(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて協調して所定の動作を実施する２つ以上のスレーブ局と、で構成される無線通信システムであって、
全ての前記スレーブ局がそれぞれ前記所定の動作を実施することにより、１つの全体動作を実現し、
前記マスター局は、
前記スレーブ局ごとにそれぞれ個別の前記動作指示を無線フレームとして生成して送信する通常フレーム送信処理手段と、
スレーブ局ごとに前記動作指示を送信してから所定の応答待機時間の間に応答があったか否かを判断し、全てのスレーブ局から応答待機時間の間に前記動作指示に対する応答があった場合に、全てのスレーブ局に対して前記動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、
を備え、
前記スレーブ局は、
前記実行指示信号を受信し、所定の受信処理を行う実行指示信号受信処理手段、
を備え、
前記実行指示信号受信処理手段は、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示に基づく動作を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記実行指示信号を、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式より要求受信ＳＮＲが低い方式で生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記実行指示信号を生成する方式を、その方式の要求ＳＮＲが、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式の要求ＳＮＲに比べ、２０ｄＢ以上３０ｄＢ以下の範囲で低い方式、とすることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記実行指示信号作成手段は、前記実行指示信号を所定の回数にわたって繰り返し送信することを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記実行指示信号作成手段は、前記実行指示信号を送信する場合、前記通常フレーム送信処理手段が生成した通常フレームを送信する場合より、送信電力を高くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記実行指示信号作成手段は、前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、動作の待機を指示する待機指示信号をすべてのスレーブ局に対して送信し、
前記実行指示信号受信処理手段は、前記待機指示信号を受信した場合、所定の動作待機時間の間、その待機指示信号に対応する動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記待機指示信号を、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式より要求受信ＳＮＲが低い方式で生成することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記待機指示信号を生成する方式を、その方式の要求ＳＮＲが、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式の要求ＳＮＲに比べ、２０ｄＢ以上３０ｄＢ以下の範囲で低い方式、とすることを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記実行指示信号作成手段は、前記待機指示信号を所定の回数にわたって繰り返し送信することを特徴とする請求項６、７または８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記実行指示信号作成手段は、前記待機指示信号を送信する場合、前記通常フレーム送信処理手段が生成した通常フレームを送信する場合より、送信電力を高くすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記通常フレーム送信処理手段は、前記動作指示に対する応答が１つ以上のスレーブ局から得られない場合には、応答が得られないスレーブ局へその動作指示を再送することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記通常フレーム送信処理手段は、前記動作指示を所定の送信周期ごとに送信し、
