(57)【要約】【課題】対象となる物体を隠すような他の物体が存在している環境においても、対象となる物体間の接触状態を正確に検出できるようにする。【解決手段】振動発生部１０１は、物体Ａ１１１に装着され、検出部１０５は、物体Ｂ１１２に装着される。振動発生部１０１は、識別情報とともに振動を発生させる旨の予告を送出し、この後の所定時間後に、振動生成部１０２に対して動作開始の指示を出す。振動生成部１０２は、制御部１０３からの動作開始の指示により、予め設定されている時間、振動波を発生する。解析部１０７は、振動発生部１０１からの通知を受け付けると、振動波を検出する状態となり、振動検出部１０８を動作させて振動波の検出（測定）を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体に装着されて振動波を発生する振動生成手段と、
第２の物体に装着されて振動を測定する振動検出手段と、
振動を発生させることを示す予告を通知してから前記振動生成手段を制御して振動波を発生させる制御手段と、
前記予告の通知を受け付けて前記振動検出手段による振動の測定を開始させ、既定の時間内の前記振動検出手段による測定結果の中に、既定値以上のパワーの振動波を検出することで、前記第１の物体と前記第２の物体との接触を判定する解析手段と
を少なくとも備えることを特徴とする接触状態判定装置。
【請求項２】
請求項１記載の接触状態判定装置において、
前記制御手段は、前記振動生成手段を識別する識別情報とともに前記予告を通知し、
前記解析手段は、通知された前記識別情報に対応して前記測定結果の中に既定値以上のパワーの振動波を検出する
ことを特徴とする接触状態判定装置。
【請求項３】
第１の物体に対して振動波を発生する第１ステップと、
前記振動波の発生の既定時間前に第２の物体の振動測定を開始する第２ステップと、
既定の時間内の前記振動測定による結果の中に、既定値以上のパワーの振動波を検出することで、前記第１の物体と前記第２の物体との接触を判定する第３ステップと
を少なくとも備えることを特徴とする接触状態判定方法。
【請求項４】
請求項３記載の接触状態判定方法において、
前記振動を発生させる振動生成手段を識別する識別情報とともに前記予告を通知し、
前記解析手段は、通知された前記識別情報に対応して前記測定結果の中に既定値以上のパワーの振動波を検出する
ことを特徴とする接触状態判定方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家具や柱などの物体が、互いに接している状態を検出する接触状態判定装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、室内に配置されている家具，食器，器具，道具，および装置などの物体、また、床，壁，天井，および柱などの建築物の一部を構成する物体について、互いに接触している状態にある物体の組の情報を取得する技術がある（非特許文献１，２，３，４参照）。
【０００３】
非特許文献１の技術では、物体の形状情報と画像処理技術を用いており、まず、対象となる物体が配置されている状態を撮影装置により撮影し、予め得られている当該物体の３次元形状情報と撮影した画像情報とのパターンマッチングを行うことで、各物体の配されている位置と向きの情報を取得する。このようにして情報と取得した後、形状情報を用いて物理的に接触している物体の組を判断する。
【０００４】
非特許文献２の技術では、まず、対象となる物体に赤外線または超音波を発するビーコンを装着し、天井や壁などの周囲に配置した複数のアンテナを用い、ビーコンから発せられた赤外線または超音波の信号を受信する。ここで、同じビーコンから発せられた信号を複数のアンテナで受信すると、ビーコンから各アンテナまでの距離の違いにより、各アンテナにおける信号の受信時刻にずれが生じる。この時刻のずれからビーコンの位置を検出することで物体の位置を推定する。
【０００５】
非特許文献３の技術では、対象となる物体に電界強度を測定する装置を装着し、室内の天井または壁面に配置されたアンテナから電波を発信させ、物体に取り付けた電界強度を測定する装置で各アンテナからの電波の電界強度を測定する。電界強度はアンテナからの距離と比例関係にあり、この関係を利用して物体の位置を測定する。ここの物体全てに電波を発する装置を装着し、相互に電波を発生させることで、各物体間の距離を測定する技術もある。これらの技術は、超広帯域無線（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）技術の機能の１つとして実現されている。
【０００６】
非特許文献４の技術では、物体にバーコードあるいは２次元バーコード状のマーカーを印刷しておき、このマーカーを室内の天井や壁面に配置した撮影装置で撮影し、マーカーに含まれる情報を取得することで、各物体の位置を推定する。
【０００７】
【非特許文献１】J. Ho, et al. ,"Virtual Tracking using Learned Linear Subspaces", In Proceedings of the 2004 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR2004), Vol.1, pp.782-789, 2004.
