(57)【要約】【課題】隣接して動作する複数の移動体の移動空間の間で電波干渉を低減すること。【解決手段】  無線通信システムは、移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続した制御装置と、移動体に装着され移動体の移動により移動した位置から複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、を有する。制御装置は、移動通信装置の空間における状態を示す状態情報を取得する取得部と、送信アンテナの開口角の推奨値を状態情報と複数の固定通信装置のそれぞれが空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出部と、を備える。移動通信装置は、推奨値を用いて送信アンテナの開口角を決定する決定部と、決定された開口角を送信アンテナに設定し、無線信号を送信する無線通信部と、を備える。【選択図】  図１
2014225764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続した制御装置と、前記移動体に装着され前記移動体により移動した位置から前記複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、を有する無線通信システムであって、
前記制御装置は、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、を備え、
前記移動通信装置は、
前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記移動体を移動するための制御信号を検出する検出手段と、
前記複数の固定通信装置それぞれの前記位置情報を保持する保持手段と、
を更に備え、
前記取得手段は、前記検出手段で検出された前記制御信号を用いて前記状態情報を取得し、
前記算出手段は、前記保持手段から取得したそれぞれの固定通信装置の位置情報と、前記状態情報とを参照して、前記送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲内に固定通信装置が含まれるように前記開口角の推奨値を決定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】
前記制御装置は、
前記開口角の推奨値を出力するためのコマンドを生成する生成手段を更に備え、
前記生成手段は、前記複数の固定通信装置の中から固定通信装置を１つずつ選択し、選択した固定通信装置に前記コマンドを送信し、
前記選択された固定通信装置は、前記移動通信装置に前記コマンドを無線送信することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記移動体に装着された撮影装置により撮影を行うための撮影タイミングを取得するタイミング取得手段を更に備え、
前記決定手段は、
前記撮影タイミングにおける前記移動通信装置の状態情報と、前記複数の固定通信装置の位置情報とに基づいて前記送信アンテナの開口角の推奨値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信アンテナに設定される前記開口角により、前記送信アンテナから前記無線信号が送信される送信範囲が定められ、
前記算出手段は、
前記複数の固定通信装置の全てを含む前記送信範囲を定める開口角を示す第一の推奨値と、
前記複数の固定通信装置のうち一部の固定通信装置を含む前記送信範囲を定める開口角を示す第二の推奨値と、を算出することを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記決定手段は、
前記送信アンテナに設定可能な最大開口角と前記第一の推奨値で示される開口角とを比較して、前記第一の推奨値で示される開口角が前記最大開口角を超えている場合、前記決定手段は、前記第一の推奨値よりも狭い前記第二の推奨値で示される開口角を用いて前記送信アンテナの開口角を決定することを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記移動通信装置は、
前記移動体に装着された撮影装置の撮影を制御するカメラ制御手段と、
前記撮影装置で撮影された画像データを前記無線信号として送信するためのデータに変換するデータ変換手段と、
を更に備え、
前記無線通信手段は、前記データ変換手段により変換された前記データを前記送信アンテナから送信することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記状態情報には、前記移動通信装置の三次元の位置情報と向き情報とが含まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続した制御装置と、前記移動体に装着され前記移動体により移動した位置から前記複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、を有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記制御装置で実行される処理は、
前記制御装置の取得手段が、前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得工程と、
前記制御装置の算出手段が、前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出工程とを有し、
