(57)【要約】【課題】  複数ロボットを、少ないオペレータで、容易に、かつ安全確実に、遠隔操作可能としたロボットシステムを提供する。【解決手段】  コマンド入力装置１００から、共通のミッションを、複数のロボット２００ａ，２００ｂに送信し、他の複数のロボット２００ｃ〜２００ｅへは、ロボット２００ｂに設けたコマンド発生装置で中継し、転送する。これにより、コマンド入力装置１００からオペレータ１０のコマンドを、全てのロボットへ伝達し、共通のミッションを共同して達成させる。また、コマンドに、監視等のミッションに加え、ロボットの移動等の動作に関するコマンドを含めた場合には、移動しながら不審人物を探索するような場合に、前進させて前方を探索させるなどの命令を実行させることができる。【選択図】  図１
2007050490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のミッションを自律して実行する機能を有する複数の自律ロボットを備えたロボットシステムにおいて、複数の前記自律ロボットに対する前記所定のミッションの開始及び停止を指令するミッションコマンドと前記所定のミッション以外のロボットの動作に関する動作コマンドとを人為的に入力するための操作手段と、この操作手段によって入力された前記ミッションコマンド及び前記動作コマンドを複数の前記自律ロボットへ送信する送信手段を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記操作手段と前記送信手段を搭載した可搬式のコマンド入力装置を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項３】
所定のミッションを自律して実行する機能を有する複数の自律ロボットを備えたロボットシステムにおいて、複数の前記自律ロボットに対する前記所定のミッションの開始及び停止を指令するミッションコマンドと前記所定のミッション以外のロボットの動作に関する動作コマンドとを人為的に入力するための操作手段と、この操作手段によって入力された前記ミッションコマンド及び前記動作コマンドを少なくとも１つの前記自律ロボットへ直接的に送信する直接的送信手段と、コマンドを受信したロボットを中継して他のロボットへ前記コマンドを送信する中継送信手段を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項４】
所定のミッションを自律して実行する機能を有する複数の自律ロボットを備えたロボットシステムにおいて、複数の前記自律ロボットに対する前記所定のミッションの開始及び停止を指令するミッションコマンドと前記所定のミッション以外のロボットの動作に関する動作コマンドとを人為的に入力するための操作手段と、この操作手段によって入力された前記ミッションコマンド及び前記動作コマンドを少なくとも１つの前記自律ロボットへ直接的に送信する直接的送信手段と、複数の前記自律ロボットの少なくとも1つに設けられ、受信した前記コマンドを他のロボットへ送信する必要があるか否かを判断する手段と、この判断に基づいて、他のロボットへ前記コマンドを送信する中継送信手段を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記コマンドには、命令の内容の他に予め設定されている各ロボットのグループコードを含むことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記コマンドは、命令の内容の他に予め設定されている指令者コードを含むことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、各ロボットは、対象物が前記ミッションの対象又は対象外であることを識別するための識別補助手段を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項８】
請求項７において、前記識別補助手段は、対象又は対象外の物体に搭載された電波又は音波発信器と、各ロボットに搭載され、前記発信器の方向及び／又は距離を検出する手段とを備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項９】
請求項７において、前記識別補助手段は、対象又は対象外の物体に搭載されたＧＰＳセンサと、このＧＰＳで検出した位置座標データを発信する発信器と、各ロボットに搭載され、前記発信器からの発信データを受信する受信器とを備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかにおいて、各ロボットは、前記コマンド入力装置の操作者及び／又は他のロボットを識別補助するための識別補助手段を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかにおいて、前記識別補助手段は、対象又は対象外の物体に光，温度，電波，又は音等で認識性を高めたマーキングを備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記マーキングは、各ロボットに入力されている所定の規則に基づき変化する認識パターンを含むことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、送信データは、所定の暗号規則に従って送信前に暗号化し、受信後にこの暗号を解読する手段と、各暗号規則の収納された部位を監視する監視手段と、この監視手段が異常を検出したとき、異常を検出した部位に収納されていない別の暗号規則に切り替える切り替え手段とを備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかにおいて、ロボットは、少なくとも移動機構と雲台機構を有するとともに、雲台機構には伸縮アーム機構を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律ロボットに指令を与えて遠隔操作する遠隔操作ロボットシステムに関し、特に、複数のロボットで所定のミッションを達成する遠隔操作ロボットシステムに係る。
【背景技術】
【０００２】
自律移動ロボットとは、一般に、所定のミッションを持って、環境と自己の位置と姿勢の認識手段、典型ケース毎に用意された行動プログラム、行動プログラム選択手段などを備え、行動プログラムを実行するロボットである。これまで、主に移動する環境の認識手段によって、未知の環境の中でも、移動計画を作成、修正しながら自律走行を行わせる移動ロボットなどが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、距離センサで地形を３次元位置計測を行い、計測した計測点から地形の平面を組合せた地形地図で、自律移動ロボットの航行プランを作成するようにしたものである。このような自律移動ロボットは、自律的に未知の環境を移動することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、多数の自律ロボットを備え、目標とする対象物を探索し、目的に応じたミッションを実行させるシステムが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−３３２９８０号公報（全体）
【特許文献２】特開２００５−１２５４６６号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した自律移動ロボットは、自律的に未知の環境を認識して障害物を回避しながら移動し、決められたルールやプログラムに沿って、行動することはできるが、必ずしも人間が見て「こうさせたい。」と感じる動作や行動のようには実行できないのが現状である。
【０００７】
本発明の目的は、複数の自律ロボットを備えたロボットシステムにおいて、オペレータの意思を、容易かつ速かに、複数の自律ロボットに伝達し、オペレータの意思に沿った行動やミッション（作業）を実行できる遠隔操作ロボットシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の望ましい実施態様においては、以下の特徴ある手段を用い課題を解決する。
【０００９】
本発明の第１の実施態様においては、１つのミッションを複数の自律ロボットで実行するロボットシステムにおいて、コマンド入力装置を備え、このコマンド入力装置には、複数の自律ロボットに対する所定のミッションの開始及び停止を指令するミッションコマンドと、所定のミッション以外のロボットの動作に関する動作コマンドとを人為的に入力するための操作手段を具備する。そして、この操作手段によって入力されたミッションコマンド及び動作コマンドを、複数の自律ロボットへ送信する送信手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の実施態様によれば、オペレータの意思を、コマンド入力装置から容易かつ速かに、複数の自律ロボットに伝達し、オペレータの意思に沿った行動やミッション（作業）を実行できる遠隔操作ロボットシステムを提供することができる。
【００１１】
本発明の第２の実施態様においては、コマンド入力装置から少なくとも１つのロボットへ共通のミッションに関するコマンドを直接的に送信する直接的送信手段と、前記コマンドを受信したロボットを中継して、前記入力装置から他のロボットへ前記ミッションに関するコマンドを送信する中継送信手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の実施態様においては、コマンド入力装置から少なくとも１つのロボットへ共通のミッションに関するコマンドを直接的に送信する直接的送信手段と、複数のロボットの少なくとも１つに設けられ、直接的に受信した前記コマンドを他のロボットへ発信する必要があるか否かを判断する手段と、この判断に基づいて、他のロボットへ前記ミッションに関するコマンドを発信する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の望ましい実施態様によれば、複数のロボットを備えたロボットシステムにおいて、容易かつ速かに、オペレータの意思を複数のロボットに迅速に反映できる遠隔操作ロボットシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の遠隔操作ロボットシステムの基本的な実施例を説明する。まず、実施形態における特徴とその効果とを対応付けて説明しておく。
【００１５】
第１の実施形態においては、複数のロボットを備えたロボットシステムにおいて、１つのコマンド入力装置から各ロボットへ直接又はコマンド発生装置を経由して各ロボットへミッションに関するコマンドを送信する手段を有する。
【００１６】
第１の実施形態によれば、ミッションを複数ロボットの連携により自律的に実行するシステムにおいて、１つのコマンド入力装置から各ロボットへ直接又はコマンド発生装置を経由して各ロボットへコマンドを送信する。したがって、１人のオペレータは１つのコマンド入力装置から全ロボットへ実行させたいミッションの変更やミッションに関する設定をロボットが最初に設定されたミッション実行中においても、変更したいときに容易に速やかに変更することができる。このため、オペレータの意思を、各ロボットの行動へ迅速に反映することができるようになる。また、距離が離れ、直接にコマンドが伝達できないロボットへは、コマンドを受信したコマンド発生装置が新たなコマンドを発生して周囲のロボットへ伝達することができ、多くのロボットに効率よくオペレータからのコマンドを伝達できるようになる。また、コマンド発生装置を数台のロボットに搭載すれば、オペレータは複数の統括ロボットへコマンドを送信するのみで、効率よくコマンド指令が行き渡る。また、統括ロボットにコマンド発生装置を搭載することにより、オペレータからのコマンドをそのまま各ロボットに伝達する以外にも、より現在の状況に適したより具体的なコマンドとして生成しなおして各ロボットへ指令を出すことも可能となる。したがって、複数のロボットに対しても１人のオペレータが容易に、現在の環境、条件に適した指令を伝達して、容易に複数の自律ロボットを統括してオペレータの意思で操作することが可能となる。
【００１７】
第２の実施形態においては、ロボットシステムのコマンドは、命令の内容の他に予め設定されているロボットのグループコードが含まれる。
