(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定領域内で作業を実行するための自律移動作業システムであって、
前記指定領域内に設置され、命令に応じて、その反射状態を変更するように構成された少なくとも１つの可変反射ベースステーションと、
前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションの位置を特定するように構成された少なくとも１つのセンサを含む移動作業装置とを備え、
前記移動作業装置は、前記移動作業装置と前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションとの間の距離を判定することを特徴とする自律移動作業システム。
【請求項２】
前記移動作業装置を複数備えており、
前記移動作業装置のそれぞれは、可変リフレクタを含み、
前記移動作業装置のそれぞれは、その光学的及び／又は電磁気的な反射状態を変更するように構成されている請求項１に記載の自律移動作業システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、前記移動作業装置の前記可変リフレクタが示す反射率を検出するように構成されているセンサを含む請求項２に記載の自律移動作業システム。
【請求項４】
前記移動作業装置は、無線通信インターフェースを含み、
前記移動作業装置は、前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションの光学的及び／又は電磁気的な反射状態を変更する命令を送信するように構成されている請求項１に記載の自律移動作業システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、無線通信インターフェースを含み、
前記少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、前記移動作業装置から複数の無線信号を受信するように構成されている請求項１に記載の自律移動作業システム。
【請求項６】
ユーザが選択した領域内で作業を実行するための自律移動作業システムであって、
命令に応じて、その反射状態を変更するように構成された可変反射ベースステーションの設置された位置を特定し、前記可変反射ベースステーションまでの距離を測定するように構成されたセンサを含む移動作業装置と、
少なくとも１つの前記可変反射ベースステーションを含むことを特徴とする自律移動作業システム。
【請求項７】
前記移動作業装置は、
前記可変反射ベースステーションの光学的及び／または電磁気的な反射状態を変更する第１の命令を送信し、
第１の反射率の測定結果を判定し、
前記可変反射ベースステーションの光学的及び／または電磁気的な反射状態を変更する第２の命令を送信し、
第２の反射率の測定結果を判定し、
前記第１の反射率の測定結果及び前記第２の反射率の測定結果を利用して、前記可変反射ベースステーションを識別するように構成されている請求項６に記載の自律移動作業システム。
【請求項８】
複数の前記可変反射ベースステーションをさらに含み、
前記複数の可変反射ベースステーションのうち、少なくとも１つは充電ベースステーションである請求項６に記載の自律移動作業システム。
【請求項９】
自律移動作業装置の位置判定方法であって、
第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションを用意し、
前記第１の可変反射ベースステーションの設置された位置及び前記第２の可変反射ベースステーションの設置された位置を前記自律移動作業装置に与え、
前記第１の可変反射ベースステーションの反射状態を変更し、
前記第１の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業装置との間の第１の距離を計算し、
前記第２の可変反射ベースステーションの反射状態を変更し、
前記第２の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業装置との間の第２の距離を計算し、
前記第１の距離及び前記第２の距離を利用して、前記自律移動作業装置の位置を計算することからなる自律移動作業装置の位置判定方法。
【請求項１０】
前記可変反射ベースステーションは、光学的な反射状態を変更する請求項１または６に記載の自律移動作業システム。
【請求項１１】
前記可変反射ベースステーションは、電磁気的な反射状態を変更する請求項１または６に記載の自律移動作業システム。
【請求項１２】
前記命令は、外部命令または予め定められた時間スケジュールのうち少なくとも１つを含む請求項１に記載の自律移動作業システム。
【請求項１３】
前記第１の可変反射ベースステーション及び前記第２の可変反射ベースステーションの反射状態の変更は、電磁気的な反射状態を変更することを含む請求項９に記載の自律移動作業装置の位置判定方法。