前記移動通信装置で実行される処理は、
前記移動通信装置の決定手段が、前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定工程と、
前記移動通信装置の無線通信手段が、前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信工程と、
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続し、前記複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、前記複数の固定通信装置のうち少なくともいずれか一つを介して、通信する制御装置であって、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置であって、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報と、前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報と、から算出された前記送信アンテナの開口角の推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、
を備えることを特徴とする移動通信装置。
【請求項１２】
コンピュータを、請求項１０に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１３】
コンピュータを、請求項１１に記載の移動通信装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、無線通信方法、制御装置、移動通信装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば工業製品の組み立て作業を行う工場では、製造装置としてマニプレータを備えたロボットステーションが頻繁に利用される。このような製造装置では、ロボットステーション内部あるいは外部に配置された制御装置とマニプレータが有線通信経路で接続され、マニプレータはこの有線通信を経由して制御装置から受信した指示に従って動作する。また逆に、マニプレータに装着された圧力センサや温度センサなどが取得した監視データが、有線通信経路を用いてマニプレータから制御装置へ伝送される場合もある。特にマニプレータに装着されたカメラで撮影された画像を制御装置へ伝送する場合では、画像として大量のデータを転送しなければならないため、非常に高速なデータ通信性能を持った通信方式を採用する必要がある。
【０００３】
このようなマニプレータに関しては制御対象となる可動部が多数存在するため、これら個々の可動部を制御装置からの有線通信経路を用いて制御するために非常に煩雑なケーブルの取り回しが必要であった。さらにマニプレータに装着されたカメラやセンサからの監視データを制御装置へ伝送する場合も考慮すると、さらに多くのケーブルを複雑な有線通信経路で配線する必要があった。
【０００４】
また、マニプレータに配線されたケーブルは、マニプレータの動作に従ってケーブル自体も機械的に曲げられたり捩じられたりされることは避けられない。このため、製造装置として比較的短い運用時間内に断線やケーブル品質劣化による通信障害などの問題が発生し得る。このようにマニプレータのような可動物体に配線されているケーブルは、静止物体への配線ケーブルと比較して頻繁に交換が必要となり、これが製造装置の運用コストを引き上げるという問題もあった。
【０００５】
このような問題を解決するために、マニプレータと制御装置との間を、有線ケーブルの替わりに無線通信を用いてデータ転送を行う技術がこれまでも提案されている。例えば、特許文献１においては、マニプレータに設けられた無線端末と、当該マニプレータを制御する無線ユニットとの間で、マニプレータ制御情報を無線通信する製造装置が提案されている。また、特許文献２では、油圧ショベルに搭載したカメラで撮影した画像を、無線通信を用いてオペレータ側へ伝送し、オペレータが監視するテレビジョンモニタへ表示する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７８３２５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２９０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなマニプレータに適用可能な無線伝送方式としては、２．４ＧＨｚや５．２ＧＨｚ帯の電波を利用する無線ＬＡＮとして、IEEE802.11標準規格群などが挙げられる。しかしながら、特に画像データなど大量のデータを伝送する必要があるシステムでは、広い周波数帯域幅を持った６０ＧＨｚ帯ミリ波無線を利用したものがより好適である。ミリ波無線は周波数が非常に高いため、電波の直進性が強いという特性を持つ。また、マニプレータに装着される無線端末はマニプレータの動きに従ってその位置や向きが変わるため、1台の無線移動局と1台の無線制御局との間で常に良好な無線通信状態を維持することは困難である。
【０００８】