【００１８】
第２の実施形態によれば、コマンドを受取ったロボットは、当該グループコードに自分が属しているかどうかを判断して属している場合には命令を実行して、属していない場合には命令を実行しないようにできる。したがって、グループコードを全員のコードにすれば、全部のロボットに同じ命令を与えて同じ命令を実行させることができ、予めグループＡとＢにロボットを分けておけば、グループＡとＢのロボットにそれぞれ違う命令を実行させることもできる。一台のロボットにも個々のグループコードを割り当てておくことによって、一台のロボットだけに特定の命令を実行させることもできる。オペレータは、グループコードと命令を入力するだけで複数のロボットに簡単に命令を与えることができ、複数のロボットを容易に統括操作できる。
【００１９】
第３の実施形態においては、ロボットシステムのコマンドは、命令の内容の他に予め設定されている指令者コードが含まれる。
【００２０】
第３の実施形態によれば、コマンドを受けた各ロボットはそのコマンドを指令した指令者コードを確認して命令を実行するかどうかを判断できる。例えば、ＡとＢの指令者のどちらを優先すればよいか、予めプライオリティを決めておく。今、Ａ指令者からのコマンド命令を実行している場合に、Ｂ指令者からミッション内容を変更するようなコマンドが入力された場合、予め決めてあるプライオリティの高い指令者からのコマンドを優先して実行させることが可能である。すなわち、複数のコマンド入力装置があり、複数のオペレータがそれぞれのコマンド入力装置を使って、同じロボットに指令を与える場合に、ロボットの操縦をその操作権限に合わせて統括することが可能となる。指令者コードは、コマンド入力装置ごとに予め割り付けても良いし、オペレータが最初に指令者コードをパスワードなどで入力して設定するようにしてもよい。万一、不審者の手にコマンド入力装置が渡った場合、別のコマンド入力装置から設定変更することにより、他の指令者コードに変更して、不審者の手元のコマンド入力装置からは操作できないようにしてセキュリティ対策に利用してもよい。
【００２１】
第４の実施形態においては、ロボットには、移動あるいは動作する手段を有するロボットを含み、コマンドにはミッションに関するコマンドの他、ロボットの移動あるいは動作に関するコマンドが含まれる。
【００２２】
第４の実施形態によれば、移動しながら不審人物を探索するような場合に、不審人物を探索するミッションに関する設定の変更を行うほか、次のようなこともできる。すなわち、前進させて前のほうを探索させるように探索ミッションを実行させながら、移動に関する前進命令を与えたり、右を向かせたり、左を向かせたりすることができるようになる。自律ロボットには、通常の移動を伴うロボットと移動を伴わないロボットがある。例えば、複数のカメラを設置して画像の中に入る特定の物体を画像処理で抽出して物体の方向や位置、数などを認識したり、追跡するなどのミッションをもって自律的にそのミッションを実行させるロボットシステムは、移動を伴わないシステムとなる。しかし、そのミッションを実行しながら、例えば、カメラの雲台を上下左右に動かしたり、さらに、カメラの位置を変えるための移動機構を有するロボットシステムは、カメラの移動制御を伴う自律ロボットシステムとなる。この場合、当然、移動制御に必要となる周囲の環境と自分自身の位置と姿勢を認識し、予めプログラムで決められた処理に基づき、ミッションの画像処理もカメラの移動も自律制御を行わせるシステムもある。しかし、オペレータがロボットシステムの実行状況を見ながら、容易に、ミッションの内容を途中で変更したり、移動制御に関する指令を途中で与えることにより、オペレータの意思に沿ってより一層効率よく行えるようにもできる。このような場合、本実施形態を用いることで、オペレータは、ミッションの内容変更に関する指令と、ミッション実行中の移動制御に関する指令の両方を、区別しながら臨機応変に与えることができる。
【００２３】
第５の実施形態においては、各ロボットにはミッションの対象あるいは対象外の物体を識別補助するための手段を持たせている。
【００２４】
第５の実施形態によれば、各ロボットは容易にミッションの対象あるいは対象外を識別できるようになり、ミッションの対象のみにミッションを効率よく、確実に、信頼性高く実行することが容易にできる。例えば、不審者を探索するミッションにおいては、最初に画像処理などで人物を検出する必要がある。さらに、検出した人物が探索すべき不審者か否かを識別するためには、予め不審者でない人物の特徴データを揃えておく必要がある。その上で、検出した人物一人々々に対してその特徴データを抽出してマッチングするかどうかを認識処理する必要がある。このため、通常の画像処理だけでは、時間がかかり、認識の信頼度にも限度がある。しかし、関係者の居場所が予め判っておれば、その居場所データを識別補助手段としてロボットシステムへ与えれば、検出した人物の位置と関係者の位置データが一致する場合にはすぐに不審者ではないと判断することができる。識別補助するための手段は別の監視カメラと画像処理システムからなる認識システムで認識した結果をロボットシステムへ提供するようにしてロボットシステムの認識処理の負担を分担するようにするものでもよい。
【００２５】
第６の実施形態においては、ミッションの対象あるいは対象外を識別補助するための手段は、対象あるいは対象外に電波あるいは音波あるいはその両方の発信器を持たせ、ロボットにはその方向及び／又は距離を検出する手段を設ける。
【００２６】
第６の実施形態によれば、画像処理によらない発信器による方法で対象あるいは対象外の位置あるいは方向を識別する補助手段と組合せて、画像処理で認識した対象あるいは対象外を補助手段からの情報も利用して簡単に対象が対象外かを識別判断できる。特に発信器から電波と音波を発するようにすると電波の方が音波より早く到着してその到着時刻の差は距離に比例して大きくなる。したがって、到達時刻の差で発信器までの距離を容易に検出することもできるようになる。ロボットシステムのカメラの画像による対象あるいは対象外を検出した場合はその方向と一番手前の距離が認識可能であるが、さらに後方にいる対象あるいは対象外は手前のものに遮られて画像に写らず認識することができない。識別補助手段に距離も検出するようにすると、比較的複雑な補助手段が必要になる。しかし、方向と距離の両方の補助情報が得られる方が、手前の検出したものが対象か対象外かを確実に識別補助データから識別できるので、方向だけ識別補助データの場合より、より信頼度の高い識別ができるようになる。電波あるいは音波の片方の発信器のみで距離情報も得るためには次のように構成する。ロボット側から時刻データを最初に発信させ、補助手段の発信器はその時刻を受信すれば、その時刻データをそのまま発信情報に加える。こうすれば、受信側で発信時刻を確認すれば、往復に要した時間を推定して距離を推定することができる。
【００２７】
第７の実施形態においては、ミッションの対象あるいは対象外を識別補助するための手段は、対象あるいは対象外にＧＰＳセンサとＧＰＳで検出した位置座標データを発信する発信器を持たせて、ロボットに発信器からのデータ受信器を設ける。
【００２８】
第７の実施形態によれば、対象あるいは対象外のＸ，Ｙ，Ｚの位置情報をＧＰＳセンサから容易に得られるので、その情報を発信器から発信するようにすることで、ロボット側で容易に対象あるいは対象外の位置Ｘ，Ｙ，Ｚを認識補助データとして得ることができる。
【００２９】
第８の実施形態においては、各ロボットにはコマンド入力装置あるいはその操作者を識別補助するための手段を備える。
【００３０】
第８の実施形態によれば、各仲間のロボットとコマンド入力装置をもっている操作者については、より信頼度高く識別することができる。例えば、ロボットの画像認識では、移動物体を検出したら威嚇するようなミッションを実行する場合、動く物体が人かどうか、その人が対象外か否かを速かに認識しなければならない。しかし、補助手段からの情報にロボットＩＤや操作者のＩＤ情報が得られれば、画像認識で検出した移動物体が、仲間のロボットか操作者かをマッチング識別判断させることができる。したがって、より確実に、短時間に仲間のロボットと操作者を識別認識することができ、間違って、仲間のロボットあるいは操作者を威嚇するようなことがなくなる。
【００３１】
第９の実施形態においては、識別補助するための手段として、対象あるいは対象外に光、温度、電波、音等で認識性を高めたマーキングを設ける。
【００３２】
第９の実施形態によれば、最初の認識処理で移動する物体を検出したその認識性を高めたマーキングの有無を識別処理することで、検出した移動物体が、対象か対象外かを高速に信頼度高く識別できる。ロボット側は、予めマーキングの特徴を知っているので、そのマーキングの有無を容易に識別できる。
【００３３】
第１０の実施形態においては、前記マーキングを、各ロボットにも入力されている所定の規則に基づき認識の特徴パターンが変化するマーキングとする。
【００３４】
第１０の実施形態によれば、偽のマーキングを施して発見を免れようとしても、所定の規則にしたがってマーキングの特徴が変化するので、真似をすることはできない。各ロボットには、マーキングの変化規則を予め入力しておけば、その都度変化した特徴パターンで識別することが可能である。特徴パターンの変化は、光の色、温度、電波の周波数、音の周波数の変化のほか、それらの強さ、変化する周期などを特徴パターンとしてよい。
【００３５】
第１１の実施形態においては、ロボットシステムにおいて、通信を行うデータは、所定の暗号規則に従って、送信前に暗号化し、受信後に暗号解読を行うようにする。また、各暗号規則の収納された部位を監視する監視手段を設け、監視手段が異常を検出した場合には異常を検出した部位には収納されていない別の暗号規則に切り替えて以後の通信を行うようにする。
【００３６】
第１１の実施形態によれば、暗号規則が万一不審者の手に奪われて通信内容を傍受したり、通信ジャックされるような危険な場合には速やかに別の暗号規則に切り替わる。したがって、切り替わる前の暗号規則情報を手に入れた不審者であっても、切り替わったあとの通信の傍受や通信ジャックはできない。ここで、重要なことは切り替える暗号規則は奪われた暗号の収納された部位には含まれていないことである。これが含まれていると切り替えようとする暗号規則も不審者の手にあるため、容易に通信傍受や通信ジャックされる恐れがある。通信ジャックされると不審者がロボットシステムをコントロールできるようになる恐れもあるが、本実施形態では、そのようなことを防止することができる。具体的な監視手段としては、ロボットや関係者を別の監視カメラで監視して、異常な状況、例えば、不審者に暗号規則の入った発信器などが奪われるような事態が起きていないことを監視しておく。万一、そのようなことが起きた場合には、監視者が、マニュアル操作で各ロボットシステムに奪われた暗号規則以外の暗号規則へ切り替えるような指令を出すようにしてもよい。また、互いのロボットや通信装置や発信器が互いに健全性を確認しあうような通信を通常周期的に行うようにして、万一通常の健全性確認通信が得られない場合には当該部分に何らかの異常が生じたと検出するようにしてもよい。異常を検出すれば、自動あるいはマニュアルで暗号規則の切り替えを行えばよい。さらに、最も万全な方法としては、暗号規則の収納された部位を監視する独立した監視系と、その通信系統を準備して、その独立した専用の監視装置が異常を検出した場合に自動的又はマニュアル操作で暗号規則を切り替えるようにしてもよい。
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の一実施例による遠隔操作ロボットシステムを説明する。
【００３８】
