JP2015179024A - 移動体の位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で移動体の位置を正確に検出することができる移動体の位置検出システムを提供する。
【解決手段】本発明は、ｎ（ｎは１以上３以下の整数）次元の空間を移動可能な移動体の位置を検出するシステムであって、前記空間に配置される、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカと、前記各スピーカを駆動する制御装置と、前記移動体に搭載され、前記スピーカから出力された音を検出するマイクロホンと、前記マイクロホンで検出された音に基づいて、前記移動体の位置を算出する演算装置と、を備え、前記制御装置は、前記少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカの中から、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力する出力動作を少なくとも１回行うように駆動し、前記演算装置は、前記出力動作で出力された音を前記マイクロホンで検出した時刻に基づいて、前記移動体の位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の位置検出システムに関する。

従来より、移動体の位置を探索するための種々の方法が提案されている。例えば、ＧＰＳを利用した方法では、人工衛星からの発信電波を地上で受信し、自己位置を推定する。また、オドメトリ法は、ロボットの車輪の回転量を積算することで進んだ距離を算出し、これを利用して、初期位置を原点とする自己位置を推定する。さらに、距離センサーと地図を用いて地図を作成しながら自己位置の推定を同時に行う方法(ＳＬＡＭ)も提案されている。この方法では、移動体内の記憶部に存在する地図データを用い、レーザレンジファインダーなどの距離センサーと地図情報を持った移動体が、その環境内に進入する。そして、移動体は周囲全方位の距離を計測し、地図データと照合を図って、自己位置を割り出す（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−０７３２５０号公報

しかしながら、上記の方法には次のような問題があった。まず、ＧＰＳを用いた方法では、屋内や鉄筋の傍では使用することができない。また、オドメトリ法は、誤差も積算されるため、次第に自己位置を把握できなくなるおそれがある。さらに、ＳＬＡＭには、レーザレンジファインダーなど高価なセンサーを必須とすることと、装置が大掛かりなため小型化には適していないという問題点がある。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、移動体の位置を正確に検出することが可能な移動体の位置検出システムを提供することを目的とする。

本発明は、ｎ（ｎは１以上３以下の整数）次元の空間を移動可能な移動体の位置を検出するシステムであって、前記空間に配置される、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカと、前記各スピーカを駆動する制御装置と、前記移動体に搭載され、前記スピーカから出力された音を検出するマイクロホンと、前記マイクロホンで検出された音に基づいて、前記移動体の位置を算出する演算装置と、を備え、前記制御装置は、前記少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカの中から、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力する出力動作を少なくとも１回行うように駆動し、前記演算装置は、前記出力動作で出力された音を前記マイクロホンで検出した時刻に基づいて、前記移動体の位置を算出する。

この構成によれば、制御装置により、複数のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力する出力動作を少なくとも１回行うように制御し、移動体は、マイクロホンにより各スピーカからの音を受信するように構成されている。そのため、ｎ次元空間を移動する移動体においては、（ｎ＋１）個のスピーカからの音を受信した時刻、スピーカ間の距離、及び（ｎ＋１）個のスピーカからの音の出力の時間間隔が既知となるので、演算装置によって、ｎ次元空間での移動体の位置を簡単に算出することができる。したがって、簡易な構成により、移動体の位置を正確に算出することができる。

上記システムにおいて、前記制御装置が、前記出力動作を繰り返し、前記演算装置が、前記出力動作ごとに、前記移動体の位置の算出を行うことができる。このように構成することで、移動体が移動しても一出力動作ごとに移動体の位置を検出することができる。

上記システムにおいては、前記スピーカが、ｍ（ｍはｎ＋１より大きい整数）個設けられ、前記制御装置による前記出力動作は、前記ｍ個のスピーカの中から少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカを選択し、当該少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力するように構成され、複数の前記出力動作が行われる場合、前記各出力動作において、異なる組み合わせの前記スピーカが選択されるように構成され、前記制御装置は、前記出力動作を繰り返して行うように、前記ｍ個のスピーカを駆動し、前記演算装置は、前記各出力動作に基づいて前記移動体の位置を算出し、算出された複数の位置のうち、最も多い位置を前記移動体の真の位置として出力するように構成することができる。

