JP7337571B2 - センサ端末 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、センサ端末に関する。

近年、物流、流通、製造現場などで使用される産業システムにおいては、業務効率の向上のために、積極的なロボットの導入が進められている。例えば、商品を組み上げるアームロボットや運搬用の自動搬送車（ＡＧＶ）など様々なロボットの導入が進められている。このようなロボットは人や作業対象外の物体との衝突しないように制御することが必要となる。例えば、ロボットが人や作業対象外の物体との衝突を防止するため、専用の作業エリアやレールを設けているシステムがある。

また、ロボットが衝突を防止する方法としては、ロボットに設置した超音波センサが出力する超音波信号の反射波によって近接物の存在を検知し、人や作業対象外の物体の近接時に動作を停止したり速度を落としたりするなどの方法がある。例えば、商品を荷積みするアームロボットは、超音波センサで荷積みの対象物を検知することで、カメラ画像が苦手とする透明や真っ黒な物体に対しても衝突防止の対応ができる。しかしながら、超音波センシングの問題としては、ロボットが複数存在する環境や機械の振動などによって超音波が発生する環境において、自身の出力した以外の超音波信号によって距離を誤って推定してしまうという問題がある。

また、自身の出力した以外の超音波信号によって誤推定してしまう場合、出力する超音波信号の周波数として各ロボットに固有な周波数を割り当てることで、受信した周波数から自身が送信した信号かどうかを判定する運用が考えられる。しかしながら、一般の超音波センサに用いられる超音波素子は受信感度が４０ｋｈｚなどの特定の周波数に集中しており、受信可能な周波数の帯域が狭い。このため、超音波素子は周波数を変更可能な範囲が狭く、複数台のロボットの同時動作への対応が難しいという課題がある。

特開平１０－４０４９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、音波信号の送信元を高精度に特定できるセンサ端末を提供することである。

実施形態によれば、センサ端末は、信号受信部とプロセッサとを有する。信号受信部は、超音波センサが受信する音波を電気信号に変換した受信信号を取得する。プロセッサは、当該センサ端末に固有な識別情報を周波数の変化と１ｍｓ以下の信号長の長さとを併用して表現する送信用の信号情報に応じた送信信号を２０ｍｓ以下の所定間隔で前記超音波センサが出力し、前記信号受信部により取得した受信信号において周波数の変化と信号長の長さとで表現される識別情報を特定し、前記受信信号に含まれる識別情報が当該センサ端末の識別情報と一致する場合に前記送信信号の送信タイミングと前記受信信号の受信タイミングとに基づいて対象物までの距離を算出する。

図１は、第１実施形態に係るセンサ端末を含む産業システムの構成例を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るセンサ端末の構成例を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るセンサ端末が処理する信号の例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係るセンサ端末の動作例を説明するためのフローチャートである。 図５は、第２実施形態に係るセンサ端末を含む産業システムの構成例を示す図である。 図６は、第２実施形態に係るセンサ端末の構成例を示すブロック図である。 図７は、第２実施形態に係る信号送信装置の構成例を示すブロック図である。 図８は、第２実施形態に係る信号送信装置が送信する処理を説明するためのフローチャートである。 図９は、第２実施形態に係るセンサ端末の動作例を説明するためのフローチャートである。 図１０は、第１変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１１は、第１変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１２は、第２変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１３は、第２変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１４は、第２変形例としてセンサ端末が受信する信号が正常である場合を説明するための図である。 図１５は、第２変形例としてセンサ端末が受信する信号が正常でない場合を説明するための図である。 図１６は、第３変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１７は、第３変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１８は、第４変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図１９は、第４変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。 図２０は、第４変形例としてセンサ端末が受信する信号におけるＩＤ情報の表現例を説明するための図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係るセンサ端末１（１Ａ、１Ｂ）を含む産業システムの構成例を概略的に示す図である。
センサ端末１は、自身の位置と周辺にある物体との距離を測定する装置である。例えば、センサ端末１は、移動する移動体に搭載され、周囲にある物体と移動体との距離を測定する。図１に示す構成例において、センサ端末１（１Ａ、１Ｂ）は、移動体としての自動搬送車（ＡＧＶ）２Ａあるいはアームロボット２Ｂなどのロボット２に搭載される例を示す。

また、図１に示す産業システムは、ロボット２が稼働する範囲内において作業者などの人物Ｐが存在する運用形態を想定している。ロボット２に搭載されるセンサ端末１は、当該ロボット２に周辺に存在する人物（作業者）Ｐや障害物などを検知し、周辺に存在する人物Ｐや障害物までの距離を測定する。例えば、ロボット２は、センサ端末１が計測する人物Ｐまでの距離に応じて動作を制御することにより、人物Ｐに接触することを避けるような動作制御を実施する。

図２は、第１実施形態に係るセンサ端末１の構成例を示すブロックである。
図２に示す構成例において、センサ端末１は、超音波センサ１１、信号作成部１２、信号送信部１３、信号受信部１４、フィルタ処理部１５、信号判定部１６、測距部１７、通信部１８および表示部１９などを有する。

図２に示す構成例において、信号作成部１２、フィルタ処理部１５、信号判定部１６、および、測距部１７は、プロセッサ２１がプログラムを実行することにより実現される機能である。すなわち、信号作成部１２、フィルタ処理部１５、信号判定部１６、および、測距部１７は、プロセッサ２１およびメモリなどを有する処理装置として構成される。ただし、信号作成部１２、フィルタ処理部１５、信号判定部１６、および、測距部１７は、それぞれ別のハードウエアで実現するものであっても良い。

