JP6026307B2 - 移動体の向きを示す情報を取得するシステム及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、移動体の向きを示す情報を取得するシステム及び方法に関する。

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。こうした自律移動を前提としたロボットによるサービスの提供に際しては、ロボットが現在向いている方向を把握する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が現在向いている方向を取得させる仕組みとしては、ＧＰＳや電子コンパス、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できず、また電子コンパスも地磁気を検出できない環境では利用できない。またジャイロコンパスは、その構成上、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のアンテナ対とが、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、
前記環境側基地局は、前記移動体側無線装置から送られてくる前記位置標定信号に基づき位置標定を行うことにより、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記移動体が存在する方向である角度θ１を取得し、
前記移動体は、
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直角な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に前記環境側無線装置を捕捉するように、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記ｘ軸又は前記ｙ軸の方向を制御し、
自身について設定された機軸の方向と前記ｘ軸又は前記ｙ軸とがなす角度θ２を取得し、
前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求めることとする。

本発明によれば、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）に沿って方向の標定精度が高くなる性質を利用して、移動体の正確な向き（移動体が現在向いている方向）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直角な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に存在するときに、前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求めることとする。

このように移動体が環境側基地局のＸ軸方向平面又はＹ軸方向平面の方向に存在するときに、環境側無線装置を移動体側基地局のＸ軸方向平面もしくはＹ軸方向平面のいずれかの方向に捕捉した状態における機軸の方向を求めるようにすれば、角度θ１の標定精度を向上させることができる。

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、前記移動体側無線装置を、前記環境側基地局の前記Ｘ軸方向平面、もしくは、前記環境側基地局の前記Ｙ軸方向平面のいずれかの方向に捕捉するように前記環境側基地局の前記アンテナ群を制御する制御機構を備えることとする。

このように、環境側基地局側からも移動体を積極的に自身のアンテナ配列軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に捕捉するようにすることで、いつでも高い精度で移動体が現在向いている方向を移動体に取得させることができる。

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、移動体に自身が現在向いている方向を取得させることができる。

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の主な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の主な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の主な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の主な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の主な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の主な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。 ロボット１０の機軸の方向を取得する仕組みを説明する図である。 ロボット１０の機軸の方向をより高い精度で取得する仕組みを説明する図である。 機軸方向取得処理Ｓ２０００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て、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て、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の主な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、無線装置捕捉部１０３、角度θ１取得部１０４、角度θ２取得部１０５、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の現在位置や姿勢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。

無線装置捕捉部１０３は、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、環境側無線装置５０を、ロボット側基地局２０の後述するアンテナ群２５のアンテナ配列軸の方向に捕捉する。

角度θ１取得部１０４は、環境側基地局４０から送られてくる、環境側基地局４０によって標定された自身（ロボット１０）の現在位置を示す情報を受信し、受信した情報に基づき、環境側基地局４０から見た自身が存在する方向（床面６に平行な面内における方向）である角度θ１（環境側基地局４０を原点として設定した座標系（Ｘ，Ｙ）におけるＸ軸と自身が存在する方向とがなす角度）を求める。尚、環境側基地局４０側にて角度θ１を求め、これを環境側基地局４０からロボット１０に提供（送信）するようにしてもよい。

角度θ２取得部１０５は、ロボット側基地局２０を原点と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ｘ軸、ｙ軸を設定した座標系（ｘ，ｙ）における、当該ｘ軸（又はｙ軸）とロボット１０に設定された基準軸（以下、機軸１９０と称する。）とがなす角度θ２を取得する。尚、ロボット側基地局２０のアンテナ群２５（後述）の指向方向が機軸１９０に対して固定されている場合には、角度θ２取得部１０５は、例えば、角度θ２を記憶装置１２に予め記憶する。またアンテナ群２５（後述）がその指向方向を機軸１９０に対して可変制御可能な状態で設けられている場合には、角度θ２取得部１０５は、例えば、アンテナ群２５の指向方向の制御量や機軸１９０に対するアンテナ群２５の指向方向を取得するセンサの出力情報などから角度θ２を取得する。

方向取得部１０６は、角度θ１及び角度θ２に基づき、後述する方法により自身（ロボット１０）が現在向いている方向を求める。

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によって位置の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の主な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の主な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望ましい。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ため、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。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の主な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。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の現在位置をロボット１０に通知する。

