JP2005291723A - 移動体の位置検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、管理区域を自由に移動する移動体の位置を高精度に検出する技術に関し、移動体に取り付ける発信器として電波の出力が弱いものを用いても、広い管理区域内において移動体の位置を高精度に検出できるシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 管理区域Ｃを移動する移動体Ｄの位置を特定する位置検知システムＡにおいて、移動体Ｄに設けられる検知用タグＴと、この検知用タグＴの方向情報θ及び距離情報ｒを含む移動体位置情報ｓ（ｒ，θ）を検出し、かつ管理区域Ｃを自在に移動するロボットＲと、このロボットＲの管理区域Ｃに対する絶対位置ｐ（ｘ，ｙ）及び角度φを含む検知手段位置情報を検出する基地局１と、を備え、この検知手段位置情報及び移動体位置情報ｓ（ｒ，θ）から管理区域Ｃにおける移動体Ｄの位置ｑ（Ｘ，Ｙ）の検知をすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体の位置を検知する技術に関し、特に、所定の管理区域を自由に移動する移動体の位置を高精度に検出する技術に関する。

所定の管理区域を自由に移動する複数の移動体（ここでは人とする）を識別して存在する位置を検出する従来技術として次のようなものが知られている。図９は、従来の移動体の位置検知システムを示す説明図である。

所定の管理区域を示す空間２０には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどの発信器ＲＦａを装着した人が、自由に移動しているとする。そして、この空間２０の隅には、少なくとも２以上の受信器ＲＳ１，ＲＳ２が設けられ、発信器ＲＦａが発する電波を受信する。これらの受信器ＲＳ１，ＲＳ２において検出された電波の電界強度から、それぞれの受信器ＲＳ１，ＲＳ２からの発信器ＲＦａの距離が割り出される。そして、この距離を半径とし、それぞれの受信器ＲＳ１，ＲＳ２を中心として描いた二つの円弧の交点をもって、発信器ＲＦａを装着した人が現在存在している位置と特定するものである。さらに、この発信器ＲＦａに識別番号を付与して、この識別番号も前記した電波にのせて受信器ＲＳ１，ＲＳ２に受信されることとすれば、図示しない登録データベースに照合することにより、移動しているその人物が誰であるのかがわかる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−９８７４９号公報（段落００５３、図２）

しかし、前記した従来技術における、移動体の位置検知システムには、以下に述べるような問題があった。すなわち、発信器ＲＦａとして用いたＲＦＩＤは、安価であるため、検出対象となる人が大量に存在したとしてもコスト的な問題は発生しないが、発信する電波の出力が小さいため、適用できる空間２０が非常に狭い範囲に限定されてしまう。
一方、適用できる空間２０の範囲を広げようとすると、より出力の高い電波を発信できる発信器ＲＦａを用いるか、もしくは、受信器ＲＳ１…を所定間隔で複数設ける必要がある。しかし、高出力な発振器ＲＦａを用いるとなると、この発信器ＲＦａは高価なものになってしまい、この高価な発信器を検出対象となる各人に一つずつ装着しなければならないとなるとコスト的な問題が発生する。また、受信器ＲＳ１…を所定間隔で複数設けるとすると、インフラ整備の負担がかかり、発明を適用できる場所が限定される問題が生じる。さらに、空間内に障害物などがあると、発信器ＲＦａから出力された電波がこの障害物により減衰を受けるので、移動体の位置検知の精度を低下させるといった問題もある。

本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、移動体に取り付ける発信器として電波の出力が弱いものを用いても、また、特別な設備を施設しなくても、広い管理区域内において移動体の位置を高精度に検出できるシステムを提供することを目的とするものである。

本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、まず請求項１に記載の移動体の位置検知システムは、管理区域を移動する移動体の位置を特定する位置検知システムであって、前記移動体に設けられる検知用タグと、この検知用タグの方向情報及び距離情報を含む移動体位置情報を検出し、かつ前記管理区域を自在に移動する検知手段と、この検知手段の前記管理区域に対する絶対位置及び角度を含む検知手段位置情報を検出する基地局と、を備え、前記検知手段位置情報及び前記移動体位置情報から前記管理区域における前記移動体の位置を検知することを特徴とする。

かかる構成によれば、広い管理区域で、移動体で検知システムを適用する場合であっても、検知用タグから発信される移動体位置情報（方向情報及び距離情報）が伝送される距離ｒは、移動体及び検知手段の間隔となる。このため、検知用タグの発信出力は小さくてもよい。そして、検知手段が検出した移動体位置情報と、検出手段の検知手段位置情報（管理区域に対する絶対位置及び角度）と、が基地局で検出されれば、この二つの情報から移動体の管理区域内における正確な位置が判明する。

請求項２に記載の移動体の位置検知システムは、請求項１に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知用タグは、前記検知手段が発光した特定波長の光信号を受光すると、前記移動体位置情報を含み前記検知手段で受信される受信報告信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置検知システム。

かかる構成によれば、検知用タグに特定波長の光信号が受光すると、移動体位置情報を含む受信報告信号が検知用タグから送信され、検知手段により受信される。ここで、特定波長の光信号を使うのは、光信号は指向性が高い性質を有していることから、方向情報を自ら備えていることによる。これにより、検知手段を中心にして、移動体の存在する位置の距離及び方向が判明する。

請求項３に記載の移動体の位置検知システムは、請求項２に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知用タグは、特定周波数の電波を受信すると、前記受信報告信号を送信することを特徴とする。