前記応答待機時間を前記送信周期以内とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、前記通常フレーム送信処理手段は、次の動作指示の送信時に、応答が得られなかった動作指示と同様の動作を指示する動作指示を送信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、前記通常フレーム送信処理手段は、次の動作指示の送信時に、応答が得られなかった動作指示の次の動作を指示する動作指示を送信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１５】
マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて協調して所定の動作を実施する２つ以上のスレーブ局と、で構成され、全ての前記スレーブ局がそれぞれ前記所定の動作を実施することにより、１つの全体動作を実現する無線通信システムにおいて、前記マスター局として動作する無線通信装置であって、
前記スレーブ局ごとにそれぞれ個別の前記動作指示を無線フレームとして生成して送信する通常フレーム送信処理手段と、
スレーブ局ごとに前記動作指示を送信してから所定の応答待機時間の間に応答があったか否かを判断し、全てのスレーブ局から応答待機時間の間に前記動作指示に対する応答があった場合に、全てのスレーブ局に対して前記動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１６】
マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて協調して所定の動作を実施する２つ以上のスレーブ局と、で構成され、全ての前記スレーブ局がそれぞれ前記所定の動作を実施することにより、１つの全体動作を実現する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記マスター局が、前記スレーブ局ごとにそれぞれ個別の前記動作指示を無線フレームとして生成して送信する通常フレーム送信処理ステップと、
前記マスター局が、スレーブ局ごとに前記動作指示を送信してから所定の応答待機時間の間に応答があったか否かを判断し、全てのスレーブ局から応答待機時間の間に前記動作指示に対する応答があった場合に、全てのスレーブ局に対して前記動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成ステップと、
前記スレーブ局が、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示の内容を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機する実行指示信号受信処理ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の装置を一定周期で協調して動作させるための無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＡ（Factory  Automation）環境のシステム（ＦＡシステム）では、複数の機器と複数のネットワークが存在する。たとえば、このようなＦＡシステムは、センサー、ロボット、サーボモータなどの機器と、それらの機器を制御するためのコントローラを備える。また、このようなＦＡシステムは、たとえば、コントローラの間で情報を共有するためのコントローラ間ネットワーク，ＰＣ（Personal  Computer）間とコントローラの間で情報を共有するための情報ネットワーク，リアルタイムに機器間を協調して接続することを目的とするフィールドネットワーク，フィールドネットワークよりも高速で確実性の高い通信を行い、機器間を高速に接続することを目的としているサーボネットワークなどの複数のネットワークを備える。【０００３】
情報ネットワークの代表的な通信方式としては、Ethernet（登録商標）／ＩＰ（Internet  Protocol）やPROFInetなどがあり、コントローラ間ネットワークの代表的な通信方式としてはMELSECNETやFL-netなどがある。また、フィールドネットワークの代表的な通信方式としてはCC-Link（Control  ＆  Communication  Link）やDevicenetなどがあり、サーボネットワークの代表的な通信方式としては、SSCNET（Servo  System  Controller  Network）などがある。【０００４】
このうち、フィールドネットワークやサーボネットワークでは、ＦＡシステムの特徴として、高速で確実性の高い通信が要求される。たとえば、ＦＡシステムを構成する機器として産業用ロボットを例にあげる。産業用ロボットは、伸縮，屈伸，上下移動，左右移動若しくは旋回の動作を行うために、コントローラから指示された指令に従い、サーボアンプ、サーボモータを経て動作を行う。産業用ロボットの複雑な動作を実現するために、２台以上のサーボアンプ、サーボモータを順次所定の手順で動作させることになる。【０００５】
