JP2013167559A - 位置確認機構を備えた照明器具及び位置確認システム - Google Patents

Abstract

【課題】電球や蛍光灯等の照明器具内に、無線通信端末と超音波発生器とを組み込んだ照明器具を提供する。
【解決手段】照明器具の内部空間内に、無線通信手段と無線信号の送受信を行うアンテナと超音波発生器とを組み込んでいる。ロボットからの要求信号を受けて無線通信手段がスタート信号を発信し、超音波発生器が超音波を発信する。ロボットは両信号の時間差を計測することで、距離を測定することができる。そのため、室内の電球や蛍光灯等の交換と同じように、本発明の照明器具を天井のソケット等へ取り付けるだけで、ロボットの位置確認のための無線通信手段を設置することが可能であり、別途これらの設置作業を省略することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信端末とアンテナと超音波発生器とを組み込んだ照明器具に関するものであり、更には、この照明器具を利用してロボットとの間で無線通信を行い、照明器具からの超音波信号の届く時間を計測することにより、照明器具とロボットとの間の距離を測定するようにした位置確認システムに関するものである。

例えば、自分で位置を測定しながら進んで行く自律ロボットが、自己位置を認識する場合は、室内の壁や天井に無線通信手段を複数個設置し、これらの無線通信手段との間で通信を行うことで、無線通信手段との間の距離を測定し、三辺測量等の方法で自己の位置を算出している。
ところが、このような自己位置を求める方法では、壁や天井に無線通信手段を設置する必要があり、大がかりな設備工事が必要であった。

また従来にあっては、特許文献１に記載された発明のように、照明器具の照明部分の外部に無線通信手段を取り付けて、被測定端末（無線通信端末）までの距離を測定する技術が開発されている。この先行技術では、照明器具の金属部材上に誘電体アンテナを設置し、更に無線通信手段を設けている。そして、複数の測距端末と、被測距端末と、位置計算端末とで照明システムを構成している。照明器具の無線通信手段は、測距端末との間で無線通信を行い、無線信号を発信したときから測距端末の応答無線信号を受信するまでの時間を計測し、両者間の距離を算出するようにしている。そして、三辺測量などの方法により、照明器具の位置を算出するようにしている。この位置算出は、複数の測距端末と、被測距端末との間でも行われ、被測距端末の位置を算出するようにしている。
この先行技術では、被測距端末が照明器具からある一定の範囲のエリアに入ったと判断したときに、照明器具の照明を点灯させるといった制御を行うことが可能である。

また従来の別な距離測定方法として、特許文献２に記載された発明のように、超音波を利用した技術が開発されている。この特許文献２に記載された３次元位置確定システムは、天井などに取り付けられた４つの音波発信器を備えている。音波発信器から発信された超音波は、音波センサで検出される。音波発信器から、一定の時間間隔で超音波を発信し、音波センサで超音波を検出したときの検出間隔から、音波センサの３次元位置を算出するようにしている。逆に、音波センサへの超音波の到達時間を逆計算して、音波発信器における超音波の発信タイミングを制御することにより、音波センサを特定の位置に誘導することも可能である。

特開２００９−２５３４９４号公報 特開２００９−１３９２６４号公報

ところが、特許文献１の照明システムでは、照明器具の外部に露出している部分に誘電体アンテナ及び無線通信手段を取り付けるようにしている。従って、照明システムを構築するためには、既存の電球及び蛍光灯等の照明取付け器具に、誘電体アンテナ及び無線終身手段を取り付ける必要があり、個別の設置作業が必要であった。これは工場などの照明器具の全てに設置する必要があるときは、膨大な設置作業が必要となり、多大の労力と時間及び費用が必要であった。
また特許文献２に記載された発明にあっては、専用の音波発振器を天井に設置する必要があり、前記特許文献１の場合と同様に個別の取付作業が発生し、多大の労力と時間及び費用が必要であった。
これらの問題は一般家庭についても同様であり、これにより一般家庭へのサービスロボットの普及の足かせとなっていた。

