarly, the one with the lowest bit error rate and packet error rate is less affected by shielding by the shield, and it can be said that the communication path is shorter, so this is selected. Further, as the number of relay devices 5 located on the communication path increases, the communication path becomes longer and the delay time becomes longer accordingly. Therefore, even if the communication path R having the smallest number of relay devices 5 is selected. Good.

経路切替部５９は、この新たな通信経路の決定をステップＳ１５において実行する。そして、決定した新たな通信経路に関する情報を含む切替命令を送受信部５１へ送信する。このステップＳ１５の処理を終了した場合には、ステップＳ１２に戻ることとなり、そのまま経路切替の動作は終了となる。 The route switching unit 59 executes the determination of this new communication route in step S15. Then, a switching command including information on the determined new communication path is transmitted to the transmission / reception unit 51. When the process of step S15 is completed, the process returns to step S12, and the route switching operation ends as it is.

このようにして新たに切り替えられた通信経路の下で無線通信リンクを新たに確立して、ロボット装置２と制御装置３との間で制御情報、状態情報の送受信が再開されることとなる。この新たに確立された他の無線通信経路により遮蔽物を迂回しつつロボット装置２と制御装置３との間で中継装置群４を介して制御情報、状態情報を送受信することができる。その結果、通信経路が遮蔽物で遮蔽されて通信品質が低下してしまうのを防止することができる。これに加えて本発明によれば図８に示すように制御装置３からロボット装置２に制御情報を送信し、ロボット装置２から制御装置３へ状態情報が受信されるまでの時間Ｔ_Dを所定時間内に抑えることができる。特に移動自在なロボット装置２が移動することで事後的に遮蔽物を介して無線通信が遮蔽される場合があるが、係るケースが発生した場合においても柔軟に対応することができ、通信品質の低下を防止できる。 A wireless communication link is newly established under the communication path newly switched in this way, and transmission / reception of control information and state information is resumed between the robot device 2 and the control device 3. Control information and state information can be transmitted and received between the robot device 2 and the control device 3 via the relay device group 4 while bypassing the shield by this newly established other wireless communication path. As a result, it is possible to prevent the communication path from being shielded by a shield and the communication quality from being deteriorated. In addition to this, according to the present invention, as shown in FIG. 8, the control device 3 transmits the control information to the robot device 2, and the time T _D until the state information is received from the robot device 2 to the control device 3 is predetermined. It can be suppressed in time. In particular, when the movable robot device 2 moves, wireless communication may be shielded via a shield after the fact, but even if such a case occurs, it can be flexibly dealt with, and the communication quality can be improved. It can prevent the decrease.

例えば図８（ａ）であれば制御装置３から図示しない中継装置５を経てロボット装置２に向けて制御情報をダウンリンクで送信し、またロボット装置２から図示しない中継装置５を経てアップリンクで制御装置３に到達するまでの時間をＴ_D内に抑えることができる。仮に、図８（ｂ）に示すように、制御装置３ａから他の制御装置３ｂ、ロボット装置２ｂを経てロボット装置２ａへダウンリンクで制御情報を送信し、またロボット装置２ａから他のロボット装置２ｂ、制御装置３ｂを経てアップリンクで制御装置３ａへ状態情報が到達するまでの時間をＴ_D1内に実現することができる。この図８（ｂ）においては、制御装置３ａは、ロボット装置２ａを制御し、制御装置３ｂは、ロボット装置２ｂを制御する。しかしながら、この制御装置３ａとロボット装置２ａとの間には、遮蔽物９が存在しているため、直接無線通信を行うことができない。このため、上述した経路によるアップリンク、ダウンリンクの無線通信を行うことにより、他の制御装置３ｂ、ロボット装置２ｂを介して通信リンクを確立させる。ちなみにこれらの通信リンクを確立する際においても、上述した中継装置５を介して行うことは勿論である。上述した構成からなる本発明によれば、この時間Ｔ_D1も一定の範囲内に収めることが可能となる。同様に時間Ｔ_D2も一定の範囲内に収めることが可能となる。 For example, in FIG. 8A, control information is transmitted from the control device 3 to the robot device 2 via a relay device 5 (not shown) via a downlink, and from the robot device 2 via a relay device 5 (not shown) via an uplink. The time required to reach the control device 3 can be suppressed within _{T D.} Assuming that, as shown in FIG. 8B, control information is transmitted from the control device 3a to the robot device 2a via the other control device 3b and the robot device 2b via a downlink, and the robot device 2a to the other robot device 2b. , The time until the state information reaches the control device 3a via the uplink via the control device 3b can be realized in _{T D1.} In FIG. 8B, the control device 3a controls the robot device 2a, and the control device 3b controls the robot device 2b. However, since the shield 9 exists between the control device 3a and the robot device 2a, direct wireless communication cannot be performed. Therefore, the communication link is established via the other control device 3b and the robot device 2b by performing the uplink and downlink wireless communication by the above-mentioned route. By the way, it goes without saying that the establishment of these communication links is also performed via the above-mentioned relay device 5. According to the present invention having the above-described configuration, this time T _D1 can also be kept within a certain range. Similarly, the time T _{D 2} can be kept within a certain range.

