(57)【要約】【課題】自律移動体と超音波標識との間に障害物が無いときに限り計時動作を行うようにした自律移動体の位置特定システムを提供すること。【解決手段】自律移動体１から超音波標識２Ａに対して赤外線信号を送信し、この赤外線信号を受信した超音波標識２Ａは赤外線信号及び超音波信号を前記自律移動体１に送信し、前記超音波標識２Ａから送信された赤外線信号を受信した自律移動体はタイマ２２の計時動作を開始し、前記超音波標識から送信された超音波信号を受信すると前記タイマ２２の計時動作を終了し、前記タイマの計時値に基づいて自律移動体１の超音波標識２Ａに対する位置を特定するようにした。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動体から超音波標識に対して赤外線信号を送信し、この赤外線信号を受信した超音波標識は赤外線信号及び超音波信号を前記自律移動体に送信し、前記超音波標識から送信された赤外線信号を受信した自律移動体はタイマの計時動作を開始し、前記超音波標識から送信された超音波信号を受信すると前記タイマの計時動作を終了し、前記タイマの計時値に基づいて自律移動体の超音波標識に対する位置を特定するようにした自律移動体の位置特定システム。
【請求項２】
自律移動体は超音波標識を特定する認識情報を含む赤外線信号を順次送信し、この赤外線信号を受信した超音波標識は受信した赤外線信号中の識別情報と自己の識別番号とが一致した場合には赤外線信号及び超音波信号を前記自律移動体に送信し、前記超音波標識から送信された赤外線信号を受信した自律移動体はタイマの計時動作を開始し、前記超音波標識から送信された超音波信号を受信すると前記タイマの計時動作を終了し、このタイマの計時値に基づいて自律移動体の複数の超音波標識に対する位置をそれぞれ特定するようにした自律移動体の位置特定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自律移動体の自己位置を特定する自律移動体の位置特定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自律移動体の移動経路は従来より、自律移動体が空間で予め決められた移動経路を自律移動体の記憶部に記憶し、それと自律移動体の現在の自己位置を比較して次の行動を決定するといった方法で決定されている。その際、自律移動体の推定走行位置と実際の走行位置の誤差を修正するため、超音波標識を利用して誤差を修正する方式が提案されている。
【０００３】
自律移動体が赤外線を出力し、超音波標識は自律移動体から出力された赤外線を受信すると、超音波を出力する。自律移動体は、赤外線を出力した時点から自律移動体が超音波標識からの超音波を受信するまでの時間に基づいて自律移動体と超音波標識との距離を検出する。この検出した距離を基に、自律移動体の走行位置の修正を行う。自律移動体と超音波標識との間に障害物が存在しない時は、超音波標識は自律移動体からの赤外線を受信できるので超音波を出力する。一方、自律移動体と超音波標識との間に障害物が存在する時は、超音波標識は自律移動体からの赤外線を受信できないので超音波を出力しない。従って、超音波標識から返送された超音波は障害物に遮られて反射することがなく直接自律移動体に到達するので、自律移動体と超音波標識との距離を正確に得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４４７３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この特許公報１においては、自律移動体は、赤外線を出力した時から、超音波標識からの超音波を受信するための計時動作を一定時間行っている。従って、自律移動体と超音波標識との間に障害物が存在する時は超音波標識から超音波を返信しないので、自律移動体に無駄な計時時間が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、自律移動体と超音波標識との間に障害物が無いときに限り計時動作を行うようにして、自律移動体と超音波標識との距離を短い計時時間で正確に得ることができる自律移動体の位置特定システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自律移動体から超音波標識に対して赤外線信号を送信し、この赤外線信号を受信した超音波標識は赤外線信号及び超音波信号を前記自律移動体に送信し、前記超音波標識から送信された赤外線信号を受信した自律移動体はタイマの計時動作を開始し、前記超音波標識から送信された超音波信号を受信すると前記タイマの計時動作を終了し、前記タイマの計時値に基づいて自律移動体の超音波標識に対する位置を特定するようにした自律移動体の位置特定システムである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１は自律移動体の構成を示す一部切欠した図で、下部が略円形状で上部が略半球形状になっている移動体本体１の前面から側面に跨った下部の円弧状外周に複数の送信用超音波センサ２Ｓと受信用超音波センサ２Ｒを所定間隔で交互に配置して障害物センサ２を形成している。前記障害物センサ２の各超音波センサは床面に対して平行に配置される。
