JP4991279B2 - Autonomous mobile device - Google Patents

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

本発明は、自律移動装置に関するものである。   The present invention relates to an autonomous mobile device.

従来から、位置が既知である複数個の基地局において移動局からの電波を受信し、各基地局において検出した移動局からの電波の到来方向の関係を用いることにより移動局の位置を求める技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。     Conventionally, a technique for obtaining the position of a mobile station by receiving radio waves from a mobile station at a plurality of base stations whose positions are known and using the relationship of the arrival directions of radio waves from the mobile stations detected at each base station Is known (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1には、ロランや、GPS等の既存の測位システムを利用して各移動局において測位を行い、通信手段を通じて測位結果を基地局や他の移動局に伝送する測位方法の開示や、基地局側で移動局の位置を求める場合に、基地局で位置を求める電波と移動局に位置を通知する電波とを共用する測位方法の開示があるが、前者の測位方法では、ロランやGPS等の受信器を別途備える必要があって、コスト、重量、容積の増大等の問題がある。   This Patent Document 1 discloses a positioning method in which positioning is performed in each mobile station using an existing positioning system such as Loran or GPS, and a positioning result is transmitted to a base station or another mobile station through communication means. In the case of determining the position of the mobile station on the base station side, there is a disclosure of a positioning method sharing the radio wave for determining the position at the base station and the radio wave for notifying the mobile station of the position. However, in the former positioning method, It is necessary to separately provide a receiver such as GPS, and there are problems such as an increase in cost, weight, and volume.

一方後者では、前者の課題を解決できるものの、移動局が自分の位置を知ることができないという問題がある。   On the other hand, in the latter, although the former problem can be solved, there is a problem that the mobile station cannot know its own position.

これらの課題を解決する測位方法として、到来方向推定アルゴリズムであるMUSIC(MUltiple SIgnal lassification)法等を用いた電波到来方向推定により自己位置を測位する測位方法も提供されている(例えば、特許文献2)。
特開平9−119970号公報 特開2006−234683号公報
As the positioning method to solve these problems, a positioning method of determining the position by a DOA estimation algorithm MUSIC DOA Estimation Using (MU ltiple SI gnal C lassification) method are also provided (e.g., Patent Document 2).
JP-A-9-119970 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-234683

ところで、特許文献2に開示されている到来波数の設定が必要なMUSIC法では、電波の回折、反射等実際に起こりうる現象の影響等によって、直接波と反射波が同時に受信されるというマルチパス環境のように、どれだけの電波が到来するか未定である環境下では正しい到来方向推定結果が得られないという問題があった。   By the way, in the MUSIC method which requires setting of the number of incoming waves disclosed in Patent Document 2, a multipath in which a direct wave and a reflected wave are received simultaneously due to an influence of a phenomenon that can actually occur such as diffraction and reflection of radio waves. There is a problem that a correct direction-of-arrival estimation result cannot be obtained in an environment where it is undecided how much radio waves will arrive like the environment.

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、マルチパス環境下においても精度良い測位ができ、走行経路に対して精度良く走行することができる自律移動装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is an autonomous mobile device that can perform accurate positioning even in a multipath environment and can accurately travel on a travel route. Is to provide.

上述の目的を達成するために、請求項1の自律移動装置の発明では、走行手段と、少なくとも3つの既知位置の電波発信器から受信した電波に基づいて測位する測位部と、測位エリアの地図情報を記憶した記憶部と、前記地図情報に基づいて走行経路を生成する走行生成部と、生成された走行経路に基づいて走行手段を制御する走行制御部と、走行手段の動作に基づいて現在位置を推定するデッドレコニング手段とを備え、デッドレコニング手段は、前記測位部で測位した結果に基づいて現在位置を修正する自律移動装置において、前記測位部は、平面内で規定した絶対座標系における座標位置を既知位置に配置された少なくとも3台の電波発信器からの電波の到来方位を用いて検出するものであって、前記電波発信器を3つ選択し当該電波発信器の少なくとも一つについて電波の到来方位が複数ある場合に、選択した3つの前記電波発信器からの電波の到来方位を用いて求めた複数の前記座標位置から前記既知位置の電波発信器を見込む時の各電波発信器の存在方位を求めるとともに、到来方位と存在方位とを照合して到来方位と存在方位とが整合すると判定された前記座標位置を採用することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, in the invention of the autonomous mobile device according to claim 1, a traveling means, a positioning section for positioning based on radio waves received from at least three radio wave transmitters at known positions, and a map of a positioning area A storage unit that stores information; a travel generation unit that generates a travel route based on the map information; a travel control unit that controls the travel unit based on the generated travel route; and a current operation based on the operation of the travel unit A dead reckoning means for estimating a position, wherein the dead reckoning means is an autonomous mobile device that corrects a current position based on a result of positioning by the positioning section, and the positioning section is in an absolute coordinate system defined in a plane. be those detected using the arrival direction of radio waves from at least three radio transmitters are arranged to coordinate positions in a known position, and three selection the radio transmitters, the electrostatic If for at least one of the transmitter are multiple arrival direction of radio waves, radio transmitters of the known positions of a plurality of the coordinate positions obtained by using the arrival direction of radio waves from three of said radio transmitters the selected together determine the existence direction of the radio transmitter when looking into, and arrival direction by matching the arrival direction and the presence azimuth and there orientation characterized by employing the determined the coordinates position and the aligned.

