(57)【要約】【課題】移動型センサネットワークを形成する手段を備えた小型の自律運動可能なロボットを多数現場に散布し、近距離無線通信を利用して効率良い人命捜索や、救助ルートや避難ルートなどのための有益情報の抽出・提示等を行うことができるようにする。【解決手段】災害救援に際しては、カメラ１５を初め各種のセンサ１１を備えたセンサネットワークロボット１を、カメラ５１や通信部５４を備えた無人ヘリコプター２からパルシュートで多数散布し、着地したロボットは各々自律走行して周囲の情報を収集する。このロボットは自動連結機能を備え、必要に応じて多数連結し、一体化したロボットとしてがれき上を自律走行し、情報を収集する。ロボットの収集した情報は、無人ヘリコプター２を介し、或いは直接基地３に集められ、待避ルートの割り出し６１、救助ルートの割り出し６２等を行い、要救助者等に提示する。同様の機能はロボットに備えてもよい。【選択図】図１
2006338081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接する同種の通信手段との間で近距離無線通信による送受信を行い情報を伝達するセンサネットワークを形成する通信手段と、
周囲の状態及び現在位置を検出するセンサと、
ロボット単体の自律走行を行う運動制御手段とを備えたロボットを複数用いることを特徴とするセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボットには他のロボットとの連結装置を備え、前記運動制御手段には他のロボットとの連結後の一体自律走行を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項３】
前記通信手段で送受信する情報を基地に送信することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項４】
前記複数のロボットは無人ヘリコプターにより投下することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項５】
前記複数のロボットは手投げもしくは投入機によりり直接配備することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットが収集した情報は、無人ヘリコプターにより基地に送信することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボットは家庭内の機器間の家電センサネットワークと通信を行うことを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項８】
前記ロボットのセンサとして周囲を撮影するカメラを備え、
前記運動制御手段は前記カメラの撮影画像により走行制御を行うことを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項９】
前記ロボットのセンサとして周囲の生体の存在を検出する生体センサを備えることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。  
【請求項１０】
前記ロボットは人命救助を行うことを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１１】
前記ロボットは物体の除去により救助ルートを確保することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１２】
前記ロボットは要救助者に避難ルートを案内することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１３】
前記ロボットには表示部またはスピーカを備え、該表示部の案内表示またはスピーカからの案内音声により救助ルートまたは避難ルートを案内することを特徴とする請求項１１または請求項１２記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１４】
前記センサにより収集した情報により、ロボットの分布密度を変化させることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１５】
前記ロボットの故障時には他のロボットにより故障したロボットの情報収集範囲の情報を収集することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１６】
前記無人ヘリコプターにはカメラを備え、撮影映像を用いて自律飛行することを特徴とする請求項４または６記載のセンサネットワークロボットシステム。  
【請求項１７】
前記撮影映像は基地に送信することを特徴とする請求項１６記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１８】
前記センサネットワークロボットシステムを災害救助に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項１９】