【請求項１４】
前記第１の可変反射ベースステーションの向き及び前記第２の可変反射ベースステーションの向きを前記自律移動作業装置に与え、
前記第１の可変反射ベースステーションの反射状態を変更し、
前記第１の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業装置との間の第１の角度を計算し、
前記第２の可変反射ベースステーションの反射状態を変更し、
前記第２の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業装置との間の第２の角度を計算し、
少なくとも部分的に前記第１の角度及び前記第２の角度を利用して、前記自律移動作業装置の位置を計算することからなる請求項９に記載の自律移動作業装置の位置判定方法。
【請求項１５】
与えられた前記第１の可変反射ベースステーションの位置、及び、与えられた前記第２の可変反射ベースステーションの位置を利用して、前記自律移動作業装置の位置を計算することからなる請求項９に記載の自律移動作業装置の位置判定方法。
【請求項１６】
前記第１の可変反射ベースステーションの反射状態の変更、及び、前記第２の可変反射ベースステーションの反射状態の変更は、光学的及び／または電磁気的な反射状態を変更することからなる請求項９に記載の自律移動作業装置の位置判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第61/801,724号明細書の優先権を主張しており、本明細書にその全体が参照により組み込まれる。
［技術分野］
開示技術は一般に、自律移動作業システム(autonomous mobile work system)の位置特定及び制御に関し、より詳細には、反射ベースステーション(reflective base stations)に対する自律移動作業システムの位置を制御するための低コストな位置特定方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律移動作業システムの位置特定のための多くの方法及びシステムが提案され、実施されてきた。これらには、推測航法(dead reckoning)、走行距離計(odometers)、慣性航法システム(inertial navigation systems)、衛星ベースの測位システム(satellite based positioning systems)、アクティブビーコン(active beacon)、無線自動識別(RFID)、磁気コンパス(magnetic compass)及びさまざまな地上無線ロケーションシステム(terrestrial radio location systems)などの技術に依存したシステムがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらのシステムは、一般向け製品(consumer products)用としてはあまりにも信頼性を欠いているか、高価か、または複雑であることが時間と共に(over time)判明してきた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示技術のさまざまな側面（aspects）は、一つ又は複数の自律移動作業装置の位置を特定し、ユーザの定義する領域に作業領域を限定するためのシステム及び方法に関する。システムは、１以上の可変(variable)反射ベースステーションと相互作用する(interact with)ように構成された少なくとも１つの自律移動作業装置を含む。可変反射ベースステーションとの相互作用によって、開示したシステムは、外側の(external)可変リフレクタ(variable reflectors)までの距離を判定することにより、費用対効果の高い自律移動作業装置の位置特定法を提供する。
【０００５】
開示技術の１つの側面は、指定領域(designated area)内で作業を実行するための自律移動作業システムに関する。システムは、少なくとも１つの可変反射ベースステーション(variable reflectivity base station)と移動作業装置（mobile work device）で構成されている。可変反射ベースステーションは、外部命令に応じて及び／又は予め定められた時間スケジュールに従って、その光学的及び／又は電磁気的な反射率(optical and/or electromagnetic reflectivity)を変更するように構成されている。移動作業装置は、少なくとも１つの可変反射ベースステーションの位置を特定する(locate)ように構成された少なくとも１つのセンサを含む。また、移動作業装置は、移動作業装置と少なくとも１つの可変反射ベースステーションとの間の距離を判定するように構成されている。
【０００６】