図１は、複数の自律ロボットに操作者から各ロボットへミッションに関する変更、設定を行わせる指令を与えられるようにしたロボットシステムの基本的な一実施例を示す。各自律ロボット２００ａ〜２００ｅは三脚にセットしたカメラで撮影した画像の中の対象物体をトラッキングするミッションを実行するロボットで、対象物体２０をトラッキングする。カメラは、十分な視野があれば雲台は必要ないが、さらに広い視野を対象に対象物２０を撮影してトラッキングしたい場合には、雲台でその方向を変えられるようにしてもよい。ここで、操作者１０は、コマンド入力装置１００を持って、各ロボットのミッション実行状況を後方で確認しながらミッションに関するコマンドを入力できる。入力されたコマンドは、無線で自律ロボット２００ａと２００ｂへ送信される。自律ロボット２００ｂは、コマンド発生装置を有し、コマンド入力装置１００からのコマンドをそのまま自律ロボット２００ｃ〜２００ｅへ転送する。このようにして、操作者１０が入力したコマンドは、５台の自律ロボット２００ａ〜２００ｅへ指示される。各自律ロボットのミッションは、例えば、画像処理装置は、認識対象をトラッキングしながら、画像を録画するというものであるとする。ミッションに関するコマンドには、トラッキングの開始、中止、録画する、しない、一時停止のほか、検出する対象物体を、人間、鳥、車などの種類を指定したりするものがある。また、同時にトラッキングする対象物体の最大数を設定したり、一番近くのものをトラッキングさせるなどの指令の変更もある。操作者１０は、これらのコマンドを、コマンド入力装置１００を用いて自律ロボットの全員に、１回の操作で指令を出すことができる。また、例えば、自律ロボット２００ｅが操作者１０からコマンド入力装置１００から直接無線が届かない遠くの位置にある場合にも、自律ロボット２００ｂのコマンド発生装置を介して、操作者からのコマンドを中継する形で遠くのロボット２００ｅへ与えることができる。コマンド発生装置は、単なるコマンドの転送だけでもよいが、ロボット２００ｂがロボット２００ｃ〜２００ｅを統括制御するようにして、そのときの状況に応じて、より具体化したコマンドを指令するようにしてもよい。また、全部のロボットがコマンド発生装置を備え、近くのロボットへコマンドを転送発信するようにしてもよい。
【００３９】
図２は、図１の自律ロボットの構成の基本的な一実施例を示す。コマンド入力装置１００からのコマンドは通信装置２１０で受信してそのデータはＣＰＵ２２０で参照してＣＰＵ２２０は雲台２３０にカメラ２４０を向きを変える駆動指令を出す。また、カメラ２４０からの画像を取り込み画像処理を行う画像処理装置２５０へ画像処理の指令を出して結果を取得する。ＣＰＵ２２０は、画像処理装置２５０の処理結果を、必要に応じて通信装置２１０を経由して外部へ出力できるようにする。
【００４０】
図３は、図１，図２のロボットシステムのＣＰＵ２２０の基本処理フローの一実施例を示す。ＣＰＵ２２０は、処理開始後、処理Ｓ００１で初期設定を行い、処理Ｓ００２で通信装置２１０からのコマンドを入力して、処理Ｓ００３でコマンド内容の解析処理を行う。次に、処理Ｓ００４で他のロボットへコマンドを発信する必要があるか否かを判別し、発信する必要があるコマンドの場合には、処理Ｓ００５で発信コマンドを生成して、処理Ｓ００６で通信装置へコマンドを出力する。この部分の処理は、コマンド発生装置２９０の機能に相当する部分となる。処理Ｓ００５で発信コマンドを生成するときに、単に操作者からのコマンドを転送するコマンドを生成するだけではなく、現在の状況から所定のルールに基いてより具体的なコマンドとして生成、出力するようにしてもよい。次に、第２の実施形態に相当する処理として、処理Ｓ００７で、操作者からのコマンドの中のグループコードが自分自身の所属するグループか否かを判別し、属する場合には次の処理へ進み、属さない場合はコマンドを実行しないで処理Ｓ００２へ戻る。次の処理を実行する場合には、処理Ｓ００８で第３の実施形態に相当する処理として、処理Ｓ００８で、操作者からのコマンド中の指令者コードの優先度を確認する。現在実行中のコマンドの指令者より優先度は上か下かを判別して、上の場合には次の処理へ進み、下の場合はコマンドを実行しないで処理Ｓ００２へ戻る。次の処理を実行する場合には、処理Ｓ００９でミッションの変更、設定に関するコマンドか否かを判別して、ミッションの変更、設定に関するコマンドの場合には処理Ｓ０１０で画像処理装置２５０へ画像処理のミッションの変更、設定に関するコマンドを出力する。ミッションの変更、設定に関するコマンドでないそのほかのコマンドの場合には、処理Ｓ０１１でそのほかのコマンドに対応した処理を実行する。例えば、カメラの電源ＯＮとかカメラの電源ＯＦＦなどはそのほかのコマンド処理として実行される。次に、処理Ｓ０１２で画像処理装置から結果を入力し、処理Ｓ０１３で画像処理の結果に基き雲台を動かす必要がある場合、その制御量を算出する。例えば、認識した対象が常に画面の中央になるように雲台を制御するような場合には、処理Ｓ０１４で雲台へ制御量を出力し、通信装置からのコマンド入力処理Ｓ００２へ戻り、繰り返し行う処理となる。
【００４１】
図４は、図１，２，３のコマンド入力装置１００の基本的な一実施例を示す。本実施例は、左手のスイッチでグループ指定、右手のスイッチでコマンド指定ができるようにスイッチを２つに分けて配置した例である。左手で操作するスイッチ１０５Ｌには、ロボットのグループコードを指示するための押しボタンスイッチが配置されている。（０１）はロボット全部を指定し、（０２）はグループＡを、（０３）はグループＢを指示する。各グループは予め決めておけばよいが、ここでは、例えば、ロボット２００ａの１台をグループＡ、ロボット２００ｂ〜２００ｅの４台をグループＢに割り付ける。そして、グループＢの中の各ロボット１台を指示するために、（０４）のボタンはロボット２００ｂを、（０５）はロボット２００ｃを、（０６）のボタンはロボット２００ｄを、（０７）のボタンはロボット２００ｅを指示するボタンである。右手の押しボタンスイッチ１０５Ｒには、ミッションの変更、設定に関する指令用ボタンが配置されている。画像トラッキングする対象を人の身体全体を撮影したい場合には、身体認識ボタン（０１）を押して送信実行ボタン（０７）を押す。それぞれ左スイッチ１０５Ｌのスイッチ状態、右スイッチ１０５Ｒの状態は、ＤＩ（ディジタルインプット）などのインターフェースを介してＣＰＵ１１０で読み取られ、ＣＰＵ１１０で送信するコマンドデータが作られる。そして、スイッチ送信実行ボタン（０７）が押されたタイミングで、コマンドデータが通信装置１２０へ出力され、各ロボットへコマンドが送信される。同じように、ミッションの変更、設定に関するスイッチは、右スイッチ１０５Ｒに配置されている。顔認識ボタン（０２）、トラッキングを行う追跡ＯＮボタン（０５）、トラッキングを停止する追跡ＯＦＦボタン（０４）、録画ＯＮボタン（０５）、及び録画ＯＦＦボタン（０６）の各押しボタンである。ここで、ミッションの変更、設定に関する機能選択ボタンと送信実行ボタン（０７）を分けたのはミッションの変更、設定を指令するタイミングを操作者が合わせ易いためである。
【００４２】
図５は、図４のＣＰＵ１１０の基本処理フローの一実施例を示す。処理はＳＴＡＲＴ後、初期設定処理Ｓ００１を実行後、処理Ｓ００２で左右のスイッチ１０５Ｌ、１０５Ｒからスイッチの状態を読み取り、処理Ｓ００３で入力されたスイッチ状態にもとづき送信コマンドデータを作成する。そして、処理Ｓ００４で送信実行ボタンが押されたか否かを識別し、押されていた場合には処理Ｓ００５で送信コマンドを通信装置へ出力し、押されていない場合、処理Ｓ００５を飛ばして再度処理Ｓ００２へ戻る処理を繰り返す。
【００４３】
図６は、コマンド入力装置が作成する送信コマンドの基本的な一実施例を示す。送信コマンドはコマンド３００、指令者コード３１０、ロボットのグループコード３２０、コマンド実行に必要な情報３３０から構成されている一例である。指令者コード３１０は、予めコマンド入力装置１００に割り付けられているコードを送信コマンドデータを作成するときに割り当てる。ロボットのグループコード３２０は、左スイッチ１０５Ｌの状態を読み取って作成する。このように、送信コマンドデータに指令者コードとロボットのグループコードを入れることによって、このコマンドを受けたロボット側では指令者コードを解釈して予め設定してあるプライオリティの高い指令者コードのコマンドを優先的に実行する。また、ロボットのグループコードを参照して送信されたコマンドを自分が実行するか否かは、自分がそのロボットのグループコードに属しているか否かで容易に識別することが可能となる。
【００４４】
図７は、複数の移動機能を有する自律ロボットに操作者から各ロボットへミッションに関する変更、設定を行わせる指令と移動制御指令を与えられるようにしたロボットシステムの基本的な一実施例を示す。各自律ロボット２００ａ〜２００ｅは、不整地走行に適したクローラ走行機構にパンチルトの雲台機構が搭載され、雲台機構には周囲の状況を認識する画像を得るためのカメラと威嚇などのミッションのために必要な発射装置などが搭載されている。各ロボットは、不審者を探索したり、不審者の侵入を監視したり、必要に応じて不審者へ威嚇を行うようなミッションを実行する。各カメラと発射装置は同じ雲台でその方向を変えられる。ここで、操作者１０は、コマンド入力装置１００を持って、各ロボットのミッション実行状況を後方で確認しながらミッションに関する変更、設定コマンドと各ロボットの移動制御に関する指令をコマンド入力装置１００へ入力できる。コマンド入力装置１００へ入力されたコマンドは、無線で自律ロボット２００ａと２００ｂへ送信され，自律ロボット２００ｂはコマンド発生装置を有し、コマンド入力装置１００からのコマンドをそのまま自律ロボット２００ｃ〜２００ｅへ同じコマンドを転送する。このようにして、操作者１０が入力したコマンドは、５台の自律ロボット２００ａ〜２００ｅへ指示される。各自律ロボットのミッションは、例えばカメラからの画像を処理する画像処理装置は周囲の環境の障害物の位置を検出しながら、不審人物を探索する。不審人物を発見すれば、その画像内の座標を算出し、不審人物をトラッキングし、必要に応じて威嚇のために発射装置の照準を不審者の方向へ向け、必要に応じて発射装置で威嚇するようなものであるとする。コマンドでミッションに関する変更、設定は、不審人物の存在を監視する監視ミッション、不審人物を見つけた場合に威嚇する威嚇ミッション、周囲に不審人物の存在を探索する探索ミッションの切り替え指令である。その指令を随時、操作者１０はコマンド入力装置１００を用いて自律ロボットの全員に１回の操作で指令を出すことができる。また、そのような指令されたミッションのほかに、移動制御に関する指令コマンドについては、同様に操作者１０はコマンド入力装置１００から随時コマンドを入力することも可能である。移動制御に関する指令コマンドは、ロボットがミッションを実行しているときも、ミッションを実行していないときも指令を与えることができる。通常の場合はミッション指令より移動制御指令を優先してロボット側は実行するようにした方がロボットの衝突防止、安全確保の観点から有効である。例えば、図７で各ロボット２００ａ〜２００ｅへ前へ移動という移動制御に関する指令を入力した場合、各ロボットは自律的に周囲の環境を認識して障害物に衝突することなく前進する。このように、各ロボットを自律移動ロボットで構成するシステムにすることで、一人の操作者が多くのロボットの操縦を容易に行うことができる。また、ここで、コマンド入力装置は、複数のコマンドを組合せコマンドとして同時に送信できるようにしてもよいし、シリーズ的に複数のコマンドを随時送信して、同時に実行可能なコマンドは、ロボットが複数のコマンド指令を実行できるようにしてもよい。例えば、左旋回のコマンドの場合はスピンターンで左旋回するようにして、前進コマンドと左旋回コマンドが同時に実行される場合はピボットターンが実行されるようにしておいてもよい。また、搭載する威嚇用の発射装置は、ペイント弾、網などの発射装置でもよい。また、カメラは、可視カメラと赤外線カメラの両方を搭載して両方の映像を画像処理するようにしてもよい。赤外線カメラの画像を併用することで体温のある動物の認識がより効率的に行わせることも可能となる。また、本図では、クローラ式の移動機構を例とした自律移動ロボットとしているが、勿論、２足移動ロボットや４足移動ロボット、水中で動作する水中ＲＯＶなどの移動ロボットにも同様に適用して良い。また、移動ロボットには作業用マニピュレータを搭載して自律的に、例えば、検査プローブをマニピュレータが持って、溶接部などの検査部位をカメラの画像で画像処理して位置を認識して検査プローブを倣い制御させてもよい。また、溶接機を持って仮組みされているワークを溶接したり、ハンド機構をもって各パーツ部品を掴んで所定の関係に組み上げるなどの各種作業を行わせるような移動ロボット群へ適用することでもよい。
【００４５】
