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1. WO2020202427 - CONTROL UNIT

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明 細 書

発明の名称 制御ユニット

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036  

発明の効果

0037  

図面の簡単な説明

0038  

発明を実施するための形態

0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123  

符号の説明

0124  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : 制御ユニット

技術分野

[0001]
 本発明は、自動動作機器(Autonomous Operation Machine)に用いられる制御ユニットに関する。

背景技術

[0002]
 制御ユニットに制御されて動作する自動動作機器が知られている。
 例えば、特許文献1には、ロボットアーム付き自動搬送車が示されている。搬送車は、自走運転車両である。搬送車は、AGV(Automatic Guided Vehicle)と、AGV制御部と、ロボットアームと、ロボットコントローラとを備える。AGV制御部は、AGVの移動を制御する。ロボットコントローラは、ロボットアームを制御する。
 ロボットコントローラは、ロボットアームが動力源に接続し作業できることを示す信号をAGV制御部に通知する。これによりAGVの移動が規制される。また、ロボットコントローラの離脱制御部は、作業が完了したことを示す信号をAGV制御部に通知する。これによりAGVの移動が開始する。このように、ロボットコントローラがAGVの移動を制御する。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2017-132002号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 作業機に求められる作業の種類は多岐にわたる。自動動作機器に用いられる制御ユニットには、他の作業機の制御装置との組合せの自由度を高めて汎用性を向上することが求められる。
[0005]
 本発明の目的は、他の機器との組合せの自由度を高め汎用性を向上することができる制御ユニットを提供することである。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明者は、上述した課題に鑑みて検討を行い、以下の知見を得た。
[0007]
 上述した自動動作機器には、ロボットアームによる作業以外の作業を行わせたい場合がある。このような要求に対し、搬送車に取り付けられる作業機を他の種類の作業機に交換することが考えられる。
 作業機に要求される作業の種類には、例えば、単に自動運転車両の位置に応じて動作する比較的単純な作業がある。このような作業を行う作業機の中には、例えば、自動運転車両に走行のための信号を出力することができないように構成された作業機がある。この場合、作業機と自動運転車両の連携が容易でない。この結果、自動運転車両に組合せることができる作業機の種類が限られる。
[0008]
 そこで、作業機が、指令を出力する種類の機器である場合、自動動作機器が指令に基づいて動作し、作業機が、指令を出力しない種類の機器である場合、自動動作機器が作業機に指令を出力するように構成されることが考えられる。これを実現できれば、組合せの自由度を高め汎用性を向上することができる。
[0009]
 以上の目的を達成するために、本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、次の構成を備える。
[0010]
 (1) 外部環境を検出する外部環境センシングユニットと前記外部環境に基づいて制御されるアクチュエータとが搭載される自動動作機器に用いられる制御ユニットであって、
 前記制御ユニットは、
 前記外部環境センシングユニットから検出の結果を示す外部環境データを入力するための外部環境情報コネクタと、
 前記アクチュエータの動作を制御するための動作制御信号を出力するための動作制御コネクタと、
 物理的又は非物理的な出力を行う連携動作機器を制御する連携制御ユニットと有線又は無線により通信可能に接続されるように構成され、前記連携制御ユニットは、マスタユニット又はスレーブユニットのいずれか一方として機能するように構成され、前記マスタユニットは、前記自動動作機器を制御するための動作指令を前記制御ユニットへ送信し、前記スレーブユニットは、前記連携動作機器を制御するための動作指令を前記制御ユニットから受信する、外部通信接続部と、
 前記外部通信接続部に前記マスタユニットが接続されている場合には、少なくとも前記マスタユニットから受信する動作指令に基づいて前記動作制御信号を生成し、前記動作制御信号を前記アクチュエータに前記動作制御コネクタを介して出力し、
前記外部通信接続部に前記スレーブユニットが接続されている場合には、前記外部環境データの処理結果に基づいて前記動作制御信号を生成するとともに前記連携動作機器を制御するための動作指令を生成し、前記動作指令を前記スレーブユニットに前記外部通信接続部を介して送信する動作制御装置と
を備える。
[0011]
 外部通信接続部にマスタユニットが接続されている場合、動作制御装置は、少なくともマスタユニットからの動作指令に基づいて自動動作機器のアクチュエータを制御する。このとき、動作制御装置は、少なくとも当該動作指令に基づいて動作制御信号を生成し、動作制御信号をアクチュエータに出力する。動作制御装置は、動作指令のみに基づいて動作制御信号を生成してもよく、動作指令及び外部環境データに基づいて動作制御信号を生成してもよい。このように、自動動作機器のアクチュエータが、マスタユニットの動作指令に基づいて制御される。従って、自動動作機器の動作と連携動作機器の動作が精密に連携できる。
 また、外部通信接続部にスレーブユニットが接続されている場合、動作制御装置は、外部環境データの処理結果に基づいて生成した動作指令を連携制御ユニットに送信する。このため、連携制御装置が、自動動作機器の外部環境に基づいて制御される。従って、自動動作機器の動作と連携動作機器の動作が精密に連携できる。
 このように、自動動作機器に用いられる制御ユニットに接続される連携制御ユニットがマスタユニット及びスレーブユニットのいずれであっても、自動動作機器の動作と連携動作機器の動作が精密に連携できる。従って、自動動作機器を制御するための制御ユニットの汎用性を向上することができる。
[0012]
 本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、以下の構成を採用できる。
[0013]
 (2) (1)の制御ユニットであって、
 前記外部環境センシングユニットはカメラであり、
 前記外部環境情報コネクタは、前記外部環境データとして、前記カメラから出力された画像データを入力する。
[0014]
 上記構成の制御ユニットによれば、カメラからの画像データを利用することで、複雑な外部環境を認知しつつ動作を実施することができる。
 連携制御ユニットがスレーブユニットの場合、制御ユニットは、カメラからの画像データに基づいて、連携制御ユニットに高い精度で動作を行わせることができる。また、連携制御ユニットがマスタユニットの場合、制御ユニットは、連携制御ユニットからの動作指令とカメラからの画像データに基づいて、高い精度でアクチュエータを動作させることができる。従って、制御ユニットの汎用性を向上しつつ、接続される連携制御ユニットに高い精度で動作を行わせることができる。
[0015]
 本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、以下の構成を採用できる。
[0016]
 (3) (1)の制御ユニットであって、
 前記自動動作機器に搭載された前記アクチュエータは、前記自動動作機器を走行させる走行装置であり、
 前記動作制御装置は、
前記外部通信接続部に前記マスタユニットが接続されている場合には、前記マスタユニットから受信する動作指令と、前記外部環境データの処理結果とに基づいて、前記自動動作機器の走行経路を指示するための動作制御信号を生成し、
前記外部通信接続部に前記スレーブユニットが接続されている場合には、前記外部環境データの処理結果に基づいて、前記自動動作機器の走行経路を指示するための動作制御信号を生成するとともに、前記連携動作機器を制御するための動作指令を生成し、前記動作指令を前記スレーブユニットに前記外部通信接続部を介して送信する。
[0017]
 上記構成の制御ユニットによれば、自動動作機器は、自動走行車両として機能する。例えば、連携制御ユニットがスレーブユニットの場合、自動走行車両が、カメラからの画像データのような外部環境データに基づいて走行しつつ、連携制御ユニットに高い精度で動作を行わせることができる。また、連携制御ユニットがマスタユニットの場合、自動走行車両は、連携制御ユニットからの動作指令と、カメラからの画像データのような外部環境データに基づいて、高い精度で走行することができる。従って、自動走行車両の汎用性を向上しつつ、連携制御ユニットに高い精度で動作を行わせることができる。
[0018]
 本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、以下の構成を採用できる。
[0019]
 (4) (1)の制御ユニットであって、
 前記動作制御装置は、前記外部通信接続部を介した前記連携制御ユニットとの接続を検出した時点で、前記外部通信接続部を介して前記連携制御ユニットを識別するための識別情報を受信し、前記識別情報に基づいて前記連携制御ユニットがマスタユニット又はスレーブユニットのいずれかであるかを判別する。
[0020]