そこで、マニプレータに装着された無線端末（無線移動局）と無線制御局との間で信頼性の高い無線通信を実現するために、１台の無線制御局が空間的に離れた場所に配置された複数の無線固定局と有線接続するようなダイバーシチシステムが考案されている。このシステムでは、それぞれ異なった場所に配置された複数の無線固定局のうち少なくとも１台が無線移動局からの信号を受信可能であれば、無線固定局を介して無線移動局と無線制御局との間の通信は維持される。ただし、無線移動局の位置および向きにかかわらず、なるべく多くの無線固定局が無線移動局からの電波を受信するためには、無線移動局は放射角度範囲の大きなアンテナを使って電波を放射する必要がある。
【０００９】
実際の生産現場では、工場内で複数のロボットステーションが同時に稼働することが一般的であるが、これら複数のロボットステーションそれぞれに無線通信システムを適用した場合、近傍で隣接するステーション間で互いに電波が干渉する場合がある。この時、ロボットステーションで可動している無線通信システムに他のロボットステーションからの電波が干渉することにより無線通信障害が発生し、ロボットステーションの動作が停止、あるいは異常動作してしまうという問題があった。特に無線移動局が広い放射角度範囲に対して電波を送信するシステムでは、このような隣接ステーション間の電波干渉が発生する可能性が大きい。
【００１０】
このような隣接ステーション間の干渉を回避するために、特許文献１ではロボットステーション全体を電磁的な遮蔽物で覆ってしまい、ステーション内で送信される電波がステーション外へ放射されることを防いでいる。これによりステーション内の電波が隣接する他のステーションや機器へ電磁的な影響を与えることを回避しているが、ロボットステーション全体に遮蔽物を装着することにより、設置コストの増大や保守性の低下など新たな問題を引き起こしていた。このように従来の無線ロボットシステムでは、コストの増加や保守性の低下を引き起こすことなく、隣接ステーション間での電波干渉を低減することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の事情に鑑み、本発明は、隣接して動作する複数の移動体の移動空間の間で電波干渉を低減することが可能な無線通信技術の提供を目的とする。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の一つの側面にかかる無線通信システムは、
移動体の移動する空間に配置された複数の固定通信装置と有線接続した制御装置と、前記移動体に装着され前記移動体の移動により移動した位置から前記複数の固定通信装置に対して送信アンテナから無線信号を送信する移動通信装置と、を有する無線通信システムであって、
前記制御装置は、
前記移動体を移動するための制御信号を用いて、前記移動体により移動する前記移動通信装置の前記空間における状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記移動通信装置の前記送信アンテナの開口角の推奨値を、前記状態情報と前記複数の固定通信装置のそれぞれが前記空間に配置されている位置情報とを用いて算出する算出手段と、を備え、
前記移動通信装置は、
前記推奨値を用いて前記送信アンテナの開口角を決定する決定手段と、
前記決定された開口角を前記送信アンテナに設定し、前記送信アンテナを介して前記無線信号を送信する無線通信手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、隣接して動作する複数の移動体の移動空間の間で電波干渉を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における製造装置のシステム構成を示す図。
【図２】第１実施形態における製造装置の俯瞰図。
【図３】第１実施形態におけるロボットアームの構成図。
【図４】無線移動局が高所に配置された時の無線通信動作を例示した図。
【図５】無線移動局が低所に配置された時の無線通信動作を例示した図。
【図６】第１実施形態による無線移動局からの無線送信動作を例示した図。
【図７】第１実施形態における無線制御局の内部構成を示す図。
【図８】ロボットアーム移動時の処理の流れを説明する図。
【図９】ＣＡＮデータフレームのフォーマットを示す図
【図１０】第１実施形態における無線移動局の内部構成を示す図
【図１１】カメラによる画像撮影時の処理の流れを説明する図。
【図１２】無線移動局の送信アンテナ構成例を示した図
【図１３】第２実施形態の送信アンテナ開口角の決定方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本実施形態における無線通信システムを適用した製造装置のシステム構成例を示す図である。図１において、移動体としてロボットアーム１０１（マニプレータ）はロボット制御線１０３によってロボット制御装置１０２と有線接続されている。ロボットアーム１０１の各関節にはそれぞれモータが具備されており、ロボット制御装置１０２からロボット制御線１０３を用いて入力される機器制御信号に従ってロボットアーム１０１が動作する。ロボット制御線１０３として、本実施形態では業界標準のＣＡＮ（Control Area Network）規格を用いているが、ロボットアーム１０１に対して機器制御信号を送信できるものであれば他の方式の制御線も適用可能である。
【００１７】
ロボットアーム１０１の先端となるハンド部１０８には無線移動局２０１（移動通信装置）が設けられている。無線移動局２０１は無線固定局２１１〜２１３（固定通信装置）と無線通信を行い、無線固定局２１１〜２１３は無線制御局２０２（制御装置）と固定局通信線２０３を介して有線通信を行う。無線移動局２０１から無線制御局２０２へデータを通信する時には、無線移動局２０１の送信アンテナから無線固定局２１１〜２１３にデータを送信し、無線固定局２１１〜２１３から無線制御局２０２へデータは転送される。無線移動局２０１の送信アンテナに設定される開口角により、送信アンテナから無線信号（データ）が送信される送信範囲が定められる。それぞれ異なる位置に配置された複数の無線固定局２１１〜２１３がデータを受信できるように、無線移動局２０１は開口角の大きな広指向性アンテナ（送信アンテナ）を用いてデータを無線パケットの形式で送信する。
