JP2014190721A

JP2014190721A - 測距システム

Info

Publication number: JP2014190721A
Application number: JP2013063810A
Authority: JP
Inventors: Murahito Hattori; 祐人服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】より簡易な構成の測距システムを提供すること。
【解決手段】測距システムは、自装置の座標を測定可能な自律走行ロボットと、自律走行ロボットの操作を行う操作端末と、自律走行ロボット及び操作端末と通信するアクセスポイントと、自律走行ロボットが移動可能な範囲において、自律走行ロボットが測定した座標と、アクセスポイントから受信した信号の信号強度の情報と、を関連して記録したデータベースと、を備え、操作端末は、受信した信号の信号強度を測定する信号強度測定部と、自律走行ロボットからの信号の信号強度に基づき、自律走行ロボットからの距離を測定する距離測定部と、を有し、アクセスポイントからの信号強度とデータベースの信号強度とから、操作端末の座標の候補を選択し、当該候補の中から、距離測定部の測定結果に基づいて操作端末の座標を選択するものである。
【選択図】図６

Description

本発明は測距システムに関する。

家庭内で操作端末からの制御信号に基づいて自律走行するロボットを有するシステムが知られている。このようなシステムにおいては、操作端末の位置と、自律走行するロボットの位置と、をいずれも把握しなければならない。

端末の位置検出方法として、ＡＰ（Access Point）から受信する信号の強度を計測するＲＳＳＩ（Receive signal Strength Indication）を利用して、端末の位置を算出する方法が知られている。

特許文献１には、複数のＡＰから受信した信号の強度を測定し、事前に取得した信号強度とのマッチングを行うことで位置検出を行う技術が記載されている。

また、複数の移動基地局から固定基地局のＢＳＡ（Base Station Almanac）情報としてのアンテナ所在位置及び時間補正等と、ＲＳＳＩと、を受信して、リアルタイムに更新し、基地局からのパルスの受信時間により基地局からの距離を推定する基地局到着時間差測距法による位置推定の精度を向上した技術が知られている。

特開２０１２−１７３０５１号公報

しかしながら特許文献１に記載の技術では、レイアウト変更時、例えばアクセスポイントの位置や遮蔽物の位置の変更や、無線環境変化による電波特性の変動があるため、定期的にデータベースを更新する必要があった。

また、ＲＳＳＩの強度はＡＰからの距離ｄに応じたものとなるため、ＲＳＳＩを受信した地点を通る半径ｄの円周の中心に基地局が存在することになる。よって、ＲＳＳＩから受信端末の位置を求めるためには、少なくとも３つのＡＰからのＲＳＳＩを用いなければならない。

さらに、ＢＳＡとＲＳＳＩとを用いた測距法では、時刻同期がとれている複数のＡＰが発信した電波の発信時刻を受信することで、基地局の位置と時刻差から端末の位置を測位する。しかし、民生品のＡＰでは、これらの機能を持っていないため、精度を得るために大掛かりなシステムや高価なハードウェアが必要となる。

しかしながら、家庭内でロボットを使用することを想定すると、複数のＡＰや大掛かりなシステムを使用することは、難しく、従って従来の方法が適用できないという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するために構成されたものであり、より簡易な構成の測距システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる測距システムは、自律走行が可能で、かつ自装置の座標を測定可能な自律走行ロボットと、自律走行ロボットの操作を行う操作端末と、自律走行ロボット及び操作端末と通信するアクセスポイントと、自律走行ロボットが移動可能な範囲において、自律走行ロボットが測定した座標と、アクセスポイントから受信した信号の信号強度の情報と、を関連して記録したデータベースと、を備え、操作端末は、アクセスポイント及び自律走行ロボットから受信した信号の信号強度を測定する信号強度測定部と、信号強度測定部の測定した自律走行ロボットからの信号の信号強度に基づき、自律走行ロボットからの距離を測定する距離測定部と、を有し、信号強度測定部の測定したアクセスポイントからの信号強度とデータベースの信号強度の情報とから、操作端末の座標の候補を選択し、当該候補の中から、距離測定部の測定結果に基づいて操作端末の座標を選択するものである。