１つの特徴(feature)によると、移動作業装置は可変反射率インジケータ(variable reflectivity indicator)を含み、移動作業装置はその光学的及び／又は電磁気的な反射率を変更するように構成されている。
【０００７】
１つの特徴によると、少なくとも１つのベースステーションは、移動作業装置の可変反射率インジケータを検出するように構成されたセンサを含む。
【０００８】
１つの特徴によると、移動作業装置は無線通信インターフェースを含み、移動作業装置は、少なくとも１つの可変反射ベースステーションに対して命令を送信して、光学的及び／又は電磁気的な反射率を変更するように構成されている。
【０００９】
１つの特徴によると、少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、無線通信インターフェースを含み、少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、移動作業装置から複数の無線信号を受信するように構成されている。
【００１０】
開示技術の他の側面は、予め定められた領域内で作業を実行するように構成された移動作業装置に関する。移動作業装置は、予め定められた領域に近接して配置された可変反射ベースステーションの位置を特定するように構成された少なくとも１つのセンサを含む。移動作業装置は、移動作業装置と少なくとも１つの可変反射ベースステーションとの距離を判定するように構成されている。
【００１１】
１つの特徴によると、移動作業装置は、可変反射率インジケータを含み、移動作業装置は、その光学的及び／又は電磁気的な反射率を変更するように構成されている。
【００１２】
１つの特徴によると、移動作業装置は、無線通信インターフェースを含み、移動作業装置は、少なくとも１つの可変反射ベースステーションに命令を送信して、光学的及び／又は電磁気的な反射率を変更するように構成されている。
【００１３】
開示技術の他の側面は、予め定められた作業領域内の移動作業装置と通信できるように構成されたベースステーションに関する。ベースステーションは、可変反射率ベースインジケータを含み、ベースステーションは、外部命令に応じて及び／又は予め定められた時間スケジュールに従って、その光学的及び／又は電磁気的な反射率を変更するように構成されている。
【００１４】
１つの特徴によると、ベースステーションは移動作業装置に関連付けられた可変反射率インジケータを検出するように構成されたセンサを含む。
【００１５】
１つの特徴によると、ベースステーションは無線通信インターフェースを含み、少なくとも１つの可変反射ベースステーションは、移動作業装置から複数の無線信号を受信するように構成されている。
【００１６】
開示技術の他の側面は、ユーザが選択した領域内で作業を実行するための自律移動作業システムに関する。システムは、可変反射ベースステーションの位置を特定し、可変反射ベースステーションまでの距離を測定するように構成されたセンサを含む移動作業装置と、少なくとも１つの可変反射ベースステーションを含む。
【００１７】
１つの特徴によると、システムは、少なくとも１つの充電ベースステーション(charging base station)を含む。
【００１８】
１つの特徴によると、システムは、複数のベースステーションをさらに含み、複数のベースステーションのうち、少なくとも１つは充電ベースステーションである。
【００１９】
開示技術の他の側面は、統合作業機器(unified work apparatus)に関する。統合作業機器は、可変反射ベースステーションの位置を特定し、可変反射ベースステーションまでの距離を測定するように構成されたセンサを含む自律移動作業装置と、少なくとも１つの可変反射ベースステーションとを含む。
【００２０】
１つの特徴によると、この機器は少なくとも１つの充電ベースステーションを含む。
【００２１】
開示技術の他の側面は、自律移動作業装置の位置判定方法に関する。この判定方法は、第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーション並びに自律移動作業装置を用意し、自律移動作業装置は、可変反射ベースステーションと自律移動作業システムとの間の距離を判定するように構成されており；第１の可変反射ベースステーションの位置及び向きを自律移動作業装置に与え；第２の可変反射ベースステーションの位置及び向きを自律移動作業装置に与え；第１の可変反射ベースステーションの反射率状態を変更し；第１の可変反射ベースステーションと自律移動作業システムとの間の距離を計算し；第２の可変反射ベースステーションの反射率状態を変更し；第２の可変反射ベースステーションと自律移動作業システムとの間の距離を計算し；自律移動作業システムと第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離を利用して、自律移動作業システムの位置を計算する。
