(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に配置された超音波発信源２０と超音波発信源２０を追尾する自走体１とを含む追尾システムである。４個の超音波受信装置を自走体１上の直線上に備え、そのうち２個は近接した位置に配置され、残りの２個は前記２個から離れた位置で近接して配置される。（i）超音波発信源２０は、超音波を一定間隔で送信し、（ii）自走体１は、超音波を受信後位相を求め、（iii）位相データの中から最適な位相情報を抽出し、（iiii）２組の受信器間の位相差より正確な位置を推定する、というステップを含む位置推定処理が行われる。最適な位相情報が存在する時間帯は、各超音波受信器で別々に求められる。【選択図】図１
2006317161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に取り付けられた超音波発信源からの超音波を、複数の超音波受信装置で受信し、受信した超音波の受信器間の位相差より、移動体の位置を推定して前記移動体を追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、前記超音波受信装置は、２個をユニットとして近接した位置に配置され、ユニットごとに求めた、受信した超音波の位相差と、複数のユニットの配置関係から移動体の位置を求めることを特徴とする追尾システム。
【請求項２】
移動体に取り付けられた超音波発信源からの超音波を、複数の超音波受信装置で受信し、受信した超音波の受信器間の位相差より、移動体の位置を推定して前記移動体を追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、超音波受信装置ごとに位相波形から抽出する位相値の時刻が異なってもよいことを特徴とする追尾システム。
【請求項３】
前記位相波形の時間帯を、位相波形の傾きが正である領域から傾きが小さくなった時点と、次の位相波形の傾きが変化する時点との間とすることを特徴とした請求項２に記載の追尾システム。
【請求項４】
前記超音波受信装置の受信時刻差を超音波受信信号の位相差の平坦度を用いて、平坦であるほどデータの信頼性が高いと評価することを特徴とした請求項２から３に記載の追尾システム。
【請求項５】
前記超音波受信装置の受信時刻差を超音波受信信号の位相差の平坦度を用いて、平坦である範囲が大きいほどデータの信頼性が高いと評価することを特徴とした請求項２から３に記載の追尾システム。
【請求項６】
移動体に取り付けられた超音波発信源からの超音波を、複数の超音波受信装置で受信し、受信した超音波の受信器間の位相差より、移動体の位置を推定して前記移動体を追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、前記超音波受信装置は、２個をユニットとして近接した位置に配置され、ユニットごとに異なってもよい時間帯より求めた、受信した超音波の位相差と、複数のユニットの配置関係から移動体の位置を求めることを特徴とする請求項１から５に記載の追尾システム。
【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従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】
基本的には超音波の伝搬時間を使って移動体の位置を計測している。自走体のみが超音波送受信装置を備え、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、移動体の相対位置を計測する方法や、移動体および自走体のそれぞれが超音波送受信装置を備え、相互に超音波の送受信を行うことによって、移動体の相対位置を計測する方法がある。
【０００４】
しかしながら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、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】
そこで、移動体に超音波送信装置を備え、自走体には超音波受信装置を備え、超音波を送信した時刻を電波、または赤外など音よりも高速な手段（無線信号）で自走体に知らせ、移動体の相対位置を計測する方法がある。超音波の伝搬方向が1方向のみであるため、周囲に存在する物体からの反射超音波による影響は少ない。
【０００６】
しかしながら、例えば電波であれば、電波の使えない環境では使用できない。赤外などの光であれば、外光などが直接入射している環境では使用できない。
【０００７】
