JP6604038B2 - シミュレーションシステム、材質パラメータ設定方法および材質パラメータ設定装置 - Google Patents

Description

この発明は、シミュレーションシステム、材質パラメータ設定方法および材質パラメータ設定装置に関し、特にたとえば、無線通信が行われる空間で利用可能な、シミュレーションシステム、材質パラメータ設定方法および材質パラメータ設定装置に関する。

背景技術の一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１では、理想屋内空間構成体は、オフィス等の現実屋内空間を構成する際に適用される建築材料とそれぞれ等価の可換材を組み合わせてなり、かつその外周面の全領域に電波吸収体が密集囲繞配置されている。また、このような理想屋内空間構成体の内部には、各種電波通信特性測定用の送信アンテナおよび受信アンテナが配置されると共に、オフィス等の現実屋内空間において配置される机、椅子および間仕切壁などの各種構造物が配置される。この状態において、電波伝搬特性などの各種電波通信特性を測定することで、各種構造物の種別、材質および配置場所により決定づけられる当該理想屋内空間の電磁環境を評価することが出来る。

特開平11-231003号公報[G01R 29/08, H04B 17/00]

ところが、特許文献１では、現実屋内空間が広い場合、対応する理想屋内空間を作成するためには膨大な費用がかかってしまう。また、現実屋内空間には、理想屋内空間とは異なる構造物が配置されることがあり、現実屋内空間の電磁環境は理想屋内空間の電磁環境と異なる可能性が高い。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、シミュレーションシステム、材質パラメータ設定方法および材質パラメータ設定装置を提供することである。

この発明の他の目的は、空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが出来る、シミュレーションシステム、材質パラメータ設定方法および材質パラメータ設定装置を提供することである。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、この発明の理解を助けるために記述する実施形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。

第１の発明は、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部、複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測音として計測位置で集音する移動可能な集音装置、集音装置によって集音された計測音および計測位置と打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶手段、記憶手段によって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する計測に関する位置に基づいて、複数の物の材質を推定する推定手段、推定手段によって推定された複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付け手段、および対応付け手段によって材質が対応付けられた複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定手段を備える、シミュレーションシステムである。

第１の発明では、シミュレーションシステム（１００：実施例において対応する部分を例示する参照符号。以下、同じ。）の記憶部（１５４）はたとえばＲＡＭなどであり、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図（３次元環境地図）を記憶する。物には、物および物の構成部材が含まれ、たとえば物が窓である場合、その窓にはガラスおよび窓枠などの構成部材が含まれる。また、たとえば３次元空間には、床、天井、壁、窓、ＯＡ機器、棚、ロッカー、机および椅子などの複数の物が設けられる。移動可能な集音装置（１２）は、たとえば集音ロボットとも言われ、作業者に追従し、複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときにそれらから伝わる音を計測音として計測位置で集音する。記憶手段（１５０，Ｓ３）は、たとえば集音された計測音に計測に関する位置（打撃位置および計測位置）が関連付けられた計測音データを記憶する。推定手段（１５０，Ｓ４１）は、たとえば機械学習手法によって作成された判別モデルに、記憶されたそれぞれの計測音に関する情報（メル周波数ケプストラム係数または反射率）を入力することで、複数の物の材質を推定する。対応付け手段（１５０，Ｓ４３）は、たとえば複数の物の位置および計測音と共に記憶された計測に関する位置に基づいて、推定された複数の物の材質を当該複数の物のそれぞれに対応付ける。そして、設定手段（１５０，Ｓ４５）は、たとえば材質パラメータが記憶されているデータベース（１６０）から材質パラメータを読み出すことで、材質が対応付けられた複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する。

第１の発明によれば、３次元地図および設定された材質パラメータを利用することで、３次元空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが出来る。

第２の発明は、第１の発明に従属し、集音装置は、自律移動するための地図および地図に基づいて３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む。

第２の発明では、たとえば集音装置のメモリ（４４）には、３次元空間の平面図または自己位置推定用地図が記憶されている。たとえば、集音装置のプロセッサ（４０）は、平面図または自己位置推定用地図を参照して２つの車輪を有する移動機構（５２）を制御することで、集音装置を３次元空間の中で２次元的に自律移動させる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明に従属し、３次元地図および複数の物のそれぞれに設定された材質パラメータに基づいて、３次元空間の電波環境をシミュレーションするシミュレーション手段、シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づいて、３次元空間の電波環境を示す情報を生成する生成手段、および生成手段によって生成された３次元空間の電波環境を示す情報を出力する出力手段をさらに備える。

第３の発明では、シミュレーション手段（１５０，Ｓ６３）は、たとえば３次元地図および複数の物のそれぞれに設定された材質パラメータに基づいて作成された材質パラメータ地図に基づいて、たとえば３次元レイトレース法などを利用して３次元空間の電波環境をシミュレーションする。生成手段（１５０，Ｓ７９）は、シミュレーション結果に基づいて、３次元空間の電波環境を示す情報を生成する。出力手段（１５０，Ｓ８１）は、たとえばディスプレイを含み、３次元地図に対して電波環境を示す情報を重ね合わせたものを出力（表示）する。

第３の発明によれば、３次元空間の電波環境が出力されるため、たとえばシミュレーションシステムの管理者は３次元空間の電波環境を適切に把握することが出来る。また、出力された電波環境に基づいて、物および基地局の適切な配置などを検討することが可能になる。

第４の発明は、第３の発明に従属し、３次元空間における複数の計測点の電波強度を計測する移動可能な電波強度計測装置、３次元空間における電波強度の実測値と、シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致しないとき、設定手段によって設定された材質パラメータを変更する変更手段をさらに備え、シミュレーション手段は、変更手段によって材質パラメータが変更された状態で、３次元空間の電波環境を再びシミュレーションする。

第４の発明では、移動可能な電波強度計測装置（１６）は、たとえば第２計測ロボットとも言われ、送信ノードから送信される計測用電波の電波強度を複数の計測点で計測する。変更手段（１５０，Ｓ７３）は、３次元空間における電波強度の実測値と、シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致しないとき、設定された材質パラメータを変更する。そして、シミュレーション手段は、たとえば電波強度の推定値と実測値とが一致または略一致するまで、３次元空間の電波環境のシミュレーションを繰り返す。

第４の発明によれば、電波強度の推定値と実測値とを利用して材質パラメータを更新することで、シミュレーションの精度をより高めることが出来る。

第５の発明は、第４の発明に従属し、生成手段は、３次元空間における電波強度の実測値と、シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致または略一致したとき、当該シミュレーション結果に基づいて、３次元空間の電波環境を示す情報を生成する。

第５の発明では、３次元空間における電波強度の実測値と、シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致または略一致すると、生成手段は当該シミュレーション結果に基づいて３次元空間の電波環境を示す情報を生成する。

第５の発明によれば、推定値と実測値とが一致または略一致するまで、材質パラメータが何度も更新されるため、シミュレーションの精度を高く保つことが出来る。

第６の発明は、第４の発明または第５の発明に従属し、電波強度計測装置は、自律移動するための地図および地図に基づいて３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む。

第６の発明では、たとえば電波強度計測装置のメモリ（１２４）には、３次元空間の平面図または自己位置推定用地図が記憶されている。たとえば、電波強度計測装置のプロセッサ（１２０）は、平面図または自己位置推定用地図を参照して２つの車輪を有する移動機構（１３２）を制御することで、電波強度計測装置を３次元空間の中で２次元的に自律移動させる。

第７の発明は、第１の発明または第６の発明に従属し、複数の物の３次元形状を取得する移動可能な３次元形状取得装置、３次元形状取得装置によって取得された複数の物の３次元形状および取得位置を記憶する３次元形状記憶手段、３次元形状記憶手段によって記憶された複数の物の３次元形状から平面を検出する検出手段および検出手段によって検出された複数の物の３次元形状の平面および当該複数の物の３次元形状の取得位置に基づいて、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を作成する３次元地図作成手段をさらに備え、記憶部は、３次元地図作成手段によって作成された３次元地図を記憶する。

第７の発明では、移動可能な３次元形状取得装置（１４）は、たとえば第１計測ロボットとも言われ、３次元ＬＲＦ（７４）を利用して、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状を取得する。３次元形状記憶手段（１５０，Ｓ７）は、たとえば取得された複数の物の３次元形状に当該物の位置３次元形状が取得されたときの取得位置を対応付けて記憶する。検出手段（１５０，Ｓ３３）は、たとえば複数の物の３次元形状から３次元モデルを作成し、その３次元モデルから複数の物のそれぞれに対応する各平面を検出する。３次元地図作成手段（１５０，Ｓ３５）は、検出された複数の物の３次元形状の平面および複数の物の３次元形状の取得位置に基づいて、３次元地図を作成する。そして、記憶部は、このようにして作成された３次元地図を記憶する。

第７の発明によれば、３次元空間に設けられている複数の物を考慮して３次元地図を作成することが出来る。そのため、電波伝搬のシミュレーションには３次元空間内に設けられた複数の物が考慮されるため、シミュレーションの精度が向上する。

第８の発明は、第７の発明に従属し、３次元形状取得装置は、自律移動するための地図および地図に基づいて３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む。

第８の発明では、たとえば３次元形状取得装置のメモリ（８４）には、３次元空間の平面図または自己位置推定用地図が記憶されている。たとえば、３次元形状取得装置のプロセッサ（８０）は、平面図または自己位置推定用地図を参照して２つの車輪を有する移動機構（９０）を制御することで、３次元形状取得装置を３次元空間の中で２次元的に自律移動させる。

第９の発明は、第１の発明ないし第８の発明のいずれかに従属し、設定手段によって材質パラメータが設定された複数の物および３次元地図に基づいて、材質パラメータ地図を作成する作成手段を備える。

第９の発明では、作成手段（１５０，Ｓ４７）は、たとえば材質パラメータが設定された物および３次元地図に基づいて、材質パラメータが対応付けられた物の３次元形状および当該物の位置を示す材質パラメータ地図を作成する。

第１０の発明は、第１の発明ないし第９の発明のいずれかに従属し、３次元地図は、複数の物の３次元形状を表す平面を含み、対応付け手段は、推定手段によって推定された複数の物の材質を、当該複数の物の３次元形状を表す平面のそれぞれに対応付け、設定手段は、対応付け手段によって材質が対応付けられた複数の物の３次元形状を表す平面のそれぞれに材質パラメータを設定する。