【００２２】
開示技術の他の側面は自律移動作業装置の位置判定方法に関する。この方法は、第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーション並びに自律移動作業装置を用意し、自律移動作業システムは、ベースステーションと自律移動制御システムとの間の距離を計算するように構成されており；自律移動作業システムと第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションのそれぞれとの間の距離を取得し；自律移動作業システムと第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離を利用して自律移動作業システムの位置を計算することからなる。
【００２３】
開示技術の他の側面は、自律移動作業システムの位置判定方法に関する。この方法は、自律移動作業システムと第１の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離と、自律移動作業システムと第２の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離とを利用して、自律移動作業システムの位置を計算することからなる。
【００２４】
開示技術の他の側面は、自律移動ロボットシステムの位置判定方法に関する。この方法は、反射率を利用して自律移動ロボットシステムの位置を計算することからなる。
【００２５】
開示技術についてのこれらの特徴及びさらなる特徴は、以下の説明及び添付の図面を参照して明らかにされる。説明及び図面において、開示技術の原理を採用するいくつかの方法を示すものとして、開示技術の特定の実施態様若しくは側面について詳細に開示するが、開示技術はそれらに対応する範囲に限定されるものではないことは理解されよう。むしろ、開示技術は、添付の請求の範囲の精神及び用語の範囲にあるあらゆる変更、修正及び均等物を含む。
【００２６】
１つの実施態様について説明され及び／又は図説された特徴は、同じ方法又は同じような方法で、及び／又は他の実施態様の特徴と組み合わせて又はその代わりに、１つ又はそれ以上の他の実施態様において利用することができる。
【００２７】
本明細書中で使用される用語「含む」(comprises/comprising)は、定められた特徴、整数(integer)、工程又は構成要素の存在を特定するものとみなされ、しかし１つ以上の他の特徴、整数、工程、構成要素又はこれらの群の存在又は付加を除外するものではないことが強調されなければならない。
【００２８】
開示技術のこれら及びその他の特徴及びそれらの利点は、以下に説明する開示技術の実施態様において、一例として、添付の概略図(diagrammatic drawings)を参照しつつ具体的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】１つの例示的な実施態様に従った、可変リフレクタと移動作業システムとの間の距離を判定する一例のいくつかの側面を表すフローチャートである。
【図２】等しい反射の第１の状態、第１の状態と第２の状態の間で第１のリフレクタの反射が変更された第２の状態、第１のリフレクタがその初期状態に戻った第３の状態及び第２のリフレクタが異なる反射状態に変更された第４の状態にあるシステムを示す概略図である。
【図３】等しい反射の第１の状態、第１の状態と第２の状態の間で第１のリフレクタの反射が変更された第２の状態、第１のリフレクタがその初期状態に戻った第３の状態及び第２のリフレクタが異なる反射状態に変更された第４の状態にあるシステムを示す概略図である。
【図４】各可変リフレクタについて複数の反射状態を伴うシステムの一例を示す概略図である。
【図５】１つの例示的な実施態様に従った、可変リフレクタがユーザ又は移動作業システムによって移動可能で、対象領域を拡大できることを示す概略図である。
【図６】１つの例示的な実施態様に従った、それぞれ可変リフレクタと、任意の非自律可変リフレクタを備えた反射センサとを有する自律移動作業装置の群を示す概略図である。
【図７】１つの例示的な実施態様に従った、移動作業装置及び可変反射ベースステーションの一例を示す概略図である。
【図８】１つの例示的な実施態様に従った、可変レーダーリフレクタ(variable radar reflector)を作成するための一つのシステムを示す概略図である。
【図９】１つの例示的な実施態様に従った、双安定コレステリック液晶技術などの双安定ディスプレイ技術に基づく光学的可変リフレクタを示す概略図である。
【図１０】１つの例示的な実施態様に従った、既知の位置のタグ(known location tag)と、カメラ、レーダーシステム又はその両方と組み合わされたオンボード・タグセンサ(onboard tag sensor)とを利用した移動ロボットの位置の較正(calibration)を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
