JP2005069892A - System for computing self-position of moving object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体の位置を算出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for calculating the position of a moving body.
特許文献1には、無人搬送車を誘導するためのシステムであって、一定周期で変調された超音波信号を発信する親局と、この親局からの信号を受信し、一定時間遅れで超音波自局識別信号を発信する複数の子局と、これら親局と子局からの各信号を受信し、受信した各信号の時間差から位置を算出する無人搬送車に設けられた算出部を備えたシステムが記載されている。無人搬送車は移動体の一例といえる。
特許文献1に記載のシステムのように、各信号の時間差から無人搬送車の位置を算出する場合、計算処理が複雑化し易いという問題があった。
具体的には、特許文献1に記載のシステムとして、親局と、3つの子局(第1子局、第2子局、第3子局)を備えた無人搬送車の誘導システムが存在するとする。図1に示すように、親局から発信する信号をAとし、その発信タイミングをt1とする。その信号Aを無人搬送車が受信したタイミングをt2とする。第1子局、第2子局、第3子局から発信する超音波をそれぞれB1、B2、B3とし、その発信タイミングをそれぞれt3、t5、t7とする。その超音波B1、B2、B3を無人搬送車が受信したタイミングをそれぞれt4、t6、t8とする。
また、発信タイミングt3とt5の差をTmとする。Tmは既知とする。受信タイミングt4とt6の差はTaである。Taは、先に述べた「受信した各信号(受信した超音波BlとB2)の時間差」に相当する。Taは算出可能である。
超音波B1の発信タイミングt3と受信タイミングt4の差をT1とする。超音波B2の発信タイミングt5と受信タイミングt6の差をT2とする。
When the position of the automatic guided vehicle is calculated from the time difference between the signals as in the system described in
Specifically, as a system described in
The difference between the transmission timings t 3 and t 5 is Tm. Tm is assumed to be known. Differences in the receiving timing t 4 and t 6 is Ta. Ta corresponds to the “time difference between received signals (received ultrasonic waves B 1 and B 2 )” described above. Ta can be calculated.
The difference in reception timing t 4 the transmission timing t 3 of ultrasonic B 1 and T 1. The difference in reception timing t 6 the transmission timing t 5 of the ultrasonic B 2 and T 2.
図1によく示されるように、Tm=T1+Rであり、Ta=R+T2である。これらの式の左辺同士の差をとり、右辺同士の差をとると、Rが消去され、Tm−Ta=T1−T2となる。即ち、既知のTmと算出可能なTaからは、T1とT2の差しか求めることができず、T1自体の値とT2自体の値は求めることができない。T1自体の値がわかれば、第1子局と無人搬送車の距離を算出できる。T2自体の値がわかれば、第2子局と無人搬送車の距離を算出できる。しかし、T1とT2の差だけでは、第1子局と無人搬送車の距離と、第2子局と無人搬送車の距離の差しか算出できない。この結果、無人搬送車(移動体)の位置の算出処理が複雑化し易いという問題があった。 As well shown in FIG. 1, Tm = T 1 + R and Ta = R + T 2 . Taking the difference between the left sides of these equations and taking the difference between the right sides, R is eliminated, and Tm−Ta = T 1 −T 2 . That is, only the difference between T 1 and T 2 can be obtained from the known Tm and the calculable Ta, and the value of T 1 itself and the value of T 2 itself cannot be obtained. Knowing the value of T 1 itself can calculate the distance of the first child station and the AGV. Knowing the value of T 2 itself may calculate the length of the second slave station and the AGV. However, the only difference T 1 and T 2, and the distance of the first slave station and the AGV can only be calculated difference in distance of the second slave station and the AGV. As a result, there is a problem that the calculation process of the position of the automatic guided vehicle (moving body) is likely to be complicated.
本発明は、移動体の位置の算出処理を簡単化することを目的とする。 An object of this invention is to simplify the calculation process of the position of a moving body.
本発明の1つの態様の移動体の自己位置算出システムは、基準信号を発信する基準信号発信手段と、複数の基地局と、移動体を備えている。各基地局は、前記基準信号を受信する基準信号受信手段と、前記基地局毎に異なる時間間隔データを記憶する記憶手段と、前記基準信号受信手段が前記基準信号を受信した第1タイミングから前記記憶手段に記憶された前記時間間隔を置いた第2タイミングに伝播波を発信する伝播波発信手段を有する。
前記移動体は、前記伝播波を受信する伝播波受信手段と、前記第2タイミングにほぼ等しい第3タイミングと前記伝播波を前記伝播波受信手段が受信した第4タイミングの差を各基地局について算出するタイミング差算出手段と、前記タイミング差算出手段で各基地局について算出した前記タイミング差、伝播波の速度データ及び各基地局の位置データに基づいて前記移動体自身の位置を算出する自己位置算出手段を有する。
A mobile body self-position calculation system according to one aspect of the present invention includes reference signal transmission means for transmitting a reference signal, a plurality of base stations, and a mobile body. Each base station includes a reference signal receiving unit that receives the reference signal, a storage unit that stores time interval data different for each base station, and a first timing at which the reference signal receiving unit receives the reference signal. Propagating wave transmission means for transmitting the propagation wave at the second timing with the time interval stored in the storage means.
The mobile unit determines a difference between a propagation wave receiving unit that receives the propagation wave, a third timing substantially equal to the second timing, and a fourth timing at which the propagation wave reception unit receives the propagation wave for each base station. A timing difference calculating means for calculating, and a self-position for calculating the position of the mobile itself based on the timing difference calculated for each base station by the timing difference calculating means, velocity data of propagation waves and position data of each base station It has a calculation means.
「前記第2タイミングにほぼ等しい第3タイミング」とは、第3タイミングが、第2タイミングに比べて多少ずれている場合を許容する趣旨である。具体的には、第2タイミングと第3タイミングの差が、前記時間間隔データの最小値の1/20(好ましくは1/50)以下の場合は、第2タイミングと第3タイミングがほぼ等しい場合に少なくとも含まれる。
なお、上記した「第1タイミング」〜「第4タイミング」は基地局毎に存在するものである。例えば、第1基地局の第2タイミングと第2基地局の第2タイミングは異なる。
上記した伝播波とは、電磁場を伝播する電磁波や、気体中、液体中あるいは固体中を伝播する音波等を示す。電磁波には、電波や光等が含まれる。音波には、可聴周波の弾性波に限らず、周波数が可聴周波以上の超音波等も含まれる。
The “third timing substantially equal to the second timing” is intended to allow a case where the third timing is slightly deviated from the second timing. Specifically, when the difference between the second timing and the third timing is 1/20 (preferably 1/50) or less of the minimum value of the time interval data, the second timing is almost equal to the third timing. Included at least.
The “first timing” to “fourth timing” described above exist for each base station. For example, the second timing of the first base station and the second timing of the second base station are different.
The above-mentioned propagation wave indicates an electromagnetic wave propagating in an electromagnetic field, a sound wave propagating in a gas, a liquid, or a solid. Electromagnetic waves include radio waves and light. The sound wave is not limited to an acoustic wave having an audio frequency, but includes an ultrasonic wave having a frequency equal to or higher than an audio frequency.