超音波センサ１１は、信号送信部１３からの入力に応じて振動し、送信信号を空気中に出力する。また、信号送信部１３からの入力がない場合、超音波センサ１１は、空気中の振動を電位に変換する。なお、超音波センサ１１としては、送信用の超音波センサと受信用の超音波センサをそれぞれ別に設け、送信と受信とを同時に実施可能な構成としても良い。

信号作成部１２は、超音波センサ１１が信号を出力するための信号送信部１３へ供給する送信用の信号情報を作成する。信号作成部１２は、例えば、４０ｋＨｚなどの高周波数の搬送波に対して、自身の送信信号であることを識別するための識別情報（ＩＤ情報）として、搬送波より低い周波数の信号波の情報を含んだ信号を作成する。

図３は、送信信号の作成例を示す図である。
図３は、搬送波を４０ｋＨｚ、ＩＤ情報とする信号波を２０ｋＨｚとした場合の送信信号の例を示す図である。図３に示す送信信号は、４０ｋＨｚの信号の送信と停止とを同じ時間繰り返した信号となっている。すなわち、図３に示す送信信号は、波長４０ｋＨｚで１秒間に２０ｋＨｚ分の波が存在する信号となる。

信号送信部１３は、超音波センサ１１が送信信号（音波信号）を出力するための信号を超音波センサ１１へ供給する。信号送信部１３は、例えば、アンプおよびＤＡ変換回路などにより構成する。信号送信部１３は、信号作成部１２で作成した送信用の信号情報に基づく信号を予め設定した周期で超音波センサ１１に入力する。これにより、信号送信部１３は、超音波センサ１１から送信信号を所定の周期で出力させる制御を行う。

信号受信部１４は、受信信号を取得するものである。信号受信部１４は、例えば、アンプ、および、ＡＤ変換回路などにより構成される。信号受信部１４は、超音波センサ１１によって変換した信号をデジタル信号として取得する。信号受信部１４は、取得した信号をフィルタ処理部１５に送る。

フィルタ処理部１５では、信号受信部１４からの受信信号に対して、周波数成分を抽出する。例えば、フィルタ処理部１５は、フーリエ変換を用いて受信信号に含まれる周波数成分を抽出する。以下の式（式１）は、フーリエ変換式を示す。

なお、フィルタ処理部１５は、計算量を削減するために特定の次数のフーリエ係数のみを計算するようにしても良い。

信号判定部１６は、フィルタ処理部１５によって算出したフーリエ係数を用いて、受信信号が自身の送信信号であるか否かを判定する。例えば、信号判定部１６は、送信信号の周波数成分が受信信号に含まれるか否かを判定する。この場合、信号判定部１６は、送信信号の周波数成分が受信信号に含まれれば、受信信号が自身の送信信号であると判定し、送信信号の周波数成分が受信信号に含まれなければ、受信信号が自身の送信信号でないと判定する。

測距部１７は、信号判定部１６により受信信号が自身の送信信号であると判定した場合、対象物（送信信号を反射した物体）までの距離を判定する測距処理を行う。測距部１７は、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差から対象物までの距離を判定する。

通信部１８では、ロボット２と通信するための通信インターフェースである。通信部１８は、例えば、測距部１７が判定した対象物までの距離を示す測距情報をロボット２へ送信する。通信部１８は、有線による通信を行うものであっても良いし、無線による通信を行うものであっても良い。例えば、通信部１８は、無線通信としては、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）等の広域通信などの無線通信を行うものであっても良い。また、通信部１８は、有線で通信するインターフェースと無線で通信するインターフェースとを具備するものであっても良い。

表示部１９は、測距情報、あるいは、センサ端末１の動作状態を示す情報などを表示する。表示部１９は、文字情報或いは画像などを表示するディスプレイであっても良いし、センサ端末１の動作確認のために測距が実施されたことなどを点滅等の表示状態で示すＬＥＤ（Light Emitting Diode）などのランプであっても良い。表示部１９は、情報を報知するための報知部の一例である。なお、センサ端末１は、報知部として、情報を音声で出力するスピーカなどを具備しても良い。

次に、第１実施形態に係るセンサ端末１の処理について説明する。
図４は、センサ端末１の処理例を説明するためのフローチャートである。
センサ端末１において、プロセッサ２１は、信号作成部１２により超音波センサ１１が出力する信号の搬送波を自身の識別情報（ＩＤ情報）によって変調した送信用の信号情報を作成する（ＳＴ１１）。例えば、信号作成部１２は、図３に示すように、超音波センサ１１が出力する搬送波を自身の識別情報としての搬送波よりも低周波の信号波で変調させる送信用の信号情報を作成する。

送信用の信号情報を作成すると、プロセッサ２１は、信号作成部１２から送信用の信号情報を所定のタイミングで信号送信部１３に供給する。これにより、信号送信部１３は、信号作成部１２からの送信用の信号情報に基づく送信信号（音波）を超音波センサ１１から出力させる（ＳＴ１２）。

超音波センサ１１から送信信号を送信した後、プロセッサ２１は、受信信号としての音波の受信待ちとして待機する（ＳＴ１３）。受信待ちの状態において、プロセッサ２１は、超音波センサ１１と信号受信部１４とにより信号を受信したかどうかを判断する（ＳＴ１４）。なお、信号送信部１３は、送信信号（音波）を定期的に出力させてもよく、ＳＴ１２とＳＴ１３が並列的に実施されてよい。

受信待ち状態において、受信用のセンサとしての超音波センサ１１は、受信する音波を電気信号に変換する。信号受信部１４は、超音波センサ１１からの電気信号を受信信号として取得する。プロセッサ２１は、信号受信部１４から受信信号を取得し、フィルタ処理部１５により受信信号の周波数成分を解析する（ＳＴ１５）。プロセッサ２１は、フィルタ処理部１５による受信した信号の周波数成分の解析結果に基づいて、信号判定部１６により受信信号の周波数成分と送信信号の周波数成分とが一致するかどうかを判定する（ＳＴ１６）。

