(57)【要約】【課題】本発明は、移動軌跡や地磁気を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、移動体が移動する平面に無線ＩＣタグを埋設する。該無線ＩＣタグに記憶された座標情報を、移動体が備える２つのアンテナによって同時に２箇所から取得しこれを演算することによって移動体の進行方向を推定する。また、正三角形の各頂点に配置された３つの無線ＩＣタグの信号が発信する無線信号の受信状態を、移動体が備える回転するアンテナによって追跡することによって、該移動体の進行方向を基準とした３つの無線ＩＣタグのそれぞれの方位角情報を演算することによって移動体の進行方向を推定する。【選択図】図４
2008128993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標として定義される移動平面を移動する移動体の進行方向を推定する方向推定システムであって、
前記移動平面に配置され、前記座標情報を示す無線信号を発信する複数の無線信号発信手段と、
前記移動体に配設され、少なくとも２つの前記無線信号発信手段が発信する無線信号を受信するための無線信号受信手段と、
前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号から少なくとも２つの前記座標情報を読み取る座標情報取得手段とを含み、
読み取られた少なくとも２つの前記座標情報から前記移動体の進行方向を演算する、方向推定システム。
【請求項２】
前記無線信号受信手段は、前記移動平面に相対する前記移動体の底面に、互いに離間して配設される２つの無線信号受信部を含む、
請求項１に記載の方向推定システム。
【請求項３】
前記２つの無線信号受信部の各中心を結ぶ線分が、前記移動体の進行方向を定義する直線に対し垂線となるように、前記無線信号受信部が配設される、請求項２に記載の方向推定システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方向推定システムによって移動体の進行方向情報を取得する、移動体のナビゲーションシステム。
【請求項５】
座標として定義され且つ分割された領域の集合として定義される移動平面を移動する移動体のナビゲーションシステムであって、
前記ナビゲーションシステムは、
前記移動平面に配置され、前記座標情報ならびに前記座標情報が属する前記領域の識別情報を示す無線信号を発信する複数の無線信号発信手段と、
前記移動体に配設され、少なくとも２つの前記無線信号発信手段が発信する無線信号を受信するための無線信号受信手段と、
前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号から前記識別情報および少なくとも２つの前記座標情報を読み取る情報取得手段とを含み、
読み取られた前記領域の識別情報を前記移動体の位置情報として前記移動体の移動軌跡を追跡し、読み取られた少なくとも２つの前記座標情報から前記移動体の進行方向を演算する、ナビゲーションシステム。
【請求項６】
固有の識別情報を示す無線信号を発信する第１、第２、および第３の無線信号発信手段がそれぞれの中心を結ぶ線分によって正三角形を形成するように配置される移動平面を移動する移動体の進行方向を推定する方向推定システムであって、
前記移動体に設けられ、前記移動平面に相対する平面を円運動することによって前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段が発信する無線信号を順次受信する回転式無線信号受信部を備える無線信号受信手段を含み、
前記回転式無線信号受信部は、前記移動体の進行方向に対して最後尾となる位置を原点として前記円運動を開始し、
前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号の示す識別情報と、前記無線信号の受信状態から導出される前記移動体の進行方向を基準とした前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段の方位角情報から前記移動体の進行方向を演算する方向推定システム。
【請求項７】
前記円運動に伴って変化する前記無線信号の受信状態を追跡して前記無線信号の検出が開始される検出開始点と前記無線信号が検出されなくなる検出終了点とを抽出し、前記検出開始点と前記検出終了点から前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段の前記方位角情報を推定する、
請求項６に記載の方向推定システム。
【請求項８】
請求項６または７のいずれか１項に記載の方向推定システムによって移動体の進行方向情報を取得する、移動体のナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向推定システムに関し、より詳細には、ナビゲーションシステムにおける方向情報を取得する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳを使用した自動車などに代表される移動体の屋外用ナビゲーションシステムが広く実用化されており、さらに高精度なナビゲーションを実現すべく種々の改良が検討されている。ナビゲーションシステムにおいては、自己の進行方向と案内地図上の方向を整合させるため自己の方向情報が必須となるが、一般に、ＧＰＳを使用する屋外用ナビゲーションにおいては、ＧＰＳ衛星との交信によって自己の現在位置を測位し、ジャイロセンサを用いて自己の回転を計測し、さらに、スピードセンサによって移動距離を計測して、これら３つの情報を経時的に解析することによって導出された自己の移動軌跡から現在の方向を推定している。