仮に新たに切り替えられた通信経路についても同様に、通信品質の判断は図６に示すフローチャートに沿って随時行われていくこととなる。この新たに切り替えられた通信経路においても無線通信の品質が向上しない場合には、その切り替えられた通信経路がまだ遮蔽物の存在により遮蔽されていることを意味している。かかる場合には、フローチャートに沿ってステップＳ１２以降の処理を再度行っていくこととなる。このようにしてトライアンドエラーにより、新たな経路の探索を行っていくこととなる。 Similarly, for the newly switched communication path, the communication quality is determined at any time according to the flowchart shown in FIG. If the quality of wireless communication does not improve even in this newly switched communication path, it means that the switched communication path is still shielded by the presence of a shield. In such a case, the processing after step S12 will be performed again according to the flowchart. In this way, a new route is searched for by trial and error.

なお、ステップＳ１４における経路探索において、２以上の指標に基づいて通信経路の評価を行う場合には、優先順位に応じて指標に重み付けを施すようにしてもよい。各指標について重み付けを施す場合には、通信経路の距離、電界強度、ビットエラーレート、パケットエラーレート、通信経路上に位置する中継装置の数、通信経路の遅延時間につきそれぞれ評価点を付ける。そして、総合点＝（通信経路の距離）×ａ１＋（電界強度）×ａ２＋（ビットエラーレート）×ａ３＋（パケットエラーレート）×ａ４＋（中継装置の数）×ａ５＋（通信経路の遅延時間）×ａ６から評価するようにしてもよい。この総合点の説明変数の括弧書きは、各指標の評価値を示している。また、重み付け係数ａ１〜ａ６は、システム側において任意に設定するようにしてもよい。 In the route search in step S14, when the communication route is evaluated based on two or more indexes, the indexes may be weighted according to the priority. When weighting each index, evaluation points are given for the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. Then, the total point = (distance of communication path) × a1 + (electric field strength) × a2 + (bit error rate) × a3 + (packet error rate) × a4 + (number of relay devices) × a5 + (delay time of communication path) × a6 You may evaluate from. The parentheses of the explanatory variables of this total score indicate the evaluation value of each index. Further, the weighting coefficients a1 to a6 may be arbitrarily set on the system side.

次にステップＳ１２に移行した後における周波数切替部５８による周波数切替動作について説明をする。周波数切替部５８は、通信品質評価部５７から送られてきた計測結果を受信する。周波数切替部５８による通信周波数の切替は、基本的には現在の通信周波数以外の他の通信経路に切り替えるものであればいかなる経路に切り替える場合も含まれる。 Next, the frequency switching operation by the frequency switching unit 58 after the transition to step S12 will be described. The frequency switching unit 58 receives the measurement result sent from the communication quality evaluation unit 57. The switching of the communication frequency by the frequency switching unit 58 basically includes switching to any route as long as it switches to a communication path other than the current communication frequency.

周波数切替部５８は、周波数の切り替えを行う。この周波数の切り替えは、要求される特性と、電波環境に応じて使用する周波数帯域を柔軟に組み合わせることにより行う。 The frequency switching unit 58 switches the frequency. This frequency switching is performed by flexibly combining the required characteristics and the frequency band used according to the radio wave environment.