かかる構成によれば、特定周波数の電波の発信源に、移動体が近づくと、検知用タグは受信報告信号を送信することとなる。このように、透過性の高い電波を用いることにより、障害物の影響を受けにくく検出漏れが少ない移動体の位置検出が実現される。

請求項４に記載の移動体の位置検知システムは、請求項２または請求項３に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知用タグは、この検知用タグに固有の識別番号をさらに含む前記受信報告信号を送信することを特徴とする。

かかる構成によれば、管理区域内に複数の移動体が存在しても、これら移動体はそれぞれ別個の識別番号を有している。このため、検知手段が、移動体位置情報の他、この識別番号も検出することにすれば、移動体を識別して管理区域内における位置検出をすることができる。

請求項５に記載の移動体の位置検知システムは、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知手段は、前記方向情報が含まれる前記光信号の複数を放射方向に発光する発光手段と、前記受信報告信号を受信する電波送受信手段と、を備え、前記光信号を受光した前記検知用タグは、前記方向情報を前記受信報告信号に付加して送信し、前記電波送受信手段により受信された前記受信報告信号の電界強度が前記距離情報として用いられることを特徴とする。

かかる構成によれば、検知手段は、その周囲の放射方向に複数の光信号を照射する発光手段を有することになる。そして、それぞれの光信号は、検知手段を中心にどの方向に照射されたかを示す、方向情報のデータを含んでいる。これら光信号のいずれかが検知用タグに受光すると、この方向情報のデータは、受信報告信号に付加されて検知用タグから検知手段に向けて送信されることとなる。これにより、検知手段は、受信報告信号を受信すれば、この信号の発信源である移動体がその方向に存在するかがわかる。さらに、この受信報告信号の電界強度は、検知手段及び移動体の距離に比例するので、この電界強度を知ることにより距離情報が与えられる。

請求項６に記載の移動体の位置検知システムは、請求項５に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記発光手段は、前記検知手段に固有の識別子をさらに含む前記光信号を発光するものであって、前記識別子は、前記受信報告信号に付加されて前記検知用タグから送信されることを特徴とする。

かかる構成によれば、管理区域内に複数の検知手段を用いることができる。すなわち、二以上の検知手段が同一の移動体を検出しても、この移動体に設けられた検知用タグから送信される受信報告信号には、検知手段の識別子が付属しているので受信先を誤ることがない。

請求項７に記載の移動体の位置検知システムは、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知手段は、前記特定周波数の電波を発信することを特徴とする。

かかる構成によれば、検知手段が、移動体が近づくと、検知用タグは受信報告信号を送信することとなる。このように、透過性の高い電波を用いることにより、障害物の影響を受けにくく検出漏れが少ない移動体の位置検出が実現される。

請求項８に記載の移動体の位置検知システムは、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記基地局は、前記管理区域において移動する前記検知手段を操作する検知手段操作手段と、前記検知手段から送信された前記検知手段位置情報及び前記移動体位置情報を受信して、前記移動体の前記管理区域における絶対位置を求める移動体位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の移動体の位置検知システムは、請求項８に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記基地局は、前記検知手段から送信された前記識別番号を受信してデータベースに照合することにより前記移動体の識別を行う識別番号照合手段を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、基地局において、移動体を識別しつつ、その位置を正確に把握することができ、さらに、この移動体の位置に基づいて検知手段を移動させることができる。

請求項１０に記載の移動体の位置検知システムは、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システムにおいて、前記検知手段は、自律移動型の二足歩行ロボットであることを特徴とする。

かかる構成によれば、検知手段を移動体のそばまで移動させて、多目的の処理を行わせることができる。

本発明に係る移動体の位置検知システムにより以下に示す優れた効果を奏する。すなわち、移動体に設ける検出用タグが、電波の出力強度が弱いものであっても、この移動体が自由に移動する管理区域を、特別な設備を新たに設ける必要もなく、広域に設定することができる。また、複数の移動体に設ける検知用タグは、出力の弱いものを用いることができるので、コストの面や電波法上の問題もない。

（位置検知システムＡの構成）
はじめに、本発明に係る移動体の位置検知システムの全体構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、位置検知システムＡは、歩行ロボット（検知手段）Ｒと、この歩行ロボットＲと無線通信する基地局１と、移動体Ｄ（ここでは人）が自由に移動する管理区域Ｃと、移動体Ｄに設けられる検知用タグＴとから構成される。

基地局１は、管理区域Ｃの内部で自在に移動する歩行ロボットＲの動作をコントロールし、歩行ロボットＲの絶対位置（位置ベクトルｐ）を検知する機能を有するものである。この歩行ロボットＲは、この歩行ロボットＲを基点とした移動体Ｄの相対位置（相対ベクトルｓ）を検出するものである。そして、位置検知システムＡはこのようにして得られた二つのベクトルから移動体Ｄの絶対位置（位置ベクトルｑ）を特定すると共に、必要に応じて、移動体Ｄ（ここでは人）が誰であるのかという個人識別を行うものである。
以下、歩行ロボットＲ、そして移動体Ｄの構成についてそれぞれ詳細に説明する。