また、産業用ロボットの一例としてロールフィーダと呼ばれる工作機械の動作を説明する。ロールフィーダは、台上に乗ったロールをフィーダが速度を調整しながら前に動かし、ロールが止まった所で穴あけ機が降りてくることにより、穴あけを実現する。この例では、ロールを移動させるフィーダと穴を開ける穴あけ機とのそれぞれを駆動するサーボモータに、コントローラからサーボアンプを通じて指示を出すという形式をとる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対して精密な加工を行う際には高精度な協調動作が必要である。そのため、コントローラと各サーボアンプおよびサーボモータ間を周期的に同期通信することにより、同時起動や高精度な複数のサーボ間の協調動作を実現している。高精度な協調動作を実現するためには、確実性の高い通信を行う必要がある。【０００６】
一方、マスター・スレーブシステムでの確実性の高い通信を行う技術として、たとえば、下記特許文献１に、有線のバス型ネットワークに対して、スレーブからの応答が無い場合に、通信異常を検知して、該当するスレーブを切り離した異常時動作モードに入る技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のＦＡシステムのフィールドネットワークやサーボネットワークでは、物理線としては、メタルケーブルや光ファイバーケーブルが用いられており、通信誤りが発生しないことを前提としている。コントロールされる複数のスレーブが存在するようなネットワークで複数のスレーブが協調して動作することを仮定している場合に通信誤りが生じた場合、通信誤りの発生をマスター及び全スレーブが把握する必要がある。通信誤りを検知出来ずに、動作を続けた場合には、加工品の破損だけでなく、産業用ロボット自身の破壊や人命への影響が出る場合が予想される。たとえば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸をそれぞれ駆動するスレーブに指示を出すことにより、絵を描く場合を想定する。Ｚ軸を駆動するスレーブに対し、支えている板を突き破るような誤った情報が伝わっている場合、そのことをコントローラが検知できない場合には、加工品が正確に描けないだけでなく、機械自身を破損させる可能性がある。【０００９】
しかし、メタルケーブルや光ファイバーケーブルなどの有線通信では、物理線の引き回しが大変であり、特に多数の機器を接続する場合に引き回しが問題となる。そのため、このようなネットワークに無線通信の適用を行うことが望まれるが、従来の技術は無線通信を対象としていないため通信誤りが発生した場合の対処ができない、という問題があった。【００１０】
また、上記特許文献１に記載の技術は、有線通信を対象とする異常検知方法である。無線通信への適用を考えると、応答が無いことだけでは、通信品質の瞬時的な誤りによるものか、機械の故障かを判断することができない。そのため、通信瞬断が生じる無線通信に適用することができない、という問題があった。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機器を制御する制御システムにおいて、確実性の高い無線通信を行うことができる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて協調して所定の動作を実施する２つ以上のスレーブ局と、で構成される無線通信システムであって、全ての前記スレーブ局がそれぞれ前記所定の動作を実施することにより、１つの全体動作を実現し、前記マスター局は、前記スレーブ局ごとにそれぞれ個別の前記動作指示を無線フレームとして生成して送信する通常フレーム送信処理手段と、スレーブ局ごとに前記動作指示を送信してから所定の応答待機時間の間に応答があったか否かを判断し、全てのスレーブ局から応答待機時間の間に前記動作指示に対する応答があった場合に、全てのスレーブ局に対して前記動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、を備え、前記スレーブ局は、前記実行指示信号を受信し、所定の受信処理を行う実行指示信号受信処理手段、を備え、前記実行指示信号受信処理手段は、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示に基づく動作を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、マスターが、動作指示をスレーブに送信し、所定の時間内にすべてのスレーブから応答が得られた場合に、その動作指示に対応する動作実行を指示するようにしたので、確実性の高い無線通信を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、ＦＡシステムの一例を示す図である。
