JP5524371B1 - 移動体の位置又は向きを示す情報を取得するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の正確な位置及び移動体の正確な向きを示す情報を取得する。
【解決手段】移動体（ロボット１０）が、環境側基地局４０のアンテナ配列軸の近傍である第１の位置に存在するときに、移動体側基地局（ロボット側基地局２０）のアンテナ配列軸の近傍に環境側基地局４０を捕捉し、第１の位置から、捕捉している環境側基地局４０の方向に対し所定角度φを維持しつつ直進することにより環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の近傍の第２の位置に到達し、上記直進に際し、第１の位置を出発してから第２の位置に至るまでの移動距離Ｌを計測し、角度φと移動距離Ｌとに基づき、自身の現在位置又は自身が現在向いている方向を求めるようにする。また好ましくは、環境側基地局４０に、夫々の座標軸が所定角度（例えば４５°）ずれた関係となるように複数のアンテナ群を設けるようにする。
【選択図】図２４

Description

この発明は、移動体の位置又は向きを示す情報を取得するシステム及び方法に関する。

移動体の位置を把握する仕組みとして、例えば、特許文献１には、携帯端末が位置標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を基地局から受信し、受信信号強度に基づき指向性アンテナの指向方向が基地局の方向を向くように誘導する画面を表示し、標定した端末位置と基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力することが記載されている。

また特許文献２には、磁北基準の方位が設定された状態で無線通信基地局アンテナの距離及び角度を測定して３次元的座標値を算出し、算出した３次元的座標値に基づきアンテナの方位角と傾斜を算出することが記載されている。

また特許文献３には、通信ネットワークが保持する各エリアの偏角情報とコンパスが出力する携帯電話機の磁北の水平成分に対する角度（電話機画面の向き）とを足し合わせ、真北に対する電話機画面の向きの水平成分の角度を求めることが記載されている。

また非特許文献１には、移動体に現在位置を取得させる技術として、パーティクルフィルタを用いたオドメトリ情報、ビジュアルオドメトリ情報、ＧＰＳ情報、姿勢角情報を融合させて位置推定を行う屋外移動ロボットについて記載されている。

また非特許文献２には、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得する位置標定システムが開示されている。

特開２０１１−２４２１６５号公報 特開２００４−２８６７５２号公報 特開２００６−９４３６８号公報

大谷和彦、永谷圭司（東北大学）、吉田和哉（東北大学）、"ＧＰＳおよびオドメトリ機能を搭載した移動ロボットの不整地フィールドにおける位置推定実験"、第１０回システムインテグレーション部門講演会（S12009）、2009年12月24日〜26日・東京 武内 保憲，河野 公則，河野 実則、" 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発"、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会

昨今、地下街や倉庫・工場等の屋内を自律的に移動し、コミュニケーションサービスや清掃、警備、荷物運搬等を行うロボットの開発／研究が進められている。こうした自律移動型のロボットを利用したサービスの提供に際しては、ロボットの正確な現在位置やロボットが現在向いている方向を正確に把握することについてのニーズが少なからず存在する。

ここでロボット等の移動体の現在位置や向いている方向を取得する仕組みとしては、ＧＰＳ、電子コンパス、ジャイロコンパスを用いるものが一般的である。しかしＧＰＳは衛星から送られてくる信号を捕捉することができない環境では利用することができず、また電子コンパスは地磁気を検出できない環境では利用することができない。またジャイロコンパスは機械的な可動部分が必須となるため装置が大型化してしまう難点がある。

本発明はこのような背景に基づいてなされたものであり、移動体の位置又は向きを示す情報を取得するシステム及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、現在位置を標定しようとする無線装置に無線信号である位置標定信号を送信する無線装置と、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対とを含むアンテナ群を有し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設けられ、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対が、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対の各アンテナが平面上に矩形状に並ぶように配置され、前記第１のアンテナ対の各アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記無線装置が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記無線装置の現在位置を標定する基地局と、を備えて構成される位置標定システムを用いて構成される、移動体の向きを示す情報を取得するシステムであって、移動体に設けられる前記無線装置である移動体側無線装置、前記移動体が移動するエリアの上方に設けられる前記基地局である環境側基地局、前記移動体に設けられる前記基地局である移動体側基地局、及び前記環境側基地局に設けられる前記無線装置である環境側無線装置、を備え、前記移動体は、前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるＸ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＸ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記Ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるＹ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＹ軸方向平面、のうちのいずれかの方向である第１の位置に存在するときに、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるｘ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｘ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるｙ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｙ軸方向平面の方向に前記環境側基地局を捕捉し、前記第１の位置から、前記捕捉した前記環境側基地局の方向に対して所定角度φを維持しつつ直進することにより前記環境側基地局の他の前記座標軸の方向の第２の位置に到達し、前記直進に際し、前記第１の位置を出発してから前記第２の位置に至るまでの移動距離Ｌを計測し、前記角度φと前記移動距離Ｌとに基づき、自身の現在位置又は自身が現在向いている方向を求めることとする。

本発明によれば、移動体の正確な現在位置又は移動体の現在向いている正確な方向を示す情報を取得することができる。また本発明は、位置標定システム（位置検知システム）から、方向（基地局から見た移動体が存在する方向）に関する情報を取得して移動体の現在位置又は移動体が現在向いている方向を取得するものであるが、位置標定システムにおいては基地局のアンテナ配列軸（Ｘ軸、Ｙ軸、ｘ軸、ｙ軸）に沿って、方向の標定精度（移動体がアンテナ配列軸上に存在するか否か）の高いエリアが位置の標定精度が高いエリア（以下、標定可能エリアと称する。）の外側に拡大する。このため、本発明によれば、一つの環境側基地局によって、広範囲に亘り移動体の現在位置又は移動体が現在向いている方向を提供することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記システムであって、前記環境側基地局は複数の前記アンテナ群を備えており、前記アンテナ群の夫々は、夫々の前記矩形の中心を一致させて夫々の前記座標軸が所定角度ずれた関係となるように設けられていることとする。

このように複数のアンテナ群を組み合わせることで、アンテナ配列軸を容易に増やすことができ、方向の標定精度が高くなるエリアを容易に拡大することができる。尚、第１のアンテナ群及び第２のアンテナ群を、夫々の矩形の中心を一致させて夫々の座標軸が４５°だけずれた関係となるように設けるようにすれば、矩形の中心から４５°ずつ方向が異なる８つの方向に方向の標定精度が高くなるエリアを拡大することができる。またこの場合、第１の位置及び直進に際して維持する角度φがどのような値であったとしても、長距離に亘って移動体を直進させることなく第２の位置に到達させることができる。つまり本発明によれば、アンテナ群の数を最小限に抑えつつ効率よく移動体の位置及び向きを示す情報を取得することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記システムであって、前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形は正方形であり、前記第１の位置には、前記矩形の一の対角線の方向に設定した座標軸であるＸ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＸ’軸方向平面、もしくは、前記矩形の他の対角線の方向に設定した座標軸であるＹ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＹ’軸方向平面、のうちのいずれかの近傍がさらに含まれることとする。

このようにアンテナ群の各アンテナが正方形状に配置されている場合には、アンテナ群の対角線方向のアンテナを組み合わせてアンテナ対を構成することにより対角線の方向Ｘ’Ｙ’にも標定精度の高いエリアを設けることができ、アンテナ配列軸を容易に増やすことができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、移動体の位置又は向きを示す情報を取得することができる。

