JP7287466B2 - 無線通信装置及び無線通信システム - Google Patents

Description

本開示は、マスタ装置及び少なくとも１つのスレーブ装置を含む無線通信システムのためのマスタ装置として動作する無線通信装置に関し、また、そのような無線通信装置を含む無線通信システムに関する。

センサをそれぞれ備える複数のスレーブ装置と、これらのスレーブ装置と無線通信可能に接続されたマスタ装置とを含む無線通信システムを用いて、さまざまな位置に配置された複数のセンサを含むセンサネットワークが構築されることがある。各センサは予め決められた物理量の測定値を取得し、マスタ装置は各スレーブ装置からセンサの測定値を読み出す。

例えば特許文献１は、複数台のノード装置とそれらのノード装置の各々に無線通信または有線通信を介して接続されるセンサ装置とを含むネットワークシステムおよびセンサデータ送受信方法を開示している。

特開２０１３－０９８９２６号公報

このような無線通信システムにおいて、何らかの障害に起因して、マスタ装置があるセンサの測定値を取得できなくなることがある。このような事象は、センサの故障に起因して生じる可能性があり、また、マスタ装置及びスレーブ装置の間の通信の中断に起因して生じる可能性もある。従って、修理すべき対象を特定するために、時間及び手間がかかる。また、スレーブ装置の位置は必ずしも既知ではない。この場合、修理すべきスレーブ装置（センサ）の位置を特定するために、時間及び手間がかかる。従って、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することが求められる。

本開示の目的は、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる無線通信装置を提供することにある。また、本開示の目的は、そのような無線通信装置を含む無線通信システムを提供することにある。

本開示の側面に係る無線通信装置によれば、
マスタ装置及び少なくとも１つのスレーブ装置を含む無線通信システムのためのマスタ装置として動作する無線通信装置であって、
前記スレーブ装置は、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサを備え、前記センサの測定値を無線通信装置に無線送信し、
前記無線通信装置は、
前記スレーブ装置から前記センサの測定値を無線受信する信号受信回路と、
前記スレーブ装置の位置を推定する位置推定器と、
前記スレーブ装置の位置の履歴を記憶する記憶装置と、
前記センサの測定値及び前記スレーブ装置の位置を表示装置に表示するマスタ制御回路とを備え、
前記マスタ制御回路は、前記スレーブ装置から前記センサの測定値を受信できなくなったとき、前記無線通信装置及び前記スレーブ装置の間の通信が中断されたことを示すエラーメッセージとともに、前記記憶装置に記憶された最新の位置を前記表示装置に表示する。

この構成を備えたことにより、通信の中断によりスレーブ装置の現在の位置が不明であっても、スレーブ装置が存在していると考えられる位置をユーザに提示することができる。従って、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

本開示の側面に係る無線通信装置によれば、
前記記憶装置は、前記センサの測定値の履歴を記憶し、
前記マスタ制御回路は、前記センサの測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、前記センサの動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示する。

この構成を備えたことにより、マスタ装置及びスレーブ装置の通信が可能であるものの、センサの動作不良に起因して、センサが測定値を取得できなくなっていることがわかる。

本開示の側面に係る無線通信装置によれば、
前記無線通信装置は、前記スレーブ装置に電力を無線伝送する送電回路をさらに備え、
前記スレーブ装置は、前記無線通信装置から無線伝送された電力を蓄える充電池を備え、前記充電池の充電率を測定して前記無線通信装置に無線送信し、
前記信号受信回路は、前記スレーブ装置から前記充電池の充電率を無線受信し、
前記マスタ制御回路は、前記充電池の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、前記充電池の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示する。

この構成を備えたことにより、マスタ装置及びスレーブ装置の通信が可能であるものの、充電率の不足に起因して、センサが測定値を取得できなくなっていることがわかる。

本開示の側面に係る無線通信装置によれば、
マスタ装置及び少なくとも１つのスレーブ装置を含む無線通信システムのためのマスタ装置として動作する無線通信装置であって、
前記スレーブ装置は、前記無線通信装置から無線伝送された電力を蓄える充電池を備え、前記充電池の充電率を測定して前記無線通信装置に無線送信し、
前記スレーブ装置は、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサを備え、前記センサの測定値を無線通信装置に無線送信し、
前記無線通信装置は、
前記スレーブ装置に電力を無線伝送する送電回路と、
前記スレーブ装置から前記充電池の充電率及び前記センサの測定値を無線受信する信号受信回路と、
前記スレーブ装置の位置を推定する位置推定器と、
前記センサの測定値の履歴を記憶する記憶装置と、
前記センサの測定値及び前記スレーブ装置の位置を表示装置に表示するマスタ制御回路とを備え、
前記マスタ制御回路は、前記充電池の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、前記充電池の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示し、
前記マスタ制御回路は、前記センサの測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、前記センサの動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示する。