また、ロボットの周囲にはプロテクタを設け、ロボットが駅のプラットホーム程度の段差から落ちた場合に、プロテクタが先に当たってロボット本体への衝撃を緩和するようにしてもよい。ロボットの車輪やクローラなどもバネを介して取り付けて落下着地時に衝撃を吸収できるようにしてもよい。また、ＣＰＵなどの制御装置も緩衝材に入れて衝撃から保護するようにする。また、自律ロボットの動力源には長時間の運用が可能なようにエンジン発電機や燃料電池とバッテリーなどを組合せて搭載するようにしてもよい。
【００４６】
図８は、図７の自律ロボットの構成の基本的な一実施例を示す。コマンド入力装置１００からのコマンドは通信装置２１０で受信してそのデータはＣＰＵ２２０で参照してＣＰＵ２２０は移動機構・雲台２３０にロボットを移動させたり、発射装置２７０とカメラ２４０を向きを変える駆動指令を出す。同時に、カメラ２４０からの画像を取り込み画像処理を行う画像処理装置２５０へ画像処理の指令を出して結果を取得する。画像処理装置２５０が検出する周囲の環境データは環境ＤＢ２６０に記録され、画像処理装置のコマンド実行に必要な情報を必要なときに参照したり、ＣＰＵ２２０が直接参照できるような構成としている。環境ＤＢは予め地図情報として登録しておき、カメラ画像の認識結果により環境ＤＢを最新の状況に修正するようにしてもよい。環境ＤＢへは環境地図のほか、人間を識別するためのＣＡＤデータや特定の人物を探索する場合の特定人物のＣＡＤデータなどを予め登録しておく。また、この時に周囲環境を検出するのにカメラ画像の認識結果だけによらず、周囲の物体までの距離などを計測する１次元あるいは２次元あるいは３次元のレーザや超音波によるレンジセンサ等のその他センサ２４５を用いる。それらのセンサ情報と組合せて周囲環境を認識するようにしてもよい。一般にカメラによる距離画像計測でもレーザスキャンセンサによる距離計測でもノイズが発生する。ここで言うノイズとは、実際には存在しない点を障害物などの一部を構成する点として誤って検出したものである。その場合、ロボットの前後左右上下に周囲の障害物を検出する高速なレーザセンサなどを配置してロボット周囲全体の障害物情報をリアルタイムに検出できるようにしておく。実際に、ロボットが進む方向にある障害物をより詳細に確認して移動経路を計画生成する場合には、その方向をカメラで計測して、実際に障害物があるかどうかを再度確認する。すなわち、レーザセンサなどの検出情報とカメラ等による検出情報のアンドをとって障害物を本当の障害物として検出するようにしてノイズなどに対する対策手段を設けてもよい。また、画像処理による認識の場合には、特開２００４−２０１０８５号公報に開示されたように、メインＣＰＵから画像処理装置へ各種コマンドで問合せて回答を得ようにしてもよい。しかし、３次元ＣＡＤデータ同士のマッチングをとる３次元マッチング探索指令の外、環境ＤＢのＣＡＤデータから、カメラから探索対象がどう見えるかのカメラ画角に応じた２次元ＣＡＤデータを生成し、処理速度を速める。そして、その２次元の参照ＣＡＤデータと現在撮影された画像データより生成した現在画像の２次元ＣＡＤデータとのマッチングによる２次元のマッチング探索指令の応答も得られるようにしてもよい。また、ＣＰＵ２２０は威嚇が必要と判断処理した場合には発射装置２７０へ発射指令を出力できる構成になっている。
【００４７】
例えば、移動機構が２足歩行ロボットのように移動するためだけに安定に歩行するための移動機構や雲台の中にあるモータ等の駆動部品をきめ細かく制御する必要があり、移動のために機構自体を安定に保持しながら移動させたい場合がある。このような場合には、ＣＰＵ２２０から指令を移動機構・雲台２３０に与えるには、移動機構・雲台２３０の側にも安定な移動制御に必要なＣＰＵを設けておく。そして、図８のＣＰＵ２２０から移動機構・雲台２３０の中の移動制御を行うＣＰＵへ、「前進」、「後退」、「屈め」、「跳べ」、「走れ」、例えば、高さ１０ｃｍの障害物を「跨げ」などの大まかな移動命令に対応するコマンド指令を与えるような通信を行ってもよい。移動機構・雲台２３０の中の移動制御を行うＣＰＵは、ＣＰＵ２２０から受取った大まかな指令を実行するためにきめ細かな制御を実行するようにしておく。
【００４８】
図９は、図７，図８のロボットシステムのＣＰＵ２２０の基本処理フローの基本的な一実施例を示す。ＳＴＡＲＴ後、処理Ｓ００１で初期設定を行った後は処理Ｓ００２で通信装置２１０からのコマンドを入力して、処理Ｓ００３で指令者コードの優先度が現在実行中コマンドの指令者以上か否かを判別する。否の場合は、処理Ｓ００３ａでコマンド内容は更新しないで、現在実行中のコマンドを継続する処理をして、新たに入力されたコマンドの指令者の優先度が高い場合には処理Ｓ００４でコマンドの内容解析を行い、処理Ｓ００５でコマンド発生処理を行う。次に、処理Ｓ００５では、操作者からのコマンドの中のグループコードが自分自身の所属するグループか否かを判別して、属する場合には次の処理へ進み、属さない場合はコマンドを実行しないで処理Ｓ００２へ戻る。次の処理を実行する場合には、処理Ｓ００７で移動、動作の指令がある場合にはその指令を判別して実行する。
【００４９】
この処理Ｓ００７での判別の種類は、次の処理Ｓ００８（１）〜（１３）である。この（１）〜（１３）は、後述する図１４のコマンド入力装置１０５Ｒのボタン（１）〜（１３）に対応させた実施例としたものである。
【００５０】
さて、前進の移動指令が来ている場合には、処理Ｓ００８（１）の前進の自律制御の処理が実行される。前進の自律制御は、まず、（１）ＣＰＵ２２０は前方をカメラ視野に入れる方向に雲台制御指令を移動機構・雲台２３０へ出力し、次に（２）画像処理装置２５０へ前方の環境データ更新を指令し、次に（３）画像処理装置２５０からロボットの現在位置姿勢を取得する。次に、（４）環境ＤＢを参照しながら、予め決めてある規則に従ってロボットの前方への移動指令を生成し、指令が求まった場合にはロボットの移動機構２３０に制御指令を出力する。そして、（５）予め用意した規則では指令が求まらない場合には、ロボットの移動機構２３０へは停止処理を指示する。同様に、ロボットの後退指令は、処理Ｓ００８（２）に割付、右旋回指令は処理Ｓ００８（３）に割付、左旋回指令は処理Ｓ００８（４）に割付、１列縦隊指令は処理Ｓ００８（５）に割り付ける。同様な処理の説明はここでは割愛する。１列横隊指令は、処理Ｓ００８（６）に割り付ける。そのＳ００８（６）の処理は、まず（１）画像処理装置２５０からロボットの現在位置姿勢を取得、（２）通信装置２１０から他ロボットと位置情報の交換（入出力）を行う。次に、（３）環境ＤＢ参照し所定の規則に従ってロボットの一列横隊への移動指令を生成し、（４）移動方向へ雲台制御出力して、（５）画像処理装置２５０へ移動方向の環境データ更新を指令する。さらに、（６）環境ＤＢを参照しながら、移動指令再生成し、指令が求まった場合には制御指令を出力する。そして、（７）規則では指令が求まらない場合は、移動機構２３０は停止処理を行うように処理する。また、移動速度の変更処理に関する処理は処理Ｓ００８（７）、（８）に割付、速度変更指令の「早く」の指令の場合には、現在の移動動作中の速度をより速い速度に設定する。例えば、現在の３割増し、５割増しなど機械的に速度を早く設定するような処理でもよい。「遅く」の場合は移動動作中の所定速度をより遅く設定処理する。また、ロボットの停止処理コマンドが入力された場合には処理Ｓ００８（１３）に割り付け、ロボットの停止処理を行うものである。
【００５１】
次に、処理Ｓ００９で監視ミッションがＯＮか否かで監視ミッションがＯＮの場合には監視ミッションに対応する次の処理Ｓ０１０、処理Ｓ０１１、処理Ｓ０１２を実行するようにする。処理Ｓ０１０では、監視ミッションとして、（１）画像処理装置２５０へ予め設定されている監視内容に対応するコマンド出力する。例えば、不審人物の有無を監視する場合には、予め登録されている人間の典型ＣＡＤデータ群のファイル名を指定し、２次元の画面内で移動する物体を検出し、参照ＣＡＤデータとの２次元のマッチングによる探索指令等を出力する。ここで、先のコマンド応答が未で同じコマンドの場合は省略してもよい。次に（２）画像処理装置２５０からロボットの現在位置姿勢を取得して、（３）通信装置２１０から他ロボットと位置情報の交換（入出力）を行う。ここで、（４）予め決めてある規則に従った監視を行う場合に雲台や移動機構２３０を動かす必要がある場合には、環境ＤＢ２６０参照し、予定規則に従って雲台および移動機構２３０への移動制御指令を生成する。次に、（５）移動方向へカメラを動かす雲台制御指令を雲台２３０へ出力する。ただし、移動、動作指令がある場合はそちらを優先するようにする。次に、（６）画像処理装置２５０へ移動方向の環境データ更新を指令して、（７）環境ＤＢ２６０参照しながら移動指令再生成し、指令が求まった場合には移動機構２３０へ制御指令を出力する。ただし、先の移動、動作指令があり、その指令と矛盾する動作となる場合は移動、動作指令を優先してここでの制御指令は出力しないようにする。次に、（８）画像処理装置２５０から監視コマンドに対する応答を取得する。ここで、まだ（１）の応答がない（画像処理装置が処理中の）場合は次のサイクルで取得すればよいのでここではパスして次の処理へ進むようにする。そして、次の処理Ｓ０１１で（９）監視コマンドの応答が異常発見（不審人物を検出）した場合には発見した対象がミッションの対象か対象外かをさらに認識するための監視コマンド出力する。例えば、予め登録されている対象外人間のＣＡＤデータ郡のファイル名を指定して２次元あるいは３次元のマッチングによる探索指令等を出力する。ここで、マッチング度が所定の値以下の人間が対象（不審人物）となる。そして、次の処理Ｓ０１２で（１０）監視コマンドの応答が異常発見（不審人物を検出）した場合には通信装置へ警報と検出結果データを出力する。以上で監視ミッションに対応する処理が行われる。
【００５２】
次に、処理Ｓ０１３で威嚇ミッションがＯＮか否かを判別して、ＯＮの場合には次の威嚇ミッションに対応した処理を実行するようにする。威嚇ミッションに対応した処理は処理Ｓ０１４で処理Ｓ０１０〜Ｓ０１２の監視ミッションと同じ処理を行う。監視ミッションで不審者が検出されたかどうかを処理Ｓ０１５で判別して、検出された場合には、処理Ｓ０１６で威嚇ミッションを継続実施する。威嚇ミッションは、まず、（１）複数不審人物の場合は予め設定の規則に従い威嚇優先順番を決める。例えば、手前の近くの不審者から威嚇するか、右側の不審者から威嚇するかなどの順番である。次に、（２）威嚇対象不審人物の威嚇ターゲットを予め設定の規則に従い設定してターゲットの方向（照準）を求める。予定の規則とは、例えば、威嚇レベルを設定しておき、威嚇レベルの設定に応じて、不審者の足元を威嚇するとか、不審者の足先、手先を威嚇するとか、不審者の身体の頭と胴体を除く部分を威嚇するなどの規則である。勿論、このような威嚇レベルもコマンド入力装置から操作者は状況に応じて随時変更できるようにしてよい。そして、次の処理として、（３）照準方向に雲台を向ける制御指令を雲台２３０に出力する。次に、（４）威嚇ターゲットに雲台の照準が所定の精度以内で位置した場合には、発射装置２７０に発射指令を出力（威嚇）する。そして、（５）１つの威嚇ターゲットが終了したら次の威嚇処理を行い、全不審者への威嚇が終了したら威嚇ミッション指令が終了されるまで再度（１）からの処理を繰り返し実施する処理となる。
【００５３】