前記センサネットワークロボットシステムを防犯に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２０】
前記センサネットワークロボットシステムをプラントの監視に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２１】
前記センサネットワークロボットシステムを地雷探査に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２２】
前記センサネットワークロボットシステムを大規模ファームにおけるフィールドデータ収集に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２３】
前記センサネットワークロボットシステムを環境汚染把握など環境モニタリングに用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２４】
前記センサネットワークロボットシステムを配管内裂傷調査に用いることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【請求項２５】
前記ロボットには無線操縦手段を備え、外部から無線操縦も可能としたことを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサを備えた多数のロボットを用いてセンサネットワークを形成し、災害救助支援、セキュリティー、監視関連、テロ・防犯関連、ビル・プラント内保守・点検、大規模ファームにおけるフィールドデータ収集、環境モニタリング、配管内裂傷調査などを行うセンサネットワークロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、国内外における自然災害において多数の死傷者が出る大規模災害が多発している。このような災害においては、生き埋めになった被災者の生存率は７２時間を越えると急速に低くなるため、迅速な対応が求められる。しかし現状では、捜索開始までに数日を要し、二次災害の危険性を考慮して夜間や雨天時の捜索は行われない。このような救助員による救援活動の合間を埋め、さらに効率良く捜索を行うためにロボットの利用が強く求められている。
【０００３】
レスキューロボット研究に関しては、国内では国際レスキューシステム研究機構を中心に、各大学（神戸大、東工大、電気通信大学、東京大学、京都大学）においてロボットの研究開発が進められている。これまでに、多連結キャタピラ機構による大型のロボットや、空気圧によるジャンプ機構を内蔵した小型タイプのロボットやレスキュー用知的データキャリアなどが開発されている。海外（特にアメリカ）においては、南フロリダ大学にあるCRASARと呼ばれるロボットサーチ&レスキュー機構においてレスキューロボットの実用化、検証が進んでいる。ロボットベンチャー企業としては、iRobot社、Inuktun社が知られており、すでに軍関係の用途でこのようなロボットが使用されている。
【０００４】
一方で、ロボットではないが、様々なセンサと近距離無線機能を搭載した超小型のセンサノードを多数空中より散布して、センサ情報をアドホックネットワークで収集するセンサネットワークの研究も行われている。このような、センサネットに関しては、アメリカUCバークレイのNest/Smart DustプロジェクトのMoteが知られている。ここで用いられている無線センサノードは大きさが５００円玉程度で、温度、光、加速度センサを内蔵しており、センサの情報を近接ノードのバケツリレーにより遠くまで送信することができる。また国内では、理研や東大によるレスキュー用知的データキャリアや、消防研・NICTによるRFIDによる情報収集システム、２．４GHz帯無線LANによる長距離通信の研究開発が行われている。
【０００５】
なお、モバイルセンサネットワークシステムについては下記特許文献１に記載されており、多連結型のロボットについては特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１１７１８４号公報
【特許文献２】特開２００４−０７２９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、レスキュー用ロボットは多数開発されているが、これらの研究はロボット単体の研究開発がほとんどであり、また高い障害や瓦礫を走破するために大型のものが多く、広範な敷地の探査に直接利用することは困難である。しかも、消費電力が大きいために長時間の作業が行えなえず、且つ機動性に乏しく、現場入口付近の捜索しか行うことができないため、広大な捜索範囲をカバーすることは困難である等、実用面において問題が多い。また、ロボット単体で捜索を行うため、複数のロボットを用いても、ロボット操作基地との通信が途絶えている場所では、複数のロボットが協同して作業を行うことができず、作業が限られるという問題もある。
【０００７】
更に、上記のようにセンサノード応用のためのシミュレーション研究は従来より多数行われてきているが、その構成機器が小型化し実用化されたのが近年であるため、未だその応用研究は始まったばかりに過ぎない。また、センサの散布を全体に均一に行うことができないので、散布の仕方によりノードの分布に偏りができ、真に欲しい情報が得られないなどの問題がある。  