【図３】図３は、前提とするマスター・スレーブシステムの基本動作の概念を示す図である。
【図４】図４は、無線通信を行う動作の概念を示す図である。
【図５】図５は、マスターの機能構成例を示す図である。
【図６】図６は、スレーブの機能構成例を示す図である。
【図７】図７は、マスターからスレーブへの指示の送信と機器動作の概念を示す図である。
【図８】図８は、伝送エラーを含む動作指示の一例を示す図である。
【図９】図９は、伝送エラーを含む動作指示の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、マスター（Master）１と、マスター１の被制御装置であるスレーブ（Slave）２〜５と、で構成される。なお、本実施の形態の通信システムを構成するスレーブ２〜５は、複数台であれば台数に制約はない。また、マスター１の台数は１台以上であればよく、複数台としてもよい。
【００１７】
本実施の形態の通信システムは、たとえば、ＦＡシステムにおけるフィールドネットワークやサーボネットワークを構成するシステムとして用いることができる。図２は、ＦＡシステムの一例を示す図である。図２のＦＡシステムは、ＦＡシステムの情報管理などを行うＰＣ（Personal  Computer）１０，１１と、コントローラ１２〜１５と、センサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス（Input／Output）１９，２０と、サーボアンプ２１〜２３と、サーボモータ２４〜２６と、で構成される。
【００１８】
コントローラ１２〜１５は、プログラミングされた所定の手順でセンサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス１９，２０と、サーボアンプ２１〜２３を制御し、また、これらの装置からの情報の取得などを行う。また、コントローラ１２〜１５は、多彩な位置決めプログラムを使用して、サーボアンプ２１〜２３を通じてサーボモータ２４〜２６に対して同期運転、位置追従、タンデム運転などの高度なモーション制御を行う。
【００１９】
センサー１６，１７は、コントローラ１５によって制御され、コントローラ１５へ情報を供給する。ロボット１８は、コントローラ１５からの制御指示に基づいて動作を実行する。Ｉ／Ｏデバイス１９，２０は、コントローラ１５からの制御指示に基づいて各機器のＯＮ／ＯＦＦ情報や数値情報を定期的に入力したり、操作者からの入力を受け付けたりする。サーボアンプ２１〜２３は、コントローラ１４からの指示に基づいてそれぞれ自身に接続するサーボモータ２４〜２６の動作を制御する。
【００２０】
サーボモータ２４〜２６は、それぞれ接続しているサーボアンプ２１〜２３からの指示に基づいて、物体の位置、方位、姿勢などを制御量としたモータを駆動して動作を行う。また、検出機構を備えている場合には、位置、方位、姿勢などを検出し、接続しているサーボアンプ２１〜２３にフィードバックを行う。
【００２１】
また、図２のＦＡシステムでは、ＰＣ１０，１１とコントローラ１２で情報を共有するための情報ネットワーク（Information  Network）Ｎ１を構成し、コントローラ１２〜１４で、コントローラの間で情報を共有するためのコントローラ間ネットワーク（Controller  Network）Ｎ２を構成している。また、図２のＦＡシステムでは、コントローラ１３，１５とセンサー１６，１７とロボット１８とＩ／Ｏデバイス１９，２０とで、リアルタイムに機器間を協調して接続するためのフィールドネットワーク（Field  Network）Ｎ３を構成し、コントローラ１４とサーボアンプ２１〜２３とサーボモータ２４〜２６とで、フィールドネットワークＮ３よりも高速で確実性の高い通信を行い、機器間を高速に接続するためのサーボネットワーク（Servo  Network）Ｎ４を構成している。
【００２２】
このようなＦＡシステムでは、センサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス（Input／Output）１９，２０と、サーボアンプ２１〜２３と、サーボモータ２４〜２６が、協調して１つの動作を実現することが多い。したがって、たとえば、これらのうちの１つにでも、コントローラ１２〜１５からの動作指示が伝送エラーなどによって到達しない場合、協調動作が実施できず、高精度な位置制御などのＦＡシステムが目的とする動作が実施できないことになる。そのため、ＦＡシステムでは、コントローラ１２〜１５からの動作指示を確実に伝達することが重要である。
【００２３】
