JP2013072842A - 対象物の位置を検出するシステムおよび装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグや受信機自体の機能を変更することなく、ＲＦＩＤタグを設けられた対象物の位置の検出精度を向上させる仕組みを提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ４１が設けられた対象物であるパレット４０の位置を検出する装置であって、予め特定された位置関係でパレット４０に設けられた複数のＲＦＩＤタグ４１から送信された電波を受信し、この電波を送信した各ＲＦＩＤタグ４１の位置を検出する受信ユニット２０と、この受信ユニット２０により検出された複数のＲＦＩＤタグ４１の位置の情報に基づき、ＲＦＩＤタグ４１が設けられたパレット４０の位置を算出する制御ユニット３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグを用いて対象物の位置を検出するシステムおよび検出のための装置に関する。

ＲＦＩＤタグを用いた対象物の位置を検出する従来技術としては、例えば特許文献１に開示されるシステムがある。特許文献１に記載されたシステムは、物品集合体上のＲＦＩＤタグを符号化し、読み取るシステムである。このシステムでは、複数の物品および複数のＲＦＩＤタグを含み、各物品は物品識別文字列を有し、ＲＦＩＤタグは各物品に取り付けられ、各ＲＦＩＤタグは、少なくとも物品識別文字列のすべてを使用して生成された符号語要素で符号化される。そして、集合体は、物品は複数のケース、パレット、容器または保管領域に保管された複数の商品である。この種のシステムに用いられるＲＦＩＤタグの読み取りシステムの一例が特許文献２に示されている。

また、他の従来技術として、例えば特許文献２に開示されるシステムがある。特許文献３に記載されたシステムでは、対象物である棚のそれぞれに、位置検出アンテナと棚・無線タグが設けられる。位置管理サーバの棚タグ管理テーブルには、各棚毎に、そこに取り付けられている無線タグのＩＤが予め登録される。そして、位置管理サーバの位置決定部は、各棚に設けられている位置検出アンテナで受信された、他の棚の無線タグからの識別情報と棚タグ管理テーブルに記憶されているデータとを用いて、各棚の位置を決定する。

特表２０１０−５１５９９９号公報 特表２００９−５１４４６１号公報 特開２００７−２２５４４８号公報

ＲＦＩＤタグから送信される電波を受信する受信機（レシーバ）として、フェイズドアレイ・アンテナ等による指向性のある受信機を用いることにより、単にＲＦＩＤタグの有無を検出するだけでなく、電波を送信したＲＦＩＤタグの位置を検出することができる。しかし、電波を送信したＲＦＩＤタグと受信機との間の距離が長くなると、位置の検出誤差が大きくなる。

本発明は、ＲＦＩＤタグや受信機自体の機能を変更することなく、ＲＦＩＤタグを設けられた対象物の位置の検出精度を向上させる仕組みを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、次のようなシステムとして実現される。このシステムは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを読み取るシステムであって、ＲＦＩＤタグを励起するための電波を送信する１または複数の送信用アンテナと、励起されたＲＦＩＤタグから送信された電波を受信する、指向性を有する受信用アンテナと、予め特定された位置関係で対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を受信用アンテナにより受信し、この電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、受信用アンテナで受信した電波によりＲＦＩＤタグの情報を取得し、受信部により検出された複数のＲＦＩＤタグの位置の情報と受信部によるＲＦＩＤタグの位置の検出における誤差の確率分布とに基づき、最尤法を用いて、複数のＲＦＩＤタグが設けられた対象物の位置と複数のＲＦＩＤタグにより特定される面の法線の向きおよび法線の周りの回転角を算出する処理部と、を備える。

また、上記の目的を達成する他の本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグが設けられた対象物の位置を検出する装置であって、予め特定された位置関係で対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を受信し、この電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、この受信部により検出された複数のＲＦＩＤタグの位置の情報に基づき、複数のＲＦＩＤタグが設けられた対象物の位置を算出する処理部と、を備える。

また、上記の目的を達成するさらに他の本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを読み取る装置であって、指向性を有する受信用アンテナと、予め特定された位置関係で対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を受信用アンテナにより受信し、この電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、受信用アンテナで受信した電波によりＲＦＩＤタグの情報を取得し、受信部により検出された複数のＲＦＩＤタグの位置の情報に基づき、複数のＲＦＩＤタグが設けられた対象物の位置を算出する処理部と、を備える。