この構成を備えたことにより、マスタ装置及びスレーブ装置の通信が可能であるものの、他の障害（充電率の不足、又はセンサの動作不良）に起因して、センサが測定値を取得できなくなっていることがわかる。従って、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

本開示の側面に係る無線通信装置によれば、
前記位置推定器は、
可変な指向性を有するアンテナ装置と、
前記スレーブ装置から無線受信された信号の信号レベルを測定する信号レベルモニタとを備える。

この構成を備えたことにより、マスタ装置から見たスレーブ装置の方向を推定し、マスタ装置及びスレーブ装置の間の距離を推定することができる。

本開示の側面に係る無線通信システムによれば、
前記無線通信装置と、
少なくとも１つのスレーブ装置とを含む。

この構成を備えたことにより、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

本開示の側面に係る無線通信システムによれば、
前記無線通信システムは、表示装置を備えた制御装置をさらに含み、
前記無線通信装置は前記制御装置に通信可能に接続される。

この構成を備えたことにより、スレーブ装置の状態及び位置を対応づけて表示することができる。

本開示の側面に係る無線通信装置及び無線通信システムによれば、スレーブ装置の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムを含む製造システムを示すブロック図である。 図１のマスタ装置１の構成を示すブロック図である。 図２のサーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１の詳細構成を示すブロック図である。 図１のスレーブ装置２の構成を示すブロック図である。 図１の制御装置３の構成を示すブロック図である。 図２のマスタ制御回路１０によって実行されるマスタ制御処理を示すフローチャートである。 図４のスレーブ制御回路２０によって実行されるスレーブ制御処理を示すフローチャートである。 図５のシステム制御回路３０によって実行されるシステム制御処理を示すフローチャートである。 図１のマスタ装置１から見たスレーブ装置２の方向の推定を説明する図である。 図１のマスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離の推定を説明する図である。 図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、すべてのスレーブ装置２－１～２－３が正常である場合を示す図である。 図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、マスタ装置１及びスレーブ装置２－３の通信にエラーが生じた場合を示す図である。 図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、マスタ装置１からスレーブ装置２－３への送電にエラーが生じた場合を示す図である。 図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、スレーブ装置２－３のセンサ２３の動作にエラーが生じた場合を示す図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムを含む製造システムを示すブロック図である。

以下、本開示の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係る無線通信システムを含む製造システムを示すブロック図である。図１の無線通信システムは、マスタ装置１と、少なくとも１つのスレーブ装置、図１の例では３つのスレーブ装置２－１～２－３とを含む。

本明細書では、スレーブ装置２－１～２－３を総称して「スレーブ装置２」という。

各スレーブ装置２は、後述するように、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサ２３を備え、センサ２３の測定値をマスタ装置１に無線送信する。

図２は、図１のマスタ装置１の構成を示すブロック図である。マスタ装置１は、少なくとも、マスタ制御回路１０、記憶装置１２、信号レベルモニタ１７、信号受信回路１８、及びアンテナ装置ＡＮＴ１を備える。信号受信回路１８は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して、スレーブ装置２からセンサ２３の測定値を無線受信する。アンテナ装置ＡＮＴ１及び信号レベルモニタ１７は、スレーブ装置２から受信した信号に基づいて、スレーブ装置２の位置を推定する位置推定器として機能する。記憶装置１２は、アンテナ装置ＡＮＴ１及び信号レベルモニタ１７を用いて推定されたスレーブ装置２の位置の履歴を記憶する。マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値及びスレーブ装置２の位置を表示装置３２に表示する。表示装置３２は、例えば、図１に示すように、マスタ装置１の外部の制御装置３に設けられてもよい。

図４は、図１のスレーブ装置２の構成を示すブロック図である。スレーブ装置２は、少なくとも、センサ２３、信号送信回路２４、及びアンテナ装置ＡＮＴ２を備える。センサ２３は、前述のように、予め決められた物理量の測定値を取得する。信号送信回路２４は、アンテナ装置ＡＮＴ２を介して、センサ２３の測定値をマスタ装置１に無線送信する。

マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２からセンサ２３の測定値を受信できなくなったとき、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の通信が中断されたことを示すエラーメッセージとともに、記憶装置１２に記憶された最新の位置を表示装置３２に表示する。これにより、通信の中断によりスレーブ装置２の現在の位置が不明であっても、スレーブ装置２が存在していると考えられる位置をユーザに提示することができる。従って、スレーブ装置２の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

追加又は代替として、マスタ装置１及びスレーブ装置２は、以下のように構成されて動作してもよい。

マスタ装置１は、追加として、図２に示すように送電回路１４を備えてもよい。送電回路１４は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して、スレーブ装置２に電力を無線伝送する。