例えば、周波数がＦ１＜Ｆ２＜Ｆ３である場合において、最も低周波数のＦ１は、主としてバイタルな制御情報を送信する場合や、ロボット装置２の生死の関わる重要な制御情報を送信する場合等、伝送レートを低くすることで通信を極力切れにくくする場合に適している。また中間のＦ２は、ロボット装置２の通常の制御を行う場合や、ロボット装置２における通常の監視を行う場合に適している。また最も高周波数のＦ３は、画像データを伝送する場合等のような容量の大きいデータ伝送を行う場合や高速通信を行う場合に適しているが、その分通信が切れ易くなってしまう。 For example, when the frequency is F1 <F2 <F3, the lowest frequency F1 is mainly transmitted when transmitting vital control information or when transmitting important control information related to the life or death of the robot device 2. It is suitable for making communication as hard as possible by lowering the rate. Further, the intermediate F2 is suitable for performing normal control of the robot device 2 or performing normal monitoring of the robot device 2. Further, the highest frequency F3 is suitable for data transmission having a large capacity such as for transmitting image data or for high-speed communication, but the communication is easily interrupted by that amount.

このため、遮蔽物により遮蔽されて通信品質が低下している場合で、伝送レートが低くなっても通信だけはどうしても切れないようにした場合には、低周波数のＦ１を選択するようにする。当初はＦ２又はＦ３の周波数で無線通信を行い、通信品質が悪化してステップＳ１２に移行した場合には、低周波数のＦ１に切り替えるようにしてもよい。 Therefore, when the communication quality is deteriorated by being shielded by a shield and the communication cannot be interrupted even if the transmission rate is low, the low frequency F1 is selected. Initially, wireless communication may be performed at the frequency of F2 or F3, and when the communication quality deteriorates and the process proceeds to step S12, the frequency may be switched to F1 having a low frequency.

このようにして新たに切り替えられた周波数の下で無線通信リンクを新たに確立して、ロボット装置２と制御装置３との間で制御情報、状態情報の送受信が再開されることとなる。その結果、低い周波数の下で低伝送レートではあるが通信が切れることなく連続させることができるため、通信経路が遮蔽物で遮蔽されて通信品質が低下してしまうのを防止することができる。また制御装置３からロボット装置２に制御情報を送信し、ロボット装置２から制御装置３へ状態情報が受信されるまでの時間Ｔ_Dを所定時間内に抑えることができる。 A wireless communication link is newly established under the frequency newly switched in this way, and transmission / reception of control information and state information is resumed between the robot device 2 and the control device 3. As a result, although the transmission rate is low under a low frequency, the communication can be continued without interruption, so that it is possible to prevent the communication path from being shielded by a shield and the communication quality from being deteriorated. The transmitted control information from the control device 3 to the robot 2, it is possible to suppress the time T _D to the state information from the robot 2 to the control device 3 is received within a predetermined time period.

更に本発明によれば、経路切替部５９による通信経路の切り替え、並びに周波数切替部５８による通信周波数の切り替えを組み合わせて行うようにしてもよい。即ち、上述したステップＳ１２に移行した場合において、他の通信経路に切り替えつつ、通信周波数を低周波数側にシフトさせるようにしてもよい。これにより、通信が切れることなく連続させることができるため、通信経路が遮蔽物で遮蔽されて通信品質が低下してしまうのをより強固に防止することができ、しかもロボット装置２から制御装置３へ状態情報が受信されるまでの時間Ｔ_Dを所定時間内に抑えることをより確実に実現することができる。 Further, according to the present invention, the communication path may be switched by the route switching unit 59 and the communication frequency may be switched by the frequency switching unit 58 in combination. That is, in the case of shifting to the above-mentioned step S12, the communication frequency may be shifted to the low frequency side while switching to another communication path. As a result, communication can be continued without interruption, so that it is possible to more firmly prevent the communication path from being shielded by a shield and the communication quality from deteriorating, and the robot device 2 to the control device 3 It is possible to more reliably suppress _{the time T D} until the state information is received within a predetermined time.

本発明を適用したロボット監視制御システム１は、例えばコンクリートや金属の壁で仕切られた建物内においてロボット装置２を使用する場合において有効性を発揮する。制御装置３から見た場合に、廊下の角や壁等の遮蔽物に遮蔽される領域にロボット装置２が事後的に移動した場合においても、より回折効果の高い周波数への切り替え、或いは他の中継装置５を中継する通信経路に切り替えることで、ロボット装置２の監視、制御を継続的に行うことができる。 The robot monitoring and control system 1 to which the present invention is applied is effective, for example, when the robot device 2 is used in a building partitioned by a concrete or metal wall. When viewed from the control device 3, even if the robot device 2 moves to an area shielded by a shield such as a corner or a wall of a corridor after the fact, it is switched to a frequency having a higher diffraction effect, or another. By switching the relay device 5 to the relay communication path, the robot device 2 can be continuously monitored and controlled.