第１０の発明では、物の３次元形状は、平面で表される。たとえば、平面の名称が記録されたテーブルにおいて、その平面の名称に材質が対応付けられ、その平面の名称に材質パラメータが設定される。

第１１の発明は、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部（１５４）および複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測音として計測位置で集音する移動可能な集音装置（１２）を有する、シミュレーションシステム（１００）における材質パラメータ設定方法であって、シミュレーションシステムのプロセッサ（１５０）が、集音装置によって集音された計測音および計測位置と打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶ステップ（Ｓ３）、記憶ステップによって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する計測に関する位置に基づいて、複数の物の材質を推定する推定ステップ（Ｓ４１）、推定ステップによって推定された複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付けステップ（Ｓ４３）、および対応付けステップによって材質が対応付けられた複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定ステップ（Ｓ４５）を実行する、材質パラメータ設定方法である。

第１１の発明でも、第１の発明と同様、３次元地図および設定された材質パラメータを利用することで、３次元空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが出来る。

第１２の発明は、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部（１５４）、複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測位置で集音した計測音および計測位置と打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶手段（１５０，Ｓ３）、記憶手段によって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する計測に関する位置に基づいて、複数の物の材質を推定する推定手段（１５０，Ｓ４１）、推定手段によって推定された複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付け手段（１５０，Ｓ４３）、および対応付け手段によって材質が対応付けられた複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定手段（１５０，Ｓ４５）を備える、材質パラメータ設定装置である。

第１２の発明でも、３次元地図および設定された材質パラメータを利用することで、３次元空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが出来る。

この発明によれば、３次元空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが出来る。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１はこの発明の一実施例のシミュレーションシステムの構成の一例を示す図解図である。 図２は図１に示す集音ロボットの外観の一例を示す図解図である。 図３は図２に示す集音ロボットの構成の一例を示すブロック図である。 図４は図１に示す第１計測ロボットの外観の一例を示す図解図である。 図５は図４に示す第１計測ロボットの構成の一例を示すブロック図である。 図６は図１に示す第２計測ロボットの外観の一例を示す図解図である。 図７は図６に示す第２計測ロボットの構成の一例を示すブロック図である。 図８は図１に示す中央制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図９は図１に示すシミュレーションシステムが利用される３次元空間の一例を示す図解図であり、図９（Ａ）は実際の３次元空間の一部を示す図解図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示す３次元空間と対応する３次元環境地図の一例を示す図解図である。 図１０は図１に示すシミュレーションシステムが利用される３次元空間の３次元環境地図に基づいて作成された自己位置推定用地図の一例を示す図解図である。 図１１は図８に示す中央制御装置のメモリに記憶される計測音テーブルの構成の一例を示す図解図である。 図１２は図８に示す中央制御装置のメモリに記憶される材質パラメータテーブルの構成の一例を示す図解図である。 図１３は図１に示す第２計測ロボットによって電波強度を実測する手法の概要を示す図解図である。 図１４は図８に示す中央制御装置の出力装置によって出力される電波環境情報地図の一例を示す図解図である。 図１５は複数の第２計測ロボットを利用して電波強度を実測する際の経路の一例を示す図解図である。 図１６は複数の第２計測ロボットを利用して電波強度を実測する様子の一例を示す図解図である。 図１７は複数の第２計測ロボットを利用して電波強度を実測する様子の他の一例を示す図解図であり、図１７（Ａ）は所定の位置に第２計測ロボットが移動している様子を示し、図１７（Ｂ）は２台の第２計測ロボットで電波強度が計測されている様子を示す。 図１８は図８に示す中央制御装置のメモリのメモリマップの一例を示す図解図である。 図１９は図８に示す中央制御装置のプロセッサの記憶処理の一例を示すフロー図である。 図２０は図８に示す中央制御装置のプロセッサの地図作成処理の一例を示すフロー図である。 図２１は図８に示す中央制御装置のプロセッサの電波環境可視化処理の一例を示すフロー図である。 図２２は第２実施例のシミュレーションシステムが備えるスピーカロボットの外観の一例を示す図解図である。 図２３は図２２に示すスピーカロボットの構成の一例を示すブロック図である。 図２４は第２実施例の第１計測ロボットの外観の一例を示す図解図である。 図２５は図２４に示す第２実施例の第１計測ロボットの構成の一例を示すブロック図である。 図２６は図２２に示すスピーカロボットおよび図２４に示す第２実施例の第１計測ロボットによって計測音を集音している様子の一例を示す図解図である。 図２７は図８に示す中央制御装置のメモリに記憶される第２実施例の計測音テーブルの構成の一例を示す図解図である。

＜第１実施例＞
図１を参照して、本実施例のシミュレーションシステム１００は、オフィスまたは住宅などの３次元空間の電波環境を可視化するために用いられる。３次元空間内には、床、天井、壁、窓、ＯＡ機器、棚、ロッカー、机および椅子などの複数の物が設けられている。ここで、「物」には、物および物の構成部材が含まれ、たとえば物が窓である場合、その窓にはガラスおよび窓枠などの構成部材が含まれる。

また、３次元空間には、上述した複数の物と共に、無線ＬＡＮなどの無線通信で利用される基地局が設けられている。また、複数の物の形状および３次元空間内の電波強度などは、後述するロボットを利用して計測され、その計測結果はシミュレーションシステム１００の中央制御装置１０に記憶される。なお、無線ＬＡＮで利用される基地局は、アクセスポイントと言われることもある。

シミュレーションシステム１００には、中央制御装置１０、集音ロボット１２、第１計測ロボット１４および第２計測ロボット１６が含まれる。集音ロボット１２、第１計測ロボット１４および第２計測ロボット１６は、シミュレーションシステム１００の管理者などによって指示された動作命令に従って自律行動を行う。ただし、これらのロボットは、必要に応じて管理者などによって遠隔操作されることもある。

集音ロボット１２および第１計測ロボット１４は中央制御装置１０と無線通信を行い、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４は計測結果を無線通信によって中央制御装置１０に送信する。また、第２計測ロボット１６は必要に応じて中央制御装置１０と有線接続され、計測結果は有線通信によって中央制御装置１０に送信される。

本実施例では、集音ロボット１２を利用して物から伝わる音が集音され、第１計測ロボット１４を利用して物の形状および物の位置が計測され、第２計測ロボット１６を利用して３次元空間の電波強度が計測される。また、詳細な説明は後述するが、集音ロボット１２を利用して集音された計測音を利用して、３次元空間内に設けられた複数の物の材質が推定される。

なお、本実施例では、中央制御装置１０が電波環境をシミュレーションするため、中央制御装置１０は「シミュレーション装置」と言われることもある。また、集音ロボットは移動可能な集音装置と言われることもあり、第１計測ロボット１４は移動可能な３次元形状取得装置と言われることもあり、第２計測ロボット１６は移動可能な電波強度計測装置と言われることもある。

また、３次元空間に設けられる「物」には、棚、ロッカー、机および椅子などの家具だけでなく、観葉植物、階段などの設備および絵画などの芸術品なども含まれる。

図２は集音ロボット１２の外観を示す図解図である。図２を参照して、集音ロボット１２は、約０．２メートルの高さに取り付けられた２次元ＬＲＦ３０、２次元ＬＲＦ３０の近くに設けられた制御装置３２、約１．０メートルの高さに９０度ロールして取り付けられた３次元ＬＲＦ３４および約１．２メートルの高さに取り付けられたマイク３６などを有する。

２次元ＬＲＦ３０は、自己位置の推定、物をハンマーで打撃する作業者のトラッキングおよび打撃される物の位置を認識するために用いられる。２次元ＬＲＦ３０はレーザを照射し、物体に反射して戻ってくるまでの時間から当該物体までの距離を計測するものである。たとえば、トランスミッタから照射したレーザを回転ミラーで反射させて、前方を扇状に一定角度（たとえば、０．５度）ずつスキャンする。ここで、２次元ＬＲＦ３０としては、たとえば北陽電気製のレーザーレンジファインダ（型式 UTM-30LX）を用いることができる。このレーザーレンジファインダを用いた場合には、距離８メートルを±１５ミリメートル程度の誤差で計測可能である。なお、２次元ＬＲＦ３０は、集音ロボット１２の後方（移動方向とは逆方向）に設けられているが、他の実施例では後方にも設けられていてもよい。また、他の実施例では、２次元ＬＲＦ３０に代えて、赤外線距離センサ、超音波距離センサまたはミリ波レーダなどを用いることもできる。

制御装置３２は、集音ロボット１２の移動についての制御のために用いられる。制御装置３２としては、たとえばラップトップ型のパーソナルコンピュータが用いられる。

３次元ＬＲＦ３４は、物を打撃するハンマーを検出するために用いられる。３次元ＬＲＦ３４は、２次元ＬＲＦおよびモータなどを含む。たとえば、２次元ＬＲＦによって平面スキャンが終了する毎に、所定角度ずつスキャン平面を変化させることで、３次元ＬＲＦ３４は３次元３次元空間をスキャンする。ここで、３次元ＬＲＦ３４としては、たとえばVelodyne社製のレーザーライダーユニット（型式 HDL-32e）を用いることが出来る。なお、他の実施例では、３次元ＬＲＦ７４に代えて、Microsoft（登録商標）社製のKinect（登録商標）、ASUS（登録商標）社製のXtion、パナソニック（登録商標）社製のD-IMager（登録商標）などの距離画像センサまたは３次元センサを用いることもできる。

マイク３６は、物をハンマーで打撃したときに、物から伝わる音、つまり打音を計測音として集音するために用いられる。また、本実施例で用いるマイク３６は無指向性のものであるが、他の実施例では、マイク３６が指向性を有していてもよい。

図３は集音ロボット１２の構成を示すブロック図である。図３を参照して、制御装置３２による移動ロボットプラットフォームとしては、たとえばT-frogプロジェクトi-Cart mini1を用い、オープンソース移動ロボット走行制御ソフトウェアYP-Spur2で制御することが可能である。また、ミドルウェアとしてROS3を使用し、自己位置推定にROS Navigationstackに含まれるamclを用いることが出来る。自己位置推定のための地図としては、たとえばROS gmappingパッケージを用いて作成したグリッド間隔５０ミリメートルの２次元占有格子地図を用いることが出来る。なお、これらの移動ロボットプラットフォームについては、以下に開示がある。

