(57)【要約】  【課題】  移動体の相対位置を高精度に計測して信頼性の高い追尾が可能な追尾システム、およびそれに用いられる自走体を提供する。  【解決手段】  移動体２に配置されたトランスポンダ２０とトランスポンダ２０を追尾する自走体１とを含む追尾システムである。（ｉ）自走体１は、時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を送信し、（ii）トランスポンダ２０は、第１の超音波を受信し、時間Ｔの経過後に第２の超音波を送信し、（iii）自走体１は、第２の超音波を受信することによってトランスポンダ２０の位置を推定する、というステップを含む位置推定処理が行われる。時間Ｔは、第２の超音波が、自走体１の周囲に存在する物体によって反射されて受信される第１の超音波と識別可能となるように設定される。そして、上記物体の存在状況に応じて時間Ｔが増減されるように、物体の存在状況に応じて時間Ｔに関する情報が決定される。【選択図】  図１
2006214992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に配置されたトランスポンダと前記トランスポンダの位置を推定して前記トランスポンダを追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、
前記自走体は第１の超音波送受信装置を備え、
前記トランスポンダは第２の超音波送受信装置を備え、
（ｉ）前記自走体は、時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を前記第１の超音波送受信装置から送信し、
（ii）前記トランスポンダは、前記第１の超音波を前記第２の超音波送受信装置で受信し、前記時間Ｔの経過後に第２の超音波を前記第２の超音波送受信装置から送信し、
（iii）前記自走体は、前記第２の超音波を前記第１の超音波送受信装置で受信することによって前記トランスポンダの位置を推定する、というステップを含む位置推定処理が行われ、
前記時間Ｔは、前記第２の超音波が、前記自走体の周囲に存在する物体によって反射されて前記第１の超音波送受信装置で受信される前記第１の超音波と識別可能となるように設定され、
前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔが増減されるように、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔに関する情報が決定されることを特徴とする追尾システム。
【請求項２】
前記時間Ｔは、前記物体で反射されて前記第１の超音波送受信装置で受信される前記第１の超音波が所定の強度よりも小さくなってから前記第２の超音波が前記第１の超音波送受信装置に到達するように設定される請求項１に記載の追尾システム。
【請求項３】
前記自走体は、
（ａ）前記第１の超音波送受信装置から第３の超音波を送信し、
（ｂ）前記物体で反射された前記第３の超音波を前記第１の超音波送受信装置で受信し、
（ｃ）前記第３の超音波を送信してから所定の強度以上の前記第３の超音波を受信するまでに要する時間のうち最大の時間ｄを入手し、
（ｄ）前記時間ｄに基づいて前記時間Ｔに関する情報を決定する、というステップを含む反射状況検知処理を実行する請求項１に記載の追尾システム。
【請求項４】
前記時間Ｔは、前記時間ｄに調整時間Ｍを加えた時間とされる請求項３に記載の追尾システム。
【請求項５】
前記自走体は、前記自走体と前記トランスポンダとの間を超音波が往復するのに要すると予想される時間ｔを算出し、
前記時間Ｔは、前記時間ｄから前記時間ｔを減じて調整時間Ｍを加えた時間とされる請求項３に記載の追尾システム。
【請求項６】
前記自走体は、
（Ａ）前記物体で反射された前記第１の超音波を前記第１の超音波送受信装置で受信し、
（Ｂ）前記第１の超音波を送信してから所定の強度以上の前記第１の超音波を受信するまでに要する時間のうち最大の時間ｄを入手し、
（Ｃ）前記時間ｄに基づいて前記時間Ｔに関する情報を決定する、というステップを含む反射状況検知処理を実行する請求項１に記載の追尾システム。
【請求項７】
前記物体のうち前記自走体から所定の距離内にある物体の存在状況のみを考慮して前記時間Ｔを増減する請求項１に記載の追尾システム。
【請求項８】
前記第１の超音波は、前記時間Ｔに関する情報をパルス数によってコード化された状態で含む超音波パルスである請求項１に記載の追尾システム。
【請求項９】
前記第１の超音波は、前記時間Ｔに関する情報をパルスの位相によってコード化された状態で含む超音波パルスである請求項１に記載の追尾システム。
【請求項１０】
前記反射状況検知処理を１回行ったのち前記位置推定処理を１回以上行うサイクルを繰り返す請求項１に記載の追尾システム。
【請求項１１】
前記移動体が人であり、前記自走体がカートである請求項１に記載の追尾システム。
【請求項１２】
前記第１の超音波の周波数と前記第２の超音波の周波数との差が、１０ｋＨｚ以下である請求項１に記載の追尾システム。
【請求項１３】
移動体に配置されたトランスポンダと前記トランスポンダの位置を推定して前記トランスポンダを追尾する自走体とを含む追尾システムに用いられる自走体において、
超音波送受信装置を備え、
（Ｉ）時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を前記超音波送受信装置から送信し、
（II）前記第１の超音波の受信から前記時間Ｔの経過後に前記第１の超音波に対する応答信号として前記トランスポンダから送信された第２の超音波を前記超音波送受信装置で受信することによって前記トランスポンダの位置を推定する、というステップを含む位置推定処理を実行し、
前記時間Ｔは、前記第２の超音波が、前記自走体の周囲に存在する物体によって反射されて前記超音波送受信装置で受信される前記第１の超音波と識別可能となるように設定され、
前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔが増減されるように、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔに関する情報が決定されることを特徴とする自走体。
【請求項１４】
（ａ）前記超音波送受信装置から第３の超音波を送信し、
（ｂ）前記物体で反射された前記第３の超音波を前記超音波送受信装置で受信し、
（ｃ）前記第３の超音波を送信してから所定の強度以上の前記第３の超音波を受信するまでに要する時間のうち最大の時間ｄを入手し、
（ｄ）前記時間ｄに基づいて前記時間Ｔに関する情報を決定する、というステップを含む反射状況検知処理を実行する請求項１３に記載の自走体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用した追尾システムおよびそれに用いられる自走体に関する。
【背景技術】
【０００２】
搬送ロボットなどの自律移動体（以後、「自走体」という場合がある）の動きを制御して、人などの移動体を追尾するシステムが、工場などで使用されている。このような追尾システムの一例として、超音波を用いて移動体の位置を計測する追尾装置が知られている。
【０００３】