【０００３】
しかしながら、この方法では移動軌跡が未だ発生していない移動開始時点での自己の方向を瞬時に推定することができず、さらに移動に伴う累積誤差の影響を避けられないという問題があった。また当然のことながら、ＧＰＳ衛星との交信が不可能な屋内においてはナビゲーションシステムが機能しないという問題があった。
【０００４】
一方、近年、車椅子利用者を対象にしたナビゲーション・システムの開発について種々の検討がなされており、特開２００１−３０４９０８号公報（特許文献１）及び特開２００３ー１０２５７号公報（特許文献２）は、上述したＧＰＳを使用した屋外用ナビゲーション・システムを開示する。しかしながら、特許文献１及び２は、いずれもＧＰＳ衛星との交信が不可能な屋内においても正確に機能する屋内ナビゲーションシステムについて開示するものではない。一方、特開２００２−３４１９３９号公報（特許文献３）及び特開２００５−３０９５９６号公報（特許文献４）は、屋内の走行通路に埋設された無線ＩＣタグの位置情報を使用して、車椅子を所定の経路に沿って自動走行させる車椅子の自動走行システムを開示する。しかしながら、特許文献３及び４は、あくまで決められた経路に従って車椅子を強制的に搬送するものであり、車椅子の搭乗者に対して所望の目的地までの経路情報を案内するナビゲーションシステムではなく、当然に車椅子の方向情報を取得するための構成を開示するものではない。
【０００５】
そこで、車椅子の方向情報を取得するための手段として、地磁気を検出することによって東西南北の方位を取得する電子コンパスを採用することが考えられる。しかしながら、建造物の屋内においては、建材である鉄筋、鉄骨などの金属の影響で地磁気が乱れるため、ただでさえ電子コンパスが正確な方向を示さない上に、電動車椅子にシステムを構築する場合に至っては、駆動源であるモータやその他の金属部材の影響によって地磁気はさらに乱れ、電子コンパスの正確性が担保されないという問題が生じる。
【０００６】
上述したように、屋内屋外を問わず正確に機能する移動体のナビゲーション・システムが求められており、そのために、移動軌跡を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムの構築が求められていた。
【特許文献１】特開２００１−３０４９０８号公報
【特許文献２】特開２００３−１０２５７号公報
【特許文献３】特開２００２−３４１９３９号公報
【特許文献４】特開２００５−３０９５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、移動軌跡や地磁気を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、移動軌跡や地磁気を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムにつき鋭意検討した結果、移動体が移動する平面に無線ＩＣタグを埋設し、該無線ＩＣタグに記憶された情報を、移動体が備えるアンテナによって読み取り解析することによって直接的に移動体に進行方向を推定することができる機構を見出し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば座標として定義される移動平面を移動する移動体の進行方向を推定する方向推定システムであって、前記移動平面に配置され、前記座標情報を示す無線信号を発信する複数の無線信号発信手段と、前記移動体に配設され、少なくとも２つの前記無線信号発信手段が発信する無線信号を受信するための無線信号受信手段と、前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号から少なくとも２つの前記座標情報を読み取る座標情報取得手段とを含み、読み取られた少なくとも２つの前記座標情報から前記移動体の進行方向を演算する、方向推定システムが提供される。本発明においては、前記無線信号受信手段を、前記移動平面に相対する前記移動体の底面に、互いに離間して配設される２つの無線信号受信部を含むものとすることができる。また本発明においては、前記２つの無線信号受信部の各中心を結ぶ線分が、前記移動体の進行方向を定義する直線に対し垂線となるように、前記無線信号受信部が配設することができる。
【００１０】