【０００９】
また、前記移動車本体１の底部略中央の左右にそれぞれ左駆動輪８ａ、右駆動（図示しない）を取り付け、この各駆動輪８ａ，…をそれぞれ左走行モータ９ａ、右走行モータ（図示しない）で減速機構（図示せず）を介して回転駆動するようになっている。そして、前記各駆動輪８ａ，…の回転をそれぞれ左右のロータリーエンコーダ１０ａ，１０ｂ（図３に示す）で検出するようにしている。また、前記本体１には、移動体に加わる角速度を検出するジャイロセンサ３０（図３に示す）が搭載されている。
【００１０】
前記移動車本体１の底部後端中央には回転自在で方向が自由に変化する旋回輪１１が取り付けられている。また、前記移動体本体１内には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の制御回路部品を組み込んだ回路基板１２及び各部に電源を供給するバッテリ１３が収納されている。
【００１１】
次に、図３を参照して本自律移動体の制御部について説明する。図３において、２１は自律移動車を統括して制御する制御部である。この制御部２１は例えば、マイクロコンピュータにより構成されている。
【００１２】
制御部２１には時間を計数するタイマ２２、超音波標識の識別番号として使用されるＩＤカウンタ２３、自律移動体１の走行を制御する走行制御部２４、自律移動車の位置及び方向を特定する位置方向特定部２５、自律移動車１の走行距離を検出する走行距離検出手段２６、超音波標識の認識番号で変調された電気信号を出力する制御信号発生手段２７が設けられている。
【００１３】
走行制御部２４はモータ制御部３１を制御する。このモータ制御部３１は左駆動輪８ａを駆動する左走行モータ９ａ、右駆動輪（図示しない）を駆動する右走行モータ９ｂを制御する。
【００１４】
また、３２は赤外線を出力する赤外線出力部、３３は赤外線を入力する赤外線入力部、３４は超音波標識から出力された超音波を入力する超音波入力部、３５は自律移動体１の走行経路を記憶する走行経路記憶部である。なお、超音波入力部３４は受信用超音波センサ２Ｒを使用しても良い。
【００１５】
次に、図４を参照して超音波標識の構成について説明する。つまり、超音波標識は制御部４１を中心に構成されている。この制御部４１は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成されている。この制御部４１には赤外線を入力する赤外線入力部４２、赤外線を出力する赤外線出力部４３、超音波を出力する超音波出力部４４が接続されている。この制御部４１は、図６あるいは図９のフローチャートに示したような処理を行う。
【００１６】
次に、上記のように構成された本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。この第１の実施の形態では、自律移動体１の周囲に１つの超音波標識が存在する場合において、自律移動体１と超音波標識との距離を算出しているものである。例えば、図２において、超音波標識２Ａのみが存在する場合について説明する。自律移動体１の動作については図５のフローチャートを参照して、超音波標識２Ａの動作については図６のフローチャートを参照して説明する。
【００１７】
まず、自律移動体１は図５に示すように赤外線出力部３２から赤外線を出力する（ステップＳ１）。このように赤外線を出力してから自律移動体１は超音波標識２Ａから出力される赤外線の入力を待つ処理（ステップＳ２）に入る。
【００１８】
次に、超音波標識２Ａは赤外線を受信したかを判定する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、赤外線を出力する（ステップＳ１２）と共に、超音波を出力する（ステップＳ１３）。
【００１９】
このようにして、超音波標識２Ａは赤外線を受信すると、赤外線及び超音波を出力する。
【００２０】