【００１８】
そして、無線固定局２１１〜２１３は無線移動局２０１から送信された無線パケットを受信する。無線固定局２１１〜２１３は受信した無線パケットをそれぞれ復調および復号したのち、受信データとして固定局通信線２０３を介して無線制御局２０２へ送信する。固定局通信線２０３としては、例えば、メタリックケーブルや光ファイバなど、様々な有線通信線を適用することができる。
【００１９】
また、無線制御局２０２から無線移動局２０１へデータを無線通信する時に、無線制御局２０２は複数の無線固定局２１１〜２１３の中からデータを送信する無線固定局を1台ずつ順番に選択する。そして、無線制御局２０２は選択した無線固定局に対して固定局通信線２０３を介してデータを選択した順番に従って送信する。選択された無線固定局は無線制御局２０２から送信されたデータを固定局通信線２０３を介して受信する。そして、選択された無線固定局は、受信したデータを無線パケットに変換した後、送信アンテナから無線移動局２０１へ無線送信する。
【００２０】
ロボットアーム１０１の動作で移動した無線移動局２０１がいかなる位置にあっても、無線制御局２０２からのデータを受信できるように無線制御局２０２は複数の無線固定局２１１〜２１３の中から順番に１台ずつ無線固定局を選択してデータを送信する。
【００２１】
ロボットアーム１０１のハンド部１０８には無線移動局２０１とカメラ１０９とが設けられている。カメラ１０９は作業対象物を撮影し、撮影された画像（画像データ）を無線移動局２０１に送信する。無線移動局２０１は、カメラ１０９から送信された画像データを無線パケットとして、無線固定局２１１〜２１３を介して無線制御局２０２へ送信する。
【００２２】
無線制御局２０２は、例えば、業界標準のカメラリンクケーブル１０５によって画像解析装置１０４と接続している。無線制御局２０２は、カメラ１０９によって撮影された画像（画像データ）を、カメラリンクケーブル１０５を介して画像解析装置１０４へ転送する。本実施形態では画像転送のためにカメラリンクケーブルを使用しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではない。他にも、例えば、ＵＳＢやＬＡＮ、ＧｉｇＥなど画像を伝送することが可能な通信ケーブルであれば、無線制御局２０２と画像解析装置１０４との接続に適用可能である。
【００２３】
カメラ１０９として、例えば、ステレオ画像を撮影できる２眼のステレオカメラなどを適用することが可能である。無線制御局２０２へ送信されたステレオ画像は、画像解析装置１０４によって解析され、作業対象物とハンド部１０８との詳細な相対位置（相対位置情報）が算出される。画像解析装置１０４はこの相対位置情報を、例えば、ＬＡＮケーブル１０６を用いてロボット制御装置１０２へ送信する。ロボット制御装置１０２は、画像解析装置１０４から送信された相対位置情報を次の作業工程におけるロボットの動作に反映させるための制御情報（機器制御信号）を生成する。
【００２４】
図２は、本実施形態における製造装置のシステムの外観を表した俯瞰図である。本実施形態において、ロボットアーム１０１はロボットステーション１０７の内部に配置される。また、無線固定局２１１〜２１３はロボットステーション１０７の天井部にそれぞれ配置されている。一般にロボットステーションの床面には、作業台や作業に関連する各種機器、あるいは組立用部材などが置かれていることが多い。このような場合に無線移動局２０１と無線固定局２１１〜２１３との間で互いに見通し可能な伝搬路を確保するために、本実施形態では無線固定局２１１〜２１３をロボットステーション１０７の天井部に配置している。無線固定局２１１〜２１３の配置は例示的なものであり、各々の作業環境に応じた最適な位置に無線固定局を設置することができる。無線固定局２１１〜２１３は、ロボットステーション１０７内に配線された固定局通信線２０３によって無線制御局２０２と接続される。
【００２５】
図３は本実施形態におけるロボットアーム１０１の構成を説明する図である。ロボットアーム１０１の先端部には、組立作業に用いる作業対象物を把持するためのハンド部１０８が設けられている。さらにハンド部１０８には、作業対象物を撮影するためのカメラ１０９および無線移動局２０１が設けられている。
【００２６】
ロボットアーム１０１は６個の関節として、Ｓ軸３０１、Ｌ軸３０２、Ｕ軸３０３、Ｒ軸３０４、Ｂ軸３０５およびＴ軸３０６、を有する。Ｓ軸３０１はロボットアーム１０１の全体を回転させるための関節である。Ｌ軸３０２はロボットアーム１０１を前後（紙面の左右方向）に動かすための関節である。Ｕ軸３０３はロボットアーム１０１の前腕部１１０を上下に動かすための関節である。Ｒ軸３０４はロボットアーム１０１の前腕部１１０を回転させるための関節である。Ｂ軸３０５はロボットアーム１０１のハンド部１０８を上下に動かすための関節であり、Ｔ軸３０６はハンド部１０８を回転させるための関節である。６個の関節の動きにより、ロボットアーム１０１は６自由度の動きを実現することができる。
【００２７】