本実施の形態の通信システムは、図２に示したフィールドネットワークＮ２，サーボネットワークＮ４のように、マスターとなる装置からの指示の伝達の確実性が要求されるようなシステムへの適用を前提としている。たとえば、図１に示した通信システムは、図２に示したフィールドネットワークＮ２，サーボネットワークＮ４に対応し、マスターとして機能する装置（コントローラ１３〜１５）とスレーブとして機能する装置（センサー１５，１６，ロボット１８，Ｉ／Ｏデバイス１９，２０，サーボアンプ２１〜２３，サーボモータ２４〜２６など）から構成され、マスターがスレーブの動作を制御する。
【００２４】
つづいて、本実施の形態の動作について説明する。図３は、本実施の形態が前提とするマスター・スレーブシステムの基本動作の概念を示す図である。図３に示すように、マスターは、一定周期で、各スレーブにそれぞれ指示をだす。そして、各スレーブは、指示を受け取ると、次の周期（マスターが指示をだした周期の次の周期）でその指示に基づいた動作を行う。具体的には、図３に示すように、たとえば、マスターが動作指示＃２を送信する周期では、スレーブはその前の周期に受信した動作指示＃１に基づいた動作を実行する。そして、次の周期では、マスターが動作指示＃３を送信し、スレーブ２〜５は動作指示＃２に基づいた動作を実行する。このように、マスターからの指示に基づいてスレーブが動作を実行することにより、システム全体としてスレーブの協調動作を実現する。
【００２５】
図３の基本動作は主に有線通信を前提とした場合の基本動作であるが、本実施の形態では、この基本動作を無線通信の場合に適用する。図４は、無線通信を行う本実施の形態の動作の概念を示す図である。無線メッセージＭ１〜Ｍ５は、マスター１とスレーブ２〜５間で送受信される無線メッセージであり、無線メッセージＭ１，Ｍ３，Ｍ５は、マスター１からスレーブ２〜５へ送信されるメッセージであり、無線メッセージＭ２，Ｍ４は、スレーブ２〜５からマスター１へ送信されるメッセージである。動作Ａ１は、スレーブ２〜５が実施する動作を示す。
【００２６】
無線メッセージＭ１は、マスター１からスレーブ２〜５へ動作指示の内容を通知するメッセージである。また、無線メッセージＭ２は、無線メッセージＭ１を受信したスレーブ２〜５が、それぞれマスター１へ動作指示の内容が届いた旨を通知するメッセージである。スレーブ２〜５が、通信誤りのために無線メッセージＭ１を正しく受信できなかった場合には、無線メッセージＭ１の応答である無線メッセージＭ２が返らないことになる。また、スレーブ２〜５が、無線メッセージＭ２を送信した場合に伝送エラーが生じる場合もある。
【００２７】
無線メッセージＭ３は、無線メッセージＭ１への応答が正しくマスターに返らなかったスレーブ（未応答スレーブ）に、動作指示を再送するメッセージである。また、無線メッセージＭ４は、未応答スレーブが、無線メッセージＭ３を受信した場合に、無線メッセージＭ３への応答として送信するメッセージである。無線メッセージＭ３または無線メッセージＭ４の伝送中に、伝送エラーが生じる場合も想定される。このような場合には、再送を繰り返すようにしてもよい。
【００２８】
本実施の形態では、以上のようなマスター１からの動作指示の送信と再送を一定周期内に実施する。そして、マスター１は、動作指示を送信した周期内に、再送の応答も含め、その動作指示の応答がないスレーブがある場合には、全スレーブ２〜５に対して動作の待機を指示する無線メッセージＭ５を送信する。そして、待機を指示した場合には、次の周期に、待機した動作指示を再送することとする。また、マスター１は、動作指示を送信した周期内に、再送の応答も含めその動作指示に対する応答が全てのスレーブから得られた場合には、無線メッセージＭ５で動作実行を指示する。
【００２９】
そして、次の周期では、各スレーブ２〜５は、無線メッセージＭ５に基づいて動作実行または待機（無線メッセージＭ１またはその再送メッセージで指示された動作を実行せずに待機する）を実施する。なお、このときに実行する動作の内容は、無線メッセージＭ１またはその再送メッセージにより通知された内容とする。また、各スレーブ２〜５は、無線メッセージＭ５を受信できないとき、すなわち、動作実行の指示も待機の指示もない場合には、待機を行う。
【００３０】
本実施の形態では、無線メッセージＭ１〜Ｍ４は、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）や携帯電話のような一般的な無線フレームを構成していることとする。そのため、通信を行うには一定レベル以上の受信ＳＮＲ(Singnal  to  Noise  Ratio)を必要とする。これに対し、無線メッセージＭ５は、動作実行か待機のいずれか示す無線信号系列（０または１の信号）であればよいため、無線メッセージＭ１〜Ｍ４が必要とする受信ＳＮＲに比べて２０〜３０ｄＢ低い場合でも受信可能なメッセージとして生成する。なお、これに限らず、無線メッセージＭ５について、通常の無線フレームを繰り返し送信したり、送信電力を高めたり、複数アンテナを使用したり、低い変調方式や誤り訂正能力を高めて信頼性を向上して送信するようにしても良い。また、これらの方法を組み合わせて信頼性を向上して送信するようにしても良い。