T-forgプロジェクト：http://t-frog.com/
YP-Spur：https://openspur.org/
ROS：http://www.ros.org/
また、集音ロボット１２の自律移動の制御には、周囲の人間に不快感を与えないようにするための移動制御技術が利用されている。この移動制御技術は、出願人が先に出願し既に出願公開された特開2015-45974号公報に開示されている技術を応用したものである。なお、この移動制御技術は、本願発明の本質的な内容ではないため、詳細な説明は省略する。

このような制御装置３２はプロセッサ４０などを含む。プロセッサ４０は、マイクロコンピュータ或いはＣＰＵとも呼ばれる。また、プロセッサ４０には、バス４２を介して、メモリ４４、センサ入出力ボード４６、音声入出力ボード４８および無線通信ボード５０などが接続されている。また、プロセッサ４０には移動機構５２が接続され、センサ入出力ボード４６には２次元ＬＲＦ３０、３次元ＬＲＦ３４および路程測定センサ５４が接続され、音声入出力ボード４８にはマイク３６が接続され、無線通信ボード５０にはアンテナ５６が接続される。

プロセッサ４０は、集音ロボット１２の全体制御を司る。特に、プロセッサ４０は、集音ロボット１２の動作を制御し、作業者に追従して移動するための処理およびハンマーによって打撃された位置を推定する処理などを実行する。

メモリ４４はＲＯＭ、ＲＡＭおよびＨＤＤを含む。ＨＤＤおよびＲＯＭには、集音ロボット１２の動作を制御するための制御プログラムおよび３次元空間を移動するためのマップデータなどが予め記憶される。また、ＲＡＭは、プロセッサ４０のワークメモリまたはバッファメモリとして用いられる。

また、プロセッサ４０は、メモリ４４に記憶されたプログラムに従って、２次元ＬＲＦ３０からの信号に基づいて作業者の位置を追従するための協調作業者トラッキング部、路程測定センサ５４および２次元ＬＲＦ３０からの信号に基づいてマップデータを参照することで現在の自身の位置を推定するための自己位置推定処理部、２次元ＬＲＦ３０からの信号に基づいて打撃される物の位置を検知するための打撃対象認識部、集音ロボット１２が作業者と協調動作を行うために必要な位置関係を維持するような位置制御を計画する協調動作計画部、協調動作計画部の計画に従って移動機構５２を駆動して集音ロボット１２の移動を制御する移動制御部、３次元ＬＲＦ３４からの信号に基づいてハンマーの位置を検出するためのハンマー位置検出部、マイク３６からの信号に基づいて打音を検出する打音検出部、打音の検出されたタイミングでハンマー位置検出部からの信号に基づいて打撃位置を推定し、打音の音響情報と計測に関する位置（打音位置および計測位置）とを関連付けて計測音データとしてメモリ４４に記憶するための打撃位置推定部として機能する。

センサ入出力ボード４６は、たとえばＤＳＰで構成され、センサからの信号を取り込んでプロセッサ４０に与える。たとえば、センサ入出力ボード４６には、周囲の物体、作業者および物などまでの距離を計測した結果が２次元ＬＲＦ３０から入力され、物を打撃するハンマーの位置を計測した結果が３次元ＬＲＦ７４から入力され、後述する移動機構５２が有する車輪の回転パルスが路程測定センサ５４から入力される。センサ入出力ボード４６は、これらの入力に対して所定の処理を施してからプロセッサ４０に出力する。

音声入出力ボード４８もまたＤＳＰで構成され、マイク３６によって集音された打音に対して所定の処理を施し、集音された打音に対応する音声データをプロセッサ４０に入力する。

無線通信ボード５０もまたＤＳＰで構成され、プロセッサ４０から与えられた送信データを、アンテナ５６を介して中央制御装置１０などの外部コンピュータに送信する。また、無線通信ボード５０は、アンテナ５６を介してデータを受信し、受信したデータをプロセッサ４０に与える。たとえば、送信データとしては、集音ロボット１２の自己位置および計測音データなどである。また、受信データとしては、集音ロボット１２を遠隔操作する際のコマンドなどである。

移動機構５２としては、たとえば差動で動作できる２つの車輪による駆動機構が用いられている。移動機構５２はプロセッサ４０からの指示に従って動作し、集音ロボット１２を移動させる。上述した路程測定センサ５４は、移動機構５２に用いられている車輪の回転パルスを検出可能なように、移動機構５２に設けられている。ただし、移動機構５２としては、このような構成に限定されるものではなく、自律的に３次元空間内を移動可能であれば、他の構成であってもよい。

このような集音ロボット１２は、自己位置推定のための地図を参照しながら作業者を追従して、物が打撃されたときの打音に対応する計測音データを記憶する。そして、記憶した打撃音データは、中央制御装置１０に送信される。ただし、他の実施例では、集音ロボット１２は、地図を参照せずに作業者を追従して打音を自動的に集音してもよい。また、その他の実施例では、管理者などが集音ロボット１２を遠隔操作し、管理者などの操作に応じて打音が集音されてもよく、さらには、集音ロボット１２がハンマーをさらに備え、物に対して自律的な打撃を加え、打音を集音してもよい。

また、第１計測ロボット１４および第２計測ロボット１６においても、基本的な構成は集音ロボット１２と略同じである。そのため、第１計測ロボット１４および第２計測ロボット１６の外観および構成を説明する際には、集音ロボット１２と重複する点については、簡単のため詳細な説明を省略する。

図４は第１計測ロボット１４の外観を示す図解図である。図４を参照して、第１計測ロボット１４は、約０．１メートルの高さに取り付けられた２次元ＬＲＦ７０、２次元ＬＲＦ７０の近くに設けられた制御装置７２および約１．０メートルの高さに取り付けられた３次元ＬＲＦ７４などを有する。

３次元ＬＲＦ７４は、集音ロボット１２のものと略同じものであるが、第１計測ロボット１４では３次元空間に設けられた物の形状および物の位置を取得するために用いられる。

なお、制御装置７２は、集音ロボット１２の制御装置３２と略同じ構成のコンピュータが筐体の内部に収められている。また、２次元ＬＲＦ７０は、集音ロボット１２の２次元ＬＲＦ３０と略同じである。

図５は第１計測ロボット１４の構成を示すブロック図である。図５を参照して、制御装置７２による移動ロボットプラットフォームは、制御装置３２と略同じである。また、制御装置７２はマイクロコンピュータ或いはＣＰＵとも呼ばれるプロセッサ８０を含む。プロセッサ８０には、バス８２を介して、メモリ８４、センサ入出力ボード８６および無線通信ボード８８などが接続されている。また、プロセッサ８０には移動機構９０が接続され、センサ入出力ボード８６には２次元ＬＲＦ７０、３次元ＬＲＦ７４および路程測定センサ９２が接続され、無線通信ボード８８にはアンテナ９４が接続される。

プロセッサ８０は、第１計測ロボット１４の全体制御を司る。メモリ８４はＲＯＭ、ＲＡＭおよびＨＤＤを含む。ＨＤＤおよびＲＯＭには、第１計測ロボット１４の動作を制御するための制御プログラムが予め記憶される。たとえば、制御プログラムには、各センサの出力（センサ情報）を検知するための検知プログラムや、中央制御装置１０などの外部コンピュータとの間で必要なデータやコマンドを送受信するための通信プログラムなどが含まれる。また、ＲＡＭは、プロセッサ８０のワークメモリまたはバッファメモリとして用いられる。

センサ入出力ボード８６は、集音ロボット１２のセンサ入出力ボード４６と略同じである。そして、センサ入出力ボード８６には、集音ロボット１２のものと略同じ２次元ＬＲＦ７０および路程測定センサ９２からの入力に加えて、３次元空間の物および３次元空間の位置を取得した結果が３次元ＬＲＦ７４から入力される。また、プロセッサ８０は、２次元ＬＲＦ７０および路程測定センサ９２の出力を利用して自己位置を推定する。

集音ロボット１２のものと略同じ無線通信ボード８８は、プロセッサ８０から与えられた送信データを、アンテナ９４を介して中央制御装置１０などの外部コンピュータに送信する。また、無線通信ボード８８は、アンテナ９４を介してデータを受信し、受信したデータをプロセッサ８０に与える。たとえば、送信データとしては、第１計測ロボット１４の自己位置および周囲の３次元形状のデータおよびその３次元形状を取得した取得位置などである。また、受信データとしては、集音ロボット１２を遠隔操作する際のコマンドなどである。

なお、移動機構９０は、集音ロボット１２の移動機構５２と略同じものが用いられる。

このような第１計測ロボット１４は、３次元空間内を自律移動し、自己位置推定のための地図を参照しながら複数の物の３次元形状を自動的に取得する。そして、第１計測ロボット１４は３次元形状のデータおよび取得位置を中央制御装置１０に送信する。ただし、他の実施例では、管理者などが第１計測ロボット１４を遠隔操作し、管理者などの操作に応じて複数の物の３次元形状が取得されてもよい。

図６は第２計測ロボット１６の外観を示す図解図である。図６を参照して、第２計測ロボット１６は、約０．２メートルの高さに取り付けられた２次元ＬＲＦ１１０、２次元ＬＲＦ１１０の近くに設けられた制御装置１１２、約１．１メートルの高さに取り付けられた３次元ＬＲＦ１１４および約１．０メートルの高さに取り付けられた計測用アンテナ１１６などを有する。

３次元ＬＲＦ１１４は、第１計測ロボット１４が備える３次元ＬＲＦ７４と略同じである。ただし、３次元ＬＲＦ１１４は、３次元ＬＲＦ７４に対して水平状態から約４５度傾けられている。これにより、第１計測ロボット１４の３次元ＬＲＦ７４によって取得できなかった物の３次元形状が、第２計測ロボット１６の３次元ＬＲＦ１１４によって計測することが可能になる。したがって、管理者は、第１計測ロボット１４の計測によって３次元形状を取得できない物がある場合、第２計測ロボット１６を用いて３次元形状を取得することが出来る。

計測用アンテナ１１６は、電波強度を計測するために用いられる。また、計測用アンテナ１１６は指向性を有しており、所定の方向（範囲）からの電波を受信し、所定方向へ電波を送信することが可能である。ただし、他の実施例では、計測用アンテナ１１６は無指向性のものであってもよい。