受信信号の周波数成分と送信信号の周波数成分とが一致した場合（ＳＴ１６、ＹＥＳ）、プロセッサ２１は、測距部１７による距離の測定を実行する（ＳＴ１７）。例えば、プロセッサ２１は、測距部１７で距離を計測するため送信信号を出力したタイミングから受信信号を受信するタイミングまでの時間差をストップウッチ機能などにより計測する。測距部１７は、送信信号の送出タイミングと当該受信信号の受信タイミングとから対象物までの距離を算出する。測距部１７により対象物までの距離を算出すると、プロセッサ２１は、通信部１８により対象物の距離を示す測距情報をロボット２へ送信する（ＳＴ１８）。また、プロセッサ２１は、測距部１７により算出した距離を示す情報を表示部１９により表示しても良い。また、プロセッサ２１は、測距部１７で距離を算出したことを示す情報を表示部１９で表示しても良い。

以上のように、第１実施形態に係るセンサ端末は、超音波を用いた測距部を備え、出力する超音波信号に自身の識別情報を付与して送信する機能と受信時に自身の信号かを判定する機能とを有する。センサ端末は、高周波の搬送波に識別情報を示す低周波の信号波の情報が含まれるように、パルス幅変調によって送信信号を作成する。また、センサ端末は、受信信号から信号波の情報を抽出して、自身が出力した信号であるかを判定する。センサ端末は、受信信号が自身の出力した信号である場合に、測距を実施する。

すなわち、第１実施形態によれば、センサ端末は、搬送波を識別情報としての信号波によって変調した送信信号を出力した後、受信した受信信号の周波数成分が送信信号の周波数成分と一致する場合に、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとにより対象物までの距離を算出する。

これにより、第１実施形態に係るセンサ端末は、自身の送信信号と周波数成分が一致する受信信号を受けた場合に対象物までの距離を計測できる。この結果、第１実施形態のセンサ端末によれば、自身以外の装置から出力された送信信号、あるいは、機械の振動音などの外部雑音による誤判定を抑制することができ、多数のセンサ端末が存在する領域においても、確実な距離の測定を実現できる。

さらに、第１実施形態によれば、パルス幅変調によって、受信可能な周波数の帯域が狭いマイクにおいても信号が判定できるといった利点もある。また、スマートフォンなどで利用されているサンプリング周波数が４５ｋＨｚ以下の超音波を正確に受信できない一般のマイクにおいても、多数のＩＤ情報の識別が可能となるといった利点も存在する。

また、第１実施形態に係るセンサ端末は、固有の識別情報を含む送信用の信号情報を作成する信号作成部と、前記信号作成部が作成した送信用の信号情報に基づく送信信号を超音波センサから出力させる信号送信部と、前記超音波センサが入力する音波信号を受信信号として取得する信号受信部と、前記受信信号の周波数成分を解析するフィルタ処理部と、前記受信信号の周波数成分が前記送信信号の周波数成分と一致するかどうかを判定する信号判定部と、前記送信信号の送信タイミングと前記受信信号の受信タイミングから対象物までの距離を判定する測距部と、前記測距部による測距結果を外部装置へ送信する通信部と、を備える。
これらの構成によって、第１実施形態に係るセンサ端末は、受信した信号が自身が発信した信号であるかどうかを判定でき、送信信号と受信信号とを正確に対応づけて測距を実行することにより誤判定を抑制して正確な測距が可能となる。

また、第１実施形態に係るセンサ端末は、測距した情報などを表示する表示部を備え、測距した情報やＩＤ情報を表示部に表示しても良い。これにより、使用者の利便性や測距の妥当性の検証を容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係るシステムは、センサ端末１０１が移動体に設置され、所定位置に設置される信号送信装置１０２から出力される超音波信号をセンサ端末１０１Ａが受信する。すなわち、第２実施形態に係るシステムは、信号送信装置１０２が超音波信号を送信する装置であり、センサ端末１０１が信号送信装置１０２から出力される超音波信号を受信する装置である点が第１実施形態とは異なる。

図５は、第２実施形態に係るセンサ端末１０１および信号送信装置１０２を備えた産業システムの構成例を概略的に示す図である。
図５に示す構成例において、第２実施形態に係る産業システムは、ロボット２０１Ａに設置されるセンサ端末１０１Ａ、作業者Ｐが携帯するセンサ端末１０１Ｂ、および、所定位置に設置される信号送信装置１０２Ａ、１０２Ｂを有する。

センサ端末１０１Ａは、物品の運搬あるいは製品の組み立てなどに使用されるロボット２０１Ａなどに設置される。ロボット２０１Ａは、少なくともセンサ端末１０１を設置した部位が移動するものである。例えば、ロボット２０１Ａは、自動搬送車（ＡＧＶ）であっても良いし、アーム先端部が移動するロボットアーム等であっても良い。

センサ端末１０１Ｂは、作業場内において移動する作業者Ｐが携帯する。センサ端末１０１Ｂは、当該作業者Ｐが所持する携帯端末２０１Ｂと通信する機能を有する。センサ端末１０１Ｂは、携帯端末２０１Ｂへ検出した情報などを通知する。また、センサ端末１０１Ｂの機能を携帯端末２０１Ｂに内蔵しても良い。
なお、センサ端末１０１Ａとセンサ端末１０１Ｂとは、同様な構成を有する装置（センサ端末１０１）として説明するものとする。

信号送信装置１０２（１０２Ａ、１０２Ｂ）は、それぞれ所定位置に設置される。例えば、信号送信装置１０２は、天井等の所定位置に固定して設置される。信号送信装置１０２は、自身のＩＤ情報を含む送信信号を予め設定された放射位置（領域）に放射する。システム全体として、信号送信装置１０２は、複数存在するものとする。例えば、工場や作業場などの所定の領域において、多数の信号送信装置が予め決められた位置に配置されるものとする。