請求項1の自律移動装置の発明によれば、マルチパス環境下においても測位部が精度良い測位ができ、その結果、走行経路に対して精度良く走行することができる。   According to the invention of the autonomous mobile device of the first aspect, the positioning unit can perform accurate positioning even in a multipath environment, and as a result, the vehicle can travel accurately with respect to the travel route.

請求項2の自律移動装置の発明では、請求項1の発明において、前記測位部は、到来方向推定を方向に対する電波強度のスペクトルを用いて定期的に行うものであって、前回測位時に推定された自身の方向と、電波発信器の位置とに基づいて方向に対する電波強度のスペクトルの存在領域を限定することを特徴とする。 In the invention of the autonomous mobile device according to claim 2, in the invention of claim 1, the positioning unit periodically estimates the direction of arrival using the spectrum of the radio wave intensity with respect to the direction, and is estimated at the time of the previous positioning. Further, the present invention is characterized in that a region where the spectrum of the radio wave intensity with respect to the direction is present is limited based on its own direction and the position of the radio wave transmitter.

請求項2の自律移動装置の発明によれば、測位部が、定期的に測位することで、スペクトルについてフィルタをかけることができ、その結果、測位部での測位時間を短縮できる。   According to the invention of the autonomous mobile device of the second aspect, the positioning unit can periodically filter the spectrum, and as a result, the positioning time in the positioning unit can be shortened.

請求項3の自律移動装置の発明では、請求項1の発明において、マルチパスが発生する可能性が高いエリアに自身が存在するかどうかを判断する周囲環境判断部を備え、前記測位部は、マルチパスが発生する可能性の低い領域では、マルチパスを考慮しない到来方向推定を行うことを特徴とする。   In the invention of the autonomous mobile device according to claim 3, in the invention of claim 1, the autonomous mobile device further includes an ambient environment determination unit that determines whether or not the device exists in an area where multipath is likely to occur, and the positioning unit includes: In an area where there is a low possibility of multipath, arrival direction estimation is performed without considering multipath.

請求項3の自律移動装置の発明によれば、マルチパスに対する考慮の有無を周囲環境に応じて判断することで、測位部の測位時間を短縮することができる。   According to the invention of the autonomous mobile device according to claim 3, the positioning time of the positioning unit can be shortened by determining whether or not to consider multipath according to the surrounding environment.

本発明は、マルチパス環境下においても測位部が精度良い測位ができ、その結果、走行経路に対して精度良く走行することができるという効果がある。   The present invention has an effect that the positioning unit can perform accurate positioning even in a multipath environment, and as a result, the vehicle can travel with high accuracy on the travel route.

以下本発明を実施形態により説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は本実施形態の自律移動装置1の構成を示しており、自律移動装置1は、図2に示すように走行エリアに配置した電波発信器2(2〜2)から発信される電波を、アンテナ30を通じて受信し、この受信した電波の到来方向に基づいて測位する測位部3と、動作エリアの地図情報Mapを記憶する記憶部4と、地図情報Mapに基づいて走行経路を生成する経路生成部5と、生成された走行経路に基づいて走行手段(電動モータと走行輪等)6を制御する走行制御部7と、走行手段6の動作に基づいて現在位置を推定するデッドレコニング部8とを備えている。 FIG. 1 shows a configuration of an autonomous mobile device 1 of the present embodiment, and the autonomous mobile device 1 is transmitted from a radio wave transmitter 2 (2 1 to 2 3 ) arranged in a traveling area as shown in FIG. A radio wave is received through the antenna 30, and a positioning unit 3 that performs positioning based on the direction of arrival of the received radio wave, a storage unit 4 that stores map information Map of the operation area, and a travel route is generated based on the map information Map. A route generation unit 5 that performs the control, a travel control unit 7 that controls the travel unit (such as an electric motor and a travel wheel) 6 based on the generated travel route, and dead reckoning that estimates the current position based on the operation of the travel unit 6 Part 8.

測位部3は、図1に示すように電波発信器2(図2参照)からの電波を受信するアンテナ30と、アンテナ30の出力から電波の到来方位を検出するための成分を取り出すとともに抽出した成分を以後の処理のためにデジタル信号に変換する機能を有したアンテナ信号処理回路部31と、アンテナ信号処理回路部31の出力を用いてアンテナ座標系における電波の到来方位を推定する電波到来方向推定部32と、電波到来方向推定のためのパラメータを格納しているパラメータ格納部33とを備える。また、測位部3では、絶対座標系における座標位置を求めるために、電波発信器2の座標位置を知る必要があるから、絶対座標系における電波発信器2の座標をあらかじめ登録した発信器座標記憶部34が設けられ、電波到来方向推定部32で推定された到来方位と発信器座標記憶部34に登録された電波発信器2の座標位置とを用いて測位部3の座標位置を求める測位アルゴリズム処理部35が設けられる。   As shown in FIG. 1, the positioning unit 3 extracts and extracts an antenna 30 that receives a radio wave from the radio wave transmitter 2 (see FIG. 2) and a component for detecting the arrival direction of the radio wave from the output of the antenna 30. An antenna signal processing circuit unit 31 having a function of converting a component into a digital signal for subsequent processing, and a radio wave arrival direction for estimating the arrival direction of the radio wave in the antenna coordinate system using the output of the antenna signal processing circuit unit 31 An estimation unit 32 and a parameter storage unit 33 that stores parameters for radio wave arrival direction estimation are provided. Further, since the positioning unit 3 needs to know the coordinate position of the radio wave transmitter 2 in order to obtain the coordinate position in the absolute coordinate system, the transmitter coordinate memory in which the coordinates of the radio wave transmitter 2 in the absolute coordinate system are registered in advance. A positioning algorithm for determining the coordinate position of the positioning unit 3 using the arrival direction estimated by the radio wave arrival direction estimating unit 32 and the coordinate position of the radio wave transmitter 2 registered in the transmitter coordinate storage unit 34 is provided. A processing unit 35 is provided.