全ての図面は概略図であり、原寸通りに描かれていないことを理解すべきである。各図形の部分の相対寸法及び比率は、図中における明瞭性及び利便性の目的で、寸法を拡大又は縮小して示してある。同じ参照番号は通常、異なる実施態様における同一又は類似の特徴（feature）について言及するために用いられる。したがって、図面及び説明は本来的に例示として扱われ、限定的なものとしてみなしてはならない。
【００３１】
開示技術の側面は、ユーザが定義した場所内で作業するために１つ又は複数の自律移動作業システムの位置を特定し作業領域を限定するための方法及びシステムに関する。１つの実施態様においては、システムは、有線若しくは無線通信インターフェースを介する外部命令か、または、プログラムされた制御下又はユーザの設定可能な制御の下で、定期的な又は非同期的な時間スケジュールに従うかのいずれか一方に基づいて、その光学的又は電気磁気的な反射率を変更することができる２つ以上の可変反射ベースステーションを第１及び第２の位置に含む。またシステムは、反射ベースステーションまでの距離を測定することができる電磁気センサ又は光学センサのようなセンサにより可変反射ベースステーション (variable reflectance base stations)の状態を検知できる１つ以上の自律移動作業システムを含む。
【００３２】
自律移動作業システムは、作業システムの位置の判定を向上させる可変反射率システム、カメラ、ＧＰＳ及び他のセンサを有していてもよい。自律移動作業システム自体もシステム可変反射率(system variable reflectance)を有していてもよい。距離と反射率とのいずれかの組み合わせを測定する前に、ユーザによる入力、センサ入力、前もって得た位置情報、又は衛星ベースのシステムやその他の局所的な測位システム（全地球測位システム又はＧＰＳ）のような補助的な自動測位システムによって、システムは反射ベースステーションの位置を教えられ、又は自律的に学習する。反射距離又は反射角度及び自律移動作業システム上の反射率センサにより、第１の反射状態及び少なくとも１つのベースステーションへの距離又は角度が測定される。もし、この測定が初期測定であれば、バックグラウンド反射率及び距離又は角度(reflectivity and distance or angle)の測定値であるとみなされる。続いて、反射率変更命令若しくは定期又は非同期時間信号が少なくとも１つのベースステーションに与えられ、ベースステーションはその命令又は信号に応じて第２反射状態に変わる。次に、同じ第１の反射ベースステーションの距離又は角度及び反射率が再度測定される。第１の可変反射ベースステーションの第１（又はバックグラウンド）の反射率状態と第２の反射率状態との間の反射率の差は、システム計算リソースを用いて計算・測定され、または、１つの若しくは複数の電子センサシステムの電気回路によるアナログ計算により決定される。この差はシステムメモリに格納される。
【００３３】
反射率の測定結果(measurements)の差は、反射率を変えるように命令されたベースステーションを識別し、命令又は信号に応じて第１のベースステーションが実際に反射率を変えたことを確認するのに使用される。続いて、第２の命令若しくは第２の定期又は非同期時間信号が第１のベースステーションに与えられると、第１のベースステーションは第２の状態から異なる反射率状態に移行し、第１のベースステーションの反射率及び第１のベースステーションと自律移動作業システムとの間の距離が再度測定され、メモリシステムに格納される。リフレクタは、制御信号とは関係なく、一定の又は非同期の割合で、反射率を変えることもできる。第２の反射率状態と異なる反射率状態との比較が計算され、ベースステーションが識別されたという確証が得られる。
【００３４】
この過程は、反射率を変更するように命令された第１の反射ベースステーションの位置までの距離を識別したという確証を移動作業システムが得るのに必要なだけ繰り返される。別の例では、反射率の変化の割合は既知であってもよく、又は変調された非同期の反射率の変更を反射率の測定で識別できるようにしてもよい。またいくつかの例では、２つの反射状態及び距離だけの測定結果が、特定のベースステーションを識別し、特定のベースステーションまでの距離を判定するために必要になる。次に、識別及び距離判定の過程は、第２の既知の位置における少なくとも１つの他の反射ベースステーションに対して繰り返される。次に、ベースステーションの位置、測定したベースステーションと自律移動作業システムとの間の距離の測定結果及び推定値(estimates)からの格納データを取得したなら、移動作業装置の位置は、限定はしないが、三角測量、マルチラテレーション(multi-lateration)又は三辺測量(trilateration)などの複数の異なる位置の判定方法を利用して、計算することができる。