一般に、これらの装置では、エコー方式とトランスポンダ方式とが用いられている。エコー方式では、自走体のみが超音波送受信器を備え、自走体から移動体に向かって超音波を送信し、移動体によって反射された超音波を自走体側で受信することによって、移動体の相対位置が計測される。一方、トランスポンダ方式では、移動体および自走体のそれぞれが超音波送受信器を備え、相互に超音波の送受信を行うことによって、移動体の相対位置が計測される。
【０００４】
自走体の周囲に移動体以外の物体が多数存在する場合、自走体から移動体に向けて超音波を送信すると、エコー方式においては、移動体からの反射超音波に加えて周囲に存在する物体（反射体）からの反射超音波が受信される。特に、移動体付近に反射体が存在すると、移動体による反射超音波と他の反射体による反射超音波とが重畳されて、移動体の相対位置の計測に大きな誤差が生じる場合がある。
【０００５】
トランスポンダ方式では、自走体の周囲に存在する反射体（移動体を含む）からの反射超音波が、移動体からの超音波信号と重畳される場合がある。その場合には、エコー方式と同様に、移動体の相対位置の計測に大きな誤差が生じることがある。
【０００６】
このような反射超音波の影響を除去するために、トランスポンダ方式の追尾装置において、移動体側の処理に遅延操作を導入した方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、移動体側の装置は、自走体からの超音波を受信した後、周囲に存在する反射体からの反射波が充分に減衰して移動体の相対位置の計測に影響を与えなくなるまでの所定の時間、移動体からの超音波の送信を遅延する。この遅延の時間は、どのような状況においても反射体からの反射波が伝搬時間の計測に影響を与えない程度まで充分に減衰するように設定される。そのため、自走体の周囲の状況の変化とは無関係に、不変の遅延時間が設定される。
【特許文献１】特公平７−３１２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方法では、反射体の存在状況にかかわらず、反射体からの反射超音波が充分に減衰する時間を考慮して遅延時間を設定しなければならないため、長い遅延時間を設定する必要があった。そのため、上記従来の方法では、移動体の相対位置の計測に時間がかかり、移動体が高速で移動すると信頼性の高い追尾走行が困難になる場合があった。
【０００８】
このような状況において、本発明は、移動体の相対位置を高精度に計測して信頼性の高い追尾が可能な追尾システム、およびそれに用いられる自走体を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の追尾システムは、移動体に配置されたトランスポンダと前記トランスポンダの位置を推定して前記トランスポンダを追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、前記自走体は第１の超音波送受信装置を備え、前記トランスポンダは第２の超音波送受信装置を備え、
（ｉ）前記自走体は、時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を前記第１の超音波送受信装置から送信し、
（ii）前記トランスポンダは、前記第１の超音波を前記第２の超音波送受信装置で受信し、前記時間Ｔの経過後に第２の超音波を前記第２の超音波送受信装置から送信し、
（iii）前記自走体は、前記第２の超音波を前記第１の超音波送受信装置で受信することによって前記トランスポンダの位置を推定する、というステップを含む位置推定処理が行われ、前記時間Ｔは、前記第２の超音波が、前記自走体の周囲に存在する物体によって反射されて前記第１の超音波送受信装置で受信される前記第１の超音波と識別可能となるように設定され、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔが増減されるように、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔに関する情報が決定されることを特徴とする。
【００１０】
なお、この明細書において、「超音波」とは、周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を意味する。
【００１１】
また、本発明の自走体は、移動体に配置されたトランスポンダと前記トランスポンダの位置を推定して前記トランスポンダを追尾する自走体とを含む追尾システムに用いられる自走体において、超音波送受信装置を備え、
（Ｉ）時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を前記超音波送受信装置から送信し、
（II）前記第１の超音波の受信から前記時間Ｔの経過後に前記第１の超音波に対する応答信号として前記トランスポンダから送信された第２の超音波を前記超音波送受信装置で受信することによって前記トランスポンダの位置を推定する、というステップを含む位置推定処理を実行し、前記時間Ｔは、前記第２の超音波が、前記自走体の周囲に存在する物体によって反射されて前記超音波送受信装置で受信される前記第１の超音波と識別可能となるように設定され、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔが増減されるように、前記物体の存在状況に応じて前記時間Ｔに関する情報が決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の追尾システムによれば、周囲環境における超音波の反射状況に応じて、移動体の相対位置を計測する計測周期を短くすることができる。このため、本発明によれば、移動体の相対位置を高精度に計測して信頼性の高い追尾が可能な追尾システム、およびそれに用いられる自走体が得られる。本発明のシステムは、自走体と自走体の周囲に存在する反射体との距離が短い場合に効果的である。また、本発明のシステムは、測定範囲内に移動体以外の反射体が存在しない状況が多い場合に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について例を挙げて説明する。
【００１４】
本発明の追尾システムは、移動体に配置されたトランスポンダとトランスポンダの位置を推定してトランスポンダを追尾する自走体とを含む。自走体は第１の超音波送受信装置を備え、トランスポンダは第２の超音波送受信装置を備える。このシステムでは、以下の（ｉ）〜（iii）の３つのステップを含む位置推定処理が行われる。
【００１５】
（ｉ）自走体は、時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を第１の超音波送受信装置から送信する。時間Ｔは、第２の超音波が、自走体の周囲に存在する物体（超音波の反射体）によって反射されて第１の超音波送受信装置で受信される第１の超音波と識別可能となるように設定される。また、時間Ｔは、自走体の周囲に存在する物体の存在状況に応じて増減される。そのように時間Ｔが増減されるように、自走体の周囲に存在する物体の存在状況に応じて時間Ｔに関する情報が決定される。自走体の周囲に存在する物体（超音波の反射体）の存在状況は、後述するように超音波を用いて検知できる。ただし、超音波以外の方法、たとえば撮像素子を用いる公知の方法で反射体の存在状況を検知してもよい。時間Ｔに関する情報は、時間Ｔを決定するのに必要な情報であればよく、時間Ｔそのものであってもよいし、時間Ｔを示唆する情報であってもよい。
【００１６】