サービス提供システム１の概略的な構成を示す図である。 ロボット１０のハードウエアを示す図である。 ロボット１０が備える主な機能を示す図である。 ロボット側基地局２０のハードウエアを示す図である。 ロボット側基地局２０が備える主な機能を示す図である。 ロボット側無線装置３０のハードウエアを示す図である。 ロボット側無線装置３０が備える主な機能を示す図である。 環境側基地局４０のハードウエアを示す図である。 環境側基地局４０が備える主な機能を示す図である。 環境側無線装置５０のハードウエアを示す図である。 環境側無線装置５０が備える主な機能を示す図である。 サーバ装置６０のハードウエアを示す図である。 サーバ装置６０が備える主な機能を示す図である。 位置標定信号１４００のデータフォーマットを示す図である。 ロボット側基地局２０のアンテナ群２５を構成している各アンテナ２５１と環境側無線装置５０が備えるアンテナ５５との関係を説明する図である。 環境側無線装置５０とロボット側基地局２０との位置関係を説明する図である。 ロボット基地局２０のアンテナ群２５と原点Ｏ、Ｘ軸、Ｙ軸の関係を説明する図である。 比較的高い精度で位置標定が可能なエリアを説明する図である。 アンテナ配列軸の近傍で位置標定の精度が高くなることを説明する図である。 アンテナ配列軸の近傍で位置標定の精度が高くなることを説明する図である。 アンテナ群２５の一態様を示す図である。 ロボット１０がアンテナ配列軸（＋Ｘ）に到達した様子を示す図である。 ロボット１０がアンテナ配列軸の方向に環境側基地局４０を捕捉する様子を示す図である。 ロボット１０が進行方向φを決定して記憶する様子を示す図である。 ロボット１０が直進する様子を示す図である。 ロボット１０が他のアンテナ配列軸（−Ｙ）に到達して自身の現在位置を求めている様子を示す図である。 絶対位置及び方向取得処理Ｓ２５００を説明するフローチャートである。

図１に本発明の一実施形態として説明するシステム（以下、サービス提供システム１と称する。）の概略的な構成を示している。サービス提供システム１は、サービスの提供対象となるエリア内（以下、サービス提供エリアとも称する。）を移動する一つ以上のロボット１０（移動体）、ロボット１０に備えられた、ロボット側基地局２０（移動体側基地局）並びにロボット側無線装置３０（移動体側無線装置）、サービス提供可能エリア内の所定位置に設けられた複数の環境側基地局４０、各環境側基地局４０に備えられた環境側無線装置５０、及びサービス提供システム１の管理センタ等に設けられたサーバ装置６０を含む。

ロボット１０（ロボット側基地局２０、ロボット側無線装置３０）、環境側基地局４０、環境側無線装置５０、及びサーバ装置６０は、無線又は有線の通信手段（無線ＬＡＮ、微弱無線、専用線、公衆回線、インターネット等）を介して互いに通信可能に接続している。

サービス提供システム１は、例えば、病院や工場、博物館等の施設において、人の業務の補助、案内、誘導、巡回監視、物品搬送、警備等の様々なサービスを提供する。ロボット１０は、オドメトリ（odometry）などの手段によって自身の現在位置や姿勢を随時把握しつつ、サービス提供エリア内を自律的に移動してサービスの提供を行う。尚、本実施形態では、説明の簡単のため、ロボット１０は、サービス提供エリア内の平らな床面６を移動するものとし、また複数の環境側基地局４０及び複数の環境側無線装置５０が、サービス提供エリアの床面６の上方に当該床面６と平行に設けられた天井面７に適宜な間隔をあけて設けられているものとする。

ロボット１０に備えられたロボット側基地局２０は、後述する位置標定システムの基地局として機能する。ロボット側基地局２０は、環境側無線装置５０から送られてくる、後述する位置標定信号を受信し、これに基づき自身８（ロボット１０）から見た環境側無線装置５０（環境側基地局４０）が存在する方向（もしくは環境側無線装置５０から見た自身が存在する方向）を標定する。

天井面７に設けられた環境側基地局４０は、後述する位置標定システムの基地局として機能する。環境側基地局４０は、ロボット１０に備えられたロボット側無線装置３０から送られてくる、後述する位置標定信号を受信し、これに基づき自身から見たロボット１０が存在する方向（もしくはロボット１０から見た自身が存在する方向）を標定する。

図２にロボット１０のハードウエアを示している。同図に示すように、ロボット１０は、前述したロボット側基地局２０及びロボット側無線装置３０のほか、中央処理装置１１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置１２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ハードディスク装置等）、入出力装置１３（テンキー、タッチパネル、液晶ディスプレイ、音声認識装置、音声出力装置等）、計時装置１４（ＲＴＣ（Real Time Clock）、ＨＰＥＴ（High Precision Event Timer）等）、無線通信インタフェース１５、制御装置１６、走行装置１７、及び各種センサ１８を備える。尚、ロボット側基地局２０及びロボット側無線装置３０のハードウエアについては後述する。

中央処理装置１１は、記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、ロボット１０が備える各種の機能を実現する。無線通信インタフェース１５は、サーバ装置６０との間で無線通信を行う。

制御装置１６は、例えば、ロボットアーム等の機械式駆動部の制御機構（サーボモータ、アクチュエータ）を含む。走行装置１７は、例えば、動力モータ、モータ制御装置（アンプ）、変速機構、旋回制御機構を含み、ロボット１０の移動や方向／姿勢の制御（前進、後進、左右旋回、加減速、傾き等の制御）や後述するアンテナ群２５の指向方向の制御（もしくは後述するアンテナ配列軸の方向制御）を行う。

各種センサ１８は、ロボット１０の現在位置、ロボット１０の状態（姿勢、動作等）を取得するセンサ（回転センサ（ロータリーエンコーダ、レゾルバ等）、角速度センサ、角加速度センサ、速度センサ、加速度センサ等）を含む。

図３にロボット１０が備える主な機能を示している。同図に示すように、ロボット１０は、自律移動制御部１０１、サービス提供処理部１０２、アンテナ配列軸検知部１０３、環境側基地局捕捉部１０４、直進走行制御部１０５、現在位置／方向取得部１０６、ロボット状態情報取得部１０７、及び情報送受信部１０８を備える。これらの機能は、ロボット１０が備えるハードウエアによって、もしくは、ロボット１０の中央処理装置１１が記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。尚、ロボット側基地局２０及びロボット側無線装置３０の機能については後述する。

自律移動制御部１０１は、走行装置１７を制御し、例えば、オドメトリや各種センサ１８が出力する信号に基づきロボット１０の現在位置、姿勢、移動距離等を把握しつつサービス提供エリア内でのロボット１０の自律的な移動を実現する。

サービス提供処理部１０２は、例えば、入出力装置１３、制御装置１６、走行装置１７を制御してロボット１０が提供する各種サービスを実現する。

アンテナ配列軸検知部１０３は、環境側基地局４０から送られてくる自身（ロボット１０）の位置標定結果に基づき、自身（当該ロボット１０）が、環境側基地局４０の後述するアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを検知する。尚、環境側基地局４０は、ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを、ロボット１０が自身（環境側基地局４０）の後述する標定可能エリア外に存在する場合であっても正確に検知することができる。

環境側基地局捕捉部１０４は、自身（当該ロボット１０）が環境側基地局４０のアンテナ配列軸の方向のある位置（以下、第１の位置とも称する。）に存在するときに、制御装置１６や走行装置１７（もしくはロボット側基地局２０もしくはロボット側基地局２０のアンテナ群２５）を制御（移動制御、旋回制御等）して、ロボット側基地局２０の後述するアンテナ配列軸の方向に環境側無線装置５０を捕捉し、環境側基地局４０が存在する方向を把握する。尚、ロボット側基地局２０は、環境側無線装置５０が自身（ロボット側基地局２０）の後述する標定可能エリア外に存在する場合でも、環境側無線装置５０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを正確に検知することができる。