【０００８】
したがって本発明は、移動型センサネットワークを形成する手段を備えた小型のロボットを多数現場に散布し、近距離無線通信を利用して効率良い人命捜索や、救助ルートや避難ルートなどの有益情報の抽出・提示等の、センサネットを利用したロボットの自律運動や様々な情報提供を行うことができるようにしたセンサネットワークロボットシステムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、従来のロボットを用いたレスキューシステムのように、被災現場近くから数台の大型レスキューロボットを投入するのではなく、近距離無線センサノードを有する小型で機動性に優れたセンサネットワークロボット、及びセンサネットワークデバイスを多数ばら撒き、情報連携により決められた範囲をローラー作戦的にくまなく捜索を行い、人命捜索や情報収集をおこなうものであり、以上を統合して実現されるシステムによって、人が近づくことが困難な、ダイナミックに状況が変化する広範な現場の様々な位置のセンサ情報を、離れた場所から利用できるようになり、災害への迅速な対応、レスキュー活動の支援、情報不足が原因となっていた二次災害の回避など減災を実現できるようにしたものである。
【００１０】
本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、より詳細には、近接する同種の通信手段との間で近距離無線通信による送受信を行い情報を伝達するセンサネットワークを形成する通信手段と、周囲の状態及び現在位置を検出するセンサと、ロボット単体の自律走行を行う運動制御手段とを備えたロボットを複数用いることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットには他のロボットとの連結装置を備え、前記運動制御手段には他のロボットとの連結後の一体自律走行を行う手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記通信手段で送受信する情報を基地に送信することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記複数のロボットは無人ヘリコプターにより投下することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記複数のロボットは手投げもしくは投入機により配備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットが収集した情報は、無人ヘリコプターにより基地に送信することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットは家庭内の機器間の家電センサネットワークと通信を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットのセンサとして周囲を撮影するカメラを備え、
前記運動制御手段は前記カメラの撮影画像により走行制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットのセンサとして周囲の生体の存在を検出する生体センサを備えることを特徴とする。  
【００１９】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットは人命救助を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットは物体の除去により救助ルートを確保することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットは要救助者に避難ルートを案内することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットには表示部またはスピーカを備え、該表示部の案内表示またはスピーカからの案内音声により避難ルートを案内することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサにより収集した情報により、ロボットの分布密度を変化させることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットの故障時には他のロボットにより故障したロボットの情報収集範囲の情報を収集することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記無人ヘリコプターにはカメラを備え、撮影映像を用いて自律飛行することを特徴とする。  