（ii）トランスポンダは、第１の超音波を第２の超音波送受信装置で受信し、時間Ｔの経過後に第２の超音波を第２の超音波送受信装置から送信する。このとき、トランスポンダは、時間Ｔに関する情報を第１の超音波から入手する。
【００１７】
（iii）自走体は、第２の超音波を第１の超音波送受信装置で受信することによってトランスポンダの位置を推定する。第２の超音波の受信時刻からトランスポンダの距離と方位とを算出することができ、その結果、トランスポンダの相対位置を推定できる。このような処理によって推定されたトランスポンダの位置に基づき、自走体は、自走装置を制御して移動体を追尾する。なお、自走装置に特に限定はないが、たとえば、エンジンやモータなどの駆動装置と、それによって駆動される車輪とを備える。
【００１８】
上記超音波送受信装置は、超音波を送受信するための装置であり、超音波送信装置と超音波受信装置とを含む。超音波送信装置は超音波送信器を含み、それを駆動するための送信回路をさらに含んでもよい。超音波受信装置は超音波受信器を含み、それを駆動するための受信回路をさらに含んでもよい。なお、第１の超音波送受信装置は、通常、一定の距離を置いて配置された２個以上の超音波受信器を含む。２個以上の超音波受信器を用いることによって、到達した超音波の方向を特定できる。通常は、２個の超音波受信器が用いられる。その２個の超音波受信器は、通常、お互いを結ぶ直線が床面とほぼ平行となるように、一定の間隔（たとえば、１０ｃｍ〜１ｍ程度）をおいて配置される。
【００１９】
本発明の追尾システムでは、時間Ｔは、上記物体で反射されて第１の超音波送受信装置で受信される第１の超音波が所定の強度よりも小さくなってから第２の超音波が第１の超音波送受信装置に到達するように設定されてもよい。
【００２０】
また、本発明の追尾システムでは、自走体は、以下のステップを含む反射状況検知処理を実行してもよい。（ａ）第１の超音波送受信装置から第３の超音波を送信する。（ｂ）物体で反射された第３の超音波を第１の超音波送受信装置で受信する。（ｃ）第３の超音波を送信してから所定の強度以上の第３の超音波を受信するまでに要する時間のうち最大の時間ｄを入手する。（ｄ）時間ｄに基づいて時間Ｔに関する情報を決定する。
【００２１】
また、本発明の追尾システムでは、時間Ｔは、時間ｄに調整時間Ｍを加えた時間とされてもよい。
【００２２】
また、本発明の追尾システムでは、自走体は、自走体とトランスポンダとの間を超音波が往復するのに要すると予想される時間ｔを算出してもよい。そして、時間Ｔが、時間ｄから時間ｔを減じて調整時間Ｍを加えた時間とされてもよい。
【００２３】
上記調整時間Ｍは、トランスポンダの位置推定の信頼性を高めるために設定されるマージンの時間である。調整時間Ｍは、所定の時間に固定されてもよいし、追尾状況に応じて変化させてもよいが、所定の時間に固定する場合には処理が容易になる。調整時間Ｍは、たとえば、直前の位置推定処理における計測周期と、自走体の移動速度とを考慮して決定される。なお、調整時間Ｍは、正の時間であっても負の時間であってもよく、ゼロであってもよい。
【００２４】
また、本発明の追尾システムでは、自走体は、以下のステップを含む反射状況検知処理を実行してもよい。（Ａ）物体で反射された第１の超音波を第１の超音波送受信装置で受信する。（Ｂ）第１の超音波を送信してから所定の強度以上の第１の超音波を受信するまでに要する時間のうち最大の時間ｄを入手する。（Ｃ）時間ｄに基づいて時間Ｔに関する情報を決定する。
【００２５】
また、本発明の追尾システムでは、物体のうち自走体から所定の距離内にある物体の存在状況のみを考慮して時間Ｔを増減してもよい。その所定の距離（測定範囲）は、その距離内に存在する物体からの反射波が位置推定に影響を与えることを基準として決定される。すなわち、その測定範囲よりも遠い位置において反射される反射波は、位置推定への影響が少ない。
【００２６】
また、本発明の追尾システムでは、第１の超音波は、時間Ｔに関する情報をパルス数によってコード化された状態で含む超音波パルスであってもよい。
【００２７】
また、本発明の追尾システムでは、第１の超音波は、時間Ｔに関する情報をパルスの位相によってコード化された状態で含む超音波パルスであってもよい。
【００２８】
また、本発明の追尾システムでは、反射状況検知処理を１回行ったのち位置推定処理を１回以上行うサイクルを繰り返してもよい。通常、反射状況検知処理を１回行ってから位置推定処理を複数回行うサイクルを、繰り返して追尾が行われる。１回の反射状況検知処理に対して行われる位置推定処理の回数が多いほど、１回の位置推定処理に要する平均の時間を短縮できる。一方、位置推定処理の回数を多くすると、反射状況の変化に対応できない可能性が高くなり、追尾の信頼性が低下する場合がある。そのため、１回の反射状況検知処理に対して行われる位置推定処理の回数を、周囲の環境に応じて変化させることが好ましい。その方法の一例は実施形態２で説明される。
【００２９】
本発明の追尾システムでは、移動体が人であり、自走体がカートであってもよい。このようなシステムは、工場、ショッピングセンター、空港、駅など、人とともに荷物を搬送する必要がある状況で使用できる。
【００３０】
本発明の追尾システムでは、第１の超音波の周波数と第２の超音波の周波数との差が、１０ｋＨｚ以下（たとえば５ｋＨｚ以下）であってもよい。
【００３１】
また、本発明の自走体は、本発明の追尾システム、すなわち、移動体に配置されたトランスポンダとトランスポンダの位置を推定してトランスポンダを追尾する自走体とを含む追尾システムに用いられる自走体である。この自走体は、超音波送受信装置（第１の超音波送受信装置）を備える。この自走体は、以下の（Ｉ）および（II）の２つのステップを含む位置推定処理を実行する。
【００３２】
（Ｉ）時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む第１の超音波を超音波送受信装置から送信する。（II）第１の超音波の受信から時間Ｔの経過後に第１の超音波に対する応答信号としてトランスポンダから送信された第２の超音波を超音波送受信装置で受信することによってトランスポンダの位置を推定する、というステップを含む位置推定処理を実行する。時間Ｔは、第２の超音波が、自走体の周囲に存在する物体によって反射されて超音波送受信装置で受信される第１の超音波と識別可能となるように設定される。そして、上記物体の存在状況に応じて時間Ｔが増減されるように、物体の存在状況に応じて時間Ｔに関する情報が決定される。
【００３３】
上記（Ｉ）および（II）のステップは、それぞれ、上述した（ｉ）および（iii）のステップに対応する。本発明の自走体は、本発明の追尾システムについて説明した特徴を備えてもよい。たとえば、上記（ａ）〜（ｄ）のステップを含む反射状況検知処理を実行してもよい。
【００３４】
（実施形態１）
実施形態１における追尾システムの構成を図１に模式的に示す。移動体（人）２には、トランスポンダ２０が配置されている。自走体１は、トランスポンダ２０の位置を推定し、推定された位置に基づいて移動体２を追尾する。自走体１は、トランスポンダ２０の位置を推定するための追尾装置１０を備える。
【００３５】