【非特許文献２】N. B. Priyantha, et al., "The Cricket Location Support System", In Proceeding of 6th ACM MOBICOM, pp.32-43, 2000.
【非特許文献３】阪田  史郎  編著、「ユビキタス技術センサネットワーク」、オーム社、２００６年。
【非特許文献４】加藤  博一、「拡張現実感システム構築ツールARToolKitの開発」、電子情報通信学会技術研究報告、PRMU、パターン認識・メディア理解、Vol.101, No.652 (20020214), pp.79-86,2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した各技術では、物体の映像または物体に装着された信号発生部からの信号を、外部の検出装置で撮影あるいは検出することにより、物体の位置を推定している。このため、観測（検出）対象の物体と検出装置との間に、他の物体が存在する場合、検出対象の光や伝播が遮断されることになり、検出精度が著しく低下するという問題がある。これは、オクルージョン問題と呼ばれている。
【０００９】
特に、非特許文献１，２，および４の技術では、光または音を利用しているため、物体の遮蔽の影響を受けやすく、オクルージョン問題が顕著となる。これに対し、非特許文献３の技術では、比較的遮蔽の影響を受けにくい電波を用いているが、遮蔽する物体により電波の強度は低下するため、測位精度の低下が起こり、物体の位置を正確に検出することができなくなる。物体の位置を正確に検出できない場合、物体の間の接触状態を正確に検出することができない。
【００１０】
以上に説明したように、上述した技術では、対象となる物体以外に、この物体を隠すように配置されている他の物体が存在している環境では、対象となる物体間の接触状態を正確に検出することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、対象となる物体を隠すような他の物体が存在している環境においても、対象となる物体間の接触状態を正確に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る接触状態判定装置は、第１の物体に装着されて振動波を発生する振動生成手段と、第２の物体に装着されて振動を測定する振動検出手段と、振動を発生させることを示す予告を通知してから振動生成手段を制御して振動波を発生させる制御手段と、予告の通知を受け付けて振動検出手段による振動の測定を開始させ、既定の時間内の振動検出手段による測定結果の中に、既定値以上のパワーの振動波を検出することで、第１の物体と第２の物体との接触を判定する解析手段とを少なくとも備える。
【００１３】
上記接触状態判定装置において、制御手段は、振動生成手段を識別する識別情報とともに予告を通知し、解析手段は、通知された識別情報に対応して測定結果の中に既定値以上のパワーの振動波を検出する。
【００１４】
本発明に係る接触状態判定方法は、第１の物体に対して振動波を発生する第１ステップと、振動波の発生の既定時間前に第２の物体の振動測定を開始する第２ステップと、既定の時間内の振動測定による結果の中に、既定値以上のパワーの振動波を検出することで、第１の物体と第２の物体との接触を判定する第３ステップとを少なくとも備える。
【００１５】
上記接触状態判定方法において、振動を発生させる振動生成手段を識別する識別情報とともに予告を通知し、解析手段は、通知された識別情報に対応して測定結果の中に既定値以上のパワーの振動波を検出する。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、第１の物体に対して振動波を発生し、この振動波の発生の既定時間前に第２の物体の振動測定を開始し、既定の時間内の振動測定による結果の中に、既定値以上のパワーの振動波を検出することで、接触状態を判定するようにしたので、対象となる物体間の接触状態を正確に検出できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における接触状態判定装置の構成を示す構成図である。