本発明によれば、ＲＦＩＤタグを設けられた対象物の位置を検出するシステムにおける位置の検出精度を向上させることができる。

本実施形態が適用される位置検出システムの構成例を示す図である。 本実施形態における制御ユニットの機能構成例を示す図である。 本実施形態に用いられるパレットの構成例を示す図である。 本実施例によるＲＦＩＤタグの検出位置の測定誤差を説明する図である。 最尤法によるパレットの位置の推定方法を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜位置検出システムのシステム構成例＞
本実施形態は、ＲＦＩＤタグを設けられた対象物の位置を検出するように構成された種々のシステムに対して適用し得る。ここでは、そのようなシステムの一例として、荷物を積載するパレットにＲＦＩＤタグを設け、このＲＦＩＤタグから送信される電波を用いて対象物としてのパレットの位置を検出するシステムについて説明する。

図１は、本実施形態が適用される位置検出システムの構成例を示す図である。
図１に示す位置検出システムは、送信ユニット１０と、受信ユニット２０と、制御ユニット３０とを備える。これらは、後述のようにＲＦＩＤタグの読み取り装置として機能する。また、本システムによる位置検出の対象物はパレット４０であり、このパレット４０には、予め定められた位置に複数のＲＦＩＤタグ４１が設けられている（図３参照）。さらに、制御ユニット３０は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）等の接続手段を介してサーバ装置５０に接続されている。

送信ユニット１０（電力供給部）は、電波を送信するための送信用アンテナ１１を備える。この送信ユニット１０は、制御ユニット３０の制御により、パレット４０のＲＦＩＤタグ４１を励起するための電波を送信し、ＲＦＩＤタグ４１に電力を供給する。本実施形態の位置検出システムでは、１個または複数個の送信ユニット１０を設けることができる。複数個の送信ユニット１０を設ける場合は、送信ユニット１０が励起できるＲＦＩＤタグ４１までの距離等に応じて、特定の広さの空間ごとに１個の送信ユニット１０を割り当てるように、各送信ユニット１０が配置される。具体的には、例えば、各送信ユニット１０の間の距離が等間隔となるように配置される。また、複数個の送信ユニット１０が設けられる場合、各送信ユニット１０は、１個ずつ順次駆動される。

受信ユニット２０は、送信ユニット１０により電力を供給されて励起したＲＦＩＤタグ４１から送信された電波を受信する。この受信ユニット２０は、フェイズドアレイ・アンテナ等の指向性のある受信用アンテナ２１を備える。これにより、受信ユニット２０は、ＲＦＩＤタグ４１の有無を検出するだけでなく、電波を送信したＲＦＩＤタグ４１の位置をある程度の精度で計測することができる。すなわち、指向性のある受信用アンテナ２１でＲＦＩＤタグ４１からの電波を受信することにより、その電波が送信された位置であるＲＦＩＤタグ４１の位置を特定する。

制御ユニット３０は、送信ユニット１０を制御してＲＦＩＤタグ４１を励起するための電波を送信させる。システムに複数個の送信ユニット１０が設けられている場合は、予め定められた順番および時間間隔で、各送信ユニット１０から電波を順次送信させる。また、制御ユニット３０は、受信ユニット２０が受信した電波を解析して、電波を送信したＲＦＩＤタグ４１が設けられているパレット４０（位置検出の対象物）の位置を算出（推定）する。さらにまた、制御ユニット３０は、サーバ装置５０に接続され、ＲＦＩＤタグ４１からの電波を受信した時刻やパレット４０の位置の推定結果等の情報をサーバ装置５０へ送信する。

図２は、制御ユニット３０の機能構成例を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の制御ユニット３０は、送信ユニット１０による電波の送信を制御する送信制御部３１と、受信ユニット２０が電波を受信して出力する電気信号を受け付ける受け付け部３２と、受け付け部３２が受け付けた信号を解析してパレット４０の位置を算出（推定）する処理部３３と、処理部３３による解析結果（推定結果）等の情報をサーバ装置５０へ送信する情報送信部３４とを備える。