なお、２次元ＬＲＦ１１０および制御装置１１２は、集音ロボット１２の２次元ＬＲＦ３０および制御装置３２と略同じものである。

図７は第２計測ロボット１６の構成を示すブロック図である。図７を参照して、制御装置１１２による移動ロボットプラットフォームは、他の２台のロボットのものと略同じである。また、制御装置１１２も、他のロボットの制御装置と同様、マイクロコンピュータ或いはＣＰＵとも呼ばれるプロセッサ１２０などを含む。プロセッサ１２０には、バス１２２を介して、メモリ１２４、センサ入出力ボード１２６、無線通信ボード１２８およびコントロールポート１３０が接続される。また、プロセッサ１２０には移動機構１３２が接続され、センサ入出力ボード１２６には２次元ＬＲＦ１１０、３次元ＬＲＦ１１４および路程測定センサ１３４が接続され、無線通信ボード１２８には計測用アンテナ１１６が接続される。

プロセッサ１２０は、第２計測ロボット１６の全体制御を司る。メモリ１２４はＲＯＭ、ＲＡＭおよびＨＤＤを含む。ＨＤＤおよびＲＯＭには、第２計測ロボット１６の動作を制御するための制御プログラムが予め記憶される。たとえば、各センサの出力（センサ情報）を検知するための検知プログラムや、中央制御装置１０などの外部コンピュータとの間で必要なデータやコマンドを送受信するための通信プログラムなどが記憶される。また、ＲＡＭは、プロセッサ１２０のワークメモリまたはバッファメモリとして用いられる。

センサ入出力ボード１２６は、第１計測ロボット１４のものと略同じであり、同じセンサが接続されている。また、プロセッサ１２０は、集音ロボット１２と同様、２次元ＬＲＦ１１０および路程測定センサ１３４の出力を利用して自己位置を推定する。

無線通信ボード１２８は、集音ロボット１２のものと略同じである。無線通信ボード１２８は、計測用アンテナ１１６を介して、後述する送信ノードから送信された計測用電波を受信する。プロセッサ１２０は、計測用電波の電波強度と受信位置とを対応付けて、実測値データ３５２としてメモリ１２４に記憶する。また、無線通信ボード１２８は、計測用アンテナ１１６を介して、計測用電波を送信する場合もある。

コントロールポート１３０には、管理者などが第２計測ロボット１６を直接操作する際に、操作用の端末が接続される。操作用の端末は、たとえばラップトップコンピュータなどであり、有線ケーブルを利用して第２計測ロボット１６と接続される。たとえば、管理者は、後述する図１６および図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、２台の第２計測ロボット１６を利用して電波強度を計測する際に、第２計測ロボット１６を直接操作する。

また、第２計測ロボット１６は、コントロールポート１３０を利用して中央制御装置１０と有線接続することも可能である。そして、第２計測ロボット１６は、中央制御装置１０と有線接続されたときに、電波強度の実測値データを中央制御装置１０に送信する。ただし、第２計測ロボット１６は、上述した無線通信ボード１２８および計測用アンテナ１１６を利用して中央制御装置１０と無線通信を行って、実測値データを中央制御装置１０に送信してもよい。

なお、移動機構１３２は、他のロボットの移動機構と略同じものが用いられる。

このような第２計測ロボット１６は、自己位置推定のための地図を参照しながら電波強度を自動的に計測し、計測結果を上述した手法で中央制御装置１０に送信する。そして、第２計測ロボット１６は自律移動してデータを収集するため、管理者の負担が軽減される。

また、第２計測ロボット１６による３次元形状の取得については、第１計測ロボット１４による３次元形状の取得と略同じである。ただし、取得された３次元形状と取得位置とは、実測値データと同様の手段で中央制御装置１０に送信される。

図８は中央制御装置１０の構成を示すブロック図である。図８を参照して、中央制御装置１０は、マイクロコンピュータ或いはＣＰＵとも呼ばれるプロセッサ１５０などを含む。プロセッサ１５０には、バス１５２を介して、メモリ１５４、出力装置１５６、入力装置１５８、材質パラメータデータベース（ＤＢ）１６０および無線通信ボード１６２などが接続される。また、無線通信ボード１６２にはアンテナ１６４が接続される。

プロセッサ１５０は、中央制御装置１０の全体制御を司る。メモリ１５４は記憶部とも呼ばれ、ＲＡＭおよびＨＤＤなどを含む。メモリ１５４のＨＤＤには中央制御装置１０の動作を制御するためのプログラムなどが予め記憶される。また、メモリ１５４のＲＡＭは、プロセッサ１５０のワークメモリまたはバッファメモリとして用いられる。

出力装置１５６は、たとえばディスプレイなどであり、入力装置１５８は、たとえばマウスやキーボードである。たとえば、管理者は、中央制御装置１０の状態を、出力装置１５６および入力装置１５８を利用して、可視化された電波環境を確認することが出来る。また、管理者は、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４を遠隔操作する際にも、出力装置１５６および入力装置１５８を利用する。

材質パラメータＤＢ１６０は、物の材質に対する材質パラメータの初期値を設定するためのデータベースである。たとえば、１つの材質に対して、誘電率εおよび透磁率μなどが対応付けられている。そして、後述する材質パラメータ地図を作成する際に、材質パラメータＤＢ１６０が参照される。

無線通信ボード１６２は、プロセッサ１５０から与えられた送信データを、アンテナ１６４を介して集音ロボット１２および第１計測ロボット１４などに送信する。また、無線通信ボード１６２は、アンテナ１６４を介してデータを受信してプロセッサ８０に与える。たとえば、送信データとしては、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４に対する動作命令（コマンド）などである。また、受信データとしては、集音ロボット１２の自己位置、第１計測ロボット１４の自己位置、集音した音データおよび周囲の３次元形状などである。

ここで、本実施例では、３次元空間の電波環境として、電波伝搬の状態を可視化する。以下、電波伝搬の状態を可視化する手順について説明する。

まず、管理者は、第１計測ロボット１４に対して３次元空間内を自律移動し、３次元空間内に設けられた複数の物の３次元形状をそれぞれ取得するように動作命令を出す。中央制御装置１０は、第１計測ロボット１４から複数の物の３次元形状および取得位置を受信すると、複数の物の３次元形状と取得位置とを対応付けた３次元空間情報データを作成し、自身のメモリ１５４に記憶する。また、第１計測ロボット１４による３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状の取得が終わり、たとえば３次元環境地図を作成する操作がされると、中央制御装置１０は３次元空間情報データに基づいて３次元空間の３次元環境を示す３次元モデルを作成する。３次元モデルが作成されると、その３次元モデルから床、天井、壁および家具などの複数の物の平面がそれぞれ検出される。そして、検出した複数の物の平面のそれぞれに対して、名称および実空間と対応する３次元座標を対応付けることで、３次元環境地図が作成される。したがって、３次元環境地図データは、複数の物の３次元形状を示す平面のデータを含み、３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す。

なお、３次元空間の３次元形状の計測結果から３次元モデルを作成する技術、その３次元モデルから平面を検出する技術については、広く一般的に知られているため、ここでの詳細な説明は省略する。

図９（Ａ）は３次元空間内の或る場所における３次元環境を示す。図９（Ａ）に示す３次元環境から分かるように、３次元空間の床にはパーテーションおよびロッカーなどが設けられおり、３次元空間の壁の近くには箱が配置されている。そして、３次元空間の天井には照明が設けられている。このような３次元空間において第１計測ロボット１４によって３次元形状が取得され、作成した３次元モデルから平面が検出されると、図９（Ｂ）に示すような３次元環境地図となる。つまり、図９（Ｂ）の３次元環境地図を参照して、床と対応する平面にはパーテーションおよびロッカーなどに対応する平面が配置される。また、壁と対応する平面には箱と対応する平面が配置される。そして、天井と対応する平面には、照明と対応する平面が含まれる。

なお、作成された３次元環境地図において、各平面には検出された順番を示す番号を用いた名称が割り振られる。

このように、３次元空間に設けられている複数の物を考慮して３次元環境地図を作成することが出来る。そのため、電波環境のシミュレーションには３次元空間内に設けられた家具などの複数の物が考慮されるため、シミュレーションの精度が向上する。

また、このような３次元環境地図を、仮想空間上で天井側からの視点で見た状態で、床面から任意の高さで水平にカットすると、図１０に示すような平面地図を得ることが出来る。そして、本実施例では、図１０に示すような地図を、各ロボットの自己位置推定用地図として記憶する。このような自己位置推定用地図が作成される前は、各ロボットは３次元空間の平面図データに基づいて３次元空間内を自律移動し、自己位置推定用地図が作成された後は、各ロボットは自己位置推定用地図に基づいて３次元空間内を自律移動する。

次に、集音ロボット１２によって集音された計測音を利用して、３次元空間内に設けられた複数の物の材質をそれぞれ推定する。まず、作業者はハンマーで複数の物のそれぞれを打撃し、そのときの打音を集音ロボット１２に集音させる。このとき、集音ロボット１２では、集音した打音のそれぞれに対応する計測音データを作成し、中央制御装置１０に送信する。中央制御装置１０は、計測音データを受信すると、計測音データを記憶すると共に、計測音データの計測位置、打撃位置および計測音データのデータ名を対応付けて、計測音テーブルに記憶する。

図１１を参照して、計測音テーブルには、計測位置、打撃位置および計測音の列を含む。また、計測位置の欄には集音ロボット１２が打音を集音した位置（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）が記憶され、打撃位置の欄には複数の物がそれぞれ打撃された位置（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）が記憶され、計測音の欄にはそれぞれの計測音データのデータ名（ＡＳ）が記憶される。

作業者による物の打撃が終了し、たとえば管理者によって後述する材質パラメータテーブルを作成する操作がされると、中央制御装置１０は、集音ロボット１２から送信された計測音データを読み出し、打音のスペクトル求め、スペクトル包絡を示すメル周波数ケプストラム係数（ＭＦＣＣ：Mel Frequency Cepstral Coefficient）を算出する。

本実施例では、算出したＭＦＣＣに材質を対応付けた教師データを作成し、ＳＶＭ(Support vector machine)またはＧＭＭ(Gaussian Mixture Model)などの機械学習手法によって教師データを学習することで、材質を推定するための判別モデルを予め作成しておく。そして、この判別モデルに対して、材質が対応付けられていないＭＦＣＣを入力することで、材質の推定結果を得ることが出来る。

なお、集音ロボット１２を利用して、複数の物をそれぞれ打撃したときの計測音データを記憶（収集）する具体的な手法については、出願人が先に出願した特願2014-177018に記載されているため、ここでの詳細な説明は省略する。