例えば、隣接するスピーカ間に障害物がある場合には、スピーカからマイクロホンまでの音の到達時間が変化するおそれがあり、このような場合には、移動体の位置を正確に検出することができない。そこで、ｎ次元空間での探索には、（ｎ＋１）個のスピーカがあれば移動体の位置を算出することができるところ、（ｎ＋１）個よりも多いｍ個のスピーカを準備する。出力動作においては、ｍ個のスピーカの中から（ｎ＋１）個のスピーカを選択し、この出力動作を繰り返す。このとき、各出力動作においては、異なる組み合わせの前記スピーカが選択されるようにする。そして、各出力動作に基づいて移動体の位置を算出する。このとき、各出力動作において選択されたスピーカと移動体との間に障害物がある場合には、算出される位置は偽の位置となるが、各出力動作においては異なる組み合わせのスピーカが選択されるようにしているので、算出された偽の位置は、すべて異なるものとなる。したがって、複数の出力動作を行った場合、算出された移動体の位置のうち、最も多い位置が移動体の真の位置となるため、障害物があっても正確な移動体の位置を算出することができる。

上記各システムでは、前記各出力動作において、１番目に出力するスピーカから出力される音の周波数を、他の前記スピーカから出力される音の周波数と相違させることができる。

このように、各出力動作において、１番目に出力するスピーカから出力される音の周波数が、他の前記スピーカから出力される音の周波数と相違させると、マイクロホンによって音の識別が容易になる。特に、出力動作を繰り返す場合には、有利である。

上記各システムでは、前記演算装置を、前記移動体に搭載し、前記演算装置により算出された前記移動体の位置を無線送信する無線装置をさらに備えることができる。

本発明に係る移動体の位置検出システムによれば、簡易な構成で、移動体の位置を正確に検出することができる。

本発明の第１実施形態に係る検出システムの概略構成図である。 移動体の概略構成を示すブロック図である。 演算装置の概略構成を示すブロック図である。 生成された矩形波の例を示す図である。 矩形波信号の判定を行うためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る二次元空間の概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る三次元空間の概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る三次元空間の概略構成図である。 本発明に係る移動体を探索するための三次元空間のスピーカの配置例である。

以下、本発明に係る移動体の位置検出システムの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この位置検出システムは、一次元空間、二次元空間、及び三次元空間のいずれにも適用できるため、以下では、これらを順に説明するとともに、空間内に障害物がある場合の検出方法についても説明する。

＜１．第１実施形態（一次元空間）＞
＜１−１．システムの概要＞
まず、移動体が一次元空間を移動可能である場合の移動体の位置の検出方法について、図１を参照しつつ説明する。図１は第１実施形態に係る検出システムの概略構成図である。移動体１は、特には限定されないが、例えば、遠隔操作による移動のほか、自律的に移動可能な公知のロボットとすることができる。図１に示すように、移動体１は、直線からなる長さＬの一次元空間１００上を移動するものとし、その両端にそれぞれスピーカが配置されている。ここでは、説明の便宜のため、図１の左側のスピーカを第１スピーカ１０１、右側のスピーカを第２スピーカ１０２と称することとする。これらスピーカ１０１、１０２は、公知のものであり、音の出力を制御する制御装置２に電気的に接続されている。

制御装置２は、ＣＰＵ、メモリなどを有する公知のコンピュータで構成された制御部２１と、この制御部２１によって制御されるアンプ２２と、を備えている。そして、このアンプ２２から出力される音声信号によって各スピーカ１０１、１０２から音が出力される。なお、制御部２１を、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などで構成することもできる。