次に、処理Ｓ０１７で探索ミッションがＯＮか否かを判別して、ＯＮの場合には次の探索ミッションに対応した処理Ｓ０１８、Ｓ０１９、Ｓ０２０を実行するようにする。処理Ｓ０１８では、まず（１）画像処理装置２５０へ予め設定されている探索内容に対応するコマンドを出力する。例えば、探索したい人物のＣＡＤデータのファイル名を指定して２次元の画面内で移動する物体を検出して参照ＣＡＤデータとの２次元のマッチングによる探索を行う指令等を出力する。但し、ここで、前回画像処理装置に出力したコマンドの応答が未で、今回も同じコマンドの場合は省略してよい。そして、次に（２）画像処理装置２５０からロボットの現在位置姿勢を取得する。次に、（３）通信装置２１０から他ロボットと位置情報の交換（入出力）を行い、（４）予め決めてある規則に従った探索を行う。この場合に、雲台や移動機構２３０を動かす必要がある場合には、環境ＤＢ２６０を参照しながら予定規則に従って雲台および移動機構２３０の移動制御指令を生成する。次に、（５）移動方向へカメラを動かす雲台制御指令を雲台機構２３０へ出力する。但し、操作者からの移動、動作に関わる指令がある場合はそちらを優先させる。次に、（６）画像処理装置２５０へ移動方向の環境データ更新を指令する。次に、（７）環境ＤＢ２６０を参照しながら移動指令再生成し、指令が求まった場合には移動機構２３０へ制御指令を出力する。但し、操作者からの移動、動作に関わる指令があり、その指令と矛盾する動作となる場合は操作者からの移動、動作指令を優先してここでの制御指令は出力しない。そして、次に（８）画像処理装置２５０から探索コマンドに対する応答を取得する。ここで、まだ（１）処理の応答がない（画像処理装置側が処理中の）場合は次のサイクルで取得することで、パスする。そして、次の処理Ｓ０１９で、（９）探索コマンドの応答が対象人物を検出した場合には検出した対象がミッションの対象か対象外かをさらに認識するための監視コマンドを出力する。例えば、予め登録されている対象外人間のＣＡＤデータ郡のファイル名を指定して２次元あるいは３次元のマッチングによる探索指令等を出力する。この場合、マッチングした結果のマッチング度が所定の値以下の人間が対象（探索したい人物）となる。そして、処理Ｓ０２０で、（１０）探索コマンドの応答が対象人物を検出した場合には通信装置へ警報と検出結果データを出力して知らせる。以上の処理が探索ミッションに対応した処理となる。そして、処理Ｓ００２へ戻って、繰り返し同じ処理を実行する。
【００５４】
画像処理装置２５０の処理内容はここでは詳細な説明をしないが、基本的には、特開２００４−２０１０８５号公報に開示された視覚情報処理装置と同じような処理を行うことができる。また、レーザや超音波によるレンジセンサ等のその他のセンサ２４５を用いている場合には、環境ＤＢの環境ＣＡＤデータはそれらのセンサ情報の処理も利用して更新するようにしてよい。
【００５５】
図１０は、図７〜９のロボットシステムの運用例の一例を示す。ロボット２００ｂ、２００ｃは、トレーラ８０Ａで、ロボット２００ｄ、２００ｅはトレーラ８０Ｂで運用現場へ運搬されてきて、各トレーラ８０Ａ，８０Ｂの後扉が開きスロープ８１Ａ，８１Ｂがロボット出動できる状態にセットされている状況である。操作者１０は、コマンド入力装置１００を持ってトレーラの後方から各ロボットが出てくる状況が見える場所に位置してコマンドの指令をコマンド入力装置１００から送信する。操作者１０は、まず、ロボットをトレーラから出すために移動指令を各ロボットへ出す。操作者１０は、コマンド入力装置１００によって、ロボット２００ｂ〜２００ｅのグループを指定して、「前進」の指令を送信する。その場合、図７で既に説明したが、本実施例ではこれら４台のロボットはロボット２００ｂが統括している構成に設定してある。したがって、コマンド送信はまずロボット２００ｂへ送られ、ロボット２００ｂに搭載されたコマンド発生装置（機能）が同じコマンドがロボット２００ｃ〜２００ｅへ転送されて４台のロボットに指令が行き渡る。そうすると、各自律ロボットは移動指令の「前進の自律制御」の処理が行われ、各ロボットは周囲の環境データを読み取りながら、障害物がある場合には回避しながら自律制御で前進する。まず、ロボット２００ｃと２００ｅは前進するが、ロボット２００ｃは前方に障害物９０ａを検出してそれを回避しながら前進する制御が自律的に行われる。ロボット２００ｂ、２００ｄは、最初は前進しようとする。しかし、前にはロボット２００ｃ、２００ｅが障害物として存在し、迂回ルートもない状況なので、しばらくは動作できない状態でいる。前のロボットが進み出せば、これらのロボット２００ｂ、２００ｄも前のロボットに続いて前進して出て行く。自律ロボットで典型ケース毎に用意された行動プログラムには待機プログラムも含むようにすることで、迂回ルートが見つからないような移動計画の成立しない場合には、その場で待機するようにさせることも可能となる。トレーラ８０Ｂの後方には障害物９０ｂがあるので、ロボット２００ｅ，２００ｄは、障害物９０ｂを検出してそれを迂回するルートで前進する動作を行うこととなる。このようにして、操作者１０の指令で４台のロボットがトレーラより出てくる。ある程度、外に出揃った状態で操作者１０はコマンド入力装置１００で停止指令を入力、送信して、４台のロボットを停止させる。ロボット２００ａは予め外で待機していれば、操作者１０は５台のロボットを同じようにして操縦できる。操作者１０は、コマンド入力装置１００からロボットのグループあるいは、個々のロボットを指定しながら、前後左右の動作指令コマンドを入力、送信することで操作者の動かしたい位置に各ロボットを配置させることも可能となる。
【００５６】
図１１〜１３は、図７〜９のロボットシステムの運用例として「一列横隊」指令を実行させた場合の一例を示す。図１１は、５台の自律ロボット２００ａ〜２００ｅがトレーラから出てきた状態を示す。操作者１０はコマンド入力装置１００でこの状態でロボット全部の「ＡＬＬ」で動作指令は「一列横隊」を入力、送信すると、その指令は各ロボットに行き渡り、各ロボットは自分自身の周囲の環境をカメラで撮影して環境ＤＢに生成する。同時に各ロボット間で通信を行い、仲間のロボットの位置情報を貰って、自分の位置情報を仲間のロボットへ送信して情報のやり取りをすることで、より精度よく、効率的に互いの位置を把握できる。そして、周囲環境と仲間のロボットの位置情報が揃ったら、旋回して一列横隊になるまでの動作ルートを各ロボットが生成する。具体的には、一列横隊になるために予め準備した複数のルールの中の一つを使う。互いに仲間ロボットの位置情報を共有しているので、同じルールを適用した場合、各ロボットで推定する一列横隊状態は同じものとなる。しかし、ここで、確認のために使用するルールの種類やロボット５台の一列横隊状態が各ロボット同じ状態を設定したかを確認して、違う場合には多数決などで統一を図るようにしてもよい。また、一部のロボットは他のロボットから見えない環境情報も収集して判断している場合もあるので、そのような場合には周囲の認識した環境データも互いに交換して各ロボットで同じデータを共有するようにしてもよい。現在の５台のロボットの位置姿勢と一列横隊状態の各ロボットの位置と姿勢と周囲環境データを共有した段階で、各ロボットは自分自身の移動計画を立てる。これも自律移動ロボットとして予め各条件毎に、どのように計画するかはプログラムあるいはデータとして各ロボットで有しているルールに従って実行させる。次に、各ロボットは、移動計画に従って実行すればよいわけであるが、実行中、随時周囲の環境を認識し、衝突を回避しながら移動計画を実行する。実行前に各ロボット間で互いに移動計画データを交換し、互いに衝突しないよう、事前のシミュレーションで確認してから実行するようにしてもよい。
【００５７】
図１２は、５台のロボットがそれぞれ旋回動作して一列横隊に並ぶときの移動計画の一例を示す。また、図１３は各ロボットがそれぞれの移動計画を実行し終わった状況で５台のロボットが一列横隊になった状態を示す。この後、操作者１０は、必要に応じて各ロボットを指定して前後左右の微調整を指令しても構わない。
【００５８】
図１４は、図７〜９のロボットシステムのコマンド入力装置１００の基本的な一実施例を示す。本実施例も左手のスイッチでグループ指定、右手のスイッチでコマンド指定ができるようにスイッチを２つに分けた例で説明する。左手で操作するスイッチ１０５Ｌにはロボットのグループコードを指示するためのもので、図４で説明したものと同じである。右手の押しボタンスイッチ１０５Ｒには、ミッションの変更、設定に関する指令用ボタンとして、監視（０９）、威嚇（１０）、探索（１１）の選択ボタンとその選択状態を実行（送信）させる実行（１２）の押しボタンが配置されている。また、移動、動作に関する指令の押しボタンとして、前（０１）、後（０２）、右（０３）、左（０４）、一列縦隊（０５）、一列横隊（０６）、早く（０７）、遅く（０８）、停止（１３）の押しボタンが配置されている。移動、動作に関する指令のボタンが押された場合には、実行ボタン（１２）を押さなくても、コマンドが送信されるようにしておく方がよい。これらの押しボタンスイッチの状況はＣＰＵ１１０で読み取って、それに相当するコマンドを通信装置１２０で送信する。
【００５９】
先に述べたように、この右手による指令（１）〜（１３）は、図９の処理フロー中の処理Ｓ００８（１）〜（１３）が対応している。
【００６０】
本実施例は、コマンド入力装置を押しボタンで構成した場合の位置実施例であるが、コマンドの内容が多く、よりきめ細かい指令を出せるようにすると、押しボタン方式ではボタンの数が多くなり、操作の時にボタンの選択に時間がかかる。そこで、音声でコマンドを入力するようにしてもよい。また、音声入力以外に操作者の顎の動きや、操作者の腕に付けた加速度センサなどで予め動きとコマンドの内容を対応させておき、操作者の体の一部の動きでコマンドを入力するようにしてもよい。そのような入力装置は騒音の激しいところで手でスイッチを操作できないような状況で有効なコマンド入力装置になる。
【００６１】
図１５は、音声入力方式のコマンド入力装置の基本的な構成の一実施例を示す。基本構成はスイッチの代わりに、マイク１０３と音声認識装置１３０を設けた構成である。マイク１０３から入力された音声データは、音声認識装置１３０に入力され、ロボットの指令を与えるグループに相当する情報、ロボットの移動、動作指令に相当する命令、ミッションの変更、設定の指令に相当する命令を認識する。その結果は、ＣＰＵ１１０に入力され、スイッチで入力された場合と同じように、送信コマンドが作成され、通信装置１２０から送信される。音声認識では、よく使われる言葉を、予め単語登録しておき、また、順番を決めておくことにより音声の認識精度を高めるようにするのがよい。順番とは、ロボットのグループ指定に関する言葉を最初に言う等の約束事である。単語登録には、グループ名、移動、動作の命令語、「早く」、「ゆっくり」、「大きく」及び「小さく」等の修飾語があり、ミッション変更、設定についての「ミッション監視」、「不審者」、「ミッション威嚇」等がある。また、「不審者の手足」における「の」や「手足」などの処理を決めておくことにより、より自然な言葉でコマンドが入力できるようになる。コマンドの種類は最初に必要なものを絞り込んで用意しておく。言葉の数、組合せの数は有限になるので、より汎用性の高い人間の会話を理解するような高度な認識装置を用いなくとも、比較的簡単な認識装置で実現可能である。
【００６２】
図１６は、図７〜９のロボットシステムの運用例としてミッションを行いながら移動指令コマンドを与えた場合の一例を示す。５台のロボット２００ａ〜２００ｅは、先に操作者１０がコマンド入力装置１００を用いて、「威嚇」あるいは「監視」のミッションの指令が与えられている状況を示す。５台の各ロボットは、不審者２０、２１の２人の人間を認識して画像内でトラッキングしている状況で、操作者１０はロボットの後方に位置していて状況を確認している。ここで、操作者１０はミッションの取り消しをしないでそのままロボット全部に前進の動作指令を与えるとする。図９のＣＰＵの処理フローの中でも述べたが、ミッションに関する移動、動作は、操作者からの移動、動作指令より優先される。したがって、まず、５台のロボットは前進を開始する。但し、図９の基本フローでは前進の移動処理を行う処理を実行しながらミッションに関する処理も処理ループの中に入っているので、「威嚇」あるいは「監視」の最初に与えられたミッションを実行しながら、前進の移動コマンドを実行する。したがって、ロボットが前進移動しても各ロボットは不審者２０、２１を前進移動したために見失うことのないように制御動作する。そして、ロボット２００ｂについては、前方に障害物９０が存在しているので自律移動制御で迂回ルート生成して前進動作が行われる。この場合にもカメラは雲台の動作は操作者からの指令は受けていないので、「威嚇」あるいは「監視」のミッションのために必要な不審者２１が画像の中心となるように雲台は制御動作してミッションは継続される。但し、移動量が大きくなったり、物の影に不審者が隠れてしまう場合もあるので、状況によってはミッションは達成できない場合もある。その場合には、不審者を一旦見失うことになるが、操作者からの移動、動作指令を優先して実行するので、問題はない。再度、不審者を見つけたら、その時からトラッキングを再開すればよい。