スレーブ装置２は、追加として、図４に示すように、受電回路２５、充電池２１、及び充電率モニタ２２を備えてもよい。受電回路２５は、アンテナ装置ＡＮＴ２を介して、マスタ装置１から無線伝送された電力を取得する。充電池２１は、マスタ装置１から無線伝送された電力を蓄える。充電率モニタ２２は、充電池２１の充電率を測定する。また、スレーブ装置２の信号送信回路２４は、アンテナ装置ＡＮＴ２を介して、センサ２３の測定値に加えて、充電池２１の充電率をマスタ装置１に無線送信する。

マスタ装置１の信号受信回路１８は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して、スレーブ装置２から、センサ２３の測定値に加えて、充電池２１の充電率を無線受信する。記憶装置１２は、スレーブ装置２の位置の履歴に加えて、又はそれに代えて、センサ２３の測定値の履歴を記憶する。

マスタ制御回路１０は、前述のように、通信が中断されたことを示すエラーメッセージと、記憶された最新の位置とを表示装置３２に表示することに加えて、又はそれに代えて、以下のように動作してもよい。マスタ制御回路１０は、充電池２１の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、充電池２１の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。ここで、充電率のしきい値は、センサ２３が動作するには不十分であるが、スレーブ装置２のスレーブ制御回路２０及び信号送信回路２４が動作するには十分な電力を充電池２１が供給可能であるように設定される。充電率の不足は、例えば、マスタ装置１からスレーブ装置２への電力の無線伝送が中断されたとき、又は、充電池２１及び／又は受電回路２５が故障したときに生じる可能性がある。また、マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、センサ２３の動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。センサ２３の動作不良は、例えば、センサ２３が故障したとき、又は、センサ２３が正しく設置されていないとき（すなわち、測定すべき対象物を測定できない位置又は姿勢でセンサが設置されているとき）に生じる可能性がある。これにより、マスタ装置１及びスレーブ装置２の通信が可能であるものの、他の障害（充電率の不足、又はセンサ２３の動作不良）に起因して、センサ２３が測定値を取得できなくなっていることがわかる。センサ２３の測定値が不明であっても、マスタ装置１がスレーブ装置２から受信した信号に基づいて、スレーブ装置２の位置を推定することができる。従って、スレーブ装置２の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

このように、実施形態に係る無線通信システムによれば、スレーブ装置２の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

［第１の実施形態］
［第１の実施形態の構成例］
図１の例では、マスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３は、制御装置３、製造装置４、及びベルトコンベア５を備えた工場に設けられる。ベルトコンベア５は、パレット６及びワーク７を搬送する。パレット６及びワーク７は、ベルトコンベア５によって、予め決められた時間において予め決められた位置に到着しているように移動される。予め決められた位置において、ワーク７に対して予め決められた作業のイベントがそれぞれ実行される。スレーブ装置２－１～２－３は、予め決められた位置の近傍にそれぞれ設けられ、予め決められた位置において実行されるイベントにそれぞれ関連付けられる。各スレーブ装置２－１～２－３のセンサ２３は、これらのイベントに関連付けられた予め決められた物理量を測定する。マスタ装置１は、測定された物理量を各スレーブ装置２－１～２－３から収集し、制御装置３に送る。制御装置３は、測定された物理量に基づいて製造装置４の動作を制御する。制御装置３は、例えば、プログラマブルロジックコントローラである。製造装置４は、ワーク７に対して予め決められた作業（例えば、溶接などの加工工程）のイベントを実行する。

図２を参照すると、マスタ装置１は、マスタ制御回路１０、電源装置１１、記憶装置１２、通信回路１３、送電回路１４、信号送信回路１５、アンテナ制御回路１６、信号レベルモニタ１７、信号受信回路１８、サーキュレータ回路１９、及びアンテナ装置ＡＮＴ１を備える。

マスタ制御回路１０は、マスタ装置１の全体の動作を制御する。

電源装置１１は、スレーブ装置２に送電される電力を供給する。

記憶装置１２は、前述のように、センサ２３の測定値の履歴及びスレーブ装置２の位置の履歴を記憶する。

通信回路１３は、有線又は無線の通信回線を介して制御装置３に接続される。マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値、スレーブ装置２の位置、及びエラーメッセージを、通信回路１３を介して制御装置３に出力する。

送電回路１４は、スレーブ装置２のセンサ２３ほかの回路を動作させるための電力を、サーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１を介してスレーブ装置２に無線伝送する。送電回路１４は、例えば、電源装置１１によって供給された電力からＣＷ（continuous wave）波を発生する。

信号送信回路１５は、センサ２３を制御する制御信号（例えば、センサ２３の読み出し信号）を、サーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１を介してスレーブ装置２に無線送信する。

アンテナ装置ＡＮＴ１は、可変な指向性を有する。アンテナ制御回路１６は、マスタ制御回路１０の制御下で、アンテナ装置ＡＮＴ１の指向性を制御する。

信号レベルモニタ１７は、スレーブ装置２から無線受信された信号の信号レベル、例えば受信信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する。