追尾装置１０およびトランスポンダ２０の構成を、図２に模式的に示す。追尾装置１０は、第１の超音波送受信装置（第１の超音波送信装置１１および第１の超音波受信装置１２）を備える。超音波送信装置１１は、超音波送信器１１ａとそれに接続された送信回路１１ｂとを含む。超音波受信装置１２は、２つの超音波受信器１２ａおよび１２ｂと、それらに接続された受信回路１２ｃおよび１２ｄとを備える。超音波受信器１２ａおよび１２ｂは、それらを結ぶ直線が床面とほぼ平行になるように一定の間隔をおいて配置される。それらの装置およびセンサは、演算処理装置（ＣＰＵ）１３に接続される。演算処理装置１３は、所定のパラメータや測定されたデータを記憶するための記憶手段（メモリ）を内部に備えるか、あるいは外部の記憶装置に接続されている。演算処理装置１３は、受信された超音波信号を用いてトランスポンダ２０の相対位置を推定する。また、演算処理装置１３は、受信された超音波信号を用いて、自走体１の周囲に存在し超音波を反射する物体の存在状況を検知し、時間Ｔを決定する。
【００３６】
トランスポンダ２０は、第２の超音波送受信装置（第２の超音波送信装置２１および第２の超音波受信装置２２）を備える。超音波送信装置２１は、超音波送信器２１ａと送信回路２１ｂとを備える。超音波受信装置２２は、超音波受信器２２ａと受信回路２２ｂとを備える。これらの装置は、演算処理装置２３に接続される。
【００３７】
演算処理装置１３および２３は、送信回路を介して超音波送信器を駆動し、超音波を送信する。超音波送信装置１１からは第１の超音波Ｗ１と第３の超音波Ｗ３とが送信され、超音波送信装置２１からは第２の超音波Ｗ２が送信される。また、演算処理装置１３および２３は、超音波受信器で受信された超音波信号を、受信回路を介して入手し、その信号を分析する。超音波Ｗ１およびＷ３は超音波受信装置２２で受信され、超音波Ｗ２は超音波受信装置１２で受信される。また、図２に示すように、超音波を反射する物体３が追尾装置１０（自走体１）の周囲に存在すると、物体３で反射された超音波Ｗ１およびＷ３は、超音波受信器１２ａおよび１２ｂで受信される。また、超音波Ｗ１およびＷ３は、移動体２によっても反射されて超音波受信器１２ａおよび１２ｂで受信される。
【００３８】
なお、第１の超音波送受信装置は、第１の超音波送信装置１１以外の超音波送信装置を備えてもよく、超音波Ｗ１を送信する送信装置と、超音波Ｗ３を送信する送信装置とを別にしてもよい。また、第１の超音波送受信装置は、第１の超音波受信装置１２以外の超音波受信装置を備えてもよく、受信すべき超音波によって受信に用いる受信装置を変えてもよい。
【００３９】
超音波Ｗ１〜Ｗ３の周波数に特に限定はなく、測定環境に応じて好ましい周波数が選択される。移動体２が人である場合、通常の速度は時速４ｋｍ程度であり、最高速度は時速６ｋｍ程度（約１．６ｍ／ｓ）であると設定できる。その場合、自走体１の移動速度もほぼ人並みであればよく、追尾開始時の静止状態から自走体１が動き出す際の時間遅れ等を考慮すると、自走体１と移動体２との間の最大相対距離（測定限界）を５ｍ〜１０ｍ程度に設定すれば、スムースな追尾動作が可能である。この測定限界と大気中における超音波の減衰特性などを考慮すると、使用する超音波の周波数としては、１００ｋＨｚ以下が適している。
【００４０】
特定の状況では、追尾装置１０から送信される超音波Ｗ１の周波数とトランスポンダ２０から送信される超音波Ｗ２の周波数とが近接すること（たとえば両者の周波数差が１０ｋＨｚ以内）が要求される場合がある。そのような場合、従来の方法では、超音波Ｗ１の反射波による影響が特に問題となるが、本発明によれば超音波Ｗ１の反射波による影響を排除できる。したがって、超音波Ｗ１の周波数とＷ２の周波数は、同じであってもよいし、異なってもよい。ただし、超音波Ｗ１の周波数とＷ２の周波数差が１０ｋＨｚ以内とする場合、第１の超音波送受信装置と第２の超音波送受信装置に用いられる送信器、受信器、送信回路および受信回路は同じ特性のものでよいため、経済的であるという利点が得られる。
【００４１】
また、超音波Ｗ３の周波数は、超音波Ｗ１およびＷ２の周波数と同じであってもよいし異なってもよい。ただし、超音波Ｗ２の周波数とＷ３の周波数との差を１０ｋＨｚ以内とする場合、超音波受信器１２ａおよび１２ｂと、それらに接続された受信回路１２ｃおよび１２ｄの帯域を狭くすることができ、受信信号のＳ／Ｎが向上するという利点が得られる。
【００４２】
超音波送信器および超音波受信器としては、圧電セラミックのたわみ振動子を用いた超音波送信器および超音波受信器、あるいはＰＶＤＦ圧電高分子膜を振動子とした超音波送信器および超音波受信器などが利用できる。
【００４３】
超音波受信装置１２は、一定の間隔をおいて配置された２つの超音波受信器１２ａおよび１２ｂを備える。それぞれの受信器からトランスポンダ２０の超音波送信器２１ａまでの距離は、超音波の伝搬時間から算出できる。そして、超音波受信器１２ａから超音波送信器２１ａまでの距離と、超音波受信器１２ｂから超音波送信器２１ａまでの距離とが分かれば、追尾装置１０に対するトランスポンダ２０の距離および方位を算出できる。超音波受信器１２ａおよび１２ｂと、超音波送信器２１ａとの位置関係の一例を図３に示す。
【００４４】
図３において、トランスポンダ２０の超音波送信器２１ａと、自走体１の超音波受信器１２ａおよび１２ｂとによって三角形が構成されている。超音波受信器１２ａと超音波受信器１２ｂとは、所定の距離Ｌだけ離されて配置されている。超音波送信器２１ａと超音波受信器１２ａとは距離Ｌ１だけ離れており、超音波送信器２１ａと超音波受信器１２ｂとは距離Ｌ２だけ離れていると仮定する。距離Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、超音波の伝搬に要する時間と、空中の音速とを用いて推定される。超音波の伝搬に要する時間は、超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２を受信するまでに要する時間と、トランスポンダ２０での処理に要する時間とを考慮して算出される。距離Ｌ１、Ｌ２およびＬが明らかになると、超音波送信器２１ａと超音波受信器１２ａと超音波受信器１２ｂとによって形成される三角形は一義的に決まる。そのため、それらの距離から、追尾装置１０に対するトランスポンダ２０の距離および相対方位が、三角関数を用いて簡単に求められる。
【００４５】
実施形態１の追尾システムでは、１回の反射状況検知処理と、１回以上（好ましくは複数回）の位置推定処理とが交互に行われる。反射状況検知処理によって、自走体１の周囲に存在し超音波を反射する物体の存在状況が検知され、時間Ｔに関する情報が入手される。また、位置推定処理によって、追尾装置１０に対するトランスポンダ２０の相対位置が推定される。
【００４６】
反射状況検知処理における自走体１（追尾装置１０）の動作の概略を図４のフローチャートに示す。まず、自走体１（追尾装置１０）は、第３の超音波Ｗ３を送信（放射）する（Ｓ４１）。
【００４７】
第３の超音波Ｗ３は、自走体１の周囲に存在する物体（移動体２および物体３）によって反射される。追尾装置１０は、超音波Ｗ３の反射波を受信することによって、時間ｄを入手する（Ｓ４２）。時間ｄは、超音波Ｗ３を送信してから所定の強度以上の反射波が受信されるまでの時間のうち、最大の時間である。ここで、所定の強度とは、超音波Ｗ２との識別が困難となる強度である。このとき、設定された測定範囲内（測定限界内）に存在する物体による反射波の信号のみを用いて時間ｄが決定される。すなわち、測定範囲内からの反射波が到達すると予測される時間が経過したときには、次のステップに移行する。
【００４８】