説明を図２に戻し、ロボット制御装置１０２は製造装置における各作業工程の順番と工程の処理に要する時間とを管理するための作業シーケンスと、各作業工程におけるハンド部１０８の位置および向き（姿勢）に関する三次元情報を記憶している。ロボット制御装置１０２は各作業工程において、ハンド部１０８の三次元の位置情報および向き情報を元に、ロボットアーム１０１の各関節３０１〜３０６のとるべき回転角度を算出する。これら各関節の回転角度情報は機器制御信号を用いて、ロボット制御装置１０２からロボット制御線１０３を介してロボットアーム１０１へ送信される。ロボットアーム１０１はこの機器制御信号を受信し、機器制御信号の指示に従って各関節のモータを必要な角度だけ回転させて、ハンド部１０８を所望の位置および向きに移動させる。本実施形態では、カメラ１０９はハンド部１０８に固定されており、ハンド部１０８の向きによってカメラ１０９の撮影方向も変わる。同様に無線移動局２０１もハンド部１０８に固定されており、ハンド部１０８の向きによって無線移動局２０１に設けられている送信アンテナおよび受信アンテナの指向方向も変化する。
【００２８】
図４は本実施形態において、ハンド部１０８がロボットステーション１０７内の比較的高所において作業している状態を例示した図である。ロボットアーム１０１のハンド部１０８が高所にある場合、無線移動局２０１からそれぞれの無線固定局２１１〜２１３を見た方向と、無線移動局２０１の送信アンテナ指向方向２２０との挟角θ1、θ2、θ3は比較的大きな角度となる。
【００２９】
そのため、無線移動局２０１から無線送信される信号（無線送信信号）を各無線固定局２１１〜２１３が正しく受信できるようにするために、無線移動局２０１は、送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲として、無線送信信号の放射角度範囲２２１が広くなるように、θ1、θ2、θ3に比べて十分に大きい開口角の送信アンテナを用いて無線信号を送信する。
【００３０】
図５は本実施形態において、ハンド部１０８がロボットステーション１０７内の比較的低所において作業している状態を例示した図である。図５において、無線移動局２０１は図４における例と同様の開口角を用いて無線信号を送信する。図５において無線移動局２０１からそれぞれの無線固定局２１１〜２１３を見た方向と、無線移動局２０１の送信アンテナ指向方向２２０との挟角θ1、θ2、θ3は、図４の場合と比べて小さくなる。そのため、図４の場合と同様の特性を持った開口角が広い送信アンテナを用いて無線移動局２０１が電波を送信すれば、放射範囲は図５に示した放射角度範囲２２１のようになる。このため、各無線固定局２１１〜２１３は無線移動局２０１から無線送信される信号（無線送信信号）を問題なく受信できる。その反面、図５の場合では送信アンテナの放射角度範囲２２１が必要以上に広いため、無線移動局２０１から無線送信される信号（無線送信信号）は、ロボットステーション１０７に隣接するロボットステーション１１１まで到達してしまう。これにより、ロボットステーション１０７で動作している無線通信システムの電波が、隣接しているロボットステーション１１１に対して電波干渉を与えてしまう。
【００３１】
図６は、本発明を適用することによって隣接しているロボットステーション１１１への電波干渉を回避する様子を例示的に説明する図である。図６に示す例では、無線移動局２０１の送信アンテナ開口角が小さくなるように調整され、図４で示した放射角度範囲２２１と比べると比較的狭い放射角度範囲２２２に対して無線信号を送信する。このように無線移動局２０１の位置と向きに応じて無線移動局２０１から無線送信される電波の放射角度範囲を制限することにより、無線送信信号が隣接しているロボットステーション１１１へ到達しないように制御することができる。これによりロボットステーション１０７で使用する電波が、隣接しているロボットステーション１１１に対して干渉として影響を与えない、あるいは影響を低減することができる。
【００３２】
次に、本実施形態におけるロボットアーム１０１の動作時の無線制御局２０２およびロボット制御装置１０２の動作を、図７および図８を用いて説明する。
【００３３】
図７は本実施形態における無線制御局２０２の内部構成を示す図であり、図８はロボットアーム１０１の移動時のロボット制御装置１０２および無線制御局２０２の処理の流れを説明する図である。
【００３４】
無線制御局２０２は固定局位置情報保持部５０４を有する。固定局位置情報保持部５０４には無線制御局２０２と接続している無線固定局２１１の三次元位置情報（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、無線固定局２１２の三次元位置情報（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、無線固定局２１３の三次元位置情報（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）が保持されている。これら無線固定局の位置情報は、本製造装置の設置時に設置作業者が無線制御局２０２を操作することにより固定局位置情報保持部５０４が具備する不揮発性メモリなどに記録される。また、無線制御局２０２は機器制御信号検出部５０５を有する。機器制御信号検出部５０５はロボット制御装置１０２とロボット制御線１０３によって接続されている。
【００３５】
ロボット制御装置１０２の処理として、図８のステップＳ１０１で、ロボット制御装置１０２は内部の作業手順データベースに記憶されている作業シーケンスに従って作業工程を1つ進める。