上記態様によると、各基地局についての前記第3タイミングと前記第4タイミングの差(タイミング差)から、各基地局から移動体までの伝播波の到達時間自体を知ることができる。そして、各基地局について算出した前記タイミング差、伝播波の速度データ及び各基地局の位置データに基づいて移動体自身の位置を算出するので、移動体の位置の算出処理を簡単化することが可能となる。 According to the said aspect, the arrival time itself of the propagation wave from each base station to a mobile body can be known from the difference (timing difference) between the third timing and the fourth timing for each base station. And, since the position of the mobile body is calculated based on the timing difference calculated for each base station, the velocity data of the propagation wave, and the position data of each base station, it is possible to simplify the process of calculating the position of the mobile body. It becomes possible.
前記基準信号発信手段が発信する前記基準信号が電波信号であり、前記移動体は、前記基準信号を受信する基準信号受信手段と、前記時間間隔データを各基地局について記憶する記憶手段と、前記移動体の前記基準信号受信手段が前記基準信号を受信した第5タイミング及び前記移動体の前記記憶手段に記憶された前記時間間隔データに基づいて前記第3タイミングを各基地局について求めるタイミング導出手段をさらに有することが好ましい。
上記態様では、基準信号が電波信号であり、非常に高速であるため、基地局が基準信号を受信する前記第1タイミングと、移動体が基準信号を受信する前記第5タイミングのずれは非常に小さい。よって、その第5タイミングと前記時間間隔データから第2タイミングに実質的に等しい第3タイミングを求めることができる。
The reference signal transmitted by the reference signal transmission means is a radio wave signal, and the mobile body includes reference signal reception means for receiving the reference signal, storage means for storing the time interval data for each base station, and Timing deriving means for obtaining the third timing for each base station based on the fifth timing when the reference signal receiving means of the mobile body receives the reference signal and the time interval data stored in the storage means of the mobile body It is preferable to further have.
In the above aspect, since the reference signal is a radio wave signal and is very fast, the difference between the first timing at which the base station receives the reference signal and the fifth timing at which the mobile body receives the reference signal is very high. small. Therefore, the third timing substantially equal to the second timing can be obtained from the fifth timing and the time interval data.
各基地局についての前記第3タイミングを特定するに足りる情報を含む参照信号を発信する参照信号発信手段をさらに有し、前記移動体は、前記参照信号を受信する参照信号受信手段をさらに有することが好ましい。この参照信号発信手段は、基準信号発信手段を有する装置に一緒に含まれていてもよいし、基地局に含まれていてもよいし、その他の形態であってもよい。
上記態様によると、移動体側で第3タイミングを求めなくても、移動体は第3タイミングを特定するに足りる情報を得ることができる。
Reference signal transmission means for transmitting a reference signal including information sufficient to specify the third timing for each base station is further included, and the mobile unit further includes reference signal reception means for receiving the reference signal. Is preferred. This reference signal transmission means may be included in the apparatus having the reference signal transmission means, may be included in the base station, or may be in another form.
According to the said aspect, even if it does not require | calculate the 3rd timing on the mobile body side, the mobile body can obtain sufficient information to specify the 3rd timing.
前記自己位置算出手段は、前記タイミング差算出手段で1つの基地局について新たなタイミング差を算出する度に、その新たなタイミング差と、前記1つの基地局以外の基地局について既に算出されている最新のタイミング差に基づいて前記移動体自身の位置を算出することが好ましい。
上記態様によると、短い時間間隔で移動体の位置を算出することができる。
Each time the self-position calculating means calculates a new timing difference for one base station by the timing difference calculating means, the self-position calculating means has already been calculated for base stations other than the one base station. It is preferable to calculate the position of the moving body itself based on the latest timing difference.
According to the above aspect, the position of the moving body can be calculated at short time intervals.
前記基地局を4つ有し、そのうちの2つの基地局が第1組を構成し、残りの2つの基地局が第2組を構成し、第1組の基地局同士を結ぶ線と第2組の基地局同士を結ぶ線が直交するように各基地局が配置されていることが好ましい。
上記態様によると、移動体の位置を算出する際の計算処理をより簡単化することが可能となる。
There are four base stations, two of which make up the first set, the remaining two base stations make up the second set, and a line connecting the first set of base stations and the second Each base station is preferably arranged such that the lines connecting the pair of base stations are orthogonal to each other.
According to the above aspect, it is possible to further simplify the calculation process when calculating the position of the moving object.
本発明の自己位置算出システムでは、伝播波として超音波を好適に用いることができる。この態様によると、移動体の位置を算出する際の計算処理をより簡単化することが可能となる。 In the self-position calculation system of the present invention, an ultrasonic wave can be suitably used as the propagation wave. According to this aspect, it is possible to further simplify the calculation process when calculating the position of the moving object.
本発明の他の態様の移動体は、基準信号受信手段が基準信号を受信した第1タイミングから所定の時間間隔を置いて順番に伝播波を発信する複数の基地局を使用して位置が算出される移動体である。この移動体は、前記伝播波を受信する伝播波受信手段と、前記基地局が伝播波を発信するタイミングにほぼ等しい第3タイミングとその伝播波を前記伝播波受信手段が受信した第4タイミングの差を各基地局について算出するタイミング差算出手段と、前記タイミング差算出手段で各基地局について算出した前記タイミング差、伝播波の速度データ及び各基地局の位置データに基づいて自己の位置を算出する自己位置算出手段を有する。
さらに、本発明に係る移動体では、伝播波として超音波を好適に用いることができる。
The mobile unit according to another aspect of the present invention calculates a position using a plurality of base stations that sequentially transmit a propagation wave at a predetermined time interval from the first timing when the reference signal receiving unit receives the reference signal. It is a moving body. The mobile unit includes: a propagation wave receiving unit that receives the propagation wave; a third timing that is substantially equal to a timing at which the base station transmits the propagation wave; and a fourth timing at which the propagation wave reception unit receives the propagation wave. Timing difference calculating means for calculating the difference for each base station, and calculating its own position based on the timing difference, propagation wave velocity data, and position data of each base station calculated for each base station by the timing difference calculating means. Self-position calculating means.
Furthermore, in the moving body according to the present invention, an ultrasonic wave can be suitably used as the propagation wave.
本明細書(実施例も含む)において「手段」とは、ハードウェアに限られず、各手段の機能がソフトウェアによって実現される場合も含む。さらに、1つの手段の機能が2つ以上のハードウェア又はソフトウェアによって実現されていても、あるいは、2つ以上の手段の機能が1つのハードウェア又はソフトウェアによって実現されていてもよい。具体的には、基準信号発信手段や、基地局や、移動体等は、専用のハードウェアで構成してもよいし、少なくとも一部を汎用のコンピュータ(CPU、ROM、RAM、外部記憶装置等を有する)で構成し、そのコンピュータでプログラムを実行させることで、基準信号発信手段や、基地局や、移動体等の機能を実現してもよい。 In this specification (including the embodiments), the “means” is not limited to hardware, and includes cases where the functions of the respective means are realized by software. Further, the function of one means may be realized by two or more hardware or software, or the functions of two or more means may be realized by one hardware or software. Specifically, the reference signal transmission means, the base station, the mobile body, and the like may be configured by dedicated hardware, or at least a part of a general-purpose computer (CPU, ROM, RAM, external storage device, etc.) The reference signal transmission means, the base station, the mobile unit, and the like may be realized by causing the computer to execute the program.