 上記構成の制御ユニットによれば、動作制御装置は、連携制御ユニットと接続された直後から、連携制御ユニットの種類に応じてアクチュエータの動作を制御することができる。このため、制御ユニットの汎用性を向上しつつ、動作制御装置の動作の安定性を向上することができる。
[0021]
 本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、以下の構成を採用できる。
[0022]
 (5) (1)の制御ユニットであって、
 前記動作制御装置は、外部通信接続部を介して接続された前記連携制御ユニットから動作指令が入力された時点で、前記連携制御ユニットを前記マスタユニットであると判別し、前記動作指令が入力されるまで、前記連携制御ユニットを前記スレーブユニットであると判別する。
[0023]
 上記構成の制御ユニットによれば、動作制御装置は、連携制御ユニットからの動作指令の入力に応じてアクチュエータの動作を制御する。このため、役割が変化するような連携制御ユニットへの対応の柔軟性が高い。よって、制御ユニットの汎用性が更に向上する。
[0024]
 本発明の一つの観点によれば、制御ユニットは、以下の構成を採用できる。
[0025]
 (6) (1)の制御ユニットであって、
 前記外部通信接続部は、互いに異なる複数種類の伝送形式に対応した複数のコネクタを含む。
[0026]
 上記構成の制御ユニットによれば、接続される連携制御ユニットを、種々の機能を有する複数のユニットの候補から選択することができる。従って、制御ユニットの汎用性を更に向上することができる。
[0027]
 本明細書にて使用される専門用語は特定の実施例のみを定義する目的であって発明を制限する意図を有しない。
 本明細書にて使用される用語「および/または」はひとつの、または複数の関連した列挙された構成物のあらゆるまたはすべての組み合わせを含む。
 本明細書中で使用される場合、用語「含む、備える(including)」「含む、備える(comprising)」または「有する(having)」およびその変形の使用は、記載された特徴、工程、操作、要素、成分および/またはそれらの等価物の存在を特定するが、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループのうちの1つまたは複数を含むことができる。
 本明細書中で使用される場合、用語「取り付けられた」、「接続された」、「結合された」および/またはそれらの等価物は広く使用され、直接的および間接的な取り付け、接続および結合の両方を包含する。更に、「接続された」および「結合された」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接的または間接的な電気的接続または結合を含むことができる。
 他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語および科学用語を含む)は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
 一般的に使用される辞書に定義された用語のような用語は、関連する技術および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。
 本発明の説明においては、複数の技術および工程が開示されていると理解される。
 これらの各々は個別の利益を有し、それぞれは、他の開示された技術の1つ以上、または、場合によっては全てと共に使用することもできる。
 従って、明確にするために、この説明は、不要に個々のステップの可能な組み合わせをすべて繰り返すことを控える。
 それにもかかわらず、明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせがすべて本発明および請求項の範囲内にあることを理解して読まれるべきである。
 本明細書では、新しい制御ユニットについて説明する。
 以下の説明では、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を述べる。
 しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細なしに本発明を実施できることが明らかである。
 本開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
[0028]
 外部環境の検出は、自動動作機器の外部の環境を検出することである。外部環境は、自動動作機器の動作を決定づける外的条件である。外部環境は、自動動作機器の周囲の環境である。
 外部環境センシングユニットで検出された結果の外部環境データは、例えば自動動作機器の外部を撮影した画像である。この場合の外部環境センシングユニットは、カメラである。但し、外部環境データ及び外部環境センシングユニットは特に限定されない。外部環境データは、例えば自動動作機器の外部の物体までの距離である。この場合の外部環境センシングユニットは、例えば距離センサである。距離センサは、例えば超音波を用いるソナー(SONAR:sound navigation ranging)である。距離センサは、例えばレーザを用いる測距装置である。また、外部環境データは、例えば自動動作機器の外部の物体に対するレーザスキャン像である。この場合の外部環境センシングユニットは、例えばLIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)である。環境データは、例えば自動動作機器の作業エリアにおける位置情報である。この場合の外部環境センシングユニットは、例えばGNSS(Global Navigation Satellite System)である。
[0029]
 自動動作機器は、例えば、自動運転車両である。但し、自動動作機器は、特に限定されず、例えば自動作業ロボットでもよい。
 また、自動動作機器と連携する連携動作機器は、例えば、自動運転車両に搭載される自動作業ロボットである。但し、連携動作機器もこれに限定されず、例えば、自動作業ロボットを搭載する自動運転車両でもよい。
[0030]
 アクチュエータは、例えば、モータである。アクチュエータは、自動動作機器に物理的な出力を行わせる。連携動作機器に設けられるアクチュエータは、当該連携動作機器に物理的な出力を行わせる。アクチュエータは電磁ソレノイドでもよい。アクチュエータは、動作制御装置により制御される。アクチュエータは、動作制御装置により直接的に制御されてもよい。アクチュエータと動作制御装置とは、動作制御装置と異なる制御手段を介して間接的に制御されてもよい。この場合、動作制御装置は、制御手段を制御し、制御手段が、アクチュエータを制御する。
[0031]
 制御ユニットは、例えば、自動運転車両の自動運転を制御するためのナビゲーション装置である。但し、制御ユニットは、特に限定されず、例えば、走行しないロボットを制御するように構成されていてもよい。
 自動動作機器に用いられる制御ユニットは、例えば自動動作機器に搭載される。但し、制御ユニットは特に限られず、例えば、自動動作機器から離れた位置に設置され、周辺機器と各コネクタを介して通信可能に接続されてもよい。
[0032]
 外部通信接続部は、例えば、電線が接続されるコネクタである。但し、外部通信接続部は、無線通信によって接続する無線通信機でもよい。つまり、通信可能な接続は、例えば、コネクタ及び電線を介して、電気的に直接接続されることである。但し、通信可能な接続は、特に限定されず、例えば物理的に離れた位置で配置され無線通信機を介して通信可能な状態でもよい。また、通信可能な接続は、多数の装置と通信可能な中央通信中継装置を介して通信可能な状態でもよい。
[0033]
 連携動作機器は、例えば、自動動作機器に連結される機器である。連携動作機器は、例えば、自動動作機器としての自動運転車両に連結される自動作業ロボットである。但し、連携動作機器は、特に限定されず、例えば、自動動作機器としての自動運転車両から離れた位置で走行する第2の自動運転車両でもよい。この場合、連携制御ユニットは、例えば、連携動作機器としての自動運転車両の自動運転を制御するためのナビゲーション装置である。この場合、複数の自動運転車両が連携して走行できる。
[0034]
 物理的な出力は、少なくとも一部の部材の物理的な移動を伴う作用である。連携動作機器が物理的な出力を行うことは、例えば連携動作機器全体が移動することである。但し、物理的な出力は特に限定されず、例えば連携動作機器の一部が物理的に移動してもよい。物理的な出力は、例えば、連携動作機器がロボットアームを備える場合におけるロボットアームの動作である。物理的な出力は、例えば、連携動作機器が流通路を開閉するバルブを備える場合におけるバルブの動作である。物理的な出力は、例えば、連携動作機器が送風ファンを備える場合におけるファンの回転である。
 非物理的な出力は、物理的な移動を伴わない作用である。非物理的な出力は、例えば、情報の出力である。非物理的な出力は、例えば、連携動作機器がカメラを備えている場合における撮影画像データの出力である。非物理的な出力は、例えば、連携動作機器が画像表示装置を備えている場合における表示である。
[0035]
 連携制御ユニットとして、マスタユニット又はスレーブユニットのいずれかが接続されたかを判別する具体的な方法は、特に限定されない。例えば連携制御ユニットが接続された時に、動作制御装置が連携制御ユニットの識別情報を読み出し、予め記憶された識別テーブルを照合することによってマスタユニット又はスレーブユニットのいずれかを判別することができる。但し、例えば、動作制御装置は、接続時点で判別せず、連携制御ユニットから動作指令を受信した場合に、連携制御ユニットがマスタユニットである判別してもよい。
 また、連携制御ユニットが、マスタユニット又はスレーブユニットで自らのモードを切り替え可能な場合、動作制御装置が連携制御ユニットのモード切替えを都度検出し、検出結果に応じて動作制御装置の動作モードを切替えてもよい。
[0036]
 複数のコネクタで対応する複数の伝送形式は、例えば、CAN(Controller Area Network) Bus又はEthernet(登録商標)である。