信号受信回路１８は、センサ２３の測定値及び充電池２１の充電率を含む応答信号を、アンテナ装置ＡＮＴ１及びサーキュレータ回路１９を介してスレーブ装置２から無線受信する。

サーキュレータ回路１９は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介してスレーブ装置２に送られる電力及び信号と、アンテナ装置ＡＮＴ１を介してスレーブ装置２から受信された信号とを合成及び分離する。

図３は、図２のサーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１の詳細構成を示すブロック図である。アンテナ装置ＡＮＴ１は、例えば、複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであってもよい。

サーキュレータ回路１９は、分配器４１、サーキュレータ４２－１～４２－４、及び合成器４３を備える。分配器４１は、送電回路１４から送られた電力を、アンテナ素子の個数に合わせて４つに分配する。同様に、分配器４１は、信号送信回路１５から送られた信号を、アンテナ素子の個数に合わせて４つに分配する。サーキュレータ４２－１～４２－４は、分配器４１によって分配された電力及び信号をアンテナ装置ＡＮＴ１に送り、かつ、アンテナ装置ＡＮＴ１から送られた４つの信号を合成器４３に送る。合成器４３は、アンテナ装置ＡＮＴ１から送られた４つの信号を合成し、信号レベルモニタ１７及び信号受信回路１８に送る。

アンテナ装置ＡＮＴ１は、位相及び振幅調整器５１及びアンテナ素子５２－１～５２－４を備える。アンテナ素子５２－１～５２－４は、互いに所定の間隔を有して配列される。位相及び振幅調整器５１は、アンテナ制御回路１６の制御下で、アンテナ素子５２－１～５２－４を介して送信される信号及び受信される信号の位相及び振幅を調整し、これにより、アンテナ装置ＡＮＴ１のビーム及びヌルの方向を制御する。

図４を参照すると、スレーブ装置２は、スレーブ制御回路２０、充電池２１、充電率モニタ２２、センサ２３、信号送信回路２４、受電回路２５、信号受信回路２６、サーキュレータ回路２７、及びアンテナ装置ＡＮＴ２を備える。

スレーブ制御回路２０は、スレーブ装置２の全体の動作を制御する。

充電池２１は、前述のように、マスタ装置１から無線伝送された電力を蓄える。

充電率モニタ２２は、前述のように、充電池２１の充電率を測定する。充電率モニタ２２は、例えば、充電池２１の充電電圧に基づいて、充電池２１の充電率を測定する。

センサ２３は、前述のように、予め決められた物理量の測定値を取得する。センサ２３は、例えば、温度、光、変位、振動、圧力、流量、傾斜などの物理量のいずれかを測定してもよい。また、センサ２３は、予め決められた物理量の測定値を取得することにより、何らかの対象物の状態、例えば、あるスイッチ又は装置のオン／オフを検出してもよい。

信号送信回路２４は、センサ２３の測定値及び充電池２１の充電率を含む応答信号を、サーキュレータ回路２７及びアンテナ装置ＡＮＴ２を介してマスタ装置１に無線送信する。

受電回路２５は、アンテナ装置ＡＮＴ２及びサーキュレータ回路２７を介して、マスタ装置１から無線伝送された電力を取得する。

信号受信回路２６は、センサ２３の読み出し信号などを含む制御信号を、アンテナ装置ＡＮＴ２及びサーキュレータ回路２７を介してマスタ装置１から無線受信する。

アンテナ装置ＡＮＴ２は、予め決められた指向性又は無指向性を有する。

サーキュレータ回路２７は、アンテナ装置ＡＮＴ２を介してマスタ装置１から送られた電力及び信号と、アンテナ装置ＡＮＴ２を介してマスタ装置１に送られる信号とを合成及び分離する。

図５は、図１の制御装置３の構成を示すブロック図である。制御装置３は、システム制御回路３０、通信回路３１、及び表示装置３２を備える。

システム制御回路３０は、制御装置３の全体の動作を制御し、また、図１の製造システムの全体の動作を制御する。

通信回路３１は、有線又は無線の通信回線を介してマスタ装置１に接続される。また、通信回路３１は、有線又は無線の通信回線を介して製造装置４に接続される。システム制御回路３０は、センサ２３の測定値の読み出しを要求する読み出し要求信号を、通信回路３１を介してマスタ装置１に送信する。また、システム制御回路３０は、センサ２３の測定値、スレーブ装置２の位置、及びエラーメッセージを、通信回路３１を介してマスタ装置１から受信する。また、システム制御回路３０は、製造装置４の動作を制御する制御信号を、通信回路３１を介して製造装置４に送信する。

表示装置３２は、図１の製造システムの状態を表示し、例えば、マスタ装置１から受信されたデータ、すなわち、センサ２３の測定値、スレーブ装置２の位置、及びエラーメッセージを表示する。表示装置３２は、制御装置３に一体的に設けられてもよく、制御装置３の外部に接続されてもよい。