本実施形態における制御部２１は、２種類のパルス信号を生成し、これがアンプ２２によって増幅されてスピーカ１０１、１０２から出力される。一例として、周波数１．７ｋＨｚでＯＮ／ＯＦＦする矩形波を８パルス生成し、これをアンプ２２を介して第１スピーカ１０１から出力する。この音を第１音と称する。これに加え、周波数１．３ｋＨｚでＯＮ／ＯＦＦする矩形波を８パルス生成し、これをアンプ２２を介して第２スピーカ１０２から出力する。この音を第２音と称する。また、第１スピーカ１０１からの出力と第２スピーカ１０２からの出力は、所定の時間間隔Δｔ，例えば０．１秒おきに行われ、これが繰り返される。すなわち、第１スピーカ１０１から第１音が出力された０．１秒後に、第２スピーカから第２音が出力され、その０．１秒後に再度、第１スピーカから第１音が出力される。以降、これを繰り返す。上述した周波数及び音の出力の時間間隔Δｔは特には限定されないが、２つのスピーカからの音が重複するのを避けるため、各スピーカ１０１，１０２からの出力時間を、出力の時間間隔Δｔよりも短くすることが好ましい。また、上記のような第１スピーカ１０１からの第１音の出力からΔｔ後に第２スピーカ１０２から第２音を出力する動作を、出力動作と称することとする。

次に、移動体について、図２も参照しつつ説明する。図２は移動体の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、移動体１には、両スピーカ１０１、１０２から出力された音を受信する１個のマイクロホン３と、このマイクロホン３で受けた音から移動体１の位置を算出する演算装置４と、この演算装置４で算出された位置を無線により送信したり、移動体１を操作するための信号を受信する無線装置５と、が搭載されている。マイクロホン３は、例えば、コンデンサマイクなど、公知のものを使用することができる。

続いて、演算装置について、図３を参照しつつ説明する。図３は演算装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、演算装置４は、マイクロホン３で受信したアナログ音声信号を増幅するプリアンプ回路４１、このプリアンプ回路４１で増幅されたアナログ音声信号に対するローパスフィルタ４２及びハイパスフィルタ４３、Ａ／Ｄ変換回路４４、及びこのＡ／Ｄ変換回路４４で生成されたデジタル音声信号を処理し、移動体１の位置を算出する信号処理部４５を備えている。ローパスフィルタ４２及びハイパスフィルタ４３は、例えば、オペアンプなどで構成することができ、これを複数設けることもできる。上記のように、各スピーカ１０１、１０２から出力された音の周波数は、１．３ｋＨｚ及び１．７ｋＨｚであるので、これらのフィルタで、例えば、１〜２ｋＨｚの音を抽出できるようにすることができる。信号処理部４５は、例えば、公知のコンピュータで構成することができ、ＣＰＵ，及びメモリ，ＨＤＤ，ＳＳＤなどの記憶部（図示省略）を備えている。あるいは、信号処理部４５をＦＰＧＡなどで構成することもできる。

より詳細に説明すると、信号処理部４５は、例えば、記憶部から音声処理プログラムを読み出して実行することにより、仮想的に、二値化部４５１、ノイズ除去部４５２、音声信号を識別する識別部４５３、及び移動体の位置を算出する算出部４５４として動作する。二値化部４５１は、デジタル信号を所定の閾値に基づいて二値化し、矩形波信号に変換する処理を行い、ノイズ除去部４５２ではこの矩形波信号のノイズを除去する。ノイズ除去部４５２は、例えば、チャタリング除去回路などを用いることができる。また、識別部４５３では、マイクロホン３で受信した音が第１音、第２音、またはそれ以外の音であるのかが識別される。そして、算出部４５４では、識別した矩形波信号が、第１音または第２音である場合に、これらを受信した時刻に基づいて、移動体１の位置を算出する。また、信号処理部４５の記憶部には、両スピーカ１０１、１０２間の距離Ｌ、両スピーカ１０１、１０２から出力される第１音及び第２音の周波数、両スピーカ１０１、１０２からの音の出力の時間間隔Δｔなどが予め記憶されている。但し、第１スピーカ１０１からの音の出力開始時刻は記憶されない。