測位部3の座標位置は、測位部3の代表点の座標位置であって、以下の説明では測位部3に設けたアンテナ30を基準として設定したアンテナ座標系の原点の座標位置を、絶対座標系における測位部3の座標位置に用いるものとする。   The coordinate position of the positioning unit 3 is the coordinate position of the representative point of the positioning unit 3. In the following description, the coordinate position of the origin of the antenna coordinate system set with the antenna 30 provided in the positioning unit 3 as a reference is expressed as an absolute coordinate. It shall be used for the coordinate position of the positioning unit 3 in the system.

アンテナ30は、電波の到来方位を検出することができるように構成されたものを用い、本実施形態では、複数本(図示例では円周上に等間隔に4本)のアンテナ素子30aを基台30bに立設した形状のアレイアンテナを用いる。各アンテナ素子30aはモノポールであって、図示例では基台21bの一面に円周上に等間隔4本を立設してある。アンテナ座標系の原点は、アンテナ素子30aに囲まれた部位の中心、すなわち円の中心とする。   The antenna 30 is configured to be able to detect the arrival direction of radio waves. In the present embodiment, a plurality of antenna elements 30a (four in the illustrated example at equal intervals on the circumference) are used as a basis. An array antenna having a shape standing on the table 30b is used. Each antenna element 30a is a monopole, and in the example shown in the figure, four equal intervals are provided upright on the circumference of one surface of a base 21b. The origin of the antenna coordinate system is the center of the part surrounded by the antenna element 30a, that is, the center of the circle.

アンテナ30の出力はアンテナ信号処理回路部31に入力される。アンテナ信号処理回路部31は、図2に示すように、各アンテナ素子30a毎のゲインを切り換えるアッテネータと、アンテナ素子30aで受信した信号を一定周波数に周波数変換する混合回路からなる高周波回路部RFと、混合回路に局発信号を与える局部発振回路SGとを備え、更に、混合回路の出力をデジタル信号に変換するA/D変換部ADを備える。   The output of the antenna 30 is input to the antenna signal processing circuit unit 31. As shown in FIG. 2, the antenna signal processing circuit unit 31 includes an attenuator that switches a gain for each antenna element 30a, and a high-frequency circuit unit RF that includes a mixing circuit that converts a signal received by the antenna element 30a to a constant frequency. A local oscillation circuit SG for supplying a local oscillation signal to the mixing circuit, and an A / D conversion unit AD for converting the output of the mixing circuit into a digital signal.

高周波回路部RFのアッテネータ及び混合回路はアンテナ素子30aと同数個設けられる。混合回路はIQ分離(実数成分と虚数成分の分離)の機能も備える。混合回路ではダウンコンバートを行っており、局部発振回路SGから出力する局発信号の周波数(局発周波数)を変化させることによって、混合回路では一定周波数への周波数変換を行う。したがって、混合回路の出力に所定周波数を通過させる帯域フィルタを設けておくことにより、アンテナ素子30aで受信した信号のうち局発周波数に対応する成分のみが混合回路から出力されることになる。つまり、局発周波数を変化させることによって、電波発信器2からの電波に対応した成分を混合回路から取り出すことができる。尚高周波回路部RFの出力、つまり混合回路の出力周波数は、A/D変換部ADにおけるサンプリングに適した周波数(サンプリング周波数の2分の1以下の周波数)に設定される。   The same number of attenuators and mixing circuits of the high-frequency circuit section RF as the antenna elements 30a are provided. The mixing circuit also has a function of IQ separation (separation of real and imaginary components). The mixing circuit performs down-conversion, and the mixing circuit performs frequency conversion to a constant frequency by changing the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillation circuit SG (local oscillation frequency). Therefore, by providing a band-pass filter that passes a predetermined frequency at the output of the mixing circuit, only the component corresponding to the local frequency is output from the mixing circuit in the signal received by the antenna element 30a. That is, the component corresponding to the radio wave from the radio wave transmitter 2 can be extracted from the mixing circuit by changing the local oscillation frequency. The output of the high-frequency circuit unit RF, that is, the output frequency of the mixing circuit is set to a frequency suitable for sampling in the A / D conversion unit AD (a frequency equal to or less than half the sampling frequency).