そこで、移動体に超音波送信装置を備え、自走体には超音波受信装置を複数備え、受信した超音波の到着時刻差を使って、移動体の相対位置を計測する方法がある。特に到着時刻差を正確に測るために、受信した超音波の位相差から換算する方式が用いられる（特許文献１および特許文献２）。
【０００８】
図７に、従来例を模式的に示す。超音波発信源７８から送信された超音波を、受波装置７９にて受信する。超音波発信源７８は、超音波送信装置７１を備える。超音波送信装置７１は、超音波送信器７１ａと送信回路７１ｂとを備える。これらの装置は、送信信号発生器７６に接続される。受波装置７９は、超音波受信装置７２を備える。超音波受信装置７２は、２つの超音波受信器７２ａおよび７２ｂと、それらに接続された受信回路７２ｃおよび７２ｄとを備える。超音波受信器７２ａおよび７２ｂは、モータ７３の回転軸に、お互いが離れた場所になるように固定されている。電力増幅器７７によって、受信した超音波の位相差に応じた電力をモータ７３に印加することにより、超音波受信器７２aおよび７２ｂが超音波発信源７８の方向を向くことができる。これは超音波発信源７８の方位によって、超音波受信器７２aと超音波受信器７２ｂで受信した超音波に位相差が生じることを利用している。また、超音波送信器７１aから送信される超音波は、送信信号発生器７６において周波数変調されている。このため、超音波受信装置７２で受信された超音波を復調器７４において復調し、復調された信号の位相差を、位相差検出器７５にて求めている。これは、位相差の範囲−πからπを、広い範囲の方位に1対１に対応させるために、変調および復調することによって、超音波信号よりも低い周波数にて位相を比較している。
【特許文献１】特開昭５６−７６０６６号公報
【特許文献２】特開昭５６−１３７１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の方法は、周波数変調された超音波を送受信するための広帯域な送信器および受信器が必要となる。また、到達時間の違う受信波から、正確な位相差を求めるためには、必要な位相情報を有する時間帯をオーバラップさせる必要がある。さらに復調して低い周波数の位相を用いるため、周波数が低くなることによって、送信信号は必然的に時間的に長い信号となる。信号が長くなると、超音波送信装置のために大きな電源が必要になることや、周囲の障害物からの反射超音波が干渉しやすく、誤った結果が生じる可能性が大きくなる。また受信した超音波の到着時刻差を２つの受信器間の位相差を用いて求める際、空気のゆらぎによる屈折の影響が場所によって異なることや、超音波が広帯域の場合はそれに含まれる周波数成分ごとに指向性が異なるなどの理由から、各受信器間での相関が低くなるため、位相差の測定精度が悪化するという課題が生じてしまう。
【００１０】
このような状況において、本発明は、広帯域な超音波送受信器を使用せず、さらに短い送信信号を用いても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】
【００１１】
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超音波発信源と前記超音波発信源の位置を推定して前記超音波発信源を追尾する自走体とを含む追尾システムにおいて、前記超音波発信源は超音波送信装置を備える。前記自走体は帯域の狭い超音波受信器で構成された超音波受信装置を４個直線上に備え、前記超音波受信装置のうち２個は近接した位置に配置され、残りの２個は前記２個から離れた位置で近接して配置され、
（ａ）前記移動体は、短いバースト超音波を前記超音波送信装置から送信し、
（ｂ）前記自走体は、前記超音波を前記超音波受信装置で受信し、
（ｃ）各超音波受信装置の受信信号から、位相信号を求め、
（ｄ）前記位相信号から受信信号と送信駆動信号の周波数が同一である時間帯を決定し、
（ｅ）前記時間帯の位相の代表値を求め、
（ｆ）前記近接した位置に配置された超音波受信装置間での位相差を求め、
（ｇ）前記位相差と超音波受信器の位置関係から前記超音波発信源の位置を推定する、というステップを含む位置推定処理が行われ、前記位相差は、近接した超音波受信器間で求めることと、前記時間帯は、超音波受信装置ごとに独立して求めることを特徴とする。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の追尾システムによれば、狭帯域で短い送信駆動信号を用いても高精度に位相差を計測することができる。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、自走体の周囲に反射体が多く存在する場合に効果的である。また、本発明のシステムは、空気のゆらぎなどの環境変化が大きい状況において効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、例を挙げて説明する。