次に、自走体１は、時間ｄを用いて時間Ｔに関する情報を決定する（Ｓ４３）。時間Ｔは、トランスポンダ２０による第２の超音波Ｗ２の送信を遅延させる時間である。この時間Ｔは、自走体１の周囲に存在する物体３の存在状況に応じて増減される。特公平７−３１２４４号公報に記載の従来の追尾装置では、自走体１の周囲に存在する物体の存在状況にかかわらず、固定された遅延時間だけ第２の超音波Ｗ２の送信が遅延される。この従来の装置では、どのような状況においても反射体からの反射波が伝搬時間の計測に影響を与えない程度まで充分に減衰するように遅延時間が設定される。そのため、ほとんどの状況では、その状況で実際に必要とされる遅延時間よりも設定された遅延時間の方が長くなり、その結果、トランスポンダ２０の位置推定に要する時間が長くなる。これに対して、本発明の追尾システムでは、自走体１の周囲に存在する物体の存在状況に応じて時間Ｔを増減させるため、不必要に長い遅延時間が設定されることを防止でき、トランスポンダ２０の位置推定に要する時間を短縮できる。
【００４９】
超音波Ｗ１に含まれる時間Ｔに関する情報は、時間Ｔを決定するのに必要な情報を含んでいればよく、たとえば、時間ｄを表す情報であってもよいし、時間Ｔそのものを表す情報であってもよい。以下では、時間Ｔに関する情報が時間Ｔそのものである場合を主に説明する。
【００５０】
超音波Ｗ１を送信してから時間ｄが経過した以降に超音波Ｗ２が自走体１に到達すれば、超音波Ｗ１の反射波の影響を受けずに超音波Ｗ２を受信することが可能となる。そのため、時間ｄに基づいて時間Ｔを決定することが可能である。
【００５１】
時間Ｔを決定したのち、位置推定処理が行われる。位置推定処理における自走体１（追尾装置１０）の動作の概略を図４のフローチャートに示す。まず、追尾装置１０の超音波送信器１１ａから、第１の超音波Ｗ１が送信される（Ｓ４４）。超音波Ｗ１は、時間Ｔ（０≦Ｔ）に関する情報を含む。
【００５２】
超音波Ｗ１の受信を検知したトランスポンダ２０の演算処理装置２３は、超音波Ｗ１に含まれる時間Ｔに関する情報を読み取る。そして、トランスポンダ２０は、時間Ｔの経過後に第２の超音波Ｗ２が送信されるように、送信回路２１ｂに駆動命令を送る。送信回路２１ｂによって駆動された超音波送信器２１ａは、第２の超音波Ｗ２を送信する。このとき、物体３によって反射されて超音波受信装置１２で受信される超音波Ｗ１が十分に減衰してから超音波Ｗ２が超音波受信装置１２に到達するように、時間Ｔが設定されている。トランスポンダ２０の動作の具体的な一例については実施形態２で説明する。
【００５３】
追尾装置１０は、超音波Ｗ２を受信する（Ｓ４５）。超音波Ｗ２は、超音波Ｗ１の反射波が十分に減衰したのちに受信されるため、超音波Ｗ１の反射波と超音波Ｗ２とが干渉してトランスポンダ２０の位置推定が困難になることが抑制される。自走体１は、受信した信号を分析してトランスポンダ２０の相対位置を算出し、出力する（Ｓ４６）。相対位置データは、自走体１の走行制御部（図示せず）に送られ、追尾走行が制御される。
【００５４】
次に、反射状況検知処理を行うか否かの判断を行う（Ｓ４７）。反射状況検知処理を行う場合には反射状況検知処理に移行し、そうでない場合には位置推定処理を再度行う。この判断に関して、１回の反射状況検知処理に対する位置推定処理の回数を予め決めておいてもよい。また、周囲の状況の変化に応じていずれの処理を実行するかを判断してもよい。そのような判断の一例は、実施形態２で説明する。このようにしてトランスポンダ２０の位置の推定と、それに基づく追尾とが実行される。
【００５５】
時間Ｔに関する情報は、様々な形態で超音波Ｗ１に含ませることができ、公知の方法を適用できる。１つの例では、超音波Ｗ１は、１以上の超音波パルスで構成される。この場合、たとえば、時間Ｔを適当な範囲で離散化し、それぞれに固有のパルス数を対応させればよい。追尾装置１０とトランスポンダ２０との間の最大距離を５ｍとする場合、遅延時間は距離換算で５ｍ程度を想定すれば充分である。このとき、設定すべき遅延時間（時間Ｔ）を距離換算して１ｍ単位で分割すると、５個のレベルに分割される。たとえば、０〜１ｍは２バースト波、１ｍ〜２ｍは３バースト波、２ｍ〜３ｍは４バースト波、３ｍ〜４ｍは５バースト波、４ｍ〜５ｍは６バースト波が対応するように設定できる。このようにパルス列で構成される超音波Ｗ１を送信することによって、時間Ｔに関する情報を送信できる。
【００５６】
図５に、１ｍ〜２ｍに対応する３バースト波の一例を示す。超音波Ｗ１は、３つの超音波パルス５１ａ〜５１ｃで構成される。この例では、時間Ｔに関する情報はパルス列によるコード化されている。追尾装置１０とトランスポンダ２０とは、パルス列のコード化情報を共有する。追尾装置１０とトランスポンダ２０とがコード化の方法に関する情報を共有する限り、各種のコード化が適用可能である。
【００５７】
超音波Ｗ１とは異なり、反射状況検知用の超音波Ｗ３は、周囲環境における反射体の存在範囲が計測できる超音波であればよく、特定の情報を含む必要はない。しかし、超音波Ｗ３と超音波Ｗ１とは識別可能であることが必要である。超音波Ｗ１が上述したバースト波で構成される場合、超音波Ｗ３を、たとえば単発の超音波パルスとすることによって、超音波Ｗ１と超音波Ｗ３とを区別できる。
【００５８】
超音波Ｗ１の別の一例を、図６に示す。図６の超音波Ｗ１では、遅延時間（時間Ｔ）に関する情報が、超音波パルスの位相によってコード化されている。図６（ａ）は追尾装置１０の超音波送信器の駆動波形を示し、図６（ｂ）はトランスポンダ２０における受信波形を示し、図６（ｃ）はトランスポンダ２０における位相検波信号を示している。図６（ａ）に示すように、途中で位相が反転する駆動波形を用いて超音波Ｗ１が送信される。その結果、図６（ｃ）に示すように、位相検波信号は正から負へ１回反転する。
【００５９】
位相によって情報をコード化する場合においても、パルス列によって情報をコード化する場合と同様に、遅延時間情報を適当な範囲で離散化して、それぞれに位相の反転数を対応させればよい。追尾装置１０とトランスポンダ２０との間の最大距離を５ｍとする場合、設定すべき遅延時間を距離換算して１ｍ単位で分割すると、たとえば、０〜１ｍは１位相反転、１ｍ〜２ｍは２位相反転、２ｍ〜３ｍは３位相反転、３ｍ〜４ｍは４位相反転、４ｍ〜５ｍは５位相反転と設定できる。この場合、超音波Ｗ３には、たとえば、位相反転がない超音波パルスを用いることができる。
【００６０】
以下、具体的な状況における超音波の受信状態と、それに基づいて設定される時間Ｔとの関係について説明する。測定可能範囲に、移動体２以外の物体３（障害物）が存在する状況の一例を、図７（ａ）に模式的に示す。物体３は、超音波を反射する物体であり、たとえば通行人や柱などの障害物である。図７（ａ）では、測定範囲７０が５ｍの範囲であり、追尾装置１０（自走体１）と物体３との間の距離が約５ｍであり、追尾装置１０とトランスポンダ２０（移動体２）との間の距離が約２．５ｍである場合を仮定している。
【００６１】
図７（ａ）の状態における超音波の受信状況と、時間Ｔの決定方法について図７（ｂ）に模式的に示す。図７（ａ）の状態では、超音波Ｗ３を送信してから約１５ミリ秒後に移動体２による反射波７１が観測され、約３０ミリ秒後に物体３による反射波７２が観測される。受信された反射波７２が所定の強度以上で受信される時間が、約２．５ミリ秒であったと仮定する。これらの反射波を観測することによって、超音波Ｗ３を送信してから所定の強度以上の反射波を受信するまでの時間のうち、最大の時間ｄ（約３２．５ミリ秒）が入手される。