本発明の別の構成においては、座標として定義され且つ分割された領域の集合として定義される移動平面を移動する移動体のナビゲーションシステムであって、前記ナビゲーションシステムは、前記移動平面に配置され、前記座標情報ならびに前記座標情報が属する前記領域の識別情報を示す無線信号を発信する複数の無線信号発信手段と、前記移動体に配設され、少なくとも２つの前記無線信号発信手段が発信する無線信号を受信するための無線信号受信手段と、前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号から前記識別情報および少なくとも２つの前記座標情報を読み取る情報取得手段とを備え、読み取られた前記領域の識別情報を前記移動体の位置情報として前記移動体の移動軌跡を追跡し、読み取られた少なくとも２つの前記座標情報から前記移動体の進行方向を演算する、ナビゲーションシステムが提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、固有の識別情報を示す無線信号を発信する第１、第２、および第３の無線信号発信手段がそれぞれの中心を結ぶ線分によって正三角形を形成するように配置される移動平面を移動する移動体の進行方向を推定する方向推定システムであって、前記移動体に設けられ、前記移動平面に相対する平面を円運動することによって前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段が発信する無線信号を順次受信する回転式無線信号受信部を備える無線信号受信手段を含み、前記回転式無線信号受信部は、前記移動体の進行方向に対して最後尾となる位置を原点として前記円運動を開始し、前記無線信号受信手段が受信した前記無線信号の示す識別情報と、前記無線信号の受信状態から導出される前記移動体の進行方向を基準とした前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段の方位角情報から前記移動体の進行方向を演算する方向推定システムが提供される。本発明においては、前記円運動に伴って変化する前記無線信号の受信状態を追跡して前記無線信号の検出が開始される検出開始点と前記無線信号が検出されなくなる検出終了点とを抽出し、前記検出開始点と前記検出終了点から前記第１、第２、および第３の無線信号発信手段の前記方位角情報を推定することができる。さらに加えて、本発明によれば、上述した方向推定システムによって移動体の進行方向情報を取得する、移動体のナビゲーションシステムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、移動軌跡や地磁気を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためシステムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
最初に、本発明の方位推定システムの第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の方位推定システムを採用する移動体ナビゲーションシステムにおける移動平面１０の上面図を示す。移動平面１０は、予め任意の一点を原点（０,０）とするＸＹ座標として定義される。このとき、座標軸方向を、方位に合わせてＸＹ座標を定義することもでき、方位とは無関係に移動平面１０の形状等に鑑みて任意の方向を座標軸方向を定義することもできる。図１に示されるように、移動平面１０には複数の無線信号発信手段としての無線ＩＣタグ１２が規則的に配設されている。各無線ＩＣタグ１２のメモリ領域には、配設された移動平面１０上の位置のＸ座標値、Ｙ座標値、およびエリア番号が格納されている。エリア番号については後に詳細に述べる。
【００１５】
本実施形態においては、無線ＩＣタグ１２は、規則的に配置されていれば特にその配置態様を限定するものではないが、全ての無線ＩＣタグ１２の通信範囲が等しい半径の正円であると仮定すると、図１に示すように、各無線ＩＣタグ１２の中心が正三角形の頂点となるように互いを配置することが通信範囲の重なりを回避する上で好ましい。また、無線ＩＣタグ１２は、その無線信号の受信が可能な限度で移動平面１０の最外表面よりも下方に埋設することが好ましい。さらに、本実施形態における、無線ＩＣタグ１２は、パッシブ型を用いることが好ましい。パッシブ型の無線ＩＣタグはタグリーダが放つ電波による電磁誘導を利用して駆動するため、電源を必要とするアクティブ型に比べて遙かに安価であるという点でシステムの低コスト化および保守性に寄与し、また、その通信範囲がアクティブ型に比べて短く、数ｍｍから長くても数十ｃｍに限られるため、その通信範囲を適宜選択することによって、図１に示すように、複数の無線ＩＣタグ１２を所望の密度で配置することが可能になる。続いて、本実施形態の方位推定システムを採用する移動体ナビゲーションシステムにおける移動体について以下説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態における移動体としての車椅子１４を示す図であり、図２（ａ）は、側面図を示し、図２（ｂ）は、上面図を示す。図２（ａ）に示されるように車椅子１４は、移動平面１０に相対するその底面１４ｂに、無線信号受信手段としてのアンテナ１６を備えている。アンテナ１６は、車椅子１４が移動平面１０の上を移動することに伴って、アンテナ１６の受信面に相対する位置の移動平面１０に埋設された無線ＩＣタグ１２が発信する無線信号を選択的に受信する。アンテナ１６によって受信された無線信号は、車椅子１４に搭載された図示しないタグリーダによって読み取られる。上述したように無線ＩＣタグ１２には、その配置位置に関連したＸＹ座標値が記録されており、図示しないタグリーダは、無線ＩＣタグ１２が発信する無線信号からＸＹ座標値を読み取り、車椅子１４に搭載された図示しない情報処理装置のメモリにＸＹ座標値を格納する。情報処理装置は、格納されたＸＹ座標値を用いて後述する所定の演算を行うことによって移動平面１０における車椅子１４の現時点の進行方向を推定する。本実施形態における情報処理手段は、マイコンなどを用いて適宜構成することができる。情報処理装置によって推定された車椅子１４の現時点の進行方向情報を利用した具体的なナビゲーションは、インターフェイス１８を介して視覚情報または音声情報などを車椅子の搭乗者に提示することによって実行される。