本発明によると、移動体の位置の算出処理を簡単化することが可能となる。これにより、その算出時間を短縮することが可能となる。この結果、移動体の位置の算出精度を向上させることが期待できる。 According to the present invention, it is possible to simplify the calculation process of the position of the moving object. Thereby, the calculation time can be shortened. As a result, it can be expected to improve the calculation accuracy of the position of the moving body.
まず、後述する本発明の実施例から把握される技術的思想の一部を列挙する。
(形態1) 各基地局の前記超音波発信手段が発信する超音波の周波数が等しい。
これによると、移動体において受信した超音波の処理の負担を軽減できる。
(形態2) 前記移動体は、前記超音波受信手段で受信した超音波を電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段で得た変換信号の中から所定のしきい値以上の変換信号を抽出する抽出手段をさらに有する。
(形態3) 前記移動体は、所定の時間幅内に前記超音波受信手段で受信した超音波を、特定の前記基地局の前記超音波発信手段が発信した超音波と認識して処理する処理手段を有する。
上記形態2又は3によると、受信した超音波にノイズ成分(反射波成分も含む)が含まれている場合でも、そのノイズ成分による悪影響を受けにくい。
First, some of the technical ideas grasped from the embodiments of the present invention to be described later are listed.
(Embodiment 1) The frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitting means of each base station is equal.
According to this, it is possible to reduce the burden of processing the ultrasonic wave received by the moving body.
(Mode 2) The moving body converts the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving means into an electric signal, and converts the conversion signal obtained by the conversion means to a predetermined threshold value or more. It further has extraction means for extracting.
(Mode 3) The mobile unit recognizes and processes the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving unit within a predetermined time width as the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting unit of the specific base station. Have means.
According to the above form 2 or 3, even when the received ultrasonic wave includes a noise component (including a reflected wave component), it is difficult to be adversely affected by the noise component.
(第1実施例) 図2は、第1実施例の移動体の自己位置算出(自己位置計測)システムの構成を模式的に示した図である。図3は、そのシステムのブロック図を示す。図4は、そのシステムの動作を示すタイミングチャートである。
図2と図3に示すように、この自己位置算出システムは、基準信号発信装置10と、3つの基地局20a、20b、20cと、移動体30を有する。図2には、移動体30が1つだけ示されているが、このシステムでは、独立に移動する複数の移動体30の位置を算出することが可能である。本実施例では、図2に示される移動体30の移動範囲70を20m×20mと設定している。
First Embodiment FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a mobile body self-position calculation (self-position measurement) system according to a first embodiment. FIG. 3 shows a block diagram of the system. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the system.
As shown in FIGS. 2 and 3, the self-position calculation system includes a reference
図3に示すように、基準信号発信装置10は、記憶手段12と、基準信号生成手段14と、基準信号発信機16と、基準信号発信制御手段18を有する。基準信号生成手段14や基準信号発信制御手段18はCPU等によって構成する。
基準信号発信装置10から発信する基準信号は、電波信号である。その基準信号は、各基地局20a、20b、20cと移動体30に基準となるタイミングを知らせるだけの役割で使用してもよいし、基地局20及び/又は移動体30で使用可能な情報を乗せて発信するようにしてもよい。例えば、基準信号には、基地局20が基準信号を受信してから超音波を発信するまでの時間間隔データを乗せてもよい。記憶手段12は、基準信号生成用データと、基準信号発信用データを記憶する。基準信号生成用データには、上記した時間間隔データ等が含まれる。基準信号発信用データには、基準信号の発信タイミングの情報等が含まれる。
As shown in FIG. 3, the reference
The reference signal transmitted from the reference
基準信号生成手段14は、記憶手段12に記憶された基準信号生成用データに基づいて、基準信号を生成する。生成された基準信号データは、記憶手段12に記憶する。基準信号発信機16は、各基地局20a、20b、20cと移動体30に向けて基準信号を発信可能である。基準信号発信機16は、図2に示すように発信用アンテナ16aを有する。基準信号発信制御手段18は、記憶手段12に記憶された基準信号発信用データに含まれる発信タイミングで、基準信号発信機16に基準信号を発信させるように制御する。本実施例では、基準信号発信機16が図4に示すように基準信号Aをタイミングt1に発信するように基準信号発信制御手段18が制御するとする。
The reference
各基地局20a、20b、20cは、図2に例示されるように、同一直線上にない位置に固定されている。各基地局20a、20b、20cの位置は、既知である。図3に示すように、各基地局20a、20b、20cはそれぞれ、基準信号受信機22a、22b、22cと、記憶手段24a、24b、24cと、超音波発信機26a、26b、26cと、超音波発信制御手段28a、28b、28cを有する。超音波発信制御手段28はCPU等によって構成する。なお以下では、必要な場合を除いて、各基地局(又はこれらの構成要素)20a、20b、20cに共通する説明については添字(a等)を省略する。
Each
基準信号受信機22は、基準信号発信装置10から発信された基準信号を受信可能である。基準信号受信機22a、22b、22cはそれぞれ、図2に示すように受信用アンテナ22a−1、22b−1、22c−1を有する。各基地局20a、20b、20cが、図4に示すように基準信号Aをタイミングt2に受信したとする。基準信号Aは電波信号であり、非常に高速であるため、基準信号発信装置10と基地局20の距離が基地局20毎に異なっていても、各基地局20a、20b、20cが実質的に同じタイミングに受信したとみなすことができる。
The reference signal receiver 22 can receive the reference signal transmitted from the reference