【００６２】
一方、図７（ａ）の状態では、追尾装置１０からトランスポンダ２０へ超音波が移動するのに要する時間と、トランスポンダ２０から追尾装置１０へ超音波が移動するのに要する時間との合計の時間は、約１５ミリ秒である。この時間は、時間ｔとして予測される時間であり、直前の位置推定処理において決定された追尾装置１０とトランスポンダ２０との間の距離に基づいて予測できる。ここでは、直前の位置推定処理において決定された追尾装置１０とトランスポンダ２０との間の距離が、図７（ａ）の状況と同じ約２．５ｍであったと仮定する。この場合、予測される時間ｔは約１５ミリ秒である。なお、移動体２の移動速度が最大１．６ｍ／秒程度である場合、前回の位置推定処理から次回の位置推定処理までに移動する距離は数十センチメートル以下と見積もられる。そのため、実際の測定でも、予測される時間ｔの誤差は小さい。なお、追尾開始の最初の反射状況検知処理では、時間ｔを決定するための情報が存在しないため、初回のみは、たとえば時間ｔをゼロとして時間Ｔを算出してもよい。
【００６３】
トランスポンダ２０における信号処理に要する時間などを考慮しない場合、最低限必要だと予測される遅延時間は、時間ｄから時間ｔを減じて得られる約１７．５ミリ秒である。超音波Ｗ１が追尾装置１０からトランスポンダ２０に伝搬し、超音波Ｗ２がトランスポンダ２０から追尾装置１０に伝搬するまでに時間ｔ（約１５ミリ秒）を要する。そのため、遅延時間を１７．５ミリ秒よりも大きくすると、超音波Ｗ１を送信してから約３２．５ミリ秒経過した以降に超音波Ｗ２が追尾装置１０で受信される。したがって、超音波Ｗ１の反射波が十分に減衰してから超音波Ｗ２が追尾装置１０で受信される。
【００６４】
実施形態１の処理では、最低限必要な遅延時間に、マージンの時間である調整時間Ｍ（たとえば３ミリ秒）を加えて時間Ｔとする。調整時間Ｍは、予測される時間ｔと実際の時間との誤差や、反射状況検知処理の実行から位置推定処理の実行までにおける状態の変化などを考慮して決定される。なお、調整時間Ｍの決定の際に、信号処理に要する時間などを考慮してもよい。たとえば、トランスポンダ２０における信号の処理に要する時間がマージンの時間よりも大きい場合には、調整時間Ｍを負の時間としてもよい。調整時間Ｍの値によっては、時間Ｔがゼロとなる場合がある。
【００６５】
調整時間Ｍを３ミリ秒とすると、超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２を受信するまでに要する時間は、時間ｄと調整時間Ｍとの合計の時間（約３５．５ミリ秒）であり、その時間の近傍で超音波Ｗ２の波７３（図７（ｂ）参照）が受信される。一方、反射状況を検知しない従来の方法では、測定範囲内からの反射波を受信する可能性がある時間だけ超音波Ｗ２の送信を遅延する必要がある。そのため、従来の方法における遅延時間は、調整時間をゼロとしても約３２．５ミリ秒となり、調整時間を３ミリ秒とすると約３５．５ミリ秒となる。従来の方法においても超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２を受信するまでに要する時間は遅延時間と時間ｔとの合計以上であり、約４７．５ミリ秒以上となる。このように、超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２を受信するまでに要する時間は、従来の方法では約４７．５ミリ秒以上であるのに対し、本発明の方法では約３５．５ミリ秒である。
【００６６】
次に、図８（ａ）の状況における処理について説明する。図８（ａ）では、追尾装置１０（自走体１）と物体３との間の距離が約２ｍであり、追尾装置１０とトランスポンダ２０（移動体２）との間の距離が約３．５ｍである場合を仮定している。図８（ａ）の状況における超音波の受信状態と、それに基づいて設定される時間Ｔとの関係を、図８（ｂ）に示す。
【００６７】
図８（ａ）の状態では、超音波Ｗ１を送信してから約１２ミリ秒後に物体３による反射波８１が観測され、約２１ミリ秒後に移動体２による反射波８２が観測される。受信された反射波８２が所定の強度以上で受信される時間が、約２．５ミリ秒であったと仮定する。これらの反射波を観測することによって、時間ｄ（約２３．５ミリ秒）が入手される。
【００６８】
一方、追尾装置１０とトランスポンダ２０との間を超音波が往復するのに要すると予測される時間ｔは、直前の位置推定処理から約２１ミリ秒であったと仮定する。この場合に、最低限必要だと予測される遅延時間は、時間ｄから時間ｔを減じて得られる約２．５ミリ秒である。すなわち、図８（ａ）の場合、反射波８２の時間幅が、最低限必要だと予測される遅延時間となる。実施形態１の処理では、最低限必要な遅延時間に、調整時間Ｍ（たとえば３ミリ秒）を加えて、時間Ｔは約５．５ミリ秒となる。なお、トランスポンダ２０における信号処理に要する時間が２．５ミリ秒よりも大きい場合には、時間Ｔをゼロとしてもよい。
【００６９】
本発明の追尾システムでは、図８（ａ）の状況において超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２の波８３（図８（ｂ）参照）を受信するまでに要する時間は、時間ｄ（約２３．５ミリ秒）に調整時間Ｍ（３ミリ秒）を加えた約２６．５ミリ秒の近傍である。一方、反射状況を検知しない従来の方法では、固定された遅延時間（約３２．５ミリ秒以上）と時間ｔ（約２１ミリ秒）との合計以上の時間（約５３．５ミリ秒以上）を要する。このように、超音波Ｗ１を送信してから超音波Ｗ２を受信するまでに要する時間は、従来の方法では約５３．５ミリ秒以上であるのに対し、本発明の方法では約２６．５ミリ秒である。
【００７０】
以上のように、図８（ａ）の状況では、図７（ａ）の状況に比べて、遅延時間を固定する従来の方法に対する本発明の効果がさらに大きくなる。本発明の追尾システムでは、自走体１と反射体（移動体２およびその他の物体）との距離が近いほど、遅延時間を固定する従来の方法に比べて、トランスポンダ２０の位置推定に要する時間を大きく短縮することが可能である。したがって、本発明の追尾システムは、自走体１の周囲に移動体２以外の物体が存在せず、自走体１と移動体２との間の距離が短い場合に特に効果的である。
【００７１】
このように、本発明の追尾システムでは、トランスポンダ２０からの超音波Ｗ２の送信を遅延する時間Ｔを、自走体１の周囲に存在する物体の存在状況に応じて増減させる。その結果、従来の方法よりも短時間で超音波の送受信を行ってトランスポンダ２０の位置を高精度に推定することが可能である。
【００７２】
なお、上記方法では、［時間Ｔ］＝［時間ｄ］−［時間ｔ］＋［調整時間Ｍ］としたが、［時間Ｔ］＝［時間ｄ］＋［調整時間Ｍ］として時間Ｔを算出してもよい。この場合も、自走体１の周囲の状況によって時間ｄが短縮されるため、状況によっては従来の方法よりも短時間に位置推定処理を行うことが可能である。たとえば、図７（ａ）の状況では、時間Ｔは３５．５ミリ秒で従来の方法と同じであるが、図８（ａ）の状況では、時間Ｔは２６．５ミリ秒で従来の方法よりも短くできる。
【００７３】