ロボット装置２がドローン等の無人飛行機に搭載される場合において、建物や山を挟んで無人飛行機が高度を下げ、物資の配達を行う場合があれば、地上に接近して観測等を行う場合もある。かかる場合には、建物や山により無線通信が遮蔽されてしまう場合もあるが、低い周波数への切り替え、或いは他の中継装置５を中継する通信経路に切り替えることで、ロボット装置２の監視、制御を継続的に行うことができる。 When the robot device 2 is mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone, the unmanned aerial vehicle may lower the altitude across a building or mountain to deliver supplies, or it may approach the ground for observation. is there. In such a case, wireless communication may be blocked by a building or a mountain, but monitoring and control of the robot device 2 by switching to a lower frequency or switching to a communication path that relays another relay device 5. Can be done continuously.

市街地や起伏のある地面をロボット装置２が移動し、制御装置３とロボット装置２との電波の伝搬環境が時々刻々と変化する場合において低い周波数への切り替え、或いは他の中継装置５を中継する通信経路に切り替えることで、ロボット装置２の監視、制御を継続的に行うことができる。 When the robot device 2 moves in an urban area or on uneven ground and the radio wave propagation environment between the control device 3 and the robot device 2 changes from moment to moment, switching to a lower frequency or relaying another relay device 5 is performed. By switching to the communication path, the robot device 2 can be continuously monitored and controlled.

１ロボット監視制御システム
２ロボット装置
３制御装置
４中継装置群
５中継装置
９遮蔽物
２１制御部
２２移動部
２３無線通信部
２４状態検出部
５１送受信部
５２遅延時間計測部
５３受信電界強度計測部
５４パケットエラーレート計測部
５５ビットエラーレート計測部
５６相対距離計測部
５７通信品質評価部
５８周波数切替部
５９経路切替部 1 Robot monitoring and control system 2 Robot device 3 Control device 4 Relay device group 5 Relay device 9 Shield 21 Control unit 22 Moving unit 23 Wireless communication unit 24 State detection unit 51 Transmission / reception unit 52 Delay time measurement unit 53 Received electric field strength measurement unit 54 Packet error rate measurement unit 55 Bit error rate measurement unit 56 Relative distance measurement unit 57 Communication quality evaluation unit 58 Frequency switching unit 59 Route switching unit

Claims

In a robot monitoring and control system for monitoring and controlling mobile robot devices through wireless communication
A control device that monitors this based on the state information detected from the robot device, generates control information for controlling the robot device, and transmits the control information to the robot device.
The robot device includes a relay device group that relays the transmission of the state information from the robot device to the control device and the transmission of the control information from the control device to the robot device via at least one or more relay devices.
The above relay device group
A measuring means for measuring the communication quality in one communication path from the control device to the robot device via the relay device, and
It has a route switching means for switching from the above one communication path to another communication path according to the measurement result by the above measurement means.
The route switching means is based on any one or more of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path at the time of the switching. Then select one of the other communication paths and
One relay device relays the transmission of the above state information and the above control information while synchronizing the time with the other relay device .
Evaluation of the communication path based on two or more of the indicators of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. A robot monitoring and control system characterized in that the above indicators are weighted according to the order of priority.

The other communication paths mentioned above consist of multiple routes.
Claim 1 is characterized in that, when selecting the other communication path, the route switching means selects one communication path from the candidates for the plurality of other communication paths for which a communication link has been established. The robot monitoring and control system described.

The robot monitoring control system according to claim 1 or 2, further comprising a frequency switching means for switching a communication frequency in the above one communication path according to a measurement result by the measuring means.

The relay device group further includes a frequency switching means for switching the communication frequency in the one communication path according to the measurement result by the measuring means, switching the communication path by the path switching means, and communicating by the frequency switching means. The robot monitoring and control system according to claim 1 or 2, characterized in that it is combined with frequency switching.

The measuring means is based on any one or more of the distance of the communication path, the electric field strength, the bit error rate, the packet error rate, the number of relay devices located on the communication path, and the delay time of the communication path. The robot monitoring and control system according to any one of claims 1 to 4, wherein the communication quality is measured in the above.