また特許文献１及び２の発明にあっては、停電等により、屋内配線からの電源供給がストップしたときは、システム全体の使用ができなくなるという問題があった。

更に、特許文献１及び２の発明にあっては、位置を確認したいロボット等が複数あるときは、これらのロボットが個別に位置確認を行う必要があった。そのため、同時に複数のロボットが無線信号を発信しないように全体を管理する必要があった。

本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、電球タイプの照明器具や蛍光灯タイプの照明器具等の照明器具内に、無線通信端末と超音波発生器とを組み込んだ照明器具を提供すると共に、この照明器具を利用して複数のロボットが一つの照明器具との間の距離を同時に測定することのできる位置確認システムを提供せんとするものである。

而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器とを組み込んで成り、前記アンテナが照射面透明又は半透明材料部分に配置されていることを特徴とする位置確認機構を備えた照明器具である。

本発明が採用した請求項２の手段は、照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器と、電力線を通じて通信を行う電力線通信手段と、予備電源としてのキャパシタとを組み込んだことを特徴とする位置確認機構を備えた照明器具である。

本発明が採用した請求項３の手段は、照明器具が蛍光灯タイプのものであって、無線通信手段と、アンテナが一つずつであるのに対し、超音波発生器が離れた位置に複数個配置されている前記請求項１又は２のいずれかに記載の位置確認機構を備えた照明器具である。

本発明が採用した請求項４の手段は、照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器とを組み込み、ロボットに無線通信手段と超音波信号の受信器とを組み込み、ロボットの無線通信手段からの無線信号を照明器具の無線通信手段が受信して認識し、自己への通信であれば、照明器具の無線通信手段からスタート信号を発信させると共に、超音波発生器から超音波信号を発信させ、ロボットは前記スタート信号から超音波信号を受信するまでの間の時間を計測することにより、照明器具とロボットとの間の距離を測定するようにしたことを特徴とする位置確認システムである。

請求項１の発明にあっては、照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器とを組み込んでいる。つまり、室内の電球や蛍光灯等の交換と同じように、本発明の照明器具を天井のソケット等へ取り付けるだけで、ロボットの位置確認のための無線通信手段を設置することが可能であり、別途これらの設置作業を省略することができる。

請求項２の発明にあっては、照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器と、電力線を通じて通信を行う電力線通信手段と、予備電源としてのキャパシタとを組み込んでいる。
キャパシタの存在により、電力線からの電源供給がストップした場合であっても、当該キャパシタから電源を供給し、無線信号及び超音波信号を発信して位置確認のための信号を出力することが可能である。
また電力線通信部を設けることにより、電力線を通じて上位システムとの間の通信を行い、ロボットがエリアに入ったことを検知して照明を明るくするなどの制御が可能である。

請求項３に記載の蛍光灯タイプの照明器具の発明にあっては、超音波発生器が離れた位置に複数個配置されている。そのため、一つの照明器具から複数の超音波を発生することができ、照明器具の設置数が１個の超音波発生器を備えた場合と比較し少なくて済むという利点がある。

請求項４の発明にあっては、ロボットの無線通信手段から位置確認信号の発信を要求する無線信号を照明器具の無線通信手段へ発信させる。この無線信号には要求する照明器具のＩＤが含まれており、無線信号を受信した照明器具は、自己への要求信号であれば、当該照明器具の無線通信手段からスタート信号を発信させると共に、該当する超音波発生器から超音波信号を発信させる。
ロボットは前記スタート信号から超音波信号を受信するまでの間の時間を計測することにより、照明器具とロボットとの間の距離を測定することができる。
ロボットが複数同時に進行している場合であっても、各ロボットが前記スタート信号を受信したときから、超音波を受信するまでの時間を計測することにより、当該ロボットとスタート信号及び超音波信号を発信した照明器具との間の距離をそれぞれのロボットが同時に求めることが可能である。

本発明の一実施の形態に係る照明器具の全体を示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る照明器具を用いてロボットの位置を測定する場合の構成図である。 本発明の別の実施の形態に係る照明器具の正面図である。