【００３６】
ステップＳ１０２で、ロボット制御装置１０２は、現在の作業工程においてロボットアーム１０１のハンド部１０８がとるべき位置および向きに関する三次元情報を、作業シーケンスと共に記憶されている作業手順データベースから取得する（Ｓ１０２）。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３で、ロボット制御装置１０２は、ハンド部１０８の位置および向きに関する三次元情報から、ロボットアーム１０１の関節３０１〜３０６がそれぞれとるべき回転角度（φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６）を算出する。ロボット制御装置１０２は、ロボットアーム１０１の各関節の回転角度（φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６）を算出するために逆運動学計算のアルゴリズムを用いる。
【００３８】
関節３０１〜３０６それぞれの回転角度を算出した後、ステップＳ１０４で、ロボット制御装置１０２はこれらの回転角度情報を保持するＣＡＮデータフレームを生成する。図９は本実施形態で使用されるＣＡＮデータフレームを例示する図であり、図９（ａ）は業界標準のＣＡＮ仕様におけるデータフレームの拡張フォーマットを表している。このようなＣＡＮデータフレームにおいて、ベースＩＤフィールドまたは拡張ＩＤフィールドに各関節を識別するための識別情報（ＩＤ）を指定することにより、ＣＡＮデータフレームがどの関節の回転角度情報を保持するかを指定できる。また、ＣＡＮデータフレームのデータフィールドには、各関節の回転角度情報が保持される。
【００３９】
図９（ｂ）〜（ｇ）はそれぞれ関節３０１〜３０６に送信されるＣＡＮデータフレームを例示する図である。回転角度情報として、それぞれ関節の回転角度（φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６）が対応する関節へ送信されるＣＡＮデータフレームのデータフィールドに保持される。ロボット制御装置１０２は生成されたＣＡＮデータフレームを機器制御信号としてロボット制御線１０３へ送信する（Ｓ１０４）。
【００４０】
無線制御局２０２の処理として、図８のステップＳ１１１で、機器制御信号検出部５０５はＣＡＮデータフレーム（機器制御信号）を受信し、各フレームを解析して各関節の駆動情報として回転角度（φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６）を取得する。
【００４１】
次に、ステップＳ１１２で、無線制御局２０２の移動局状態判定部５０６は、各関節（可動部）の回転角度の情報（関節角度情報）から、無線移動局２０１の三次元位置情報（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出し、内部の記憶部に記憶する。同様に、ステップＳ１１３で、無線制御局２０２の移動局状態判定部５０６は、各関節の回転角度の情報（関節角度情報）から、無線移動局２０１の向きに関する情報（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を算出し、記憶部に記憶する。移動局状態判定部５０６は各関節の回転角度の情報（関節角度情報）から、無線移動局２０１の三次元の位置情報（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）および三次元の向き情報（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を算出するために順運動学計算のアルゴリズムを用いる。
【００４２】
無線制御局２０２は、ロボットアーム１０１の作業シーケンスに追従しながら、ロボットアーム１０１が動作するたびに無線移動局２０１の三次元の位置情報および三次元の向き情報を更新し、移動局状態判定部５０６に記憶する。
【００４３】
次に、本実施形態におけるロボットアーム１０１に装着されたカメラ１０９によって画像を撮影する時の、無線制御局２０２、無線移動局２０１、画像解析装置１０４およびカメラ１０９の動作を、図７、図１０および図１１を用いて説明する。図７は無線制御局２０２の内部構成を示す図であり、図１０は無線移動局２０１の内部構成を示す図であり、図１１はロボット制御装置１０２および無線制御局２０２、無線移動局２０１、カメラ１０９の処理の流れを説明する図である。図７において、無線制御局２０２はカメラリンクインターフェース部５０１を有し、カメラリンクインターフェース部５０１と画像解析装置１０４とは、カメラリンクケーブル１０５で接続されている。
【００４４】
図１１のステップＳ２０１で、画像解析装置１０４は撮影するべきタイミング（撮影タイミング）になると、カメラ１０９に対して撮影を指示するためにカメラリンク規格によってＣＣ１信号として規定されている制御信号（撮影指示信号）をイネーブルにする。そして、画像解析装置１０４は、カメラリンクケーブル１０５を介して制御信号（撮影指示信号）を無線制御局２０２へ送信する。
【００４５】
ステップＳ２１１で、無線制御局２０２のカメラリンクインターフェース部５０１はイネーブルされた制御信号（撮影指示信号）を受信する。
【００４６】