発明の効果

[0037]
 本発明によれば、他の機器との組合せの自由度を高め汎用性を向上することができる制御ユニットが実現できる。

図面の簡単な説明

[0038]
[図1] 本発明の第一実施形態に係る制御ユニットを含む自動動作システムの構成を示すブロック図である。
[図2] 図1に示す制御ユニットの構成を示すブロック図である。
[図3] 図1に示す制御ユニットの連携動作を説明するフローチャートである。
[図4] 図1に示す制御ユニットの第1の適用例を示すブロック図である。
[図5] 図1に示す制御ユニットの第2の適用例を示すブロック図である。
[図6] 図1に示す自動動作システムにおける画像の流れを示すブロック図である。
[図7] 図6に示す制御ユニットの動作制御装置における画像の制御を説明するフローチャートである。
[図8] 図1に示す制御ユニットの第3の適用例を示すブロック図である。
[図9] 本発明の第二実施形態に係る制御ユニットの連携動作を説明するフローチャートである。
[図10] 本発明の第三実施形態に係る制御ユニットを含む自動動作システムの構成を示すブロック図である。

発明を実施するための形態

[0039]
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[0040]
[第一実施形態]
 図1は、本発明の第一実施形態に係る制御ユニットを含む自動動作システムの構成を示すブロック図である。
[0041]
[自動動作システム]
 自動動作システムSは、操作者H、即ち人の操作によらず自動動作することができるシステムである。自動動作システムSは、自ら自動動作システムSの外部環境を検出する。そして、自動動作システムSは、検出結果の内容を認知し、そして認知結果に基づき自動動作システムSの動作を制御する。
[0042]
 自動動作システムSは、操作者Hの操作に応じて動作する機能も有する。例えば、自動動作システムSは、遠隔操縦装置3の操作に応じて動作する。遠隔操縦装置3は、自動動作システムSを遠隔操縦するための装置である。遠隔操縦装置3は、自動動作システムSと無線通信により通信可能である。遠隔操縦装置3は、自動動作システムSに操作の情報を送信する。また、遠隔操縦装置3は、自動動作システムSから画像を受信し、画像を表示する。
 例えば、自動動作システムSは、遠隔操縦装置3に対する自動動作開始の操作又は停止の操作に応じて、自動動作を開始又は停止することができる。また、例えば、自動動作システムSは、遠隔操縦装置3に対する選択動作の操作に応じて、複数ある自動動作のパターンから1つのパターンを選択することができる。また、例えば、自動動作システムSは、遠隔操縦装置3に対する逐次操作に応じて、逐次動作を行うことができる。逐次操作は、例えば、前進、後退、及び停止に代表される操作である。
[0043]
 自動動作システムSは、自動動作機器1及び連携動作機器2を備える。図1に示す自動動作機器1は、自動動作を行うことができるシステムである。
 自動動作機器1は、外部環境を検出する。そして、自動動作機器1は、検出結果を認知し、そして認知結果に基づき動作を制御する。但し、自動動作機器1は、操作者Hの操作に応じて動作する機能も有する。操作に応じた動作は、上述した自動動作システムSについての動作と同じである。
 なお、図1に示す例において、連携動作機器2もまた、自動動作を行うことができるシステムである。連携動作機器2は、外部環境を検出する。そして、連携動作機器2は、検出結果を認知し、そして認知結果に基づき動作を制御する。また、連携動作機器2は、操作者Hの操作に応じて動作する機能も有する。
 なお、連携動作機器2としては、自ら外部環境の検出を行わず、自動動作機器1における外部環境の検出結果又は自動動作機器1からの指示を受けて動作する構成も採用可能である。ここでは、まず、連携動作機器2として外部環境を検出する構成を説明する。
[0044]
 図1に示す連携動作機器2は、自動動作機器1と連携して動作する。即ち、自動動作機器1及び連携動作機器2は、互いに協働して操作者Hが期待する作業を完遂するよう動作する。連携動作機器2は、例えば、自動動作機器1と同一の種類の動作を行うことによって連携することができる。この一例としては、自動動作機器1及び連携動作機器2が、一対のロボットアームである場合が挙げられる。
 また、例えば連携動作機器2と自動動作機器1は、互いに異なる種類の動作を行うことによって、所期の動作を完遂することができる。即ち、連携動作機器2と自動動作機器1は、連携することができる。この一例として、自動動作機器1が自動走行車両であり、連携動作機器2が自動走行車両に搭載されたロボットアームである場合が挙げられる。
 図1に示す自動動作機器1及び連携動作機器2は、機械的に連結されている。
 但し、自動動作機器1及び連携動作機器2は、離れていてもよい。この一例としては、自動動作機器1及び連携動作機器2が、共通の領域を走行したり、隣接する複数の領域を分担して走行したりする2台の車両である場合が挙げられる。
[0045]
 図1に示す連携動作機器2は、自動動作機器1と通信可能に接続されている。図1に示す自動動作機器1及び連携動作機器2は、互いに電線によって電気的に接続されている。但し、自動動作機器1及び連携動作機器2として、例えば無線通信する構成も採用可能である。
[0046]
[自動動作機器]
 自動動作機器1は、制御ユニット10と、外部環境センシングユニット11と、動作ユニット12と、遠隔通信装置13と、電源ユニット14とを備えている。
[0047]
 外部環境センシングユニット11は、自動動作機器1の外部環境を検出する。外部環境センシングユニット11は、検出の結果を示す外部環境データを出力する。
 外部環境センシングユニット11は、例えば、自動動作機器1の外部環境を撮影するカメラである。外部環境センシングユニット11としてのカメラは、撮影結果を示す外部画像データを出力する。カメラを用いることで、制御ユニット10が複雑な外部環境を認知しつつ、アクチュエータ121を動作させることができる。
[0048]
 動作ユニット12は、外部環境に基づいて制御される。動作ユニット12は、アクチュエータ121を備える。アクチュエータ121は、電気制御によって機械的に動作し、自動動作機器1に搭載された装置又は自動動作機器1自体を駆動する。
[0049]
 制御ユニット10は、外部環境センシングユニット11、動作ユニット12、及び遠隔通信装置13と接続される。
 制御ユニット10は、外部環境センシングユニット11で検出された外部環境に基づいて動作ユニット12のアクチュエータ121を制御する。より詳細には、制御ユニット10は、外部環境センシングユニット11から出力された外部環境データを処理することによって、外部環境の内容を認知する。制御ユニット10は、認知した内容に基づき制御内容を判断する。そして、制御ユニット10は、判断した制御内容に基づきアクチュエータ121を制御する。
[0050]
 制御ユニット10は、遠隔操縦装置3の操作に応じた操縦指令を遠隔通信装置13から受け、操縦指令に基づいてアクチュエータ121を制御する場合もある。制御ユニット10の内部構成については後述する。
[0051]
 電源ユニット14は、制御ユニット10と、外部環境センシングユニット11と、動作ユニット12と、遠隔通信装置13とに電力を供給する。
 電源ユニット14は、図示しないバッテリを有している。電源ユニット14は、バッテリに蓄えられた電力を各ユニットに供給する。電源ユニット14は、制御ユニット10の制御に基づいて電力を供給する。電源ユニット14が用いる電源としては、バッテリに限られず種々の電源が使用可能である。例えば、電源ユニット14として、バッテリの代わりにエンジン発電機、又は燃料電池を有する構成も採用可能である。エンジン発電機は、例えば液体燃料で動作するエンジン、及び、そのエンジンで駆動されて電気を発生する発電機を有する。
 図1に示す電源ユニット14は、連携動作機器2にも電力を供給する。但し、連携動作機器2が、例えば、自動動作機器1から独立した電源を備えることも可能である。
[0052]
 遠隔通信装置13は、遠隔操縦装置3と通信可能に接続されている。遠隔通信装置13は、遠隔操縦装置3と無線通信によって通信可能に接続されている。
 遠隔通信装置13は、遠隔操縦装置3と制御ユニット10との間で、通信データを中継する。例えば遠隔通信装置13は、遠隔操縦装置3の操作に応じて遠隔操縦装置3から出力される操縦指令を制御ユニット10に出力する。これによって、遠隔操縦装置3からの操縦指令が制御ユニット10に供給される。また、例えば遠隔通信装置13は、外部環境センシングユニット11から出力されたデータに基づくデータを遠隔操縦装置3に供給する。例えば遠隔通信装置13は、外部環境センシングユニット11がカメラである場合に、カメラから出力された外部画像データに基づくデータを遠隔操縦装置3に送信する。これによって、遠隔操縦装置3にカメラの画像が表示される。この場合、遠隔操縦装置3は、遠隔通信装置13に画像指令を送信する。画像指令は、遠隔操縦装置3に送信される画像の内容及び画像データの量を指定するための指令である。遠隔通信装置13は、画像指令を制御ユニット10に送る。
[0053]
 上述した、遠隔通信装置13と制御ユニット10とのデータのやりとりは、遠隔通信装置13と連携制御ユニット20とのデータのやりとりについても同様である。
[0054]
[連携動作機器]
 連携動作機器2は、連携制御ユニット20と、連携センシングユニット21と、連携動作ユニット22とを備えている。連携動作機器2における連携制御ユニット20、連携センシングユニット21、及び連携動作ユニット22の役割は、上述した自動動作機器1における、制御ユニット10、外部環境センシングユニット11、及び動作ユニット12の役割と共通している。但し、連携センシングユニット21が検出する環境の種類、及び連携制御ユニット20の判断の詳細な内容、及び連携動作ユニット22の出力は、連携動作機器2の機能に応じて異なる。
 連携制御ユニット20は、物理的な出力を行う連携動作ユニット22を制御する。連携動作ユニット22の物理的な出力は、例えば、アクチュエータ221の動作である。
[0055]
 連携制御ユニット20は、制御ユニット10と同じく、本発明にいう制御ユニットの一例に相当する。
[0056]
 図1に示す自動動作機器1の機能の一例として、例えば自動走行車両が挙げられる。この場合、制御ユニット10は、例えば、自動ナビゲーションユニットである。動作ユニット12のアクチュエータ121は、自動動作機器1を走行させる走行装置である。走行装置は、例えば、モータである。制御ユニット10は、外部環境センシングユニット11としてのカメラで撮影された走行領域の画像の内容を認知し、認知結果に基づいて走行経路を判断し、判断した走行経路を動作ユニット12に指示する。即ち、制御ユニット10は、判断した走行経路に基づいて動作ユニット12を制御する。これにより、自動動作機器1が自動走行する。