［歩行ロボットＲ］
本発明に係る、移動体の位置検知システムＡにおける検知手段である歩行ロボットＲは、自律移動型の二足歩行ロボットである。

この歩行ロボットＲは、特定周波数の電波ｗを周辺領域に発信すると共に、特定波長の光信号Ｂ（ここでは赤外線Ｂとする）を周囲の領域に向けて照射するものである。
そして、歩行ロボットＲから発せられた電波ｗ及び光信号Ｂを、移動体Ｄに設けられた検知用タグＴが受信すると、受信した旨の信号（受信報告信号Ｊ）が検知用タグＴから歩行ロボットＲに返信される。この受信報告信号Ｊの電界強度より、歩行ロボットＲから移動体Ｄまでの距離ｒが求められ、さらに移動体Ｄが受光した光信号Ｂが発光した方向より移動体Ｄの存在する方向θが導かれ、移動体Ｄの相対位置を示す相対ベクトルｓ（ｒ，θ）が特定される。

図１に示すように、この歩行ロボットＲは、頭部Ｒ１と、腕部Ｒ２と、脚部Ｒ３とを有しており、頭部Ｒ１、腕部Ｒ２、脚部Ｒ３は、それぞれアクチュエータにより駆動され、管理区域Ｃを自在に２足歩行して移動できるようになっている。この２足歩行についての詳細は、例えば特開２００１−６２７６０号公報に開示されている。

［ロボット位置検出部］
歩行ロボットＲは、管理区域Ｃの内部における絶対位置（位置ベクトルｐ（ｘ、ｙ））及び角度φを検出するロボット位置検出部（図示せず）を備える。この絶対位置の検出は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器による他、公知の方法により実現される。角度φの検出は、ジャイロセンサによる他、公知の方法により実現される。

［無線通信部］
歩行ロボットＲは、基地局１に配置された管理用コンピュータ３に対して情報の送受信を行う、無線通信部（図示せず）を備える。ここでいう情報とは、前記した相対ベクトルｓ（移動体位置情報）、位置ベクトルｐ及び角度φ（検知手段位置情報）、後記するタグ識別番号、歩行ロボットＲの動作命令をさす。この無線通信部は、携帯電話回線やＰＨＳ(Personal Handyphone System)回線などの公衆回線を利用した無線通信手段か、もしくは、IEEE802.11b規格に準拠するワイヤレスＬＡＮなどの、近距離無線通信による無線通信手段により実現される。

［タグ検知部］
さらに、歩行ロボットＲは、歩行ロボットＲの周囲に、検知用タグＴを備える移動体Ｄが存在するか否かを検知すると共に、移動体Ｄの存在が検知された場合、この移動体Ｄの相対ベクトルｓを特定するタグ検知部を備える。
このタグ検知部を図２を参照して詳細に説明する。このタグ検知部７０は、図示するように、制御手段８０と、電波送受信手段９０と、発光手段１００と、記憶手段１１０とを含んで構成される。

（制御手段８０）
制御手段８０は、後記する電波送受信手段９０から無線送信される検索信号Ｆと、後記する発光手段１００から赤外線（光信号）Ｂとして出力される方向検査信号Ｈとを生成するものである。さらに、検索信号Ｆを受信した検知用タグＴから送信される受信報告信号Ｊを受信して、移動体Ｄの移動体位置情報である相対ベクトルｓ（図１参照）を決定するものである。

この制御手段８０は、データ処理部８１と、暗号化部８２と、時分割部８３と、復号化部８４と、電界強度検出部８５とを含んで構成される。
データ処理部８１は、検索信号Ｆと方向検査信号Ｈを生成すると共に、受信報告信号Ｊから移動体位置情報（相対ベクトルｓ（図１参照））を決定するものであり、信号生成部８１ａと、位置特定部８１ｂとを含んで構成される。

（信号生成部８１ａ）
信号生成部８１ａは、所定時間毎に、記憶手段１１０に記憶されている、歩行ロボットＲの固有の識別子（以下、ロボットＩＤという）を取得する。そして、信号生成部８１ａは、このロボットＩＤを含んで構成される検索信号Ｆを生成する。

さらに、信号生成部８１ａは、この検索信号Ｆを生成する際に、後記する発光手段１００から照射される赤外線Ｂに含まれる方向検査信号Ｈも生成する。この方向検査信号Ｈは、発光手段１００に設けられた発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）の総てについて、個別に生成されるものであり、前記したロボットＩＤと、これら発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）を特定する発光部ＩＤとを含んで構成される。なお、後記するように、この発光部ＩＤは、移動体Ｄの存在する方向θが定められ、方向情報を示すものである。

本実施形態の場合、発光部が合計８つ設けられているので、データ処理部８１は、ロボットＩＤと発光部ＩＤ（方向情報）とから構成される方向検査信号Ｈを、合計８つ生成する。
例えば、ロボットＩＤが「０２」であり、発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）の発光部ＩＤが「θ₁〜θ₈」なる方向情報に対応している場合、発光部ＬＥＤ１について生成される方向検査信号Ｈは、ロボットＩＤ＝「０２」と、発光部ＩＤ＝「θ₁」とを含み、発光部ＬＥＤ２について生成される方向検査信号Ｈは、ロボットＩＤ＝「０２」と、発光部ＩＤ＝「θ₂」とを含むことになる。

（暗号化部８２）
暗号化部８２は、信号生成部８１ａから入力された方向検査信号Ｈを暗号化した後、出力するものである。そして、暗号化部８２は、検索信号Ｆの暗号化により得られた検索信号Ｆ（暗号化検索信号Ｆ_c）を、後記する電波送受信手段９０に出力する。
これにより、暗号化検索信号Ｆ_cは、変調されたのち、電波送受信手段９０から無線送信されることになる。