【００１７】
図２（ｂ）に示されるように、車椅子１４は、２つのアンテナ１６ａ、１６ｂを備えている。各アンテナ１６は、お互いが所定の間隔をもって配設されており、各アンテナ１６の中心を結ぶ線分が図中の矢印が示す進行方向Ｄを定義する直線に対して垂線となるように配置されている。このように２つのアンテナ１６ａ、１６ｂを配置することによって、車椅子１４の移動に伴って、それぞれのアンテナが別々の無線ＩＣタグ１２からの無線信号を受信することができる。すなわち、上述した構成を採用することによって、ある時点の車椅子１４の進行方向Ｄに関連して、２つのＸＹ座標値を同時に取得することが可能になるのである。なお、本実施形態においては、単一の無線ＩＣタグ１２から同時に２つのアンテナ１６ａ、１６ｂが干渉することのないように充分な離間距離をもって配設されることが好ましい。次に、上述した２つのアンテナ１６を用いて移動体の進行方向を逐次的且つ直接的に推定する具体的な方法について以下説明する。
【００１８】
図３は、車椅子１４が移動平面１０を移動する態様を示す上面図である。図３においては、アンテナ１６と無線ＩＣタグ１２の位置関係を説明する便宜上、車椅子１４の本体部分を破線で示す。図３に示す状態においては、アンテナ１６ａは、●が示す無線ＩＣタグ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうち、１つ以上３つ以下のタグから無線信号を受信することができ、同じくアンテナ１６ｂは、●が示す無線ＩＣタグ１２ｄ、１２ｅ、１２ｆのうち、１つ以上３つ以下のタグから無線信号を受信することができることが理解されよう。さらに、図４を参照しながら、本実施形態の移動体の進行方向の方向を推定する方法を演算アルゴリズムを用いて説明する。
【００１９】
上述したように各タグから受信した無線信号は、各タグが配置された移動平面１０上のＸＹ座標値を示すものであることから、アンテナ１６が受信した無線ＩＣタグ１２が複数ある場合には、その座標値を平均することによって、移動平面１０上におけるアンテナ１６の中心点の位置座標が導かれる。すなわち、図４に示されるように、無線ＩＣタグ１２ａ、１２ｂ、１２ｃから読み取ることができた座標値を平均することによって、アンテナ１６ａの中心点の位置座標Ｐ１（Ｘｐ１,Ｙｐ１）が導かれ、無線ＩＣタグ１２ｄ、１２ｅ、１２ｆから読み取ることができた座標値を平均することによって、アンテナ１６ｂの中心点の位置座標Ｐ２（Ｘｐ２,Ｙｐ２）が導かれる。なお、アンテナ１６が受信した無線ＩＣタグ１２が一つの場合には、該タグの座標値がそのままアンテナ１６の中心点の位置座標となるのはいうまでもない。図４の矢印が示す車椅子１４の進行方向Ｄを図４に示すθとして定義した場合、進行方向θは、下記式（１）によって導かれる。
【００２０】
【数１】
2008128993.tif 000003
続いて、本実施形態の方位推定システムを含む移動体ナビゲーションシステムの機能について、図５を参照して以下説明する。
【００２１】
図５は、本実施形態の移動体ナビゲーションシステムが採用された建物２０の見取り図を示す。図５において斜線のハッチングで示す廊下には図示しない複数の無線ＩＣタグ１２が、図１に示したように規則的に埋設されているものとする。本実施形態の移動体ナビゲーションシステムにおいては、車椅子１４の位置情報を無線ＩＣタグ１２のメモリに格納された「エリア番号」から得る。ここで「エリア番号」とは、建物２０内の廊下を予め分割してなる「エリア」を識別する情報である。図５は、破線に囲まれた１２個のエリア１〜１２を示す。建物２０の廊下の各エリア内には、それぞれ同じように複数の無線ＩＣタグ１２が埋設されており、同一エリア内の無線ＩＣタグ１２は全て、共通の「エリア番号」を格納している。したがって、車椅子１４の図示しないタグリーダは、廊下のいずれかのエリアに出た場合、該エリア内に存在するいずれかの無線ＩＣタグ１２からＸＹ座標値を読み取ると同時に、該タグに格納された「エリア番号」を読み取ることによって自分が現在何処のエリアにいるのかという位置情報を取得する。
【００２２】
また、本実施形態の移動体ナビゲーションシステムにおいては、建物内の各施設間の移動の最短経路の演算を「エリアタグ」として特別に定義される無線ＩＣタグ１２を用いて行う。「エリアタグ」とは、例えば、各施設の入口近傍や廊下の分岐点など、経路の各起点として採用するのに最適な位置に配設された任意の無線ＩＣタグ１２を特別に「エリアタグ」として定義することができる。図５は、建物２０の廊下の各エリア１〜１２の中で特別に定義されたエリアタグＡ１〜Ａ１２を●で示す。図５に示されるように、本実施形態においては、１つのエリア内には必ず１つのエリアタグが定義される。続いて、本実施形態の移動体ナビゲーションシステムの機能作用を、具体例を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態のナビゲーションは、以下の手順で行われる。