［第１の実施形態の動作例］
図６は、図２のマスタ制御回路１０によって実行されるマスタ制御処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、マスタ制御回路１０は、制御装置３から読み出し要求信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２に進み、ＮＯのときはステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２において、マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値を読み出すために、読み出し信号をスレーブ装置２に送信する。

図７は、図４のスレーブ制御回路２０によって実行されるスレーブ制御処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、スレーブ制御回路２０は、充電率モニタ２２を用いて、充電池２１の充電率を取得する。ステップＳ２２において、スレーブ制御回路２０は、センサ２３の測定値を取得する。ステップＳ２３において、スレーブ制御回路２０は、マスタ装置１から読み出し信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１に戻る。ステップＳ２４において、スレーブ制御回路２０は、センサ２３の測定値及び充電池２１の充電率を含む応答信号をマスタ装置１に送信する。

再び図６を参照すると、ステップＳ３において、マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２から応答信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ８に進み、ＮＯのときはステップＳ４に進む。

マスタ制御回路１０は、ステップＳ２において送信した読み出し信号に対する応答信号を受信するまで、ステップＳ２～Ｓ４を繰り返す。ステップＳ４において、マスタ制御回路１０は、ステップＳ２～Ｓ４の連続した再試行の回数が予め決められたしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５に進み、ＮＯのときはステップＳ２に戻る。

ステップＳ５において、マスタ制御回路１０は、記憶装置１２からスレーブ装置２の最新の位置を読み出す。ここで、記憶装置１２から読み出されるスレーブ装置２の位置は、スレーブ装置２から応答信号が受信されたときに推定された、スレーブ装置２の過去の位置である。また、スレーブ装置２から応答信号が受信されないので、センサ２３の測定値は不明である。従って、ステップＳ６において、マスタ制御回路１０は、センサ２３のダミーの測定値を生成する。ステップＳ７において、マスタ制御回路１０は、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の通信のエラーを示すエラーコードを設定する。

ステップＳ８において、マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２から受信した応答信号に基づいてスレーブ装置２の位置を推定し、記憶装置１２に格納する。スレーブ装置２の位置は、前述のように、アンテナ装置ＡＮＴ１及び信号レベルモニタ１７を用いて推定される。

図９は、図１のマスタ装置１から見たスレーブ装置２の方向の推定を説明する図である。アンテナ装置ＡＮＴ１のビームをスレーブ装置２に合わせることにより、マスタ装置１から見たスレーブ装置２の方向を推定することができる。図９に示すように、アンテナ装置ＡＮＴ１の構造（例えば、アンテナ素子５２－１～５２－４の配置）に応じて、スレーブ装置２からマスタ装置１に到来する信号の入射角θ及び方位角φの少なくとも一方を推定することができる。アンテナ装置ＡＮＴ１のビームを操向するための任意のアルゴリズムを使用可能である。

図１０は、図１のマスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離の推定を説明する図である。マスタ装置１がスレーブ装置２から無線受信する信号の信号レベルは、概して、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離が大きくなるほど低下し、距離が小さくなるほど増大する。従って、信号レベルモニタ１７を用いて、スレーブ装置２から無線受信された信号の信号レベル（例えばＲＳＳＩ）を測定することにより、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離を推定することができる。ここで、図１０に示すように、アンテナ素子５２－１～５２－４にそれぞれ到来し、合成器４３に入力される前の個別の受信信号の信号レベルは、マルチパスの影響を受け、理想的な場合の信号レベルから大きく乖離する可能性がある。一方、これらの受信信号を合成器４３によって合成することにより、マルチパスの影響を低減し、理想的な受信信号に近づけることができる。従って、合成器４３から出力される受信信号の信号レベルに基づいてマスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離を推定することにより、合成器４３に入力される受信信号の信号レベルに基づいて推定する場合よりも、小さな誤差で距離を推定することができる。

アンテナ装置ＡＮＴ１及びアンテナ制御回路１６は、マスタ装置１から見たスレーブ装置２の方向を推定できるように、予め較正される。また、信号レベルモニタ１７は、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離を推定できるように、予め較正される。

図９及び図１０を参照して説明した方法により、マスタ装置１から見たスレーブ装置２の相対位置を推定することができる。マスタ装置１の絶対位置が既知であるならば、スレーブ装置２の絶対位置を推定することができる。

再び図６を参照すると、ステップＳ９において、マスタ制御回路１０は、充電池２１の充電率が予め決められたしきい値以上であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１２に進み、ＮＯのときはステップＳ１０に進む。充電率のしきい値は、前述のように、センサ２３が動作するには不十分であるが、スレーブ装置２のスレーブ制御回路２０及び信号送信回路２４が動作するには十分な電力を充電池２１が供給可能であるように設定される。

ステップＳ９がＮＯのとき、充電率の不足によりセンサ２３が正しく動作できないので、センサ２３の正しい測定値が得られない。従って、ステップＳ１０において、マスタ制御回路１０は、センサ２３のダミーの測定値を生成する。ステップＳ１１において、マスタ制御回路１０は、充電率のエラーを示すエラーコードを設定する。