このように、作業者は、集音ロボット１２と協調して、３次元空間内に設けられた複数の物をそれぞれ打撃するだけで、複数の物の材質を推定することが出来る。そのため、後述する材質パラメータ地図を作成する際の手間が軽減される。

このようにして、３次元環境地図を作成し、複数の物の材質をそれぞれ推定すると、これらを利用して材質パラメータ地図を作成する。まず、材質パラメータ地図データを作成するために、材質パラメータテーブルが作成される。

図１２を参照して、材質パラメータテーブルには、平面名称、位置、材質および材質パラメータの列が含まれる。平面名称および位置の欄には、３次元環境地図における各平面の名称と位置とが記憶される。また、位置には、物の平面を示す座標、たとえば重心座標が記憶される。材質の欄には、推定された材質が記憶される。このとき、計測音データの打撃位置および平面の位置に基づいて、３次元環境地図における物の平面と、推定された材質とが関連付けられる。そして、材質の欄に記憶された材質に基づいて、材質パラメータＤＢ１６０から材質パラメータが読み出され、材質パラメータの欄に記憶される。つまり、材質パラメータテーブルを利用することで、複数の物のそれぞれを表す平面に対して、材質を対応付けることができ、材質パラメータを設定することができる。

このようにして、材質パラメータテーブルの各欄にデータが記憶されると、その材質パラメータテーブルと３次元環境地図とを含む、材質パラメータ地図データが作成される。これにより、たとえば材質パラメータ地図が表示されている状態では、３次元環境地図を参照しながら任意の各平面の材質パラメータを読み出すことが出来る。そして、この材質パラメータ地図に基づいて、３次元空間の電波環境を容易にシミュレーションすることが可能となる。

本実施例では、電波伝搬のシミュレーションには３次元レイトレース法が用いられる。この３次元レイトレース法によるソフトウェアの一例としては、株式会社 構造計画研究所（登録商標）が提供するＲａｐＬａｂと言うソフトウェアが利用可能である。

次に、第２計測ロボット１６を利用して、３次元空間の電波環境、つまり電波強度の実測値を計測する。図１３を参照して、３次元空間の所定の位置に計測用電波を送信する送信ノードを配置し、３次元空間内に複数の計測点を決め、それぞれの計測点で計測用電波の電波強度が計測される。そして、電波強度と受信位置とが対応付けられて実測値データとされる。

このようにして得られた電波強度の実測値は、シミュレーション結果に基づく電波強度の推定値と比較される。まず、シミュレーション結果に基づく電波強度の推定値は、電波強度を実測したときの位置、つまり受信点の位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に対応して数１示す数式を用いて算出される。

次に、電波強度の推定値と実測値とを比較するために、電波強度の推定値と実測値との差が数２に示す数式を用いて算出される。

上述の数２の数式から分かるように、同一の受信点における電波強度の推定値および実測値をそれぞれ比較することで、推定値と実測値との差が算出される。

そして、電波強度の推定値と実測値との差が許容範囲に収まるまで、材質パラメータを更新してシミュレーションを繰り返す。このように、電波強度の推定値と実測値とを利用して材質パラメータを更新することで、シミュレーションの精度をより高めることが出来る。

なお、材質パラメータを更新、つまりパラメータを最適化する手法としては、最急降下法、逐次２次計画法などの最適化アルゴリズムが用いられる。この技術については、広く一般的に知られているため、ここでの詳細な説明は省略する。

また、電波強度の推定値と実測値との差が許容範囲に収まると、そのときのシミュレーション結果に基づいて、３次元空間の電波環境を示す電波環境情報が作成される。すなわち、本実施例では、電波強度の推定値と実測値とが一致または略一致するまで、材質パラメータが何度も更新されるため、シミュレーションの精度を高く保つことが出来る。

このようにして、電波環境情報が作成されると、電波環境情報が可視化される。図１４を参照して、たとえば３次元環境地図および電波環境情報に基づいて電波環境地図が作成され、その電波環境地図が中央制御装置１０の出力装置１５６によって出力（表示）される。たとえば、電波環境地図は、３次元環境地図の表示に電波環境情報を重ね合わせたものであり、３次元空間内における信号強度分布を示す。このようにして３次元空間の電波環境が可視化されるため、管理者は３次元空間の電波環境を適切に把握することが出来る。また、可視化された電波環境に基づいて、物および基地局の適切な配置などを検討することが出来る。

さらに、たとえば管理者は、電波環境地図において、強い電波強度を示すにも関わらずアクセスポイントが設置されていない場所を、無許可のアクセスポイントが設置されている場所として発見することが出来る。

なお、電波環境情報は他の手法を用いて可視化されてもよい。たとえば、他の実施例では、３次元環境を撮影しているリアルタイム画像に対して、電波環境情報を重ね合わせたものが表示されてもよい。また、その他の実施例では、自己位置推定用地図または平面図などの２次元地図に対して電波環境情報を重ね合わせたものが表示されてもよい。また、さらにその他の実施例では、ヘッドマウントディスプレイ(HMD: Head Mounted Display)を利用して、電波環境情報が表示されてもよい。また、さらにその他の実施例では、プロジェクションマッピングを利用して、実空間に対して電波環境情報に基づく画像が描画されてもよい。

また、他の実施例では、電波環境地図は、３次元環境地図の表示に電波環境情報を重ね合わせたものであってもよい。

また、その他の実施例では、中央制御装置１０の出力装置１５６にプリンタが含まれている場合、自己位置推定用地図または平面図などの２次元地図に対して電波環境情報を重ね合わせた画像がプリンタから出力されてもよい。

また、さらにその他の実施例では、第１計測ロボット１４によって３次元形状を取得する際には、複数の第１計測ロボット１４を利用して、３次元形状を効率よく取得してもよい。たとえば、図１５を参照して、２台の第１計測ロボット１４を利用する際には、面積が等しくなるように領域を分割し、それぞれの領域の中で第１計測ロボット１４が３次元形状を取得してもよい。また、トータルでかかる時間が最短となるように複数の第１計測ロボット１４の最適な経路が計測されてもよい。さらに、Ｍｕｌｔｉ−ａｇｅｎｔ ＴＳＰ解法などに基づく最適分割された領域を複数の第１計測ロボット１４によって並列的に動作させてもよい。そして、上述した手法は、第２計測ロボット１６によって電波強度を実測する際にも利用されてもよい。

また、本実施例では、たとえばシミュレーションを繰り返しても電波強度の推定値と実測値との差が許容範囲に収まらない場合、材質パラメータを実測によって求めることが出来る。

図１６を参照して、計測用電波を送信する第２計測ロボット１６ａおよび計測用電波を受信する第２計測ロボット１６ｂを用意し、管理者はそれぞれに操作端末を接続して直接操作する。この状態で、たとえば図１３に示す送信ノードから送信される計測用電波が届きにくい場所で、第２計測ロボット１６ａから計測用電波を送信させ、第２計測ロボット１６ｂによって様々な位置から計測用電波を受信する。これにより、計測用電波が届きにくい場所に設けられた物の材質パラメータ、つまり誘電率および透磁率などを求めることが出来る。

また、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、特定の物の材質パラメータを上述した２台の第２計測ロボット１６ａ，１６ｂによって計測してもよい。たとえば、管理者は、計測対象の中心を指定すると、中央制御装置１０が自己位置推定用地図を参照し、計測対象の両面に各ロボットが移動可能な場所を計算する。そして、中央制御装置１０は各ロボットに対して計算した位置に移動させる動作命令を発行し、計測対象の一方から計測用電波を送信し、他方で計測用電波を受信する。これにより、計測対象の材質パラメータを求めることが出来る。

なお、計測用アンテナ１１６は指向性を有しているため、計測対象に対して計測用電波を送信し、このように送信された計測用電波を受信することが出来る。

また、他の実施例では、バッファに記憶された材質パラメータテーブルが、データとしてメモリ１５４に記憶されてもよい。そして、他の実施例では、材質パラメータ地図に代えて、３次元環境地図データおよび材質パラメータテーブルに基づいて、電波環境がシミュレーションされてもよい。また、上述の実施例では、中央制御装置１０は材質パラメータを設定するため、中央制御装置１０は「材質パラメータ設定装置」と言われることもある。

上述では本実施例の特徴を概説した。以下では、図１８に示す中央制御装置１０のメモリ１５４のメモリマップおよび図１９−図２１に示すフロー図を用いて本実施例について詳細に説明する。

図１８は中央制御装置１０のメモリ１５４のメモリマップの一例を示す図解図である。図１８に示すように、メモリ１５４はプログラム記憶領域３０２およびデータ記憶領域３０４を含む。プログラム記憶領域３０２には、中央制御装置１０を動作させるためのプログラムとして、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４の動作を管理するためのロボット制御プログラム３１０、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４が送信したデータを記憶する記憶プログラム３１２、３次元環境地図、自己位置推定用地図および材質パラメータ地図を作成するための地図作成プログラム３１４、電波環境を可視化するための電波環境可視化プログラム３１６および電波環境をシミュレーションするためのシミュレーションプログラム３１８などが記憶されている。

データ記憶領域３０４には、通信バッファ３３０、ロボット情報バッファ３３２、材質パラメータバッファ３３４、シミュレーションバッファ３３６などが設けられる。また、データ記憶領域３０４には、平面図データ３３８、計測音データ３４０、計測音テーブル３４２、３次元空間情報データ３４４、３次元環境地図データ３４６、自己位置推定用地図データ３４８、材質パラメータ地図データ３５０、実測値データ３５２および電波環境情報データ３５４などが記憶されている。

通信バッファ３３０には、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４から受信したデータが一時的に記憶される。ロボット情報バッファ３３２には、集音ロボット１２および第１計測ロボット１４の現在位置などのロボットの情報が一時的に記憶される。材質パラメータバッファ３３４には、たとえば材質パラメータ地図を作成する際に、図１２に示すような材質パラメータテーブルが一時的に記憶される。シミュレーションバッファ３３６には、シミュレーションプログラム３１８によるシミュレーションの結果が一時的に記憶される。

平面図データ３３８は、３次元空間と対応する平面地図のデータである。計測音データ３４０は、集音ロボット１２から受信した計測音データである。計測音テーブル３４２は、図１１に示す構成のテーブルであり、計測音データ３４０に対応して、計測位置、打撃位置およびデータ名が記憶される。