記憶手段24は、基準信号受信機22が基準信号Aを受信したタイミングt2を記憶する。また、記憶手段24は、基準信号Aを受信したタイミングt2から超音波を発信するタイミングまでの時間間隔データを記憶する。その時間間隔データの値は基地局20毎に異なる。図4に示すように、第1基地局20aからは、超音波B1がタイミングt2に発信される。即ち、タイミングt2からの時間はゼロである。第2基地局20bからは、超音波B2がタイミングt5に発信される。即ち、タイミングt2からの時間はt5−t2=Tmである。第3基地局20cからは、超音波B3がタイミングt7に発信される。即ち、タイミングt2からの時間はt7−t2=2Tmである。これらの時間間隔データ(ゼロ、Tm、2Tm)は、基準信号から得てもよいし、オペレータが予め入力しておいてもよい。なお、厳密には、例えば第1基地局20aが基準信号を受信したタイミングt2から、超音波B1を発信するまでの間には、処理時間が必要となる。このため、超音波B1を発信するタイミングはt2より若干遅れる。しかしここでは、その発信タイミングを近似的にt2として説明している。
Storage means 24, the reference signal receiver 22 stores the timing t 2, which has received the reference signal A. The storage unit 24 stores the time interval data from the timing t 2, which has received the reference signal A to the timing of transmitting ultrasonic waves. The value of the time interval data differs for each base station 20. As shown in FIG. 4, from the
超音波発信機(超音波音源ともいえる)26は、超音波(超音波パルス)を移動体30に向けて発信可能である。各超音波発信機26a、26b、26cは、図2に示すように発信用アンテナ26a−1、26b−1、26c−1を有する。各超音波発信機26a、26b、26cは、周波数が等しい超音波を発信する同じ仕様の発信機である。本実施例では、各超音波発信機26a、26b、26cが周波数40kHzの超音波を発信するものとする。この周波数は、40±5kHzであることが好ましい。各超音波発信機26a、26b、26cは、基準信号受信機22が基準信号を受信したタイミングt2を基準として、第1基地局20a、第2基地局20b、第3基地局20cが等しい時間間隔Tmを置いて順番に超音波を発信する動作を行うように、それぞれ超音波発信制御手段28a、28b、28cによって制御される。
なお、この時間間隔は異なっていてもよい。例えば、第1基地局20aが超音波B1を発信するタイミングと、第2基地局20bが超音波B2を発信するタイミングの差(時間間隔)が2Tmで、第2基地局20bが超音波B2を発信するタイミングと、第3基地局20cが超音波B3を発信するタイミングの差(時間間隔)がTmであってもよい。
The ultrasonic transmitter (also referred to as an ultrasonic sound source) 26 can transmit ultrasonic waves (ultrasonic pulses) to the moving
Note that this time interval may be different. For example, the timing at which the
このように、本実施例では、各超音波発信機26a、26b、26cは、周波数が異なる超音波を同じタイミングに発信するのではなく、周波数が等しい超音波をタイミングをずらして発信するようにしている。よって、移動体30側では、その受信タイミングの相違から、受信した超音波がいずれの基地局20からの超音波であるかを認識できる。この結果、移動体30側では、周波数が異なる超音波を区別して受信する場合に必要とされる複雑な信号解析処理が不要となる。このため、移動体30側での処理の負担が小さい。
As described above, in this embodiment, the
移動体30は、図2に模式的に示すような車輪66a(図3の移動機構66の一部)を有しており、車輪走行型ロボットともいえる。この移動体30は、1m/秒程度の速さで移動可能である。図3に示すように、移動体30は、基準信号受信機32と、2つの超音波受信機34、38と、2つの超音波変換器36、40と、アイソレーション回路42と、波形整形ボード44と、USB通信用ボード46を有する。
The moving
基準信号受信機32は、基準信号発信装置10から発信された基準信号を受信可能である。基準信号受信機32は、図2に示すように受信用アンテナ32aを有する。基準信号受信機32(移動体30)が、図4に示すように基準信号Aをタイミングt2に受信したとする。先に述べたのと同様の理由から、移動体30についても各基地局20a、20b、20cと実質的に同じタイミングに基準信号Aを受信したとみなすことができる。基準信号受信機32は、基準信号Aを受信すると、信号を出力する。その出力信号は、USB通信用ボード46に入力される。
The
2つの超音波受信機(超音波センサ)34、38は、各基地局20a、20b、20cの超音波発信機26から発信された超音波を受信可能である。2つの超音波受信機34、38は、図2に示すように移動体30の前後方向に所定間隔を置いて離れた位置に配置されている。本実施例では、2つの超音波受信機34、38は、200mm離れている。2つの超音波受信機34、38を利用することで、移動体30の傾きを求めることができる。例えば、各超音波受信機34、38の位置を算出し、その両位置を結ぶ線と、予め設定された基準線の傾きを算出することで、移動体30の傾きを求めることができる。
The two ultrasonic receivers (ultrasonic sensors) 34 and 38 can receive ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitters 26 of the
また、2つの超音波受信機34、38を利用することで、位置算出の精度や、位置算出システムの異常を知ることもできる。例えば、各超音波受信機34、38の位置を算出し、その両位置の間の距離を算出し、その算出距離と実際の距離の差から、位置算出の精度を知ることができる。また、その算出距離と実際の距離の差が所定値以上の場合は、位置算出システムに異常が生じていると認識できる。
Further, by using the two
第1超音波受信機34が受信した超音波は、第1超音波変換器36に送られる。第2超音波発信機38が受信した超音波は、第2超音波変換器40に送られる。各超音波変換器36、40はそれぞれ、超音波受信機34、38から送られてきた超音波を電気信号に変換する。図4に示すD(D1A、D1B等)は、第1超音波変換器36で超音波を電気信号に変換した変換信号である。その変換信号は、基地局20a、20b、20cから発信された超音波パルスに比べて波形が崩れている。図4に示すD1Aは、第1基地局20aから発信された超音波のうち直接的に到達したもの(直接波)に対応する。D1Bは、第1基地局20aから発信された超音波のうち壁等で反射して到達したもの(反射波)に対応する。図4に示すE(E1A、E1B等)は、第2超音波変換器40で超音波を電気信号に変換した変換信号である。図4の例では、変換信号DとEは、若干タイミングがずれている。各超音波変換器36、40の出力は、アイソレーション回路42に入力される。アイソレーション回路42は、第1超音波変換器36の出力と第2超音波変換器40の出力のうち、波形整形ボード44で処理を行う側の出力を必要に応じて切換える。
The ultrasonic waves received by the first
アイソレーション回路42の出力は、波形整形ボード44に入力される。波形整形ボード44は、アイソレーション回路42の出力(超音波変換器36、40の出力)である変換信号のうち、振幅値が所定のしきい値K以上である信号を抽出し、その信号の波形を整形した整形信号を出力する。図4に示すF(F1A、F1B等)は、第1超音波変換器36で変換された変換信号D(D1A、D1B等)の整形信号である。図4に示すG(G1A、G1B等)は、第2超音波変換器40で変換された変換信号E(E1A、E1B等)の整形信号である。波形整形ボード44の出力は、USB通信用ボード46に入力される。
The output of the
移動体30はまた、記憶手段48を有する。移動体30はさらに、タイミング導出手段50と、参照信号出力手段52と、タイミング差算出手段58と、自己位置算出手段60と、自己位置補正手段62と、移動制御手段64を有する。これらはCPU等によって構成する。移動体30はさらに、移動機構66を有する。これらの手段は、USB通信用ボード46に接続されている。このように、移動体30は自己位置算出手段60を有しており、移動体30以外の装置がその移動体30の位置を算出するのではなく、移動体30自身が自己の位置を算出する。
The moving