図１０に環境側無線装置５０の主な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望ましい。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ため、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。

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、後述の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の主な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（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（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の少なくともいずれか）が存在する方向や存在する位置を標定する基地局とを含んで構成される。

位置標定システムによる位置標定に際し、無線装置はそのアンテナから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。また位置標定システムによる位置標定に際し、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（ロボット側無線装置３０もしくは環境側無線装置５０）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度を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，Ｘ１，０）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、以上に説明した方法で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の切替周期が３２μｓである場合は２４００Ｈｚ×３２μｓ×３６０°＝２７．６５°の位相差（誤差）が生じることになる。そこでこの位置標定システムでは、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。

まず例えば、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＞
位置標定システムでは数１０ｃｍオーダという高い精度で位置標定が可能である。但し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（ここではロボット側基地局２０を例として説明する）が環境側無線装置５０のアンテナ５５に近づくほど高くなる。

また標定精度は、ロボット側基地局２０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、環境側無線装置５０のアンテナ５５との相対的な位置関係によっても変化する。

例えば、ロボット側基地局２０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、アンテナ配列軸の近傍（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）に環境側無線装置５０のアンテナ５５が存在するときに、方向（標定対象がアンテナ配列軸上に存在するか否か）について比較的高い標定精度が得られることが知見されている。またアンテナ配列軸の近傍では、標定可能エリアの境界付近や標定可能エリアを超えた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になることは、例えば、次のように理解することができる。

今、ロボット側基地局２０の各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄと環境側無線装置５０のアンテナ５５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、環境側無線装置５０のアンテナ５５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、環境側無線装置５０のアンテナ５５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、環境側無線装置５０のアンテナ５５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、環境側無線装置５０のアンテナ５５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、基地局２０のアンテナ群２５と環境側無線装置５０のアンテナ５５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、環境側無線装置５０のアンテナ５５から送信される位置標定信号１４００のうち、直接波としてロボット側基地局２０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、環境側無線装置５０のアンテナ５５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）としてロボット側基地局２０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、ロボット側基地局２０のアンテナ群２５には、環境側無線装置５０のアンテナ５５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。

標定精度が前述した特性となることは、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、環境側基地局４０とロボット側無線装置３０との関係においても、環境側基地局４０のアンテナ群２５のアンテナ配列軸上では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。

＜ロボットが現在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比較的高い標定精度が得られるという位置標定システムの上記特性を利用すれば、次に示す方法により、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。以下、順に説明する。

まずロボット１０が環境側基地局４０の標定可能エリア（標定対象の位置の標定が可能なエリア）に存在するときに、環境側基地局４０が自身から見たロボット１０が存在する方向（床面６内での方向）（前述した角度θ１に相当）を標定する。

続いてロボット１０（もしくはロボット側基地局２０もしくはアンテナ群２５）を旋回させるなどして、ロボット１０に、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方向に環境側基地局４０を捕捉させる。

このときの様子を図１９Ａに示す。同図には、方向θ１を、環境側基地局４０を原点としてＸ軸、Ｙ軸を夫々設定した座標系（Ｘ，Ｙ）におけるＸ軸とロボット１０が存在する方向とがなす角度（＝ｔａｎ^−１（Δｄ（Ｙ）／Δｄ（Ｘ）））として示している。また同図において、角度θ２は、ロボット側基地局２０を原点としてアンテナ配列軸の方向にｘ軸、ｙ軸を夫々設定した座標系（ｘ，ｙ）における、ｘ軸（ｙ軸を基準としてもよい）とロボット１０に設定された基準軸（以下、機軸１９０と称する。）とがなす角度である。

同図に示すように、ロボット１０の機軸１９０は、環境側基地局４０の座標系（Ｘ，Ｙ）のＸ軸からみてθ１＋（１８０°−θ２）の方向を向いている。ここで環境側基地局４０の座標系（Ｘ，Ｙ）が絶対座標系であれば、当該絶対座標系で表されたロボット１０の機軸１９０の方向を取得することができる。従ってこの方法によれば、ロボット１０が環境側基地局４０の標定可能エリア内に存在する限り、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。