ここでは、図５に示されるように車椅子１４の現在地が「５０２号室」であるとし利用者の目的地が「男子トイレ」であるとする。最初に、車椅子１４が図中の矢印の方向に進んで廊下に出ると車椅子１４のタグリーダーが廊下に埋設されたいずれかの無線ＩＣタグ１２から現在地のエリア番号を取得して情報処理装置に格納する。情報処理装置は、格納されたエリア番号から車椅子１４の現在地が「５０２号室」の出口近傍の「エリア５」であると判断する。ここで車椅子１４の搭乗者が所定のインターフェイスを介して目的地を「男子トイレ」として入力すると、情報処理装置が予め格納されている「男子トイレ」に対応するエリア番号と現在地のエリア番号とから最短経路を導出する。すなわち、情報処理装置は、「男子トイレ」に対応するエリアをエリア１１と判断した上で、最短経路「エリア５→エリア６→エリア７→エリア１０→エリア１１」を導出する。なお、最短経路の導出についてはダイクストラ法など既知のアルゴリズムを適宜用いることができる。
【００２４】
情報処理装置は、上述した最短経路の導出と並行して目的進行方向を導出する。目的進行方向は、最短経路において隣り合う２つのエリアのエリアタグＡｎ（ｎはエリア番号）のＸＹ座標値から求められる。上述した例に戻れば、「エリア５」の「エリアタグＡ５」のＸＹ座標値と「エリア６」の「エリアタグＡ６」のＸＹ座標値とから一番初めの目標進行方向θｄを、下記式（２）によって求めることができ、求められたθｄは、情報処理装置のメモリに格納される。
【００２５】
【数２】
2008128993.tif 000004
同時に、車椅子１４のタグリーダは、二つのアンテナ１６ａ、１６ｂを介してエリア５内の無線ＩＣタグ１２から二つのアンテナ１６ａ、１６ｂのそれぞれの中心Ｐ１およびＰ２のＸＹ座標値を取得し、上述した式（１）によって車椅子１４の現在の進行方向θを求めることができ、求められたθは、同じく情報処理装置のメモリに格納される。情報処理装置は、このように格納された情報を利用して目標進行方向と現在の進行方向の誤差θｄ−θを演算し、該誤差を解消するために、車椅子１４の搭乗者に対して「前進」「後退」「左折」「右折」の案内を所定のインターフェイスを介して提示する。
【００２６】
その後、車椅子１４が目標進行方向θｄに進んで「エリア６」に到着すると、情報処理装置は、上述したのと同様の手順で「エリア６」の「エリアタグＡ６」のＸＹ座標値と「エリア７」の「エリアタグＡ７」のＸＹ座標値とから次の目標進行方向θｄを導出するとともに、車椅子１４の現在の進行方向θを導出し、車椅子１４の搭乗者に対して、目標進行方向と実際の進行方向の誤差θｄ−θに基づいて進行方向の案内を提示する。このステップが繰り返されることによって、当初に導出された最短経路「エリア５→エリア６→エリア７→エリア１０→エリア１１」が車椅子１４の搭乗者に順次提示されることになる。なお、移動平面が限定された室内のナビゲーションにおいては前後左右の４方向を識別できれば充分にその目的を果たすことができるため、進行方向を「前進」「後退」「左折」「右折」というような直感的な案内によって行う場合には、本実施形態において導出された現在の進行方向θと実際の進行方向θに間に生じうる多少の誤差が問題になることはない。また、さらに例えば１０度ずつヒステリシスを持たせることによって安定して方向を識別することが可能となる。以上、図１〜５を参照して、本発明の方位推定システムおよび該方位推定システムを採用する移動体ナビゲーションシステムの第１の実施形態を説明してきたが、本発明は、方位推定システムの別の構成として第２の実施形態を開示する。以下、本発明の方位推定システムの第２の実施形態を詳細に説明する。なお、第２の実施形態の説明においては、第１の実施形態について既に説明した構成要素と共通するものに関しては、図において共通の符号を使用して示すものとし、その説明を省略する。
【００２７】
図６は、第２の実施形態における移動体としての車椅子３０を示す図であり、図６（ａ）は、側面図を示し、図６（ｂ）は、上面図を示す。図６（ａ）に示されるように車椅子３０は、移動平面１０に相対するその底面３０ｂに、埋設された無線ＩＣタグ３２が発信する無線信号を受信するための無線信号受信手段としてのアンテナ３４を備えている。図６（ｂ）に示されるように本実施形態おいては、アンテナ３４は、回転軸Ｓを回転中心として移動平面１０に平行して円運動することができるように構成される。また、アンテナ３４は、常に、車椅子３０の進行方向Ｄに対して最後尾となる位置を原点として円運動を開始するように制御される。図６においては、アンテナ３４の原点を★で示す。車椅子３０に搭載された図示しない情報処理装置は、アンテナ３４の円運動を制御する手段を含み、原点を基準としたアンテナ３４の回転角を追跡する制御ならびにアンテナ３４の原点復帰制御を行う。本実施形態においては、アンテナ３４を、ステッピングモータを用いて回転させることによって、所定の分解能でその回転角の追跡制御を行うことができる。また、アンテナ３４の原点復帰制御はフォトセンサを用いる方法などを適宜採用することができる。次に、図７を参照して本実施形態における無線信号発信手段について説明する。
【００２８】