記憶手段48は、基準信号受信機32が基準信号Aを受信したタイミングt2を記憶する。そのタイミングデータは、基準信号受信機32の出力信号が入力されたUSB通信用ボード46の出力を参照して得ることができる。また、記憶手段48は、基準信号Aを受信したタイミングt2から基地局20が超音波を発信するタイミングまでの時間間隔データを、各基地局20a、20b、20cについて記憶する。先に述べたように、その時間間隔データは、第1基地局20aについてはゼロであり、第2基地局20bについてはTmであり、第3基地局20cについては2Tmである(図4参照)。これらの時間間隔データ(ゼロ、Tm、2Tm)は、基準信号から得てもよいし、オペレータが予め入力しておいてもよい。本実施例では、Tm=50m秒に設定している。さらに、記憶手段48は、各超音波受信機34、38が所定条件を満たす超音波を受信したタイミングを記憶する。具体的には、先に述べたように、第1超音波変換器36の出力のうち、しきい値K以上の変換信号D(整形信号F)が存在するタイミングt3F、t4F、t6F、t8F、t9Fを記憶する。第2超音波変換器40の出力のうち、しきい値K以上の変換信号E(整形信号G)が存在するタイミングt3G、t4G、t6G、t8G、t9Gを記憶する。
Storage means 48, the
タイミング導出手段50は、基地局20の超音波発信機26が超音波を発信するタイミングに実質的に等しいタイミング(以下では、「実質的に等しい」という表現を省略する)を各基地局20a、20b、20cについて求める。具体的には、タイミング導出手段50は、そのタイミングを、移動体30の基準信号受信機32が基準信号を受信したタイミングt2と、移動体30の記憶手段48に記憶された時間間隔データ(ゼロ、Tm、2Tm)に基づいて求める。そのタイミングを、第1基地局20aについてはt2+ゼロ=t2、第2基地局20bについてはt2+Tm=t5、第3基地局20cについてはt2+2Tm=t7と求める。
The
参照信号出力手段52は、各基地局20a、20b、20cが超音波を発信するタイミングt2、t5、t7に、参照信号を出力する。参照信号出力手段52は、親信号出力手段54と、親信号分周手段56を有する。図4に示すように、各基地局20a、20b、20cが超音波を発信する時間間隔が等しい場合は(図4では時間間隔Tm)、親信号出力手段54から出力される親信号を親信号分周手段56で分周した子信号を参照信号として出力できる。本実施例では、周期3Tmの親信号C1を3分周した子信号C1A、C1B、C1Cを参照信号として出力する。参照信号出力手段52が出力するタイミングは、上記したタイミング導出手段50によって求めたタイミングデータを使用してもよいし、予め他の手段によって求めておいたタイミングデータを使用してもよい。
The reference signal output means 52 outputs a reference signal at timings t 2 , t 5 , and t 7 at which the
タイミング差算出手段58は、基地局20の超音波発信機26が超音波を発信するタイミング(発信タイミング)と、その超音波を超音波受信機34、36が受信したタイミング(受信タイミング)の差(超音波到達時間)を、各基地局20a、20b、20cについて算出する。
The timing difference calculation means 58 is a difference between the timing at which the ultrasonic transmitter 26 of the base station 20 transmits ultrasonic waves (transmission timing) and the timing at which the
第1基地局20aについては、タイミング導出手段50で、超音波B1の発信タイミングがt2と求められている。また、第1超音波受信機34では、その超音波B1の直接波(整形信号F1A)を受信したタイミングはt3Fであり、超音波B1の反射波(整形信号F1B)を受信したタイミングはt4Fである。t4Fは、t3Fより後である。よって、第1超音波受信機34の超音波B1の受信タイミングは、超音波B1の発信タイミングt2以降に、整形信号Fが最初に存在するタイミング(整形信号F1Aが存在するタイミングt3F)とする。
The
この結果、タイミング差算出手段58は、第1基地局20aについては、超音波B1の発信タイミングがt2であり、第1超音波発信機34の受信タイミングがt3Fであるから、そのタイミング差をt3F−t2=T1と算出する。同様にして、第2基地局20bについては、超音波B2の発信タイミングがt5であり、第1超音波発信機34の受信タイミングがt6Fであるから、そのタイミング差をt6−t5=T2と算出する。第3基地局20cについては、超音波B3の発信タイミングがt7であり、第1超音波発信機34の受信タイミングがt8Fであるから、そのタイミングの差をt8−t7=T3と算出する。なお、第2超音波発信機38についても同様に算出すると、タイミング差はT5(=t3G−t2)、T6(=t6G−t5)、T7(=t8G−t7)と求められる。
As a result, the timing difference calculating means 58, for the
自己位置算出手段60は、タイミング差算出手段58で各基地局20a、20b、20cについて算出したタイミング差と、音速データと、各基地局20a、20b、20cの位置データに基づいて、移動体30自身の位置を算出する。以下では、第1超音波受信機34の超音波受信タイミングに基づいてタイミング差を求め、そのタイミング差等に基づいて位置を算出する場合について説明する。また、第2超音波受信機38の場合についても同様にして、位置を算出する。
The self-position calculation means 60 is based on the timing difference calculated for each
まず、第1基地局20aについて算出したタイミング差(超音波到達時間)T1と、音速Vsから、タイミングt3Fにおける第1基地局20aと移動体30の距離L1をVs×T1と算出する。同様にして、タイミングt6Fにおける第2基地局20bと移動体30の距離L2をVs×T2と算出する。タイミングt8Fにおける第3基地局20cと移動体30の距離L3をVs×T3と算出する。
First, the distance L 1 between the
なお、音速Vsは、331.5+0.6J(m/秒)と表すことができる。Jは気温である。また、上記したように各基地局20a、20b、20cと移動体30の距離L1、L2、L3はそれぞれ異なったタイミングにおける距離を示している。しかし、タイミングt3F、t6F、t8Fの時間間隔が短ければ、上記距離L1、L2、L3は実質的に同じタイミングにおける距離と近似することが可能である。
The sound speed Vs can be expressed as 331.5 + 0.6 J (m / second). J is the temperature. As described above, the distances L 1 , L 2 , and L 3 between the
このように近似すると、移動体30は、次式(1)〜(3)の関係を満たす位置にあるとみなすことができる。ここで、移動体30の位置座標を(X、Y)とする。第1基地局20aの位置座標を(X1、Y1)とする。第2基地局20bの位置座標を(X2、Y2)とする。第3基地局20cの位置座標を(X3、Y3)とする。
(X−X1)2+(Y−Y1)2=L1 2 (1)
(X−X2)2+(Y−Y2)2=L2 2 (2)
(X−X3)2+(Y−Y3)2=L3 2 (3)
When approximated in this way, the moving
(X−X 1 ) 2 + (Y−Y 1 ) 2 = L 1 2 (1)
(X−X 2 ) 2 + (Y−Y 2 ) 2 = L 2 2 (2)
(X−X 3 ) 2 + (Y−Y 3 ) 2 = L 3 2 (3)
(1)式は、移動体30が第1基地局20aを中心とする半径L1の円周上に位置することを示す(図5参照)。(2)式は、移動体30が第2基地局20bを中心とする半径L2の円周上に位置することを示す(図5参照)。よって、図5に示すように、移動体30は、(1)式で示す円と、(2)式で示す円の2つの交点のいずれかに位置することがわかる。そのうちの一方の交点が、移動体30の移動範囲外にあることが分かっていれば、他方の交点に移動体30が位置すると絞り込むことができる。この場合、(1)式と(2)式だけから、移動体30の位置を特定できる。
Equation (1) indicates that the moving
(1)式のL1は、上記したようにタイミング差T1と音速Vsから求められる。(1)式のX1、Y1は、第1基地局20aの位置座標(X1、Y1)から求められる。(2)式のL2は、上記したようにタイミング差T2と音速Vsから求められる。(2)式のX2、Y2は、第2基地局20bの位置座標(X2、Y2)から求められる。
従って、自己位置算出手段60によって、タイミング差算出手段58で第1基地局20aと第2基地局20bについてそれぞれ算出したタイミング差T1、T2と、音速データVsと、第1基地局20aと第2基地局20bの位置データ(X1、Y1)、(X2、Y2)に基づいて、移動体30自身の位置を算出できる。
