(57)【要約】【課題】移動体が既に検査を終了した領域と、未検査領域との区別が明確に行え安全かつ高精度に移動体の位置を検知できるようにする。【解決手段】移動体Ａに設けた磁気を発信する送信コイル５と、送信コイル５が発信する磁気を受信する複数の受信コイル６１，６２を同一平面状において離隔配置した基準具６と、受信コイル６１，６２で受信した磁気情報に基づいて当該各受信コイル６１，６２から前発信コイル５までの距離を演算し、得られた各距離情報に基づいて発信コイル５の座標位置を決定し、出力する演算手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準具に離隔して配置した複数の受信コイルにより、移動体側の送信コイルより発信する磁気信号を受信し、各受信コイルが受信した磁束密度に基づく距離情報により前記移動体の位置を特定することを特徴とする移動体の位置検出方法。
【請求項２】
移動体に設けた磁気を発信する送信コイルと、
前記送信コイルが発信する磁気を受信する複数の受信コイルを同一平面状において離隔配置した基準具と、
前記複数の受信コイルで受信した磁気情報に基づいて当該各受信コイルから前記発信コイルまでの距離を演算し、得られた各距離情報に基づいて発信コイルの座標位置を決定し、出力する演算手段と、
を有することを特徴とする移動体の位置検出装置。
【請求項３】
前記送信コイルは、プリント板にて形成したことを特徴とする請求項２に記載の移動体の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人・車など移動体の位置検知システムは複数の無線ＬＡＮシステムから構成されている。無線ＬＡＮ端末から複数の無線ＬＡＮ端末に達する無線信号の到達時間または到達時間差を用いて三角測量を行うことにより端末の位置を検出する方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、無線によらない移動体の位置検出手段として、自律走行ロボットや無人搬送車などの分野においてモーターエンコーダやジャイロスコープ等の走行計が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−２７４３６４号公報
【特許文献２】特開平８−２１１９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
埋設物探知や建物壁面や床の鉄骨等を調査する非破壊検査の分野においては、検査すべき領域全てを網羅するために検知センサーを備えた移動体を移動をしながら検査する必要がある。未検査領域への移動には検査者の危険を伴う場合があり、検査者の精神的及び肉体的ストレスを軽減するために使用する機材は薄型且つ軽量である必要性と、木材・土・コンクリート・水分等の検査精度を乱す物質に影響を受けにくくする必要性がある。
【０００５】
本発明の目的は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、移動体が既に検査を終了した領域と、未検査領域との区別が明確に行え安全かつ高精度に移動体の位置を検知できる移動体の位置検出方法及び検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的を実現する移動体の位置検出方法は、基準具に離隔して配置した複数の受信コイルにより、移動体側の送信コイルより発信する磁気信号を受信し、各受信コイルが受信した磁束密度に基づく距離情報により前記移動体の位置を特定することを特徴とする。
【０００７】
本発明の目的を実現する移動体の位置検出装置の第１の構成は、移動体に設けた磁気を発信する送信コイルと、前記送信コイルが発信する磁気を受信する複数の受信コイルを同一平面状において離隔配置した基準具と、前記複数の受信コイルで受信した磁気情報に基づいて当該各受信コイルから前記発信コイルまでの距離を演算し、得られた各距離情報に基づいて発信コイルの座標位置を決定し、出力する演算手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の目的を実現する移動体の位置検出装置の第２の構成は、前記送信コイルは、プリント板にて形成したことを特徴とする。