ステップＳ２１２で、撮影タイミング取得部５０８は、開口角算出部５０７に対して無線移動局２０１の送信アンテナにおける開口角の推奨値を算出するように指示する。ここで、推奨値とは、送信アンテナにより送信される無線信号の送信範囲内に固定通信装置が含まれるような送信アンテナの開口角を示す値である。開口角算出部５０７は、撮影タイミングにおける無線移動局２０１の位置および向きに関する三次元情報（状態情報）と、無線固定局２１１〜２１３の三次元位置情報とを用いて送信アンテナの開口角の推奨値を算出する。推奨値を算出する際に、開口角算出部５０７はロボットアーム１０１の動作時に移動局状態判定部５０６に記憶した無線移動局２０１の位置及び向きに関する三次元情報と固定局位置情報保持部５０４に記憶されている無線固定局の三次元位置情報とを参照する。そして、開口角算出部５０７は無線移動局２０１の送信アンテナの開口角として適切な推奨値を算出し、この推奨値を無線プロトコル処理部５０３へ入力する。無線プロトコル処理部５０３は、開口角の推奨値を出力するために、この開口角の推奨値を保持する撮影指示無線コマンドを生成する。
【００４７】
次に、ステップＳ２１３で、無線制御局２０２の無線プロトコル処理部５０３は、固定局通信線２０３によって接続されている無線固定局２１１〜２１３の中から順番に１台ずつ無線固定局を選択する。そして、無線プロトコル処理部５０３は選択した順番に従って撮影指示無線コマンドを無線パケットとして、選択した無線固定局に送信する。各無線固定局２１１〜２１３は順番に撮影指示無線コマンドを無線移動局２０１に無線送信する。
【００４８】
ステップ２２１で、無線移動局２０１は、図１０の受信アンテナ６０１を用いて、送信された撮影指示無線コマンドを受信する。無線高周波部６０３は撮影指示無線コマンドをベースバンド信号に変換し、変復調部６０４はベースバンド信号の復調処理を行う。無線プロトコル処理部６０５は、復調の結果により得られる撮影指示コマンドを解析して、画像解析装置１０４によってカメラ撮影が指示されたことを検知し、更に無線移動局２０１の送信アンテナの開口角の推奨値を取得する。
【００４９】
ステップＳ２２２で、カメラ制御部６０８は、ケーブルあるいはコネクタなどにより電気的に接続されているカメラ１０９に対して撮影を指示、制御する。
【００５０】
ステップＳ２２３で、無線プロトコル処理部６０５は、撮影指示コマンドから取得した送信アンテナの開口角の推奨値を開口角決定部６０６に入力する。開口角決定部６０６は、開口角の推奨値を参照しながら、無線移動局２０１に実装されている送信アンテナ６０２の特性を元に、送信アンテナ６０２の実際の開口角を決定する。
【００５１】
ステップＳ２２４で、開口角決定部６０６は送信アンテナ６０２に対して決定された開口角を設定する。
【００５２】
一方、ステップＳ２３１で、カメラ制御部６０８から撮影を指示されたカメラ１０９は露光を開始する。露光完了後、ステップＳ２３２で、カメラ１０９は撮影した画像データを無線移動局２０１内のカメラ制御部６０８へ送信する。
【００５３】
ステップＳ２２５で、無線移動局２０１のデータ変換部６０７は、カメラ１０９から送信される画像データを画像無線パケットに変換する。データ変換部６０７によって生成された画像無線パケットは、無線プロトコル処理部６０５によって決められた送信タイミングに従って変復調部６０４へ入力される。変復調部６０４によってベースバンド信号に変換された画像データは、無線高周波部６０３によって無線信号に変換される。変換された無線信号は、既にステップＳ２２４において設定された開口角によって、送信アンテナ６０２から無線固定局に送信される。
【００５４】
図１２は、開口角を変更することができるアンテナの構成例として、主にミリ波無線で使用されるアレイアンテナの構造を例示する図である。図１２（ａ）のアレイアンテナでは、セラミックなどの材質で製造された基板７０１の上に、１６個のアンテナ素子７０２が配置されており、それぞれのアンテナ素子に接続されている送信パワーアンプの出力を電波として無線空間に放射する。１６個の送信パワーアンプを個別にイネーブル・ディスエーブルすることにより、各アンテナ素子からの電波放射を有効にしたり停止させたりすることができる。
【００５５】
一般にアレイアンテナでは、イネーブルされ電波を放射するアンテナ素子７０２の数が多いほど、アンテナとしての開口角は狭くなる。従って、図１２（ｂ）のように１６個の素子のうち中央に配置された４個のアンテナ素子だけをイネーブルにすればアンテナ開口角は広くなり、そのため送信信号の放射角度範囲も広くなる。逆に図１２（ｃ）のように１６個すべてのアンテナ素子をイネーブルにすればアンテナ開口角は狭くなり、そのため送信信号の放射角度範囲も狭くなる。このようにして、無線移動局２０１に設けられる送信アンテナは開口角を変化させることができる。
【００５６】
本実施形態では送信アンテナの開口角の可変ステップとして２段階の場合を例示的に説明したが、アンテナの構成によってはさらに可変ステップ数の大きな送信アンテナを本発明に適用することも可能である。またアレイアンテナに限らず、アンテナの開口角を変更することができるアンテナであれば、他の方式によるアンテナも本発明の無線移動局２０１における送信アンテナとして適用することが可能である。
【００５７】
説明を図１１に戻し、ステップＳ２４１で、無線固定局を介して画像データを受信した無線制御局２０２の無線プロトコル処理部５０３は、受信した画像データをカメラリンクＰＡＬ（Protocol Adaptation layer）５０２へ入力する。カメラリンクＰＡＬ５０２は受信した画像データをカメラリンク規格で指定された信号形式に変換し、カメラリンクインターフェース部５０１へ入力する。カメラリンクインターフェース部５０１はカメラリンクケーブルを介して、カメラ１０９から無線通信を通じて受信した画像データを画像解析装置１０４へ送信する。