 図1に示す連携動作機器2の機能の一例として、自動走行車両に搭載される作業機器が挙げられる。作業機器の一例として、農場で果実を摘果する摘果装置が挙げられる。この場合、連携制御ユニット20は、連携センシングユニット21としてのカメラで撮影された果樹の内容を認知し、認知結果に基づいて果実の状態及び位置を判断し、判断した果実の位置に基づいて、自動動作機器1に走行指令(走行位置指令)を送信する。走行指令は、動作指令の一例である。また、判断した果実の位置に基づいて、連携動作ユニット22としての摘果装置のアクチュエータ221を制御する。自動動作機器1と連携動作機器2の連携によって、農場内の果実を摘果するという機能が実現する。
 また、自動動作機器1に搭載される連携動作機器2は、図1に示す連携動作機器2と異なる機能を有する連携動作機器と交換されることが可能である。
[0057]
[制御ユニット]
 図2は、図1に示す制御ユニット10の構成を示すブロック図である。
 制御ユニット10は、1つの筐体で覆われたユニットであり、自動動作機器1(図1参照)に組み込まれる。制御ユニット10は、自動動作機器1の各部と電気的に接続される。
 制御ユニット10は、商用のユニットである。また、制御ユニット10は、量産型である。
[0058]
 制御ユニット10は、外部環境情報コネクタ110と、動作制御コネクタ130と、外部通信接続部140と、動作制御装置160とを備える。また、制御ユニット10は、遠隔データコネクタ150を備える。
[0059]
 外部環境情報コネクタ110は、図1に示す外部環境センシングユニット11と電気的に接続される。外部環境情報コネクタ110を介して、外部環境センシングユニット11から、検出の結果を示す外部環境データが制御ユニット10に入力される。
 外部環境センシングユニット11が例えばカメラの場合、外部環境情報コネクタ110は、外部画像コネクタとして機能する。以降、外部環境情報コネクタ110を、外部画像コネクタ110とも称する。
[0060]
 動作制御コネクタ130は、図1に示す動作ユニット12と電気的に接続される。動作制御コネクタ130を介して、制御ユニット10から、動作ユニット12にアクチュエータ121の動作を制御するための動作制御信号が出力される。
[0061]
 外部通信接続部140は、図1に示す連携制御ユニット20と接続される。図1に示す例における外部通信接続部140は、連携制御ユニット20と電気的に接続される外部通信コネクタである。以降、外部通信接続部140を外部通信コネクタ140とも称する。外部通信コネクタ140は、物理的には、複数種類の伝送形式に対応した複数のコネクタを含む。伝送形式の種類は、例えば、Controller Area Network(CAN)(登録商標)、及び、イーサネット(登録商標)である。複数のコネクタを有することによって、種々の機能を有する複数のユニットの候補から連携制御ユニット20を選択することができる。制御ユニット10の汎用性が向上する。外部通信コネクタ140は、連携制御ユニット20と通信可能に接続される外部通信接続部の一例である。外部通信接続部として、例えば、外部通信コネクタ140の代わりに無線通信機を用いる構成も採用可能である。
[0062]
 遠隔データコネクタ150は、図1に示す遠隔通信装置13と電気的に接続される。遠隔データコネクタ150を介して、遠隔操縦装置3(図1参照)及び遠隔通信装置13から、制御ユニット10に操縦指令の信号が入力される。つまり、画像の送信についての要求が遠隔操縦装置3から遠隔通信装置13へ入力されたことに応じて、操縦指令の信号が、遠隔通信装置13から出力され且つ遠隔データコネクタ150を介し入力され制御ユニット10に入力される。また、遠隔データコネクタ150を介して、制御ユニット10から、遠隔通信装置13に外部環境や制御ユニット10の状態を表す信号が出力される。この信号は、遠隔通信装置13から遠隔操縦装置3に供給される。
[0063]
 動作制御装置160は、図1に示す外部環境センシングユニット11で検出された外部環境に基づいて動作ユニット12のアクチュエータ121を制御する。より詳細には、動作制御装置160は、外部環境センシングユニット11から出力された外部環境データを処理する。動作制御装置160は、外部環境データの処理結果に基づきアクチュエータ121を制御する。また、動作制御装置160は、遠隔操縦装置3の操作に応じた操縦指令を遠隔通信装置13から受け、操縦指令に基づいて動作ユニット12を制御する。
 また、動作制御装置160は、外部通信コネクタ140を介して接続される連携制御ユニット20と通信する。上述したように、自動動作機器1には、組合せ可能な連携動作機器2として種々の機器が選択可能である。
 連携動作機器2が有する連携制御ユニット20には2つの種類、即ち、マスタユニット及びスレーブユニットがある。マスタユニットは、動作制御装置160に対し動作指令を送信するように構成された連携制御ユニット20である。スレーブユニットは、前記動作制御装置160から動作指令を受信するように構成された連携制御ユニット20である。 外部通信コネクタ140には、マスタユニット又はスレーブユニットのいずれか一方が接続される。動作制御装置160は連携制御ユニット20の種類に応じて、動作のモードを切替える。
[0064]
 外部通信コネクタ140にマスタユニットが接続されている場合、動作制御装置160は、マスタユニットから受信する動作指令に基づいて動作制御信号を生成する。動作制御装置160は、生成した動作制御信号を、動作ユニット12のアクチュエータ121に動作制御コネクタ130を介して出力する。
 これに対し、外部通信コネクタ140にスレーブユニットが接続されている場合、動作制御装置160は、外部環境センシングユニット11から入力された外部環境データの処理結果に基づいて、連携動作機器2を制御するための動作指令を生成する。動作制御装置160は、生成した動作指令をスレーブユニットに外部通信コネクタ140を介して送信する。
 これによって、制御ユニット10の外部通信コネクタ140に連携制御ユニット20としてマスタユニット及びスレーブユニットのいずれが接続されても、連携制御ユニット20と連携して精密な作業を行うことができる。従って、制御ユニット10の汎用性を向上することができる。
[0065]
[動作制御装置の構成]
 図2に示すように、動作制御装置160は、自動制御回路170及び監視回路180を備えている。
 自動制御回路170及び監視回路180は、制御ユニット10の筐体内に設けられている。
[0066]
 自動制御回路170は、動作制御装置160における基本的な制御処理を実施する。より詳細には、自動制御回路170は、外部環境センシングユニット11からの外部環境信号に基づいてアクチュエータ121を制御する。より詳細には、自動制御回路170は、ソフトウェアプロセスを実行することにより、外部環境信号に基づく動作制御信号を出力する。自動制御回路170は、ソフトウェアプロセスを実行することにより状況指標信号も出力する。
[0067]
 自動制御回路170は、Graphics Processing Unit(GPU)171を備える。
 GPU171は、並列処理が可能なマルチコアを有するプロセッサである。GPU171は、並列に動作可能な100以上の演算コアを備える。GPU171は、100以上の演算コアによってSIMD(single-instruction multiple-data stream)演算を実行する。
 また、自動制御回路170は、不揮発性メモリ172、RAM173、制御入出力(制御IO)174、及びCPU175を備えている。不揮発性メモリ172は、例えば、マスクROMフラッシュメモリ、又はEEPROMである。
 CPU175は、Central Processing Unitである。CPU175は、自動制御回路170全体の制御を行う。GPU171とCPU175は、自動制御回路170の制御を分担して実行する。より詳細には、CPU175は、GPU171に、自動制御回路170の機能の一部を実行させる。GPU171が実行する機能については後述する。
 不揮発性メモリ172は、CPU175及びGPU171で実行されるプログラムを記憶している。CPU175は、不揮発性メモリ172に記憶されたプログラムを順次読み出し実行する。これにより、自動制御回路170による制御が実行される。
 また、不揮発性メモリ172に記憶されたGPU171のプログラムは、CPU175によって読み出され、GPU171に供給される。
 RAM173は、CPU175での処理の結果、及びGPU171での処理の結果を保持する。CPU175及びGPU171は、RAM173に対しデータを読み書きする。RAM173には、CPU175及びGPU171に入力されるデータ、処理の状況を示すデータ、及び処理の結果、自動制御回路170から出力される動作制御信号を示すデータが記憶される。GPU171に入力されるデータは、例えば外部環境信号を表すデータである。処理の状況を示すデータは、例えば、自動制御回路170の動作状況を示すパラメータの一つである。
 制御IO174は、CPU175及びGPU171に対し入出力される信号を中継する。CPU175及びGPU171は、制御IO174を介して、制御モデルの動作状況を示す状況指標信号を出力する。状況指標信号は、例えば、制御モデルの処理を行うプロセスが実行される周期及び時間を示すパルスである。状況指標信号は、自動制御回路170の動作状況を示すパラメータの一つである。RAM173の記憶内容は、制御IO174を介して、監視回路180のFPGA181に読み出されることができる。
[0068]
 CPU175は、不揮発性メモリ172に記憶されたプログラムをGPU171に供給する。また、CPU175は、GPU171に、プログラムを実行の指令を出力する。
 GPU171が不揮発性メモリ172に記憶されたプログラムを実行することによって、自動制御回路170には、機械学習により構築された制御モデル171aが構成される。制御モデル171aは、外部環境センシングユニット11で検出される外部環境と制御対象である動作ユニット12の制御の関係を示すモデルである。制御モデル171aは、ニューラルネットワークによる機械学習モデルである。
 機械学習モデルは、例えば、外部画像データと走行経路上に存在し得る物体の関係を示すようなモデルを構築し、モデルを最適化することで得られる。より詳細には、制御モデル171aは、例えば、実際の外部画像データと、当該データに対し適切とされる走行経路上の物体が対応付けられたデータを参照して、モデルの重みづけパラメータを最適化することで得られる結果である。なお、データを参照して制御モデル171aを最適化する機能は、自動制御回路170又は制御ユニット10の内部ではなく、自動動作システムSの外部環境で実施される。最適化された結果としての制御モデルを構築するプログラムが、不揮発性メモリ172に記憶される。
 但し、制御モデル171aを最適化する方法はこれに限られない。例えば、自動制御回路170自体が、実際に得られた外部画像データに基づき、自らが構成する制御モデル171aを最適化することも可能である。
 GPU171は、100以上の演算コアに対しSIMD演算を実行できるので、大規模な行列の繰返し演算を伴う制御モデル171aの処理を高速に実行することができる。
 CPU175は、外部環境のデータを機械学習モデルに適用した結果得られる物体の情報に基づいて、制御ユニット10の動作を判断する。CPU175は、判断の結果に基づいて、動作ユニット12を制御する。より詳細には、CPU175は、例えば制御IO174及び監視回路180の通信IF183を介して動作ユニット130に指令を出力する。