本発明によれば、より簡易な構成の測距システムを提供することができる。

実施の形態にかかる本実施の形態にかかる測距システムが使用される際の状況を示す図である。実施の形態にかかる自律走行ロボット１１を示すブロック図である。実施の形態にかかるデータベース１１３を示す図である。実施の形態にかかる操作端末１３のブロック図を示す図である。実施の形態にかかる位置測定方法の流れを示す図である。実施の形態にかかる位置測定方法の流れを示す図である。実施の形態にかかる位置測定方法の流れを示す図である。実施の形態にかかる測距方法を示すフローチャートである。

実施の形態
実施の形態にかかる位置測定システムは、自律して走行する自律走行ロボットと、当該自律走行ロボットをユーザが操作するための操作端末とを使用するためシステムである。

家庭内の離れた場所例えば別の部屋から、自律走行ロボットへ操作端末で指示を行う際には、ロボットは、まずユーザの近くに移動する必要があり、そのためには、ユーザがいる部屋、つまり操作端末のある部屋を特定する必要がある。

複数のＡＰからの信号に基づき、ＲＳＳＩを計測して、座標を割り出す方法は従来から行われているが、家庭内等では、ＡＰを複数配置することが難しい。このため、少ない数のＡＰで正確に位置を把握する測距システムが求められる。本発明は、このような要求を満たすためのものである。以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる測距システムが使用される際の状況を示す図である。
測距システム１は、自律走行ロボット１１と、固定ＡＰ１２と、操作端末１３と、を備える。ここでは、自律走行ロボット１１の位置をロボット位置Ｐ１とする。固定ＡＰ１２の位置をアクセスポイント位置Ｐ２とする。操作端末１３の位置を端末位置Ｐ３とする。

自律走行ロボット１１は、操作端末１３からの操作に基づいて走行する。
固定ＡＰ１２は、自律走行ロボット１１及び操作端末１３と通信する。
操作端末１３は、ユーザからの入力に基づいて、自律走行ロボット１１を操作する。操作端末１３は、自律走行ロボット１１からＲＳＳＩを測定して、自律走行ロボット１１と操作端末１３との距離を測定する。

図２は自律走行ロボット１１を示すブロック図である。
自律走行ロボット１１は、操作端末１３からの操作信号に基づき、自律走行可能に構成されている。自律走行ロボット１１は、駆動機構１１１と、移動ＡＰ１１２と、データベース１１３と、座標検出部１１４と、ＲＳＳＩ測定部１１５と、ロボット制御部１１６と、を有する。

駆動機構１１１は、車輪と当該車輪を駆動させる駆動部とを有し、ロボット制御部１１６の制御に基づいて、自律走行ロボット１１を走行させる。
移動ＡＰ１１２は、固定ＡＰ１２及び操作端末１３と信号を送受信する。

データベース１１３は、複数のＲＳＳＩ測定ポイントの座標と、座標の地点で測定した固定ＡＰ１２からのＲＳＳＩを関連させて記憶する。図１の黒点は、それぞれＲＳＳＩの測定地点を示す。ここでは、ｘ軸とｙ軸方向に１ｍ移動する毎にＲＳＳＩを測定している。なお、本実施の形態ではＤＢは自律走行ロボット１１が有するものとしているが、操作端末１３が有するようにしてもよいし、固定ＡＰ１２が有するようにしてもよい。

座標測定部１１４は、自律走行ロボット１１の現在地の座標を測定する。具体的には、駆動機構１１１の走行距離等から座標を検出するようにしてもよいし、測距センサ等で壁からの距離を測る等するようにしてもよい。
ＲＳＳＩ測定部１１５は、移動ＡＰ１１２が、固定ＡＰ１２及び操作端末１３から受信した信号から、ＲＳＳＩを測定する。
ロボット制御部１１６は、操作端末１３からの操作信号に基づいて、駆動機構１１１を駆動する。

図３は、データベース１１３を示す図である。データベース１１３は、測定地点のｘ座標であるｘ＿ｉと、測定地点のｙ座標であるｙ＿ｉと、固定ＡＰ１２から受信したＲＳＳIに関する情報であるＦｉｘｅｄＡＰ＿ｒｓｓｆ＿ｉが関連付けて格納されている。