直進走行制御部１０５は、当該ロボット１０が第１の位置に存在するときに、環境側基地局捕捉部１０４によって捕捉された環境側無線装置５０が存在する方向を基準として自身の進行方向を決定し、決定した進行方向と環境側基地局４０が存在する方向とがなす角度φを記憶する。そして直進走行制御部１０５は、決定した進行方向を維持しつつ、自身（当該ロボット１０）を、第１の位置から環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の一つの方向に到達（クロス）するまで直進させる。また上記直進に際し、直進走行制御部１０５は、第１の位置から上記他のアンテナ配列軸に到達（クロス）した位置（以下、第２の位置とも称する。）までの移動距離Ｌをオドメトリ等の方法（車輪の回転数を計測する等）によって計測する。尚、直進走行制御部１０５は、第２の位置に到達したか否かを、環境側基地局４０から送られてくる自身（ロボット１０）の位置標定結果に基づき検知する。前述したように、環境側基地局４０は、ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを、ロボット１０が自身（環境側基地局４０）の後述する標定可能エリア外に存在する場合であっても正確に検知することができる。

現在位置／方向取得部１０６は、直進走行制御部１０５による直進の結果、自身（当該ロボット１０）が環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の一つの方向に到達（クロス）すると、記憶している上記角度φと、移動中に計測した移動距離Ｌ（第１の基地から第２の位置までの距離）とに基づき、自身の現在位置（第２の位置）及び自身が現在向いている方向を求める。尚、後者の自身が現在向いている方向については、ロボット１０に予め設定されている機軸の方向とロボット１０が直進する方向とが一致している場合は角度φそのものであり、ロボット１０の機軸の方向とロボット１０が直進する方向とが一致していない場合は、角度φと上記機軸の方向とに基づき求められる。

ロボット状態情報取得部１０７は、環境側基地局４０から提供される自身の現在位置、環境側無線装置５０から提供される、当該ロボット１０のロボット側無線装置３０から発せられた位置標定信号の受信電界強度、各種センサ１８の計測値などの情報に基づき、自身（ロボット１０）が現在、環境側基地局４０によって正確に位置標定を行うことが可能なエリア（以下、標定可能エリアと称する。）に存在するか否かを示す情報を取得する。

情報送受信部１０８は、サーバ装置６０と通信し、サーバ装置６０からの各種情報の受信（ダウンロード）、サーバ装置６０において利用される各種情報（例えば、ロボット状態情報取得部１０７によって取得される情報）のサーバ装置６０への送信（アップロード）を行う。

図４にロボット側基地局２０のハードウエアを示している。同図に示すように、ロボット側基地局２０は、中央処理装置２１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置２２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ハードディスク装置等）、無線通信インタフェース２３、アンテナ群２５、及びアンテナ切替スイッチ２６を備える。

中央処理装置２１は、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、基地局２０の様々な機能を実現する。無線通信インタフェース２３は、アンテナ群２５によって受信される、環境側無線装置５０から送られてくる位置標定信号を復調する。尚、後述するように、環境側無線装置５０は、例えば、パッシブ型のＲＦＩＤタグ等の受動型の装置として構成することもできる。その場合、無線通信インタフェース２３は、環境側無線装置５０に位置標定信号の送信を促す応答誘導信号（質問信号）を送信し、その応答として、環境側無線装置５０から送られてくる位置標定信号を受信する。

アンテナ群２５は、少なくとも４つのアンテナ２５１を含む。アンテナ切替スイッチ２６は、アンテナ群２５を構成しているいずれかのアンテナ２５１を、例えば、時分割方式で選択し、選択したアンテナ２５１を無線通信インタフェース２３に接続する。アンテナ２５１は、例えば、指向性アンテナや円偏波指向性アンテナである。尚、壁等の障害物が存在する屋内等でサービス提供システム１が実施される場合には、アンテナ２５１として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は壁等での反射時に反転するため、円偏波指向性アンテナを用いることで反射波（又は定在波）を効果的に減衰させることができる。アンテナ群２５は、ロボット１０に固定されていてもよいし、その指向方向を変化させることができるように、サーボ機構等によりロボット１０に対して可動制御可能な状態で設けられていてもよい。

図５にロボット側基地局２０が備える主な機能を示している。同図に示すように、ロボット側基地局２０は、位置標定信号受信部２０１並びに位置標定処理部２０２を備える。尚、これらの機能は、ロボット側基地局２０が備えるハードウエアによって、もしくは、ロボット側基地局２０の中央処理装置２１が記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

上記機能のうち、位置標定信号受信部２０１は、無線通信インタフェース２３及びアンテナ切替スイッチ２６を制御しつつ、環境側無線装置５０から送られてくる後述の位置標定信号を受信する。位置標定処理部２０２は、位置標定信号受信部２０１が受信した位置標定信号に基づき、自身（ロボット１０）から見た環境側無線装置５０（環境側基地局４０）が存在する方向（角度θ２）を標定する。

図６にロボット側無線装置３０のハードウエアを示している。同図に示すように、ロボット側無線装置３０は、中央処理装置３１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置３２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、通信インタフェース３３、位置標定信号送信回路３４、及びアンテナ３５を備える。尚、ロボット側無線装置３０は、例えば、環境側基地局４０から送られてくる無線信号の電力を利用して動作する、パッシブ型のＲＦＩＤタグ等の受動型の装置として構成することもできる。

位置標定信号送信回路３４は、アンテナ３５から、後述の位置標定信号を送信する。ロボット側無線装置３０が受動型の装置として構成されている場合には、位置標定信号送信回路３４は、環境側基地局４０から応答誘導信号を受信したのに応じて位置標定信号を送信する。尚、ロボット１０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ３５は円偏波指向性アンテナであることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するので、円偏波指向性アンテナを用いることで、反射波や定在波を効果的に減衰させることができるからである。アンテナ３５はその指向方向が上方（天井面７の方向）もしくは斜め上方を向くように設けられている。

通信インタフェース３３は、環境側基地局４０やサーバ装置６０と無線又は有線方式で通信する。尚、環境側基地局４０とロボット１０との間の通信は、後述する位置標定信号に情報を含ませることに位置標定信号を利用して行うこともできる。

図７にロボット側無線装置３０が備える主な機能を示している。同図に示すように、ロボット側無線装置３０は、位置標定信号送信部３０１、情報記憶部３０２、及び情報送受信部３０３を備える。尚、これらの機能は、ロボット側無線装置３０が備えるハードウエアによって、もしくは、ロボット側無線装置３０の中央処理装置３１が、記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

位置標定信号送信部３０１は、位置標定信号送信回路３４を制御して、ロボット１０に備えられた基地局２０に受信させる、後述の位置標定信号をアンテナ３５から送信する。位置標定信号送信部１０１は、例えば、予め設定されたタイミング（例えば、一定時間ごと、ユーザによって設定された時刻等）が到来すると位置標定信号を送信する。尚、ロボット側無線装置３０が受動型の装置として構成されている場合には、位置標定信号送信部３０１は、環境側基地局４０から送られてくる応答誘導信号に対する応答として位置標定信号を送信する。

情報記憶部３０２は、自身に関する情報（例えば、当該ロボット側無線装置３０の設置位置を示す情報（以下、装置設置位置情報と称する。））を記憶する。尚、装置設置位置情報において、ロボット側無線装置３０の設置位置は、例えば、サービス提供エリアに設定された座標系で表される。情報送受信部３０３は、環境側基地局４０やサーバ装置６０との間で各種情報の交換を行う。

図８に環境側基地局４０のハードウエアを示している。同図に示すように、環境側基地局４０は、中央処理装置４１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置４２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ハードディスク装置等）、無線通信インタフェース４３、アンテナ群４５、及びアンテナ切替スイッチ４６を備える。尚、環境側基地局４０のハードウエアはロボット側基地局２０のハードウエアと同様であるので説明を省略する。