また、暗号化部８２は、データ処理部８１から入力された方向検査信号Ｈを、同様にして、暗号化する。そして、暗号化部８２は、方向検査信号Ｈの暗号化により得られた暗号化方向検査信号Ｈ_cを、後記する時分割部８３に出力する。

本実施形態の場合、方向検査信号Ｈは、前記したデータ処理部８１において発光手段１００の発光部ごとに一つずつ生成される。よって、図２に示すように、発光手段１００には合計８つの発光部が設けられているので、暗号化部８２には、合計８つの方向検査信号Ｈ（Ｈ₁，Ｈ₂，…Ｈ₈）がデータ処理部８１から入力される。
その結果、合計８つの暗号化方向検査信号Ｈ_c（Ｈ_C1，Ｈ_C2，…Ｈ_C8）がこの暗号化部８２において生成され、時分割部８３に出力されることになる。

（時分割部８３）
時分割部８３は、発光手段１００の各発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）の発光順序と、発光タイミングを設定するものである。
具体的には、暗号化部８２から暗号化方向検査信号Ｈ_cが入力されると、時分割部８３は、各発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）の発光順序及び発光タイミングを決定する。そして、決定した発光順序及び発光タイミングで、暗号化方向検査信号Ｈ_c（Ｈ_C1，Ｈ_C2，…Ｈ_C8）のそれぞれを発光手段１００の発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）に出力する。

（発光手段１００）
発光手段１００は、歩行ロボットＲの頭部の周囲を複数の発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）が所定の間隔で配置され、この歩行ロボットＲの周囲の予め設定された領域に向けて赤外線信号Ｂを照射するものである（図示略）。この領域とは、図３に示すように、歩行ロボットＲの周囲を放射方向に複数（図では８つ）が区分されて形成している。そして、複数の発光部、具体的には赤外線Ｂを発光する発光ダイオードが、その照射域と、第１領域〜第８領域のそれぞれとが対応するように、歩行ロボットＲの頭部の周囲を取り囲むように配置されている。

（電波送受信手段９０）
図２に示すように、電波送受信手段９０は、変調部９１と、復調部９２と、送受信アンテナ９３とから構成され、歩行ロボットＲの周辺領域に向けて電波ｗを発信すると共に、この電波ｗを受信した検知用タグＴ（図１参照）から送信された受信報告信号Ｊを受信するものである。

変調部９１は、データ処理部８１から入力された検索信号Ｆ（実際には、暗号化検索信号Ｆ_c）を所定の変調方式で変調して変調信号とした後、これを、送受信アンテナ９３を介して無線送信するものである。
また、復調部９２は、移動体Ｄの検知用タグＴから無線送信された変調信号を、送受信アンテナ９３を介して受信し、受信した変調信号の復調により、受信報告信号Ｊ（実際には、暗号化受信報告信号Ｊ_c）を取得するものである。
そして、この復調部９２は、取得した受信報告信号Ｊを、制御手段８０の復号化部８４と電界強度検出部８５とに出力するものである。

（復号化部８４）
復号化部８４は、暗号化受信報告信号Ｊ_cを復号化して、受信報告信号Ｊを取得し、データ処理部８１に出力するものである。この受信報告信号Ｊには、後に詳細に説明するが、発光部ＩＤ（方向情報）とロボットＩＤとタグ識別番号とが少なくとも含まれており、復号化部８４は、これらをデータ処理部８１に出力する。

（電界強度検出部８５）
電界強度検出部８５は、移動体Ｄの検知用タグＴから送信され、電波送受信手段９０が受信した変調信号の強度を求めるものである。具体的に、電界強度検出部８５は、電波送受信手段９０の復調部９２から入力された暗号化受信報告信号Ｊ_cの電力を検波し、この検波された電力の平均値を電界強度として求め、データ処理部８１に出力するものである。

（位置特定部８１ｂ）
位置特定部８１ｂは、復号化部８４より入力した受信報告信号ＪからロボットＩＤを抽出し、このロボットＩＤと記憶手段１１０に記憶されたロボットＩＤとを比較し、両ロボットＩＤが一致した場合、移動体位置情報（相対ベクトルｓ）を決定するものである。

まず、位置特定部８１ｂは、電界強度検出部８５から受信報告信号Ｊ（実際には、暗号化受信報告信号Ｊ_c）の電界強度を入力し、記憶手段１１０に記憶された距離テーブル（図示せず）を参照する。この距離テーブルには、電界強度と、歩行ロボットＲ及び移動体Ｄの距離ｒとの対応関係が記されている。このため、受信報告信号Ｊの電界強度を検出すれば、発信源の移動体Ｄが、図３に示す同心円状に表わされたエリア（エリア１〜エリア４）のいずれに居るのかを示す距離情報（距離ｒに対応）が得られる。

さらに、位置特定部８１ｂは、復号化部８４により復号された受信報告信号Ｊに含まれる発光部ＩＤ（方向情報）を入力する。そして、この発光部ＩＤにより、検知用タグＴが、発光手段１００の発光部ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８のうちいずれから発光された赤外線Ｂを受信したのか判明する。すなわち、発光部ＩＤに対応する「θ₁〜θ₈」のいずれか一つの方向情報が取得されることにより、移動体Ｄの存在する領域が、図３に示す８つの領域（第１領域〜第８領域）のいずれかに特定されることになる。

このようにして、位置特定部８１ｂは、取得した距離情報（距離ｒに対応）と方向情報（方向θに対応）とから移動体Ｄの相対位置を示す移動体位置情報（相対ベクトルｓ）（以降、移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））とも記載する）を生成する。