尚、角度θ１（座標系（Ｘ，Ｙ）における、環境側基地局４０から見たロボット１０が存在する方向）の標定精度は、環境側基地局４０によるロボット１０の現在位置（Δ（Ｘ）、Δ（Ｙ））の標定精度に影響されるが、前述したように、ロボット１０が例えば図１９Ｂに示すように環境側基地局４０のアンテナ配列軸の近傍に存在する場合には比較的高い精度でロボット１０の現在位置（Δ（Ｘ）、Δ（Ｙ））を標定することが可能である。そこでロボット１０を積極的に環境側基地局４０のアンテナ群４５のアンテナ配列軸の方向に移動させ、ロボット１０が環境側基地局４０のアンテナ群４５のアンテナ配列軸の方向に存在するときに環境側基地局４０によりロボット１０の位置標定を行うようにすれば、角度θ１の標定精度を向上させることができる。

更にこのようにロボット１０がアンテナ配列軸の方向に存在する場合は、前述したようにロボット１０が環境側基地局４０の標定可能エリア外に存在する場合におい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がアンテナ配列軸の方向に存在する場合には、ロボット１０が環境側基地局４０の標定可能エリア外に存在する場合でも、ロボット１０が現在向いている方向を正確に取得することができる。

一方、角度θ２（座標系（ｘ，ｙ）における、ｘ軸とロボット１０の機軸１９０とがなす角度）の標定精度は、ロボット側基地局２０がそのアンテナ群２５のアンテナ配列軸の方向に環境側無線装置５０を捉える際の標定精度に依存する。例えば、ロボット側基地局２０の位置標定が可能なエリアの半径が３００ｃｍである場合、角度θ２の誤差は±１０ｃｍ程度であり、角度θ２の標定精度は±ｔａｎ^−１（１０／３００）＝±２°程度である。

＜処理例＞
続いて、以上の方法により、ロボット１０（の機軸１９０）が現在向いている方向を取得する際にロボット１０が行う処理の一例を示す。図２０は、ロボット１０が、自身の機軸１９０が向いている方向を取得する際に行う処理（以下、機軸方向取得処理Ｓ２０００と称する。）を説明するフローチャートである。尚、機軸方向取得処理Ｓ２０００の実行中、サービス提供エリア内に設けられている各環境側基地局４０並びにロボット側無線装置３０は、いずれも十分に短い時間間隔で繰り返し位置標定信号１４００を送信しているものとする。

同図に示すように、ロボット１０は、サービス提供エリアを自律的に移動しつつサービスを提供しつつ自身が向いている正確な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（Ｓ２０１１，Ｓ２０１２）。自身が向いている正確な方向を取得するタイミングが到来すると（Ｓ２０１２：ＹＥＳ）、ロボット１０は、環境側基地局４０から送られてくる、自身について標定された位置の標定結果の受信を待機する（Ｓ２０１３）。尚、上記のタイミングは、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が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。

ここで所定時間内に自身について標定された位置の標定結果を受信することができなかった場合（Ｓ２０１３：ＮＯ）、ロボット１０は、例えば、現在位置から所定距離だけ移動した後に（Ｓ２０１４）、現在位置の標定結果の受信を再度待機する（Ｓ２０１３）。環境側基地局４０は、例えば、ロボット側無線装置３０から送られてくる位置標定信号１４００の受信電界強度が予め設定された閾値を超えたことをもってロボット１０が自身の標定可能エリアに入ったと判定し、その際にロボット１０の現在位置を標定してその結果（位置標定結果）をロボット１０に送信する。また環境側基地局４０は、例えば、ロボット側無線装置３０から送られてくる位置標定信号１４００に基づく位置標定の結果から、ロボット１０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在することを検知すると、ロボット１０の現在位置をロボット１０に送信する。

ロボット１０は、環境側基地局４０から自身の現在位置の標定結果を受信すると（Ｓ２０１３：ＹＥＳ）、受信した位置標定結果を送信してきた環境側基地局４０が、現在、自身のアンテナ配列軸の方向に存在するか否かを判定する（Ｓ２０１５）。そして環境側基地局４０が自身のアンテナ配列軸の方向に存在していない場合（Ｓ２０１５：ＮＯ）、ロボット１０は、環境側基地局４０を自身のアンテナ配列軸の方向に捉えるように制御する。ここでこの制御は、例えば、自身全体の旋回制御、ロボット側基地局２０の旋回制御、アンテナ群２５の指向方向の旋回制御等により行われる（Ｓ２０１６）。