図９に環境側基地局４０が備える主な機能を示している。同図に示すように、環境側基地局４０は、位置標定信号受信部４０１、位置標定処理部４０２、及びロボット現在位置送信部４０３を備える。尚、これらの機能は、環境側基地局４０が備えるハードウエアによって、もしくは、環境側基地局４０の中央処理装置４１が記憶装置４２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

上記機能のうち、位置標定信号受信部４０１は、無線通信インタフェース４３及びアンテナ切替スイッチ４６を制御しつつ、ロボット側無線装置３０から送られてくる後述の位置標定信号を受信する。尚、ロボット側無線装置３０が受動型の装置として構成されている場合には、環境側基地局４０は応答誘導信号を送信する機能を更に備える。

位置標定処理部４０２は、位置標定信号受信部４０１が受信した位置標定信号に基づき自身（環境側基地局４０）から見たロボット１０の現在位置を標定する。また位置標定処理部４０２は、位置標定信号受信部４０１が受信した位置標定信号に基づき、ロボット１０が自身（環境側基地局４０）の後述するアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを判定する。ロボット現在位置送信部４０３は、位置標定処理部４０２によって標定されたロボット１０の現在位置、もしくは判定された結果（ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在するか否）をロボット１０に通知する。

図１０に環境側無線装置５０のハードウエアを示している。同図に示すように、環境側無線装置５０は、中央処理装置５１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置５２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、通信インタフェース５３、位置標定信号送信回路５４、及びアンテナ５５を備える。尚、環境側無線装置５０は、例えば、ロボット側基地局２０から送られてくる無線信号の電力を利用して動作する、パッシブ型のＲＦＩＤタグ等の受動型の装置としても構成することができる。

位置標定信号送信回路５４は、アンテナ５５から後述の位置標定信号を送信する。環境側無線装置５０が受動型の装置として構成されている場合には、位置標定信号送信回路５４は、ロボット側基地局２０から応答誘導信号を受信したのに応じて位置標定信号を送信する。尚、ロボット１０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ５５は円偏波指向性アンテナであることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するので、円偏波指向性アンテナを用いることで、反射波や定在波を効果的に減衰させることができるからである。

アンテナ５５はその指向方向が下方（床面６の方向）もしくは斜め下方を向くように設けられている。通信インタフェース５３は、ロボット１０やサーバ装置６０と無線又は有線方式で通信する。

図１１に環境側無線装置５０が備える主な機能を示している。同図に示すように、環境側無線装置５０は、位置標定信号送信部５０１、情報記憶部５０２、及び情報送受信部５０３を備える。尚、これらの機能は、環境側無線装置５０が備えるハードウエアによって、もしくは、環境側無線装置５０の中央処理装置５１が、記憶装置５２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

位置標定信号送信部５０１は、位置標定信号送信回路５４を制御して、ロボット側基地局２０に受信させる、後述する位置標定信号をアンテナ５５から送信する。位置標定信号送信部５０１は、例えば、予め設定されたタイミング（例えば、一定時間ごと、ユーザによって設定された時間等）が到来すると位置標定信号を送信する。尚、環境側無線装置５０が受動型の装置として構成されている場合、位置標定信号送信部５０１は、ロボット側基地局２０から送られてくる応答誘導信号に対する応答として位置標定信号を送信する。

情報記憶部５０２は、自身（環境側無線装置５０）に関する情報（例えば、自身の設置位置を示す情報（以下、装置設置位置情報と称する。））を記憶する。尚、装置設置位置情報において、環境側無線装置５０の設置位置は、例えば、サービス提供エリアに設定された座標系で表される。情報送受信部５０３は、ロボット１０やサーバ装置６０との間で情報交換を行う。

図１２にサーバ装置６０のハードウエアを示している。同図に示すように、サーバ装置６０は、中央処理装置６１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置６２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ハードディスク装置等）、入力装置６３（キーボード、マウス等）、表示装置６４（液晶ディスプレイ等）、及び通信インタフェース６５を備える。

中央処理装置６１は、記憶装置６２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、サーバ装置６０の様々な機能を実現する。表示装置６４には、例えば、ロボット１０の現在位置、ロボット１０が現在向いている方向、ロボット１０の姿勢、ロボット１０が備える各種設備の状態、ロボット１０が提供するサービスに関する情報が表示される。通信インタフェース６５は、ロボット１０や環境側基地局４０、環境側無線装置５０との間で無線又は有線方式で通信を行う。

図１３にサーバ装置６０が備える主な機能を示している。同図に示すように、サーバ装置６０は、情報収集部６０１、情報提供部６０２、及び設定情報記憶部６０３を備える。尚、これらの機能は、サーバ装置６０が備えるハードウエアによって、もしくは、サーバ装置６０の中央処理装置６１が記憶装置６２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

情報収集部６０１は、ロボット１０や環境側基地局４０から、ロボット１０の情報（ロボット１０が現在、標定可能エリアに存在するか否か、ロボット１０が現在向いている方向、ロボット１０の現在の姿勢、ロボット１０が備える各種設備の状態、ロボット１０が提供するサービスに関する情報等）を随時収集する。

情報提供部６０２は、例えば、ロボット１０に対し、目的地までの誘導に関する情報、他のロボット１０に関する情報（他のロボット１０の現在位置、他のロボット１０の移動方向等）、ロボット１０の現在地周辺の情報等の各種の情報を提供する。

設定情報記憶部６０３は、各環境側基地局４０に関する情報、例えば、サービス提供エリアに設けられている各環境側基地局４０の装置設置位置情報を記憶する。

＜位置標定システム＞
続いて位置標定システムについて説明する。位置標定システムは、スペクトル拡散された無線信号である位置標定信号を送信する無線装置（本実施形態では、ロボット側無線装置３０又は環境側無線装置５０）と、位置標定信号を受信してこれに基づき標定対象（本実施形態では、ロボット１０、ロボット側基地局２０、ロボット側無線装置３０、環境側基地局４０、及び環境側無線装置５０）が存在する方向や存在する位置を標定する基地局（本実施形態では、ロボット側無線装置３０及び環境側基地局４０）とを含んで構成される。

位置標定に際しては、無線装置が位置標定信号を送信する。一方、基地局は、アンテナ群（アンテナ群２５もしくはアンテナ群４５）を構成している複数のアンテナを周期的に切り換えつつ、無線装置から送られてくる位置標定信号を受信する。

図１４に、無線装置から送信される位置標定信号１４００のデータフォーマットを示している。同図に示すように、位置標定信号１４００は、制御信号１４１１、測定信号１４１２、及び装置情報１４１３を含む。

このうち制御信号１４１１には、変調波や各種の制御信号が含まれる。測定信号１４１２には、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、基地局に対する標定対象の存在する方向や基地局から標定対象までの相対距離の検出に用いる信号（例えば２０４８チップの拡散符号））が含まれる。装置情報１４１３には、その位置標定信号１４００を送信した無線装置の設置位置を示す情報（例えば、サービス提供エリアに設定されている座標系で表される。以下、これを装置設置位置情報とも称する。）や無線装置を識別するための情報(以下、無線装置ＩＤと称する。）が含まれる。

図１５は、基地局（ロボット側基地局２０又は環境側基地局４０。以下、ロボット側基地局２０を例として説明する。）が備えるアンテナ群２５を構成している複数のアンテナ２５１ａ〜２５１ｄと、環境側無線装置５０が備えるアンテナ５５との関係を説明する図である。同図に示すように、アンテナ群２５は、位置標定信号１４００の１波長（例えば、位置標定信号１４００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合は波長λ＝１２．５ｃｍ）以下の間隔をあけて平面的に略正方形状に等間隔で隣接配置された４つの円偏波指向性アンテナ（以下、アンテナ２５１ａ〜２５１ｄと称する。）を含む。尚、各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄは、例えば、指向方向が真上方向（天井の方向）もしくは斜め上方向を向くように設けられている。