パレット４０は、物品（荷物）を載せて使用される荷役台であり、本実施形態が適用された位置検出システムによる位置検出の対象物である。図１には、１台のパレット４０が記載されているが、実際には複数台のパレット４０を位置検出の対象として良い。一般に荷役台であるパレットの形状やサイズは種々の規格があるが、本実施形態では、一辺が１ｍの正方形の板状部材である場合を例として説明する。

図３は、本実施形態に用いられるパレット４０の構成例を示す図である。
図３に示すように、本実施形態のパレット４０には、四隅に１個ずつ合計４個のＲＦＩＤタグ４１が設けられている。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ４１として、送信ユニット１０から電力を供給されて励起するパッシブ型のタグが用いられる。各ＲＦＩＤタグ４１は識別情報を有しているので、個々のＲＦＩＤタグ４１を識別することが可能である。また、このＲＦＩＤタグ４１を識別することにより、各ＲＦＩＤタグ４１が設けられたパレット４０を識別することが可能である。

サーバ装置５０は、制御ユニット３０から情報を取得し、磁気ディスク装置等の記憶手段に格納する。格納された情報は、パレット４０に載せられた物品の在庫管理等に利用される。

なお、図１に示した位置検出システムは、本実施形態が適用されるシステムの一例を示すに過ぎず、本実施形態が適用可能なシステム構成を限定するものではない。本実施形態は、ＲＦＩＤタグ４１を設けられた対象物の位置検出を行うシステムに対して広く適用することができる。例えば、図１に示したシステム構成では、送信ユニット１０と受信ユニット２０とを別個に設けたが、ＲＦＩＤタグ４１に電力を供給するための電波の送信機能とＲＦＩＤタグ４１から送信された電波の受信機能とを併せ持つ一般的なＲＦＩＤリーダを用いたシステムに適用しても良い。また、本実施形態ではＲＦＩＤタグ４１としてパッシブ型のタグを用いることとしたが、電源を内蔵し自身の電力で電波を送信するアクティブ型のタグを用いたシステムに適用しても良い。

＜パレット４０の位置の算出＞
次に、本実施形態によるパレット４０の位置の算出方法について説明する。
上述したように、一辺が１ｍの正方形であるパレット４０の四隅にはＲＦＩＤタグ４１が設けられている。各ＲＦＩＤタグ４１には識別情報が付与されており、各々を識別可能である。以下、４個のＲＦＩＤタグ４１を区別する場合、添え字１〜４を付してＲＦＩＤタグ４１−１、ＲＦＩＤタグ４１−２、ＲＦＩＤタグ４１−３、ＲＦＩＤタグ４１−４、と記載する。

ＲＦＩＤタグ４１およびパレット４０の位置は、受信ユニット２０がＲＦＩＤタグ４１から送信された電波を受信可能な範囲の一定の空間（以下、対象空間と呼ぶ）に設定した座標によって特定される。ここで、パレット４０の位置は、パレット４０の中心点の位置（座標値）によって特定されるものとする。また、詳しくは後述するが、パレット４０に関しては、その姿勢（向きおよび回転角）も特定される。

上述したように、受信ユニット２０に指向性のある受信用アンテナ２１を用いることにより、電波を送信したＲＦＩＤタグ４１の位置を計測することが可能である。しかし、その計測精度にはある程度の誤差がある。このため、ＲＦＩＤタグ４１の位置は、一定の確率分布によって表される。そこで、本実施形態では、パレット４０に設けられた（すなわち、相互の位置関係が特定された）４個のＲＦＩＤタグ４１を検出してその位置を計測し、計測されたＲＦＩＤタグ４１の位置（以下、検出位置と呼ぶ）から上記の確率分布に基づいてパレット４０の中心位置を推定する。

図４は、ＲＦＩＤタグ４１の検出位置の測定誤差を説明する図である。なお、実際の検出位置の測定誤差は３次元空間において発生するが、図示の例では簡単のため、２次元平面で発生する誤差として説明する。
図４において、パレット４０の四隅に設けられたＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の実際の位置が丸印「○」で示されている。そして、受信ユニット２０による電波の受信結果から測定された各ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の検出位置の例がバツ印「×」で示されている。また、各ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４に対する測定誤差の分布がおよぶ範囲（以下、誤差分布範囲と呼ぶ）が破線で示されている。