図７は、本実施形態において移動平面１０に配置される無線信号発信手段の例示としてタグ・ゲート４０を示す図である。一般に電動車椅子は、ジョイスティックなどの入力デバイスを用いて操作されるが、その操作の習得は、特に高齢者にとって非常に困難であり、例えば電動車椅子として構成される車椅子３０が図７（ａ）に示されるような比較的狭い通路３８に対して斜め方向ｄから進入する場合、ジョイスティック操作の未熟さから充分な方向修正ができないまま通路３８に進入してしまい、車椅子３０が通路３８の側壁に衝突してしまうといった事故が発生する。本実施形態におけるタグ・ゲート４０は、そのような事故を未然に回避するために車椅子３０の進行方向を自動修正する際に用いられる方位推定システムの構成要素である。タグ・ゲート４０は、その他、施設の出入口やナビゲーションシステムにおける移動経路の分岐点など、車椅子３０がその進行方向を正確に修正する必要性の高い場所に配置される。車椅子３０の図示しないタグリーダは、図７（ｂ）および（ｃ）に示されるように、タグ・ゲート４０に乗り上げると、タグ・ゲート４０を構成する複数の無線ＩＣタグ４２から通路３８に進入するのに好適な指定方向Ｄを示す情報を読み取り、該情報に基づいて自己の進行方向ｄを修正する。タグ・ゲート４０は、無線信号発信手段としての複数の無線ＩＣタグ４２が移動平面１０に埋設されて形成されるものである点で、第１の実施形態において説明した無線信号発信手段と共通するものであるが、無線ＩＣタグに格納されている情報が異なり、またその配置態様に特徴を有するものである。以下、図８を参照してタグ・ゲート４０を構成する無線信号発信手段としての複数の無線ＩＣタグ４２について詳細に説明する。
【００２９】
図８は、タグ・ゲート４０における無線ＩＣタグ４２の配置の態様を示す図である。タグ・ゲート４０においては、複数の無線ＩＣタグ４２は、その各々の中心が互いに正三角形の頂点となるように配置される。各無線ＩＣタグ４２には、自己のＩＤ情報と、自己を１つの頂点とする上述した正三角形の他の２つの頂点の位置に配置される他の無線ＩＣタグ４２のＩＤ情報を格納している。図８を例にとれば、無線ＩＣタグ「Ａ」のメモリには、無線ＩＣタグ「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｘ」、「Ｙ」の４つの他の無線ＩＣタグ４２のＩＤ情報を格納している。さらに、タグ「Ａ」のメモリには、タグ「Ａ」から見て、指定方向Ｄに対し＋３０°の位置にあるタグとしてタグ「Ｂ」を、同じく指定方向Ｄに対し−３０°の位置にあるタグとしてタグ「Ｃ」を定義する情報を格納し、さらに同じく指定方向Ｄに対し＋９０°の位置にあるタグならびに−９０°の位置にあるタグとしてそれぞれタグ「Ｘ」およびタグ「Ｙ」を定義する情報を格納している。換言すれば、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を頂点とする正三角形の一辺ＢＣの垂線方向を、タグ・ゲート４０の指定方向Ｄとして定義するための情報が格納されているということができる。本実施形態における無線ＩＣタグ４２は、座標情報などの相対的な位置情報を何ら格納するものではないが、移動平面１０において無線ＩＣタグ４２を所定の配置に並べることによって所望の指定方向を定義することを可能にするものである。ここで、図９を参照して、本実施形態の方位推定システムを利用した進行方向修正の機構を以下説明する。
【００３０】
図９（ａ）は、５つの無線ＩＣタグ４２から構成されるタグ・ゲート４０に対し電動車椅子として構成された車椅子３０が矢印ｄ方向から斜めに進入する態様を示している。タグ・ゲート４０が定義する指定方向Ｄは、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を頂点とする正三角形の一辺ＢＣの垂線方向であり、図９においては破線の矢印で示している。車椅子３０の進行方向ｄは、タグ・ゲート４０が定義する指定方向Ｄとずれているため、車椅子３０は、タグ・ゲート４０において進行方向を修正される必要がある。そのため車椅子３０に搭載された方位推定システムは修正に必要な角度情報を取得する。以下、その機構について図９を参照しながらさらに説明を続ける。
【００３１】
図９（ａ）が示す状態から矢印ｄ方向に車椅子３０がさらに進入すると、図９（ｂ）に示すようにアンテナ３４がその原点位置において無線ＩＣタグ「Ａ」が発信する無線信号を最初に受信する。車椅子３０は、最初の無線ＩＣタグ４２を検出するとその場で停止するように駆動制御されている。車椅子３０が停止すると、引き続いてアンテナ３４はその原点を開始点として矢印Ｒが示すように円運動をはじめ、３６０度回転して再び原点に戻る。アンテナ３４は、その回転に伴って無線ＩＣタグ「Ａ」に引き続き、無線ＩＣタグ「Ｂ」および無線ＩＣタグ「Ｃ」が発信する無線信号を順次受信する。本実施形態において複数の無線ＩＣタグ４２は、その各々の中心が互いに正三角形の頂点となるように配置されることは既に述べたが、この正三角形の大きさ、すなわち各無線ＩＣタグ４２の離間距離とアンテナ３４の円運動の回転半径は関連づけて決定されることが好ましい。すなわち、アンテナ３４が回転することによって３つのタグの信号が好適に取得できるように両者のスケールは決定されることが望ましい。このように構成することによって、最初の無線ＩＣタグ４２を検出した直後に車椅子３０をその場で停止させ、アンテナ３４を回転させると必ず対になる２以上の他の無線ＩＣタグ４２を検出することができることになる。