また、無線装置５は、算出された移動体１の位置を、移動体１の操作者などに送信する。これにより、操作者は、移動体の正確な位置を知ることができる。さらに、移動体１を操作するための信号を受信し、これによって移動体１を遠隔操作することもできる。

＜１−２．システムの動作＞
次に、上記のように構成された移動体の位置検出システムの動作について、説明する。ここでは、移動体１が両スピーカ１０１，１０２間の一次元空間のいずれかの位置に存在していることとする。そして、図１に示すように、第１スピーカ１０１と移動体１との距離ｘを、移動体の位置として、これを検出することとする。まず、制御装置２により、各スピーカ１０１、１０２を駆動する。すなわち、第１スピーカ１０１から第１音を出力し、その０．１秒後に第２スピーカ１０２から第２音を出力し、以降、これを繰り返す。

この音は、移動体１のマイクロホン３で受信された後、移動体１の演算装置４で、次のように処理される。まず、マイクロホン３により受信された音は、アナログ音声信号としてプリアンプ回路４１に送信され増幅される。そして、増幅されたアナログ音声信号は、ローパスフィルタ４２及びハイパスフィルタ４３により高周波域及び低周波域がカットされる。これにより、第１音及び第２音以外の騒音などを除去することができる。その後、このアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換回路４４によりデジタル音声信号に変換され、信号処理部４５に送信される。信号処理部４５では、二値化部４５１でデジタル音声信号の二値化が行われ、続いてノイズ除去部４５２でノイズ除去が行われる。これにより、デジタル音声信号が矩形波を表す矩形波信号に変換される。

続いて、この矩形波信号が、第１スピーカ１０１から出力された第１音であるか、あるいは第２スピーカ１０２から出力された第２音であるかを判定する。この判定は種々の方法があるが、例えば、次のように行うことができる。この点について、図４の矩形波信号の例、及び図５のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、図４に示すように、生成された矩形波信号における第１パルス〜第６パルスの時間ｔ１〜ｔ６を抽出し、これを記憶部に記憶された第１音または第２音と比較する（ステップＳ１０１）。このとき、抽出された第１パルス〜第６パルスの時間が第１音の基準範囲または第２音の基準範囲であれば、一次判定として第１音または第２音と判定する（ステップＳ１０２のＹＥＳ）。

続いて、第１パルスの開始から第６パルスが終了するまでの時間ｔｘを抽出し、これが第１音の基準範囲または第２音の基準範囲と比較する（ステップＳ１０３）。そして、これが基準範囲内であれば、二次判定として第１音または第２音と判定する（ステップＳ１０４のＹＥＳ）。こうして、一次判定及び二次判定に基づいて、矩形波信号が第１音または第２音のいずれであるかを判定する（ステップＳ１０５）。このとき、矩形波信号が、一次判定または二次判定において基準範囲外であれば（ステップＳ１０２のＮＯ，ステップＳ１０４のＮＯ）、その音は第１音及び第２音以外の音、例えばノイズと判定される（ステップＳ１０６）。

こうして、矩形波信号が第１音または第２音のいずれであると判定されると、その信号を受信した時刻を記憶する（ステップＳ１０７）。すなわち、矩形波信号が第１音であれば、受信した時刻をｔ_Aとして記憶し、第２音であれば、受信した時刻をｔ_Bとして記憶する。なお、音を特定する方法は、これには限定されず、上記一次判定のみ、又は二次判定のみとすることもできる。また、二次判定においては第１パルスの開始から第６パルスが終了するまでの時間を基準としているが、第６パルス終了までの時間でなくてもよく、これより短く、あるいは長い時間を用いることもできる。