また、上記説明では、超音波Ｗ１と超音波Ｗ３とを別々のものとする場合について説明したが、超音波Ｗ１の反射波を用いて反射状況検知処理を行ってもよい。この場合、反射状況検知処理と位置推定処理とは平行して行われる。この場合の位置推定処理では、直前の位置推定処理と平行して行われた反射状況検知処理によって検知された反射状況に基づいて時間Ｔが決定される。
【００７４】
（実施形態２）
実施形態２では、処理の一例についてより詳細に説明する。なお、実施形態１と同様の部分、たとえば追尾装置１０およびトランスポンダ２０の構成、および送信される超音波などについては、重複する説明を省略する。
【００７５】
実施形態２の反射状況検知処理９０および位置推定処理１００における自走体１（追尾装置１０）の動作を図９のフローチャートに示す。
【００７６】
追尾装置１０は、反射状況を検知する処理を行う。まず、第３の超音波Ｗ３を送信する（Ｓ９１）。超音波送信装置１１から送信された超音波Ｗ３が超音波受信装置１２で直接受信されて、それが障害物による反射波であると誤認されることを防止するため、超音波受信装置１２による受信が一定時間停止される（Ｓ９２）。その後、超音波受信装置１２は受信待ち状態となる。
【００７７】
超音波Ｗ３は、自走体１の周囲に存在する物体、たとえば図７（ａ）の物体３、によって反射され、超音波受信器１２ａおよび１２ｂで受信される。演算処理装置１３は、２つの受信器で受信された反射波を分析し、一定レベル以上の反射波を受信したか否かを判断する（Ｓ９３）。受信がなければ、ステップＳ９５に移行する。一定レベル以上の反射波が受信されたと判断された場合、受信された反射波を分析して、その反射波をうみだした物体（反射体）と追尾装置１０との間の距離データを出力する（Ｓ９４）。距離データは、超音波Ｗ３の送信から受信までに経過した時間と音速とから算出される。実施形態２の追尾装置１０は２個の超音波受信器を有するため、１つの反射体に対して２つの距離データが得られるが、２個の距離データのうち遠い方が選択される。
【００７８】
次に、超音波Ｗ３の送信から経過した時間が、設定した測定範囲内に対応する時間よりも大きいか否かを判定する（Ｓ９５）。経過時間が測定範囲内である場合、再度受信まち状態となる。そして、新たな反射波が受信されるたびに距離データが更新される（Ｓ９４）。
【００７９】
上記の処理によって、初期に設定された測定範囲内において測定に影響を与えると予想されるもっとも遠い反射体の距離が推定できる。推定された反射体の距離に関するデータをもとに、時間Ｔ（遅延時間）と、時間Ｔの情報を含む超音波Ｗ１の送信波形とが決定される（Ｓ９６）。これらは、実施形態１で説明した方法で決定される。次に、位置推定処理１００における受信停止時間（Ｓ１０２参照）と、位置推定処理１００の繰り返し実行回数と、自走体１の移動範囲とを決定する（Ｓ９７）。
【００８０】
上記の反射状況検知処理９０が行われたのち、位置推定処理１００が行われる。まず、反射状況検知処理９０で決定された送信波形を有する第１の超音波Ｗ１が送信される（Ｓ１０１）。送信後、超音波Ｗ１の反射波を受信することによる影響を排除するため、一定時間、超音波の受信を停止する（Ｓ１０２）。
【００８１】
超音波Ｗ１を受信したトランスポンダ２０は、超音波Ｗ１に含まれる情報を読み取り、時間Ｔ（０≦Ｔ）の経過後、第２の超音波Ｗ２を送信する。受信待ちの状態となっている追尾装置１０は、測定範囲内に相当する時間が経過するまで、超音波受信器１２ａおよび１２ｂによる超音波Ｗ２の受信をモニタする（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。
【００８２】
反射状況検知処理９０および位置推定処理１００における受信信号の有無の判断（Ｓ９３、Ｓ１０３）の方法、およびその受信信号の到達時刻の計測の方法について特に限定はなく、公知の方法を適用できる。たとえば、受信信号の振幅が所定のしきい値を超えた場合に受信したと判断する方法を用いてもよい。また、各受信信号に対応する送信信号波形を想定してそれを参照信号とし、相互の相関処理を行い、相関のピーク値から判断する方法を適用してもよい。
【００８３】
超音波Ｗ２の信号が受信されると、超音波受信器１２ａおよび１２ｂにおける信号の到達時間を用いて、トランスポンダ２０の距離および方位が算出され、そのデータが出力される（Ｓ１０５）。一方、測定範囲内において超音波Ｗ２の信号が受信されなかった場合、測定エラーであるとしてエラーフラグが出力され（Ｓ１０６）、次のステップに移行する。
【００８４】
距離および方位データの出力、またはエラーフラグの出力が行われたのち、反射状況検知処理９０において決定された、位置推定処理１００の実行回数および移動範囲を超えていないかどうかを判定する（Ｓ１０７）。それらのいずれか一方を越えていた場合、反射状況検知処理９０に移行する。また、それらの両方が設定された範囲内である場合には、再度、位置推定処理１００が行われる。このように、自走体１による移動体２の追尾が終了するまで、１回の反射状況検知処理９０と１回以上の位置推定処理１００とが交互に繰り返される。
【００８５】
以下に、反射状況検知処理と位置推定処理との切り替えについて説明する。一例として、調整時間Ｍの間に超音波が伝搬する距離を１ｍとし、自走体の移動速度を１ｍ／秒とし、位置推定処理の現在の計測周期を３０Ｈｚと仮定する。調整時間Ｍの間に超音波が伝搬する片道の距離（マージン距離）は、１ｍの半分で５０ｃｍである。また、計測周期あたりの自走体の移動距離は、約３．３ｃｍである。
【００８６】
上記仮定のもとで、自走体の移動によって反射体が新たに出現することを想定すると、一例では、マージン距離の１／２である２５ｃｍの距離を自走体が進むごとに反射状況検知処理を行えばよい。２５ｃｍの距離を自走体が進む間に実施可能な位置推定処理は、約７．５回である。そのため、反射状況検知処理を１回行ったのち位置推定処理を７回行うサイクルを１つのサイクルとして繰り返して追尾を行えばよい。追尾システムが稼働する実際の環境において、自走体が２５ｃｍ移動する間に、反射体の状況が急激に変わることは稀である。また、３０Ｈｚの７周期は約０．２３秒であり、その短時間に、自走体と移動体との間の距離がマージン距離以上の範囲で急激に変化することもほぼ考えられない。そのため、上記の設定によって良好な追尾動作を実現できる。
【００８７】
超音波の反射体となる障害物がほぼ無視できる環境において追尾が行われる場合、高速での追尾が可能である。しかし、良好な追尾を実現するためには、移動体２の移動速度が大きくなるほど相対位置の計測を高速に行う必要がある。したがって、そのような状況においては、調整時間Ｍを短めに設定することが好ましい。一方、多数の障害物が存在するような状況、たとえば屋内の通路等において追尾が行われる場合、遅延時間が長くなることが予想される。しかし、そのような状況では、移動体２の移動速度も環境に合わせて遅くなる傾向にある。したがって、計測周期は遅くなるが、調整時間Ｍを長めに設定することが好ましい。これによって、トランスポンダ２０の位置推定の精度を確保しながら追尾を実行できる。
【００８８】
自走体の周囲に多数の反射体が存在し且つ自走体と反射体との距離が長くて計測周期が長い場合や、自走体および移動体の移動速度がより高速になった場合には、調整時間Ｍ（マージン距離）を長めに設定することによって対処できる。また、追尾される移動体２の近傍に、人などの他の移動体が不意に出現し、マージン距離内に新たな予想外の反射信号が発生することによって、移動体２の相対位置の推定に大きな誤差が生じる場合がある。そのような状況では、現在の位置推定処理における推定値と、それ以前の位置推定処理における推定値との間に不整合（不連続性）が生じる。そのような不整合が生じた場合には、位置推定処理から反射状況検知処理へ移行して、周囲の反射状況に関する情報を再取得することが好ましい。そして、不整合が生じる以前の過去の相対位置データを考慮して、マージン距離（調整時間Ｍ）や遅延時間（時間Ｔ）などの設定を更新すればよい。