そして、位置特定部８１ｂは、この移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））を、復号化部８４から入力された受信報告信号Ｊに含まれるタグ識別番号と共に、歩行ロボットＲの制御部４０に出力する。

そして、この制御部４０は、タグ識別番号、移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））、歩行ロボットＲの管理区域Ｃの絶対位置を示す検知手段位置情報（ｐ（ｘ，ｙ）、角度φ）を前記した図示しない無線通信部から管理用コンピュータ３に送信する。これにより、管理用コンピュータ３は、タグ識別番号をもとに記憶手段（図示せず）を参照し、このタグ識別番号を含む検知用タグＴが設けられた移動体Ｄ（人）の特定を行うと共に、特定された移動体Ｄ（人）の情報に基づいて必要な動作命令を歩行ロボットＲに送信したりする。
従って、この動作命令に従って、歩行ロボットＲの制御部４０は、歩行ロボットＲの各部を制御することになる。

［検知用タグ］
図４に示すように、この検知用タグＴは、電波送受信手段１４０と、受光手段１５０と、受信報告信号生成手段１６０と、記憶手段１７０とを備えて構成される。この検知用タグＴは、歩行ロボットＲから送信された電波ｗと、照射された赤外線Ｂとを受信し、これらを受信したことを示す受信報告信号Ｊを、歩行ロボットＲに送信するものである。

（電波送受信手段１４０）
電波送受信手段１４０は、送受信アンテナ１４１と、復調部１４２と、変調部１４３とを含んで構成され、歩行ロボットＲから無線送信された変調信号を受信すると共に、後記する受信報告信号生成手段１６０において生成された受信報告信号Ｊを、変調した後、歩行ロボットＲに向けて無線送信するものである。

復調部１４２は、歩行ロボットＲから発信され、送受信アンテナ１４１を介して受信された変調信号を復調し、検索信号Ｆ（実際には、暗号化検索信号Ｆ_c）を取得し、この検索信号Ｆを後記する受信報告信号生成手段１６０に出力するものである。

変調部１４３は、後記する受信報告信号生成手段１６０の暗号化部１６３から入力された暗号化後の受信報告信号Ｊ（暗号化受信報告信号Ｊ_c）を変調して変調信号を生成すると共に、この変調信号を、送受信アンテナ１４１を介して、無線送信するものである。

（受光手段１５０）
受光手段１５０は、受光部１５１と、光復調部１５２とから構成され、歩行ロボットＲから照射された赤外線Ｂを受光するものである。
受光部１５１は、歩行ロボットＲから照射された赤外線Ｂ（光信号Ｂ）を直接受光するものである。光復調部１５２は、受光部１５１において受光した光信号Ｂを復調して、方向検査信号Ｈ（実際には、暗号化方向検査信号Ｈ_c）を取得し受信報告信号生成手段１６０に出力するものである。

（受信報告信号生成手段１６０）
図４に示すように、受信報告信号生成手段１６０は、復号化部１６１と、データ処理部１６２と、暗号化部１６３とを含んで構成され、検索信号Ｆまたは方向検査信号Ｈを入力して、歩行ロボットＲのタグ検知部７０に送信する受信報告信号Ｊを生成し出力するものである。

復号化部１６１は、電波送受信手段１４０から入力された暗号化検索信号Ｆ_cと、受光手段１５０から入力された暗号化方向検査信号Ｈ_cとを復号化して、それぞれ検索信号Ｆと方向検査信号Ｈとを生成し、データ処理部１６２に出力するものである。

データ処理部１６２は、検索信号Ｆまたは方向検査信号Ｈが入力すると、記憶手段１７０を参照し、検知用タグＴに割り当てられた固有のタグ識別番号（識別番号）を取得する。ここで、入力した検索信号Ｆには、この検索信号Ｆを発信した歩行ロボットＲを特定できるロボットＩＤが含まれている。また、方向検査信号Ｈには、この方向検査信号Ｈを発信した歩行ロボットＲを特定できるロボットＩＤと、方向検査信号Ｈを発信した発光部（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８のうちいずれか１つ）を特定できる発光部ＩＤ（方向情報）とが含まれている。そして、データ処理部１６２は、入力したこれらタグ識別番号、ロボットＩＤ及び発光部ＩＤを含んで構成される受信報告信号Ｊを生成し、暗号化部１６３に出力する。

暗号化部１６３は、入力した受信報告信号Ｊを暗号化して、暗号化受信報告信号Ｊ_cとした後、これを電波送受信手段１４０に出力する。これにより、暗号化受信報告信号Ｊ_cは、前記した電波送受信手段１４０の変調部１４３において変調された後、送受信アンテナ１４１を介して、無線送信されることになる。

[基地局]
図５は基地局１の基本構成を示すブロック図である。基地局１は、管理用コンピュータ３と、移動体Ｄの属性情報が蓄積されている移動体情報データベース２１０と、管理区域Ｃの地図情報が蓄積されている地図情報データベース２２０と、移動体Ｄの属性情報及び位置情報を関連させて蓄積するデータ蓄積装置２３０とから構成される。

（管理用コンピュータ３）
そして、管理用コンピュータ３は、電波送受信手段２４０と、タグ識別番号照合手段２５０と、移動体位置算出手段２６０と、ロボット操作手段（検知手段操作手段）２７０とから構成され、歩行ロボットＲの無線通信部との間で送受信する情報（移動体位置情報、検知手段位置情報等）を処理するものである。