【０００９】
上記した発明において、第一に、未検査領域への移動も伴う危険回避のために、検査領域又は安全な領域を識別するために、複数の受信コイルを棒形状をした機材である基準具に設け、この基準具を境界として安全である検査済領域と危険性がある未検査領域を区切るようにして使用することができる。
【００１０】
第二に、金属以外の物質からは影響を受けにくい磁気に注目し、基準具には複数の受信コイルを基準具内部に配置し、これを検査領域に置くようにする。
【００１１】
第三に、移動体には軽量な送信コイルを配置し、検査領域に非接触となるように走査することにより、送信コイルが照射した磁気を基準具で受信し、基準具に内蔵する受信コイルで検出された複数の信号の強度を予め用意した参照テーブルから距離に換算して三角測量の計算により移動体の位置を特定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁気を用いた位置検知方法とすることにより、木材・土・コンクリート・水分等・水面等の非金属材質による影響を受けにくく、且つ、薄型且つ軽量で実現できる。
【００１３】
また、基準具により検査実施領域又は安全領域と検査未実施領域の区別を視覚的に判断することが検査者にとって容易であり、また、精神的・肉体的なストレスを軽減する効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１から図４は本発明による移動体の位置検出システムの一実施形態を示す。図１はシステム全体の概略構成を示すブロック図、図２は図１における受信コイルで受信した信号を距離に換算するための参照テーブルとその補足図を示し、図３はそしてシステムの信号処理を説明するフローチャートである。
【００１６】
図１において、コントローラ１はＤ／Ａ変換器２が１ｋＨｚの正弦波を発生するように制御信号を送信する。Ｄ／Ａ変換器２はコントローラ１から制御信号を受信し、増幅器３に正弦波の電気信号を送信する。増幅器３はＤ／Ａ変換器２より正弦波の電気信号を受信して増幅した後にＬＰＦ４で高周波成分を抑圧し、送信ケーブル２１を介して例えば操作者により手持ち操作される移動体Ａに設けた送信コイル５に増幅された正弦波の電気信号を送信する。
【００１７】
送信コイル５は増幅された正弦波の電気信号をＬＰＦ４から受信することにより電流が流れて、水平面内無指向で交流磁界を発生する。
【００１８】
基準具６は例えば筒状に形成された例えば８０ｃｍ程度の長さを有する筒体６３内に一定の間隔を有して２つの受信コイル６１，６２を内蔵した構成とし、送信コイル５から送信された交流磁界を筒体６３に内蔵する２個の受信コイル６１及び６２で各々受信する。
【００１９】
２個の受信コイル６１，６２は、受信した磁界を電気信号に変換した後に増幅器７及び８へ電圧値に変換された受信信号を送信する。増幅器７及び８は基準具６の各受信コイル６１，６２から受信した正弦波の電気信号を増幅してＬＰＦ９及び１０に送信する。
【００２０】
ＬＰＦ９及びＬＰＦ１０は、増幅器７及び８から受信した正弦波の電気信号の高周波数成分（ノイズ）を抑圧した後にＡ／Ｄ変換器１１及び１２へ受信信号を送信する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器１１及び１２は、ＬＰＦ９及び１０から正弦波の電気信号を受信し、電気信号を１６ｋＨｚのサンプリング間隔で信号をとらえてアナログ信号値からディジタル信号値に変換を行い、コントローラ1にデータ送信する。
【００２２】
ここまでの流れは図３のフローチャートにおいてステップ（以降、Ｓと称する）１で示される。
【００２３】
Ａ/Ｄ変換器１１，１２によりＡ/Ｄ変換した信号について、コントローラ1は、１波当たり１６点をデータ点とし、８波分のデータ（データ量：１６点×８波）を内部メモリ（不図示）に蓄積し、これらを直交検波演算する（Ｓ２）。直交検波演算の式は正弦波の周期をＴとすると、式(１)及び式（２）のように示される。
【００２４】
【数１】
2008039562.tif 000003
【００２５】
【数２】
2008039562.tif 000004
【００２６】