【００３２】
図９（ｂ）に示される状態において、アンテナ３４は、原点を起点として３６０度回転しながら、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」のＩＤ情報を順次情報処理装置のメモリに格納する。さらに加えて、アンテナ３４の回転中心から見た無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の方向に関する情報を上述したＩＤ情報に関連づけてメモリに格納する。すなわち、情報処理装置は、無線信号の受信状態から導出される車椅子３０の進行方向ｄを基準としたタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の方位角情報を取得し、この方位角情報を用いて演算することによって進行方向ｄを推定する。ここで、無線ＩＣタグにパッシブ型を採用した場合、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の方向は、指向性が非常にブロードであるため一義的に求めることが困難である。したがって、本実施形態においては、アンテナ３４の受信状態を追跡し、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」それぞれについて、アンテナ３４によって無線信号の検出がされ始める原点を基準としたアンテナ３４の回転角の情報と無線信号の検出ができなくなったアンテナ３４の回転角の情報を利用することによって、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の方向を求めることが出来る。本実施形態においては、上述したＩＤ情報及びアンテナ３４の回転中心を基準とした無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の方向の情報を利用して車椅子３０の進行方向を修正するために必要な角度を推定する。以下、その推定アルゴリズムを、図１０および図１１を参照して説明する。
【００３３】
図１０（ａ）に示されるように、本実施形態においては、アンテナ３４は、★が示す原点を起点として時計回りに３６０°回転しながら無線信号を受信する。本実施形態のアルゴリズムは、その前提として、図１０（ｂ）に示すように、無線信号の検出がされ始めるアンテナ３４の位置Ｓとアンテナ３４の回転中心Ｄと無線信号の検出ができなくなった位置Ｅとを結ぶ線分がなす角の二等分線上に無線信号の発生源であるそれぞれの無線ＩＣタグ４２が存在すると仮定する。図１０（ｂ）に示す矢印Ａ１、矢印Ｂ１、矢印Ｃ１は、角の二等分線を示す。次に、図１１（ａ）に示すように原点から矢印Ａ１、矢印Ｂ１、矢印Ｃ１までの回転角を、それぞれθａ、θｂ、θｃとすると、無線ＩＣタグ「Ａ」と「Ｂ」の成す角度「α」は下記式（３）によって、無線ＩＣタグ「Ａ」と「Ｃ」の成す角度「β」は下記式（４）によって求められる。
【００３４】
【数３】
2008128993.tif 000005
【００３５】
【数４】
2008128993.tif 000006
本実施形態においては、無線ＩＣタグ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、図１１（ｂ）が示すように、正三角形の頂点に配置されていることから、図１１（ｂ）に示されるθについて下記の関係式が成立する。すなわち、三角形ＡＤＢについての余弦定理より、下記式（５）および（６）が成立する。
【００３６】
【数５】
2008128993.tif 000007
【００３７】
【数６】
2008128993.tif 000008
上記式（５）と上記式（６）からａを消去し、ｃでまとめると、下記式（７）が導出される。
【００３８】
【数７】
2008128993.tif 000009
また、三角形ＡＤＣについて余弦定理より、下記式（８）および（９）が成立する。
【００３９】
【数８】
2008128993.tif 000010
【００４０】
【数９】
2008128993.tif 000011
上記式（８）と上記式（９）からｂを消去し、ｃでまとめると、下記式（１０）が導出される。
【００４１】
【数１０】
2008128993.tif 000012
上記式（７）と上記式（１０）の両式を等号で結びｃを消去して、θを初期値π／６、範囲０〜π／３でニュートン法や二分法を用いてθを求める。求められたθは、上述したθａ分だけオフセットされた値となっているので、θからθａを差し引くことにより最終値となる。
【００４２】
図１２は、上述した手順で求められた最終値θと車椅子３０の進行方向ｄの関係を示す。θが３０度のときは、タグ・ゲート４０が定義する指定方向Ｄに対してズレがない状態であり、θが３０度より小さい場合は左方向に、大きい場合には右方向にズレがあることを示す。ズレがあると判断された場合には、これを修正する。修正は、上記θに関連して図示しない駆動手段によって車椅子３０を回転させ自動的に行うことが好ましい。また、検出された無線ＩＣタグ４２が無線ＩＣタグ「Ａ」「Ｘ」「Ｂ」の場合や、「Ａ」「Ｃ」「Ｙ」の場合には、θの結果にπ／３を加減することにより方向を計算することができる。
【００４３】