【００６３】
図１７は、図７〜１６のロボットシステムの各ロボットにミッションの対象あるいは対象外を識別補助するための手段を設けた場合の基本的な一実施例を示す。ロボット２００ａ〜２００ｅの５台のロボットが、コマンド入力装置１００を持った操作者１０の指令によって、不審者２０、２１を「威嚇」ミッションでトラッキングしている状況を示す。ここで、関係者２２がロボットの視野に入ると、関係者２２も「威嚇」ミッションの対象となる。そこで、関係者２２が不審者かどうかを判別するために、予め関係者の特徴データを３次元のＣＡＤデータなどで環境ＤＢに登録しておき、画像処理装置２５０で検出した人物２０〜２２の３人に対してより詳細な認識処理を行う必要がある。操作者１０がロボットの視野に入った場合にも同様である。そこで、関係者２２には予め発信器４００ｆを持たせる。また、操作者１０も発信器４００ｇを持ち、各ロボットにも発信器４００ａ〜４００ｅを搭載する。この場合、発信器は、識別補助装置の一部を構成し、関係者と操作者とロボットだけが持っている発信器の位置に対応する人物や移動物体（ロボット）を不審者とは区別して識別できる。これによって、発信器の位置をロボット側で検出し、カメラの画像処理で人物あるいは移動する物体（ロボット）を検出した場合に、即座に不審者ではないと判断できる。
【００６４】
図１８は、識別補助するための手段を設けたロボットシステムの基本的な一実施例を示す。基本的な構成は先に説明した図８の構成と同じであるが、ＣＰＵ２２０には識別補助装置５００が接続されており、例えば、発信器の位置情報などをＣＰＵ２２０は識別補助装置５００から参照して取得できるようになっている。また、ロボットの識別補助装置５００やロボットに搭載した発信器あるいは関係者２２が持っていた発信器を不審者に奪われた場合を想定して、識別補助装置５００や発信器には独立した専用の監視装置６００と専用発信器６１０などを設けておく。万一、奪われた場合にはそのことが専用発信器で仲間に知らせられるようにしておくためのものである。監視装置６００は、例えば、取り外されるときに生じる異常な振動を検出する加速度センサを利用することでもよいし、人に持たせておく発信器の監視の場合には生体認識機能を有する監視装置で特定の人物から取り外されたことを検出するようにしてもよい。専用発信器からの信号は、ロボットの通信装置２１０やコマンド入力装置の通信装置１２０で受信できるようにしておき、その状況に応じて、ロボットのＣＰＵ２２０やコマンド入力装置のＣＰＵ１１０で対応ができるようにしておくことがよい。通常は、不審者に不用意な傍受をされないよう、コマンド入力装置とロボット間の通信，ロボット相互間の通信は暗号化される。そして、監視装置６００からの情報に基づき、その暗号パターンを自動的に変えるようなセキュリティシステムを用いることがよい。
【００６５】
図１９は、識別補助するための手段を設けたロボットシステムのＣＰＵ２２０の基本処理フローの基本的な一実施例を示す。基本的には図９のフローと同じであるが、図の中の監視ミッションの処理Ｓ０１１では画像処理装置２５０の認識処理を駆使して、検出した人物が関係者か関係者以外の不審者かを判別している。図１９の実施例では、その処理Ｓ０１１を識別補助手段を用いた処理内容としたものである。具体的には、処理Ｓ０１１で、まず、（９）−（１）で、監視コマンドの応答が異常発見（不審人物を検出）した場合には発見した対象がミッションの対象か対象外かをさらに認識するため、識別補助装置５００からミッション対象外の情報を取得する。これには、ミッション対象外者の検出位置情報などがある。次に、（９）−（２）で、識別補助装置５００から取得したミッション対象外の情報が複数ある場合は１つずつ、発見した不審人物の位置と一致するか否かを判別する。ここで、識別補助装置から取得したミッション対象外の位置と監視コマンドで発見された不審人物の位置が一致しない人物が対象（不審人物）となる。そして一致した場合は対象外とするものである。このように、識別補助手段を用いると、人物を特定するような膨大なＣＡＤデータのマッチングで時間をかけるような処理を行わずとも、検出したものが不審者か不審者でないかを簡単にしかも高信頼性で識別することが可能となる。
【００６６】
図２０は、ロボットに搭載する識別補助装置の基本的な一実施例を示す。ロボットには電波あるいは音波あるいはその両方を発信する発信器４００からの電波あるいは音波を受信する指向性のあるアンテナを回転させる装置を搭載する。ここでは、そのようなアンテナ５１０Ｈを水平に回転させる駆動モータ５２０Ｈと同じようなアンテナ５１０Ｖを垂直回りに回転させる駆動モータ５２０Ｖを搭載した。スペース、重量的に余裕がある場合には、直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸まわりに回転可能なように３つのアンテナを設けるとロボットがどのような姿勢でも３次元空間の中にある発信器の方向を精度よく検出できるが、ここではアンテナを１つ省略した場合の例で示す。この場合、図２０でアンテナ５１０Ｖを駆動モータ５２０Ｖで回転させても発信器４００は駆動モータ５２０Ｖの回転軸方向にあるので、識別分解能があまりよくないので、このような場合には、駆動モータ５３０で駆動モータ５２０Ｖの向きを９０°変更すると分解能が高くなる向きとなる。このように駆動モータ５３０と組合せることで、２つのアンテナの搭載で済むようにしたのが本実施例である。また、ロボットが運用時には常にほぼ水平の姿勢のみを考えて良ければ、アンテナの水平回転するアンテナ５１０Ｈだけでもよい。また、回転するアンテナをロボットの姿勢とは関係なく常に水平にする機能の上で回転させてもよい。このように、回転するアンテナで受信する電波あるいは音波の強度を回転角度に対応させて調べると強度の一番高い回転角度の方向に発信器が存在すると推定できる。また、例えば、電波あるいは音波の強度の減衰量から発信器との距離がわかれば、方向と距離がわかるので、ロボット２００に対する発信器４００の位置情報を得ることができる。本実施例の場合はロボットがαの角度傾斜した斜面にいる場合には距離情報は水平方向でなく、α度傾いた方向の距離Ｒになる。また、ここでは駆動モータでアンテナを回転させている実施例で説明しているが、アレイセンサの電子スキャン方式を用いて機械的にスキャンしないで駆動部のないアンテナを用いるようにしてもよい。また、複数のロボットで協力しながら発信器の位置をより精度よく検出するようにしてもよい。また、混信発生確率を下げる為、各通信装置と発信器は所定のルールのタイミングで送受信を繰り返すようにしてもよい。
【００６７】
図２１は、識別補助装置５００の基本的な構成の一実施例を示す。水平回転アンテナ５１０Ｈの電波信号、音波信号は水平回転の駆動モータ５２０Ｈの方位角度情報と同期してＣＰＵ５４０へ読み込まれる。また、同様に垂直回転アンテナ５１０Ｖの電波信号、音波信号も垂直回転駆動モータ５２０Ｖの方位角度情報と同期してＣＰＵ５４０へ読み込まれる。駆動モータ５３０は必要に応じてＣＰＵ５４０からの駆動制御信号で動作させることができるようになっている。そして、この識別補助装置５００のＣＰＵ５４０はロボットのＣＰＵ２２０と接続され識別補助情報を必要なときにロボットのＣＰＵ２２０へ提供できるようにする。また、識別補助装置５００と発信器との間の距離をより正確に検出するために本実施例では発信器との通信を行えるようにした通信装置５５０もＣＰＵ５４０に接続された構成としている。この通信装置５５０を用いた距離の検出方法は後で詳述する。
【００６８】
図２２は、識別補助装置５００の電波信号と音波信号の検出した一例を示す。横軸には方位角度信号をとって、縦軸には電波信号のレベルと音波信号のレベルをとって、アンテナ５１０Ｈあるいはアンテナ５１０Ｖを１回転させた場合の電波強度Ｓｒ、音波強度Ｓｕをプロットしたグラフである。この場合、電波及び音波の信号レベルのピーク点、この場合にはピーク点Ａとピーク点Ｂの２つのピークが存在しているが、このピーク点Ａ，Ｂの方位角度が発信器のある方向ということになる。実際にはこれらのデータは少なくともアンテナが１回転する間の電波信号、音波振動、方位角度信号はＣＰＵ５４０に読み取られて内部のメモリに蓄えられるので、ＣＰＵ５４０に搭載するプログラムでピーク点位置に相当する方位角度は求めることは容易である。
【００６９】
図２３は、識別補助装置５００の通信装置５５０から送信する送信データと発信器から受信する受信データの一実施例を示す。送信データ５５１は、発信コード５５１１、発信者コード５５１２、発信時刻データ５５１３などから構成する。また、受信データ５５２は、信コード５５２１、返信者コード５５２２、発信者コードと発信時刻データ５５２３、ＸＹＺデータ５５２４（ＧＰＳある場合）などから構成する。発信コード５５１１は、返信データと区別するためのコードである。発信者コード５５１２は、ロボットが複数いるので、どのロボットからの送信データかを判るようにした識別コードである。同様に、返信コード５５２１は、発信データと区別するためで、返信者コード５５２２は、発信器も複数あるため、どの発信器からの返信データかを識別できるように設けたものである。ここで、通信装置５５０から発信処理時の時刻データ５５１３を乗せて発信して、発信器４００でそのデータを受信したら、そのままの時刻を返信データ５５２に乗せて返信する。これにより、通信装置は、その返信データ５５２を受信したら、自分が発信して、特定の発信器４００（発信器のＩＤは返信者コード５５２２で確認できる）から返信したときの時刻と発信したときの時刻の差が距離に比例した情報になる。そこで、発信器の返信処理に要する時間などを差し引けば、電波あるいは音波の速度と時間をかけて距離Ｒを推定することができる。この場合、精度は良くなるが、発信器４００には受信機能も必要となるので、単なる発信をするだけの発信器と比較すると複雑となる。また、他の手法として、発信器４００にＧＰＳを設けて発信器の位置はＧＰＳで検出して、検出したＸ、Ｙ、Ｚの情報をのせて発信器４００は発信するようにすれば、受信器はなくとも、ＧＰＳの精度でＸ，Ｙ，Ｚを識別補助装置５００は得ることもできる。また、距離を検出する手段としては音波のピークを検出した時刻と電波のピークを検出した時刻の差から音速と電波の速度の差より距離を求めるようにしてもよい。また、発信器から同時に発信する特別のデータあるいは特別の信号で、受信時の時刻の差を求めるようにしてもよい。また、距離Ｒを推定する方法はそれらの複数の手法を組合せたシステムを採用することでもよい。
【００７０】
図２４は、識別補助専用ＣＰＵの基本フローの一実施例を示す。処理としてはＳＴＡＲＴ後、初期設定Ｓ００１を行い、処理Ｓ００２では水平回転アンテナ部より、電波信号、音波信号、方位角度信号を読み取る。次に、処理Ｓ００３では垂直回転アンテナ部より、電波信号、音波信号、方位角度信号を読み取る。そして、処理Ｓ００４では電波信号、音波信号は３６０度分のデータを読み取り、蓄積されたか？をチェックして、まだ、蓄積されない場合には処理Ｓ００２へ戻って蓄積されるまで処理を繰り返す。判定処理Ｓ００４で３６０度分のデータが蓄積されたら、処理Ｓ００５で電波信号、音波信号のピーク方位を算出する。ここで、ピーク方位は複数あれば複数を算出する。次に、垂直回転アンテナ部のピーク値が十分立たない場合には向きを変更する駆動制御信号を駆動モータ５３０へ出力してアンテナの回転軸の向きを変更する。そして、次の処理はＳ００７で送信コマンドデータ５５１を作成して通信装置５５０へ送信データを出力する。そして、処理Ｓ００８で通信装置５５０から受信データ５５２を取得して、受信データ５５２の時刻データより、電波信号、音波信号のピーク方位の距離を算出する。発信器側にＧＰＳがある場合には受信データ５５２にはＧＰＳデータも含まれているのでその位置データを取得する。次に、処理Ｓ００９でメインＣＰＵ２２０から識別補助データの要求ある場合には電波信号、音波信号発信方向、距離などの情報をメインＣＰＵ２２０へ出力応答する。そして、この処理は繰り返し実行する。但し、この一連の処理は高速で所定のタイミングで繰り返されるようにする。例えば、処理Ｓ００７で送信コマンドを出力した直後に、次の処理Ｓ００８で応答をすぐに得られる訳ではない。そこで、受信データがないときは、次のサイクルまで待ったり、送信コマンドの出力データを記録しておき、その応答が来るまで同じコマンドを送信しないようにする。