その赤外線を受信した自律移動体１は、ステップＳ２の判定で「ＹＥＳ」と判定する。そして、図７の時刻ｔ１においてタイマ２２による計時処理が開始される。その後、超音波入力部３４により超音波標識２Ａから出力された超音波が受信される（時刻ｔ２）と、タイマ２２の計時処理が停止される。例えば、タイマ２２に計時された時間がａ秒であれば、超音波標識２Ａから出力された赤外線が自律移動体１に到着するまでの時間は無視できるので、音速（ｍ／ｓｅｃ）×ａ（ｓｅｃ）（ｍ）が超音波標識２Ａと自律移動体１との距離として算出される（ステップＳ３）。
【００２１】
超音波標識２Ａは、自律移動体１と超音波標識２Ａとの間に障害物がない時に赤外線を受信できるので、赤外線及び超音波を出力する。自律移動体１は、超音波標識２Ａから出力された赤外線を受信して初めてタイマ２２による計時処理を開始する。その後に超音波標識２Ａから出力された超音波を受信すると計時処理を停止するようにして、超音波標識２Ａと自律移動体１との距離を算出する。
【００２２】
つまり、自律移動体１は自律移動体と超音波標識との間に障害物が無いときに限り計時動作を行うので、計時動作中に必ず超音波標識２Ａから出力された超音波を受信でき無駄な計時動作は発生しない。更に、超音波標識２Ａから出力された超音波は、障害物に反射されずに直接自律移動体で受信される。従って、超音波標識２Ａと自律移動体１との距離を短い計時時間で正確に得ることができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図２及び図８、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２４】
この第２の実施の形態は、自律移動体１の周囲に複数、例えば３つの超音波標識がある場合である。このように、自律移動体１の周囲に複数の超音波標識がある場合には、超音波標識の識別番号を含む赤外線を超音波標識に出力する。超音波標識２Ａの識別番号は「０」、超音波標識２Ｂの識別番号は「１」、超音波標識２Ｃの識別番号は「２」である。この識別番号はＩＤカウンタ２３により計数されている値で表される。従って、ＩＤカウンタ２３は、「０」、「１」、「２」の３つの値を取り得る。つまり、ＩＤカウンタ２３の最大値は「２」である。
【００２５】
まず、自律移動体１はＩＤカウンタ２３の計数値を「０」とする（ステップＳ２１）。次に、ＩＤカウンタ２３の計数値、つまり「０」と、ＩＤカウンタ２３の最大値＋１、つまり「３」とが比較される（ステップＳ２２）。
【００２６】
ステップＳ２２の判定で「ＹＥＳ」と判定されるため、ＩＤカウント値で変調された電気信号が制御信号発生手段２７で生成され、この電気信号が赤外線出力部３２に送られる。この結果、この赤外線出力部３２は超音波標識の識別番号で変調された赤外線を出力する（ステップＳ２３）。
【００２７】
このように赤外線を出力してから自律移動体１は超音波標識２Ａから出力される赤外線の入力を待つ処理（ステップＳ２４）に入る。
【００２８】
超音波標識２Ａ〜２Ｃの処理は図９のフローチャートに示すようにして行われる。つまり、超音波標識２Ａ〜２Ｃは赤外線を赤外線入力部４２で受信すると、自局ＩＤで変調した赤外線を受信したかが判定される（ステップＳ３１）。
【００２９】
このステップＳ３１の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、赤外線を出力する（ステップＳ３２）と共に、超音波を出力する（ステップＳ３３）。ここで、自律移動体１は超音波標識２Ａの識別番号を赤外線に含めて送信しているため、超音波標識２Ａは赤外線を受信すると、赤外線及び超音波を出力する。
【００３０】
そして、その赤外線を受信した自律移動体１は、ステップＳ２４の判定で「ＹＥＳ」と判定する。
【００３１】
図７の時刻ｔ１においてタイマ２２による計時処理が開始される。その後、超音波入力部３４により超音波標識２Ａから出力された超音波が受信される（時刻ｔ２）と、タイマ２２の計時処理が停止される。例えば、タイマ２２に計時された時間がａ（秒）であれば、超音波標識２Ａから出力された赤外線が自律移動体１に到着するまでの時間は無視できるので、音速（ｍ／ｓｅｃ）×ａ（ｓｅｃ）（ｍ）が超音波標識２Ａと自律移動体１との距離として算出される（ステップＳ２５）。
【００３２】
その後、ＩＤカウンタ２３の計数値が＋１される（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ２１以降の処理が繰り返される。つまり、ＩＤカウンタ２３の計数値が「１」とされる。この結果、赤外線出力部３２は超音波標識の識別番号「１」で変調された赤外線を出力する。