L 1 in the equation (1) is obtained from the timing difference T 1 and the sound speed Vs as described above. X 1 and Y 1 in equation (1) are obtained from the position coordinates (X 1 , Y 1 ) of the first base station 20a. (2) of the L 2 is determined from the timing difference T 2 and the sound velocity Vs as described above. X 2 and Y 2 in equation (2) are obtained from the position coordinates (X 2 , Y 2 ) of the
Therefore, the timing differences T 1 and T 2 calculated by the timing difference calculating unit 58 for the
先に述べた特許文献1の手法によると、図1に示すようにTaとTmから、T1とT2の差しか求めることができず、T1自体とT2自体は求めることができない。この結果、第1子局と無人搬送車の距離と、第2子局と無人搬送車の距離の差しか求めることができない。即ち、この場合、無人搬送車は、第1子局と第2子局を焦点とする双曲線上にあることしかわからない。従って、無人搬送車の位置を絞り込むためには、図1に示すTb(=t8−t6)を求め、そのTbとTmから、T2とT3の差を求めなければならない。なお、T3は、t8とt7の差である。T2とT3の差が分かれば、無人搬送車はさらに第2子局と第3子局を焦点とする双曲線上にあることがわかる。この結果、上記2つの双曲線の交点から無人搬送車の位置を絞り込むことができる。
According to the method of
しかし、図1に示すTbを求めるためには、タイミングt8とt6の差を求めなければならない。即ち、タイミングt8を待たなければ無人搬送車の位置を絞り込むことができない。また、計算処理の負担も大きい。これらの理由から、計算時間が長くなる。移動体は計算時間中も移動しているから、計算時間が長くなると、計算による位置が得られた時点では、その計算位置と移動体の実際の位置のずれが大きくなってしまうという事態が生じる。 However, in order to determine the Tb shown in FIG. 1, it must obtain the difference of the timing t 8 and t 6. In other words, it is not possible to refine the position of the automatic guided vehicle to wait for the timing t 8. Moreover, the burden of calculation processing is large. For these reasons, the calculation time becomes longer. Since the moving body is moving during the calculation time, if the calculation time becomes long, the position where the calculation position is obtained and the actual position of the moving body will become large. .
これに対し、上記実施例の手法によると、タイミング差T3を求めなくても、移動体30の位置を特定し得る。即ち、図4に示すタイミングt8F(図1のタイミングt8に対応する)を待たなくても、移動体30の位置を特定し得る。つまり、特許文献1よりも早い段階で移動体30の位置を特定し得る。また、計算処理の負担も小さい。これらの理由から、計算時間を短縮化できる。この結果、計算位置と実際の位置のずれを小さくすることができる。このように、位置算出の精度を向上させることができる。
In contrast, according to the method of Example, without seeking the timing difference T 3, it may identify the position of the moving
勿論、移動体30の位置をより精度良く求める等の観点からは、タイミング差T3をも考慮して移動体30の位置を特定してもよい。この場合、(1)〜(3)式で示す3つの円の交点から移動体30の位置を特定するので、移動体30の位置をより精度良く求めることができる。
Of course, from the viewpoint of more accurately determining the position of the moving
また、上記では、位置座標を2次元平面とした例について説明したが、3次元空間にある移動体30の位置を特定することもできる。この場合は、次式(4)〜(6)の関係を満たす移動体30の位置座標(X、Y、Z)を求めればよい。ここで、第1基地局20aの位置座標を(X1、Y1、Z1)とする。第2基地局20bの位置座標を(X2、Y2、Z2)とする。第3基地局20cの位置座標を(X3、Y3、Z3)とする。
In the above description, an example in which the position coordinates are a two-dimensional plane has been described. However, the position of the moving
(X−X1)2+(Y−Y1)2+(Z−Z1)2=L1 2 (4)
(X−X2)2+(Y−Y2)2+(Z−Z2)2=L2 2 (5)
(X−X3)2+(Y−Y3)2+(Z−Z3)2=L3 2 (6)
移動体30は、式(4)〜(6)で示す球が交わる位置に存在することになる。
(X−X 1 ) 2 + (Y−Y 1 ) 2 + (Z−Z 1 ) 2 = L 1 2 (4)
(X−X 2 ) 2 + (Y−Y 2 ) 2 + (Z−Z 2 ) 2 = L 2 2 (5)
(X−X 3 ) 2 + (Y−Y 3 ) 2 + (Z−Z 3 ) 2 = L 3 2 (6)
The moving
上記の場合に、自己位置算出手段60で使用するタイミング差T1、T2、T3を得る方法を図6を参照して説明する。図6は、図4から第1超音波受信機34が受信した超音波の整形信号だけを抽出したものである。
(1)図6の符号72に示すように、期間74の間に得られるデータに基づいて順に算出したタイミング差T1、T2、T3を使用して位置算出を行う。
(2)その次の位置算出は、上記期間74とは重ならない期間76の間に得られるデータに基づいて順に算出したタイミング差T1、T2、T3を使用して行う。
この方法によると、3Tmごとに位置の算出処理が行われる。
A method for obtaining the timing differences T 1 , T 2 , T 3 used in the self-position calculating means 60 in the above case will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows only the ultrasonic shaping signal received by the first
(1) As indicated by
(2) The next position calculation is performed using timing differences T 1 , T 2 , and T 3 that are sequentially calculated based on data obtained during the
According to this method, position calculation processing is performed every 3 Tm.
好ましくは、次の方法でタイミング差T1、T2、T3を得ることがよい。
(1)図6の符号78に示すように、期間80の間に得られるデータに基づいて順に算出したタイミング差T1、T2、T3を使用して位置算出を行う。
(2)その次の位置算出は、新たに算出したタイミング差T1とともに、既に算出している最新のタイミング差T2とT3を使用して行う。この場合、上記期間80と重なる期間82の間に得られるデータに基づいて位置算出が行われる。
(3)その次の位置算出は、新たに算出したタイミング差T2とともに、既に算出している最新のタイミング差T1とT3を使用して行う。この場合、上記期間82と重なる期間84の間に得られるデータに基づいて位置算出が行われる。
(4)その次の位置算出は、新たに算出したタイミング差T3とともに、既に算出している最新のタイミング差T1とT2を使用して行う。この場合、上記期間84と重なる期間86の間に得られるデータに基づいて位置算出が行われる。
この方法によると、Tmごとに位置の算出処理が行われる。このため、先に述べた方法に比べて、短い時間間隔で移動体30の位置を算出することができる。
Preferably, the timing differences T 1 , T 2 , T 3 are obtained by the following method.