A/D変換部ADは、高周波回路部RFから出力された実数成分と虚数成分とをそれぞれデジタル値に変換する。A/D変換部ADについて、サンプリング周波数、サンプリング点数、出力ビット数は、例えば10MHz、1000点、12ビットとする。電波発信器2はそれぞれ異なる周波数の電波を送信しているから、A/D変換部ADでは各周波数毎にサンプリング点数分のサンプリングを行う。本実施形態では、3台の電波発信器2からの電波を受信するものとして、受信周波数を3回切り換える。尚、受信周波数は、測位部3の現在位置に応じて、近距離に存在する電波発信器2からの電波を受信するように選択される。   The A / D conversion unit AD converts the real number component and the imaginary number component output from the high frequency circuit unit RF into digital values, respectively. For the A / D converter AD, the sampling frequency, the number of sampling points, and the number of output bits are, for example, 10 MHz, 1000 points, and 12 bits. Since the radio wave transmitter 2 transmits radio waves of different frequencies, the A / D converter AD performs sampling for the number of sampling points for each frequency. In the present embodiment, the reception frequency is switched three times on the assumption that radio waves from the three radio wave transmitters 2 are received. Note that the reception frequency is selected according to the current position of the positioning unit 3 so as to receive radio waves from the radio wave transmitter 2 existing at a short distance.

A/D変換部ADの出力は、電波到来方位推定部32の機能を実現するDSP(デジタルシグナルプロセッサ)300に入力される。DSP300は、アンテナ素子30aで受信した電波の実数成分と虚数成分とを用いて電波の到来方位を推定する。一方、絶対座標系O−XYにおける測位部3の座標位置を登録した発信器座標記憶部34は、DSP300に付設された内部メモリ(図示せず)により実現される。発信器座標記憶部34には、電波発信器2の座標位置のほか電波発信器2からの送信信号の周波数も記憶されており、測位部3から近距離に存在する電波発信器2を3台選択し、当該電波発信器2の周波数に応じて局部発振回路SGの局発周波数を選択できる。   The output of the A / D conversion unit AD is input to a DSP (digital signal processor) 300 that realizes the function of the radio wave arrival direction estimation unit 32. The DSP 300 estimates the arrival direction of the radio wave using the real component and the imaginary component of the radio wave received by the antenna element 30a. On the other hand, the transmitter coordinate storage unit 34 in which the coordinate position of the positioning unit 3 in the absolute coordinate system O-XY is registered is realized by an internal memory (not shown) attached to the DSP 300. The transmitter coordinate storage unit 34 stores the frequency of the transmission signal from the radio wave transmitter 2 in addition to the coordinate position of the radio wave transmitter 2, and the three radio wave transmitters 2 located at a short distance from the positioning unit 3. And the local oscillation frequency of the local oscillation circuit SG can be selected according to the frequency of the radio wave transmitter 2.

DSP300は、測位アルゴリズム処理部35としての機能も備えており、A/D変換部ADから出力された実数成分及び虚数成分により求めた電波の到来方位と、内部メモリに登録された電波発信器2の座標位置とを用いて、絶対座標系における測位部3の座標位置を演算により求める。この演算結果をマイクロコンピュータからなる制御部9に通信部10を介して送出する。   The DSP 300 also has a function as the positioning algorithm processing unit 35, and the radio wave arrival direction 2 obtained from the real component and the imaginary component output from the A / D conversion unit AD and the radio wave transmitter 2 registered in the internal memory. Is used to calculate the coordinate position of the positioning unit 3 in the absolute coordinate system. The calculation result is sent to the control unit 9 composed of a microcomputer via the communication unit 10.

この制御部9は、経路生成部5,走行制御部7,デッドレコニング部8を構成するもので、DSP300からは、座標位置のほか、電波の到来方位と各アンテナ素子30aでの受信電力も出力される。   This control unit 9 constitutes a route generation unit 5, a travel control unit 7, and a dead reckoning unit 8. From the DSP 300, in addition to the coordinate position, the arrival direction of radio waves and the received power at each antenna element 30a are also output. Is done.

測位部3では、電波発信器2毎に局発周波数を変化させる必要があるが、1台の電波発信器2からの電波の到来方位を検出する間にはアンテナ30の受信条件を変化させる必要が無いから、1台ずつの電波発信器2については電波の到来方位を実質的に同時刻とみなせる程度の短時間で推定することができる。つまり、測位部3では、電波発信器2とアンテナ30との相対位置が変動する場合があるが、各電波発信器2からの電波の到来方位を推定するのに必要なデータを収集する時間は短いから、電波の到来方位が変動しない程度の短時間で到来方位を推定することができる。   In the positioning unit 3, it is necessary to change the local oscillation frequency for each radio wave transmitter 2, but it is necessary to change the reception condition of the antenna 30 while detecting the arrival direction of the radio wave from one radio wave transmitter 2. Therefore, for each radio wave transmitter 2, it is possible to estimate the arrival direction of radio waves in a short time that can be regarded as substantially the same time. That is, in the positioning unit 3, the relative position between the radio wave transmitter 2 and the antenna 30 may fluctuate, but the time required to collect data necessary to estimate the arrival direction of the radio wave from each radio wave transmitter 2 is Since it is short, the arrival direction can be estimated in a short time such that the arrival direction of radio waves does not fluctuate.