【００２６】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記撮影映像は基地に送信することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを災害救助に用いることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを防犯に用いることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムをプラントの監視に用いることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを地雷探査に用いることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを大規模ファームにおけるフィールドデータ収集に用いることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを環境汚染把握など環境モニタリングに用いることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記センサネットワークロボットシステムを配管内裂傷調査に用いることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明に係るセンサネットワークロボットシステムは、前記センサネットワークロボットシステムにおいて、前記ロボットには無線操縦手段を備え、外部から無線操縦も可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によると、多数の移動型センサネットワーク機能を備えたロボットを空中散布や投入機などにより、多数を直接現場に投入するので、現場入口付近だけの捜索でなく広範囲にわたった捜索が可能となる。また、自律走行が可能であり、近距離無線ノードを内蔵しているので、遠距離からの無線操縦を必要とせず、無線インフラを必要とせずに被災現場の奥の情報もバケツリレー式に集約することができる。
【００３６】
また、ばらまくセンサネットワークロボットは小型であり、安価なものを用いることができるので、災害地等に多数のものをばらまくことが可能となり、長寿命で、個々の探査領域を小さくできる近距離無線通信を利用した効率良い人命捜索や、各ロボット位置におけるセンサ情報とその他の情報との統合によって、救助ルートや避難ルートなどの有益情報の抽出・提示をすることができる。更に個々のロボットによる各種の作動の他、他のロボットと連結し、一体化したロボットが自律走行すると、ロボットの走行の態様が多様化し、路面状態にかかわらず安定した走行を行うことができるようになり、広範囲の情報を収集することができる。
【００３７】
また、無線インフラのない、もしくは緊急時には利用できない場所にも適用でき、災害救助支援だけでなくセキュリティー、地下鉄テロ対策、火災時の人命捜索、救助ルートの割り出しなど、応範囲に用いることができる。更に、一度探査ロボットを投入した後は、ダイナミックに変化する個々の位置の情報を利用して、救助ルートを割り出したり、被災者に非難ルートを指示する等の様々な作動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、周囲の状態及び現在位置を検出する多数の移動型センサネットワーク機能を備えたロボットを直接現場に投入して情報を収集し、人命救助作業を行うという課題を、近接する同様の通信手段との間で近距離無線通信による送受信を行い情報を相互に共有するセンサネットワークを形成する通信手段と、周囲の状態及び現在位置を検出するセンサと、ロボット単体の自律走行を行う運動制御手段とを備えたロボットを複数用いることにより実現した。
【実施例１】
【００３９】
図１は本発明によるセンサネットワークロボットを災害救助用に用いたシステム構成図であり、多数のセンサネットワークロボット１が例えば図２に示すように、無人ヘリコプター２によって災害発生地域にばらまかれ、それらのセンサネットワークロボット１が各々単独移動して情報を収集し、必要に応じて任意の個数が連結し、一体化して所定の作動を行うようにし、各センサネットワークロボットの間、無人ヘリコプター２との間、基地３との間、更には一般家庭４内の家電センサネットワーク７０等の間で相互に近距離無線ネットワークで連絡をとり合いながら、人命救助等を行うことができるようにしたシステムを示している。
【００４０】
図１に示すセンサネットワークロボット１は、種々の態様で実施できるように、このロボットに搭載するセンサ１１、運動制御部１２、近距離無線センサノード通信部１３を備え、更にこのセンサネットワークロボット１においては機能１４として示すような種々の機能を行うことができるようにし、且つ運動制御部１２によって各種の機能を行う例を示している。但し、実際のセンサネットワークロボット１においては、前記各センサ、各部に示した例の内、必要なものを適宜選択して搭載し、更に必要ならば他のものを用いることとなる。なお、本発明に用いるセンサネットワークロボットは自律走行機能を備えるものであるが、必要に応じて救助隊員等の作業を確実に援助するため、図１においては無線送受部１０を備え、救助隊員の操縦によっても走行或いは把持搬送等を行うことができるようにした例を示している。
【００４１】