 また、CPU175は、判断の結果に基づいて、連携操作ユニット20に指令を送信する。また、CPU175は、遠隔通信装置13にデータを送信する。
 なお、CPU175とGPU171の制御の分担、及びGPU171が実行するモデルの入出力は、上述したことに限られない。例えば機械学習モデルは、例えば、外部画像データと、最適な走行経路又はアーム等の動作軌跡の関係とを直接に示すようなモデルであってもよい。この場合、CPU175は、GPU171の処理結果として出力される走行経路又は動作軌跡に基づいて、動作ユニット12を制御する。
[0069]
[監視回路]
 監視回路180は、自動制御回路170と一体で制御ユニット10を構成する。監視回路180は、制御モデル171aを構成する自動制御回路170の動作を監視する。
 監視回路180は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)181及び不揮発性メモリ182を備える。また、監視回路180は、通信インターフェース(通信IF)183、リレー184、及び、プログラム用のメモリ185を備える。
[0070]
 FPGA181は、再プログラミング可能な論理回路を有する。不揮発性メモリ182は、FPGA181で構築される、監視のための論理回路の接続情報を記憶している。FPGA181は、電源投入後又はリセット後の初期化処理で、不揮発性メモリ182から接続情報を読み出す。FPGA181は、接続情報に基づく論理回路を構築する。FPGA181は、論理回路を構築した後、論理回路による処理を開始する。
 不揮発性メモリ182に記憶されるデータを変更することにより、論理回路で構築される機能を変更することが可能である。従って、監視回路180では、不揮発性メモリ182に記憶されたソフトウェアである接続情報及び、接続情報に基づくハードウェアの変更によって監視の条件が変更されることができる。
 上述したGPU171、CPU175、又は後述するプロセッサ181pは、初期化後の実行最中に不揮発性メモリ172、又はプログラム用のメモリ185にアクセスすることによって、記憶されたプログラムを順次読み出す。これに対し、FPGA181は、初期化時に一度だけ、不揮発性メモリ182を読み出し、監視回路180の論理回路を構成する。FPGA181は、処理の実行開始前に、不揮発性メモリ182の読み出しを完了する。従って、監視のための論理回路が高い信頼性で動作できる。
 なお、監視のための論理回路の情報を備える不揮発性メモリ182は、物理的に複数に分かれていてもよい。例えば、複数のメモリデバイスで構成される不揮発性メモリ182の1つ目のデバイスには、監視対象を監視する上位の論理回路の情報と基準情報ローダが記憶される。2つ目のデバイスには、監視対象の数値範囲や、異常と判断する信号の組合せの論理が基準情報として記憶される。この場合、FPGA181のリセットによって、1つ目のデバイスから上位の論理回路の情報と基準情報ローダが読み出され、論理回路が構築される。次に、基準情報ローダが実行を開始し、2つ目のデバイスから基準情報を読み出し(ロード)、論理回路における数値範囲や、組合せの論理を補完する。これにより、FPGA181における論理回路の構築が完成する。即ち、情報の読み出しが、複数ステップで実行される。
 なお、不揮発性メモリ182を3つ以上のデバイスとする構成も採用可能である。
[0071]
 FPGA181は、再プログラミング可能な論理回路以外に固定された論理回路を有していてもよい。例えば、FPGA181は、論理回路としてのプロセッサ181p及びメモリを有する。このプロセッサ181pは、例えば、メモリ185に記憶されたプログラムを順次読み出しながら処理を実行する。これによって、より高度な処理が可能になる。プロセッサ181pが読み出すメモリ185は、不揮発性である。但し、メモリ185は、FPGA181用の不揮発性メモリ182とは異なり、接続情報ではなく、プロセッサに順次読み出されるプログラムを記憶している。用途に応じてメモリが分かれることによって、FPGA181で構成される論理回路の信頼性が向上する。
[0072]
 通信IF183は、FPGA181及び自動制御回路170が動作ユニット12と通信するためのインターフェースである。通信IF183は、例えば、動作ユニット12と通信するための物理インターフェースを提供する。物理インターフェースは例えばCANである。自動制御回路170は、通信IF183を介して動作制御信号を出力する。
[0073]
 リレー184は、動作ユニット12に対する電源ユニット14(図1参照)の電力供給を遮断する。より詳細には、リレー184は、FPGA181の制御により通電することによって、電源ユニット14に電力供給させるための供給信号を送信する。FPGA181の制御によりリレー184の通電が停止すると、供給信号の送信が停止する。この結果、電源ユニット14からの電力供給が遮断される。電力供給の遮断によって、動作停止を確実に行える。
 リレー184からの供給信号は、監視回路180の外部で自動動作機器1及び連携動作機器2の各部に配備された図示しないリレーを経由することができる。これにより、一部の遮断制御により、電力供給が直ちに遮断される。従って、動作停止を確実に行える。
[0074]
 監視回路180のFPGA181で構成される論理回路は、自動制御回路170の動作の異常を、ルールベースの論理で検出する。
 監視回路180は、自動制御回路170の外部環境信号、動作制御信号、及び状況指標信号からなる群から選択される少なくとも1種の信号を検査する。監視回路180は、例えば、外部環境信号、動作制御信号及び状況指標信号の全てを監視する。
 監視回路180は、外部環境信号、動作制御信号及び状況指標信号が、各々に対応付けるように定められた条件を満たすか否かを監視するように構成される。
[0075]
 例えば、自動制御回路170は、外部環境センシングユニット11から出力された外部環境信号を表す外部環境データをRAM173に記憶する。監視回路180は、RAM173の外部環境データの一部を読み出し、外部環境信号が、対応する正常条件範囲内にあるか否か監視する。
 また、監視回路180は、自動制御回路170において、外部環境信号が入力される間隔、外部環境信号が示すデータの値及び外部環境信号が示すデータの変化量も監視する。
[0076]
 また、監視回路180は、RAM173から、処理の状況を示すデータ、及び処理の結果の動作制御信号を示すデータを読み出す。監視回路180は、読み出した結果が、対応する正常条件範囲内にあるか否か監視する。
 また、監視回路180は、自動制御回路170の制御IO174から出力される状況指標信号が、対応する正常条件範囲内にあるか否か監視する。監視回路180は、自動制御回路170から通信IF183を介して出力される動作制御信号が、対応する正常条件範囲内にあるか否か監視する。更に、監視回路180は、制御モデルの処理を行うプロセスが実行される周期及び時間が、対応する正常条件範囲内にあるか否か監視する。
 また、監視回路180は、FPGA181に供給される電源の電圧も監視する。これによって、監視回路180は、電源ユニット14の異常も監視することができる。
[0077]
 このようにして、監視回路180は、監視対象のパラメータが、パラメータに対応付けられるように定められた範囲内に含まれるか否かを監視する。監視対象のパラメータが、定められた範囲内にある場合、監視回路180は、自動制御回路170の出力を制限しない。つまり、監視対象のパラメータが、ルールで定められた範囲内にある場合、自動制御回路170はルールによる制限を受けない。従って、信頼性を保持しつつ、自動制御回路170のモデルによる自由度の高い制御が可能である。
[0078]
 監視回路180は、パラメータの異常を検出した場合、制御対象のうち動作を停止する部分を、パラメータの異常の種類に応じて変える。
 不揮発性メモリ182には、パラメータに対応付けられるように定められた条件が記録されている。これによって、監視回路180のFPGA181では、パラメータが条件を満たすか否かを検査する処理機能が実装される。監視回路180のFPGA181は、検出される異常を表す信号の論理積、論理和又はそれらの組合せにより、監視の結果を決定するように構成されている。不揮発性メモリ182には、論理積、論理和又はこれらの組合せが記録されている。
[0079]
 例えば、監視回路180は、パラメータの異常の程度に応じて、上述した停止の種類を選択するよう論理回路が構成される。
 また、監視回路180は、異常なパラメータの種類によって、アクチュエータ121の動作を予め定められた減速度で停止するための停止信号を生成する。例えば、異常なパラメータが指令速度の範囲に関する場合、監視回路180は、予め定められた減速度で停止するための停止信号を生成する。この場合、アクチュエータ121の停止に起因する衝撃が抑制される。アクチュエータ121が走行装置の場合、急停止による搭載機器への影響が抑制される。
 また、監視回路180は、異常なパラメータの種類によって、自動制御回路170により出力される動作制御信号に代えて、アクチュエータ121の動作を停止させるための停止信号を生成する。例えば、指令の組合せが想定範囲の組合せと異なる場合、停止信号を生成する。この場合、アクチュエータ121が短時間で停止しつつ、搭載機器へのショックがある程度抑制される。
 また、監視回路180は、異常なパラメータの種類によって、自動制御回路170により出力される動作制御信号に代えて、動作ユニット12が備えるブレーキを作動させるための信号を生成する。例えば、自動制御回路170におけるプロセス自体に異常が検出された場合、ブレーキを作動させるための信号を生成する。この場合、アクチュエータ121が最短時間で停止できるので異常状態の影響が最小限に抑制されやすい。
[0080]
 また、監視回路180は、異常を検出した場合、異常なパラメータの種類と数に応じて制御対象への電力供給を遮断する。
 監視回路180は、例えば複数のパラメータの異常が検出される場合、リレー184の動作によって電力供給を遮断させる。
[0081]
 また、例えば、監視回路180は、異常を検出した場合、カメラの画像を強制的に遠隔操縦装置3に表示させるよう自動制御回路170を制御する。これにより、作業者が直ちに対応の操縦を行うことができる。
[0082]
 また、監視回路180による出力は、上述の組合せに限られない。例えば、監視回路180は、少なくとも1種の信号に関連する少なくとも1つのパラメータの異常を検出した場合、動作指令を出力する代わりに、自動制御回路170による動作制御信号の出力を禁止する構成も採用可能である。この場合、監視回路180は、自動制御回路170からの信号を出力する通信IF183の動作を停止する。これによって、異常な動作制御信号が継続して出力される事態が抑制される。
[0083]
 このように、監視回路180で構築される論理組合せによって、パラメータの異常の程度に応じた適切な停止が実施される。
[0084]