３次元空間情報データ３４４は、第１計測ロボット１４から送信された周囲の３次元形状のデータと、取得したときの第１計測ロボット１４の現在位置（取得位置）とを対応付けたものである。３次元環境地図データ３４６は、たとえば図９（Ｂ）に示すような地図のデータである。自己位置推定用地図データ３４８は、たとえば図１０に示すような地図のデータである。また、自己位置推定用地図データ３４８は作成されると、各ロボットに配信される。材質パラメータ地図データ３５０は、たとえば３次元環境地図データ３４６および材質パラメータテーブルを含むデータである。

実測値データ３５２は、第２計測ロボット１６によって計測された３次元空間内の電波強度と、計測したときの計測位置を含むデータである。電波環境情報データ３５４は、３次元空間内の電波環境を示す情報である。

なお、図示は省略するが、データ記憶領域３０４には、様々な計算の結果を一時的に格納するバッファおよび／または中央制御装置１０の動作に必要な他のカウンタおよび／またはフラグなども設けられる。

中央制御装置１０のプロセッサ１５０は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）ベースのＯＳまたはその他のＯＳの制御下で、図１９に示す記憶処理、図２０に示す地図作成処理および図２１に示す電波環境可視化処理などを含む、複数のタスクを処理する。

図１９は記憶処理のフロー図である。たとえば、中央制御装置１０の電源がオンにされて記憶処理の実行命令が発行されると、記憶処理が実行される。

記憶処理が実行されると、プロセッサ１５０はステップＳ１で、集音ロボット１２からデータを受信したか否かを判断する。たとえば、集音ロボット１２から送信された計測音データが通信バッファ３３０に記憶されているかが判断される。ステップＳ１で“ＹＥＳ”であれば、つまり計測音および計測に関する位置を含む計測音データを受信していれば、ステップＳ３でプロセッサ１５０は、計測音データを記憶する。つまり、受信したデータが計測音データ３４０としてメモリ１５４に記憶される。そのため、ステップＳ３の処理を実行するプロセッサ１５０は記憶手段として機能する。また、プロセッサ１５０はステップＳ３の処理が終了すると、ステップＳ９の処理に進む。

また、ステップＳ１で“ＮＯ”であれば、つまり集音ロボット１２から計測音データを受信していなければ、ステップＳ５でプロセッサ１５０は、第１計測ロボット１４からデータを受信したか否かを判断する。たとえば、第１計測ロボット１４から送信された物の３次元形状のデータおよび取得したときの取得位置が、通信バッファ３３０に記憶されているかが判断される。ステップＳ５で“ＹＥＳ”であれば、つまり第１計測ロボット１４から上記のデータを受信していれば、ステップＳ７でプロセッサ１５０は３次元空間情報データを記憶する。つまり、物の３次元形状のデータと、その３次元形状を取得したときの取得位置とが対応付けられて、３次元空間情報データ３４４としてメモリ１５４に記憶される。そのため、ステップＳ７の処理を実行するプロセッサ１５０は３次元形状記憶手段として機能する。また、プロセッサ１５０はステップＳ７の処理が終了すると、ステップＳ９の処理に進む。

なお、ステップＳ５で“ＮＯ”であっても、つまり第１計測ロボット１４からデータを受信していなくても、プロセッサ１５０はステップＳ９の処理に進む。

続いて、ステップＳ９でプロセッサ１５０は、終了操作か否かを判断する。つまり、中央制御装置１０を終了させる操作がされたかが判断される。ステップＳ９で“ＮＯ”であれば、つまり終了操作がされていなければ、プロセッサ１５０はステップＳ１の処理に戻る。一方、ステップＳ９で“ＹＥＳ”であれば、つまり終了操作がされると、プロセッサ１５０は記憶処理を終了させる。

図２０は地図作成処理のフロー図である。たとえば、管理者によって３次元環境地図、自己位置推定用地図および材質パラメータ地図を作成する操作がされると、地図作成処理が実行される。

地図作成処理が実行されると、ステップＳ３１でプロセッサ１５０は、３次元モデルを作成する。３次元空間情報データ３４４を読み出し、そのデータに含まれる３次元空間の３次元形状と、その３次元形状を取得したときの取得位置とに基づいて、３次元空間の３次元環境を示す３次元モデルを作成する。

続いて、ステップＳ３３でプロセッサ１５０は、平面検出処理を実行する。つまり、作成された３次元モデルから床、天井、壁、および家具などの複数の物の平面が検出される。続いて、ステップＳ３５でプロセッサ１５０は、検出された物の平面に基づいて３次元環境地図を作成する。つまり、検出した物の平面に対して、名称および実空間と対応する３次元座標を対応付けて、３次元環境地図が作成される。そして、作成された３次元環境地図は、３次元環境地図データ３４６としてメモリ１５４に記憶される。なお、ステップＳ３３の処理を実行するプロセッサ１５０は検出手段として機能し、ステップＳ３５の処理を実行するプロセッサ１５０は３次元地図作成手段として機能する。

続いて、ステップＳ３７でプロセッサ１５０は、３次元環境地図に基づいて自己位置推定用地図を作成する。たとえば、３次元環境地図を、仮想空間上で天井側からの視点で見た状態で、床面から任意の高さで水平にカットし、その断面に基づいて自己位置推定用地図が作成される。そして、作成された地図は自己位置推定用地図データ３４８としてメモリ１５４に記憶される。

続いて、ステップＳ３９でプロセッサ１５０は、検出された平面の名称および３次元位置を材質パラメータバッファ３３４に記憶する。たとえば、材質パラメータバッファ３３４には材質パラメータテーブルが記憶されており、その材質パラメータテーブルに対して、３次元環境地図データ３４６に含まれる各平面の名称と３次元位置とが記憶される。続いて、ステップＳ４１でプロセッサ１５０は、計測音データ３４０に基づいて材質を推定する。たとえば、上述した機械学習手法に基づいて作成された判別モデルに対して、計測音データ３４０に基づいて算出されたメル周波数ケプストラム係数が入力される。そして、判別モデルから出力された結果が、材質の推定結果とされる。なお、ステップＳ４１の処理を実行するプロセッサ１５０は推定手段として機能する。

続いて、ステップＳ４３でプロセッサ１５０は、打撃位置に基づいて、検出された平面に材質を対応付ける。つまり、計測音データ３４０に対応する計測音テーブル３４２から推定結果と対応する打撃音データの打撃位置を読み出し、材質パラメータテーブルに記憶されている平面の位置に基づいて、対応する平面を特定する。そして、材質パラメータテーブルにおいて、特定された平面に対応して推定された材質を記憶する。なお、ステップＳ４３の処理を実行するプロセッサ１５０は対応付け手段として機能する。

続いて、ステップＳ４５でプロセッサ１５０は、材質パラメータの初期値を設定する。つまり、材質パラメータテーブルに記憶された材質に基づいて材質パラメータＤＢ１６０から材質の材質パラメータを読み出し、材質に対応して材質パラメータを材質パラメータテーブルに記憶する。なお、ステップＳ４５の処理を実行するプロセッサ１５０は設定手段として機能する。

続いて、ステップＳ４７でプロセッサ１５０は、材質パラメータ地図を作成する。たとえば、材質パラメータバッファ３３４から材質パラメータテーブルを読み出し、そのテーブルを３次元環境地図データ３４６に対応付けたものを、材質パラメータ地図データ３５０としてメモリ１５４に記憶する。なお、ステップＳ４７の処理を実行するプロセッサ１５０は作成手段として機能する。

なお、地図作成処理では材質パラメータが設定されることから、地図作成処理は材質パラメータ設定処理と言われることもある。

図２１は電波環境可視化処理のフロー図である。たとえば、管理者によって電波環境情報を表示させる操作がされると、電波環境可視化処理が実行される。

電波環境可視化処理が実行されると、ステップＳ６１でプロセッサ１５０は、材質パラメータ地図データ３５０を読み出す。つまり、３次元空間の電波環境をシミュレーションするために材質パラメータ地図データ３５０が読み出される。また、材質パラメータ地図データ３５０に含まれる材質パラメータテーブルが、材質パラメータバッファ３３４に記憶される。続いて、ステップＳ６３でプロセッサ１５０は、シミュレーションを実行する。つまり、読み出した材質パラメータ地図データ３５０に基づいて電波環境のシミュレーションが実行される。そして、シミュレーションの結果は、シミュレーションバッファ３３６に記憶される。なお、ステップＳ６３の処理を実行するプロセッサ１５０はシミュレーション手段として機能する。

続いて、ステップＳ６５でプロセッサ１５０は、シミュレーション結果に基づいて電波強度を推定する。つまり、数１の数式を用いて、材質パラメータ地図（３次元環境地図）における電波強度を実測した位置と対応する位置で、電波強度が推定される。続いて、ステップＳ６７でプロセッサ１５０は、実測値データ３５２を読み出す。つまり、第２計測ロボット１６によって計測された電波強度の実測値がメモリ１５４から読み出される。続いて、ステップＳ６９でプロセッサ１５０は、電波強度の推定値と実測値との差を算出する。つまり、数２の数式を用いて、電波強度の推定値と実測値との差が算出される。

続いて、ステップＳ７１でプロセッサ１５０は、算出した差が許容範囲内か否かを判断する。つまり、算出した差が一致または略一致したかが判断される。ステップＳ７１で“ＮＯ”であれば、つまり算出した差が一致または略一致していなければ、ステップＳ７３で材質パラメータが変更される。つまり、材質パラメータバッファ３３４に記憶されている材質パラメータテーブルにおける材質パラメータの値が、電波強度の推定値と実測値との差が小さくなるように変更される。なお、ステップＳ７３の処理を実行するプロセッサ１５０は変更手段として機能する。

続いて、ステップＳ７５でプロセッサ１５０は、実測値に基づいて変更するか否かを判断する。たとえば、図１６または図１７（Ａ），（Ｂ）などに示すように、管理者が特定の場所の材質パラメータを実測したかが判断される。ステップＳ７５で“ＮＯ”であれば、たとえば管理者が任意の場所で材質パラメータを計測していなければ、プロセッサ１５０はステップＳ６３の処理に戻る。つまり、変更後の材質パラメータに基づいてシミュレーションが再び実行される。