特にこのシステムで用いるセンサネットワークロボット１は小型で機動性があり、耐衝撃性に優れたセンサノードを内蔵し、自律移動可能なものが用いられる。ロボットの構造は従来から提案されている前記種々のロボットを用いることができ、特に図示するような本発明者等が先に提案しているロボットを用いることができる。このロボットは無端ベルト走行装置によって荒れ地走行が可能であり、特に他のロボットとかぎ爪機構等によるグリップによって相互に連結可能であり、多数のロボット間のセンサネットワークによって任意のロボットが所定の連結を行い、より多様な走行、各種の作動を行うことができるようになる。また、胴体伸縮機構による重心移動機構を備え、安定走行、各種の作動を行うことができる。この技術は例えば前記特許文献２等に記載しているのでその詳細な説明は省略する。
【００４２】
センサネットワークロボット１に搭載するセンサとしては、手投げによって、或いは図２に示すように無人ヘリコプター２等からパラシュート空中散布を行い、着地した地点から路面状況を初め、周囲の環境を撮影するカメラ１５を備える。その撮影映像を用いて各ロボットが個々に移動するときの障害物の発見に役立て、更には災害の状況を撮影することができる。このカメラ１５はセンサネットワークロボットとして重要なものであり、撮影映像は後述するような通信部１３によって形成したセンサネットワークによって他のロボット、無人ヘリコプター２等に送られ、最終的に基地３にも送られる。それにより、各ロボット相互で周囲の状況の映像を共有し、自律的な行動を起こすときの詳細で広範なデータが得られる。また、基地３では、それらの映像を解析して集合し、人間が入り込むことができない災害地域の状況を把握することができる。なお、各センサネットワークロボット１のセンサ１１で得たデータが、他のロボット或いは基地等に送られるのは、以下に述べる他のセンサについても同様である。
【００４３】
マイク１６では周囲の音声を集音し、例えば救援を呼ぶ声、人為的な振動等が存在するときには、他のロボットと協同して救助活動を行い、基地では更に他の対応も考慮することとなる。赤外センサ１７では、夜間或いは日の入らない場所で周囲を撮影し、更に各種物体の温度や熱を感知して、所定の物体の発見や確認、火災の発見等を行う。特に赤外センサ１７の一態様としての焦電センサを用いることにより正確な温度を非接触で測定することができるので、生体の発見も可能であり、その際は後述する生体センサ２１として用いられる。
【００４４】
照度センサ１８ではロボット周囲の明るさを検出し、超音波センサ１９では周囲の障害物を検出する。またドップラーセンサ２０は周囲の物体とロボット間の相対速度を測定する。生体センサ２０は上記のような生体の存在を検出する焦電センサの他、人間の脈拍、血流等を検出するものを用いてもよい。ＧＰＳ２２は衛星測位システムを用いてロボットの現在位置を測定して走行に役立てるほか、情報の収集位置を特定する。磁気センサ２３では地磁気による方位を検出してＧＰＳデータ等と共に現在位置及び走行方向を正確に測定する。その際には加速度センサ２７１等により走行速度を検出し、傾斜センサ２４によってロボットの傾斜状況を検出する等により、ロボットの移動状態をより正確に測定し、安定した走行を可能とする。その他、温度・湿度センサ２７３、気圧高度センサ２７４、風速計２５や風向計２６によって気象条件を計測し、ガスセンサ２７２によって、メタン、一酸化炭素、水素などの可燃性ガスの濃度を検知して、消火活動及び救援ルートの設定にそのデータを利用し、路面センサ２７によってロボットが走行している路面の状態も検出して走行の制御に用い、また災害の状況のデータとする。
【００４５】
センサネットワークロボット１に備える運動制御部１２では、ロボット単体の走行制御、及び他のロボットと連結して一体化した後の走行制御２８を行う。また、単体のロボットが一体化するため周囲のロボットと連絡することにより近接し、最終的に連結して一体化する連結制御２９を行う。また、そのロボットにアーム等を備え各種物体を把持できるときに、及び物体を搬送する機能を備えているときにはその作動のための把持・搬送制御３０を行う。更に、各ロボットにおいてセンサネットワークが形成される群全体で、任意のロボット群が領域ごとに効率よく捜索等の作動を行い、統一とれた移動を行うための群全体移動制御３１を行う。
【００４６】
上記のような機能を行うロボットとしては従来から提案されている前記のような種々のロボットを用いることができるが、例えば図３（ａ）に示すような従来から本出願人等が提案しているロボット単体により自律走行を行い、このロボットを（ｂ）に示すように多数連結して一体化し、周囲の状況に適合した形態に変形して自律走行を行うようにすることもできる。また、図３（ｃ）に示すような本出願人等が提案しているロボット単体により自律走行を行い、このロボットを（ｄ）に示すように係合爪等によって多数連結して一体化し、自律走行を行うようにすることもできる。
【００４７】