【００７１】
図２５は、ＧＰＳ付き発信器４００の基本的な構成の一例を示す。ＧＰＳ４３０は衛生などからの電波を受信してそれだけで現在の位置Ｘ，Ｙ，Ｚを検出できる。その結果をＣＰＵ４１０で取り込めるようになっていて、その情報は通信装置４２０で送信できる。ＧＰＳで直接Ｘ，Ｙ，Ｚの位置情報が得られれば、アンテナを回転させるような機構も要らなくなるが、精度が十分でない場合には、ＧＰＳの座標データとアンテナでの方向検知情報を組合せて利用するようにしてもよい。
【００７２】
図２６は、ＧＰＳ付き発信器のＣＰＵ４１０の基本フローの一例を示す。処理としては、ＳＴＡＲＴ後、初期設定Ｓ００１を行なってから、処理Ｓ００２でＧＰＳより現在位置データＸ，Ｙ，Ｚを取得する。次に、処理００３通信装置４２０から受信データを読み込む。暗号通信を行う場合には受信データは暗号化されているので、処理Ｓ００４で現在の暗号規則に従って受信データの暗号解読を行う。暗号規則は、プログラムの中に記述しておいてもよいし、ＣＰＵ４１０が参照するメモリの中にデータとして格納しておくことでもよい。そして、処理Ｓ００５では、監視装置６００などからのアラーム信号が受信されたかどうかを識別して、アラーム信号が受信されていない場合には、処理Ｓ００７で受信データから時刻データを取り出して返信コマンドデータ５５２を作成する。ここでは、ＧＰＳのＸ，Ｙ，Ｚデータも返信コマンドデータにいれる。そして、処理Ｓ００８で返信コマンドデータを現在の暗号規則に従って暗号化する処理を行い、処理Ｓ００９で通信装置４２０へ返信コマンドを出力すると、返信データ５５２が通信装置４２０から発信される。処理はこの一連の処理を繰り返すが、ここでは監視装置６００からのアラーム信号を受信していた場合の処理の実施例も説明する。アラーム信号を受信していた場合には、処理Ｓ００６でアラーム信号にふくまれるＩＤ情報に基づき、以降の暗号規則を予め決められた非常パターンに変更する処理を行うものである。ＩＤ情報は、どの発信器かどうかを識別するための固有の識別記号で、コマンド入力装置１００、各発信器４００、各識別補助装置５００にＩＤの名前コードを付けておき、どのＩＤが不審者に奪われたかを判別するためのものである。監視装置６００も、加速度センサなどの情報は不審者に奪われた時の振動データと単純にロボットが衝突したときの信号を区別するようにしてもよい。あるいは、ロボットからの健全性確認信号やロボットからの環境認識データなどと組合せて総合的に、不審者に奪われたか否かを識別してもよい。不確定の場合、奪われたと判断するようにしておく方が安全である。そして、アラームを検出した場合にはその奪われたＩＤに対応した新たな暗号規則で通信データを暗号処理して通信するようにする。
【００７３】
図２７は、暗号規則の搭載パターンの一例を示す。ここでは５台のロボットのＩＤのみを縦に並べたが、実際には、複数ある場合の各コマンド入力装置、識別補助用の各発信器、各識別補助装置にそれぞれ違うＩＤを定義するのがよい。ここでは、ロボット５台の各識別補助装置のＩＤが、ＩＤ１〜ＩＤ５となっている場合について説明する。ここで、ＩＤ１が有する暗号規則は、ＩＤ１が奪われたときに使用する暗号規則は最初から組込んで置かないということである。これによって、ＩＤ１が奪われた場合に、ＩＤ１が奪われたときの暗号規則を不審者側に知られることはない。同様に、ＩＤ２の識別補助装置の有する暗号規則には、ＩＤ２が奪われた場合に切り替える暗号規則は組込んで置かないようにする。このため、識別装置ＩＤ１が有している暗号規則は、（１）最初の通常時に使用している暗号規則１のほか、次の通りとなる。すなわち、（２）ＩＤ２〜ＩＤ５の１つが奪われたときの、それぞれの暗号規則３〜暗号規則６、（３）ＩＤ１とＩＤ２が奪われたときの暗号規則７、・・・、（４）ＩＤ１とＩＤ２とＩＤ３が奪われたときの暗号規則１７、・・・を有している。
【００７４】
図２８は、識別補助するための手段として光、温度、電波、音等で認識性を高めたマーキングの基本的な一実施例を示す。本実施例は、操作者１０が、光、温度、電波、音等の発信装置７０１〜７１０を身体の各部に取り付けた状態を示している。すなわち、額に発信装置７０１を付け、両腕に同７０２，７０４、両手首に同７０３，７０５、胴部に同７０６、両膝に同７０７，７０９、両足首に同７０８，７１０を取り付けている。カメラの視野に操作者が全部入る場合もあれば、身体の一部が視野に入ったり、一部は物の影で直接見えないような場合もある。したがって、身体の各部にマーキングを付け、いずれかのマーキングで、光を検出する可視カメラ、温度を検出する赤外線カメラ、電波の方位を検出するアンテナ等、音で方位を検出するマイク等でマーキングの方向を捉えることが可能となる。ここで、単純に、特別な色、温度、電波の周波数や、音の周波数などでマーキングを操作者が付けているマーキングと特定できるようにしてもよい。しかし、単純なマーキングの場合は不審者にも容易に真似をされるので、例えば、特定の時間周期で色、温度などのマーキングの特徴を変化させるようにしてもよい。その変化規則は、暗号と同じように、各マーキング側の発信制御側とそれを受信して認識するロボット側のみに組込んでおく。変化するパターンは、時間周期で変化することでもよいし、マーキングを付けた場所ごとに特徴を変えて、複数のマーキングのパターンの組合せで特徴を認識させるようにしてもよい。また、一つのマーキング、例えば、手首であれば手首に装着した発信装置７０３に複数の発信部位を設けて、その複数の発信部位の個々の特徴の組合せパターンで容易に真似のできない特徴マーキングを実現するようにしてもよい。勿論、マーキングの特徴やその特徴の変化パターンはある種の暗号規則になる。そこで、図１８の独立した監視装置６００と同様の監視装置を組込み、そのマークキングが奪われた場合、奪われたマーキングには組込まれていない暗号規則で他のマーキングとロボットの認識システムを動作させるようにすればよい。また、本実施例では、操作者１０の身体に施すマーキングを例に説明しているが、ロボットの前、後、左、右、上、下などの各部位に同じようにマーキングを施して、仲間のロボットであることを判断できるようにしてもよい。
【００７５】
図２９は、識別補助するための手段として、光、温度、電波、音等で認識性を高めた図２８のマーキングの基本的な構成例を示す。例えば、図２８の手首に装着した発信装置７０３などの一つのマーキングがこのような構成で構成する場合の一例である。バンド７０３には、光、温度、電波、音等の発信ユニット７０３（１）〜（９）に細かく分かれており、それぞれ独立して発信する特徴を変えられるようにする。それぞれのユニットの発信は、各ユニットのドライバ回路７０３（１０）で行うようにする。ＣＰＵ７０３（１１）は、ここでは特に処理のフローは示さないが、予め決められた周期、パターンで各ユニットの発信特徴をコントロールするように構成する。発信するエネルギーは、電源７０３（１２）より供給する。電源節約のため、ロボットに認識し易くするときだけ電源スイッチ７０３（１３）で電源のＯＮ／ＯＦＦが可能なようにする。これらの部品は、人が身に付ける場合には、装着しやすいシート状の各部品で構成するのがよい。また、図２８の各発信装置は、独立して特長パターンを発信するが、各発信装置の中の各ＣＰＵは共通の時刻情報をもって、時間周期は各発信装置ごとに容易に同期をとるようにしてもよい。また、各発信装置ごとに有線あるいは無線の通信回線を設けて、通信により各発信装置の各ＣＰＵを互いに同期をとるようにしてもよい。
【００７６】
以上の実施例では、ミッションとして監視、点検、威嚇、探索を行う自律移動ロボット群のロボットシステムで説明してきた。しかし、ロボットのミッションとしては、移動そのものをミッションとするロボットシステムでも、攻撃、威嚇、探索、捜索などをミッションとして行うロボットシステムにも適用できる。また、検査、運搬、追尾、捕捉、監視、点検、警備、組立、溶接作業などを行うロボットシステムにおいて、自律ロボットに操作者からのコマンド指令を与え、ミッションの効率を高めたロボットシステムを構築することも可能となる。また、監視、点検、探索、捜索、警備などをミッションとするロボットシステムのロボットには、ミッションに必要とするセンサとそれらのセンサ信号を分析して識別判断する機能を組込んでも良い。また、本実施例で発射装置の代わりに消化装置を搭載して、赤外線カメラ熱源の方向を探索して、消化活動や逃げ送れた人を捜索するロボットシステムを構築することも可能である。
【００７７】
以下の実施形態においては、ロボットは、移動機構と雲台機構を少なくとも有するとともに、雲台機構には伸縮アーム機構を備えたものとする。
【００７８】
いろいろな不正地を移動する自律移動ロボットは転倒する可能性が高いので、その運用を継続するためには、たとえ転倒したとしても起き上がる機能が必要となる。ロボットのミッションを遂行するために、カメラやあるいはその目的に応じて消化装置あるいは威嚇用の発射装置などを雲台に搭載するので、雲台は比較的に重量物の方向を位置決め可能なように頑強に作っておくこととなる。このため、以下の実施形態により、雲台機構に伸縮アームを取り付けることにより、万一、ロボットが転倒しても、雲台のパン、チルト動作と伸縮アーム機構の動作、さらに移動機構の動作と組合せ、ロボットを起き上がらせる動作を実現可能となる。しかも、もともと必要な雲台機構に、伸縮アームを追加するのみで起き上がり機能を合理的に実現することが可能となる。ここで、伸縮アームはシリンダのように直動するタイプのものに限定するものではなく、リンク機構で伸縮する方式、あるいは多自由度のアーム機構で伸縮させるようにしてもよい。また、伸縮機構の先にハンドなどの各種エンドエフェクタを装着してもよい。その場合には、伸縮機構は雲台機構の動作と組合せることによりマニピュレータを搭載するのと同じ機能を単純な機構構成で持たせることが可能となる。それによって、ドアを開けて部屋の中に入るとか、危険物の解体処理などのミッションも実行できるようになる。マニピュレータの制御動作を全て自律的に自動制御することが複雑な制御動作については、遠隔制御モードに切り替えられるようにして遠隔操作で指令者がマニピュレータに限らず、走行台車なども含めて、複雑な制御動作の遠隔操縦ができるようにしてもよい。
【００７９】
図３０は、移動機構にクローラ式の走行台車を適用した場合の雲台機構には伸縮アーム機構を備えたロボットの基本的な一実施例を示す。走行台車２３１には回転機構２３２を介して本体ベースが取り付けられており、本体ベースには雲台機構のパン機構２３３、さらにその上に雲台機構のチルト機構２３４から構成されている。また、ミッションの目的を達成するために、雲台機構２３４の上に発射装置２７０が搭載されている。そして、本実施例では、発射装置２７０が搭載されている雲台２３４にアーム伸縮機構２３５も取り付けておくものである。
【００８０】
図３１は、図３０のロボットがスロープなどの傾斜地を走行する場合の姿勢の一例を示す。このロボットがスロープなどの傾斜地を走行する場合には、クローラ機構２３１にも、スロープや階段を安定に昇降するために工夫がいろいろ施される。すなわち、回転機構２３２に傾斜面におけるロボット全体の重心をより安定に調整するための移動機構の一部を構成する回転駆動機構である。この図の場合、傾斜面の傾き角度相当の回転を回転機構２３２に与えているとすると、発射装置２７０も同じ角度傾斜する。したがって、そのような場合には、台車の姿勢安定制御とは独立して、雲台機構のパン機構２３４で、その傾斜を補正したり、ミッションの対象物を継続追尾させることが可能となる。
【００８１】
図３２は、万一台車が転倒した場合に起き上がる動作を示した図である。ロボットがたとえ転倒しても雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４とアーム伸縮機構２３５を図３２のように動作させることで、ロボットを起き上がらせることが可能となる。アーム伸縮機構２３５を台車の雲台機構２３３、２３４に設けることで、動作駆動機構を必要最小にして合理的に起き上がり機能を実現することが可能となる。
【００８２】