ステップＳ１２において、マスタ制御回路１０は、応答信号からセンサ２３の測定値を取得する。ステップＳ１３において、マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１４に進み、ＮＯのときはステップＳ１５に進む。ここで、ステップＳ１３の時間期間は、所定の時間長に設定されてもよく、マスタ制御処理のイテレーションの回数として設定されてもよい。

ステップＳ１４において、マスタ制御回路１０は、センサ２３のエラーを示すエラーコードを設定する。

ステップＳ１５において、マスタ制御回路１０は、通信、充電率、及びセンサ２３が正常であることを示すエラーコード（すなわち、エラーなし）を生成する。

ステップＳ１６において、マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２の位置、センサ２３の測定値、及びエラーコードを制御装置３に送信する。その後、処理はステップＳ１に戻る。

図８は、図５のシステム制御回路３０によって実行されるシステム制御処理を示すフローチャートである。

ステップＳ３１において、システム制御回路３０は、マスタ装置１に読み出し要求信号を送信する。ステップＳ３２において、システム制御回路３０は、スレーブ装置２の位置、センサ２３の測定値、及びエラーコードをマスタ装置１から受信する。

ステップＳ３３において、システム制御回路３０は、通信のエラーを示すエラーコードを受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３４に進み、ＮＯのときはステップＳ３５に進む。ステップＳ３４において、システム制御回路３０は、通信のエラーを示すエラーメッセージとともに、スレーブ装置２の位置を表示装置３２に表示する。

図１１は、図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、すべてのスレーブ装置２－１～２－３が正常である場合を示す図である。図１１～図１４の例では、各スレーブ装置２－１～２－３に関連して、その識別子（ＩＤ）、位置、センサ２３の測定値（例えば温度）、通信の状態、充電率の状態、及びセンサ２３の動作の状態を表示する。

システム制御回路３０は、無線通信システムが配置された場所のマップを表示し、マスタ装置１の位置と、スレーブ装置２の推定された位置とをマップに重畳してもよい。システム制御回路３０は、マスタ装置１の絶対位置を予め記憶してもよく、この場合、マスタ装置１の絶対位置と、推定されたスレーブ装置２の相対位置とに基づいて、スレーブ装置２の絶対位置を推定することができる。

図１２は、図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、マスタ装置１及びスレーブ装置２－３の通信にエラーが生じた場合を示す図である。通信の中断により、スレーブ装置２の現在の位置、センサ２３の測定値、充電池２１の充電率、センサ２３の動作の状態は不明である。表示装置３２は、マスタ装置１の記憶装置１２から読み出されたスレーブ装置２の最新の位置（ｘ３’，ｙ３’）を表示する。

再び図８を参照すると、ステップＳ３５において、システム制御回路３０は、充電率のエラーを示すエラーコードを受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３６に進み、ＮＯのときはステップＳ３７に進む。ステップＳ３６において、システム制御回路３０は、充電率のエラーを示すエラーメッセージとともに、スレーブ装置２の位置を表示装置３２に表示する。

図１３は、図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、マスタ装置１からスレーブ装置２－３への送電にエラーが生じた場合を示す図である。送電のエラーによりスレーブ装置２－３の充電池２１の充電率が不足する。このとき、スレーブ装置２－３のセンサ２３が正しく動作できないので、スレーブ装置２－３のセンサ２３の正しい測定値が得られない。表示装置３２は、スレーブ装置２－３のセンサ２３のダミーの測定値を表示する。

再び図８を参照すると、ステップＳ３７において、システム制御回路３０は、センサ２３のエラーを示すエラーコードを受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３８に進み、ＮＯのときはステップＳ３９に進む。ステップＳ３８において、システム制御回路３０は、センサ２３のエラーを示すエラーメッセージとともに、スレーブ装置２の位置及びセンサ２３の測定値を表示装置３２に表示する。ステップＳ３９において、システム制御回路３０は、スレーブ装置２の位置及びセンサ２３の測定値を表示装置３２に表示する。

図１４は、図１の表示装置３２に表示されるマスタ装置１及びスレーブ装置２－１～２－３の例示的な配置を示す図であって、スレーブ装置２－３のセンサ２３の動作にエラーが生じた場合を示す図である。スレーブ装置２－３のセンサ２３に動作不良が生じているが、その現在の測定値は、センサ２３に動作不良が生じる直前に得られた正しい測定値に等しいと考えられる。従って、表示装置３２は、スレーブ装置２－３のセンサ２３の測定値を表示する。