【００８９】
このように、本発明の追尾システムでは、反射状況検知処理と位置推定処理とを、周囲の状況に応じて切り替えてもよい。なお、通常におけるそれらの切り替えの判断は、時間Ｔの決定の際に用いられるマージンの時間（調整時間Ｍ）、自走体の移動速度、および現在の計測周期を基本パラメータとして行うことができる。
【００９０】
次に、移動体２（トランスポンダ２０）における処理を、図１０のフローチャートを用いて説明する。追尾システムが起動すると、トランスポンダ２０は受信待ちの状態となり、超音波信号が受信されたか否かをモニタする（Ｓ１１１）。
【００９１】
そして、超音波を受信した場合には、受信した信号の波形解析を行う（Ｓ１１２）。次に、波形解析の結果に基づき、受信した信号が位置推定用の超音波Ｗ１であるか否かを判断する（Ｓ１１３）。受信した信号が超音波Ｗ１の信号でないと判断された場合には、受信待ちの状態に戻る。一方、受信した信号が超音波Ｗ１の信号であると判断された場合には、波形解析（Ｓ１１２）によって抽出された、時間Ｔに関する情報を用い、時間Ｔを設定する（Ｓ１１４）。
【００９２】
次に、時間Ｔが経過するまで、処理を遅延する（Ｓ１１５）。次に、第２の超音波Ｗ２を送信する（Ｓ１１６）。超音波Ｗ２がトランスポンダ２０の超音波受信器２２ａで直接受信されることを防止するため、超音波Ｗ２を送信したのち一定期間、超音波受信器２２ａによる受信を停止する（Ｓ１１７）。その後、受信待ちの状態に戻る。このようにして、トランスポンダ２０側の処理が行われる。
【００９３】
以下に、波形解析（Ｓ１１２）の方法の一例について説明する。図１１（ａ）は、超音波受信器２２ａで受信される超音波Ｗ１の波形と、トランスポンダ２０の制御の状態を示すタイムチャートである。
【００９４】
超音波Ｗ１は、時刻１２１において最初に受信される。この超音波Ｗ１は、時間Ｔに関する情報をパルス列の数でコード化された形で含み、具体的には３つのパルス列からなる。受信された波形のデータに対して、波形解析（Ｓ１１２）が実行される。以下、図１１（ｂ）のフローチャートに従い、波形解析の処理の一例を説明する。
【００９５】
トランスポンダ２０が受信待ちの状態であるときに最初の信号が受信されると、その受信の時刻１２１が記録される（Ｓ１１２ａ）。次に、一定時間、受信を停止する（Ｓ１１２ｂ）。この受信停止時間は、信号のコード化の規則に応じて予め設定されている。受信停止時間の経過後、再度、所定の期間の間受信待ちの状態となる。図１１（ａ）に受信待ち期間１２２を示す。この受信待ち期間に信号が受信されたか否かが判断される（Ｓ１１２ｃ）。受信待ち期間中に信号を受信したと判断された場合には、受信回数のカウント数を増加し（Ｓ１１２ｄ）、最初の信号を含めてカウント数を２とする。カウント数の増加後、以前のステップ（Ｓ１１２ｂ）に戻り、新たに信号を受信するたびにカウント数を増加する。受信待ち期間中に信号が受信されなかった場合には、波形解析の処理を終了し、次のステップに移行する。
【００９６】
上記のプロセスによってカウントした受信回数に基づき、受信された信号が位置推定用の超音波Ｗ１であるかどうかを判断できる。たとえば、図５において説明したコード化規則の一例では、カウントした受信回数が２回以上であれば超音波Ｗ１であると判断し、受信回数に応じて時間Ｔに関する情報を得ることができる。
【００９７】
図１１では、パルス列の数を用いて時間Ｔに関する情報をコード化した場合について説明した。一方、位相の反転回数を用いて時間Ｔに関する情報をコード化する場合には、トランスポンダ２０の受信回路２２ａに位相検波回路を組み込むことによって、位相の反転数をカウントできる。この場合も、パルス列を用いる場合と同様に、受信された信号が超音波Ｗ１の信号であるか否かを判断できるとともに、時間Ｔに関する情報を得ることができる。
【００９８】
以上説明したように、実施形態２の追尾システムにおいても、実施形態１で説明したように、自走体１の周囲に存在する物体（反射体）の配置に応じて時間Ｔが増減される。その結果、１回の位置推定処理に要する平均時間を短縮できる。
【００９９】
以上説明したように、本発明の追尾システムでは、自走体の超音波送受信器によって、自走体の周囲に存在する反射体の状況と、移動体の相対位置とが計測される。これらの２つの情報から、移動体側に設定される遅延時間を最適なものとすることができる。この遅延時間情報を超音波に重畳させて自走体から移動体に送信することによって、常に最適な遅延時間が設定される。その結果、周囲の環境の変化に対して柔軟に対応できる追尾システムを実現できる。この追尾システムによれば、高速での追尾においても、低速での追尾においても、良好な追尾特性を実現できる。
【０１００】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の追尾システムは、周囲の状況に応じて計測周期を変更する手段を有し、周囲環境の変化に対して柔軟に対応できるため、鉄道駅や空港などの搬送用ロボット等として有用である。またスーパーやホームセンタなど量販店における買い物用カートなどの用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の追尾システムの概略を模式的に示す図。
【図２】本発明の追尾システムにおける追尾装置およびトランスポンダの構成の一例を模式的に示す図。
【図３】トランスポンダの位置を推定する方法の一例を模式的に示す図。
【図４】本発明の追尾システムにおける自走体側の処理の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の追尾システムにおいて使用される第１の超音波の一例を示す図。
【図６】本発明の追尾システムにおいて使用される第１の超音波の他の一例を示す図。
【図７】本発明の追尾システムにおける時間Ｔの設定方法の一例を模式的に示す図。
【図８】図７とは異なる状況における時間Ｔの設定方法の一例を模式的に示す図。
【図９】本発明の追尾システムにおける自走体側の処理の他の一例を示すフローチャート。
【図１０】本発明の追尾システムにおけるトランスポンダ側の処理の一例を示すフローチャート。
【図１１】本発明の追尾システムにおける波形解析の方法を模式的に示す（ａ）波形解析のタイミングチャートおよび（ｂ）処理のフローチャート。
【符号の説明】
【０１０３】
１  自走体
２  移動体
３  物体（反射体）
１０  追尾装置
１１  第１の超音波送信装置
１２  第１の超音波受信装置
１３  演算処理装置
２０  トランスポンダ
２１  第２の超音波送信装置
２２  第２の超音波受信装置
２３  演算処理装置
５１ａ〜５１ｃ  超音波パルス
７０  測定範囲
Ｗ１  第１の超音波
Ｗ２  第２の超音波
Ｗ３  第３の超音波
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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