尚デッドレコニング部8は、自律移動装置1の回転角Δθ(t)を計測するジャイロセンサ80と、自律移動装置1の移動距離(Δx(t)、Δy(z))を計測する車速センサ81と、これらセンサ80、81の検出出力から自律移動装置1の移動距離と回転角を計算して現在位置を推定する移動距離・回転角計算手段82とで構成される。尚走行手段6の左右の車輪の回転数の差によってΔθ(t)を計算する手段を、ジャイロセンサ80の代わりに設けてもよい。   The dead reckoning unit 8 includes a gyro sensor 80 that measures the rotation angle Δθ (t) of the autonomous mobile device 1 and a vehicle speed sensor 81 that measures the travel distance (Δx (t), Δy (z)) of the autonomous mobile device 1. And a movement distance / rotation angle calculation means 82 for calculating the movement distance and rotation angle of the autonomous mobile device 1 from the detection outputs of the sensors 80 and 81 and estimating the current position. A means for calculating Δθ (t) based on the difference between the rotational speeds of the left and right wheels of the traveling means 6 may be provided instead of the gyro sensor 80.

次に図3の測位システムの概念図を用いて、自律移動装置1の座標位置を求める方法について詳説する。   Next, a method for obtaining the coordinate position of the autonomous mobile device 1 will be described in detail using the conceptual diagram of the positioning system of FIG.

図3は、測位を行う対象空間(対象平面)について規定した絶対座標系O−XYの座標位置として自律移動装置1の位置を検出する。具体的には、絶対座標系O−XYにおける座標位置が既知である3台の電波発信器2(2〜2)から測位装置2に電波が到来する方位をそれぞれ検出し、各電波発信器2からの電波の到来方位と各電波発信器2(2〜2)の既知の座標位置とに基づいて、絶対座標系O−XYにおける測位装置2の座標位置を検出する。測位装置2において各電波発信器2〜2からの電波を区別するために、各電波発信器2〜2から送信する電波はそれぞれ異なる周波数に設定される。 FIG. 3 detects the position of the autonomous mobile device 1 as the coordinate position of the absolute coordinate system O-XY defined for the target space (target plane) for positioning. Specifically, the direction in which radio waves arrive at the positioning device 2 from the three radio wave transmitters 2 (2 1 to 2 3 ) whose coordinate positions in the absolute coordinate system O-XY are known is detected, and each radio wave transmission The coordinate position of the positioning device 2 in the absolute coordinate system O-XY is detected based on the arrival direction of the radio wave from the device 2 and the known coordinate position of each radio wave transmitter 2 (2 1 to 2 3 ). In order to distinguish the radio waves from the radio wave transmitters 2 1 to 2 3 in the positioning device 2, the radio waves transmitted from the radio wave transmitters 2 1 to 2 3 are set to different frequencies.

測位部3は、絶対座標系O−XYにおける電波の到来方位を特定することはできないから、自律移動装置1について設定したアンテナ座標系O’−X’Y’において電波の到来方位を検出する。アンテナ座標系O’−X’Y’のX’Y’平面は絶対座標系O−XYのXY平面と一致しているか平行であるものとする。   Since the positioning unit 3 cannot specify the arrival direction of radio waves in the absolute coordinate system O-XY, the positioning unit 3 detects the arrival direction of radio waves in the antenna coordinate system O′-X′Y ′ set for the autonomous mobile device 1. The X′Y ′ plane of the antenna coordinate system O′-X′Y ′ is assumed to be coincident with or parallel to the XY plane of the absolute coordinate system O-XY.

而して今、図3において、3つの電波発信器2〜2が既知の地点P(x,y),P(x,y),P(x,y)に置かれているとする。そのとき、地点P(x,y)からの電波到来方向推定結果がφa,φb,P(x,y)からの電波到来方向推定結果がφ,P(x,y)からの電波到来方向推定結果がφで、それぞれの電波発信器2〜2の座標値と到来方向推定結果と測位結果が表1のように求められたとする。尚電波発信器2は直接波と反射波とを共に設定したもので、2a、2bは直接波と反射波とを区別して示す符号である。 Thus, now in FIG. 3, the three radio wave transmitters 2 1 to 2 3 are known points P 1 (x 1 , y 1 ), P 2 (x 2 , y 2 ), P 3 (x 3 , y 3 ). At that time, the radio wave arrival direction estimation result from the point P 1 (x 1 , y 1 ) is φ 1 a, φ 1 b, P 2 (x 2 , y 2 ) is the radio wave arrival direction estimation result is φ 2 , P in 3 (x 3, y 3) DOA estimation result phi 3 from, and the coordinate values of the respective radio transmitters 2 1 to 2 3 DOA estimation result and the positioning result obtained as shown in Table 1 To do. Incidentally radio transmitters 2 1, there is set a direct wave and reflected wave both, 2 1 a, 2 1 b is a code indicating to distinguish between direct and reflected waves.

Figure 0004991279
Figure 0004991279

さて測位部35の測位アルゴリズム処理部35は、既知のカッシーニの解法を用いて自己位置の推定を行うのであるが、組み合わせを重複するような3つずつを選ぶ。上述の表1の例であれば、2a,2,2と2b,2,2である。このとき2a,2,2の組と、2b,2,2の組に対して、以下のような判定を行う。 The positioning algorithm processing unit 35 of the positioning unit 35 performs self-position estimation using a known Cassini solution, and selects three each of which overlaps the combination. In the example of Table 1 above, 2 1 a, 2 2 , 2 3 and 2 1 b, 2 2 , 2 3 are used. At this time, the following determination is performed on the set of 2 1 a, 2 2 , 2 3 and the set of 2 1 b, 2 2 , 2 3 .