以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。

図１に示す如く、この実施の形態の照明器具１は、電球タイプのものである。この照明器具１の内部空間内には、本来の機能である照明を行うための照明体２と、ＲＦＩＤ等の無線通信手段３と、無線通信のためのアンテナ４と、非常時の電源を確保するためのキャパシタ５と、電力線を通じて通信を行うための電力線通信手段６と、超音波発生器７とが組み込まれている。
照明体２としては、通常のフィラメント電球やＬＥＤ（発行ダイオード）を利用した照明又は有機ＥＬを利用した照明等が可能である。寿命と価格とを考慮すると、ＬＥＤや有機ＥＬの方が適している。
無線通信手段３としては、電池を内蔵するアクティブタイプのものや電波をエネルギー源とするパッシブタイプのものがあり、いずれでも利用可能である。また電波の伝達方式として電磁誘導方式と電波方式とがあるが、いずれの方式であってもよい。
アンテナ４は、電球タイプの照明器具の照射面に設置されているが、照明光をできるだけ遮らないように透明又は半透明材料を用いればよい。またアンテナ４は、電波の放射に支障がないように、金属部以外のガラスやプラスチック材料よりなる照射面の透明又は半透明材料部分に設置されていることが必要である。さらにアンテナ４は、微細な線材を照射面透明又は半透明材料部分に貼付けたり、パターンを照射面透明又は半透明材料部分に直接印刷して設置することも可能である。
電力線通信手段６は、電球の取付金具（ソケット）８を介して屋内配線に電気的に接続されており、例えば、室内の照明をコントロールする制御システム（図示せず）のＣＰＵと通信が可能である。
超音波発生器７は、市販されている安価な超音波発生器を使用することが可能である。また超音波発生器７は照射面中央に設置し同心円状に音波を発信することが望ましい。さらに照射面を直接振動させることにより発信指向性を広角にすることも可能である。

次に、図２を参照してこのように構成された照明器具１による自律式ロボット９の位置確認システムの動作態様について説明する。自律式ロボット９には、無線通信手段と、アンテナと超音波受信器（いずれも図示せず）とが組み込まれている。また各照明器具１には、個別のＩＤ番号が付されている。このＩＤ番号の書き込みは、電力線１２及びソケット８を通じて上位のコンピュータから行うか若しくはＲＦＩＤのリーダライタを用いて個別に行えばよい。
先ず、ロボット９の無線通信手段から距離測定開始の要求信号を無線で発信させる。この無線要求信号には、天井１０に設置された多数の照明器具１のうちの測定対象を特定する個々の照明器具１のＩＤ番号が含まれている。各照明器具１は、前記ロボット１からの無線要求信号をアンテナ４で受信し、無線通信手段３に送信する。無線通信手段３は、無線要求信号の中からＩＤ番号を取り出し、自己に対する要求信号であるか否かを判断する。そして、自己に対する要求信号でない場合は要求を無視し、自己に対する要求信号である場合は、無線通信手段３から照明器具のＩＤ番号を含めた測定開始（スタート）信号をアンテナ４を介して発信させる。

また無線通信手段３のＣＰＵは同時に、超音波発生器７へ超音波を発信させるべく指令信号を送信する。これにより、超音波発生器７から超音波が発信される。
ロボット９は、アンテナ４から発信されるスタート信号を受信すると、この信号の受信時から超音波７を受信するまでの時間を計測する。電波よりも超音波の伝達速度の方が遥かに遅いので、同時にスタート信号と超音波とが発信されたとしても超音波の方が後から受信されることになる。この時間差を計測することで、照明器具１とロボット９との距離を測定することが可能である。

ロボット９が複数同時に進行しているような場合は、全てのロボット９が前記スタート信号の受信時から超音波７を受信するまでの時間を計測することにより、最初の要求信号を出力したロボット９が指定した照明器具１と、それぞれのロボット９との距離を同時に且つ個々に測定することが可能である。照明器具１の位置は、予め分かっているので、これにより特定の照明器具１に対して個々のロボット９がどの範囲にいるかを知ることが可能である。
超音波の発信指令信号はロボット間の通信をおこない、各ロボット９に優先順位をつけて発信する方法や、親機を決めてそれに従って発信させる方法、電力線通信を行い上位システムのコンピュータによって制御することなどがあげられる。
以上の動作を繰り返して、順次隣の照明器具１に対して要求信号を出力し、それらの照明器具１との距離を測定することにより、少なくとも三つの照明器具１からの距離を求めて三辺測量等の方法により、自己の位置を正確に測定することが可能である。