一方、ステップＳ７５で“ＹＥＳ”であれば、たとえば管理者が任意の場所で材質パラメータを計測すると、ステップＳ７７でプロセッサ１５０は、実測値に基づいて材質パラメータを変更する。つまり、図１６または図１７（Ａ），（Ｂ）などに示すような状態で計測された材質パラメータが、材質パラメータテーブルに設定される。そして、ステップＳ７７の処理が終了すると、プロセッサ１５０はステップＳ６３の処理に戻る。つまり、実測に基づいて求められた材質パラメータを利用してシミュレーションが再び実行される。

また、ステップＳ７１で“ＹＥＳ”であれば、たとえば何度もシミュレーションが実行された結果、電波強度の推定値と実測値との差が一致または略一致した場合、ステップＳ７９でプロセッサ１５０は、シミュレーション結果に基づいて電波環境情報を生成する。つまり、３次元空間の電波環境を示す情報が作成され、その情報が電波環境情報データ３５４としてメモリ１５４に記憶される。また、材質パラメータバッファ３３４に記憶されている材質パラメータテーブルに基づいて、材質パラメータ地図データ３５０に含まれる材質パラメータが更新される。つまり、材質パラメータ地図データ３５０に含まれる材質パラメータが最適値に更新される。

続いて、ステップＳ８１でプロセッサ１５０は、電波環境情報を表示する。たとえば、３次元環境地図データ３４６および電波環境情報データ３５４に基づいて電波環境地図が作成され、その地図が中央制御装置１０の出力装置１５６から出力（可視化）される。そして、ステップＳ８１の処理が終了すると、プロセッサ１５０は電波環境可視化処理を終了する。また、ステップＳ７９の処理を実行するプロセッサ１５０は生成手段として機能し、ステップＳ８１の処理を実行するプロセッサ１５０は出力手段として機能する。

なお、他の実施例では、シミュレーションを繰り返した回数またはシミュレーションを繰り返した時間が閾値を超えると、材質パラメータを実測するよう管理者に促すようにしてもよい。

＜第２実施例＞
第２実施例では、打音に代えて、３次元空間内で発生させた音の直接音および音が物に反射してから伝わる反射音を計測音として、３次元空間に設けられた物の材質を推定する。そのため、第２実施例では、集音ロボット１２に代えてスピーカロボットが用いられると共に、第１実施例とは異なる構成の第１計測ロボット１４が用いられる。

図２２はスピーカロボットの外観を示す図解図である。図２２を参照して、スピーカロボットは、約０．２メートルの高さに取り付けられた２次元ＬＲＦ２００、スピーカロボットの下側に設けられた制御装置２０２および約１メートルの高さに取り付けられたスピーカ２０４などを有する。

２次元ＬＲＦ２００は、他のロボットと同様、人間などの物体を検出するために用いられる。制御装置２０２は、スピーカロボットの移動についての制御のために用いられる。スピーカ２０４は、３次元空間内で音を発生させるために用いられる。スピーカ２０４はスピーカロボットの移動方向、つまり前方に音声を発生させることが可能である。

図２３はスピーカロボットの構成を示すブロック図である。図２３を参照して、制御装置２０２による移動ロボットプラットフォームとしては、第１実施例の各ロボットと略同じものが利用されている。

制御装置２０２はプロセッサ２２０などを含む。プロセッサ２２０は、マイクロコンピュータ或いはＣＰＵとも呼ばれる。また、プロセッサ２２０には、バス２２２を介して、メモリ２２４、センサ入出力ボード２２６、音声入出力ボード２２８および無線通信ボード２３０などが接続されている。また、プロセッサ２２０には移動機構２３２が接続され、センサ入出力ボード２２６には２次元ＬＲＦ２００および路程測定センサ２３４が接続され、音声入出力ボード２２８にはスピーカ２０４が接続され、無線通信ボード２３０にはアンテナ２３６が接続される。

プロセッサ２２０は、スピーカロボットの全体制御を司る。メモリ２２４はＲＯＭ、ＲＡＭおよびＨＤＤを含む。ＨＤＤおよびＲＯＭには、スピーカロボットの動作を制御するための制御プログラムが予め記憶される。たとえば、制御プログラムには、各センサの出力（センサ情報）を検知するための検知プログラムや、中央制御装置１０などの外部コンピュータとの間で必要なデータやコマンドを送受信するための通信プログラムなどが含まれる。また、ＲＡＭは、プロセッサ２２０のワークメモリまたはバッファメモリとして用いられる。

センサ入出力ボード２２６は、たとえばＤＳＰで構成され、センサからの信号を取り込んでプロセッサ２２０に与える。たとえば、センサ入出力ボード２２６には、周囲の物体までの計測結果が２次元ＬＲＦ２００から入力され、移動機構２３２が有する車輪の回転パルスが路程測定センサ２３４から入力される。センサ入出力ボード２２６は、これらの入力に対して所定の処理を施してからプロセッサ２２０に出力する。なお、プロセッサ２２０は、２次元ＬＲＦ２００および路程測定センサ２３４の出力を利用して自己位置を推定する。

音声入出力ボード２２８もまたＤＳＰで構成され、プロセッサ２２０から与えられるＴＳＰ信号に従ったｓｗｅｅｐ音をスピーカ２０４から出力させる。

無線通信ボード２３０もまたＤＳＰで構成され、プロセッサ２２０から与えられた送信データを、アンテナ２３６を介して中央制御装置１０などの外部コンピュータに送信する。また、無線通信ボード２３０は、アンテナ２３６を介してデータを受信し、受信したデータをプロセッサ２２０に与える。たとえば、送信データとしては、スピーカロボットの自己位置などである。また、受信データとしては、スピーカロボットを遠隔操作する際のコマンドなどである。

なお、移動機構２３２は、第１実施例の各ロボットと略同じものが採用されている。

このようなスピーカロボットは、自己位置推定のための地図を参照しながら３次元空間内における任意の位置および／または管理者によって予め指定された位置においてｓｗｅｅｐ音を発生させる。そして、発生したｓｗｅｅｐ音は、後述する第２実施例の第１計測ロボット１４によって集音される。ただし、他の実施例では、管理者などがスピーカロボットを遠隔操作することでｓｗｅｅｐ音を発生させてもよい。

図２４は第２実施例の第１計測ロボット１４の外観を示す図解図である。図２４を参照して、第２実施例の第１計測ロボット１４は、第１実施例の第１計測ロボット１４に対してさらに、制御装置７２の上側に設けられたマイクアレイ７４および約１．０メートルの高さに取り付けられた３次元ＬＲＦ７４などを有する。

マイクアレイ７４は、スピーカロボットが発生させた音を集音するために用いられる。また、マイクアレイ７４は、音源方向を推定するために、複数のマイクを含む。また、マイクアレイ７４は必要に応じて上下方向に移動可能である。そのため、このようなマイクアレイ７４によって集音された音のデータに基づいて、３次元の音源方向を推定することが出来る。

なお、他の実施例では、第２実施例の第１計測ロボット１４に計測用アンテナをさらに設けて、第１計測ロボット１４によって、３次元形状の取得、計測音の集音、計測用電波の実測を行うようにしてもよい。

図２５は第１計測ロボット１４の構成を示すブロック図である。図２５を参照して、第２実施例の制御装置７２のプロセッサ８０には、マイクアレイ２５０が接続されている音声入出力ボード２７０がさらに接続される。

音声入出力ボード２７０は、マイクアレイ２５０によって集音された音に対して所定の処理を施し、集音された音に対応する音声データをプロセッサ８０に入力する。

このような第１計測ロボット１４は、自己位置推定のための地図を参照しながら３次元空間内に設けられた複数の物の３次元形状を取得すると共に、スピーカロボットが発生させた音を計測する。そして、第１計測ロボット１４は、計測結果を、取得位置および計測位置と共に中央制御装置１０に送信する。ただし、他の実施例では、管理者などが第１計測ロボット１４を遠隔操作し、管理者などの操作に応じて複数の物の３次元形状が取得され、スピーカロボットが発生させた音が計測されてもよい。

次に、スピーカロボットおよび第２実施例の第１計測ロボット１４を利用して、３次元空間内に設けられた複数の物の材質の推定について説明する。管理者は、スピーカロボットおよび第２実施例の第１計測ロボット１４に対して３次元空間内を自律移動し、３次元空間内で計測音を集音するように動作命令を出す。

図２６を参照して、第２実施例の第１計測ロボット１４は、スピーカロボットが発生させた音が周囲の物の平面に反射することで物から伝わる反射音と、スピーカロボットが発生させた音の直接音とを集音できるように、３次元空間内の位置を決定する。そして、第１計測ロボット１４が適切な位置に移動した後、スピーカロボットは上述したｓｗｅｅｐ音を発生させる。このとき、第１計測ロボット１４は、直接音と反射音とのそれぞれを集音し、集音した音を計測音として計測位置と共に中央制御装置１０に送信する。中央制御装置１０は、受信した計測音、つまり直接音と反射音とを計測音データとして記憶すると共に、計測音データのデータ名に計測音に関する位置（計測位置）を対応付けて、計測音テーブルに記憶する。

図２７を参照して、第２実施例の計測音テーブルには、計測位置および計測音の列を含む。また、計測音の列には、直接音および反射音の列が含まれる。そして、計測音テーブルには、計測位置に対応づけて直接音および反射音のデータ名（ＦＤ，ＦＲ）が記憶されている。

計測音の集音が終了すると、中央制御装置１０では、まず反射音の指向性強度を測定するために、直接音および反射音の方向のそれぞれにビームフォーマなどの音源分離処理を施して音源を分離する。次に、周波数帯域ごとに、直接音と反射音とのパワー値の比率を求め、周波数帯域ごとの反射率を求める。

本実施例では、材質と反射率とを対応付けた教師データを作成し、ＳＶＭまたはＧＭＭなどの機械学習手法によって教師データを学習することで、材質を推定するための判別モデルを作成する。そして、本実施例では、この判別モデルに対して、材質が対応付けられていない反射率を入力することで、材質の推定結果を得る。

このように、反射音および直接音を利用することで、３次元空間内に設けられた物の材質を容易に推定することが可能となる。特に、本実施例では、音を発生させるスピーカロボットを利用することで、物の材質を推定するためのデータを自動的に収集することが出来るため、電波伝搬のシミュレーションを行う際の手間が軽減される。