この装置は、振動発生部１０１と、検出部１０５とを備える。振動発生部１０１は、振動生成部１０２，制御部１０３，および通信部１０４を備える。また、検出部１０５は、通信部１０６，解析部１０７，および振動検出部１０８を備える。例えば、振動発生部１０１は、物体Ａ（第１の物体）１１１に装着され、検出部１０５は、物体Ｂ（第２の物体）１１２に装着される。物体Ａ１１１および物体Ｂ１１２は、接触状態の検出対象である。なお、物体Ａ１１１の寸法が大きい場合、および物体Ａ１１１が振動波を伝播しにくい場合、物体Ａ１１１に対して複数の振動発生部１０１を装着すればよい。また同様に、物体Ｂ１１２に対しても、複数の検出部１０５を装着してもよい。
【００１８】
振動発生部１０１において、振動生成部１０２は、例えば、偏心したおもりを回転させる振動モータを備え、偏心したおもりを回転させることで振動波を発生させる。また、制御部１０３は、予め設定されている時刻または時間毎に、振動生成部１０２を動作させて振動波を発生させる。なお、音響スピーカと同様の方法で、磁石とコイルを組み合わせた装置に交流電流を流すことで物体表面に振動を発生させてもよく、物体の表面を小型のハンマーで打面するような装置によって物体に振動を発生させてもよい。また、振動発生部１０１は、振動生成部１０２に対する動作の指示に加え、自装置を識別する識別情報とともに振動波を発生させる時宜（タイミング）の情報を生成し、これを通信部１０４に送出させる。
【００１９】
例えば、振動発生部１０１は、識別情報とともに振動を発生させる旨の予告を送出し、この後の所定時間後に、振動生成部１０２に対して動作開始の指示を出す。また、振動生成部１０２は、制御部１０３からの動作開始の指示により、予め設定されている時間、振動波を発生（生成）する。また、複数の検出部１０５を用いている場合、振動発生部１０１は、上記通知を複数の検出部１０５に対して行う。この通知は、ブロードキャスト通信により、振動発生部１０１の既定の範囲内の周辺全ての検出部１０５に対して行うようにしてもよく、また、図示しない外部通信制御部を介し、この外部通信制御部に通知対象として設定されている検出部１０５に対して通知するようにしてもよい。
【００２０】
また、振動発生部１０１が、外部通信制御部から通知対象の検出部１０５の情報を取得し、取得した情報をもとに、対象となる検出部１０５に通知を行うようにしてもよい。いずれの場合においても、振動生成部１０２が振動を生成する前に通知を完了させる。また、上記外部通信制御部からの指示を通信部１０４で受け付けると、制御部１０３の制御により振動生成部１０２を動作させて振動を生成するようにしてもよい。この場合、例えば、外部通信制御部が、検出部１０５に振動発生の通知をした後、振動発生部１０１に振動生成の指示を行う。なお、複数の振動発生部１０１を用いる場合、振動発生の通知および振動の発生は、各振動発生部１０１で、異なるタイミングで行う。同じタイミングで振動発生を行うと、後述する振動検出が殿振動発生部からの振動かを区別することができなくなり、接触の判定が正確に行えなくなる。
【００２１】
検出部１０５において、振動検出部１０８は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）技術で作製された微小なばねに取り付けたおもりの変位を検出することで、加速度を測定（推定）する加速度センサーを備える。例えば、振動検出部１０８は、よく知られた３軸の加速度を検出する加速度センサーを備える。また、音響信号を捕らえるマイクを物体表面に設置して振動を検出してもよく、また、光ファイバを用いた歪みセンサにより振動を検出することも可能である。また、上述した加速度センサなど、いわゆるジャイロセンサとなる技術により、振動を検出することも可能である。
【００２２】
また、解析部１０７は、振動発生部１０１からの通知を受け付けると、振動波を検出する状態となり、振動検出部１０８を動作させて振動波の検出（測定）を行う。解析部１０７は、振動波を検出する状態に移行した後、既定の時間振動波が検出されない場合、この検出状態を終了する。