ここで、パレット４０の四隅に配置されるＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の実際の位置は、１辺の長さが１ｍの正方形をなす。すなわち、ＲＦＩＤタグ４１−１とＲＦＩＤタグ４１−２との間、ＲＦＩＤタグ４１−２とＲＦＩＤタグ４１−３との間、ＲＦＩＤタグ４１−３とＲＦＩＤタグ４１−４との間、ＲＦＩＤタグ４１−４とＲＦＩＤタグ４１−１との間の距離がそれぞれ１ｍである。また、上記の各組のＲＦＩＤタグ４１を繋ぐ線分を想定すると、隣接する線分どうしのなす角度は９０度である。

図４において、各ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の検出位置は、それぞれ丸印「○」で示した実際の位置を中心とする誤差分布範囲内に出現し得る。ただし、実際の位置からの距離に応じて検出位置が出現する確率（ＲＦＩＤタグ４１が検出される確率）は異なる。概して、実際の位置に近い位置でＲＦＩＤタグ４１が検出される確率が高く、実際の位置から離れるほどＲＦＩＤタグ４１が検出される確率は低くなる。そこで、この位置検出における誤差の確率分布を利用して、各ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の検出位置からパレット４０の中心位置を推定する。具体的な推定手法としては、例えば最尤法を用いることができる。なお、位置検出における誤差の確率分布は、ＲＦＩＤタグ４１の種類や受信ユニット２０の性能等に応じて異なるため、予め実際に測定しておくことが必要である。

＜最尤法によるパレット４０の位置の推定＞
図５は、最尤法によるパレット４０の位置の推定方法を説明する図である。
図５に示す例では、対象空間に３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が設定されている。そして、座標の原点をパレット４０の中心位置とし、ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の実際の位置をそれぞれｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4としている。

ここで、ｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4の座標値を、

とする。

また、平行移動ベクトルＳおよび回転を表すオイラー角φ、θ、ψを、

とする。

次に、ＲＦＩＤタグ４１−１、４１−２、４１−３、４１−４の実際の位置として推定される位置（推定位置）`ｐ1、`ｐ2、`ｐ3、`ｐ4は、次式で表される。

ここで、ＲＦＩＤタグ４１の検出位置がｐであるときに推定位置が`ｐである確率を、
Ｐ（`ｐ｜ｐ）
として、検出結果から確率が最も高くなる（ｓ，ｓ，ｓ，φ，θ，ψ）を決定する。

上記のように、本実施形態では、パレット４０に設けられ、相互の位置関係が特定された４個のＲＦＩＤタグ４１の検出位置に基づいてパレット４０の位置を推定する。これにより、単一のＲＦＩＤタグ４１の検出位置の精度と比較して２倍（√４倍）の精度でパレット４０の位置を推定することができる。また、本実施形態では、パレット４０の位置を推定するのに最尤法を用いたことにより、４個のＲＦＩＤタグ４１の基準となる位置関係に対するオイラー角φ、θ、ψが求まる。これにより、４個のＲＦＩＤタグ４１の基準となる位置関係に対するパレット４０の姿勢を推定することができる。なお、パレット４０の姿勢は、例えば、パレット４０に設けられた４個のＲＦＩＤタグ４１により特定される平面（例えば、４個のＲＦＩＤタグ４１を含む平面）の法線の向きおよび法線の周りの回転角で表される。

本実施形態において、パレット４０に載せられる物品（荷物）にもＲＦＩＤタグ４１を設けて位置検出を行う実施態様が考えられる。かかる態様において、ＲＦＩＤタグ４１の検出における測定誤差のために、物品に設けられたＲＦＩＤタグ４１の検出位置が、推定されたパレット４０の位置から外れてしまうことがあり得る。そのような場合、単一のＲＦＩＤタグ４１の検出位置の精度よりも本実施形態によるパレット４０の推定位置の精度の方が高いので、パレット４０の推定位置に基づいて物品の検出位置を補正するようにしても良い。

なお、上記のように、本実施形態では、最尤法を用いてＲＦＩＤタグ４１の位置に基づきパレット４０の位置を推定したが、パレット４０の位置を推定する手法はこれに限定されない。例えば、本実施形態のように、正方形のパレット４０の四隅にＲＦＩＤタグ４１を設け、パレット４０の中心の位置を推定する場合であって、パレット４０の姿勢を考慮せず、単にパレット４０の中心位置の座標値のみが得られれば良い場合を考える。このような場合であれば、４個のＲＦＩＤタグ４１の座標値を平均することでもパレット４０の中心位置の座標値を算出することができる。かかる手法においても、座標値の精度は、単一のＲＦＩＤタグ４１の検出位置の精度と比較して２倍（√４倍）の精度となる。