図８の処理の終了後、システム制御回路３０は、ユーザの制御下で製造装置４の動作を制御してもよく、また、周期的に図８の処理を繰り返してもよい。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２からセンサ２３の測定値を受信できなくなったとき、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の通信が中断されたことを示すエラーメッセージとともに、記憶装置１２に記憶された最新の位置を表示装置３２に表示する。これにより、通信の中断によりスレーブ装置２の現在の位置が不明であっても、スレーブ装置２が存在していると考えられる位置をユーザに提示することができる。

また、第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、マスタ制御回路１０は、充電池２１の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、充電池２１の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。また、マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、センサ２３に動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。これにより、マスタ装置１及びスレーブ装置２の通信が可能であるものの、他の障害（充電率の不足、又はセンサ２３の動作不良）に起因して、センサ２３が測定値を取得できなくなっていることがわかる。センサ２３の測定値が不明であっても、マスタ装置１がスレーブ装置２から受信した信号に基づいて、スレーブ装置２の位置を推定することができる。

このように、第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、スレーブ装置２の状態及び位置を適切にモニタリングして保守及び修理の負担を軽減することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、各スレーブ装置２の状態及び位置を対応付けて表示装置３２に表示できるので、無線通信システムを保守及び修理する時間及び手間を削減し、また、製造装置４等の段取り替えの時間及び手間を削減することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、モニタリングされた各スレーブ装置２の状態及び位置に基づいて動作するロボットなどを用いて、無線通信システム及び製造装置４等の保守及び修理を自動化してもよい。

第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、アレイアンテナの各アンテナ素子にそれぞれ到来した受信信号を合成し、合成された受信信号の信号レベルに基づいてマスタ装置１及びスレーブ装置２の間の距離を推定するので、マルチパスの影響を軽減し、小さな誤差で距離を推定することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、マスタ装置からスレーブ装置に電力を無線伝送するシステムに対して、スレーブ装置の位置を検出する機能を一体化することができる。

［第２の実施形態］
図１５は、第２の実施形態に係る無線通信システムを含む製造システムを示すブロック図である。図１５のシステムは、図１のマスタ装置１及び製造装置４に代えて、マスタ装置１Ａを含む。図１５のマスタ装置１Ａは、図１のマスタ装置１及び製造装置４の機能を有し、例えば、図５の表示装置３２及び他の構成要素を備える。表示装置３２は、マスタ装置１Ａに一体的に設けられてもよく、マスタ装置１Ａの外部に接続されてもよい。

［変形例］
各スレーブ装置２は、工場などの設備に固定されてもよい。また、各スレーブ装置２は、ロボット又はユーザの身体に装着される移動体であってもよい。

制御装置３は、複数のマスタ装置１を制御してもよい。

図２の信号レベルモニタ１７は信号受信回路１８に一体化されてもよく、この場合、信号受信回路１８が受信信号の信号レベルを測定してもよい。

充電池２１の充電率は、マスタ装置１がしきい値と比較してもよく、スレーブ装置２がしきい値と比較してもよい。後者の場合、スレーブ装置２は、充電率の比較結果をマスタ装置１に送信する。

図６のステップＳ１３において、マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるか否かを判断することに代えて、例えば、センサ２３の測定値が予め決められた範囲の外部にあるか否かを判断してもよい。

［まとめ］
本開示の各側面に係る無線通信装置及び無線通信システムは、以下のように表現されてもよい。

本開示の第１の側面に係る無線通信装置は、マスタ装置１及び少なくとも１つのスレーブ装置２を含む無線通信システムのためのマスタ装置１として動作する。スレーブ装置２は、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサ２３を備え、センサ２３の測定値をマスタ装置１に無線送信する。マスタ装置１は、スレーブ装置２からセンサ２３の測定値を無線受信する信号受信回路１８と、スレーブ装置２の位置を推定する位置推定器と、スレーブ装置２の位置の履歴を記憶する記憶装置１２と、センサ２３の測定値及びスレーブ装置２の位置を表示装置３２に表示するマスタ制御回路１０とを備える。マスタ制御回路１０は、スレーブ装置２からセンサ２３の測定値を受信できなくなったとき、マスタ装置１及びスレーブ装置２の間の通信が中断されたことを示すエラーメッセージとともに、記憶装置１２に記憶された最新の位置を表示装置３２に表示する。

本開示の第２の側面に係る無線通信装置によれば、第１の側面に係る無線通信装置において、記憶装置１２は、センサ２３の測定値の履歴を記憶する。マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、センサ２３に動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。

本開示の第３の側面に係る無線通信装置によれば、第１又は第２の側面に係る無線通信装置において、マスタ装置１は、スレーブ装置２に電力を無線伝送する送電回路１４をさらに備える。スレーブ装置２は、マスタ装置１から無線伝送された電力を蓄える充電池２１を備え、充電池２１の充電率を測定してマスタ装置１に無線送信する。信号受信回路１８は、スレーブ装置２から充電池２１の充電率を無線受信する。マスタ制御回路１０は、充電池２１の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、充電池２１の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。