ここで同図において、アンテナ群２５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２５に対する環境側無線装置５０が存在する方向とのなす角をα（ロボット側基地局２０から見た環境側無線装置５０が存在する方向）とすれば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
の関係がある。尚、Ｄ（ｍ）は、環境側無線装置５０のアンテナ５５の設置高さとロボット側基地局２０のアンテナ群２５（４つのアンテナ２５１ａ〜２５１ｄで囲まれた領域の中央部分）の高さとの差であり、Ｌ（ｍ）は、環境側無線装置５０のアンテナ５５から下ろした垂線がロボット１０が移動する平面と交わる点とアンテナ群２５の中心とを結ぶ線分の長さであり、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ群２５を構成しているアンテナ２５１のうち特定の２つのアンテナ２５１の夫々についての、環境側無線装置５０のアンテナ５５までの伝搬路長の差（以下、経路差とも称する。）である。

ここでアンテナ群２５を構成している特定の２つのアンテナ２５１の夫々が受信する位置標定信号１４００の位相差をΔθとすれば、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ））
の関係がある。また位置標定信号１４００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いる場合はλ＝１２．５（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π）
の関係がある。測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）内では、αはΔθ（ラジアン）から算出することができるので、上式からロボット側基地局２０から見た環境側無線装置５０が存在する方向αを取得することができる。

図１６に示すように、環境側無線装置５０のアンテナ５５の地上高をＨ（ｍ）、基地局２０のアンテナ群２５の地上高をｈ（ｍ）、環境側無線装置５０（のアンテナ５５）から下ろした垂線とロボット１０が移動する平面との交点を原点として直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を設定した場合における、方向αのｘｚ平面への射影をΔΦ（ｘ）、方向αのｙｚ平面への射影をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対するロボット１０の相対座標は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））

そして原点の絶対座標を（ｘ１，ｙ１，０）とすれば、ロボット１０の絶対座標（ｘｘ，ｙｙ，０）は次式から求めることができる。
ｘｘ＝ｘ１＋Δｄ（ｘ）
ｙｙ＝ｙ１＋Δｄ（ｙ）

尚、以上に説明した位置標定の基本原理については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、特開２００６−２３２６１号公報などにも詳述されている。

ところで、以上に説明した仕組みによって行われる位置標定に際しては、無線装置や基地局が備える水晶発振器に生じる周波数偏差に起因する誤差が問題となる。例えば、水晶発振器の周波数安定度が±０．５ｐｐｍである場合、無線装置と基地局との間には最大１ｐｐｍの周波数偏差（２４００Ｈｚ）が生じ、基地局のアンテナ切替スイッチ２６の切替周期を３２μｓとすると２４００Ｈｚ×３２μｓ×３６０°＝２７．６５°の位相差（誤差）が生じることになる。そこで本実施形態の位置標定システムは、周波数偏差に起因する誤差を次のようにして相殺することにより、測定精度の向上を図っている。

まず基地局（ここではロボット側基地局２０を例として説明する）のアンテナ群２５の第１のアンテナ対（第１アンテナ２５１ａ及び第２アンテナ２５１ｂ）が受信する位置標定信号１４００の位相差Δθ１（第１アンテナ２５１ａを基準として第２アンテナ２５１ｂの位相を測定した結果（＝測定値））は、環境側無線装置５０のアンテナ５５から第１アンテナ２５１ａまでの位置標定信号１４００の伝搬経路と、環境側無線装置５０のアンテナ５５から第２アンテナ２５１ｂまでの位置標定信号１４００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差の真値をΔθｔ１とし、上述の測定誤差をＦ１とすれば、次式で表すことができる。
Δθ１＝Δθｔ１＋Ｆ１ ・・・式１

一方、ロボット側基地局２０のアンテナ群２５の第２のアンテナ対（第３アンテナ２５１ｃ及び第４アンテナ２５１ｄ）が受信する位置標定信号１４００の位相差Δθ２（第３アンテナ２５１ｃを基準として第４アンテナ２５１ｄの位相を測定した結果（＝測定値））は、環境側無線装置５０のアンテナ５５から第３アンテナ２５１ｃまでの位置標定信号１４００の伝搬経路と、環境側無線装置５０のアンテナ５５から第４アンテナ２５１ｄまでの位置標定信号１４００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差の真値をΔθｔ２とし、測定誤差をＦ２とすれば、次式で表すことができる。
Δθ２＝−Δθｔ２＋Ｆ２ ・・・式２

また式１と式２の両辺の差を取ると、次のようになる。
Δθ１−Δθ２＝（Δθｔ１−（−Δθｔ２））＋（Ｆ１−Ｆ２） ・・・式３

ここで第１のアンテナ対と第２のアンテナ対とは、第１のアンテナ対の各アンテナ２５１ａ，２５１ｂによって受信される位置標定信号１４００の経路差と第２のアンテナ対の各アンテナ２５１ｃ，２５１ｄによって受信される位置標定信号１４００の経路差とが一致するように、即ち位相差Δθｔ１と位相差Δθｔ２とが一致するように設けられており、この一致する値をθｔ＝Δθｔ１＝Δθｔ２とおけば、右辺の（Δθｔ１−（−Δθｔ２））の値は２θｔとなる。

一方、誤差Ｆ１，Ｆ２は、第１のアンテナ対の測定時と第２のアンテナ対の測定時とで通常はほぼ一致しており、右辺の（Ｆ１−Ｆ２）の値は限りなく０に近くなる。以上より、式３は次のようになる。
θｔ＝（Δθ１−Δθ２）／２ ・・・式４

式４から理解されるように、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対の夫々によって位相差を測定することにより、式１、式２における測定誤差Ｆ１，Ｆ２を相殺することができる。このため、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対の夫々によって位相差を測定することにより、位相差θｔを高い精度で取得することができる。

尚、位相を測定する側（本実施形態では基地局２０側）に、例えば、ＡＧＣ（Automatic Gain Controller）を設けて周波数偏差を減少させるようにすれば、右辺の（Ｆ１−Ｆ２）の値をさらに０に近づけることができ、位相差θｔの測定精度を更に向上させることができる。

＜標定精度＞
位置標定システムは、数１０ｃｍオーダという高い精度で標定対象の位置を標定することが可能である。但し前述したように、位置標定システムによる位置標定の精度は標定可能エリアの全体で必ずしも一様でなく、標定精度は基地局（ここでは基地局が環境側基地局４０である場合を例として説明するが、基地局がロボット側基地局２０である場合も同様に説明することができる。）がロボット側無線装置３０のアンテナ３５に近づくほど高くなる。

また標定精度は、環境側基地局４０の各アンテナ２５１の配列方向、即ち図１７Ａに示すように、正方形状に配置された４つのアンテナ２５１ａ〜２５１ｄの中心（各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄの夫々の中心から等距離にある点）を原点Ｏとして正方形の一辺の方向に設定したＸ軸の方向、もしくは、上記正方形の中心を原点ＯとしてＸ軸と直角な方向（上記一辺に隣接する他の一辺の方向）に設定したＹ軸の方向（以下、上記Ｘ軸又はＹ軸のことをアンテナ配列軸とも称する。）と、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５の位置との関係によっても変化する。

例えば、環境側基地局４０側のアンテナ群２５が図１７Ａに示すように配列している場合には、図１７Ｂに示すように、上記Ｘ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面の近傍、もしくは上記Ｙ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面の近傍にロボット側無線装置３０のアンテナ３５が存在するときに、比較的高い標定精度が得られることが知見されており、標定可能エリアの境界付近や標定可能エリア外の環境側基地局４０から所定範囲においても、方向（標定対象がアンテナ配列軸の方向に存在するか否か）については比較的高い標定精度が得られることが知見されている。ここでこのような特性となることは、例えば、次のように理解することができる。