また、本実施形態では、４個のＲＦＩＤタグ４１の検出位置に基づいて位置検出の対象物であるパレット４０の位置を推定したが、相互の位置関係および対象物との位置関係が特定された３個以下または５個以上のＲＦＩＤタグ４１を用いて対象物の位置を推定する構成としても良い。この場合、用いるＲＦＩＤタグ４１の数が多いほど、推定される対象物の位置の精度を向上させることができる。

また上記のように、本実施形態では、位置検出の対象物を板状のパレット４０とした。これに対し、籠や箱のようなある程度の高さ（深さ）のある収納材を位置検出の対象物とする場合、対象物の底面の四隅と上面の四隅にそれぞれＲＦＩＤタグ４１を設け、合計８個のＲＦＩＤタグ４１の検出位置に基づいて対象物の位置を推定するようにしても良い。また、本実施形態では、物品（荷物）を載せて使用するパレット４０を位置検出の対象物としたが、物品自体にＲＦＩＤタグ４１を設けて位置検出を行い、物品自体の位置を推定する構成としても良い。その他、ＲＦＩＤタグを設けられた対象物の位置を検出するように構成された種々のシステムに対して、本実施の形態を適用し得る。そして、上記実施形態に、種々の変更または改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…送信ユニット、２０…受信ユニット、３０…制御ユニット、４０…パレット、４１…ＲＦＩＤタグ、５０…サーバ装置

Claims (7)

1. ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを読み取るシステムであって、
   前記ＲＦＩＤタグを励起するための電波を送信する１または複数の送信用アンテナと、
   励起された前記ＲＦＩＤタグから送信された電波を受信する、指向性を有する受信用アンテナと、
   予め特定された位置関係で対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を前記受信用アンテナにより受信し、当該電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、
   前記受信用アンテナで受信した電波により前記ＲＦＩＤタグの情報を取得し、前記受信部により検出された複数の前記ＲＦＩＤタグの位置の情報と前記受信部による前記ＲＦＩＤタグの位置の検出における誤差の確率分布とに基づき、最尤法を用いて、複数の当該ＲＦＩＤタグが設けられた前記対象物の位置と複数の当該ＲＦＩＤタグにより特定される面の法線の向きおよび当該法線の周りの回転角を算出する処理部と、
   を備える、システム。
2. ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグが設けられた対象物の位置を検出する装置であって、
   予め特定された位置関係で前記対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を受信し、当該電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、
   前記受信部により検出された複数の前記ＲＦＩＤタグの位置の情報に基づき、複数の当該ＲＦＩＤタグが設けられた前記対象物の位置を算出する処理部と、
   を備える、装置。
3. 前記処理部は、前記受信部による前記ＲＦＩＤタグの位置の検出における誤差の確率分布に基づき、最尤法を用いて前記対象物の位置を算出する、請求項２に記載の装置。
4. 前記処理部は、複数の前記ＲＦＩＤタグにより特定される面の法線の向きおよび当該法線の周りの回転角を、さらに算出する、請求項３に記載の装置。
5. 前記受信部は、指向性を有する受信用アンテナを備え、受信した前記ＲＦＩＤタグからの電波が送信された位置を検出する、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の装置。
6. ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを読み取る装置であって、
   指向性を有する受信用アンテナと、
   予め特定された位置関係で対象物に設けられた複数のＲＦＩＤタグから送信された電波を前記受信用アンテナにより受信し、当該電波を送信した各ＲＦＩＤタグの位置を検出する受信部と、
   前記受信用アンテナで受信した電波により前記ＲＦＩＤタグの情報を取得し、前記受信部により検出された複数の前記ＲＦＩＤタグの位置の情報に基づき、複数の当該ＲＦＩＤタグが設けられた前記対象物の位置を算出する処理部と、
   を備える、装置。
7. 前記ＲＦＩＤタグを励起するための電力を供給する電力供給部をさらに備える、請求項６に記載の装置。

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