図３（ｃ）に示すロボット単体は、図４（ａ）の正面図、（ｂ）の斜視図に示すようなロボットが用いられ、それぞれ対照的に配置した左右のロボット構成体８１、８２にはそれぞれの本体８３、８４に三角形状のクローラ８５、８６を備え、側部中心から駆動軸８７、８８を突出し、各駆動軸にレバー８９、９０を固定し、各レバーの端部を回動軸９１で連結している。各駆動軸８７、８８の中心部には係合爪等の連結具９２、９３を収容し、例えば図３（ｄ）に示すようにレバーを伸ばしたとき、他のロボットの連結具と回動自在に連結し、一体化できるようにしている。
【００４８】
近距離無線センサノード通信部１３には近距離無線センサノードを搭載し、多数ばらまかれたロボット間３２において、相互に近距離無線センサネットワークを確立する。このような近距離無線センサノートを確立するには、例えばＵＣバークレイ開発のNest/SmartDust(TM)"MOTE(TM)"を利用することができ、これは５００円玉サイズで長寿命のバッテリを備えており、プログラム可能なセンサノード間の自動中継機能を持っている。それによって自動的にアドホック・マルチホップ・ネットワークを形成し、自律分散型無線ネットワークによって各ロボットで様々な情報の入出力が可能となる。このネットワークでは、通信部１３に自動中継機能３６として示しているように、各センサノートが他のロボットの送信データを受信したとき、自動的に他のロボットに送信する通信の自動中継を行うことにより、効率的なセンサネットワークの形成が可能となる。
【００４９】
同様に各ロボットはヘリコプター間３３の通信部において、無人ヘリコプター２が通信範囲内に存在するときには、無人ヘリコプター２とも自動通信し、無人ヘリコプター２は後述するように長距離通信可能な通信機によって基地３と通信を行い、各ロボット間で蓄えていたデータを基地３に送り、基地３では多数のセンサネットワークのデータを総合し、災害地等の全体の状況を把握することができるようにする。ＰＤＡ等に搭載した通信機をもっている救助活動者が各ロボットの近くに来たときには、救助活動者間３４の通信部において、その救助活動者ともセンサネットワークを形成し、各種の通信を行う。その際には、ロボットがそれまでの行動で見つけた生体情報、周囲の状況等を救助活動者に送信する。また、前記のような無人ヘリコプター２を介して基地３と通信を行うことができるときには、前記のような近距離無線センサネットワークとは別の無線ネットワークによって基地と接続し、基地の指令を近距離無線センサネットワークに伝えるようにしても良い。
【００５０】
上記のようなセンサ１１、運動制御部１２、通信部１３を備えたセンサネットワークロボット１においては、機能１４として示しているように、耐水３７、耐熱３８、防塵３９機能を有し、このロボットが投入される災害発生地での火災熱、消化水、雨、粉塵中でも安定した作動を行うようにする。また、ロボット単体として自律単独移動や、アクチュエータを備えているときには単独でそのアクチュエータの作動を行う等の自律単独作動４０を行う。また、近接するロボット間で連結作動を行い、一体化した後は全体が一つのロボットとして機能するように、連結時一体作動４１を行う。
【００５１】
特に連結して一体化した後のロボットは、災害地のがれき中を安定して走行するがれき中安定走行４２を行い、必要に応じて邪魔ながれきを除去するがれき除去４３を行い、それによりロボットの走行を容易にし、且つ要救助者が存在するときには救助ルートの確保４４を行う。また、要救助者が近くに存在するときには、センサネットワークロボットで各ロボットが集めた情報を元に最も適切な避難ルートをロボットの表示部に表示し、音声案内を行う等によって避難ルート案内４５を行う。これらの作動によって人命救助４６を行うと共に、ロボット群で人間搬送形態に変形し、けが等によって動けなくなっている人の搬送による人命救助も行う。同様の機能によって救援基地から要救助者に食料、医薬等の搬送も行う。また、このセンサネットワークロボット１には必要に応じて表示部４８、スピーカ４９を設け、要救助者に対する情報提供、音声案内を可能とする。
【００５２】
図１における無人ヘリコプター２は単なるリモコンではなく、自律飛行機能５０を備え、周囲の物体を識別して安全な飛行を行い、前記のようにセンサネットワークロボット１を多数ばらまく。このヘリコプターは無人であることにより、少々危険な場所でも適切と思われる場所に飛行し、ロボットを集中的にばらまく等の作動が可能となる。ロボットをばらまくときには、図示するようにパラシュートを用いるのがロボットの破損、災害地にいる人にばらまかれたロボットが当たって傷つけることを防止するために適切である。
【００５３】
この無人ヘリコプター２には、センサネットワークロボット１と同様にカメラ５１、マイク５２、スピーカー５３を備え、カメラ５１により周囲を撮影して自律走行を行い、適切と判断される地域にセンサネットワークロボット１を投下し、必要に応じてカメラ５１の映像及び周囲の音をマイク５２で収集して基地３に送信する。また、要救助者の救助を求める音声を認識し、その音声の発する領域に飛行してカメラ５１で撮影し、更には避難ルート、或いは救助の状況をスピーカー５３で知らせるようにしても良い。
【００５４】