【００２３】
解析部１０７は、図２に示すように、振動パワー測定機能部１７１，ノイズ除去機能部１７２，振動区間検出機能部１７３，および判定機能部１７４を備える。
【００２４】
振動パワー測定機能部１７１は、振動検出部１０８で測定された加速度の絶対値より振動パワーｐ（ｔ）を計算する。例えば、振動検出部１０８が３軸の加速度を測定する加速度センサーの場合、測定される各加速度＜ａx（ｔ），ａy（ｔ），ａz（ｔ）＞の時刻ｔにおける振動パワーｐ（ｔ）を、以下の（１）式により計算する。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
また、３軸以外のｎ個の軸を持つセンサ（加速度センサに限らず）を用いる場合は、各々の軸の振動を示すデータをａ1（ｔ），ａ2（ｔ），・・・ａn（ｔ）とすると、振動パワーｐ（ｔ）は、以下の（２）式により計算する。
【００２７】
【数２】
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【００２８】
ノイズ除去機能部１７２は、振動パワー測定機能部１７１で測定された振動波の中より、振動発生部１０１より発生された振動より高周波の振動成分をノイズとして除去し、振動発生部１０１より発生された振動波に対応する低周波の成分を取り出す。例えば、移動平均フィルタを用いる方法，カルマンフィルタを用いる方法，および高周波フィルタを用いる方法などがある。例えば、移動平均フィルタを用いる場合、以下の（３）式により、時刻ｔのノイズ除去済みの振動パワーｐ’（ｔ）を計算する。
【００２９】
【数３】
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【００３０】
振動区間検出機能部１７３は、振動波が発生している時間（発生開始時刻ｔ0から終了時刻ｔ’0までの区間）Ｔ0＝［ｔ0，ｔ’0］を、ｐ’（ｔ）を用いて調べる。例えば、時刻ｔ0から時刻ｔ’0までの各振動パワーｐ’（ｔ）が予め設定されているθ（既定値）を超えている時刻ｔ0から時刻ｔ’0までのＴ0＝［ｔ0，ｔ’0］を、振動波が発生している区間として取り出す。ここで、振動区間検出機能部１７３は、複数の振動区間、例えば、区間Ｔ1および区間Ｔ2が検出され、これらの区間の間の時間が、予め設定されている時間λよりも小さい場合、区間Ｔ1および区間Ｔ2を合わせて１つの区間Ｔ1とする。
【００３１】
判定機能部１７４は、振動区間検出機能部１７３が求めた区間Ｔ＝［ｔ，ｔ’］における平均の振動パワーｐ（Ｔ）を、以下の（４）式により求め、上記θを基準にした振動パワーｐ（Ｔ）の大小により、物体Ａ１１１と物体Ｂ１１２との接触状態を判断（判定）する。例えば、振動パワーｐ（Ｔ）がθを超えていれば、物体Ａ１１１と物体Ｂ１１２とが接触しているものと判断する。
【００３２】
【数４】
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【００３３】
ここで、複数の振動発生部１０１および複数の検出部１０５を用いて、２つの物体の接触状態を検出する場合、ある振動発生部からの振動の検出結果では、「接触」と判定され、他の振動発生部からの振動の検出結果では「非接触」と判定される場合も起こりうる。例えば、物体Ａの上に物体Ｂが重ねられ、物体Ａおよび物体Ｂの両方に、振動発生部１０１および検出部１０５が装着されている場合を考える。この場合、物体Ｂに装着された検出部が、物体Ａに装着された振動発生部から発生された振動の検出を行い、物体Ａに装着された検出部が、物体Ｂに装着された振動発生部から発生された振動の検出を行うことになる。
【００３４】
ここで、振動波は、下方には伝わりにくい特性を有している。このため、両方の振動発生部から同じ出力の振動波が発生されていても、物体Ｂに装着されている検出部では既定値を超える振動パワーが検出されて「接触」と判定され、物体Ａに装着されている検出部では既定値を超える振動パワーが検出されずに「非接触」と判定される場合が発生する。このような場合は、「非接触」の判定よりも「接触」の判定を優先して採用すればよい。「接触」の判定を優先すれば、物体Ｂに装着されている検出部の判定を採用することになり、物体Ａと物体Ｂとが接触している状態を検出できる。