次に、第２実施形態に係るセンサ端末１０１の構成について説明する。
第２実施形態に係るセンサ端末１０１は、信号送信装置１０２から出力された音波による信号を受信する機能を有するものである。
図６は、第２実施形態に係るセンサ端末１０１の構成例を示すブロック図である。
センサ端末１０１は、超音波センサ（受信用の超音波センサ）１１１、信号受信部１１４、フィルタ処理部１１５、信号識別部１１６、位置判定部１１７、通信部１１８、表示部１１９および位置ＤＢ１２０などを有する。

図６に示す構成例において、フィルタ処理部１１５、信号識別部１１６および位置判定部１１７は、プロセッサ１２１がプログラムを実行することにより実現される機能である。すなわち、フィルタ処理部１５、信号識別部１１６および位置判定部１１７は、プロセッサ１２１およびメモリなどを有する処理装置として構成される。ただし、フィルタ処理部１１５、信号識別部１１６、位置判定部１１７は、それぞれ別のハードウエアで実現するものであっても良い。

超音波センサ１１１は、音波を受信する受信用の超音波センサである。超音波センサ１１１は、空気中の振動（音波）を電位に変換する。

信号受信部１１４は、超音波センサ１１１によって変換した信号を取得する。信号受信部１１４は、例えば、アンプ、および、ＡＤ変換回路などにより構成する。信号受信部１１４は、超音波センサ１１１によって変換した信号をデジタル信号として取得する。信号受信部１１４は、取得した信号をフィルタ処理部１１５に送る。

フィルタ処理部１１５では、信号受信部１４からの受信信号に対して、周波数成分を抽出する。例えば、フィルタ処理部１１５は、第１実施形態で説明したフーリエ変換を用いて受信信号に含まれる周波数成分を抽出する。なお、フィルタ処理部１１５は、計算量を削減するために特定の次数のフーリエ係数のみを計算するようにしても良い。

信号識別部１１６は、フィルタ処理部１１５による受信信号に対する周波数成分の解析結果に基づいて受信信号に含まれる識別情報（ＩＤ情報）を識別する。例えば、信号識別部１１６は、フィルタ処理部１１５によって算出するフーリエ係数を用いて、受信信号に含まれるＩＤ情報を識別する。

位置判定部１１７は、ＩＤ情報に基づいて自身の位置を特定する。位置ＤＢ１２０は、ＩＤ情報に対応づけて位置情報を記憶する。位置ＤＢ１２０は、プロセッサ１２１に通信接続されるメモリであっても良いし、プロセッサ１２１が具備するメモリであっても良い。位置ＤＢ１２０は、例えば、ＩＤ情報に対応する信号送信装置１０２の位置を示す位置情報を記憶する。位置判定部１１７は、信号識別部１１６が特定したＩＤ情報に基づいて位置ＤＢ１２０を参照して自身の位置を特定する。位置判定部１１７は、例えば、ＩＤ情報に対応する信号送信装置１０２を特定し、当該信号送信装置１０２の位置から自身の位置を特定する。

なお、センサ端末１０１のプロセッサ１２１としては、自身の位置を示す位置情報ではなく、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報をロボット２０１Ａまたは携帯端末２０１Ｂへ送信するようにしても良い。ロボット２０１Ａまたは携帯端末２０１Ｂは、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報をセンサ端末１０１から取得し、取得するＩＤ情報に基づいて自身の位置を把握するようにしても良い。また、センサ端末１０１は、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報を出力する場合、位置判定部１１７および位置ＤＢ１２０を省略して良い。

通信部１１８は、センサ端末１０１による処理結果を外部装置へ出力するためのインターフェースである。例えば、通信部１１８は、ロボット２０１Ａまたは携帯端末２０１Ｂと通信するための通信インターフェースである。通信部１１８は、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報に基づく位置情報をロボット２０１へ送信する。また、通信部１１８は、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報をロボット２０１Ａまたは携帯端末２０１Ｂへ送信するようにしても良い。通信部１１８は、有線で情報を送信するものであっても良いし、Ｗｉ－Ｆｉ、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈあるいはＵＷＢなどの無線通信により情報を送信するものであっても良い。また、通信部１１８は、有線で通信するインターフェースと無線で通信するインターフェースとを具備するものであっても良い。

表示部１１９は、識別したＩＤ情報、ＩＤ情報から特定した位置情報、あるいは、センサ端末１０１の状態を示す情報などの情報を表示する。表示部１１９は、文字情報或いは画像などを表示するディスプレイであっても良いし、動作確認のためにＩＤ情報の識別が実施されたことなどを点滅等の表示状態で示すＬＥＤなどのランプであっても良い。表示部１１９は、情報を報知するための報知部の一例である。なお、センサ端末１０１は、報知部として、情報を音声で出力するスピーカなどを具備しても良い。

次に、第２実施形態に係る信号送信装置１０２の構成について説明する。
第２実施形態に係る信号送信装置１０２は、センサ端末１０１が受信可能な音波による信号を送信する機能を有するものである。
図７は、第２実施形態に係る信号送信装置１０２の構成例を示すブロック図である。
信号送信装置１０２は、信号作成部２１１、信号送信部２１２、および、超音波センサ（送信用の超音波センサ）２１３などを有する。

図７に示す構成例において、信号作成部２１１は、プロセッサがプログラムを実行することにより実現される機能である。すなわち、信号作成部２１１は、プロセッサおよびメモリなどを有する処理装置として構成される。ただし、信号作成部２１１は、ハードウエアで実現するものであっても良い。