電波発信器2〜2がP(x,y),P(x,y),P(x,y)の3箇所に存在し、到来方向推定角がφa,φb,φ,φのとき,測位結果は以下の2通りとなる。 The radio wave transmitters 2 1 to 2 3 are present at three locations of P 1 (x 1 , y 1 ), P 2 (x 2 , y 2 ), and P 3 (x 3 , y 3 ), and the arrival direction estimation angle is When φ 1 a, φ 1 b, φ 2 , and φ 3 are used, the positioning results are as follows.

,P,P, φa,φ,φ⇒x1a23,y1a23,θ1a23
,P,P, φb,φ,φ⇒x1b23,y1b23,θ1b23
電波発信器座標:P(x,y) (i=1,2,3)
測位位置P_から見た電波発信器P_の方位(θ)は数1で示すようになる。
P 1 , P 2 , P 3 , φ 1 a, φ 2 , φ 3 ⇒x1a23, y1a23, θ1a23
P 1 , P 2 , P 3 , φ 1 b, φ 2 , φ 3 ⇒x1b23, y1b23, θ1b23
Radio wave transmitter coordinates: P i (x i , y i ) (i = 1, 2, 3)
Orientation of the radio transmitters P_ i viewed from the positioning position P_ t t, i) is as shown by the number 1.

Figure 0004991279
Figure 0004991279

正しい測位結果tでは幾何的に
θt,i=θt+θi
が成り立つため、tに含まれる全てのi(t=1a23ならi=1a,2,3、t=1b23なら i=1b,2,3)で上式が成立すれば、そのtの組み合わせは正しい測位結果とし、少なくとも一つのiで上式が不成立なら、そのtは間違った測位結果として除去する。つまり測位アルゴリズム処理部35の異常測位結果除去の機能が働くことになる。
With correct positioning result t, geometrically θt, i = θt + θi
Since holds, all i contained in the t (t = 1a2 3 of al i = 1a, 2,3, t = 1b23 if i = 1b, 2,3) if satisfied the above expression, the combination of t Is a correct positioning result, and if the above equation is not satisfied for at least one i, the t is removed as an incorrect positioning result. That is, the function of removing the abnormal positioning result of the positioning algorithm processing unit 35 works.

ここで、上述のアルゴリズムによって表1の測位結果を処理したものを表2に示す。   Here, Table 2 shows results obtained by processing the positioning results in Table 1 by the above-described algorithm.

尚表2では、推定された到来方位に対応する電波発信器2を添え字のみで示す。また以降に示す表においても同様に添え字で示す。またOKは採用を示し、NGは不採用の測位結果を示す。   In Table 2, the radio wave transmitter 2 corresponding to the estimated arrival direction is indicated only by the suffix. In addition, in the tables shown below, they are similarly indicated by subscripts. “OK” indicates adoption, and “NG” indicates non-adopted positioning results.

Figure 0004991279
Figure 0004991279

よって、判定処理の結果、1a,2,3の組み合わせが選択され,正しい測位結果は(x,y,θ)=(10,10,0)であると求められる。もし電波発信器2からの電波到来方向推定角が2つになったとして、φa,φbが得られたとすれば,電波発信器2の組み合わせとしては、(2a,2a,2),(2b,2a,2)(2a,2b,2),(2b,2b,2)という4通りになる。このときの4通りの組み合わせを表3に全て列挙する。 Therefore, as a result of the determination process, a combination of 1a, 2, 3 is selected, and a correct positioning result is obtained as (x, y, θ) = (10, 10, 0). If the radio wave arrival direction estimating angle from radio transmitters 2 2 becomes two, phi 2 a, if phi 2 b is obtained, as the combination of the radio transmitters 2, (2 1 a, 2 2 a, 2 3 ), (2 1 b, 2 2 a, 2 3 ) (2 1 a, 2 2 b, 2 3 ), (2 1 b, 2 2 b, 2 3 ). Table 4 lists all the four combinations at this time.

Figure 0004991279
Figure 0004991279

この4通りの組み合わせに対する判定処理の結果が表4のようになれば、2a,2a、2の組み合わせのみが採用され、その測位結果(x、y、θ)=(10,10,0)となる。 If the results of determination processing for these four combinations are as shown in Table 4, only the combinations of 2 1 a, 2 2 a, and 2 3 are adopted, and the positioning results (x, y, θ) = (10, 10, 0).

Figure 0004991279
Figure 0004991279

以上のようにして、測位部3の測位アルゴリズム処理部35は、直接波と、反射波とを分離して到来方向推定角の不適な角度を排除することによって、反射波を用いた測位結果を除去(NG)し、マルチパス環境下において精度の良い測位を行うことができるのである。   As described above, the positioning algorithm processing unit 35 of the positioning unit 3 separates the direct wave and the reflected wave and eliminates the inappropriate angle of the arrival direction estimation angle, thereby obtaining the positioning result using the reflected wave. Removal (NG) enables accurate positioning in a multipath environment.

而して自律移動装置1の経路生成部5は記憶部4の地図情報Mapに基づいて外部から指定された地点へ移動する走行経路を生成する際に、測位部3で得られた精度良い測位結果と、デッドレコニング部8が推定する現在位置とに基づいて走行経路のずれを算出し、このずれを補正する。   Thus, when the route generation unit 5 of the autonomous mobile device 1 generates a travel route to move to a point designated from the outside based on the map information Map in the storage unit 4, the accurate positioning obtained by the positioning unit 3. Based on the result and the current position estimated by the dead reckoning unit 8, a deviation of the travel route is calculated and the deviation is corrected.