本開示の第４の側面に係る無線通信装置は、マスタ装置１及び少なくとも１つのスレーブ装置２を含む無線通信システムのためのマスタ装置１として動作する。スレーブ装置２は、マスタ装置１から無線伝送された電力を蓄える充電池２１を備え、充電池２１の充電率を測定してマスタ装置１に無線送信する。スレーブ装置２は、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサ２３を備え、センサ２３の測定値をマスタ装置１に無線送信する。マスタ装置１は、スレーブ装置２に電力を無線伝送する送電回路１４と、スレーブ装置２から充電池２１の充電率及びセンサ２３の測定値を無線受信する信号受信回路１８と、スレーブ装置２の位置を推定する位置推定器と、センサ２３の測定値の履歴を記憶する記憶装置１２と、センサ２３の測定値及びスレーブ装置２の位置を表示装置３２に表示するマスタ制御回路１０とを備える。マスタ制御回路１０は、充電池２１の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、充電池２１の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。マスタ制御回路１０は、センサ２３の測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、センサ２３に動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを表示装置３２に表示する。

本開示の第５の側面に係る無線通信装置によれば、第１～第４のうちの１つの側面に係る無線通信装置において、位置推定器は、可変な指向性を有するアンテナ装置ＡＮＴ１と、スレーブ装置２から無線受信された信号の信号レベルを測定する信号レベルモニタ１７とを備える。

本開示の第６の側面に係る無線通信システムは、第１～第５のうちの１つの側面に係る無線通信装置と、少なくとも１つのスレーブ装置２とを含む。

本開示の第７の側面に係る無線通信システムによれば、第６の側面に係る無線通信システムにおいて、無線通信システムは、表示装置３２を備えた制御装置３をさらに含む。マスタ装置１は制御装置３に通信可能に接続される。

本開示の側面に係る無線通信システムは、例えば複数のセンサを含むセンサネットワークに利用可能である。

１，１Ａ マスタ装置
２－１～２－３ スレーブ装置
３ 制御装置
４ 製造装置
５ ベルトコンベア
６ パレット
７ ワーク
１０ マスタ制御回路
１１ 電源装置
１２ 記憶装置
１３ 通信回路
１４ 送電回路
１５ 信号送信回路
１６ アンテナ制御回路
１７ 信号レベルモニタ
１８ 信号受信回路
１９ サーキュレータ回路
２０ スレーブ制御回路
２１ 充電池
２２ 充電率モニタ
２３ センサ
２４ 信号送信回路
２５ 受電回路
２６ 信号受信回路
２７ サーキュレータ回路
３０ システム制御回路
３１ 通信回路
３２ 表示装置
４１ 分配器
４２－１～４２－４ サーキュレータ
４３ 合成器
５１ 位相及び振幅調整器
５２－１～５２－４ アンテナ素子
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２ アンテナ装置

Claims (4)

1. マスタ装置及び少なくとも１つのスレーブ装置を含む無線通信システムのためのマスタ装置として動作する無線通信装置であって、
   前記スレーブ装置は、前記無線通信装置から無線伝送された電力を蓄える充電池を備え、前記充電池の充電率を測定して前記無線通信装置に無線送信し、
   前記スレーブ装置は、予め決められた物理量の測定値を取得するセンサを備え、前記センサの測定値を無線通信装置に無線送信し、
   前記無線通信装置は、
   前記スレーブ装置に電力を無線伝送する送電回路と、
   前記スレーブ装置から前記充電池の充電率及び前記センサの測定値を無線受信する信号受信回路と、
   前記スレーブ装置の位置を推定する位置推定器と、
   前記センサの測定値の履歴及び前記スレーブ装置の位置の履歴を記憶する記憶装置と、
   前記センサの測定値及び前記スレーブ装置の位置を表示装置に表示するマスタ制御回路とを備え、
   前記マスタ制御回路は、
   前記スレーブ装置から前記センサの測定値を受信できなくなったとき、前記無線通信装置及び前記スレーブ装置の間の通信が中断されたことを示すエラーメッセージとともに、前記記憶装置に記憶された最新の位置を前記表示装置に表示し、
   前記センサの測定値が予め決められた時間期間にわたって不変であるとき、前記センサの動作不良が生じたことを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示し、
   前記充電池の充電率が予め決められたしきい値より小さいとき、前記充電池の充電率が不足していることを示すエラーメッセージを前記表示装置に表示する、
   無線通信装置。
2. 前記位置推定器は、
   可変な指向性を有するアンテナ装置と、
   前記スレーブ装置から無線受信された信号の信号レベルを測定する信号レベルモニタとを備えた、
   請求項１記載の無線通信装置。
3. 請求項１又は２記載の無線通信装置と、
   少なくとも１つのスレーブ装置とを含む、
   無線通信システム。
4. 前記無線通信システムは、表示装置を備えた制御装置をさらに含み、
   前記無線通信装置は前記制御装置に通信可能に接続された、
   請求項３記載の無線通信システム。

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