移動作業システムは、移動作業装置の位置に関し計算した位置情報や可変反射ベースステーションの位置を使用して、また、必要に応じてＧＰＳ、推測航法、及び位置測定のためのオンボード画像システム(on board vision system)等の他のセンサと連動して、自律移動作業システムの位置を特定し、修正位置情報(correct position information)を補正し、マップし、自律移動作業システムを移動させ、ユーザが指定する境界内に自律移動作業システムの動きを限定し、草刈りや掃除のような作業を実施する。さらに、ユーザが確定した境界に加えて又はその代わりに、システムはいずれかの周知の物理的な境界システムを含むことができる。またこのシステムは、ユーザがコマンドを入力する間に得られた位置の測定結果に基づいて、自律移動作業システムに、自律移動作業システムの対象領域を学ばせる教授方法と連動して用いることができる。また、少なくとも１つの自律移動作業システムと２以上の可変反射ベースステーションとからなる統合作業機器も開示されている。
【００３５】
開示技術のさまざまな側面では、従来のシステムが一般向け商品に使用するには信頼性が低く、高価であり、又は複雑であることが時間と共に判明してきたことを認識している。その上に、開示技術のさまざまな側面では、自律移動作業システムの作業領域を限定し、位置を特定するために使用する場合、使いやすく、信頼性が高く、且つ、ごく安価な局所的なナビゲーションシステム(local navigation system)の必要性があると長年にわたって感じられていたことを認識している。光学画像(optical vision)ベースのロケーションシステム及び無線ロケーションシステムのために要求される著しい処理能力（ＭＩＰＳにおける計算及びワット単位で表される電力の双方）と複雑な電子装置及びソフトウェアは、これらのシステムの成功を妨げる障壁である。
【００３６】
さらに、開示技術のさまざまな側面は、システムのユーザが制御できない、衛星ベースのＧＰＳ信号を劣化させる多数の要因が存在していることを認識している。これらの要因には、限定するものではないが、大気条件(atmospheric conditions)、多重反射(multipath reflections)、受信器クロック誤差(receiver clock errors)、軌道誤差(orbital errors)、衛星配列(satellite geometry)、及び衛星信号の人為的劣化(artificial degradation of the satellite signals)などがある。それゆえ、衛星ベースの測位システムがサブメーターレベル（sub-meter level）の自律移動作業システムの測位及びロケーションには適当でない多くの時間、状況及び環境が存在する。むしろ、高性能低コスト自律移動作業システムの位置特定システムには、より単純でより信頼性の高いロケーションシステムが必要である。因みに、ＧＰＳに依存しない作業領域の限定と位置の特定を可能にする低コストな市販の部品が今や入手できるようになっている。
【００３７】
例えば、多くの低コストなレーダーシステムが現在広く市販されている。これらのシステムの例は、超広帯域の自動車用ギガヘルツ帯域幅レーダーシステムである。加えて、ステルスレーダー回避技術の進歩とともに、対象のレーダー断面（radar cross section）を変化又は制御する能力が電気機械的手段又は電子的手段のいずれか一方によって実行可能になり、これにより対象のレーダー断面をより容易に且つより低コストで変化させることができるようになった。さらにまた、例えば、海洋用途において現在配置されているようなレーダーリフレクタやエンハンサ(enhancer)を使用することができる。これは可変レーダーリフレクタのレーダー断面を変更するのに使用することができる。これらの技術を用いることにより、自律移動作業システム用の三角測量、マルチラテレーション又は三辺測量システムを設計することができる。システムは、可変位置ベースステーション(variable location base stations)の反射率の変更を指示する無線命令によって、これら可変ロケーションベースステーションを識別することができる。
【００３８】
消費者ベース(consumer based)の、作業領域を限定する(area-confined)自律移動作業システムの分野においては、システムは、システムにより可変反射率を制御できる複数の個別のベースステーションを有することができる。これとは対照的に、一般的な自律移動作業システムの多くは、よりずっと費用がかかり、独立したロケーションシステムを必要とする。この必要性は、ほとんどの自律移動作業システムの設計者を、タイミング又は命令に基づいて物理的特性を変える物理的に分離したシステム部品を有するシステムから遠ざけている。しかしながら、ここに開示した自律移動作業システムは、反射率がシステム自体により制御され、且つ、システムがベースステーションの位置を認知しているため、独立した可変反射ベースステーションからの反射と距離又は角度の測定結果とを得る時間を有するゆっくりと動く移動作業システムしか必要としない。