これによって本実施形態の自律移動装置1は、走行経路に対して精度良く走行させることができることになる。   As a result, the autonomous mobile device 1 of the present embodiment can travel accurately with respect to the travel route.

尚本実施形態で用いるカッシーニの解法は既知であるので、説明は省略する。
(実施形態2)
本実施形態では、実施形態1と同じ構成を用いるが、測位部3による測位を所定時間ごとに逐次行い、次回測位時の位置と、方向を測位時の位置と方向と、車速センサ81が検出する速度から推測する。その推測した位置と方向とを用いて地図情報Mapと照合し、測位に使用する電波発信器2の方向を推定する。
Since the Cassini solution used in this embodiment is known, the description thereof is omitted.
(Embodiment 2)
In this embodiment, the same configuration as that of the first embodiment is used, but positioning by the positioning unit 3 is sequentially performed every predetermined time, and the position at the next positioning and the direction are detected by the vehicle speed sensor 81. Guess from the speed to do. Using the estimated position and direction, the map information Map is collated, and the direction of the radio wave transmitter 2 used for positioning is estimated.

測位部3の測位アルゴリズム処理部35が次回測位時の電波発信器2の方向を推定する方法を図4に基づいて更に説明すると、自律移動装置1の位置がRobot(xt1,yt1)のとき、例えば車速センサ81が検出する速度から次回測位時の位置(xt2 ,yt2)を推測し、そのときの各電波発信器2〜2の方向(φd,φe,φf)を推定する。 そして測位アルゴリズム処理部35では、例えば既知のCapon法を用いて方向に対する電波強度のスペクトルを電波発信器2〜2毎に図5(a)〜(c)に示すように検出してその測位の演算に用いるが、検出したスペクトルに対して,上述の推定した範囲を設定し,その範囲以外を測位の演算に使用しないようにする。尚図5中φa〜φcは現在の位置における移動方向を示す。 The method by which the positioning algorithm processing unit 35 of the positioning unit 3 estimates the direction of the radio wave transmitter 2 at the next positioning will be further described with reference to FIG. 4. The position of the autonomous mobile device 1 is Robot (x t1 , y t1 ). when, for example, I guess the location of the next positioning (x t2, y t2) from the speed of the vehicle speed sensor 81 detects, each radio transmitters 2 1 to 2 3 of the direction of the time (φd, φe, φf) estimates To do. Then, the positioning algorithm processing unit 35 detects the spectrum of the radio wave intensity with respect to the direction using, for example, the known Capon method for each of the radio wave transmitters 2 1 to 2 3 as shown in FIGS. 5 (a) to (c). Although it is used for positioning calculation, the above-described estimated range is set for the detected spectrum, and other than that range is not used for positioning calculation. In FIG. 5, φa to φc indicate moving directions at the current position.

つまり本実施形態では、図5(a)〜(c)の破線部分にフィルタリングをかけることで、測位による処理時間を短縮するのである。   That is, in this embodiment, the processing time by positioning is shortened by filtering the broken line portions in FIGS. 5 (a) to 5 (c).

尚Capon法は既知のものであるので、説明は省略する。またその他の構成は実施形態1と同じであるので、図示は省略する。
(実施形態3)
本実施形態の自律移動装置1は、図1に示す記憶部4に記憶させる地図情報Mapとして図6に示すようにマルチパスが起こりやすい場所(α)を設定した地図情報を用いる一方、測位アルゴリズム処理部35ではアルゴリズムとしてマルチパスを考慮したアルゴリズムと、マルチパスを考慮していないが処理時間が短いアルゴリズムとの切り替えで測位を行う機能を備えている点に特徴がある。尚その他の構成は実施形態1と同じであるので、図示は省略する。
Since the Capon method is known, the description is omitted. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration is omitted.
(Embodiment 3)
The autonomous mobile device 1 of the present embodiment uses map information in which a place (α) where multipath is likely to occur as shown in FIG. 6 is used as the map information Map stored in the storage unit 4 shown in FIG. The processing unit 35 is characterized in that it has a function of performing positioning by switching between an algorithm that considers multipath as an algorithm and an algorithm that does not consider multipath but has a short processing time. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration is omitted.

つまり、測位アルゴリズム処理部35は、デッドレコニング部8及び測位部3自体によって推定される現在位置と、地図情報Mapに設定されたマルチパスが起こりやすい場所(α)とを比較して現在位置がマルチパスを起こりやすい場所(α)にある場合には、マルチパスを考慮するアルゴリズムを用い、マルチパスを起こしにくい場所ではマルチパスを考慮しないアルゴリズムに切り替えるのである。   In other words, the positioning algorithm processing unit 35 compares the current position estimated by the dead reckoning unit 8 and the positioning unit 3 itself with the place (α) set in the map information Map where the multipath is likely to occur. When the multipath is likely to occur (α), an algorithm that considers the multipath is used, and in an area where the multipath is difficult to occur, the algorithm is switched to the algorithm that does not consider the multipath.