今、環境側基地局４０の各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄとロボット側無線装置３０のアンテナ３５とが図１８Ａに示す位置関係である場合を考える。尚、同図において、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５は、Ｘ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面の方向に存在する。また同図中、一点鎖線で示す弧線７７，７８は、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信された位置標定信号１４００の波面を表している。

同図から理解されるように、アンテナ２５１ｂとアンテナ２５１ｃとの間では、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信された位置標定信号１４００の到達時間に差がなく、またアンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｄとの間でも、位置標定信号１４００の到達時間に差がなく、従って、アンテナ２５１ｂとアンテナ２５１ｃとの間、及びアンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｄとの間では、Ｙ軸方向の位相差は０である。

一方、アンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｂとの間では、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信された位置標定信号１４００の到達時間に差があり、またアンテナ２５１ｃとアンテナ２５１ｄとの間でも、位置標定信号１４００の到達時間に差がある。

図１８Ｂは、環境側基地局４０のアンテナ群２５とロボット側無線装置３０のアンテナ３５とが図１８Ａの位置関係にあるときに、これらをＹ軸の負の側から眺めた図である。同図において、符号８１、８２で示す実線は、夫々、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信される位置標定信号１４００のうち、直接波として環境側基地局４０のアンテナ群２５に到達する位置標定信号１４００である。また符号９１、９２で示す破線は、夫々、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信される位置標定信号１４００のうち、間接波（マルチパス、反射波等）として環境側基地局４０のアンテナ群２５に到達する位置標定信号１４００である。このように、環境側基地局４０のアンテナ群２５には、ロボット側無線装置３０のアンテナ３５から送信された位置標定信号１４００が、間接波と直接波とが合成された形で到達する。

ここで間接波９１及び間接波９２に着目すれば、これらはアンテナ２５１ｂ及びアンテナ２５１ｃへの到達時間とアンテナ２５１ａ及びアンテナ２５１ｄへの到達時間との間に差がある。従って、間接波９１がアンテナ２５１ｂ及びアンテナ２５１ｃが受信する位置標定信号１４００に与える影響（アンテナ２５１ｂ及びアンテナ２５１ｃが受信する直接波に与える影響）と、間接波９２がアンテナ２５１ａ及びアンテナ２５１ｄが受信する位置標定信号１４００に与える影響（アンテナ２５１ａ及びアンテナ２５１ｄが受信する直接波に与える影響）とは異なる。このため、間接波が存在する場合には、Ｘ軸方向の位相差の測定精度に影響が生じることになる。

一方、アンテナ２５１ｂとアンテナ２５１ｃとの間では、間接波９１と間接波９２との間で到達時間に差がなく、間接波９１及び間接波９２がアンテナ２５１ｂとアンテナ２５１ｃの夫々が受信する位置標定信号１４００に与える影響（直接波に与える影響）は同じである。またアンテナ２５１aとアンテナ２５１ｄとの間でも、間接波９１と間接波９２との間で到達時間に差がなく、間接波９１及び間接波９２がアンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｄの夫々が受信する位置標定信号１４００に与える影響（直接波に与える影響）は同じである。従ってＹ軸方向の位相差の測定精度に与える影響は小さくなる。

アンテナ配列軸の近傍で方向の標定精度が高くなることは、以上のように理解することができる。尚、以上と同様にして、ロボット側基地局２０と環境側無線装置５０との関係においても、ロボット側基地局２０のアンテナ群２５のアンテナ配列軸の近傍では方向（標定対象がロボット側基地局２０のアンテナ配列軸の方向に存在するか否か）の標定精度が高くなることが理解できる。また以上によれば、間接波のみが到達するような状況においても、アンテナ配列軸の近傍では方向について比較的高い標定精度が得られることがわかる。

＜アンテナ配列軸＞
ところで、例えば、図１７Ａに示した正方形状に配置された４つのアンテナ２５１ａ〜２５１ｄからなるアンテナ群２５の複数個を組み合わるようにすれば、容易にアンテナ配列軸を増やすことができる。

図１９にその一態様を示す。同図に示すように、この例では、４つのアンテナ２５１ａ〜２５１ｄからなるアンテナ群２５（以下、第１のアンテナ群とも称する。）と、４つのアンテナ２５１ａ’〜２５１ｄ’からなるアンテナ群２５（以下、第２のアンテナ群とも称する。）とを、２つのアンテナ群２５の夫々の正方形の中心を原点Ｏに一致させて組み合わせることにより、原点から４５°ずつ８方向（＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ，＋Ｘ’，＋Ｙ’，−Ｘ’，−Ｙ’）に延びるアンテナ配列軸が構成されるようにしている。

尚、この方法によるアンテナ配列軸の増設は、環境側基地局４０及びロボット側無線基地局３０のいずれについても適用することができる。またこれ以外の態様、例えば、３つ以上のアンテナ群２５を組み合わせることによっても、アンテナ配列軸を増設することができる（組み合わせるアンテナ群２５の数を３，４，・・・に増やすことで、アンテナ配列軸の間隔が３０°、２２．５°・・・と次第に狭くなる）。

一方、アンテナ群２５の正方形の対角に位置する２つのアンテナ（図１７Ａの場合はアンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｃ、アンテナ２５１ｂとアンテナ２１５ｄ）を組み合わせることにより周波数偏差に起因する誤差を相殺するようにしても、アンテナ配列軸を増やすことができる。この場合、アンテナ配列軸は、前述した４つの方向（＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ）に加え、さらにアンテナ２５１ａとアンテナ２５１ｃとを結ぶ直線の方向、及びアンテナ２５１ｂとアンテナ２１５ｄとを結ぶ直線の方向にも形成される。ここでこのようにした場合における上記誤差の相殺は、例えば、次のようにして行う。以下、図１７Ａに示したアンテナ群２５において、対角に位置している第２アンテナ２５１ｂと第４アンテナ２５１ｄの組み合わせに着目して説明する。

まず第２アンテナ２５１ｂと第４アンテナ２５１ｄの夫々が受信する位置標定信号１４００の位相差Δθ１（第２アンテナ２５１ｂを基準として第４アンテナ２５１ｄの位相を測定した結果（＝測定値））は、位置標定信号１４００を送信する無線装置のアンテナから各アンテナ（第２アンテナ２５１ｂ及び第４アンテナ２５１ｄ）までの位置標定信号１４００の伝搬経路の差（経路差）によって生じる位相差の真値をΔθｔ１とし、上述の測定誤差をＦ１とし、間接波（マルチパス、反射波等）の影響をαとすれば、次式で表すことができる。
Δθ１＝Δθｔ１＋Ｆ１＋α ・・・式５

一方、第４アンテナ２５１ｄを基準として第２アンテナ２５１ｂの位相を測定した場合の位相差Δθ２は、位置標定信号１４００を送信する無線装置のアンテナから各アンテナ（第２アンテナ２５１ｂ及び第４アンテナ２５１ｄ）までの位置標定信号１４００の伝搬経路の差（経路差）によって生じる位相差の真値をΔθｔ２とし、上述の測定誤差をＦ２とすれば、次式で表すことができる。
Δθ２＝−Δθｔ２＋Ｆ２−α ・・・式６

式５と式６の両辺の差を取ると、次のようになる。
（Δθ１−Δθ２）／２＝（（Δθｔ１＋Ｆ＋α）−（−Δθｔ２＋Ｆ−α））／２
＝（（Δθｔ１＋Δθｔ２）＋２・α）／２
・・・式７

ここでΔθｔ１とΔθｔ２とが等しくなるように第２アンテナ２５１ｂと第４アンテナ２５１ｄとが設けられているとすれば、θｔ＝Δθｔ１＝Δθｔ２となり、式７の右辺の（Δθｔ１−（−Δθｔ２））の値は２θｔとなり、式７は次のようになる。
（Δθ１−Δθ２）／２＝（２・Δθｔ＋２・α）／２
＝Δθｔ＋α ・・・式８