電波送受信手段２４０は、歩行ロボットＲの無線通信部から送信される、タグ識別番号、移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））、検知手段位置情報（ｐ（ｘ，ｙ）、角度φ）が含まれるデータ信号を受信部２４２で受信して、タグ識別番号照合手段２５０及び移動体位置算出手段２６０に出力するものである。また、電波送受信手段２４０は、歩行ロボットＲを動作させる命令（またはプログラム）をロボット操作手段２７０から入力して、送信部２４３から歩行ロボットＲの前記した図示しない無線通信部へ送信するものである。

タグ識別番号照合手段２５０は、受信部２４２が入力した信号のうちタグ識別番号を引き出して、移動体情報データベース２１０に照合し、蓄積されている情報のうち移動体Ｄに関連する属性情報（人名等）を抽出して移動体Ｄの識別を行うものである。

移動体位置算出手段２６０は、受信部２４２から入力した移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））と、検知手段位置情報（ｐ（ｘ，ｙ）、角度φ）とから、管理区域Ｃにおける移動体Ｄの絶対位置（位置ベクトルｑ（図１参照））を演算して出力するものである。
図６は、移動体Ｄの管理区域Ｃにおける絶対位置（位置ベクトルｑ）を演算する方法について説明する図である（適宜図１参照）。
図６に示すように、管理区域Ｃを平面座標αで表示し、歩行ロボットＲの位置ベクトルをｐ（ｘ，ｙ）と直交座標表示したとする。そして、歩行ロボットＲを中心とする平面座標βにおける移動体Ｄの位置をｓ（ｒ，θ）と極座標表示したとする。そうすると、この移動体Ｄの平面座標αおける位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ）は、次式のように示される。ここで、φは、歩行ロボットＲの管理区域Ｃに対する絶対角度を示す。

ｑ（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ+ｒ・cos(θ+φ)，ｙ+ｒ・sin(θ+φ)） （１）

（１）式から明らかなように、移動体Ｄの管理区域Ｃにおける位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ）は、歩行ロボットＲの位置ベクトルｐ（ｘ、ｙ）と、この位置ベクトルｐ（ｘ、ｙ）を基点とする移動体Ｄまでの距離ｒ及び方向θとで示される。よって、移動体Ｄの近くまで歩行ロボットＲが移動するので、管理区域Ｃを拡大して位置検知システムを運用しても移動体Ｄに設ける検知用タグＴの発信出力を向上させる必要は無くそのまま適用できる。

データ蓄積装置２３０は、前記したようにして演算された移動体Ｄの管理区域Ｃにおける絶対位置（位置ベクトルｑ）と、移動体情報データベース２１０から抽出された移動体Ｄの属性情報と、時間情報とが関連付けられて蓄積されるものである。

ロボット操作手段２７０は、管理区域Ｃの内部において歩行ロボットＲの移動する軌跡を定める命令（プログラム）を生成するものである。このロボットの軌跡は、地図情報データベース２８０に登録された障害物の位置を避けるようにして、動作指令が与えられる。また、歩行ロボットＲの移動は、予め定められたルートをトレースするようにしても良いし、前記した移動体Ｄの位置ベクトル（ｑ（Ｘ，Ｙ））をフィードバックして、移動体Ｄの軌跡を追跡するようにしてもよい。また、複数の移動体が存在する中で、特定の移動体Ｄを探索対象として、この対象を検知したときになんらかのアクションを起こさせるように歩行ロボットＲの動作命令がプログラムされていてもよい。

次に、図７及び図８に基づいて移動体の位置検知システムの動作について説明する（適宜図１参照）。
（第1実施例）
図７は、本発明に係る移動体の検知システムの動作を第1実施例として示すフローチャートである。この第１実施例は、歩行ロボット（検知手段）Ｒが、管理区域Ｃの内部の予め定められたルートを移動して、この歩行ロボットＲに近接する任意の移動体Ｄの情報を収集する実施例で、誰が何時、何処に居たかという情報を蓄積できる。

まず、歩行ロボット（検知手段）Ｒが管理区域Ｃの内部をくまなく隅々まで、予め定められたルートをトレースするように組まれた動作プログラムが管理用コンピュータ３において入力される（ステップＳ１１）。管理区域Ｃの内部に複数の歩行ロボットＲ（Ｒ₁，Ｒ₂…）を配置する場合は、これら歩行ロボットＲごとに異なる動作プログラムが、管理用コンピュータ３から、対応する歩行ロボットＲ（Ｒ₁，Ｒ₂…）に向けて送信される（ステップＳ１２）。これら動作プログラムを受信した各歩行ロボットＲ（Ｒ₁，Ｒ₂…）は、その動作プログラムに従って管理区域Ｃの内部を移動しつつ（ステップＳ１３）、頭部の周囲に配置された発光手段１００（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）から、方向検査信号Ｈ（Ｈ_C1，Ｈ_C2，…Ｈ_C8）を含む赤外線Ｂを送信する（ステップＳ１４）。

この赤外線Ｂが照射される範囲に、検知用タグＴを設けた移動体Ｄが存在していれば、この検知用タグＴは、方向検査信号Ｈ（Ｈ_C1，Ｈ_C2，…Ｈ_C8）のうちいずれか一つを検出することとなり（ステップＳ１５）、この信号に含まれる発光部ＩＤより方向情報θが抽出される（ステップＳ１６）。なお、複数の歩行ロボットＲ（Ｒ₁，Ｒ₂…）が配置されている場合は、同時に、これら歩行ロボットＲを判別するためのロボットＩＤも方向検査信号Ｈから抽出されることとなる。そして、この抽出した方向情報θと、検知用タグＴに固有のタグ識別番号と、必要であればロボットＩＤと、からなる受信報告信号Ｊを歩行ロボットＲに向けて発信する（ステップＳ１７）。