【００３１】
本実施の形態の以上の動作により、誤り率の高い無線通信を利用しても、一定周期の間にマスター１から全てのスレーブ２〜５に指示を行き渡らせることを可能とし、またスレーブ２〜５の１台以上で通知が受信されたことを確認できない場合には、全てのスレーブ２〜５の動作を待機させるため、協調動作を破壊しない。
【００３２】
図５に、本実施の形態のマスター１の機能構成例を示す図である。図５に示すように、マスター１は、スレーブ２〜５へ指示や情報を生成し、スレーブ２〜５からの情報を抽出するアプリケーション部（マスター）１０１と、アプリケーション部（マスター）１０１が生成した指示，情報に基づいて送信信号を生成し、また、スレーブ２〜５が送信した無線信号に対して受信処理を行う無線信号処理部１０２と、無線信号の送受信を行うＲＦ（Radio  Frequency）部（アンテナ部）１０３と、で構成される。
【００３３】
さらに、無線信号処理部１０２は、送受信のタイミングを制御する送受信制御部１０４と、アプリケーション部１０１が生成した指示や情報に基づいて送信信号を生成する送信部１０５と、受信信号を処理する受信部１０６と、で構成される。また、送信部１０５は、アプリケーション部１０１が生成した指示や情報に基づいて、メッセージを送信するための通常の無線フレームを作成する通常フレーム処理部１０７と、スレーブ２〜５に動作を指示するＧｏ信号または待機を指示するＳｔｏｐ信号を生成するＧｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１０８と、で構成される。
【００３４】
受信部１０６は、ＲＦ部１０３が受信した無線信号である受信信号に対して所定の受信処理を行い受信データとし、受信データを送受信制御部１０４へ渡す。また、受信部１０６は、受信電力の増減や、周波数切り替え、アンテナの受信への切り替えなどのＲＦ部１０３の制御を行う。送受信制御部１０４は、スレーブ２〜５への指示，情報を送るための開始タイミングを決定し、相手先アドレスなどの制御情報を送信部１０５へ通知し、また、アプリケーション部（マスター）１０１が生成した指示や情報を送信部１０５へ渡す。この指示には、無線メッセージＭ５で動作実行か待機のいずれを送信するかの指示が含まれる。また、送受信制御部１０４は、受信データをアプリケーション部（マスター）１０１に渡す。
【００３５】
アプリケーション部（マスター）１０１は、受信データに基づいて、周期単位で未応答スレーブがあるか否かを判定することにより、無線メッセージＭ５で動作実行か待機のいずれを送信するかを決定する。前述のように１つの周期内で動作指示を送信した後、未応答スレーブがある場合には、再送を試み、再送に対しても応答のないスレーブがある場合には、未応答スレーブがあると判定する。また、未応答スレーブがない場合には、無線メッセージＭ５で動作実行を指示し、未応答スレーブがある場合には無線メッセージＭ５で待機を指示するよう決定する。
【００３６】
送信部１０５では、無線メッセージＭ１，Ｍ３などのように通常の無線フレームで送信する情報，指示を送受信制御部１０４から受け取った場合には、通常フレーム処理部１０７が、その情報，指示に基づいて無線フレームを作成して送信信号としてＲＦ部１０３へ渡す。この通常の無線フレームは、ＰＤＣ（Personal  Digital  Cellular）やＰＨＳ（Personal  Handy-phone  System）、ＤＳＲＣ（Dedicated  Short  Range  Communication）のようなシングルキャリアのＴＤＤ（Time  Division  Duplex）またはＦＤＤ（Frequency  Division  Duplex）フレームでもよく、また、無線ＬＡＮ８０２．１１ａやＷｉＭａｘ（Worldwide  Interoperability  for  Microwave  Access）のようなＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）またはＯＦＤＭＡ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing  Access）のＣＳＭＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access）やＴＤＤ、ＦＤＤフレームでも良い。通常の無線フレームは、相手を指定するためのアドレス構造を持ち、また、効率良い伝送を行うための高度な変調処理が施されたフレーム構成であればよい。
【００３７】