尚、上式には間接波の間接波の影響αが残っているが、位置標定の目的が方向の標定精度を高めること、即ちΔθｔ＝０か否か（ロボット１０が環境側基地局４０のアンテナ配列軸上に存在するか否か、環境側無線装置５０がロボット側基地局２０のアンテナ配列軸上に存在するか否か）を精度よく測定することである場合は図１８Ａ及び図１８Ｂとともに説明したように間接波の影響はとくに問題にならない。

＜ロボットの現在位置及びロボットが向いている方向の取得＞
ところで、アンテナ配列軸の近傍では方向の標定精度（ロボット１０が環境側基地局４０のアンテナ配列軸上に存在するか否か、環境側基地局４０（環境側無線装置５０）が、ロボット側基地局２０のアンテナ配列軸上に存在するか否かを検知する精度）が高くなるという、位置標定システムの上記特性に着目すると、位置標定システムによる方向の標定結果のみを利用して、ロボット１０の現在位置及びロボット１０が向いている正確な方向を取得する仕組みを実現することができる。以下、この仕組みについて説明する。尚、以下の説明において、環境側基地局４０のアンテナ群２５は、図１９に示す構成であるものとし、前述した８つのアンテナ配列軸の方向（＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ，＋Ｘ’，＋Ｙ’，−Ｘ’，−Ｙ’）では、標定可能エリア外であっても標定精度が高くなっているものとする。

まずロボット１０は、ロボット側無線装置３０から位置標定信号１４００を繰り返し送信しつつサービス提供エリア内を自律的に移動し、環境側基地局４０のいずれかのアンテナ配列軸の方向（第１の位置）に到達（クロス）する。このとき、ロボット１０はサービスを提供しつつ移動してもよいし、サービスを中断した状態で移動してもよい。

図２０にロボット１０が自律的に移動して環境側基地局４０のアンテナ配列軸の一つ（同図では＋Ｘ）に到達した様子を例示している。尚、環境側基地局４０のアンテナ配列軸の近傍では標定可能エリア外であっても方向の標定精度が高いため、環境側基地局４０は、ロボット１０が標定可能エリア外に存在する場合でも、ロボット１０がアンテナ配列軸の方向に到達したか否かを精度よく判定することができる。環境側基地局４０は、ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在していることを検知すると、その旨をロボット１０に通知するとともに、環境側無線装置５０からの位置標定信号１４００の送信を開始する。これによりロボット側基地局２０は、上記位置標定信号１４００を受信して環境側基地局４０について位置標定を行うことが可能になる。

ロボット１０は、環境側基地局４０のアンテナ配列軸の一つに到達すると、そこで環境側基地局４０から送られてくる位置標定信号１４００を受信し、これに基づき環境側基地局４０の現在位置を標定する。

続いてロボット１０は、自身のアンテナ配列軸の方向に環境側基地局４０を捕捉する。これはロボット１０が自身の全体を旋回させることにより行ってもよいし、ロボット側基地局２０のみ、もしくはロボット側基地局２０のアンテナ群２５のみを旋回させることにより行ってもよい。

図２１にこのときの様子を示す。前述したように、ロボット側基地局２０のアンテナ配列軸の近傍では、標定可能エリア外であっても方向について比較的高い標定精度が得られるのでロボット１０は自身のロボット側基地局２０のアンテナ配列軸の方向に環境側無線装置５０（環境側基地局４０）を確実に捕捉することができる。また環境側無線装置５０がロボット側基地局２０の標定可能エリア外に存在していても確実に環境側基地局４０を捕捉することができる。

続いてロボット１０は、捕捉した環境側基地局４０が存在する方向を基準として自身の進行方向を決定し、決定した進行方向と、取得した環境側基地局４０が存在する正確な方向（ここでは＋Ｘとする。）とがなす角φを記憶する。このときの様子を図２２に示す。

続いてロボット１０は、決定した進行方向を維持しつつ、現在位置（第１の位置（＋Ｘ））から環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の一つに到達（第２の位置に到達）するまで直進する。尚、この直進に際し、ロボット１０は、オドメトリ等の方法（車輪の回転数を計測する等）により、出発点からの移動距離Ｌを計測する。図２３にロボット１０が直進する様子を示す。

ロボット１０は、直進を続けた結果、現在位置（第１の位置（＋Ｘ））から環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の一つの方向に到達すると、記憶している角度φと、計測した移動距離Ｌとに基づき、自身の現在位置（第２の位置（＋Ｙ’））を求める。

具体的には、例えば、図２４に示すように、ロボット１０は、自身の現在位置（第２の位置）のＸ座標Ｍを、Ｌ・ｓｉｎφから求める。またＸ軸とＹ’軸とが４５°ずれていることが既知であるので、ロボット１０は、自身の現在位置（第２の位置）のＹ座標Ｎを、Ｎ＝Ｍ＝Ｌ・ｓｉｎφから求める。尚、Ｘ軸及びＹ軸は環境側基地局４０の座標系であるので、これらの軸上での位置（Ｍ，Ｎ）は、環境側基地局４０から見たロボット１０の絶対位置（天井面７もしくは床面６に設定された座標系で表される位置）を表していることになる。

以上によれば、ロボット１０の正確な位置又はロボット１０が向いている正確な方向を示す情報を取得することができる。とくにアンテナ配列軸の近傍では標定可能エリアの外側であっても方向について比較的高い標定精度が得られるので、ロボット１０が標定可能エリアの外に存在する場合でも、ロボット１０の正確な絶対位置及びロボット１０が現在向いている正確な方向を取得することができる。またこのように一つの環境側基地局４０によってロボット１０の絶対位置及びロボット１０が現在向いている正確な方向を取得することが可能な範囲が拡大するので、少数の環境側基地局４０により広範囲に亘ってロボット１０の絶対位置及びロボット１０が現在向いている正確な方向を提供することができる。

また上記の例のように２つのアンテナ群２５によって矩形の中心から４５°方向が異なる８つの方向に方向の標定精度が高くなるエリアを形成するようにすれば、第１の位置及び角度φに拘わらず、ロボット１０を長距離に亘って直進させることなく第２の位置に到達させることができる。このため、アンテナ群２５の数を最小限に抑えつつロボット１０の位置又はロボット１０の向きを示す情報を効率よく提供することができる。

＜処理例＞
続いて、以上に説明した方法により、ロボット１０が、自身の正確な位置及び向いている正確な方向を取得する際に行う処理（以下、絶対位置及び方向取得処理Ｓ２５００と称する。）の一例を示す。図２５は、絶対位置及び方向取得処理Ｓ２５００の詳細を説明するフローチャートである。以下、同図とともに説明する。

ロボット１０は、サービス提供エリアを自律的に移動してサービスを提供しつつ、自身の現在位置及び自身が現在向いている方向を取得するタイミングの到来をリアルタイムに監視している（Ｓ２５１１、Ｓ２５１２）。尚、上記タイミングは、例えば、ロボット１０がオドメトリ等によって把握している自身の現在位置や自身が現在向いている方向に累積している誤差を補正しようとする場合に到来する。また上記タイミングは、例えば、ロボット１０が自身の現在位置や自身が現在向いている方向を把握していることが前提となるサービスを提供しようとする場合に到来する。

自身の現在位置及び自身が現在向いている方向を取得するタイミングが到来すると（Ｓ２５１２：ＹＥＳ）、ロボット１０は、いずれかのアンテナ配列軸に到達するまで自律走行を続ける（Ｓ２５１３，Ｓ２５１４）。

ロボット１０は、いずれかアンテナ配列軸に到達したことを検知すると（Ｓ２５１４）、ロボット側基地局２０により、環境側無線装置５０からから送られてくる位置標定信号１４００に基づき環境側基地局４０の現在位置を標定し、自身の全体を旋回させるなどして自身のアンテナ配列軸の方向に環境側基地局４０を捉える（Ｓ２５１５）。尚、環境側基地局４０は、ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の近傍に存在することを検知すると、これを契機として環境側無線装置５０からの位置標定信号１４００の送信を開始し、ロボット側基地局２０はこの位置標定信号１４００を利用して環境側基地局４０の方向を把握する。