超音波センサ２１３は、音波を送信する送信用の超音波センサである。超音波センサ２１３は、信号送信部２１２から入力される送信信号に応じて振動し、送信信号としての音波を出力する。

信号作成部２１１は、超音波センサ２１３が出力する送信信号として、信号送信部２１２へ供給する送信用の信号情報を作成する。信号作成部２１１は、例えば、４０ｋＨｚなどの高周波数の搬送波に対して、自身の識別情報（ＩＤ情報）として搬送波より低い周波数の信号波の情報を含んだ信号を作成する。

信号送信部２１２は、送信信号を超音波センサ２１３へ供給する。信号送信部２１２は、例えば、アンプおよびＤＡ変換回路などにより構成する。信号送信部２１２は、信号作成部２１１が作成した通信用の信号情報に基づく送信信号を予め設定した周期で超音波センサ２１３に入力する。これにより、信号送信部２１２は、超音波センサ２１３から送信信号を所定の周期で出力させる制御を行う。

次に、第２実施形態に係るセンサ端末１０１および信号送信装置１０２の動作例について説明する。
まず、第２実施形態に係る信号送信装置１０２の動作について説明する。
図８は、第２実施形態に係る信号送信装置１０２の処理例を説明するためのフローチャートである。
信号送信装置１０２において、プロセッサ２２１は、信号作成部２１１により超音波センサ１１が出力する信号の搬送波を自身の識別情報（ＩＤ情報）によって変調した送信用の信号情報を作成する（ＳＴ２１）。例えば、信号作成部２１１は、超音波センサ１１が出力する搬送波を自身の識別情報（ＩＤ情報）を示す信号で変調させた送信用の信号情報を作成する。

送信用の信号情報を作成すると、プロセッサ２２１は、信号作成部２１１から送信用の信号情報を所定のタイミングで信号送信部２１２に供給する。これにより、信号送信部２１２は、信号作成部２１１からの送信用の信号情報に基づく送信信号を超音波センサ２１３から出力させる（ＳＴ２２）。

次に、第２実施形態に係るセンサ端末１０１の動作について説明する。
図９は、第２実施形態に係るセンサ端末１０１の処理例を説明するためのフローチャートである。
センサ端末１０１において、プロセッサ１２１は、超音波センサ１１１と信号受信部１１４とにより信号の受信待ちの状態とする（ＳＴ３１）。

受信待ち状態において、受信用のセンサとしての超音波センサ１１１は、受信する音波を電気信号に変換する。信号受信部１１４は、超音波センサ１１１からの電気信号を受信信号として取得する。プロセッサ１２１は、超音波センサ１１１が受信した信号を信号受信部１１４から受信信号として取得し（ＳＴ３２、ＹＥＳ）、フィルタ処理部１１５により受信信号の周波数成分を解析する（ＳＴ３３）。プロセッサ１２１は、フィルタ処理部１１５による受信信号の周波数成分の解析結果に基づき、信号識別部１１６により受信信号に含まれるＩＤ情報を特定する（ＳＴ３４）。

信号識別部１１６によりＩＤ情報を特定すると、プロセッサ１２１は、位置判定部１１７によりＩＤ情報に基づいて位置を特定する（Ｓ３５）。位置判定部１１７は、位置ＤＢ１２０を参照して信号識別部１１６が受信信号から抽出したＩＤ情報に対応する信号送信装置１０２を特定し、特定した信号送信装置１０２の位置から自身の位置を特定する。

自身の位置を特定すると、プロセッサ１２１は、通信部１１８により自身の位置を示す位置情報をロボット２０１Ａまたは人物が所持する携帯端末２０１Ｂ等へ送信する（ＳＴ３６）。なお、プロセッサ１２１は、通信部１１８によりＩＤ情報をロボット２０１Ａまたは人物が所持する携帯端末２０１Ｂ等へ送信するようにしても良い。

また、プロセッサ１２１は、信号識別部１１６が識別したＩＤ情報、あるいは、位置判定部１１７が特定した位置を示す位置情報などの情報を表示部１９により表示しても良い。また、プロセッサ２１は、信号識別部１１６がＩＤ情報を識別したことなどのセンサ端末１０１の動作状態を示す情報を表示部１９で表示するようにしても良い。

以上のように、第２実施形態によれば、所定位置に設置された信号送信装置は、搬送波をＩＤ情報に基づいて変調した送信信号を出力する。センサ端末は、受信した受信信号からＩＤ情報を抽出し、抽出したＩＤ情報に基づいて信号の送信元の信号送信装置を特定し、特定した信号送信装置の位置から自身の位置を特定する。

これにより、第２実施形態に係るセンサ端末は、受信信号から抽出するＩＤ情報によって信号の送信元の信号送信装置を特定し、信号送信装置の位置から自身の位置を算出できる。この結果、多数の信号送信装置が配置された領域であっても、個々のセンサ端末が各信号送信装置からの信号によって確実に自身の位置を特定できる。

また、第２実施形態に係るシステムは、ロボットまたは人に装着されるセンサ端末と、自身のＩＤ情報を含んだ信号を送信する信号送信装置とで構成される。前記センサ端末は、受信用の超音波センサが入力する音波信号を受信信号として取得する信号受信部と、前記受信信号の周波数成分を解析するフィルタ処理部と、前記受信信号に含まれるＩＤ情報を識別する信号識別部と、前記信号識別部によるＩＤ情報の識別結果を外部装置へ送信する通信部と、を備える。前記信号送信装置は、自身のＩＤ情報を含んだ送信用の信号情報を作成する信号作成部と、前記信号作成部が作成した前記送信用の信号情報に基づく送信信号を送信用の超音波センサから送信させる信号送信部とを備える。
これらの構成によって、第２実施形態に係るセンサ端末によれば、受信した受信信号から識別したＩＤ情報に基づいて自身の位置を特定できる。