【００３５】
なお、上述したように複数の振動発生部を用いる場合、前述したように、各振動発生部からの振動発生の通知および振動の発生は、異なるタイミングで行う。また、解析部１０７では、各振動発生部から通知された識別情報に対応して測定結果の中に既定値以上の振動パワーの振動波を検出する。このようにすることで、複数の振動発生部から発生される振動波を、各々区別して測定（検出）して判定することができる。
【００３６】
また、解析部１０７は、上述したようにして判定した結果を、通信部１０６により送出する。ここで、通信部１０６が送出した判定結果は、前述した外部通信制御部を介し、他の装置に通知してもよい。また、振動パワーは、他の方法（計算）により求めてもよい。
【００３７】
次に、本実施の形態における接触状態判定装置の動作例について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
まず、振動発生部１０１より振動発生予告が送出される。この通知が検出部１０５（通信部１０６）で受け付けられると（ステップＳ３０１）、解析部１０７は、振動波を検出する状態に移行し（ステップＳ３０２）、振動検出部１０８を動作させる。一方、振動発生予告を送出した振動発生部１０１は、予告を送出したと、制御部１０３の制御により、振動生成部１０２を動作させ、物体Ａ１１１に対して振動波を発生させる。
【００３９】
動作の指示を受けた振動検出部１０８は、振動波の測定を開始する。この後、既定の時間振動波が検出されない場合（ステップＳ３０３）、この検出状態を終了し、判定機能部１７４が、「非接触状態」と判定する（ステップＳ３１０）。
【００４０】
一方、振動波を検出する状態に移行した後、既定の時間内に振動検出部１０８が振動（加速度）を検出すると（ステップＳ３０３）、振動パワー測定機能部１７１は、振動検出部１０８で測定された加速度の絶対値より振動パワーｐ（ｔ）を計算する（ステップ３０４）。次に、ノイズ除去機能部１７２が、測定された振動波の中より高周波の振動成分をノイズとして除去し、振動発生部１０１より発生された振動波に対応する低周波の成分を取り出す（ステップＳ３０５）。
【００４１】
次に、振動区間検出機能部１７３が、振動波が発生している区間を取り出す（ステップＳ３０６）。また、振動区間検出機能部１７３は、取り出した複数の振動区間の間の時間が、予め設定されている時間λよりも小さい区間は、合わせて１つの区間とする（ステップＳ３０７）。
【００４２】
次に、判定機能部１７４が、振動区間検出機能部１７３が求めた区間Ｔ＝［ｔ，ｔ’］における平均の振動パワーｐ（Ｔ）を求める（ステップＳ３０８）。次いで、θを基準にした振動パワーｐ（Ｔ）の大小により、物体Ａ１１１と物体Ｂ１１２との接触状態を判断（判定）する（ステップＳ３０９）。この判定で、振動パワーｐ（Ｔ）がθを超えていれば、物体Ａ１１１と物体Ｂ１１２とが接触しているものと判定する（ステップＳ３１１）。一方、動パワーｐ（Ｔ）がθ以下である場合、物体Ａ１１１と物体Ｂ１１２とは接触していないと判定する（ステップＳ３１０）。
【００４３】
以上に説明したように、本発明は、振動を利用して物体に接触状態を判別するようにしたところに特徴がある。物体に装着する振動発生部は、振動を発生させる直前に振動発生の予告を自機の識別情報とともに通知（配信）し、検出部は振動発生予告の通知を受け付けると、通知を受け付けた時点より一定時間内に検出した振動の情報をもとに接触状態を判別する。これにより、検出部が振動を検出したときに、どの深層部からの振動を検出したのかを識別することができ、接触状態にある物体の組を、高い精度で求めることができる。
【００４４】
次に、上述した実施の形態における接触状態判定装置を用いた接触状態の判定について実験をした結果について示す。まず、対象とする物体の材質として、木，鉄（Steel），アルミニウム，銅，陶器，ガラス，紙（段ボール，本），プラスティック（Acrylic，Urethane ），発泡スチロール（Foam polystyrene），合成繊維，皮革を用いる。