次に、算出部４５４で、移動体１の位置の算出を行う。上記のように、各スピーカ１０１、１０２からの音を受信した時刻ｔ_A，ｔ_B、両スピーカ１０１、１０２間の距離Ｌ，両スピーカ１０１、１０２から音が出力される時間間隔Δｔは既知であるので、未知変数である移動体の位置ｘ、第１スピーカ１０１が音を出力した時刻ｔ₀を、連立方程式を解くことで、以下のように算出することができる。その後、算出された移動体の位置ｘは、無線装置５により、移動体の操作者などに送信される。

以上のように、本実施形態に係るシステムによれば、制御装置２により、２個のスピーカ１０１、１０２が、時間間隔Δｔをおいて第１スピーカ１０１、第２スピーカ１０２の順序で音を出力する出力動作を少なくとも１回行うように駆動している。そして、移動体１は、マイクロホン３により各スピーカ１０１，１０２からの音を受信するように構成されている。そのため、一次元空間１００を移動する移動体１においては、２個のスピーカ１０１、１０２からの音を受信した時刻、スピーカ間の距離、及び２個のスピーカからの音の出力の時間間隔が既知となるので、演算装置４によって、一次元空間での移動体１の位置を簡単に算出することができる。したがって、簡易な構成により、移動体１の位置を正確に算出することができる。

このような移動体の位置検出システムは、種々の場面で用いることができる。例えば、人間が目視できない場所で移動するロボットの位置検出に用いることができる。具体的には、橋梁などの検査を行うロボットなどに適用することができる。また、共同溝や下水管内の検査において、ロボットによる無人点検時に、点検個所を上記システムで特定することができる。あるいは、水中で、魚を追いかける調査用ロボットが、希少種を発見した場合、その発見位置を上記システムで明確化することができる。

＜２．第２実施形態（二次元空間）＞
第１実施形態では一次元空間での移動体の位置検出を示したが、二次元空間でも同じである。二次元空間において移動体の位置を検出するには、少なくとも３個のスピーカが必要である。例えば、図６に示すような矩形状の二次元空間の３つの頂部にスピーカ（以下、第１〜第３スピーカという）を配置すればよい。この場合、スピーカを駆動する制御装置２、音の処理を行う演算装置４の構成は、一次元空間で説明したものと同じであるため、説明を省略する。

ここでは、以下のように、音の処理が行われる。まず、矩形状の二次元空間の１つの頂部を原点とし、この原点を中心としたｘｙ平面２００を規定する。そして、原点に第１スピーカ２０１、位置（Ｌｘ，０）に第２スピーカ２０２、位置（０，Ｌｙ）に第３スピーカ２０３を配置する。すなわち、長方形状の二次元空間２００のいずれか３つの頂部にスピーカを配置する。したがって、第１スピーカ２０１と第２スピーカ２０２の距離はＬｘ，第１スピーカ２０１と第３スピーカ２０３の距離はＬｙである。そして、第１、第２，第３スピーカ２０１〜２０３の順で、時間間隔Δｔ（例えば、０．１秒）おきに音を出力し、これを繰り返す。このとき、例えば、第１スピーカ２０１から出力される第１音の周波数を１．７ｋＨｚとし、第２及び第３スピーカ２０２，２０３から出力される第２音、第３音の周波数を１．３ｋＨｚとする。

演算装置４の記憶部には、各スピーカ２０１〜２０３の位置、出力される音の周波数、音の出力間隔Δｔが記憶されている。そして、第１実施形態と同様に、各スピーカ２０１〜２０３から音を順に出力し、これを移動体１のマイクロホン３で受けて、音の処理を行う。ここでは、移動体１の位置（ｘ，ｙ）、第１スピーカからの出力開始時刻ｔ₀が未知数であるが、マイクロホン３で第１〜第３スピーカ２０１〜２０３からの音を受信した時刻をそれぞれｔ_A，ｔ_B，及びｔ_Cとすると、上記既知の数値を用いて連立方程式を作成できるため、以下のように移動体の位置（ｘ，ｙ）及び第１スピーカ２０１からの出力開始時刻ｔ₀を算出することができる。