これにより、本実施形態では、マルチパスが起こりやすい場所(α)ではこれを考慮するアルゴリズムで測位を行い、アルゴリズムを考慮する必要が無い場所では、アルゴリズムを考慮せず、処理時間が短いアルゴリズムに切り換えることで、全体の測位時間を短縮することができるのである。   As a result, in this embodiment, positioning is performed with an algorithm that considers this in a place (α) where multipath is likely to occur, and in a place where there is no need to consider the algorithm, the algorithm is not considered and the processing time is short. By switching, the overall positioning time can be shortened.

実施形態1の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の具体的回路を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a specific circuit of the first embodiment. 実施形態1を用いた測位方法の説明図である。It is explanatory drawing of the positioning method using Embodiment 1. FIG. 実施形態2の次回測位時の電波発信器の方向推定の概念説明図である。6 is a conceptual explanatory diagram of direction estimation of a radio wave transmitter at the time of next positioning according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2の各電波発信器に対応したスペクトルデータとフィルタリングの説明図である。It is explanatory drawing of the spectrum data corresponding to each radio wave transmitter of Embodiment 2, and filtering. 実施形態3に用いる地図情報の説明図である。It is explanatory drawing of the map information used for Embodiment 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 自律移動装置
〜2 電波発信器
3 測位部
30 アンテナ
30a アンテナ素子
30b 基台
31 アンテナ信号処理回路部
32 電波到来方向推定部
33 パラメータ格納部
34 発信器座標記憶部
35 測位アルゴリズム処理部
4 記憶部
5 経路生成部
6 走行手段
7 走行制御部
8 デッドレコニング部
80 ジャイロセンサ
81 車速センサ
1 autonomous mobile device 2 1 to 2 3 radio transmitters 3 positioning unit 30 antenna 30a antenna element 30b base 31 antenna signal processing circuit unit 32 DOA estimating unit 33 parameter storage unit 34 transmitter coordinate storage section 35 positioning algorithm processor 4 storage unit 5 route generation unit 6 travel means 7 travel control unit 8 dead reckoning unit 80 gyro sensor 81 vehicle speed sensor

Claims (3)

走行手段と、少なくとも3つの既知位置の電波発信器から受信した電波に基づいて測位する測位部と、測位エリアの地図情報を記憶した記憶部と、前記地図情報に基づいて走行経路を生成する走行生成部と、生成された走行経路に基づいて走行手段を制御する走行制御部と、走行手段の動作に基づいて現在位置を推定するデッドレコニング手段とを備え、デッドレコニング手段は、前記測位部で測位した結果に基づいて現在位置を修正する自律移動装置において、
前記測位部は、平面内で規定した絶対座標系における座標位置を既知位置に配置された少なくとも3台の電波発信器からの電波の到来方位を用いて検出するものであって、前記電波発信器を3つ選択し当該電波発信器の少なくとも一つについて電波の到来方位が複数ある場合に、選択した3つの前記電波発信器からの電波の到来方位を用いて求めた複数の前記座標位置から前記既知位置の電波発信器を見込む時の各電波発信器の存在方位を求めるとともに、到来方位と存在方位とを照合して到来方位と存在方位とが整合すると判定された前記座標位置を採用することを特徴とする自律移動装置。
A traveling unit, a positioning unit that performs positioning based on radio waves received from radio wave transmitters at at least three known positions, a storage unit that stores map information of the positioning area, and a travel that generates a travel route based on the map information A generating unit; a traveling control unit that controls the traveling unit based on the generated traveling route; and a dead reckoning unit that estimates a current position based on an operation of the traveling unit. The dead reckoning unit is the positioning unit. In an autonomous mobile device that corrects the current position based on the positioning results,
The positioning unit is for detecting using the arrival direction of radio waves from at least three radio transmitters placed a coordinate position in the absolute coordinate system defined in a plane at a known position, said radio transmitter and three selection of at least one when the arrival direction of the radio waves are multiple for a plurality of the coordinates obtained using the arrival direction of radio waves from three of the radio transmitters selected in the radio transmitters present with obtaining the azimuth, the determined the coordinate position and the arrival direction by matching the arrival direction and the presence azimuth and there orientation and are aligned in each of the radio signal transmitters when the position expected to radio transmitters of the known position An autonomous mobile device characterized by adopting.
前記測位部は、到来方向推定を方向に対する電波強度のスペクトルを用いて定期的に行うものであって、前回測位時に推定された自身の方向と、電波発信器の位置とに基づいて方向に対する電波強度のスペクトルの存在領域を限定することを特徴とする請求項1記載の自律移動装置。 The positioning unit, there is regularly performed using a spectrum of radio field intensity direction of arrival estimation with respect to the direction, the radio wave with respect to a direction based on the direction of its own estimated at the previous positioning, the position of the radio transmitters The autonomous mobile device according to claim 1, wherein a region where the intensity spectrum exists is limited. マルチパスが発生する可能性が高いエリアに自身が存在するかどうかを判断する周囲環境判断部を備え、前記測位部は、マルチパスが発生する可能性の低い領域では、マルチパスを考慮しない到来方向推定を行うことを特徴とする請求項1記載の自律移動装置。   An ambient environment determination unit that determines whether or not the device itself is present in an area where multipath is likely to occur, and the positioning unit does not consider multipath in an area where multipath is unlikely to occur The autonomous mobile device according to claim 1, wherein direction estimation is performed.
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