また、送受信制御部１０４から無線メッセージＭ５で動作実行(Go)か待機（Stop）のいずれを送信するかの指示を受け取った場合には、Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１０８が、指示に基づいて無線メッセージＭ５用の送信信号を生成して、ＲＦ部１０３へ渡す。無線メッセージＭ５用の送信信号は、送信するビット数は少ないため、情報の伝送効率は高くする必要はないが、雑音や干渉信号に耐性を持たせた信号として生成する。たとえば、直接拡散ＤＳ（Direct  Sequence）や、周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency  Hopping）などのスペクトラム拡散（ＳＳ：Spread  Spectrum）方式の信号として生成する。また、送信部１０５は、送信電力の増減や、周波数切り替え、アンテナの送信への切り替えなどのＲＦ部１０３の制御も実施する。
【００３８】
図６は、本実施の形態のスレーブ２〜５の機能構成例を示す図である。図６に示すように、スレーブ２〜５は、それぞれ、マスター１からの指示や情報を受けて動作を行ったり、マスター１に対して送信する情報を収集したりするアプリケーション部（スレーブ）１１１と、アプリケーション部（スレーブ）１１１が収集した情報を送信信号に変換し、また、所定の送受信を行う無線信号処理部１１２と、ＲＦ部（アンテナ部）１１３と、で構成される。
【００３９】
無線信号処理部１１２は、さらに、送受信のタイミングを制御する送受信制御部１１４と、送信信号を生成する送信部１１５と、受信信号を処理する受信部１１６と、で構成される。受信部１１６は、メッセージを含んだ通常のフレームを処理する通常フレーム処理部１１７と、スレーブに動作を指示するGo信号を処理する、または待機を指示するStop信号を処理するＧｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１１８と、で構成される。
【００４０】
ＲＦ部１１３は、受信したマスター１から送信された無線信号を受信し、受信部１１６に渡し、また、送信部１１５が生成した送信信号を無線信号として送信する。受信部１１６は、ＲＦ部１１３から受け取った受信信号が通常の無線フレームである場合には、通常フレーム処理部１１７がその受信信号に所定の受信処理を行い受信データとし、受信データを送受信制御部１１４に渡す。また、ＲＦ部１１３から受け取った受信信号が無線メッセージＭ５である場合には、Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１１８が、そのメッセージに対応した所定の受信処理を実施しメッセージに基づいて動作を行う。具体的には、無線メッセージＭ５の指示が動作実行である場合には、送受信制御部１１４経由でアプリケーション部（スレーブ）１１１に動作の実行を指示し、無線メッセージＭ５の指示が待機である場合には、送受信制御部１１４経由でアプリケーション部（スレーブ）１１１に待機を指示する。また、受信部１１６は、受信電力の増減や周波数切り替え、アンテナの受信への切り替えをＲＦ部１１３に指示する。
【００４１】
送受信制御部１１４は、自装置からマスター１へ応答や情報を送るための開始タイミングや相手先アドレスなどの制御情報を送信部１１５に指示し、また、受信部１１６に対して受信の開始タイミングを指示する。また、送受信制御部１１４は、受信部１１６から受信データや動作実行または待機の指示を受け取り、アプリケーション部（スレーブ）１１１へ渡し、アプリケーション部（スレーブ）１１が生成した指示，情報を送信部１１５に渡す。
【００４２】
アプリケーション部（スレーブ）１１１は、送受信制御部１１４経由で受け取ったマスター１のアプリケーション部（マスター）１０１から送信された指示，情報に基づいて所定の処理を行い、また、マスター１へ送信するための指示，情報を生成する。
【００４３】
送信部１１５は、送受信制御部１１４から受け取った指示，情報に基づいて無線フレームを作成して送信信号としてＲＦ部１１３に渡す。また、送信部１１５は、送送信電力の増減や周波数切り替え、アンテナの送信への切り替えをＲＦ部１１３に指示する。
【００４４】
つづいて、本実施の形態の通信システムの動作を適用した機器動作について説明する。図７は、マスター１からスレーブ２〜５への指示の送信と機器動作の概念を示す図である。図７の例では、マスター１から動作指示の送信される周期は０．４４ｍｓである。この例では、動作指示としてモータの位置に対する指示を数値で指示することとし、図７の“６”，“２０”，“４５”，…などの数値はこの指示の例である。図７の下図のグラフは、０．４４ｍｓごとに駆動されたモータの位置を示している。たとえば、図７の上図の動作指示で、“６”が指示された場合、次の周期では、指示を受けたモータを駆動するスレーブは、モータの位置が“６”となるようになめらかにモータを動かす。そして、モータを駆動するスレーブは、モータの位置が“６”となるように動かしている周期内に、“２０”の位置を指示する動作指示を受信すると、次の周期でモータの位置が“２０”となるようになめらかにモータを動かす。図７は、周期内で伝送エラーが生じなかった場合（無線メッセージＭ５で動作実行が指示された場合）の例を示している。