このようにして材質が推定されると、第２実施例でも材質パラメータ地図が作成される。第２実施例では、推定された材質は、計測位置に基づいて平面に関連付けられる。具体的には、計測位置に対する反射音の音源位置を算出し、算出された音源位置および平面の３次元位置に基づいて、推定された材質が物の平面に関連付けられる。そして、平面名称、位置および材質パラメータについては、第１実施例と略同じ手順で材質パラメータテーブルに設定され、第１実施例と同様に材質パラメータ地図データが作成される。

なお、他の実施例では、第１実施例の打音と、第２実施例の直接音および反射音とを組み合わせて、物の材質が推定されてもよい。たとえば、他の実施例では、基本的には直接音および反射音を利用して材質を推定し、材質の推定がうまくいかない場合に、打音を利用して材質を推定することが考えられる。

また、その他の実施例では、計測音の集音、３次元形状の取得および電波強度の計測を、１台のロボットで行うようにしてもよい。

また、第１実施例では、複数の物のそれぞれを自動的に打撃するロボットが用いられてもよい。この場合、第２実施例と同様、物の材質を推定するためのデータを自動的に収集することが出来る。

また、オフィスおよび住宅だけでなく、学校の校舎、ショッピングモールなど様々な３次元空間で、電波環境のシミュレーションを行うことが出来る。

また、さらにその他の実施例では、第２計測ロボット１６には可変指向性アンテナが設けられてもよい。また、可変指向性アンテナとしては、ESPARアンテナなどが考えられる。これにより、複数の第２計測ロボット１６を利用した協調作業を行う際に、特定の範囲内の物の材質パラメータを容易に求めることが出来る。

また、可変指向性アンテナを利用した場合、各基地局（アクセスポイント）から送信される電波のビーコン信号およびデータフレームを検出することが出来る。この場合、検出されたビーコン信号およびデータフレームに基づいて、基地局の位置の推定し、各基地局における送信出力の電力量の推定し、各基地局の無線チャネルの数を推定し、各基地局のトラフィック状態を推定することが可能になる。この場合、電波環境情報には、基地局の位置、各基地局における送信出力の電力量、各基地局の無線チャネルの数および各基地局のトラフィック状態も含まれる。そのため、電波環境地図を表示した際に、管理者は、３次元空間内における信号強度分布だけでなく、基地局の位置、各基地局における送信出力の電力量、各基地局の無線チャネルの数および各基地局のトラフィック状態も合わせて把握することが出来るようになる。

また、他の実施例では、３次元ＣＡＤソフトウェアによって作成された３次元環境地図と、材質パラメータテーブルとに基づいて、材質パラメータ地図が作成されてもよい。

また、本実施例の無線ＬＡＮの基地局は、２．４Ｇ帯および５Ｇ帯の信号を送信することが可能であり、電波環境地図は、２．４Ｇ帯および５Ｇ帯の電波強度をそれぞれ切り替えて表示することが出来る。

また、その他の実施例のシミュレーションシステム１００では、無線ＬＡＮの無線通信ではなく、第５世代以降の移動通信における無線通信などの電波環境をシミュレーションしてもよい。

また、さらにその他の実施例では、計測音から算出したＭＦＣＣまたは反射率に対して材質パラメータを対応付けた教師データを作成し、材質パラメータを推定する判別モデルを作成してもよい。

また、本実施例では、機械学習手法によって作成された判別モデルを作成したり、その判別モデルに入力したりするための「計測音に関する情報」として、ＭＦＣＣおよび反射率を用いたが、他の実施例では、他の数値が用いられてもよい。

また、その他の実施例では、第２計測ロボット１６に対して、遠隔操作用の無線通信回路およびアンテナを設けてもよい。この場合、電波強度を実測する際には、遠隔操作用の無線通信回路の電源がオフにされる。

また、第１実施例で用いた集音ロボット１２、第１計測ロボット１４および第２計測ロボット１６と、第２実施例で用いたスピーカロボットおよび第１計測ロボット１４は、３次元空間を２次元的に移動するものであったが、他の実施例では３次元空間を３次元的に移動する移動機構を備えていてもよい。また、３次元空間を３次元的に移動する移動機構を備えるロボットとしては、たとえば自律移動する飛行型のドローンなどであり、３次元空間を３次元的に移動する移動機構は空中をホバリング可能なプロペラが取り付けられたモータ（エンジン）などの動力部を含む。なお、３次元空間を３次元的に移動する移動機構を備える集音ロボット１２は、飛行型集音装置と言われることもある。そして、他のロボットについても同様、飛行型第１計測装置および飛行型第２計測装置、飛行型スピーカ装置と言われることもある。

また、さらにその他の実施例では、第１計測ロボット１４を定期的（たとえば、１日ごと）に動作させて、３次元環境地図が定期的に更新されるようにしてもよい。

また、本実施例で説明した複数のプログラムは、データ配信用のサーバのHDDに記憶され、ネットワークを介して本実施例と同等の構成のシステムの中央制御装置に配信されてもよい。また、CD, DVD, BD (Blu-ray（登録商標） Disc)などの光学ディスク、USBメモリおよびメモリカードなどの記憶媒体にこれらのプログラムを記憶させた状態で、その記憶媒体が販売または配布されてもよい。そして、上記したサーバまたは記憶媒体などを通じてダウンロードされた、上記複数のプログラムが、本実施例と同等の構成のシステムの中央制御装置に適用された場合、本実施例と同等の効果が得られる。

そして、本明細書中で挙げた、具体的な数値は、いずれも単なる一例であり、製品の仕様変更などに応じて適宜変更可能である。

１０ …中央制御装置
１２ …集音ロボット
１４ …第１計測ロボット
１６ …第２計測ロボット
１００ …シミュレーションシステム
１５０ …プロセッサ
１５４ …メモリ
１５６ …出力装置
１６０ …材質パラメータデータベース

Claims (12)

1. ３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部、
   前記複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測音として計測位置で集音する移動可能な集音装置、
   前記集音装置によって集音された計測音および前記計測位置と前記打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶手段、
   前記記憶手段によって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する前記計測に関する位置に基づいて、前記複数の物の材質を推定する推定手段、
   前記推定手段によって推定された前記複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付け手段、および
   前記対応付け手段によって材質が対応付けられた前記複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定手段を備える、シミュレーションシステム。
2. 前記集音装置は、自律移動するための地図および前記地図に基づいて前記３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む、請求項１記載のシミュレーションシステム。
3. 前記３次元地図および前記複数の物のそれぞれに設定された材質パラメータに基づいて、前記３次元空間の電波環境をシミュレーションするシミュレーション手段、
   前記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づいて、前記３次元空間の電波環境を示す情報を生成する生成手段、および
   前記生成手段によって生成された前記３次元空間の電波環境を示す情報を出力する出力手段をさらに備える、請求項１または２記載のシミュレーションシステム。
4. 前記３次元空間における複数の計測点の電波強度を計測する移動可能な電波強度計測装置、
   前記３次元空間における電波強度の実測値と、前記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致しないとき、前記設定手段によって設定された材質パラメータを変更する変更手段をさらに備え、
   前記シミュレーション手段は、前記変更手段によって材質パラメータが変更された状態で、前記３次元空間の電波環境を再びシミュレーションする、請求項３記載のシミュレーションシステム。
5. 前記生成手段は、前記３次元空間における電波強度の実測値と、前記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく電波強度の推定値とが一致または略一致したとき、当該シミュレーション結果に基づいて、前記３次元空間の電波環境を示す情報を生成する、請求項４記載のシミュレーションシステム。
6. 前記電波強度計測装置は、自律移動するための地図および前記地図に基づいて前記３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む、請求項４または５記載のシミュレーションシステム。
7. 前記複数の物の３次元形状を取得する移動可能な３次元形状取得装置、
   前記３次元形状取得装置によって取得された複数の物の３次元形状および取得位置を記憶する３次元形状記憶手段、
   前記３次元形状記憶手段によって記憶された前記複数の物の３次元形状から平面を検出する検出手段および
   前記検出手段によって検出された複数の物の３次元形状の平面および当該複数の物の３次元形状の取得位置に基づいて、前記３次元空間に設けられた前記複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を作成する３次元地図作成手段をさらに備え、
   前記記憶部は、前記３次元地図作成手段によって作成された３次元地図を記憶する、請求項１ないし６のいずれかに記載のシミュレーションシステム。
8. 前記３次元形状取得装置は、自律移動するための地図および前記地図に基づいて前記３次元空間を２次元的または３次元的に自律移動するための移動機構を含む、請求項７記載のシミュレーションシステム。
9. 前記設定手段によって材質パラメータが設定された前記複数の物および前記３次元地図に基づいて、材質パラメータ地図を作成する作成手段を備える、請求項１ないし８のいずれかに記載のシミュレーションシステム。
10. 前記３次元地図は、前記複数の物の３次元形状を表す平面を含み、
    前記対応付け手段は、前記推定手段によって推定された前記複数の物の材質を、当該複数の物の３次元形状を表す平面のそれぞれに対応付け、
    前記設定手段は、前記対応付け手段によって材質が対応付けられた前記複数の物の３次元形状を表す平面のそれぞれに材質パラメータを設定する、請求項１ないし９のいずれかに記載のシミュレーションシステム。
11. ３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部および前記複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測音として計測位置で集音する移動可能な集音装置を有する、シミュレーションシステムにおける材質パラメータ設定方法であって、前記シミュレーションシステムのプロセッサが、
    前記集音装置によって集音された計測音および前記計測位置と前記打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶ステップ、
    前記記憶ステップによって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する前記計測に関する位置に基づいて、前記複数の物の材質を推定する推定ステップ、
    前記推定ステップによって推定された前記複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付けステップ、および
    前記対応付けステップによって材質が対応付けられた前記複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定ステップを実行する、材質パラメータ設定方法。
12. ３次元空間に設けられた複数の物の３次元形状および当該複数の物の位置を示す３次元地図を記憶する記憶部、
    前記複数の物のそれぞれを打撃位置で打撃したときそれらから伝わる音を計測位置で集音した計測音および前記計測位置と前記打撃位置とを含む計測に関する位置を記憶する記憶手段、
    前記記憶手段によって記憶されたそれぞれの計測音およびそれらに関連する前記計測に関する位置に基づいて、前記複数の物の材質を推定する推定手段、
    前記推定手段によって推定された前記複数の物の材質を、当該複数の物のそれぞれに対応付ける対応付け手段、および
    前記対応付け手段によって材質が対応付けられた前記複数の物のそれぞれに材質パラメータを設定する設定手段を備える、材質パラメータ設定装置。