【００１５】
本発明の追尾システムは、移動体に配置された超音波発信源と超音波発信源の位置を推定して超音波発信源を追尾する自走体とを含む。超音波発信源は、超音波送信装置を備える。自走体は４個の超音波受信装置を備える。超音波受信装置は帯域の狭い超音波受信器で構成され、すべて直線上に備え、そのうち２個は近接した位置に配置され、残りの２個は前記２個から離れた位置で近接して配置される。さらにこのシステムでは、以下のステップを含む位置推定処理が行われる。
【００１６】
（ａ）移動体は、短いバースト超音波を超音波送信装置から送信する。周波数は単一とし、バースト超音波の長さは、各超音波受信器への到達時刻差による位相情報の時間的重なりの違いを考慮して長くする必要はない。
【００１７】
（ｂ）自走体は、前記超音波を前記超音波受信装置で受信する。
【００１８】
（ｃ）各超音波受信装置の受信信号から、位相信号を求める。位相信号は超音波送信器を駆動した周波数を使って求める。
【００１９】
（ｄ）前記位相信号から受信信号と送信駆動信号の周波数が同一である時間帯を決定する。位相信号の特徴から送信駆動信号と同じ周波数の位相情報を表している時間帯を抽出する。前記時間帯は受信装置ごと異なっていてもよい。
【００２０】
（ｅ）前記時間帯の位相の代表値を求める。位相の代表値は前記時間帯の位相の平均値でもよいし、中央値でもよい。また、前記時間帯の位相のバラツキを評価して、位相の信頼性を評価してもよい。
【００２１】
（ｆ）前記近接した位置に配置された超音波受信装置間での位相差を求める。位相差は前記時間帯の位相の代表値を比較して求める。
【００２２】
（ｇ）前記位相差と超音波受信器の位置関係から前記超音波発信源の位置を推定する。
【００２３】
このような処理によって推定された超音波発信源の位置に基づき、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。
【００２４】
上記超音波送信装置は、超音波を送信するための装置であり、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、自走体は、超音波受信器が近接して配置された２個の超音波受信装置を２組含む（たとえば、超音波受信器の中心間距離が８．５ｍｍ〜１７ｍｍ）。さらにこの２組は、一定の距離を置いて配置される（たとえば、１０ｃｍ〜１ｍ程度）。近接して配置された２個の超音波受信装置を用いることによって、その位相差を求め、位相差より到達した超音波の方向を特定できる。そして一定の間隔をおいて配置された別の組の位相差と、２組の位置関係より超音波発信源までの距離を特定できる。その２組の超音波受信装置は、通常、お互いを結ぶ直線が床面とほぼ平行となるように配置される。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態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、超音波発信源２０が配置されている。自走体１は、超音波発信源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、超音波発信源２０の位置を推定するための追尾装置１０を備える。追尾装置１０および超音波発信源２０の構成を、図２に模式的に示す。
【００２７】
追尾装置１０は、超音波受信装置１１を備える。超音波受信装置１１は、４つの超音波受信器１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄと、それらに接続された受信回路１１ｅ、１１ｆ、１１ｇおよび１１ｈとを備える。超音波受信器１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄ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。それらの装置は、位相検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄに接続される。また、受信回路１１ｅ、１１ｆ、１１ｇまたは１１ｈのいずれかひとつは、コンパレータ１４に接続される。位相検出器１２およびコンパレータ１４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信号をＡ−Ｄ変換し、デジタルデータとして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。Ａ−Ｄ変換するためのＡ−Ｄコンバータのサンプリング周波数は、超音波Ｗ１の周波数よりも高いほうがよい。仮に超音波Ｗ１が４０ｋＨｚの場合、２００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度でよい。演算処理装置１３は、受信された超音波信号を用いて超音波発信源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の位相信号の分析を行い、位相差演算に使用する位相信号の時間帯を決定する。