ここで、Ｔは正弦波の周期を示す。コントローラ１は、直交検波演算したデータを演算器１３に送信する。演算器１３はコントローラ１から送信されたデータを受信し、式（３）に示される平方２乗処理を行う（Ｓ３）。
【００２７】
【数３】
2008039562.tif 000005
【００２８】
演算器１３は、受信コイル６１，６２で受信した信号を距離に換算するための参照テーブル（図２で説明）を用いて、受信コイル６１及び６２の中心から送信コイル５の中心までの距離ｒ１及びｒ２を算出する（Ｓ４）。
【００２９】
距離ｒ１及びｒ２から送信コイル５の中心位置（ｘo、ｙo）は、受信コイル５１及び５２間の距離（基線長）をｄ、そして受信コイル６１の中心を座標原点とした場合に以下のように求められる（Ｓ５）。
【００３０】
【数４】
2008039562.tif 000006
【００３１】
【数５】
2008039562.tif 000007
【００３２】
演算部１３は、式（４）及び式（５）で算出されたデータを表示器１５に送信する（Ｓ６）。
【００３３】
表示器１４は、演算器１３から受信したデータを後述する図４で示すように座標表示し、移動体Ａの操作者に移動体の位置情報を伝達する。
【００３４】
図２について説明する。図２において、横軸は受信コイル６１，６２が送信コイル５の発信する磁気を空中で受信した場合の磁束密度Ｂｓ（単位Ｔ「テスラ」）であり、縦軸は距離ｒ(ｃｍ)である。図２において、磁束密度と距離との関係を示す特性線は右下がりの傾向を示し、磁束密度Ｂｓが大きくなると距離ｒは小さくなる。この特性は送信コイル５を矩形ＡＢＣＤ、受信コイル６１（又は６２）の位置を点Ｐとした場合に以下の計算式で求められる。
【００３５】
図２において、送信コイル５のＡ−Ｂ線分Ｌに電流Ｉが流れる場合の磁界Ｈは、図２（ｃ）で示されるように、ＰＡ及び線分Ｌのなす角度をθ１、ＰＢ及び線分Ｌのなす角度をθ２とすると、式（６）のように求められる。
【００３６】
【数６】
2008039562.tif 000008
【００３７】
ここで、点Ｐの座標を（ｘ、ｙ）＝（ｘo、ｙo）とした場合に、点Ｐが線分ＬＡＢから受ける磁界ＨＡＢは式（７）のように求められる。
【００３８】
【数７】
2008039562.tif 000009
【００３９】
同様に、線分BCからの磁界ＨＢＣについて同様に式（８）求められる。
【００４０】
【数８】
2008039562.tif 000010
【００４１】
同様に、線分CＤからの磁界ＨＣＤについて同様に式（９）求められる。
【００４２】
【数９】
2008039562.tif 000011
【００４３】
同様に、線分ＤＡからの磁界ＨＤＡについて同様に式（１０）で求められる。
【００４４】
【数１０】
2008039562.tif 000012
【００４５】
これより、観測点P（ｘo、ｙo）における磁界ＨＰは式（１１）で示される。
【００４６】
【数１１】
2008039562.tif 000013
【００４７】
よって、算出される磁束密度ＢＰは式（１２）で示される。
【００４８】
【数１２】
2008039562.tif 000014
【００４９】
但し、μoは真空の比透磁率(４π×１０−７)、ｔは送信コイルのコイル巻数である。
【００５０】
この計算は計測範囲に対するコイルの寸法及び巻数を設計により決定するためのものでもあり、本実施形態では、この計測範囲を操作者の手が届く範囲を（ｘ，ｙ）＝（−１００ｍｍ〜１１００ｍｍ，０ｍｍ〜４００ｍｍ）と想定し、表１に示す通りの設定となっている。
【００５１】
【表１】
2008039562.tif 000015
【００５２】
表１の設定は、表２に示す受信コイルの設定値及び表３に示す本実施形態のシステムの設定値より、式（１３）から計算される熱雑音ＢＮは３．３×１０−１２（Ｔ）であり、式（１２）で計算される送信コイルからの磁束密度ＢＰの強度は十分大きく（図２（ａ））、十分な信号対雑音比Ｓ／Ｎ（＝ＢＳ／ＢＮ）が確保されるようになっている。
【００５３】
【表２】
2008039562.tif 000016
【００５４】
【表３】
2008039562.tif 000017
【００５５】
【数１３】
2008039562.tif 000018