(1) As indicated by
(2) The next position calculation is performed using the latest timing differences T 2 and T 3 that have already been calculated together with the newly calculated timing difference T 1 . In this case, position calculation is performed based on data obtained during the
(3) the next position calculation is newly calculated with the timing difference T 2, performed by using the latest timing difference T 1 and T 3 that are already calculated. In this case, position calculation is performed based on data obtained during the
(4) the next position calculation is newly with timing difference T 3 calculated, performed already using the latest timing difference T 1 and T 2 which are calculated. In this case, position calculation is performed based on data obtained during a
According to this method, position calculation processing is performed for each Tm. For this reason, the position of the moving
なお、例えば図4に示す参照信号C1Aと参照信号C1Bの間で第1基地局20aからの超音波(整形信号)を受信できず、タイミング差T1を求められなかった場合、既に算出している最新のタイミング差T1を使用して位置算出を行う。既に算出しているタイミング差T1が存在しない場合は、次回にそのタイミング差T1を算出するまで位置算出は行わない。
Incidentally, when, for example, can not receive ultrasonic waves (adjusting signal) from the
自己位置補正手段62は、自己位置算出手段60で算出された移動体30の位置と、移動体30の目標位置の差を求めて、移動体30の位置が目標位置に近づくように補正するためのデータを生成する。そのデータは、移動制御手段64に送られる。
仮に移動体30以外の装置が移動体30の位置を算出し、移動体30がその算出位置に基づいて位置の補正を行う場合は、移動体30以外の装置から移動体30に対して算出位置データを送信する必要がある。この場合、そのための通信システムが必要となる。これに対し、本実施例の位置算出システムでは、移動体30自身が自己の位置を算出する。そして、移動体30自身で自己の位置を補正する。よって、移動体30の位置を補正するために、上記のような通信システムを構築しなくてもよい。
The self-
If a device other than the moving
移動制御手段64は、移動機構66(図2に示す車輪66aを含む)の動作を制御して、移動体30の移動方向や移動速度等を制御する。移動制御手段64は、移動機構66の動作の制御を、(1)オペレータによって入力されたデータ、(2)予めプログラムされた内容、又は(3)自己位置補正手段62から送られたデータに基づいて行う。
The movement control means 64 controls the movement direction and movement speed of the moving
ところで、上記では、参照信号(図4ではC1A、C1B、C1C)を移動体30の参照信号出力手段で生成し、タイミング差算出手段58に出力するように構成しているが、この参照信号は、移動体30とは別の装置から得るようにしてもよい。例えば、基準信号発信装置10を参照信号発信装置としても機能するように構成し、その発信装置10から図4に例示するような参照信号C1A、C1B、C1Cを発信するようにしてもよい。また、第1基地局20a、第2基地局20b、第3基地局20cがそれぞれタイミングt3、t5、t7に超音波を発信すると同時に、参照信号として電波信号を発信するようにしてもよい。これによると、移動体30が電波信号(参照信号)を得るタイミングは、タイミングt3、t5、t7と実質的に等しくなる。即ち、移動体30が電波信号(参照信号)を得たタイミングから、タイミングt3、t5、t7を知ることができる。
By the way, in the above, the reference signals (C 1A , C 1B , C 1C in FIG. 4) are generated by the reference signal output means of the moving
(第2実施例) 図7は、第2実施例の移動体の自己位置算出システムの各基地局と移動体の位置を模式的に示した図である。図8は、そのシステムの動作を説明するためのタイミングチャートを示す。
第2実施例の自己位置算出システムは、第1実施例と同様の構成の基準信号発信装置10と、基地局20と、移動体30を有する。但し、このシステムでは、図7に模式的に示すように、4つの基地局20a、20b、20c、20dを有する。そのうちの2つの基地局(第1基地局20aと第3基地局20c)が第1組を構成する。残りの2つの基地局(第2基地局20bと第4基地局20d)が第2組を構成する。
Second Embodiment FIG. 7 is a diagram schematically showing the positions of the base stations and the mobile body in the mobile body self-position calculation system of the second embodiment. FIG. 8 shows a timing chart for explaining the operation of the system.
The self-position calculation system according to the second embodiment includes a reference
第1組の基地局20a、20c同士を結ぶ線と、第2組の基地局20b、20d同士を結ぶ線が直交するように各基地局20a、20b、20c、20dが配置されている。第1基地局20aは座標(a、0、0)に位置する。第3基地局20cは座標(−a、0、0)に位置する。第2基地局20bは座標(0、b、0)に位置する。第4基地局20dは座標(0、−b、0)に位置する。移動体30は座標(X、Y、Z)に位置する。
The
第1基地局20a〜第3基地局20cは、第1実施例の第1基地局20a〜第3基地局20cと同じタイミングで超音波を発信する。図8に示すように、第4基地局20dからは、超音波B4がタイミングt10に発信される。タイミングt10は、タイミングt2からの時間が3Tmである。つまり、本実施例では、各基地局20a、20b、20c、20dの超音波発信機26は、基準信号受信機32が基準信号を受信したタイミングt2を基準として、第1基地局20a、第2基地局20b、第3基地局20c、第4基地局20dが等しい時間間隔Tmを置いて順番に超音波を発信するように、超音波発信制御手段28(図3参照)によって制御されている。
The
移動体30の記憶手段48(図3参照)は、基準信号Aを受信したタイミングt2から超音波を発信するタイミングまでの時間間隔データとして、第4基地局20dのものも記憶する。その時間は、第4基地局20dについては3Tmである。記憶手段48は、2つの超音波受信機34、38(図3参照)が、第4基地局20dからの所定条件を満たす超音波を受信したタイミングt11F、t11Gを記憶する。
Storage means 48 of the moving body 30 (see FIG. 3) is, as the time interval data from the timing t 2, which has received the reference signal A to the timing of transmitting ultrasonic waves, also stores those of the
タイミング導出手段50は、第4基地局20dの超音波発信機が超音波を発信するタイミングも求める。具体的には、t2+3Tm=t10と求める。参照信号出力手段52は、周期4Tm(4×50m秒=200m秒)の親信号C1を4分周した子信号C1A、C1B、C1C、C1Dを参照信号として出力する。タイミング差算出手段58は、第4基地局20dからの超音波B4の発信タイミングがt10であり、第1超音波受信機36の受信タイミングがt11Fであるから、そのタイミングの差をt11F−t10=T4と算出する。自己位置算出手段60は、第1実施例で説明した距離L1、L2、L3に加えて、タイミングt11における第4基地局20dと移動体30の距離L4をVs×T4と算出する。
The timing deriving means 50 also obtains the timing at which the ultrasonic transmitter of the
以上から、移動体30は、次式(7)〜(10)の関係を満たす位置にあるとみなすことができる。
(X−a)2+Y2+Z2=L1 2 (7)
X2+(Y−b)2+Z2=L2 2 (8)
(X+a)2+Y2+Z2=L3 2 (9)
X2+(Y+b)2+Z2=L4 2 (10)
From the above, it can be considered that the moving
(X-a) 2 + Y 2 + Z 2 = L 1 2 (7)
X 2 + (Y-b) 2 + Z 2 = L 2 2 (8)
(X + a) 2 + Y 2 + Z 2 = L 3 2 (9)
X 2 + (Y + b) 2 + Z 2 = L 4 2 (10)
式(9)−式(7)から、X2、Y2、Z2を消去でき、次式(11)に示すように未知数が1つ(X)の1次方程式が得られる。
X=(L3 2−L1 2)/4a (11)
式(10)−式(8)から、X2、Y2、Z2を消去でき、次式(12)に示すように未知数が1つ(Y)の1次方程式が得られる。
Y=(L4 2−L2 2)/4b (12)
式(7)から、移動体30のz座標Zは次式(13)のように求められる。式(11)からXを求め、式(12)からYを求め、これらを式(13)に代入した場合、式(13)も未知数が1つ(Z)の1次方程式となる。
Z=ルート(L1 2−(X−a)2−Y2) (13)
From Expression (9) -Expression (7), X 2 , Y 2 , and Z 2 can be eliminated, and a linear equation with one unknown (X) is obtained as shown in the following Expression (11).