【００２８】
超音波発信源２０は、超音波送信装置２１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。これらの装置は、演算処理装置２２に接続される。
【００２９】
演算処理装置２２は、ある一定の周期で送信回路２１ｂに対して送信駆動命令を与える。送信回路２１ｂは送信駆動信号を発生し、超音波送信器２１ａから超音波Ｗ１が周囲環境に放射される。送信駆動信号はバースト波で、単一の周波数とする。波数は超音波送信器および超音波受信器の特性に依存するが、例えば超音波送信器および超音波受信器に共振周波数４０ｋＨｚ、帯域５〜１０％程度のものを使用する場合、波数としては３０波程度でよい。
【００３０】
放射された超音波の一部は、自走体の超音波受信器１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄに到達する。前記一定の周期は、周囲に障害物がなければ、超音波受信装置１１において到達した超音波が、次の周期に送信した超音波と重ならない程度（約３ｍｓ〜１０ｍｓ）としてよい。ただし、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は、超音波受信器１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄで受信される。すると到達した超音波Ｗ１が、超音波発信源２０から直接伝搬してきたものか、物体３で反射したものであるのか区別ができなくなる。そこで到達した超音波追尾装置１０が計測できる最大距離を５ｍ、音速を３４０ｍ／秒とすると、超音波発信源２０から追尾装置１０に超音波が到達するまでに約１５ミリ秒かかる。この値に少し余裕をみて前記一定の周期は、約２０ミリ秒程度とするのが望ましい。
【００３１】
超音波Ｗ１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。
【００３２】
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圧電高分子膜の超音波送信器および超音波受信器などが利用できる。
【００３３】
超音波受信装置１１は、近接して配置された２つの超音波受信器１１ａおよび１１ｂとこちらも近接して配置された２つの超音波受信器１１ｃおよび１１ｄを備える。
【００３４】
２つの超音波受信器１１ａおよび１１ｂの超音波の到達時間差より、超音波受信器１１ａおよび１１ｂからの超音波発信源２０の方位が算出できる。同様に２つの超音波受信器１１ｃおよび１１ｄの超音波の到達時間差より、超音波受信器１１ｃおよび１１ｄからの超音波発信源２０の方位が算出できる。２つの方位が分かれば、追尾装置１０に対する超音波発信源２０の距離および方位を算出できる。超音波送信器２１ａとの位置関係の一例を図３に示す。
【００３５】
図３において、超音波発信源２０の超音波送信器２１ａと、自走体１の超音波受信器１１ａおよび１１ｂと、超音波受信器１１ｃおよび１１ｄによって三角形が構成されている。超音波受信器１１ａと１１ｂは、所定の距離aだけ離れて配置されている。超音波受信器１１ｃと１１ｄは、所定の距離aだけ離れて配置されている。超音波受信器１１ａおよび１１ｂと、超音波受信器１１ｃおよび１１ｄ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が超音波受信器１１ａと１１ｂの中心から角度θ１の方向にあり、超音波送信器２１ａが超音波受信器１１ｃと１１ｄの中心から角度θ２の方向にあると仮定する。角度θ１およびθ２は、それぞれ、超音波の到達時間差と、空中の音速とを用いて推定される。これは十分遠い音源からの超音波を二つの超音波受信器で検出した時間差をΔT、超音波の音速をｖとすると、二つの超音波受信器間の距離aを用いて、超音波送信器２１ａの方向を示す角度θ１およびθ２は、次式より求められることが知られている。
【００３６】
【数１】
2006317161.tif 000003
【００３７】