また、第２実施形態に係るセンサ端末は、識別したＩＤ情報あるいはＩＤ情報に基づく位置などの情報を表示する表示部を備えても良い。第２実施形態に係るセンサ端末は、識別したＩＤ情報或いは位置を表示部に表示することによって、使用者の利便性や位置の妥当性の検証を容易にできる。

（第１変形例）
次に、第１実施形態および第２実施形態に適用可能な第１変形例について説明する。 第１変形例は、第１実施形態および第２実施形態で説明した信号作成部１２、２１１に適用可能な変形例である。また、第２実施形態において、信号識別部１１６は、信号作成部１１２に適用する方式に応じた処理によって受信信号からＩＤ情報を識別するものとなる。

図１０及び図１１は、第１変形例としてのＩＤ情報を含む送信信号の作成方法を説明するための図である。図１０は、ＩＤ情報が「１」の場合の送信信号の例を示す。図１１は、ＩＤ情報が「２」である場合の送信信号の例を示す。
第１変形例では、送信信号においてＩＤ情報を表現するため、ＩＤ情報に応じて時系列で信号波の周波数を変化させるものである。信号作成部１２、２１１は、ＩＤ情報と関連付けたパターンで信号波の周波数を時系列で変化させることにより、ＩＤ情報を示す送信用の信号情報を作成する。これに応じて、信号識別部１１６は、受信信号における周波数変化のパターンでＩＤ情報を識別する。

図１０及び図１１は、例えば、信号波として３種類の周波数（５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ）を用いる場合の送信信号の例を示している。図１０は、ＩＤ情報が「１」の場合の送信信号の例である。図１０に示す例では、ＩＤ情報の「１」に対応づけて、周波数変化のパターンを、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚの順番としている。また、図１１に示す例では、ＩＤ情報の「２」に対応づけて、周波数変化のパターンを、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚの順番としている。これらのようにＩＤ情報に応じて周波数を変化させることで、複数のＩＤ情報を示す送信信号を作成できる。

第１変形例によれば、図３に示すように周波数のみでＩＤ情報を表す場合と比較して周波数変化のパターンを用いて送信信号において複数のＩＤ情報を表現することができる。すなわち、第１変形例によれば、多数の信号送信装置にそれぞれ付与される多数のＩＤ情報を周波数変化のパターンを用いて表示することができ、各信号送信装置から出力される信号に含まれる周波数変化のパターンを特定することで、多数の信号送信装置に付与されたＩＤ情報が確実に識別できる。

また、第１変形例によれば、第１実施形態あるいは第２実施形態に係るセンサ端末において、送信信号における信号波の周波数を時系列で切り替えることによって識別可能なＩＤ情報の数を増加することが可能となる。

（第２変形例）
次に、第１実施形態および第２実施形態に適用可能な第２変形例について説明する。 第２変形例は、第１実施形態および第２実施形態で説明した信号作成部１２、２１１に適用可能な変形例である。また、第２実施形態において、信号識別部１１６は、信号作成部１１２に適用する方式に応じた処理によって受信信号からＩＤ情報を識別するものとなる。

図１２および図１３は、第２変形例としてのＩＤ情報を含む送信信号の作成方法を説明するための図である。図１２は、ＩＤ情報が「１」である場合に第２変形例によって出力される送信信号の例を示す。図１３は、ＩＤ情報が「５」である場合に第２変形例によって出力される送信信号の例を示す。
第２変形例は、送信信号において、ＩＤ情報を送信する間隔（１スロット）を定め、１スロットの中の信号長でＩＤ情報を表現するものである。すなわち、第２変形例において、信号作成部１２、２１１は、１スロット中の信号長をＩＤ情報に応じた長さとする送信用の信号情報を作成する。これに応じて、信号識別部１１６は、受信信号における１スロットの中の信号長によってＩＤ情報を識別する。

ここで、図１２および図１３を参照して、１スロットを１００ｍｓとし、ＩＤ情報「１」から「１０」までを１０ｍｓごとの信号長で表現する送信信号の例について説明する。この場合、信号作成部１２、２１１は、１スロット中の信号長が以下の式（２）を満たすように送信用の信号情報を作成する。
ＩＤ情報の番号＝受信した信号長［ｍｓ］／１０［ｍｓ］…（２）。

例えば、ＩＤ情報が「１」の場合、信号作成部１２、２１１は、図１２に示すように、信号長が１０ｍｓの信号を１００ｍｓ間隔で出力する送信信号となる送信用の信号情報を作成する。また、ＩＤ情報が「５」の場合、信号作成部１２、２１１は、図１３に示すように、信号長が５０ｍｓの信号を１００ｍｓ間隔で出力する送信信号となる送信用の信号情報を作成する。これらに対応して、信号識別部１１６では、受信信号における１スロット中の信号長を特定することでＩＤ情報を識別する。

以上のように、第２変形例によれば、所定の間隔（１スロット）中の信号長によってＩＤ情報を表現することで、単一の周波数でも多数のＩＤ情報を表現することができ、多数の信号送信装置のＩＤ情報を識別するような運用形態が実現できる。

また、第２変形例で説明した構成の送信信号が出力される場合、センサ端末１、１０１は、受信した信号が正常に受信できたか否かが判定できる。
図１４および図１５は、図１２又は図１３に示すように所定の間隔（１スロット）の信号長でＩＤ情報を示す送信信号が正常に受信できたか否かを判定する処理を説明するための図である。

プロセッサ２１、１２１は、信号の受信を開始したタイミング（オンになるタイミング）の間隔と信号の受信を終了したタイミング（オフになるタイミング）との間隔に基づいて信号を正常に受信したか否かを判定しても良い。例えば、信号識別部１１６は、ＩＤ情報を識別する場合に、信号の受信を開始したタイミング（オンになるタイミング）の間隔と信号の受信を終了したタイミング（オフになるタイミング）の間隔とをそれぞれ記録し、受信した信号を識別するかどうかを判断してもよい。