 上述した制御ユニット10の基本的なハードウェア構造は、連携制御ユニット20にも適用される。但し、連携センシングユニット21の異常の検出結果に基づく出力内容が制御ユニット10と異なる場合、差異に応じて、ハードウェアの一部及びソフトウェアが制御ユニット10と異なる。
[0085]
[連携制御ユニットとの連携動作]
 上述した構成の制御ユニット10は、連携制御ユニット20と連携して動作する。
 制御ユニット10は、連携制御ユニット20としてマスタユニット及びスレーブユニットのいずれが接続される場合でも、連携制御ユニット20と連携して動作する。
 続いて、連携制御ユニット20との連携動作の詳細について説明する。
[0086]
 図3は、図1に示す制御ユニットの動作のうち連携動作を説明するフローチャートである。
 連携制御ユニット20の種類の判別、及び種類に応じた連携動作は、動作制御装置160で実施される。
 種類の判別、及び種類に応じた連携動作は、主に図2に示す自動制御回路170によって実施される。但し、例えば、連携制御ユニット20の種類の判別は、監視回路180に備えられたプロセッサ181pによって実施される構成も採用可能である。
 ここでは、動作制御装置160の動作として連携動作を説明する。
[0087]
 連携動作において、動作制御装置160は、まず、連携制御ユニット20と接続されているか否かを判別する(S11)。例えば、動作制御装置160は、外部通信接続部140を介して連携制御ユニット20と通信できるか否かを判別する。
 連携制御ユニット20が接続されると、連携制御ユニット20は、制御ユニット10の動作制御装置160と通信可能になる。この場合、動作制御装置160は、連携制御ユニット20と接続されていると判別する。
[0088]
 連携制御ユニット20と通信可能である場合(S11でYes)、動作制御装置160は、連携制御ユニット20の種類の識別を行う(S12)。例えば、動作制御装置160は、外部通信接続部140を介して連携制御ユニット20から、連携制御ユニット20を識別する識別情報を読み出す。
[0089]
 次に、連携制御ユニット20は、連携制御ユニット20の種類を判別する(S13)。連携制御ユニット20は、例えば識別情報と連携制御ユニットの種類とが対応付けられたデータベースを参照することで、連携制御ユニット20がマスタユニット又はスレーブユニットのいずれかであるかを判別する。
[0090]
 連携制御ユニット20がマスタユニットでない場合(S13でNo)、連携制御ユニット20はスレーブユニットである。この場合、制御ユニット10は、マスタユニットとして動作する。
 動作制御装置160は、外部環境データを処理することによって、外部環境データの内容を認知する(S14)。
 より詳細には、例えば、自動動作機器1が自動走行車両の場合、動作制御装置160は、構築された制御モデルに基づいて、外部画像を表す画像データの内容を認知するための処理を行う。
[0091]
 動作制御装置160は、外部環境データの内容の認知結果に基づいて、動作についての判断を行う(S15)。
 より詳細には、例えば、動作制御装置160は、画像データの内容の認知に基づいて、自動動作機器1の現在位置の把握と、最適な走行経路の決定を行う。
[0092]
 動作制御装置160は、外部環境データの処理結果に基づいて動作制御信号を生成する(S16)。動作制御装置160は、生成した動作制御信号を、動作制御コネクタ130を介して動作ユニット12のアクチュエータ121に出力する。
 より詳細には、例えば、動作制御装置160は、決定された走行経路に基づいて、走行及び操舵の指令からなる動作制御信号を生成し、動作ユニット12に出力する。動作ユニット12はアクチュエータ121を動作させる。これによって、自動動作機器1が外部環境に基づいて動作する。
[0093]
 また、動作制御装置160は、外部環境データの処理結果に基づいて、連携動作機器2を制御するための動作指令を送信する(S17)。
 より詳細には、例えば、動作制御装置160は、連携制御ユニット20に対し、走行経路における自動動作機器1の位置に応じた動作を行うための動作指令を生成する。動作制御装置160は、外部通信接続部140を介して連携制御ユニット20に動作指令を送信する。これによって、制御ユニット10は、スレーブユニットとして動作する連携制御ユニット20と協働で動作する。
[0094]
 連携制御ユニット20がマスタユニットである場合(S13でYes)、動作制御装置160は、スレーブユニットとして動作する。
 この場合、動作制御装置160は、外部環境データを処理することによって、外部環境データの内容を認知する(S21)。また、動作制御装置160は、外部環境データの内容の認知結果に基づいて、動作についての判断を行う(S22)。これらの動作は、上述したステップS14及びS15と同じである。
[0095]
 次に、動作制御装置160は、マスタユニットである連携制御ユニット20から、動作指令を受信する(S23)。連携制御ユニット20は、外部通信接続部140を介して制御ユニット10に動作指令を送信する。
 より詳細には、例えば、連携制御ユニット20は、作業対象の位置に応じて自動動作機器1が前進するか、後退するかを示す動作指令を制御ユニット10の動作制御装置160に送信する。
[0096]
 次に、動作制御装置160は、外部通信接続部140を介して受信した動作指令に基づき、連携動作機器2を制御するための動作制御信号を送信する(S24)。動作制御装置160は、ステップS22で認知した外部環境データと、動作指令に基づき動作制御信号を生成する。
 より詳細には、例えば、動作制御装置160は、決定した走行経路に沿って前進又は後退するよう、動作制御信号を生成し、動作ユニット12に出力する。動作ユニット12はアクチュエータ121を動作させる。これによって、自動動作機器1が連携制御ユニット20の動作指令に基づいて動作する。制御ユニット10は、マスタユニットとして動作する連携制御ユニット20と協働で動作する。
[0097]
[連携の第1の適用例]
 図4は、図1に示す制御ユニットの第1の適用例を示すブロック図である。
 図4に示す適用例は、自動動作機器1が自動走行車両であり、連携制御ユニット20がマスタユニットの場合である。つまり、外部通信コネクタ140にマスタユニットが接続されている。連携動作機器2は、自動走行車両に搭載された自律動作ロボットである。
 例えば、連携制御ユニット20は、連携センシングユニット21としての連携動作機器カメラ(ロボット用カメラ)の画像に基づいてロボットの作業対象の位置を認知する。連携制御ユニット20は作業対象の位置に応じて、前進・後退を含む動作指令を制御ユニット10の動作制御装置160に送信する。動作制御装置160は、連携制御ユニット20から、受信する動作指令に基づいて動作制御信号を生成する。動作制御装置160は、生成した動作制御信号を、動作ユニット12のアクチュエータ121に動作制御コネクタ130を介して出力する。自動動作機器1と連携動作機器2が互いに連携して精密な作業を行うことができる。
[0098]
[連携の第2の適用例]
 図5は、図1に示す制御ユニットの第2の適用例を示すブロック図である。
 図5に示す適用例は、自動動作機器1が自動走行車両であり、連携制御ユニット20がスレーブユニットの場合である。つまり、外部通信コネクタ140にスレーブユニットが接続されている。連携動作機器2’は、自動動作機器1に搭載された単純作業器である。連携動作機器2’は、例えば作業対象に向け薬剤等を噴霧する噴霧器である。
 動作制御装置160は、外部環境センシングユニット11としての外部撮影カメラの画像データの処理結果に基づいて連携動作機器2’を制御するための動作指令を生成する。動作制御装置160は、例えば、外部撮影カメラの画像データの処理結果取得される自動走行車両の位置に基づいて、連携動作機器2に作業動作の開始又は停止を行わせるための動作指令を生成し、連携制御ユニット20に送信する。
 これによって連携動作機器2は、自動動作機器1としての自動走行車両の走行に応じて適切に動作することができる。
 図4の例、及び図5の例を参照して説明したように、制御ユニット10の外部通信コネクタ140に連携制御ユニット20としてマスタユニット及びスレーブユニットのいずれが接続されても、連携制御ユニット20と連携して精密な作業を行うことができる。従って、制御ユニット10の汎用性を向上することができる。
[0099]
[遠隔操縦時の画像送信]
 例えば、走行経路上に障害物があり自動動作のみによる作業が困難な場合、また、動作試験や確認の場合、自動動作システムSは、操作者Hによる遠隔操縦装置3の操作に応じて動作する。
[0100]
 この場合に、自動動作システムSは、操作者Hによる遠隔操縦装置3の操作に応じて動作する。遠隔操縦装置3には、外部撮影カメラ11の画像データに基づく画像、及び連携動作機器カメラ21の画像データに基づく画像の双方又は片方が示される。
[0101]
 図6は、図1に示す自動動作システムにおける画像の流れを示すブロック図である。
 図6における実線の矢印は、自動動作システムSが遠隔操縦される場合の画像の流れを示している。図6における破線の矢印は、遠隔操縦装置3からの画像要求信号の流れを示している。図6では、外部環境センシングユニット11の例として外部撮影カメラが示されている。また、連携センシングユニット21として連携動作機器カメラが示されている。以降、外部環境センシングユニット11を外部撮影カメラ11とも称する。また、連携センシングユニット21を連携動作機器カメラ21とも称する。
[0102]
 自動動作機器1には、外部環境を撮影する外部撮影カメラ11とアクチュエータ221が搭載されている。また、連携動作機器2には、外部環境を撮影する連携動作機器カメラを21が備えられている。
 自動動作機器1の制御ユニット10は、1つの遠隔通信装置13と接続されている。
 自動動作機器1の制御ユニット10と、連携動作機器2の連携制御ユニット20は、1つの遠隔通信装置13に接続されている。つまり、制御ユニット10と連携制御ユニット20は1つの遠隔通信装置13を共同で使用している。
[0103]
 制御ユニット10は、先に説明したように、外部画像コネクタ110、動作制御コネクタ130、遠隔データコネクタ150、及び、動作制御装置160(図2参照)を備えている。
 外部画像コネクタ110(外部環境情報コネクタ110)は、外部撮影カメラ11から撮影結果を示す外部画像データを制御ユニット10に入力するためのコネクタである。
 動作制御コネクタ130は、制御ユニット10がアクチュエータ121の動作を制御するための動作制御信号を出力するためのコネクタである。
 遠隔データコネクタ150は、遠隔操縦装置3と通信可能に接続された1つの遠隔通信装置13に対しデータを入出力するためのコネクタである。
[0104]
 制御ユニット10の動作制御装置160(図2参照)は、外部画像コネクタ110を介して入力された外部画像データに基づくモニタ画像データを、遠隔データコネクタ150から1つの遠隔通信装置13を介して遠隔操縦装置3へ出力する。動作制御装置160は、制御ユニット10の外部からの画像指令信号に基づいて、モニタ画像データを出力する。
 連携制御ユニット20でも、連携動作機器カメラ21の画像データに対し、制御ユニット10と同様の処理が実施される。ここでは、代表として制御ユニット10の動作制御装置160における動作を説明する。