無人ヘリコプター２には前記センサネットワークロボット１の近距離無線センサノード通信部１３と略同様の通信手段によって、前記ロボット間５５と、また他の通信手段によって他のヘリコプター間５６、基地間５７、救助活動者間５８の通信を行うと共に、自動中継機能を備える。特にこの通信部５４においては前記近距離無線センサネットワークと異なり、高出力の通信部とすることによって基地が遠隔地でも通信可能とし、センサネットワークロボット１からの各種情報を、そのまま基地３に中継出力可能とする。
【００５５】
基地３では災害救援センター等が設置され、通信部６３によってセンサネットワークロボット１と直接、或いは無人ヘリコプター２等の遠隔通信可能な中継器を介して各ロボットで得た情報を収集する。またヘリコプター間６５、他の基地が存在するときにはそれらの他基地間６６と情報の交換を行い、救助活動者間６７とも通信を行う。その際には、国や自治体が管理する災害情報システムとも連携して、情報の共有を図る。更には、後述するような一般家庭４に家電センサネットワーク７０を備えているときには、その通信部７１との通信によって、被害のあった家屋の要救出者の情報等の種々の情報収集も行い、災害状況の総合的な把握、要救援者の存在とその位置、火災の発生状況、家屋の倒壊状況等を時々刻々把握できるようにする。前記のような各種情報のうち有益な情報を抽出し、それらを総合的に調整して表示部６０にこれらを表示し、それらの情報を検討して、避難ルート割り出し６１、救助ルート割り出し６２等の救援活動の適切な指令を行う。
【００５６】
その際には、例えば図５に示すように、ロボットの位置情報とネットワークの表示を行い、それに隣接してロボットが備える前記のような各種のセンサ情報のうち有益な情報の表示を行い、更にこれらの情報を元に自動的に、或いはオペレータの判断により図中太線で示すような救助ルートの提示を行う。なお、このような救助ルートの提示は、前記センサネットワークロボット１自身においても、収集した種々の情報によって同様の救助ルート、避難ルートの提示を行うようにすることもできる。
【００５７】
一般家庭４において、家電に相互通信可能なセンサによる家電センサネットワーク７０が存在するときには、その通信部７１がその家屋内の状況を検出し、例えばその家が倒壊等によって危険な状態、火災が発生して危険な状態の時、家の中に閉じこめられた要救援者による「助けて！」のような発声を家の中のセンサが検出し、その情報を基地３等に伝えることができるようにする。そのため、通信部７１では家電間７２で通信を行い、センサネットワークロボット１が近くに走行したときにはそのロボット間７３で通信を行い、その他前記各通信部と同様にヘリコプター間７４、基地間７５、救助活動者間７６等で通信を行い、各種情報を取り込んで家電センサネットワーク７０内のテレビ等にその情報を表示し、また家の中の要救助者の救援要請を基地局等に伝える。また、倒壊した家の中に要救助者がいるかいないかを、その近くを走行するロボットから問いかけるようにし、前記のような要救助者の音声により、救助活動を行うようにすることもできる。
【００５８】
上記のようなシステム構成をなすセンサネットワークロボット１を用いるセンサネットワークロボット利用災害救助システムにおいては、全体として以下のような作動がなされる。即ち、ロボットは特別な折りたたみ機構、爪機構、重心移動機構により小型でありながら高い障害を乗り越え、またコンパクトになって瓦礫の隙間を進んだりすることができる。さらに、モジュール型ロボットの利点を活かして、大きな障害や地面の穴などを乗り越える際には、近くのロボットを呼び集めてへびのように数珠つなぎになることで対応することが可能である。移動方法には、防塵防滴型可変クローラ機構を採用し、高速CPU、バッテリを搭載すると共に、前記のように近距離無線センサノード、カメラ、赤外（焦電）センサ、超音波センサ、マイクロ波ドップラーセンサ、振動感知センサなどを搭載する。
【００５９】
また、ロボットが自律的に動作し、また対象を発見するためには、外界認識を行い、各種センサ入力情報をリアルタイムに処理し、障害物回避、人命探知を行うためのセンサ情報統合知覚システムを備える。特に多数のロボットが領域を分けて効率良く捜索するために、近接ロボットとの位置関係を正確に検出し、更にセンサネットワーク連携ではセンサ情報と共に各ロボットの位置情報も必要となり、近距離無線を用いた近接ロボットの認識および、他センサ（GPS、超音波、磁場など）との組み合わせによる位置の定位を行うシステムとする。各ロボットのいずれかにスタック、電源切れ等を生じたときには、センサネットワークを形成する周辺のロボットがその領域をカバーする。また、特に集中的に情報の収集が必要と思われる場所には、ロボットの密度を上げ、情報収集不要と思われる所は希薄にする等、状況に合わせたセンサネットワークロボットの配置を行う。
【００６０】
また、前記のような各種センサを備えた自律移動可能なセンサーネットワークロボット１が、近距離通信によってリアルタイムで情報を交換することにより、分散的探索アルゴリズムによって互いに協調して適切なフォーメーションをとりながら、被災者を探索する。これにより、あるロボットが故障したりスタックした場合でも、隣接ロボットがその領域をカバーしたり、対象を発見した際は、周辺領域のロボット密度を上げて集中的に捜索するといったことが可能となる。