上記二次元空間における移動体１の位置の検出では、第１スピーカ２０１からの第１音の出力からΔｔ後に第２スピーカ２０１から第２音を出力し、そのΔｔ後に第３スピーカ２０３から第３音を出力しているが、この動作を、出力動作と称する。また、この実施形態では、第１音の周波数を、他の音の周波数と相違するようにしているが、これにより、各出力動作の先頭の音を簡単に識別することができる。よって、移動体１の位置の算出をより正確に行うことができる。

＜３．第３実施形態（三次元空間）＞
続いて、三次元空間における移動体の位置の算出方法について説明する。三次元空間において移動体の位置を検出するには、少なくとも４個のスピーカが必要である。例えば、図７に示すような直方体状の三次元空間の４つの頂部にスピーカ（以下、第１〜第４スピーカという）を配置すればよい。各スピーカを駆動する制御装置、音の処理を行う演算装置の構成は、一次元空間で説明したものと同じであるため、説明を省略する。

ここでは、以下のように、音の処理が行われる。まず、直方体状の三次元空間の１つの頂部を原点とし、この原点を中心としたｘｙｚ空間を規定する。そして、原点に第１スピーカ３０１、位置（Ｌｘ，０，０）に第２スピーカ３０２、位置（０，Ｌｙ，０）に第３スピーカ３０３、位置（０，０，Ｌｚ）に第４スピーカ３０４を配置する。すなわち、直方体状の三次元空間３００の８つの頂部のうち、隣接するいずれか４箇所の頂部にスピーカを配置する。したがって、第１スピーカ３０１と第２スピーカ３０２の距離はＬｘ，第１スピーカ３０１と第３スピーカ３０３の距離はＬｙ、第１スピーカ３０１と第４スピーカ３０４の距離はＬｚである。そして、第１、第２，第３，第４スピーカ３０１〜３０４の順で、時間間隔Δｔ（例えば、０．１秒）おきに音を出力し、これを繰り返す。このとき、例えば、第１スピーカ３０１から出力される第１音の周波数を１．７ｋＨｚとし、第２〜第４スピーカ３０２〜３０４から出力される第２音、第３音、第４音の周波数を１．３ｋＨｚとする。

演算装置４の記憶部には、各スピーカ３０１〜３０４の位置、出力される音の周波数、音の出力間隔Δｔが記憶されている。そして、第１実施形態と同様に、各スピーカ３０１〜３０４から音を順に出力し、これを移動体１のマイクロホン３で受けて、音の処理を行う。ここでは、移動体１の位置（ｘ，ｙ，ｚ）、第１スピーカ３０１からの出力開始時刻ｔ₀が未知数であるが、マイクロホン３で第１〜第４スピーカ３０１〜３０４からの音を受信した時刻をそれぞれｔ_A，ｔ_B，ｔ_C及びｔ_Dとすると、上記既知の数値を用いて連立方程式を作成できるため、以下のように移動体の位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び第１スピーカ３０１からの出力開始時刻ｔ₀を算出することができる。

上記三次元空間における移動体の位置の検出では、第１スピーカ３０１からの第１音の出力からΔｔ後に第２スピーカ３０１から第２音を出力し、そのΔｔ後に第３スピーカ３０３から第３音を出力し、さらにそのΔｔ後に第４スピーカ３０４から第４音を出力しているが、この一連の動作を、出力動作と称する。

＜４．第４実施形態（障害物のある三次元空間）＞
次に、三次元空間を例にして、空間内に障害物がある場合の位置の算出方法について説明する。ここでは、直方体状の三次元空間を規定し、８つの角部すべてにスピーカを配置する。すなわち、図８に示すように、８つのスピーカ、つまり第１〜第８スピーカ４０１〜４０８が配置されている。