ＩＤ情報に応じた信号長を固定の１スロットごとに出力するため、正常に信号が受信できた場合、１スロットの長さ、オンになるタイミングの間隔、および、オフになるタイミングの間隔の３つが一致する。遮蔽物などにより信号が正確に受信できなかった場合、受信する信号長が変化するため、１スロットの長さ、ＯＮになるタイミングの間隔、および、ＯＦＦになるタイミングの間隔が一致しないものとなる。

図１４は、信号を正常に受信できた場合を説明するための図であり、図１５は、信号を正常に受信できていない場合を説明するための図である。信号を正常に受信できれば、図１４に示すように、オンになるタイミングの間隔とオフになるタイミングの間隔とが、１スロットの長さに一致する。また、信号が正常に受信できていない場合、図１５に示すように、オンになるタイミングの間隔またはオフになるタイミングの間隔が、１スロットの長さと一致しなくなる。

以上のように、第２変形例のように送信信号における所定の間隔（１スロット）中の信号長によってＩＤ情報を表現する場合、信号がオンになるタイミングの間隔および信号がオフになるタイミングの間隔が１スロットの長さと一致したか否かにより信号が正常に受信できたか否かを判定できる。これにより、雑音あるいは遮蔽物等による信号の欠損によるＩＤ情報の誤識別を抑制することが可能となる。

また、第２変形例によれば、第１実施形態あるいは第２実施形態に係るセンサ端末において、出力する信号長をＩＤごとに固有の値とすることによって、信号長からＩＤ情報が識別可能となる。
さらに、第２変形例によれば、受信信号において、オンになるタイミングの間隔とオフになるタイミングの間隔とを計測し、各間隔が信号の送信間隔と一致する場合に正常な信号として当該受信信号に含まれるＩＤ情報を識別する。これにより、一部の情報が欠けて受信した信号による誤判定を抑制できる。

（第３変形例）
次に、第１実施形態および第２実施形態に適用可能な第３変形例について説明する。 第３変形例は、第１実施形態および第２実施形態で説明した信号作成部１２、２１１に適用可能な変形例である。また、第２実施形態において、信号識別部１１６は、信号作成部２１１に適用する方式に応じた処理によって受信信号からＩＤ情報を識別するものとなる。

図１６および図１７は、第３変形例としてのＩＤ情報を含む送信信号の生成方法を説明するための図である。
第３変形例は、図１６および図１７に示すように、送信信号における１スロットをさらに細かい時間間隔（１ブロック）で区切り、１ブロックごとに信号をオンまたはオフすることによりＩＤ情報を表現するものである。信号識別部１１６は、送信信号における１スロット中の各ブロックに信号が存在するか否かを判断することで、送信信号に示すＩＤ情報を識別する。

例えば、１スロットを１００ｍｓ、１ブロックを１０ｍｓとした場合、１スロットの最初に信号の受信開始を通知するスタート信号５０ｍｓを送信し、その後の５ブロック分のオンとオフとの２進数表記でＩＤ情報を表現できる。図１６に示す例では、１スロットにおいてスタート信号となる５ブロック分をオンし、スタート信号後の５ブロックをそれぞれ「オフ」「オフ」「オフ」「オフ」「オン」とすることで、５桁の２進数として「００００１」を表現する。また、図１７に示す例では、送信信号の１スロットにおいてスタート信号となる５ブロック分をオンし、スタート信号後の５ブロックをそれぞれ「オフ」「オフ」「オン」「オフ」「オン」とすることで、５桁の２進数として「００１０１」を表現する。

また、複数のブロックに分けてＩＤ情報を表現する場合、送信信号には、ＩＤ情報以外の情報を追加しても良い。例えば、誤判定を抑制するために、受信した信号の誤り訂正用の情報を追加しても良い。
以上のように、第３変形例によれば、送信信号に設けた複数のブロックにおける信号の有無でＩＤ情報を表現することにより、多数のＩＤ情報を表現することが可能となり、さらに、ＩＤ情報以外の情報を付加することも可能となる。

また、第３変形例によれば、送信信号において個々のブロックとして定義する固定時間ごとに送信信号のオンとオフとを切り替えることによりＩＤ情報を表現する。これにより、送信信号における固定時間ごとの各ブロックのオンとオフとの状態で多数のＩＤ情報を表現できる。

（第４変形例）
次に、第１実施形態および第２実施形態に適用可能な第４変形例について説明する。 第４変形例は、第１実施形態および第２実施形態で説明した信号作成部１２、２１１に適用可能な変形例である。また、第２実施形態において、信号識別部１１６は、信号作成部２１１に適用する方式に応じた処理によって受信信号からＩＤ情報を特定するものとなる。

図１８乃至２０は、第４変形例としてのＩＤ情報を含む送信信号の生成方法を説明するための図である。
第４変形例は、送信信号において、信号波の周波数の切り替えと信号長の長さの変更とによってＩＤ情報を表現する。例えば、送信信号は、信号波の周波数によってＩＤ情報としてのＩＤ番号の十の位を示し、信号長の長さによって当該ＩＤ番号の一の位を表現しても良い。

例えば、図１８乃至２０に示す例において、１０ｋＨｚの場合はＩＤ番号が１０番台であり、２０ｋＨｚの場合はＩＤ番号が２０番台であることを示す。図１８は、信号波の周波数を１０ｋＨｚとし、信号長を１０ｍｓとすることで、ＩＤ番号「１１」を表現する送信信号の例である。また、図１９は、ＩＤ番号が「１２」であることを表現するため、信号波の周波数を１０ｋＨｚとし、信号長を２０ｍｓとする送信信号を示す。また、図２０は、信号波の周波数を２０ｋＨｚとし、信号長を１０ｍｓとすることで、ＩＤ番号「２１」を表現する送信信号の例である。