以上、本発明の方位推定システムの第２の実施形態を、移動体の進行方向が所定の指定方向に対してずれている場合にこれを修正する用途に実施する場合の例として説明してきた。しかしながら、本実施形態の方位推定システムは方向修正にその用途を限定するものではない。例えば、無線ＩＣタグによって定義する指定方向を方位（たとえば北）と定義することによって、第２の実施形態の方位推定システムは、移動体の進行方向の方位を推定する目的に用いることもできる。また、第２の実施形態の方位推定システムが、移動体の方向情報を提供する手段として既存のナビゲーションシステムに組み込まれることが可能であることは、当業者には容易に理解されるところである。
【００４４】
以上、本発明を第１および第２の実施形態をもって説明してきたが、本発明における移動体は、第１および第２の実施形態において例示した車椅子に限定されるものでは当然なく、乳母車、ショッピングカート、高齢者用手押し車などを含む概念であり、また、エンジンまたは電気モータなどの駆動源の有無によっても限定されるものではなく自動車を始めとする、既存のナビゲーションの対象となっている全ての移動体を含むものとして理解されたい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上、説明したように、本発明によれば、移動軌跡を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためシステムが提供される。本発明の
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態の方位推定システムを採用する移動体ナビゲーションシステムにおける移動平面の上面図。
【図２】本実施形態における移動体としての車椅子１４を示す図。
【図３】車椅子１４が移動平面１０を移動する態様を示す上面図。
【図４】本実施形態の移動体の進行方向の方向を推定する演算アルゴリズムを示す概念図。
【図５】本実施形態の移動体ナビゲーションシステムが採用された建物２０の見取り図。
【図６】第２の実施形態における移動体としての車椅子３０を示す図。
【図７】本実施形態において移動平面１０に配置されるタグ・ゲート４０を示す図。
【図８】タグ・ゲート４０における無線ＩＣタグ４２の配置の態様を示す図。
【図９】本実施形態の方位推定システムを利用した進行方向修正の機構を示す図。
【図１０】アンテナ３４が原点を起点として時計回りに回転しながら無線信号を受信する態様を示す図。
【図１１】原点から矢印Ａ１、矢印Ｂ１、矢印Ｃ１までの回転角を表す図。
【図１２】演算によって求められた最終値θと車椅子３０の進行方向ｄの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０…移動平面、１２…無線ＩＣタグ、１４…車椅子、１６…アンテナ、１８…インターフェイス、２０…建物、３０…車椅子、３２…無線ＩＣタグ、３４…アンテナ、３８…通路、４０…タグ・ゲート、４２…無線ＩＣタグ
【図１】
2008128993.tif 000013
【図２】
2008128993.tif 000014
【図３】
2008128993.tif 000015
【図４】
2008128993.tif 000016
【図５】
2008128993.tif 000017
【図６】
2008128993.tif 000018
【図７】
2008128993.tif 000019
【図８】
2008128993.tif 000020
【図９】
2008128993.tif 000021
【図１０】
2008128993.tif 000022
【図１１】
2008128993.tif 000023
【図１２】
2008128993.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月27日(2006.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2008128993.tif 000025
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、移動軌跡や地磁気を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
最初に、本発明の方位推定システムの第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の方位推定システムを採用する移動体ナビゲーションシステムにおける移動平面１０の上面図を示す。移動平面１０は、予め任意の一点を原点（０,０）とするＸＹ座標として定義される。このとき、ＸＹ座標の座標軸方向を方位に合わせて定義することもでき、方位とは無関係に移動平面１０の形状等に鑑みて任意の方向を座標軸方向として定義することもできる。図１に示されるように、移動平面１０には複数の無線信号発信手段としての無線ＩＣタグ１２が規則的に配設されている。各無線ＩＣタグ１２のメモリ領域には、配設された移動平面１０上の位置のＸ座標値、Ｙ座標値、およびエリア番号が格納されている。エリア番号については後に詳細に述べる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
以上、説明したように、本発明によれば、移動軌跡を用いることなく移動体の方向情報を直接的に取得するためのシステムが提供される。