演算装置４の記憶部には、各スピーカ４０１〜４０８間の位置（座標）、音の出力の間隔Δｔが記憶されている。音は、次のように出力する。三次元空間において、障害物がなく出力された音を正確に受信できるのであれば、移動体１の位置を算出するには、第３実施形態で示したように４つのスピーカがあればよい。これに対して、以下では、８つのスピーカ４０１〜４０８の中から異なる組み合わせになるような８通りの出力動作を選択する。例えば、以下のような８つの出力動作の組み合わせを作製することができる。

(1) 第１スピーカ４０１、第２スピーカ４０２，第３スピーカ４０３，第４スピーカ４０４
(2) 第２スピーカ４０２、第１スピーカ４０１，第８スピーカ４０８，第７スピーカ４０７
(3) 第３スピーカ４０３、第８スピーカ４０８，第１スピーカ４０１，第６スピーカ４０６
(4) 第４スピーカ４０４、第７スピーカ４０７，第６スピーカ４０６，第１スピーカ４０１
(5) 第５スピーカ４０５、第６スピーカ４０６，第７スピーカ４０７，第８スピーカ４０８
(6) 第６スピーカ４０６、第５スピーカ４０５，第４スピーカ４０４，第３スピーカ４０３
(7) 第７スピーカ４０７、第４スピーカ４０４，第５スピーカ４０５，第２スピーカ４０２
(8) 第８スピーカ４０８、第３スピーカ４０３，第２スピーカ４０２，第５スピーカ４０５

そして、これらの出力動作(1)〜(8)を順に行い、これを繰り返す。出力動作間の音の間隔も同じにする。例えば、出力動作(1)の第４スピーカ４０４が出力したΔｔ秒後に、出力動作(2)の第２スピーカ４０２から音を出力する。また、各出力動作(1)〜(8)の第１番目の出力だけ周波数を相違させ、その他の出力の周波数は同じにする。例えば、出力動作(4)の第４スピーカ４０４からは周波数が１．７ｋＨｚの音を出力し、出力動作(4)の第７，第６，及び第１スピーカ４０７、４０６、４０１の出力の周波数は１．３ｋＨｚとする。この理由は第２実施形態で示したとおりである。

そして、このような出力動作(1)〜(8)を順に行うと、各出力動作ごとに、移動体１の位置を算出することができる。ここで、障害物がなく出力された音を正確に受信できるのであれば、各出力動作から算出される移動体１の位置は同じになるはずである。しかしながら、例えば、図８に示すように、第５スピーカ４０５と移動体１との間に障害物Ｐがある場合には、音が正確に伝達しないため、第５スピーカ４０５の出力を含む出力動作から算出された移動体の位置は、正確ではない（以下、偽の位置という）。また、各出力動作(1)〜(8)では、異なる組み合わせのスピーカが選択されているため、偽の位置はすべて異なる値になる。一方、第５スピーカ４０５を含まない出力動作から算出される移動体１の位置はすべて同じ値になる（以下、真の位置という）。したがって、偽の位置はすべて異なるため、同じ位置が２個以上あれば、これを真の位置と判定することができる。

このように、必要数以上のスピーカを準備し、組み合わせの異なる複数の主力動作を設定することで、障害物Ｐがある場合でも移動体の位置を正確に算出することができる。なお、このような判定を行うには、スピーカの数が多いほど好ましいが、例えば、二次元空間であれば、６個以上、三次元空間であれば、８個以上設けることが好ましい。また、上記のような構成は、三次元空間のみならず、二次元空間にも適用することができる。

＜５．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

例えば、制御装置２は、上述したものに限定されず、スピーカの駆動ができればよく、また、マイクロホン３で受信でき、演算装置４で音とその受信時刻の特定ができれば、スピーカから出力される音は、パルス以外の音波であってもよい。また、演算装置４も上記のように音の処理、特に、スピーカからの音を受信し、その受信時刻を特定できれば、その構成、及び音の特定の方法は特には限定されない。