なお、信号作成部２１１は、作成する送信用の信号情報における信号長を１ｍｓ以下に制限することによって信号（音波）の送信間隔を２０ｍｓ以下に高速化しても良い。信号の送信間隔を短くすることで、センサ端末を取り付けたロボットまたは人物などの移動体の移動速度が速い場合においても、周辺の検知物との距離推定の時間分解能を高めることができる。
以上のように、第４変形例によれば、送信信号において信号波の周波数の変化と信号長の長さの変化とを併用してＩＤ情報を表現することにより、多数のＩＤ情報を表現することが可能となる。

第４変形例に係るセンサ端末は、受信信号において信号波の周波数情報と信号長とからＩＤ情報を識別する。これにより、第４変形例によれば、超音波信号において信号波の周波数情報と信号長とでＩＤ情報を表現でき、多数のＩＤ情報を表現できる。

さらに、第４変形例によれば、送信信号における信号長を設定値以下に制限することで距離推定の時間分解能を高めることができ、近接する物体や高速に移動中であっても確実に受信信号に含まれるＩＤ情報を特定できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した内容を付記する。
［１］
超音波センサが受信する音波を電気信号に変換した受信信号を取得する信号受信部と、 前記信号受信部により取得した受信信号の周波数成分を解析し、前記受信信号の周波数成分の解析結果に基づいて前記受信信号に含まれる識別情報を特定するプロセッサと、 を具備するセンサ端末。
［２］
前記プロセッサは、
当該センサ端末に固有な識別情報を含む送信信号を出力するための送信用の信号情報を作成し、
前記送信用の信号情報に応じた送信信号を前記超音波センサが出力した後、前記信号受信部が取得する受信信号の周波数成分が前記送信信号の周波数成分と一致する場合に前記送信信号の送信タイミングと前記受信信号の受信タイミングとに基づいて対象物までの距離を算出する、
［１］に記載のセンサ端末。
［３］
前記受信信号に含まれる識別情報は、前記受信信号の送信元を示す識別情報であり、 前記プロセッサは、前記受信信号の周波数成分の解析結果に基づいて前記受信信号に含まれる識別情報により送信元を特定する、
［１］に記載のセンサ端末。
［４］
前記プロセッサは、前記受信信号に含まれる識別情報により特定される送信元の位置に基づいて当該センサ端末の位置を特定する、
［３］に記載のセンサ端末。
［５］
前記プロセッサは、前記受信信号における信号波の周波数の時系列での変化に基づいて識別情報を特定する、
［１］乃至［４］の何れか１つに記載のセンサ端末。
［６］
前記プロセッサは、前記受信信号における信号長に基づいて識別情報を特定する、
［１］乃至［４］の何れか１つに記載のセンサ端末。
［７］
前記プロセッサは、前記受信信号において信号がオンになるタイミングの間隔とオフになるタイミングの間隔とが信号の送信間隔と一致する場合に前記識別情報の識別を実行する、
［６］に記載のセンサ端末。
［８］
前記プロセッサは、前記受信信号における所定の固定時間ごとの信号のオンまたはオフの状態に基づいて識別情報を特定する、
［１］乃至［４］の何れか１つに記載のセンサ端末。
［９］
前記プロセッサは、前記受信信号における信号波の周波数と信号長とに基づいて識別情報を特定する、
［１］乃至［４］の何れか１つに記載のセンサ端末。
［１０］
前記受信信号は、信号長が所定の設定値以下に制限される、
［１］乃至［９］の何れか１つに記載のセンサ端末。
［１１］
さらに、前記プロセッサが特定する識別情報に関する情報を報知する報知部を有する、
［１］乃至［１０］の何れか１つに記載のセンサ端末。

１（１Ａ、１Ｂ）…センサ端末、１１…超音波センサ、１２、１１２…信号作成部、１３…信号送信部、１４、１１４…信号受信部、１５、１１５…フィルタ処理部、１６、１１６…信号判定部、１７、１１７…測距部、１８、１１８…通信部、１９、１１９…表示部、２１、１２１…プロセッサ、１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ）…センサ端末、１１１…超音波センサ（受信用の超音波センサ）。

Claims (4)

1. 自動搬送車又はロボットに搭載されるセンサ端末であって、
   超音波センサが受信する音波を電気信号に変換した受信信号を取得する信号受信部と、
   当該センサ端末に固有な識別情報を周波数の変化と１ｍｓ以下の信号長の長さとを併用して表現する送信用の信号情報に応じた送信信号を２０ｍｓ以下の所定間隔で前記超音波センサが出力し、前記信号受信部により取得した受信信号において周波数の変化と信号長の長さとで表現される識別情報を特定し、前記受信信号に含まれる識別情報が当該センサ端末の識別情報と一致する場合に前記送信信号の送信タイミングと前記受信信号の受信タイミングとに基づいて対象物までの距離を算出するプロセッサと、
   を具備するセンサ端末。
2. 前記プロセッサは、前記受信信号に含まれる識別情報により特定される送信元の位置に基づいて当該センサ端末の位置を特定する、
   請求項１に記載のセンサ端末。
3. 前記プロセッサは、前記受信信号において信号がオンになるタイミングの間隔とオフになるタイミングの間隔とが信号の送信間隔と一致する場合に前記識別情報の識別を実行する、
   請求項１又は２の何れか１項に記載のセンサ端末。
4. さらに、前記プロセッサが特定する識別情報に関する情報を報知する報知部を有する、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のセンサ端末。