X = (L 3 2 −L 1 2 ) / 4a (11)
From Formula (10) -Formula (8), X 2 , Y 2 and Z 2 can be eliminated, and a linear equation with one unknown (Y) is obtained as shown in the following Formula (12).
Y = (L 4 2 -L 2 2 ) / 4b (12)
From the equation (7), the z coordinate Z of the moving
Z = root (L 1 2 − (X−a) 2 −Y 2 ) (13)
このように、本実施例によると、未知数が1つの1次方程式(11)〜(13)をそれぞれ解くことで、移動体30の位置を算出できる。
即ち、先に述べたような式(4)〜(6)で表される未知数が3つ(X、Y、Z)の2次の連立方程式を解かなくても、移動体30の位置を算出できる。式(4)〜(6)を解く場合、温度や風等の影響により、計算で求めた距離L1、L2、L3と、実際の距離の差が大きくなった場合、解が存在しなかったり、その逆に多くの解が存在してしまう場合があり得る。この場合、この事態を改善するための処理に手間を要する。これに対し、式(11)〜(13)を解く場合は、未知数が1つの1次方程式を解けばよいので、少ない手間で解を確実に求めることができる。このように、本実施例によると、温度や風等に対して強い位置算出システムを実現できる。
Thus, according to the present embodiment, the position of the moving
That is, the position of the moving
また、Zを移動体30の高さとすると、移動体30の高さが実質的に変化しない場合には、Zは既知となる。この場合、式(11)から求めたXと、式(12)から求めたYを式(13)に代入して求めたZの値と、既知のZの値の差から、位置算出の精度や、位置算出システムの異常を知ることが可能である。
Further, when Z is the height of the moving
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、各基地局20a〜20cから発信する超音波の周波数が異なり、その周波数の違いによって、移動体30で受信した超音波がいずれの基地局20a〜20cが発信した超音波であるかを区別可能な場合を考える。この場合、移動体30は、図4に示すタイミングt2とt5の間に超音波受信機34で受信した超音波(整形信号)のみを、第1基地局20aが発信した超音波と認識して処理を行う処理部を設けてもよい。これによると、通常であればタイミングt2とt5の間に移動体30が受信するはずの第1基地局20aからの超音波の直接波が何らかの理由で受信できず、その超音波の反射波がタイミングt5より後に超音波受信機34に到達した場合でも、その反射波を第1基地局20aからの超音波の直接波と誤って認識することを防止できる。
また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独で又は各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the frequency of the ultrasonic wave transmitted from each of the
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and has technical utility by achieving one of the purposes.
本発明は、移動ロボット等の移動体の位置を算出する分野等に広く利用することが期待できる。 The present invention can be expected to be widely used in the field of calculating the position of a moving body such as a mobile robot.
10・・基準信号発信装置
20・・基地局
30・・移動体
10. Reference signal transmitter 20
Claims (8)
各基地局は、前記基準信号を受信する基準信号受信手段と、前記基地局毎に異なる時間間隔データを記憶する記憶手段と、前記基準信号受信手段が前記基準信号を受信した第1タイミングから前記記憶手段に記憶された前記時間間隔を置いた第2タイミングに伝播波を発信する伝播波発信手段を有し、
前記移動体は、前記伝播波を受信する伝播波受信手段と、前記第2タイミングにほぼ等しい第3タイミングと前記伝播波を前記伝播波受信手段が受信した第4タイミングの差を各基地局について算出するタイミング差算出手段と、前記タイミング差算出手段で各基地局について算出した前記タイミング差、前記伝播波の速度データ及び各基地局の位置データに基づいて前記移動体自身の位置を算出する自己位置算出手段を有する移動体の自己位置算出システム。 A reference signal transmission means for transmitting a reference signal, a plurality of base stations, and a mobile unit;
Each base station includes a reference signal receiving unit that receives the reference signal, a storage unit that stores time interval data different for each base station, and a first timing at which the reference signal receiving unit receives the reference signal. Propagating wave transmission means for transmitting a propagation wave at the second timing with the time interval stored in the storage means,
The mobile unit determines a difference between a propagation wave receiving unit that receives the propagation wave, a third timing substantially equal to the second timing, and a fourth timing at which the propagation wave reception unit receives the propagation wave for each base station. A timing difference calculating means for calculating, and a self calculating the position of the mobile body based on the timing difference calculated for each base station by the timing difference calculating means, velocity data of the propagation wave and position data of each base station A mobile body self-position calculation system having position calculation means.
前記移動体は、前記基準信号を受信する基準信号受信手段と、前記時間間隔データを各基地局について記憶する記憶手段と、前記移動体の前記基準信号受信手段が前記基準信号を受信した第5タイミング及び前記移動体の前記記憶手段に記憶された前記時間間隔データに基づいて前記第3タイミングを各基地局について求めるタイミング導出手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の移動体の自己位置算出システム。 The reference signal transmitted by the reference signal transmission means is a radio signal,
The mobile unit includes a reference signal receiving unit that receives the reference signal, a storage unit that stores the time interval data for each base station, and a fifth unit that receives the reference signal from the reference signal receiving unit of the mobile unit. The mobile unit according to claim 1, further comprising a timing deriving unit that obtains the third timing for each base station based on the timing and the time interval data stored in the storage unit of the mobile unit. Self-position calculation system.
前記移動体は、前記参照信号を受信する参照信号受信手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の移動体の自己位置算出システム。 Reference signal transmission means for transmitting a reference signal including information sufficient to specify the third timing for each base station,
The mobile body self-position calculation system according to claim 1, wherein the mobile body further includes reference signal receiving means for receiving the reference signal.
前記伝播波を受信する伝播波受信手段と、前記基地局が伝播波を発信するタイミングにほぼ等しい第3タイミングとその伝播波を前記伝播波受信手段が受信した第4タイミングの差を各基地局について算出するタイミング差算出手段と、前記タイミング差算出手段で各基地局について算出した前記タイミング差、伝播波の速度データ及び各基地局の位置データに基づいて自己の位置を算出する自己位置算出手段を有する移動体。 A mobile unit whose position is calculated using a plurality of base stations that transmit propagation waves in order at predetermined time intervals from a first timing at which the reference signal receiving means receives the reference signal,
The difference between the propagation wave receiving means for receiving the propagation wave, the third timing substantially equal to the timing at which the base station transmits the propagation wave, and the fourth timing at which the propagation wave reception means has received the propagation wave is determined for each base station. A timing difference calculating means for calculating the position of the base station based on the timing difference calculated for each base station by the timing difference calculating means, velocity data of propagation waves and position data of each base station. A moving body having.
The moving body according to claim 7, wherein an ultrasonic wave is used as the propagation wave.
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