演算装置４は、移動体１に配置するほか、操作者側に配置することもできる。すなわち、移動体１のマイクロホン３で受信した信号を、無線装置５により操作者側に送信し、これを演算装置４で処理することで、移動体１の位置を算出することもできる。さらに、移動体１に無線装置を搭載せず、作業完了後に、演算装置４を解析して移動体１の位置を検出することもできる。

また、一次元、二次元、及び三次元空間において、複数のスピーカの配置は特には限定されず、スピーカの位置が既知であれば、どのような配置でもよい。すなわち、上記実施形態で示したような長方形または直方体の頂部にスピーカが設けられている場合以外でも、例えば、図９に示すような三次元空間の場合、原点を含めた４つのスピーカ５０１〜５０４の位置が分かれば、移動体の位置を算出することができる。この場合、マイクロホンで第１〜第４スピーカ５０１〜５０４からの音を受信した時刻をそれぞれｔ₁，ｔ₂，ｔ₃及びｔ₄とすると、以下の連立方程式により、移動体の位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び第１スピーカ５０１からの出力開始時刻ｔ₀を算出することができる。

以上より、以下の式が導かれる。そして、上の４つの式のいずれかに代入して得られるｔ₀に関する２次方程式を解きｔ₀が得られる。

なお、二次元空間または三次元空間における移動体の位置の算出は、マイクロホンでスピーカからの音を受信できれば可能であるため、移動体が、スピーカで囲まれた閉空間よりも外側にあったとしても移動体の位置の算出は可能である。また、上記実施形態では、スピーカからの音の出力の間隔を一定（Δｔ）にしているが、出力の間隔は既知である限り必ずしも一定でなくてもよい。

１ 移動体
３ マイクロホン
４ 制御装置
５ 演算装置

Claims (5)

1. ｎ（ｎは１以上３以下の整数）次元の空間を移動可能な移動体の位置を検出するシステムであって、
   前記空間に配置される、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカと、
   前記各スピーカを駆動する制御装置と、
   前記移動体に搭載され、前記スピーカから出力された音を検出するマイクロホンと、
   前記マイクロホンで受信された音に基づいて、前記移動体の位置を算出する演算装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカの中から、少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力する出力動作を少なくとも１回行うように制御し、
   前記演算装置は、前記出力動作で出力された音を前記マイクロホンで受信した時刻に基づいて、前記移動体の位置を算出する、移動体の位置検出システム。
2. 前記制御装置は、前記出力動作を繰り返し、
   前記演算装置は、前記出力動作ごとに、前記移動体の位置の算出を行う、請求項１に記載の移動体の位置検出システム。
3. 前記スピーカが、ｍ（ｍはｎ＋１より大きい整数）個設けられ、
   前記制御装置による前記出力動作は、前記ｍ個のスピーカの中から少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカを選択し、当該少なくとも（ｎ＋１）個のスピーカが、所定の時間間隔をおいて所定順序で音を出力するように構成され、
   複数の前記出力動作が行われる場合、前記各出力動作において、異なる組み合わせの前記スピーカが選択されるように構成され、
   前記制御装置は、前記出力動作を繰り返して行うように、前記ｍ個のスピーカを制御し、
   前記演算装置は、前記各出力動作に基づいて前記移動体の位置を算出し、算出された複数の位置のうち、最も多い位置を前記移動体の真の位置として出力する、請求項１に記載の移動体の位置検出システム。
4. 前記各出力動作において、１番目に出力するスピーカから出力される音の周波数が、他の前記スピーカから出力される音の周波数と相違している、請求項１から３のいずれかに記載の移動体の位置検出システム。
5. 前記演算装置は、前記移動体に搭載され、
   前記演算装置により算出された前記移動体の位置を無線送信する無線装置をさらに備えている、請求項１から４のいずれかに記載の移動体の位置検出システム。