【００５８】
ステップＳ２５１で、画像解析装置１０４は、無線制御局２０２から受信した画像データに対する解析処理として、例えば、ステレオ画像の三次元解析などを行うことによって、ロボットアーム１０１のハンド部１０８と作業対象物との相対位置関係を判定する。このような相対位置関係に関する情報は最終的にロボット制御装置１０２へ入力され、次の作業工程におけるロボットアームの動作に反映される。
【００５９】
（第２実施形態）
第１実施形態では、例示的に示した３台すべての無線固定局の位置が、常に無線移動局の送信アンテナの放射角度範囲内に入っている場合について説明した。しかしながら、無線移動局に設けられている送信アンテナの開口角は、一般に実装上の制約として限られた範囲内でしか調整できない。そのため、送信アンテナそれぞれの実装仕様として、最大放射角度が規定される。無線移動局の位置および向きと、各無線固定局の配置位置との関係によっては、無線固定局が最大放射角度の外に配置されることも生じ得る。このために、無線移動局の送信アンテナの放射角度範囲を調整しても、最大放射角度の外に配置されている無線固定局は無線移動局からの電波を受信できない状況もあり得る。このような場合においても、本発明が有効に適用可能であることを本実施形態において以下に説明する。第１実施形態と共通する構成については、同一の参照番号を使用して説明する。
【００６０】
図１３は、本実施形態における無線制御局が送信アンテナの開口角の推奨値を算出する方法、および無線移動局が送信アンテナ開口角を決定する方法を説明するための概念図である。無線制御局に設けられた開口角算出部５０７は、図１３（ａ）に示すように無線移動局２０１を中心とし、無線移動局２０１の位置および向きに関する三次元情報を基準として、無線固定局２１１〜２１３の三次元位置を判定する。そして、図１１のＳ２１２に対応する処理として、開口角算出部は、無線移動局２０１の送信アンテナの開口角に対する複数の推奨値（例えば、第一の推奨値および第二の推奨値）を算出し、これら複数の推奨値を含んだ撮影指示無線コマンドを生成する。
【００６１】
ここで、第一の推奨値は送信アンテナの放射角度範囲内に３台すべての無線固定局２１１〜２１３が含まれる場合の推奨値として算出される。また、第二の推奨値は３台の無線固定局のうち、一部の無線固定局、例えば、２台の無線固定局（無線固定局２１１および無線固定局２１２）が、送信アンテナの放射角度範囲内に含まれる場合の推奨値として算出される。尚、第二の推奨値において、放射角度範囲内に含まれる無線固定局の組合せは、上述の場合に限定されるものではなく、無線固定局２１１および無線固定局２１３、無線固定局２１２および無線固定局２１３であってもよい。また、３台の無線固定局のうち、いずれか１台の無線固定局が含まれる場合であってもよい。
【００６２】
図１１のステップＳ２１３に対応する処理として、無線制御局２０２の無線プロトコル処理部５０３は、撮影指示無線コマンドを無線パケットとして無線固定局に送信する。
【００６３】
図１１のステップＳ２２１に対応する処理として、無線移動局２０１は、送信された撮影指示無線コマンドを受信すると、撮影指示無線コマンドに含まれる送信アンテナの開口角の第一推奨値および第二の推奨値を取得する。
【００６４】
ステップＳ２２３に対応する処理で、無線移動局２０１の開口角決定部６０６は、図１３（ｂ）のように、第一推奨値及び第二の推奨値を採用した時の無線信号の放射範囲を求める。そして、開口角決定部６０６は、この放射範囲と、無線移動局２０１の送信アンテナ６０２に設定可能な最大の開口角度（最大開口角）による放射範囲と、を比較する。ここで、第一の推奨値による無線信号の放射範囲は送信アンテナ６０２の最大開口角により放射可能な放射範囲を超えていると判断すると、開口角決定部６０６は第二の推奨値を送信アンテナ６０２の開口角として採用することを決定する。そして、図１１のステップＳ２２４に対応する処理で、開口角決定部６０６は送信アンテナ６０２に対して開口角として第二の推奨値を設定する。
【００６５】
上記の各実施形態では、移動体として、多関節のロボットアーム１０１（マニプレータ）を例示的に説明したが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではない。例えば、１軸方向に移動可能なステージを、ロボットステーション１０７の空間内のそれぞれ直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向について配置し、これらステージの端部にハンド部１０８を設けてもよい。
【００６６】
上述の各実施形態によれば、隣接して動作する複数の無線ロボットステーション間での電波干渉を低減することが可能になる。これにより、電波干渉によるロボットの動作停止や異常動作といったシステム障害の発生を低減することができる。
【００６７】
（その他の実施形態）
上記実施形態における各無線通信装置は、６０ＧＨｚ帯ミリ波無線を利用した無線通信を行うことを想定しているが、本発明は、６０ＧＨｚ帯以外の周波数帯を利用した無線通信にも利用可能である。
【００６８】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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