【００４５】
これらの物体において、振動発生部１０１（振動生成部１０２）と検出部１０５とを、各々、１０ｃｍ，２０ｃｍ，４０ｃｍ離れた状態に配置して測定を行う。この測定の結果、図４に示すように、各々振動パワーが測定された。なお、測定される振動パワーが「２．００」に達していない場合、振動が検出されないものとしている。
【００４６】
実験の結果より、振動の伝わり方により、材質を４つのグループに分ける。まず、振動が最も伝わりやすい材質は、グループＡとし、このグループは、上記間隔が４０ｃｍでも、振動が十分に伝播している。次に、上記間隔が短ければ振動が伝播する材質は、グループＢとする。また、上記距離が１０ｃｍの場合のみに振動が伝播する材質は、グループＣとする。このグループＣは、距離による振動伝播の減衰が大きい。最後に、振動がほとんど伝播せず、振動が検出されない材質は、グループＤとする。これらより、本実施の形態における接触状態判定は、グループＡおよびグループＢの物体について特に有効であることがわかる。また、グループＣの物体については、複数の振動発生部１０１および検出部１０５を用いた方がよいことがわかる。
【００４７】
次に、各グループより選択した物体と、屋内環境で使用される日用品との組み合わせにおいて、接触状態の検出の実験を行う。この事件では、物体および日用品の各々に、振動発生部１０１および検出部１０５を装着する。また、物体に装着した振動発生部１０１より生成した振動を、日用品に装着した検出部１０５で検出し、日用品に装着した振動発生部１０１より生成した振動を、物体に装着した検出部１０５で検出し、より強い振動パワーの検出された方を、物体と日用品との間の振動伝播パワーとする。この実験で、物体の上に日用品を載置し、物体側の振動発生部１０１および検出部１０５と、載置されている日用品との間隔を、１０ｃｍおよび２０ｃｍとする。
【００４８】
上記距離が１０ｃｍの場合、図５の３次元グラフに示すように、８８組の中で、棒グラフの高さがない状態で示されている８組が、検出されずに非接触と判断される。このように、これらの物体であれば、約９０．０％の精度で、「接触」状態を検出（判定）できる。特に、グループＡおよびグループＢの物体は、「Steel desk」と「Book」の組以外は、全て接触状態が判定され、極めてよい性能が示されている。
【００４９】
また、上記距離を２０ｃｍとした場合は、図６の３次元グラフに示すように、距離が１０ｃｍの場合に比較して、精度が低下している。例えば、グループＣおよびグループＤの物体との組み合わせでは、ほとんど検出されてない。従って、接触状態の判定精度を向上させるためには、振動発生部１０１と検出部１０５との距離を短くする、複数の振動発生部１０１および検出部１０５を用いるなどで対応することが重要となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態における接触状態判定装置の構成を示す構成図である。
【図２】解析部１０７の構成を示す構成図である。
【図３】本実施の形態における接触状態判定装置の動作例について説明するフローチャートである。
【図４】物体における振動伝播に関する実験の結果を示す特性図である。
【図５】各種の材料からなる物体間の接触状態を測定した実験結果を示す特性図である。
【図６】各種の材料からなる物体間の接触状態を測定した実験結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１…振動発生部、１０２…振動生成部、１０３…制御部、１０４…通信部、１０５…検出部、１０６…通信部、１０７…解析部、１０８…振動検出部、１１１…物体Ａ（第１の物体）、１１２…物体Ｂ（第２の物体）、１７１…振動パワー測定機能部、１７２…ノイズ除去機能部、１７３…振動区間検出機能部、１７４…判定機能部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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