照明器具１のキャパシタ５は、屋内配線である電力線からの電力の供給が停止した場合に、アクティブタイプの無線通信手段３や超音波発生器７へ電源を供給するためのものであり、緊急時の対策の一つである。
また電力線通信手段６は、上位の照明管理システムのコンピュータ等とソケット８及び電力線１１を介して接続されており、無線通信手段３のＩＤを書き換えたり、ロボット９からの要求信号を受信することで、ロボット９が近くに来たことを上位システムのコンピュータへ知らせ、照明を明るくするなどの制御に使用される。

図３は、蛍光灯タイプの照明器具１２へ本発明を適用した別の実施の形態を示すものである。なお、図１に示す電球タイプの照明器具１の場合と、同じ符号は同じ部材を示している。この実施例にあっては、超音波発生器７は、蛍光灯タイプの照明器具１２の両端寄りに２個設けられている。これに対して、無線通信手段３と、アンテナ４と、キャパシタ５と電力線通信手段６は一つで供用するようにしており、無線通信手段３には超音波発生器７のそれぞれに該当する２個のＩＤが付されている。また照明体６は、この場合もＬＥＤや有機ＥＬの方が寿命が長いので最適である。

この蛍光灯タイプの照明器具１２の場合も利用方法は、図１及び図２に示す電球タイプの照明器具１の場合と同じである。従って、蛍光灯タイプの照明器具１２の無線通信手段３はロボット９との間で通信を行いロボット９は、該当する超音波発生器７からの信号にて前記図１及び図２に示す実施例の場合と同じように距離を測定し、三辺測量等の方法により、自己の位置を測定することが可能である。

ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、ロボット９に無線通信手段３と、アンテナ４と超音波受信機から成る距離測定機構が２セット搭載されている場合は、一つの照明器具１からの距離測定で、二点の位置関係を測定することができ、自己の進行方向及び傾きを測定することが可能である。
また照明器具にセットされた無線通信手段３を利用してＩＣタグを持った人の検知や荷物の検知を行い、人や荷物の位置を確認したり、更に照明器具を点灯させたり、照度を変えたり、また行く先の照明を点灯させる等のことが可能である。

１…電球タイプの照明器具
２…照明体（ＬＥＤ，有機ＥＬ等）
３…無線通信手段（ＲＦＩＤ等）
４…アンテナ
５…キャパシタ
６…電力線通信手段
７…超音波発生器
８…取付器具（ソケット）
９…ロボット
１０…天井
１１…電力線
１２…蛍光灯タイプの照明器具

Claims (4)

1. 照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器とを組み込んで成り、前記アンテナが照射面透明又は半透明材料部分に配置されていることを特徴とする位置確認機構を備えた照明器具。
2. 照明器具の内部空間内に無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器と、電力線を通じて通信を行う電力線通信手段と、予備電源としてのキャパシタとを組み込んだことを特徴とする位置確認機構を備えた照明器具。
3. 照明器具が蛍光灯タイプのものであって、無線通信手段と、アンテナが一つずつであるのに対し、超音波発生器が離れた位置に複数個配置されている前記請求項１又は２のいずれかに記載の位置確認機構を備えた照明器具。
4. 照明器具の内部空間内に、無線通信手段と、無線信号の送受信を行うアンテナと、超音波発生器とを組み込み、ロボットに無線通信手段と超音波信号の受信器とを組み込み、ロボットの無線通信手段からの無線信号を照明器具の無線通信手段が受信して認識し、自己への通信であれば、照明器具の無線通信手段からスタート信号を発信させると共に、超音波発生器から超音波信号を発信させ、ロボットは前記スタート信号から超音波信号を受信するまでの間の時間を計測することにより、照明器具とロボットとの間の距離を測定するようにしたことを特徴とする位置確認システム。
   

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