【００３３】
以下、同様な処理が自律移動体１及び超音波標識２Ａ〜２Ｂにおいて行われる。このようにして、超音波標識２Ａ〜２Ｃはその順番で赤外線及び超音波を自律移動体１に出力する。
【００３４】
この結果、自律移動体１は、超音波標識２Ａ〜２Ｃとのそれぞれの距離を算出することができる。また、自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃのうちいずれか２つとの間の距離が算出できれば、三角測量により自律移動体１の位置を正確に特定することができる。このように、自律移動体１の位置を正確に特定することにより走行距離検出手段２６とジャイロセンサ３０に基づいて算出された自律移動体１の位置を修正することができる。
【００３５】
ところで、超音波標識２Ａ〜２Ｃからの赤外線は受信していない場合には、ステップＳ２４の判定で「ＮＯ」と判定されるため、ＩＤカウンタ２３が＋１される（ステップＳ２６）。つまり、ステップＳ２４で「ＮＯ」と判定されることは、自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃとの間に障害物があるので、赤外線が受信できないことであると認定している。このように、自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃとの間に障害物がある場合には、ステップＳ２５で行われる自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃ間の距離は算出しない。これは、自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃとの間に障害物がある場合には自律移動体１に入力される超音波は直接自律移動体１に入力されていないため、自律移動体１と超音波標識２Ａ〜２Ｃとの間の距離は正確に算出することができないためである。
【００３６】
また、自律移動体１が赤外線を出力する場合に、超音波標識の識別番号を赤外線に含めて出力するようにしたので、自律移動体１の回りに複数の超音波標識があった場合でも、混信を防止することができる。
【００３７】
なお、上記した第１及び第２の実施の形態において、超音波標識２Ａ〜２Ｃが自律移動体１から出力された赤外線を受信してから赤外線と超音波を出力するまでのタイムラグを考慮して、タイマ２２に計時された値に補正を行なったり、自律移動体１の周囲の温度を考慮して音速に補正を加えても良い。
【００３８】
なお、前述した第２の実施の形態では、３つの超音波標識２Ａ〜２Ｃとの位置を特定したが、４つ以上の超音波標識との間を特定することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、自律移動体と超音波標識との間に障害物が無いときに限り計時動作を行うようにしたので、自律移動体と超音波標識との距離を短い計時時間で正確に得ることができる自律移動体の位置特定システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る自律移動体の一部を切り欠いた外観図。
【図２】同実施の形態に係る自律移動体と超音波標識との位置関係を示す図。
【図３】同実施の形態に係る自律移動体の制御ブロック図。
【図４】同実施の形態に係る超音波標識の制御ブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る自律移動体の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】同第１の実施の形態に係る超音波標識の動作を説明するためのフローチャート。
【図７】同第１及び第２の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る自律移動体の動作を説明するためのフローチャート。
【図９】同第２の実施の形態に係る超音波標識の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…自律移動体、２…障害物センサ、２Ａ〜２Ｃ…超音波標識、２１…制御部、２２…タイマ、２３…ＩＤカウンタ、３２，４３…赤外線出力部、３３，４１…赤外線入力部、３４…超音波入力部、４４…超音波出力部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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