超音波の到達時間差ΔＴは、隣り合う超音波受信器間の位相差より算出される。仮に超音波が４０ｋＨｚであると、１波長が２５μｓ（＝１／４０ｋＨｚ）であり、この位相２π（１波長）が２５μｓに相当することから、位相差を時間差に換算することができる。また、音速を３４０ｍ／秒とすると、１波長は８．５ｍｍであり、位相差と角度θ１およびθ２を1対１に対応させるためには、数式１より、aは、８．５ｍｍ以下にする必要がある。
【００３８】
角度θ１、θ２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１１ａおよび１１ｂと、超音波受信器１１ｃおよび１１ｄ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、追尾装置１０に対する超音波発信源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。
【００３９】
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。追尾装置１０が起動すると、演算処理装置１３では超音波受信器１１a、１１b、１１cおよび１１dによって、超音波発信源２０からの超音波Ｗ１が受信されたかどうかを判断し、超音波Ｗ１より位相情報を抽出する（Ｓ４１）。Ｓ４１の動作の詳細は後で述べる。抽出された位相情報を使って、超音波受信器１１aと１１bにおける位相情報の差および超音波受信器１１ｃと１１ｄにおける位相情報の差を演算し、数１を用いて超音波発信源２０の方位を求める（Ｓ４２）。そして図３に示した通り、超音波発信源２０の方位および距離を求める（Ｓ４３）。
【００４０】
Ｓ４１の動作の概略を図５のフローチャートに示す。
【００４１】
追尾装置１０が起動すると、演算処理装置１３では超音波受信器１１a、１１b、１１cおよび１１dによって、超音波発信源２０からの超音波Ｗ１が受信されたかどうかを判断する受信待ちモードになる。受信信号が一定レベルを超えると、受信ありと判断される（Ｓ５１）。
【００４２】
受信信号の有無の判断およびそれに伴う到達時刻計測には、従来方式に用いられる受信信号の振幅に対してしきい値を設定し、しきい値を超えた場合に受信したと判断する方式や、各受信信号の包絡線検波を行い、検波波形に対してしきい値を設定し、しきい値を超えた場合に受信したと判断する方式や、各受信信号と送信駆動信号との相互相関処理を行い、相関のピーク値から判断する方式が適用できる。
【００４３】
受信待ちモードの間、位相検出器１２の出力はＡ−Ｄ変換された後、演算処理装置１３内にあるリング型のメモリに位相データとして蓄積される。
【００４４】
受信ありと判断された時刻の一定時間前から一定時間後までの前記位相データをメモリから読み出す（Ｓ５２）。そして位相データが正方向に急激に変化した後、一定値をとり、また変化している範囲がメモリの何番から何番までかを記録する（Ｓ５３）。そしてこの範囲を用いて、位相の平均値を求める（Ｓ５４）。
【００４５】
図６に、超音波Ｗ１が追尾装置１０に到達した波形と、その位相信号の一例を示す。図６（ａ）は、受信回路１１ｅの出力波形６１とコンパレータ１４の基準信号６３を示す。このコンパレータ１４の基準信号６３と出力波形６１を比較し、出力波形６１がコンパレータ１４の基準信号６３を超えた時点で受信信号ありと判断する。図６（ｃ）は、受信回路１１ｆの出力波形６２を示す。
【００４６】
図６（ｂ）は、位相検出器１２ａ後の位相信号６４の一例を示す。図６（ｄ）は、位相検出器１２ｂ後の位相信号６５の一例を示す。前記受信信号ありと判断された時刻から、メモリから読み出す位相データの範囲６６および６７が決定される。
【００４７】
次に、位相データの範囲６６および６７の中から、送信駆動信号と同じ周波数の位相情報を抽出する。これは超音波受信器の持つ共振周波数および、超音波受信信号の立ち上がり部の周波数は、送信駆動信号の周波数よりも低いので、送信駆動信号の周波数における位相は見かけ上徐々に大きくなるという性質を利用して送信駆動信号と同じ周波数の位相情報を示す時間帯６８および時間帯６９を抽出する。
【００４８】
位相信号の中で、送信駆動信号と同じ周波数の位相情報がある領域は平坦である。位相の平坦部は周囲の雑音による干渉や、空気のゆらぎが大きかった場合に平坦部の平坦度が落ちる。平坦度が落ちることによって、そこから求める角度の精度は悪化する。そこで、位相がなるべく平坦な時間帯のみを抽出するようにしている。また、この時間帯の幅も受信信号ごとに最適な範囲に決定される。しかし平坦な時間帯が小さければそれだけデータの母数が減るため、精度は悪化する。このことを利用して、演算に用いた位相の平坦部の時間的長さや、位相の平坦度から、データの信頼度を求めてもよい。信頼度を用いることによって、信頼度が低い場合には繰り返し方位と距離を求めて平均化するなど、自走体１の制御において有効な情報となる。