[0105]
[画像の流れの制御]
 図7は、図6に示す制御ユニット10の動作制御装置160における画像の制御を説明するフローチャートである。
[0106]
 動作制御装置160は、外部から画像指令信号を受信したか否か判別する(S31)。画像指令信号は、遠隔データコネクタ150を介して遠隔通信装置13から送信される。但し、画像指令信号は、外部通信コネクタ140を介して連携制御ユニット20から送信される場合もある。動作制御装置160は、双方のコネクタを介して送信される画像指令信号について判別する。
[0107]
 画像指令信号を受信した場合(S31でYes)、動作制御装置160は、画像指令信号の内容が画像送信開始を示しているか判別する(S32)。
 画像送信開始の場合(S32でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データを遠隔操縦装置3へ出力する(S33)。モニタ画像データは、外部画像コネクタ110を介して入力された外部画像データを加工したデータである。動作制御装置160は、外部画像データを画像圧縮処理することによって、外部画像データよりもデータ量が少ないモニタ画像データを生成する。但し、モニタ画像データとして、実質的に加工されていない外部画像データが利用されてもよい。動作制御装置160は、モニタ画像データを、遠隔データコネクタ150から1つの遠隔通信装置13へ出力する。モニタ画像データは、遠隔通信装置13を介して遠隔操縦装置3へ送信される。
[0108]
 動作制御装置160は、画像指令信号の内容が画像送信停止を示しているか判別する(S34)。
 画像送信停止の場合(S34でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データの出力を停止する(S35)。これにより、遠隔操縦装置3へのモニタ画像データの送信が停止する。
[0109]
 動作制御装置160は、画像指令信号の内容が画像送信停止を示しているか判別する(S34)。
 画像送信停止の場合(S34でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データの出力を停止する(S35)。これにより、遠隔操縦装置3へのモニタ画像データの送信が停止する。画像送信停止を示す画像指令信号は、連携制御ユニット20から出力される場合もある。例えば、連携動作機器カメラ21の画像のみを送信する指令を遠隔操縦装置3から受信した連携制御ユニット20が、制御ユニット10に、画像送信停止を示す画像指令信号する場合である。外部撮影カメラ11の画像データに基づくデータの送信が停止することによって、送信のデータ量を削減しつつ、操作者Hが操縦の際に注目したい画像を遠隔操縦装置3に表示することができる。
[0110]
 動作制御装置160は、画像指令信号の内容がフレーム間引きを示しているか判別する(S36)。
 フレーム間引きの場合(S36でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データに対し、フレーム間引き処理を実施する(S37)。これにより、遠隔操縦装置3へ送信されるモニタ画像データのデータ量が減少する。
[0111]
 動作制御装置160は、画像指令信号の内容が画像圧縮率を示しているか判別する(S38)。
 画像圧縮率の場合(S38でYes)、動作制御装置160は、画像圧縮処理の圧縮率を変更する(S39)。これにより、遠隔操縦装置3へ送信されるモニタ画像データのデータ量が減少する。
[0112]
 動作制御装置160は、画像指令信号の内容が画像の一部領域の切抜きを示しているか判別する(S41)。
 領域の切抜きの場合(S41でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データに対し、領域の切抜き処理を実施する(S42)。即ち、動作制御装置160は、外部撮影カメラ11で撮影された画像のうち、画像指令で指定された一部の領域の画像を抽出してモニタ画像データを生成する。より詳細には、例えば、外部撮影カメラ11で撮影される範囲が広い場合に、操縦に必要な進行方向の一部の領域の画像のみが送信・表示される。これにより、遠隔操縦装置3へ送信されるモニタ画像データのデータ量が減少する。
 なお、画像の一部領域の切抜きは、例えば、制御ユニット10に複数の外部撮影カメラ11が接続され、動作制御装置160が複数の外部撮影カメラ11で撮影された複数領域の画像を処理している場合にも適用される。領域の切抜きの場合(S41でYes)、動作制御装置160は、指定された領域の画像のみをモニタ画像データとする。この場合にも、遠隔操縦装置3へ送信されるモニタ画像データのデータ量が減少する。
[0113]
 上記ステップS31で、画像指令信号を受信していないと判別した場合(S31でNo)、動作制御装置160は、モニタ画像データの出力を停止する(S45)。
 次に、動作制御装置160は、制御ユニット10に異常状態が生じているか判別する(S46)。制御ユニット10の異常状態は、例えば、監視回路180のFPGA181で構成される論理回路によって検出される。
 動作制御装置160は、例えば、監視対象のパラメータのいずれかが、ルールで定められた範囲内にない場合、異常状態が生じていると判別する。
 異常状態が生じている場合(S46でYes)、動作制御装置160は、モニタ画像データを遠隔操縦装置3へ出力する(S47)。モニタ画像データは、遠隔通信装置13を介して遠隔操縦装置3へ送信される。
 これによって、操作者Hは、遠隔操縦装置3の表示画面によって異常状態の発生を早期に認知することができる。また、操作者Hは、表示画面によって異常状態の原因を早期に認知することができる。
[0114]
[連携動作機器の離隔動作例]
 これまで、連携動作機器2が自動動作機器1に連結された例を説明した。しかし、本実施形態の制御ユニット10は、自動動作機器1と連結されず、離れて動作する連携動作機器4にも対応するように構成可能である。
 図8は、図1に示す制御ユニットの第3の適用例を示すブロック図である。
 図8に示す適用例では、自動動作システムSの連携動作機器4が、自動動作機器1に連結されていない。連携動作機器4は、自動動作機器1から離れて動作する。連携動作機器4は、例えば自動動作機器1と実質的に同じ構成を有する自動走行車両である。但し、連携動作機器4の連携制御ユニット40は、マスタユニット又はスレーブユニットのいずれかとして動作する。
 自動動作機器1の制御ユニット10が備える外部通信接続部140は、無線通信機である。また、連携動作機器4は、外部通信接続部140と無線通信を行う外部通信接続部440を備える。自動動作機器1の制御ユニット10は、連携動作機器4の連携制御ユニット40と、無線通信を介して通信する。連携制御ユニット40は連携動作ユニット42を制御する。
[0115]
 連携制御ユニット40がマスタユニットである場合、自動動作機器1の制御ユニット10は、連携制御ユニット40からの動作指令に基づいて動作制御信号を出力する。例えば、制御ユニット10は、連携制御ユニット40からの動作指令に応じて走行する。例えば、制御ユニット10は、連携動作機器4に追従して動作する。この場合、制御ユニット10は、例えば、外部撮影カメラ11で連携動作機器4を撮影するとともに、外部撮影カメラ11の画像データに基づき、連携動作機器4に追従して走行することも可能である。
[0116]
 連携制御ユニット40がスレーブユニットである場合、制御ユニット10は、外部撮影カメラ11の画像データに基づき、連携動作機器4を制御するための動作指令を生成する。制御ユニット10は、動作指令を連携制御ユニット40に送信する。連携動作機器4は、自動動作機器1に追従して動作する。
[0117]
[第二実施形態]
 上述した実施形態では、制御ユニット10が連携制御ユニット20と接続した時点で連携制御ユニット20の種類を判別する例を説明した。
 続いて、制御ユニット10が、連携制御ユニット20と接続した後で連携制御ユニット20の種類を判別する形態を説明する。
[0118]
 図9は、本発明の第二実施形態に係る制御ユニット10の連携動作を説明するフローチャートである。
 図9に示す制御ユニットの動作は、図3を参照して説明した動作と、ステップS51及びS53において異なる。
[0119]
 ステップS51において、制御ユニット10の動作制御装置160(図2参照)は、連携制御ユニット20から動作指令を受信したか否かを判別する。
[0120]
 動作制御装置160は、連携制御ユニット20から動作指令を受信した場合(S51でYes)、連携制御ユニット20がマスタユニットであると判別する。即ち、制御ユニット10は、スレーブユニットとして動作する。この場合、連携制御ユニット20は、ステップS21,S22,S53,S24の処理を実施する。ステップS53において、動作制御装置160は、S51で受信した動作指令に基づき処理を実施する。
[0121]
 連携制御ユニット20から動作指令を受信しない場合(S51でYes)、動作制御装置160は、連携制御ユニット20がスレーブユニットであると判別する。即ち、制御ユニット10は、マスタユニットとして動作する。この場合、連携制御ユニット20は、ステップS14からS17の処理を実施する。
[0122]
 このように、本実施形態の制御ユニット10は、連携制御ユニットから動作指令が入力された時点で連携制御ユニット20をマスタユニットであると判別する。制御ユニット10は、動作指令が入力されるまで、前記連携制御ユニットを前記スレーブユニットであると判別する。
[0123]
[第三実施形態]
 上述した実施形態では、例えば図1を参照して、自動動作機器1の制御ユニット10と、連携動作機器2の連携制御ユニット20が、1つの遠隔通信装置13に直接接続されている例を説明した。
 図10は、本発明の第三実施形態に係る制御ユニットを含む自動動作システムの構成を示すブロック図である。
 本実施形態における自動動作機器1は、ハブ13aを有する点が第一実施形態と異なる。また、本実施形態における自動動作機器1は、連携制御ユニット20に対し、直接ではなく、ハブ13aを介して接続される。
本実施形態における他の点は、第一実施形態と同じであるので、各部には第一実施形態と同じ符号を付している。
 図10における制御ユニット10と連携制御ユニット20は、ハブ13aを介して、1つの遠隔通信装置13に接続されている。ハブ13aは、制御ユニット10、連携制御ユニット20、及び遠隔通信装置13の間で、データを中継する。ハブ13aに接続される制御ユニット10及び連携制御ユニット20は、共通の伝送形式でデータを送信する。
 また、図10における自動動作機器1は、ハブ13aを介して連携制御ユニット20と通信を行う。
 本実施形態におけるハブ13aは、第1実施形態の遠隔通信装置13におけるデータ混合機能が独立したものである。つまり、ハブ13aは、遠隔通信装置13の一部の機能を担っている。従って、本実施形態でも、自動動作機器1の連携制御ユニット20と、連携動作機器2の連携制御ユニット20が、1つの遠隔通信装置13に接続されているということができる。