【００６１】
無人ヘリコプター２に関しては、現在出願人等により研究開発が進められている自律型無人ヘリ技術を元に、災害現場に適用可能な自律飛行性を持たせたシステムを備えたものを用い、センサネットワークロボット１が被災者を発見した際に救助に向かう時の安全を確保する為、事前にヘリからの空撮により情報を収集し提供すし、ヘリによりロボットとベースステーション間の通信を中継する。
【００６２】
特に減災を考える場合には、消防組織おける先端技術機器の利用も大きな効果を上げることができるが、複雑なシステムとした場合、現場での使用に困難さを増すことがあるので、その利用のためには単体として各消防隊が使用できる単純な機能のロボットとすることが好ましい。その点本発明においては、この単純なロボットが複数集まった場合においては、群ロボットとして、瓦礫除去、人命救助等の消防隊を支援する高度な機能を実現することができるようになる。その際には、前記のようなセンサネットワーク機能の他消防隊員の無線操縦による直接的な支援を行うこともできるようにする。
【００６３】
ここでのロボットは、先に述べた広範な領域での捜索を意図したセンサネットワークロボットと異なり、消防隊による救助活動を直接支援する目的で用いられる。その際においては、重機が持ち込めない現場でも、小さなロボットを数多く持ち込むことにより、消防隊による無線操縦による救助作業が可能になる。ここでもロボット群各個間の通信、相対位置同定については前記センサネットワークロボットの機能と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
センサネットワークロボットは現場に散布するだけで、自律的に動作し情報がバケツリレー式に送られてくるので、台風や地震・津波などの災害救助に役立てられるだけでなく、ビル、プラント、地下鉄などの火災現場における人命捜索支援、救助支援に用いることができる。また、災害が発生したときのみならず、ビルや原子力プラントを初め各種のプラント内の巡回、監視による防犯や事故防止用として利用し、大型プラントなどのガス漏れ検知システムとしても用いることができる。更には地雷探査、テロ対策等、きわめて広範な分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるセンサネットワークロボットシステムを災害救助システムに利用した例を示すシステム構成図である。
【図２】同災害救助に際して、無人ヘリコプターからセンサネットワークロボットを多数散布する例を示す図である。
【図３】本発明のシステムに用いるセンサネットワークロボットの例を示す図であり、（ａ）は第１の態様のロボット単体を示し、（ｂ）は同ロボット単体が合体し一体化し移動する例を示し、（ｃ）は第２の態様のロボット単体を示し、（ｄ）は同ロボット単体が合体して一体化し移動する例を示す。
【図４】図３（ｃ）に示すロット単体の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】本発明によるセンサネットワークロボットシステムにおいて、ロボットが収集した有益情報をわかりやすく提示する態様を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  センサネットワークロボット
２  無人ヘリコプター
３  基地
４  一般家庭
１０  無線操縦部
１１  センサ
１２  運動制御部
１３  近距離無線センサノード通信部
１４  機能
１５  カメラ
１６  マイク
１７  赤外センサ
１８  照度センサ
１９  超音波センサ
２０  ドップラーセンサ
２１  生体センサ
２２  ＧＰＳ
２３  磁気センサ
２４  傾斜センサ
２５  風速計
２６  風向計
２７  路面センサ
２８  走行制御
２９  連結制御
３０  把持・搬送制御
３１  群全体移動制御
３２  ロボット間
３３  ヘリコプター間
３４  救助活動者間
３５  基地間
３６  自動中継機能
３７  耐水
３８  耐熱
３９  防塵
４０  自律単独作動
４１  連結時一体作動
４２  がれき中安定走行
４３  がれき除去
４４  救助ルート確保
４５  救助ルート案内
４６  人命救助
４７  物体搬送
４８  表示部
４９  スピーカ
５０  自律飛行機能
５１  カメラ
５２  マイク
５３  スピーカ
５４  通信部
５５  ロボット間
５６  他ヘリコプター間
５７  基地間
５８  救助活動者間
５９  自動中継機能
６０  表示部
６１  避難ルート割り出し
６２  救助ルート割り出し
６３  通信部
６４  ロボット間
６５  ヘリコプター間
６６  他基地間
６７  救助活動者間
７０  家電センサネットワーク
７１  通信部
７２  家電間
７３  ロボット間
７４  ヘリコプター間
７５  基地間
７６  救助活動者間
【図１】
2006338081.tif 000003
【図２】
2006338081.tif 000004
【図３】
2006338081.tif 000005
【図４】
2006338081.tif 000006
【図５】
2006338081.tif 000007