【００４９】
超音波受信器１１ａと１１ｂは、空気のゆらぎによって超音波のバラツキの影響を少なくするためになるべく近接して配置されている。よって超音波の伝搬経路がほぼ等しい位置で受信しているため、伝搬経路中の空気のゆらぎや、超音波送信器２１ａの指向性による受信位置での波形の違いがほとんどなく、本発明の追尾システムは、位相差計測に適した条件を整えることができている。超音波受信器１１ｃと１１ｄも同様である。しかし超音波受信器１１ａと１１ｂの間および超音波受信器１１ｃと１１ｄの間には個体バラツキ程度の違いが存在する。そのため超音波受信信号は異なってくる。よって位相信号についても同様に異なってくる。
【００５０】
位相信号は、超音波受信信号が信号の立ち上がり部では超音波受信器の共振周波数よりも低く、その後、送信駆動信号による強制的な振動により、送信駆動信号の周波数にて振動する。しかしその後は超音波受信器の持つ共振周波数による振動の影響が現れる。
【００５１】
位相検出器は送信駆動信号と同じ周波数に対する位相を求めている。よって、受信信号の周波数が送信駆動信号と異なる場合には、位相に誤差を生じる。従来はこれを避けるために送信駆動信号を長くとり、さらに受信信号を狭帯域なバンドパスフィルタに通すことで信号を引き伸ばし、位相が安定している時間を長くすることで単純な位相の差分で精度が確保できるようにしていた。こうすることで、到達時刻差による位相信号の時間的ずれも吸収していた。しかし、送信駆動信号を長くしたり、受信信号を狭帯域なバンドパスフィルタに通したりすると、移動体２と自走体１の間に障害物３があるような場合に、超音波送信装置１０からの超音波が障害物３に反射し、この信号が干渉する確率が大きくなってしまう。
【００５２】
よって、本発明の追尾システムは、
（１）位相差を求める超音波受信器間の距離を短くすることで、空気のゆらぎの場所による違いの影響を受けにくく、変復調処理によって低い周波数の位相を用いる必要もない。
【００５３】
（２）変復調処理を使用しないので、狭帯域の超音波送受信器で実現可能である。
【００５４】
（３）送信駆動信号の周波数にて振動している範囲を各超音波受信信号から独立に抽出するので、送信駆動信号は短くてよく、それによって障害物の多い環境においても干渉の影響を受けにくい。
という効果があり、良好な追尾特性を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の追尾システムは、短いバースト波より正確な位相情報を抽出する手段を有し、障害物の影響を軽減することができるため、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】
【００５６】
【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超音波発信源の構成の一例を模式的に示す図
【図３】超音波発信源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】図４のフローチャート内のＳ４１の処理の詳細を示すフローチャート
【図６】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図
【図７】超音波発信源の位置を推定する従来例を模式的に示す図
【符号の説明】
【００５７】
１    自走体
２    移動体
３    物体（反射体）
１０    追尾装置
１１    超音波受信装置
１２    位相検出器
１３    演算処理装置
１４    コンパレータ
２０    超音波発信源
２１    超音波送信装置
２２    演算処理装置
６１    超音波受信信号
６２    超音波受信信号
６３    コンパレータ１４の基準信号
６４    位相信号
６５    位相信号
６６    メモリに保存された位相信号
６７    メモリに保存された位相信号
６８    送信駆動信号と同じ周波数の位相信号
６９    送信駆動信号と同じ周波数の位相信号
７１    超音波送信装置
７２    超音波受信装置
７３    モータ
７４    復調器
７５    位相差検出器
７６    送信信号発生器
７７    電力増幅器
７８    超音波発信源
７９    受波装置
Ｗ１    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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