【００５６】
ここで、ｋはボルツマン定数（＝１．３８×１０−２３（Ｊ／Ｋ））、Ｂは受信機の帯域幅（＝１０ｋＨｚ）、Ｔは温度（＝３００Ｋ）を示す。
【００５７】
図２（ａ）で示される参照テーブルは、製造精度や送信コイル５の形状による変換誤差がある。そこで、本発明では変換補正係数αを設けて式（１４）で示される変換式に従い演算部１２にて計算値ＢＳと実測値ＶＰの整合をとって参照テーブルを柔軟に使用している。
【００５８】
【数１４】
2008039562.tif 000019
【００５９】
また、送信コイルと受信コイルの位置関係によって磁束密度ＢＰ及び実測値ＶＰの強度が逐次変化する。距離ｒ１及びｒ２に置き換えるためには近似関数による方法と内挿関数による方法が挙げられるが、本実施形態ではシステム調整の容易さを考慮して内挿関数による方法を採用している。
【００６０】
上記した手法により送信コイル５の座標位置が求められ、表示器１４にデータが表示される。
【００６１】
本実施形態において、操作者は基準具６を自身の前にその受信コイル６１を左側、受信コイル６２を右側となるように配置する。そして、移動体Ａを手に持って手前側から左右方向に移動体Ａを移動させ、この基準具６の長さに合わせた１走査が終了すると、移動体Ａを前方に所定の長さずらして今度は右から左へ移動させる。このような操作を例えば操作者の手が一杯に伸びるまで繰り返し行う。
【実施例】
【００６２】
図４は、上述した操作者により移動体Ａをジクザグ状に走査した場合の移動軌跡を示し、実線示す軌跡が実際の移動軌跡（コース）、＊マークで示す軌跡は受信コイルで受信したデータに基づいて演算した位置を示す。
【００６３】
本発明の有効性を確認するために、埋設物の探知を想定して平らな砂地に対地高度３０ｍｍで基準具６（図１）を設置し、その前方に対地高度５ｃｍで送信コイル５（図１）を設置した。
【００６４】
そして、送信コイル５の対地高度を一定に保った状態で左右（走査方向）及び前後（進行方向）に移動体Ａを移動し、移動体（この実験では送信コイル５）の位置を演算により求める試験を行った。
【００６５】
図中、横軸は走査方向ｘ（ｍｍ）、縦軸は進行方向ｙ（ｍｍ）である。図中の実線は送信コイルを動かす際の試験コースであり、＊で示したデータは検出した位置を示す。検出した位置は試験コースに対して良好に追従しており、その位置精度は誤差３ｃｍ以内に収まっている。埋設物探知や建物壁面や床の鉄骨等を調査する非破壊検査の分野において３ｃｍ以内の誤差は許容されると考えられ、本発明は検査領域全てを移動しながら検査することを可能としている。
【００６６】
また、送信コイルは多層プリント板で製作することにより、薄型且つ軽量（本実施例では約３００ｇ）であり、走査者の精神的及び肉体的にもストレスを軽減し、さらに走査者自身が安全を確認しながら基準具を境として進行できるので、未検査領域に伴う危険を回避できるようになっている。
【００６７】
さらに送信コイル５（図１）と受信コイル６１及び６２（図１）間の伝達媒体には磁気を用いることにより、木材・土・コンクリート・水分等の金属以外の影響は受けにくくするようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】システム系統図。
【図２】受信コイルで受信した信号を距離に換算するための参照テーブルとその補足図。
【図３】システムの信号処理を説明するフローチャート。
【図４】試験コースに対する検出位置を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１…コントローラ
２…Ｄ／Ａ変換器
３、７，８…増幅器
４、９、１０…ローパスフィルター（ＬＰＦ）
５…送信コイル
６…基準具
６１、６２…受信コイル
１１、１２…Ａ／Ｄ変換器
１３…演算器
１４…表示器
【図１】
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【図２】
2008039562.tif 000021
【図３】
2008039562.tif 000022
【図４】
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