また、図３３は、傾斜面におけるロボット全体の重心をより安定に調整するための移動機構の一部を構成する回転駆動機構２３２をロボットの中央に位置させた場合の一実施例である。この場合は、回転駆動機構２３２を前方と後方の両方へ傾けることができるので、走行台車２３１が前方から傾斜部をのぼりおりする場合でも後方から傾斜部をのぼりおりする場合でも対応可能となる。また、雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４とは図３０，３１，３２の実施例と上下逆に設けているが、それはどちらでもよい。雲台機構のチルト機構２３４によって、傾斜面でも発射装置２７０を水平姿勢に保つことが可能となる。さらに、傾斜部で雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４を用いて発射装置２７０をミッションの対象となる方向で向けることも可能となる。その場合に傾斜面での安定性が確保できなくなる場合もあるので、そのような場合には回転駆動機構２３２も同時に制御してロボットの安定性を確保しながら、発射装置２７０をミッションの対象となる方向で向けるように制御するようにしてもよい。それらは、リアルタイムにロボットの各部の重心バランスを計算させて自律的に制御されるようにしてよい。また、回転駆動機構２３２と雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４とアーム伸縮機構２３５を動作させることで、ロボット転倒時には起き上がらせることも可能となる。それらの起き上がり動作の制御も自律制御プログラムとして容易しておき、指令者のコマンド指令に応じて、自律的に起き上がり制御されるようにしてよい。また、回転駆動機構２３２と雲台機構のチルト機構２３４の間の部材２３６を長くすることで、回転駆動機構２３２の少ない回転制御で重心位置を大きく変えられるようになる。さらに、平地においても低い障害物を回避して高い位置から発射装置２７０をミッションの対象となる方向へ向けることが可能となる。また、図３３に示す自由度構成のロボットにすれば、走行台車２３１の上部での部材２３６の可動範囲の両側には通信装置や制御装置などの各種部品やその他のペイロードを搭載することも可能となる。
【００８３】
図３４，３５，３６には移動機構にクローラ式の走行台車を適用し、雲台機構には伸縮アーム機構を備えたロボットの別の一実施例を示す。
【００８４】
図３４は、スロープ面昇降時の側面図を、図３５はロボット本体を上から見た平面図を、図３６はドアを開閉する時の側面図を示す。本実施例は伸縮アーム２３５の先にはハンド機構を設けてマニピュレータとしても利用できるようにした一実施例である。クローラ式の走行台車２３１は前部クローラ２３１Ａと後部クローラ２３１Ｂから構成されており、両クローラを広げるとロボット本体の全長が長くなるので、図３４に示すようなスロープやあるいは階段を昇降するときにも安定して走行することができる。前部クローラ２３１Ａと後部クローラ２３１Ｂの折り曲げ角度を変えることができる。そこで、凸凹面を走行中に姿勢の傾きや転倒する勢いを加速度等のセンサで検出してリアルタイムに動的安定性を確保するための姿勢制御をクローラの折り曲げ角度を変えることで行うようにしてもよい。このときには、勿論、回転駆動機構２３２や雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４、伸縮アーム２３５なども駆動制御してロボット全体の重心位置を変化させて姿勢を安定にする制御を行うようにしてもよい。また、前部クローラ２３１Ａと後部クローラ２３１Ｂを図３６のように折り曲げるとクローラ式の走行台車は小旋回半径で旋回することが可能となる。本実施例では、傾斜面において、ロボット全体の重心位置をより安定な位置に調整するための回転駆動機構２３２に、平行リンク機構２３６を設けている。そして、その平行リンク機構２３６の先に、雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４を、その上に、ハンド付きの伸縮アーム機構２３５を搭載し、さらにその上に、発射装置２７０、カメラ部２４０を搭載した場合の一実施例である。回転駆動機構２３２で平行リンク機構２３６を揺動させることから、雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４は、台車の上面と常に平行になるので姿勢制御がその分簡単になる。カメラ部２４０は、２台のズーム付きカラーカメラでステレオ計測してロボット周囲の環境を認識するようにしてもよい。または、距離画像を撮影できる距離計測機能のあるカメラを用いてカメラ映像と距離情報を同時に取得できるセンサを搭載するようにしてもよい。また、火災や人間や動物の体温を検出するために赤外線カメラを搭載するようにしてもよい。
【００８５】
図３６は、先端にハンド機能をもたせた伸縮アーム機能２３５を伸ばして扉のドアノブ８２にアクセスしようとしている状況を示す。雲台機構のパン機構２３３とチルト機構２３４で伸縮アーム機構２３５の方向を定めて、伸縮アーム機構２３５を伸縮動作させて先端のハンドを任意の個所に位置決めしてマニピュレータとして運用できるようにした場合の実施例である。雲台機構の２駆動軸をマニピュレータの位置決め動作に利用するため雲台機構２軸に伸縮アーム機構２３５の１駆動軸追加するだけで３自由度を有するマニピュレータとすることができるので、モータや駆動制御系を最小限にしてロボット本体の小型軽量化を図ることも可能となる。ドアのノブ８２はハンド付き伸縮アーム機構２３５で掴かむことでドアの開閉動作が可能となる。勿論、ハンド機構部に手首機構を設けてさらに繊細な位置決め、姿勢制御ができるようにしてもよい。ハンド機構付き伸縮アーム機構２３５はカメラ２４０と同じ雲台のパン機構２３３、チルト機構２３４の上に搭載されているので、ハンドが伸縮する先はカメラ２４０で撮影して画像はハンド機構部を撮影することになる。その画像を画像認識する処理機能と組合せて自律的にドアの開閉や各種ハンドリング作業を制御するようにしてもよいし、あるいは、また、遠隔手動操作に切変えて、手先ハンドの映像を見ながら遠隔操作できるようにしてもよい。
【００８６】
また、本実施例では地上を移動するロボットにつき説明したが、本発明は、水中ＲＯＶなどの水中の移動ロボット、自律的に飛行する飛行ロボット、宇宙で活動する宇宙ロボットなどのさまざまな自律移動ロボットに適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の自律ロボット群に指令を与える遠隔操作ロボットシステムは、各自律ロボットが、次のような活動をするシステムに利用可能である。
【００８８】
（１）特定の対象物を追尾して撮影するロボットシステム、
（２）特定の対象物を探索、捜索、追尾、捕捉、監視、又は点検するロボットシステム、
（３）不審者などに対する探索、監視、点検、警備、又は威嚇を行うロボットシステム、
（４）火事や事故現場で負傷者の探索、捜索、又は消火活動を行うロボットシステム、
（５）清掃、組立て、点検、検査、運搬、又は溶接等の一般産業作業を行うシステム。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施例による遠隔操作ロボットシステムを説明する平面図。
【図２】図１の各自律ロボットの一実施例の機能ブロック図。
【図３】図１の各自律ロボットの一実施例によるＣＰＵの処理フロー図。
【図４】図１のコマンド入力装置の一実施例構成図。
【図５】図４のコマンド入力装置の一実施例によるＣＰＵの処理フロー図。
【図６】図４のコマンド入力装置が作成する送信コマンドの一例構成図。
【図７】移動機能を有する遠隔操作ロボットシステムの一実施例を説明する平面図。
【図８】図７の各自律ロボットの一実施例の機能ブロック図。
【図９（１）】図７の各自律ロボットの一実施例によるＣＰＵの処理フロー（１）図。
【図９（２）】図７の各自律ロボットの一実施例によるＣＰＵの処理フロー（２）図。
【図９（３）】図７の各自律ロボットの一実施例によるＣＰＵの処理フロー（３）図。
【図９（４）】図７の各自律ロボットの一実施例によるＣＰＵの処理フロー（４）図。
【図１０】図７〜９のロボットシステムの運用例の一例平面図。
【図１１】図７〜９のロボットシステムの「一列横隊」コマンド実行例（１）。
【図１２】図７〜９のロボットシステムの「一列横隊」コマンド実行例（２）。
【図１３】図７〜９のロボットシステムの「一列横隊」コマンド実行例（３）。
【図１４】図７〜９のコマンド入力装置の一実施例構成図。
【図１５】音声入力方式によるコマンド入力装置の一実施例機能ブロック図。
【図１６】図７〜９のシステムで監視ミッションと移動コマンドの実行例平面図。
【図１７】図７〜１６のシステムで対象物の識別補助手段を説明する平面図。
【図１８】識別補助手段を設けたシステムの一実施例機能ブロック図。
【図１９】識別補助手段を設けたシステムにおけるＣＰＵの一実施例処理フロー図。
【図２０】ロボットに搭載する識別補助装置の一実施例側面構成図。
【図２１】ロボットに搭載する識別補助装置の一実施例機能ブロック図。
【図２２】ロボットに搭載する識別補助装置の電波及び音波信号の検出波形例図。
【図２３】ロボットに搭載する識別補助装置の送受信データの一構成例図。
【図２４】識別補助専用ＣＰＵの一実施例における処理フロー図。
【図２５】ＧＰＳ付き発信器の一実施例構成図。
【図２６】ＧＰＳ付き発信器の一実施例におけるＣＰＵ処理フロー図。
【図２７】暗号規則の搭載パターンの一例図。
【図２８】オペレータに装着する識別補助マーキングの一実施例外観図。
【図２９】識別補助マーキングの一実施例構成図。
【図３０】移動機構にクローラ式の走行台車を適用した場合の雲台機構に伸縮アーム機構を備えたロボットの一実施例側面図。
【図３１】図３０のロボットがスロープなどの傾斜地を走行する場合の姿勢の一例。
【図３２】図３０のロボットにおいて転倒した台車が起き上がる動作を説明する図。
【図３３】傾斜面におけるロボット全体の重心をより安定に調整するための移動機構の一部を構成する回転駆動機構２３２をロボットの中央に位置させた場合の一実施例図。
【図３４】移動機構にクローラ式の走行台車を適用し、雲台機構には伸縮アーム機構を備えたロボットの別の一実施例によるスロープ面昇降時の側面図。
【図３５】同じくロボット本体を上から見た平面図。
【図３６】同じくドアを開閉する時の側面図。
【符号の説明】
【００９０】
１０…操作者、２０，２１，２２…不審者、８０Ａ，８０Ｂ…ロボット運搬用トレーラ、９０，９０ａ，９０ｂ…障害物、１００…コマンド入力装置、１０３…コマンド入力装置のマイク、１０５Ｌ，１０５Ｒ…コマンド入力装置のスイッチ、１１０…コマンド入力装置のＣＰＵ、１２０…コマンド入力装置の通信装置、１３０…コマンド入力装置の音声認識装置、２００，２００ａ〜２００ｅ…自律ロボット、２１０…通信装置、２２０…ロボットのメインＣＰＵ、２３０…移動機構・雲台機構等、２４０…カメラ、２５０…画像処理装置、２６０…環境ＤＢ、２７０…発射装置、３００，３１０，３２０，３３０…コマンド構成要素、４００，４００ａ〜４００ｇ…識別補助装置の発信器、４１０…発信器のＣＰＵ、４２０…発信器の通信装置、４３０…発信器のＧＰＳ、５１０Ｈ…水平受信アンテナ部、５２０Ｈ…水平受信アンテナ部駆動用モータ、５１０Ｖ…垂直受信アンテナ部、５２０Ｖ…垂直受信アンテナ部駆動用モータ、５３０…垂直受信アンテナ部姿勢変更駆動用モータ、５４０…識別補助装置のＣＰＵ、５５０…識別補助装置の通信装置、５５１…識別補助装置の発信データ、５５２…識別補助装置の受信データ、６００…監視装置、６１０…監視装置専用通信機、７０１〜７１０…識別補助装置のマーキング。
【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（１）】
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【図９（２）】
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【図９（３）】
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【図９（４）】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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