【００４５】
図８は、伝送エラーを含む動作指示の一例を示す図である。図８の例では、図７と同様の動作を行う例であるが、モータの位置“４５”を指示する動作指示で無線区間の伝送エラーが生じたとする。この場合、上述のような本実施の形態の動作を実施することにより、無線メッセージＭ５で待機が指示されることになる。そして、次の周期でモータの位置“４５”を指示する動作指示が再送される。図８の例では、待機した次の周期では、正常に伝送が行われた場合を示している。
【００４６】
なお、図８の例では、待機した次の周期では、待機した動作指示を再送するようにしたが、待機した指示を破棄して、その次の動作指示を送信するようにしてもよい。図９は、伝送エラーを含む動作指示の別の一例を示す図である。図９の例では、モータの位置“９６”を指示する動作指示で無線区間の伝送エラーが生じたとする。この例では、動作を待機した後の次の周期でモータの位置“９６”の指示を再送するのではなく、その次の動作指示であるモータの位置“１００”を指示する動作指示を送信している。
【００４７】
また、一定周期の間で全てのスレーブからの応答が得られた場合には、その周期内で次の周期で通知するべき動作指示を送信し、通信帯域を有効に利用するようにしてもよい。
【００４８】
なお、本実施の形態では、マスター１がスレーブ２〜５へ所定の周期で動作指示を送信する例について説明したが、これに限らず、不定期に動作指示を送信する場合に、本実施の形態で説明した無線メッセージＭ５を送信するようにしてもよい。この場合、動作指示を送信した周期内で未応答のスレーブがあるか否かを判断するのではなく、たとえば、所定の応答待機時間を定めておき、動作指示の送信後、応答待機時間内にスレーブからの応答（再送の応答）があるか否かに基づいて無線メッセージＭ５を送信するようにすればよい。また、この場合、スレーブが動作を待機する場合の動作待機時間もあらかじめ定めておくようにする。
【００４９】
以上のように、本実施の形態では、マスター１が、所定の周期で動作指示をスレーブ２〜５に送信し、応答がないスレーブがあった場合には同一周期内に再送を実施し、周期内に動作指示に対する応答または再送の動作指示に対する応答がないスレーブがある場合には、全スレーブに動作待機を指示するようにした。また、周期内にすべてのスレーブから応答が得られた場合には、動作実行を指示するようにした。そのため、マスター１とスレーブ２〜５の通信を無線通信とした場合にも、高い信頼性を実現し、複数のスレーブに確実に指示を与えることができる。
【００５０】
さらに、通常の通信データは、高い伝送効率の信号として生成し、動作待機または動作実行を指示するメッセージを雑音や干渉信号に耐性を持たせた信号として生成する、または、そのメッセージを再送することにより雑音や干渉信号に耐性を持たせたせるようにした。そのため、高い伝送効率を実現し、かつ、高い信頼性を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法は、コントローラが制御する複数の装置が強調して動作するシステムに有用であり、特に、ＦＡ環境で用いられるシステムに適している。
【符号の説明】
【００５２】
１  マスター
２〜５  スレーブ
１０，１１  ＰＣ
１２〜１５  コントローラ
１６，１７  センサー
１８  ロボット
１９，２０  Ｉ／Ｏデバイス
２１〜２３  サーボアンプ
２４〜２６  サーボモータ
１０１  アプリケーション部（マスター）
１０２，１１２  無線信号処理部
１０３，１１３  ＲＦ部
１０４，１１４  送受信制御部
１０５，１１５  送信部
１０６，１１６  受信部
１０７，１１７  通常フレーム処理部
１０８，１１８  Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部
１１１  アプリケーション部（スレーブ）
Ａ１  動作
Ｍ１〜Ｍ５  無線メッセージ
Ｎ１  Information  Network
Ｎ２  Controller  Network
Ｎ３  Field  Network
Ｎ４  Servo  Network
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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