符号の説明

[0124]
1  自動動作機器
2,2’,4  連携動作機器
3  遠隔操縦装置
10  制御ユニット
11  外部環境センシングユニット(外部撮影カメラ)
12  動作ユニット
13  遠隔通信装置
14  電源ユニット
20,40  連携制御ユニット
21,41  連携センシングユニット(連携動作機器カメラ)
22、42  連携動作ユニット
40  連携制御ユニット
110  外部環境情報コネクタ(外部画像コネクタ)
121  アクチュエータ
130  動作制御コネクタ
140,440  外部通信接続部(外部通信コネクタ)
150  遠隔データコネクタ
160  動作制御装置
170  自動制御回路
171  GPU
171a  制御モデル
172  不揮発性メモリ
180  監視回路
181  FPGA
182  不揮発性メモリ
184  リレー
185  メモリ
221  アクチュエータ
S   自動動作システム

請求の範囲

[請求項1]
 外部環境を検出する外部環境センシングユニットと前記外部環境に基づいて制御されるアクチュエータとが搭載される自動動作機器に用いられる制御ユニットであって、
 前記制御ユニットは、
 前記外部環境センシングユニットから検出の結果を示す外部環境データを入力するための外部環境情報コネクタと、
 前記アクチュエータの動作を制御するための動作制御信号を出力するための動作制御コネクタと、
 物理的又は非物理的な出力を行う連携動作機器を制御する連携制御ユニットと有線又は無線により通信可能に接続されるように構成され、前記連携制御ユニットは、マスタユニット又はスレーブユニットのいずれか一方として機能するように構成され、前記マスタユニットは、前記自動動作機器を制御する動作指令を前記制御ユニットへ送信し、前記スレーブユニットは、前記連携動作機器を制御するための動作指令を前記制御ユニットから受信する、外部通信接続部と、
 前記外部通信接続部に前記マスタユニットが接続されている場合には、前記マスタユニットから受信する動作指令に基づいて前記動作制御信号を生成し、前記動作制御信号を前記アクチュエータに前記動作制御コネクタを介して出力し、
前記外部通信接続部に前記スレーブユニットが接続されている場合には、前記外部環境データの処理結果に基づいて前記動作制御信号を生成するとともに前記連携動作機器を制御するための動作指令を生成し、前記動作指令を前記スレーブユニットに前記外部通信接続部を介して送信する動作制御装置と
を備える。
[請求項2]
 請求項1記載の制御ユニットであって、
 前記外部環境センシングユニットはカメラであり、
 前記外部環境情報コネクタは、前記外部環境データとして、前記カメラから出力された画像データを入力する。
[請求項3]
 請求項1に記載の制御ユニットであって、
 前記自動動作機器に搭載された前記アクチュエータは、前記自動動作機器を走行させる走行装置であり、
 前記動作制御装置は、
前記外部通信接続部に前記マスタユニットが接続されている場合には、前記マスタユニットから受信する動作指令と、前記外部環境データの処理結果とに基づいて、前記自動動作機器の走行経路を指示するための動作制御信号を生成し、
前記外部通信接続部に前記スレーブユニットが接続されている場合には、前記外部環境データの処理結果に基づいて、前記自動動作機器の走行経路を指示するための動作制御信号を生成するとともに、前記連携動作機器を制御するための動作指令を生成し、前記動作指令を前記スレーブユニットに前記外部通信接続部を介して送信する。
[請求項4]
 請求項1に記載の制御ユニットであって、
 前記動作制御装置は、前記外部通信接続部を介した前記連携制御ユニットとの接続を検出した時点で、前記外部通信接続部を介して前記連携制御ユニットを識別するための識別情報を受信し、前記識別情報に基づいて前記連携制御ユニットがマスタユニット又はスレーブユニットのいずれかであるかを判別する。
[請求項5]
 請求項1に記載の制御ユニットであって、
 前記動作制御装置は、外部通信接続部を介して接続された前記連携制御ユニットから動作指令が入力された時点で、前記連携制御ユニットを前記マスタユニットであると判別し、前記動作指令が入力されるまで、前記連携制御ユニットを前記スレーブユニットであると判別する。
[請求項6]
 請求項1に記載の制御ユニットであって、
 前記外部通信接続部は、互いに異なる複数種類の伝送形式に対応した複数のコネクタを含む。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]