そして、歩行ロボットＲにおいては、この受信報告信号Ｊの受信がない限りは（ステップＳ１８：Ｎｏ）、歩行ロボットは、動作プログラムに従って移動を続ける。歩行ロボットＲにおいて、検知用タグＴから送信された受信報告信号Ｊを受信すれば（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、この信号の電界強度から、この歩行ロボットＲと移動体Ｄとの距離ｒが導出される（ステップＳ１９）。このようにして歩行ロボットＲは、検知用タグＴから得た、タグ識別番号及び移動体位置情報（相対ベクトルｓ（ｒ，θ））と、ロボット位置検出部（図示せず）から得た検知手段位置情報（ｐ（ｘ，ｙ）、角度φ）とを、基地局１に向けて送信する（ステップＳ２０）。

基地局１では、歩行ロボットＲから送信された、これらの情報を受信して（ステップＳ２１）、前記した（１）式に基づいて、移動体Ｄの管理区域Ｃにおける絶対位置（位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ））を演算する（ステップＳ２２）。このようにして得られた、移動体Ｄの移動体Ｄの管理区域Ｃにおける絶対位置情報と、タグ識別番号に対応する移動体Ｄの属性情報（例えば人名等）と、時間情報とを一つのデータとして蓄積すれば（ステップＳ２３）、管理区域Ｃで誰が、何時、何処に居たといった情報を収集することができる。そして、ステップＳ１１〜ステップＳ２３までの処理が、動作プログラムが終了するまで繰り返される（ステップＳ２４：Ｙｅｓ、Ｎｏ）。

（第２実施例）
図８は、本発明に係る移動体の検知システムの動作を第２実施例として示すフローチャートである。この第２実施例は、管理区域Ｃに所在する特定の移動体Ｄを探索対象として、歩行ロボット（検知手段）Ｒが追跡し、この移動体Ｄを検出したときは、近づいて所定のアクションを実行する実施例である。このアクションとは、例えば、伝言を伝えたり、物を渡したりといったことである。

まず、基地局１において探索する対象の移動体Ｄを指定する（ステップＳ５１）。そして、基地局１から、所定の移動プログラムが送信され（ステップＳ５２）、これを受信した歩行ロボットＲは、このプログラムに従い管理区域Ｃを移動しつつ（ステップＳ５３）、電波送受信手段９０（図２参照）から検索信号Ｆを電波ｗにのせて発信する（ステップＳ５４）。

この電波ｗが届く範囲に、検知用タグＴを設けた移動体Ｄが存在していれば、この検知用タグＴは、この電波ｗを受信することとなり（ステップＳ５５）、この検知用タグＴに固有のタグ識別番号を歩行ロボットＲに向けて発信する（ステップＳ５６）。

そして、歩行ロボットＲにおいては、このタグ識別番号の受信がない限りは（ステップＳ５７：Ｎｏ）、歩行ロボットＲは、動作プログラムに従って移動を続ける。歩行ロボットＲにおいて、検知用タグＴから送信されたタグ識別番号を受信すれば（ステップＳ５７：Ｙｅｓ）、受信した信号の電界強度より、歩行ロボットＲと、検知用タグＴとの距離ｒを求め、この距離ｒが閾値ａより小さい場合（ステップＳ５８：Ｙｅｓ）、歩行ロボットＲは、検知用タグＴから得たタグ識別番号と、この歩行ロボットＲの固有のロボットＩＤとを、基地局１に向けて送信する（ステップＳ５９）。なお、この距離ｒが閾値ａより大きい場合は（ステップＳ５８：Ｎｏ）、歩行ロボットＲは、探索する対象はまだ遠い所にいると判断して、動作プログラムに従って移動を続ける。なお、閾値ａは、赤外線Ｂが充分に到達可能な距離に設定することが望ましい。

基地局１では、歩行ロボットＲから送信された、タグ識別番号を受信すると（ステップＳ６０）、移動体情報データベース（図５参照）に照会して、探索対象である移動体Ｄであるか確認する（ステップＳ６１）。そして、目的とする対象でなければ（ステップＳ６２：Ｎｏ）、移動プログラムがそのまま継続され（ステップＳ５２）、目的とする対象であれば（ステップＳ６２：Ｙｅｓ）、歩行ロボットＲに対し、方向検査信号Ｈ（Ｈ_C1，Ｈ_C2，…Ｈ_C8）を含む赤外線（光信号）Ｂの発光を命じる（ステップＳ６３）。以降、ステップＳ６３からステップＳ７１までの移動体Ｄの位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ）を導くまでの処理フローは、前記したステップＳ１４からステップＳ２２までの処理フローと同じであるので説明を省略する。

探索対象である移動体Ｄの存在する正確な位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ）が明確になったので、基地局１は、歩行ロボットＲに対して、この位置ベクトルｑ（Ｘ，Ｙ）に移動するように指令する（ステップＳ７２）。これにより、歩行ロボットＲは、探索対象である移動体Ｄの近傍に移動することとなり（ステップＳ７３）、例えば伝言を伝えるなどの所定のアクションを行う（ステップＳ７４）。そして、プログラム上、次の探索対象の指定があれば（ステップＳ７５：Ｎｏ、Ｓ５３）、再び、ステップＳ５１〜ステップＳ７４までの処理を繰返し、次の探索対象の指定がなければプログラムを終了する（ステップＳ７５：Ｙｅｓ）。