続いてロボット１０は、自身の進行方向を決定し、決定した進行方向と、取得した環境側基地局４０が存在する正確な方向とがなす角φを記憶し（Ｓ２５１６）、角度φの方向に進行方向を維持しつつ直進する（Ｓ２５１７）。尚、直進に際し、ロボット１０はオドメトリ等の方法により出発点からの移動距離Ｌをリアルタイムに計測する。

ロボット１０は、直進を続けた結果、環境側基地局４０の他のアンテナ配列軸の一つに到達（クロス）すると（Ｓ２５１８：ＹＥＳ）、記憶している角度φと、到達した位置（第２の位置）までの移動距離Ｌ（第１の位置から第２の位置までの距離）とに基づき、前述した方法で自身の現在位置を求める（Ｓ２５１９）。

その後、ロボット１０は、サービスの提供を再開する（Ｓ２５１１）。例えば、ロボット１０は、取得した自身が向いている正確な現在位置や方向を利用して、オドメトリによって把握している自身の現在位置や自身が現在向いている方向を補正する。またロボット１０は、例えば、取得した自身が向いている正確な現在位置や正確な方向を利用してサービスの提供を行う。

以上に説明したように、本実施形態のサービス提供システム１によれば、アンテナ配列軸の近傍では方向の標定精度が比較的高くなるという位置標定システムの特性を利用して、ロボット１０の正確な現在位置及びロボット１０が現在向いている正確な方向を取得することができる。このため、ロボット１０が、例えば、ＧＰＳや電子コンパス、ジャイロコンパス等を利用することができないような環境で用いられる場合でも、ロボット１０は自身が現在向いている正確な方向を把握することができる。

尚、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、以上の実施形態では、アンテナ群２５の各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄが正方形状に配列している場合を例として説明したが、各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄが長方形（矩形）状に配列している場合でも同様の仕組みを構成することができるとともに同様の効果を得ることができる。

ロボット１０が標定可能エリア内に存在している場合には、前述した方法（図２４に示した方法）によらずに通常の方法、即ち環境側基地局４０が上記位置標定信号１４００に基づきロボット１０の現在位置や向いている方向を取得するようにしてもよい。

ロボット側基地局２０のアンテナ群２５とロボット側無線装置３０のアンテナ３５とを共用するようにしてもよい。また環境側基地局４０のアンテナ群４５と環境側無線装置５０のアンテナ５５とを共用するようにしてもよい。

本実施形態では移動体がロボット１０である場合を一例として説明したが、移動体は、例えば、人、荷物、運搬車両等の他の種類のものであってもよい。またサーバ装置６０の機能はロボット１０や環境側基地局４０において実現するようにしてもよい。

１ サービス提供システム
１０ ロボット
２０ ロボット側基地局
３０ ロボット側無線装置
４０ 環境側基地局
５０ 環境側無線装置
１０１ 自律移動制御部
１０３ アンテナ配列軸検知部
１０４ 環境側基地局捕捉部
１０５ 直進走行制御部
１０６ 現在位置／方向取得部

Claims (6)

1. 無線信号である位置標定信号を送信する無線装置と、
   第１のアンテナ対と第２のアンテナ対とを含むアンテナ群を有し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設けられ、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対が、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対の各アンテナが平面上に矩形状に並ぶように配置され、前記第１のアンテナ対の各アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記無線装置が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記無線装置の現在位置を標定する基地局と、
   を備えて構成される位置標定システムを用いて構成される、移動体の向きを示す情報を取得するシステムであって、
   移動体に設けられる前記無線装置である移動体側無線装置、
   前記移動体が移動するエリアの上方に設けられる前記基地局である環境側基地局、
   前記移動体に設けられる前記基地局である移動体側基地局、及び
   前記環境側基地局に設けられる前記無線装置である環境側無線装置、
   を備え、
   前記移動体は、
   前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるＸ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＸ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記Ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるＹ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＹ軸方向平面、のうちのいずれかの近傍である第１の位置に存在するときに、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるｘ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｘ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるｙ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｙ軸方向平面の近傍に前記環境側基地局を捕捉し、
   前記第１の位置から、前記捕捉した前記環境側基地局の方向に対して所定角度φを維持しつつ直進することにより前記環境側基地局の他の前記座標軸の近傍の第２の位置に到達し、
   前記直進に際し、前記第１の位置を出発してから前記第２の位置に至るまでの移動距離Ｌを計測し、
   前記角度φと前記移動距離Ｌとに基づき、自身の現在位置又は自身が現在向いている方向を求める
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得するシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記環境側基地局は複数の前記アンテナ群を備えており、前記アンテナ群の夫々は、夫々の前記矩形の中心を一致させて夫々の前記座標軸が所定角度ずれた関係となるように設けられている
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得する方法。
3. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形は正方形であり、
   前記第１の位置には、前記矩形の一の対角線の方向に設定した座標軸であるＸ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＸ’軸方向平面、もしくは、前記矩形の他の対角線の方向に設定した座標軸であるＹ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＹ’軸方向平面、のうちのいずれかの近傍がさらに含まれる
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得するシステム。
4. 現在位置を標定しようとする無線装置に無線信号である位置標定信号を送信する無線装置と、
   第１のアンテナ対と第２のアンテナ対とを含むアンテナ群を有し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設けられ、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対が、前記第１のアンテナ対及び前記第２のアンテナ対の各アンテナが平面上に矩形状に並ぶように配置され、前記第１のアンテナ対の各アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記無線装置が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記無線装置の現在位置を標定する基地局と、
   を備えて構成される位置標定システムを用いて行われる、移動体の向きを示す情報を取得する方法であって、
   移動体に前記無線装置である移動体側無線装置を設けるとともに、前記移動体が移動するエリアの上方に前記基地局である環境側基地局を設け、
   前記移動体に前記基地局である移動体側基地局を設けるとともに、前記環境側基地局に前記無線装置である環境側無線装置を設け、
   前記移動体が、
   前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるＸ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＸ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記Ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるＹ軸を含むＸＹ平面に垂直な平面であるＹ軸方向平面、のうちのいずれかの近傍である第１の位置に存在するときに、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定した座標軸であるｘ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｘ軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記ｘ軸と直角な方向に設定した座標軸であるｙ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面であるｙ軸方向平面の近傍に前記環境側基地局を捕捉し、
   前記第１の位置から、前記捕捉した前記環境側基地局の方向に対して所定角度φを維持しつつ直進することにより前記環境側基地局の他の前記座標軸の近傍の第２の位置に到達し、
   前記直進に際し、前記第１の位置を出発してから前記第２の位置に至るまでの移動距離Ｌを計測し、
   前記角度φと前記移動距離Ｌとに基づき、自身の現在位置又は自身が現在向いている方向を求める
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得する方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記環境側基地局は複数の前記アンテナ群を備えており、前記アンテナ群の夫々は、夫々の前記矩形の中心を一致させて夫々の前記座標軸が所定角度ずれた関係となるように設けられている
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得する方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記環境側基地局の前記アンテナ群の前記矩形は正方形であり、
   前記第１の位置には、前記矩形の一の対角線の方向に設定した座標軸であるＸ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＸ’軸方向平面、もしくは、前記矩形の他の対角線の方向に設定した座標軸であるＹ’軸を含むＸ’Ｙ’平面に垂直な平面であるＹ’軸方向平面、のうちのいずれかの近傍がさらに含まれる
   ことを特徴とする移動体の位置又は向きを示す情報を取得する方法。

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