データベース１１３は、自律走行ロボット１１により自動的に作成される。自律走行ロボット１１は、自分自身が移動可能な範囲において、座標検出部１１４により自分の位置を検出する。そして、検出した自分の位置と、ＲＳＳＩ測定部１１５の測定結果とを関連付けて、データベース１１３に保存する。

なお、このとき保存する、ＲＳＳＩに関する情報は、ＲＳＳＩをある一定時間かけて複数回取得した値の平均値やヒストグラムである。一定時間に計測したＲＳＳＩを用いることで情報量を増やし、より正確な位置特定のための情報として利用することができる。さらに、検出結果は、ヒストグラムとして保存しておいてもよい。これにより、より信号強度の分布をわかりやすくすることができる。

図４は、操作端末１３のブロック図を示す図である。操作端末１３は、ＲＳＳＩ測定部１３５と、通信部１３６と、距離測定部１３７と、を有する。
通信部１３６は、自律走行ロボット１１及び固定ＡＰ１２と信号を送受信する。
ＲＳＳＩ測定部１３５は、通信部１３６が受信した信号から、ＲＳＳＩを測定する。

距離測定部１３７は、固定ＡＰ１２と自律走行ロボット１１とから受信した信号のＲＳＳＩから、自律走行ロボット１１との距離を測定する。距離測定部１３７は、式（１）に基づいて自律走行ロボット１１と操作端末１３との距離を測定する。

ＰＬ＝ＰＬ_1meter＋１０log（ｄ^ｎ)＋ｓ・・・（１）

式１において、ＰＬは送受信機間の総パス損失（ＰＢ）を示す。また、ＰＬ＿meterは送受信機間の距離１ｍでの希望周波数の基準損失を示す。ｄは送受信機間の距離を示し、ｎは環境のパス損失指数を示し、ｓは環境依存項（ＰＢ）である。

自律走行ロボット１１の移動ＡＰ１１２、及び固定ＡＰ１２の通信部１３６として搭載された無線ＬＡＮ受信機のハードウェアの違いにより、同一の場所であるにもかかわらずＲＳＳＩが異なる場合がある。式（１）の環境依存項ｓは、この差異を修正するためのものである。

なお、環境依存項ｓを正確な値にするためには、例えば、まず自律走行ロボット１１がデータベース１１３を作成する際に、自律走行ロボット１１に操作端末１３を保持させる。これにより、同一の測定点での移動ＡＰ１１２及び通信部１３６のＲＳＳＩを同時に取得することができる。それぞれの地点のＲＳＳＩから、移動ＡＰ１１２及び通信部１３６
の環境依存項ｓにかかる変換パラメータを推定する。推定法は最小二乗法などでよい。

これにより、操作端末１３は、データベース１１３に格納されたＲＳＳＩから、環境依存項ｓと、に基づいて操作端末１３の位置を測定することが可能である。

次に、本実施の形態にかかる測距方法の流れを説明する。図５〜図７は位置測定方法の流れを示す図であり、図８は測距方法を示すフローチャートである。ここでは、事前にデータベース１１３の作成の作成と、式（１）の環境依存項ｓの推定が終わっているものとする。また、式（１）の環境依存項ｓ以外のパラメータについては、事前実験により、家庭環境を想定した環境下で推定した値を用いる。

まず、操作端末１３から指示が送信される（ステップＳ１）。すると、操作端末１３は、固定ＡＰ１２から受け取った信号に基づき、ＲＳＳＩ測定部１３５がＲＳＳＩを測定する。そして、データベース１１３のＲＳＳＩと、ＲＳＳＩ測定部１３５が測定したＲＳＳＩとをマッチングして、操作端末１３の座標の候補を選択する（ステップＳ２）。図５に示す二重丸は、操作端末１３の座標の候補である。

次に、ＲＳＳＩ測定部１３５は、移動ＡＰ１１２から受け取った信号のＲＳＳＩを測定する。そして、式（１）を用いてて、自律走行ロボット１１と操作端末１３との間の距離を算出する。