なお、第２実施例において、電波ｗによる第1段階（ステップＳ５４〜ステップＳ５９）と、赤外線Ｂによる第２段階（ステップＳ６３〜ステップＳ６９）とに移動体Ｄの探索段階を分離した理由は以下のとおりである。すなわち、電波ｗは、回折や反射による高い透過性を有しているため、検知用タグＴの検出を誤って漏らす可能性が低い。よって、第1段階で電波ｗによる探索により、探索対象の存在の有無や、粗位置検出を行った後に、第２段階で指向性の高い光信号（赤外線Ｂ）により高精度の位置検出を行うことにより、検出の正確性と高速化とが同時に達成される。

なお、前記説明において、検知手段は、二足歩行が可能な歩行ロボットＲであることを前提として説明を行ったが、これに限定されることなく、移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））及び検知手段位置情報（ｐ（ｘ，ｙ）、角度φ）が検出されるものであれば何でもよく、例えば、ラジコンカーのようなものであってもよい。

なお、前記説明において、移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））のうち、方向情報θは、歩行ロボットＲが送信する発光部ＩＤにより与えられ、距離情報ｒは、探知用タグＴが送信する受信報告信号Ｊの電界強度から求めた。しかし、本発明において与えられる移動体位置情報（ｓ（ｒ，θ））は、前記した方法に限定されることなく、例えば、ロボットＲに搭載されたステレオ撮像手段を用いた画像認識手段（図示せず）を用いて求めてもよい。また、移動体Ｄを識別する方法にあっても、前記説明においては、タグ識別番号を用いたが、この方法に限定されることなく前記画像認識手段によってこの移動体Ｄの識別を行ってもよい。

本発明に係る移動体の位置検知システムのシステム構成図である。 歩行ロボットのタグ検知部のブロック図である。 取得した、距離情報と方向情報とから、移動体の相対ベクトルｓを特定する方法を説明する説明図である。 検知用タグの基本構成を示すブロック図である。 基地局の基本構成を示すブロック図である。 移動体の管理区域における位置を演算する方法を説明する図である。 管理区域に所在する複数の移動体の位置情報を収集する際の処理を示すフローチャートである。 管理区域に所在する複数の移動体のうち特定の移動体を探索する際の処理を示すフローチャートである。 従来の移動体の検知装置を示す概念図である。

符号の説明

１ 基地局
７０ タグ検知部
１００ 発光手段
１５０ 受光手段
２５０ タグ識別番号照合手段（識別番号照合手段）
２６０ 移動体位置算出手段
２７０ ロボット操作手段（検知手段操作手段）
Ａ 位置検知システム
Ｂ 赤外線（光信号）
Ｃ 管理区域
Ｄ 移動体
Ｆ 検索信号
Ｈ 方向検査信号
Ｊ 受信報告信号
Ｒ 歩行ロボット（検知手段）
Ｔ 検知用タグ
ｗ 電波
θ 方向情報
ｒ 距離情報
ｓ 移動体位置情報
ｐ 検知手段位置情報
φ 角度

Claims (10)

1. 管理区域を移動する移動体の位置を特定する位置検知システムであって、
   前記移動体に設けられる検知用タグと、
   この検知用タグの方向情報及び距離情報を含む移動体位置情報を検出し、かつ前記管理区域を自在に移動する検知手段と、
   この検知手段の前記管理区域に対する絶対位置及び角度を含む検知手段位置情報を検出する基地局と、を備え、
   前記検知手段位置情報及び前記移動体位置情報から前記管理区域における前記移動体の位置を検知することを特徴とする移動体の位置検知システム。
2. 前記検知用タグは、
   前記検知手段が発光した特定波長の光信号を受光すると、前記検知手段で受信される受信報告信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置検知システム。
3. 前記検知用タグは、
   特定周波数の電波を受信すると、前記受信報告信号を送信することを特徴とする請求項２に記載の移動体の位置検知システム。
4. 前記検知用タグは、
   この検知用タグに固有の識別番号をさらに含む前記受信報告信号を送信することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の移動体の位置検知システム。
5. 前記検知手段は、
   前記方向情報が含まれる前記光信号を放射方向に複数発光する発光手段と、
   前記受信報告信号を受信する電波送受信手段と、を備え、
   前記光信号を受光した前記検知用タグは、前記方向情報を前記受信報告信号に付加して送信し、前記電波送受信手段により受信された前記受信報告信号の電界強度が前記距離情報として用いられることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システム。
6. 前記発光手段は、前記検知手段に固有の識別子をさらに含む前記光信号を発光するものであって、
   前記識別子は、前記受信報告信号に付加されて前記検知用タグから送信されることを特徴とする請求項５に記載の移動体の位置検知システム。
7. 前記検知手段は、
   前記特定周波数の電波を発信することを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システム。
8. 前記基地局は、
   前記管理区域において移動する前記検知手段を操作する検知手段操作手段と、
   前記検知手段から送信された前記検知手段位置情報及び前記移動体位置情報を受信して、前記移動体の前記管理区域における絶対位置を求める移動体位置算出手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システム。
9. 前記基地局は、
   前記検知手段から送信された前記識別番号を受信してデータベースと照合することにより前記移動体の識別を行う識別番号照合手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の移動体の位置検知システム。
10. 前記検知手段は、自律移動型の二足歩行ロボットであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の移動体の位置検知システム。

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