続いてロボット１０は、環境側基地局４０から受信した位置標定結果から角度θ１を求め（Ｓ２０１７）、求めた角度θ１と角度θ２（角度θ２取得部１０５によって取得される角度）とから、自身の機軸１９０が現在向いている方向を取得する（Ｓ２０１８）。

その後、ロボット１０は、サービスの提供を再開し（Ｓ２０１１）、例えば、取得した自身が向いている正確な方向を利用してサービスの提供を行う。またロボット１０は、例えば、以上により取得した自身が向いている正確な現在位置や方向を用いてオドメトリの情報を補正しつつ、様々なサービスを提供する。

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、位置標定システムを用いてロボット１０が現在向いている方向を正確に取得させることができる。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環境で用いられる場合でも、ロボット１０に自身が現在向いている正確な方向を取得させることができる。

ところで、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について説明したが、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、同様の効果を得ることができる。

また環境側基地局４０に、そのアンテナ群４５を天井面７（床面６）に平行な面内で回転させる制御機構を設け、環境側基地局４０側から積極的にロボット１０を自身のアンテナ配列軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に捕捉するようにしてもよい。これにより角度θ１の標定精度を高めることができる。この場合、アンテナ群４５は、ロボット１０が標定可能エリア内に存在することを検知したタイミングで回転させるようにしてもよいし、常時回転させておくようにしてもよい。尚、環境側基地局４０はアンテナ群４５の指向方向を必ずしも３６０度回転させる必要はなく、少なくとも左右いずれかの方向に９０度だけ回転させることで、必ず自身のいずれかのアンテナ配列軸の方向にロボット１０を捕捉することができ、迅速にロボット１０を捕捉することができる。

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 無線装置捕捉部
１０４ 角度θ１取得部
１０５ 角度θ２取得部
１０６ 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のアンテナ対とが、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、
   前記環境側基地局は、前記移動体側無線装置から送られてくる前記位置標定信号に基づき位置標定を行うことにより、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記移動体が存在する方向である角度θ１を取得し、
   前記移動体は、
   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直角な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に前記環境側無線装置を捕捉するように、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記ｘ軸又は前記ｙ軸の方向を制御し、
   自身について設定された機軸の方向と前記ｘ軸又は前記ｙ軸とがなす角度θ２を取得し、
   前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求める
   ことを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得するシステム。
2. 請求項１に記載の移動体の向きを示す情報を取得するシステムであって、
   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直角な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に存在するときに、前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求める
   ことを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得するシステム。
3. 請求項２に記載の移動体の向きを示す情報を取得するシステムであって、
   前記環境側基地局は、前記移動体側無線装置を、前記環境側基地局の前記Ｘ軸方向平面、もしくは、前記環境側基地局の前記Ｙ軸方向平面のいずれかの方向に捕捉するように前記環境側基地局の前記アンテナ群を制御する制御機構を備える
   ことを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得するシステム。
4. 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のアンテナ対とが、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、
   前記環境側基地局が、前記移動体側無線装置から送られてくる前記位置標定信号に基づき位置標定を行うことにより、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記移動体が存在する方向である角度θ１を取得し、
   前記移動体が、
   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直角な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に前記環境側無線装置を捕捉するように、前記移動体側基地局の前記アンテナ群の前記ｘ軸又は前記ｙ軸の方向を制御し、
   自身について設定された機軸の方向と前記ｘ軸又は前記ｙ軸とがなす角度θ２を取得し、
   前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求める
   ことを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得する方法。
5. 請求項４に記載の移動体の向きを示す情報を取得する方法であって、
   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直角な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に存在するときに、前記角度θ１と前記角度θ２とに基づき、前記移動体が移動する平面に設定された座標系で表された前記機軸の方向を求める
   ことを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得する方法。
6. 請求項５に記載の移動体の向きを示す情報を取得する方法であって、
   前記環境側基地局は、前記移動体側無線装置を、前記環境側基地局の前記Ｘ軸方向平面、もしくは、前記環境側基地局の前記Ｙ軸方向平面のいずれかの方向に捕捉するように前記環境側基地局の前記アンテナ群を制御する制御機構を備えることを特徴とする移動体の向きを示す情報を取得する方法。

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