算出した距離に応じて、距離測定部１３７が操作端末１３の存在する領域である対象領域を推定し、操作端末１３の候補点を更に絞り込む（ステップＳ３）。具体的には、自律走行ロボット１１からの最大距離ｒ１と、最小距離ｒ２とを定めて、固定ＡＰ１２の座標を中心とした円を描き、最小距離ｒ２以上であって、最大距離ｒ１以下の円に含まれる領域を対象領域と推定する。最小距離ｒ２と最大距離ｒ１とは、式（１）から求められるが、環境依存項ｓ以外のパラメータは実測値ではないため、精度が高くない。そのため、最大距離ｒ１及び最小距離ｒ２は適宜調整される。

ステップＳ３が終了した時点で、候補点が１つの場合には、残った候補点を操作端末１３の位置として自律走行ロボット１１に送信する（ステップＳ４：Ｎｏ）。操作端末１３が算出した結果残った候補点が２つ以上ある場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、操作端末１３は自律走行ロボット１１に複数の候補点の座標を送信し、自律走行ロボット１１は、対象領域に接近する方向に移動する。操作端末１３が算出した結果残った候補点が１である場合、（ステップＳ４：Ｎｏ）、候補点が操作端末１３の位置であると判断する（ステップＳ１１）。

自律走行ロボット１１が対象領域に接近する方向に移動した先に分岐がある場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、候補点を保持したまま分岐点まで移動し（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻って、再度対象領域を算出し、候補点の絞り込みを行う。

自律走行ロボット１１が対象領域に接近する方向に移動した先に分岐がない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、候補点のうちいずれかを移動先候補とする。

自律走行ロボット１１は、移動先候補がある場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、候補点の１つを選択して移動する（ステップＳ８）。自律走行ロボット１１は、移動中に、ＲＳＳＩ測定部１１５で操作端末１３からの信号のＲＳＳＩを測定し、ＲＳＳＩが増加しているか否か判断する（ステップＳ９）。ＲＳＳＩが増加している場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、自律走行ロボット１１が向かっている移動先候補が操作端末１３の位置であると判断する（ステップＳ１１）。

ＲＳＳＩが減少している場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、移動を中断して、移動先候補とした候補点を削除し（ステップＳ１０）、移動先候補があるか否か確認し、移動先候補がない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）には、自律走行ロボット１１の位置検出に失敗したものとする。

なお、ここでは、ステップ４において候補点が複数ある場合には候補点を移動先候補として移動し、ＲＳＳＩに基づいて移動先候補が操作端末１３の座標であるか否か確認するものとして説明したが、移動した後に、ユーザの有無を他の方法、例えば個人認証等で確認するようにしてもよい。

本実施の形態にかかる測距システム１は、ＲＳＳＩのデータベースと実測されたＲＳＳＩとをマッチングし、かつ、ＲＳＳＩから操作端末１３と自律走行ロボット１１との間の距離を算出することにより、操作端末１３位置を測定することが可能である。これにより、アクセスポイントを増やす必要がないとともに、安価に測距システムを構成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１測距システム
１１自律走行ロボット
１２固定ＡＰ
１３操作端末
１１１駆動機構
１１２移動ＡＰ
１１３データベース
１１４座標検出部
１１５ＲＳＳＩ測定部
１１６ロボット制御部
１１７移動ＡＰ
１３５ＲＳＳＩ測定部
１３６通信部
１３７距離測定部

Claims

自律走行が可能で、かつ自装置の座標を測定可能な自律走行ロボットと、
前記自律走行ロボットの操作を行う操作端末と、
前記自律走行ロボット及び前記操作端末と通信するアクセスポイントと、
前記自律走行ロボットが移動可能な範囲において、前記自律走行ロボットが測定した座標と、前記アクセスポイントから受信した信号の信号強度と、を関連して記録したデータベースと、を備え、
前記操作端末は、
前記アクセスポイント及び前記自律走行ロボットから受信した信号の信号強度を測定する信号強度測定部と、
前記信号強度測定部の測定した前記自律走行ロボットからの信号の信号強度に基づき、前記自律走行ロボットからの距離を測定する距離測定部と、を有し、
前記信号強度測定部の測定したアクセスポイントからの信号強度と前記データベースの信号強度の情報とから、前記操作端末の座標の候補を選択し、当該候補の中から、前記距離測定部の測定結果に基づいて前記操作端末の座標を選択する、測距システム。