【００３９】
過去には、高出力で高価な能動型ＲＦＩＤタグ（active RFID tags）、又は、超短レンジの受動型ＲＦＩＤタグ（very short range passive RFID tags）を有するシステムがいくつか存在した。これらのシステムは、顧客のメンテナンスの必要性、運転の限定された領域、及びコストの高い送信器と受信器の電子機器のため、最適とはいえない（non-optimal）。さらにまた、短レンジの受動型ＲＦＩＤタグの領域限定があるため、ロケーションシステムにおいての使用には適さない。
【００４０】
ここに開示したシステムは、領域内の人間や対象物の位置特定のために、あるいは領域のオートメーション化された草刈り、掃除又は監視のために使用することができる。このシステムの重要な利点の１つは、システムがリフレクタ（reflectors）を自動識別できるので、システムコスト、つまり、位置特定の計算力も大幅に削減できることである。システムのメモリ容量は大幅に削減でき、クラウドコンピューティングのような外部コンピューティングは不要である。複合的な画像システムとは異なり、リフレクタは制御されており、且つ、環境と関連付けられた既知の位置を有しているので、既知の対象物又は構造(textures)のデータベースは必要ない。さらにまた、このシステムは、クラウドコンピューティングインフラ(infrastructures)の必要性、及び今日の自律走行車システムで使用される位置計算のためのマルチコンピュータシステムへの依存を解消する。サンプリング時間、計算時間及び多くの計算手順をごく低く抑えることができ、これにより安全、セキュリティ、ユーザインターフェース及びマッピングアルゴリズム等の他のタスクのために計算リソースを空けておくことができる。最小限の計算力で、簡易に、且つ、低価格で反射率を検出し制御することによって、可変反射率を有する外部のリフレクタとの距離を制御し、識別し、特定するという単純な概念により、自律移動作業システムの位置を特定できる、低価格ながら高品質のレーダー又は光学センサが得られるということは、驚くべき結果である。
【００４１】
さらにまた、システムは容易に拡張可能であり、固定のベースステーション(fixed base station)に限定されない。システムは、ユーザが定義し又はシステムが学習した固定反射ポイントの複数の位置を使用して、システムの正確度及び精密度(accuracy and precision)を高めることができる。例えば、ユーザは、自律移動作業システムのセンサ検出角度(sensor detection angle)の領域内における固定された対象物（fixed object）を識別することができる。この場合、可変リフレクタの１つは不要となるだろう。この識別された対象物は、特殊な不変の受動リフレクタ、目に見える基準（visible fiducial）、又は、特定の形状、色、または分光反射感度の対象物であってもよい。加えて、システムは、自律移動作業システムそれ自体又は外部ユーザのいずれか一方によって、容易にリフレクタを移動させることができる。また、必要な数だけ可変リフレクタをシステムに加えることが可能であり、これにより対象領域をどんどん拡大することができ、複数の移動作業システムと同じように、複数の充電ステーションを加えることができる。可変リフレクタを備えた複数の自律移動作業システムが追加可能であり、システムにより移動させることができ、精度を高めるとともにシステム範囲を拡張するために利用されて、移動作業システムの群（swarm）及び可変反射ベースステーションを生成できる。
【００４２】
ここで説明した実装(implementations)は、補正された及び補正されていない全地球測位システム、推測航法、電磁気ドッグワイヤ(electromagnetic dog-wires)、及び複合的な画像システムの上記課題及び限界を解決するものである。これは、すぐに入手可能な(off the shelf)光学カメラ又はごく安価なレーダーシステムを、システム制御された可変反射率を有する独立したベースステーションと連動して用いることにより、移動作業システムの位置特定に一部使用される。画像システム、局所又は全地球測位センサによって、これらベースステーションの位置を受信又判定するシステムによって、ユーザの入力により又は入力なしに、システムは移動作業システムの位置を計算することができる。ロケーションシステムのためのセンサは、移動作業システム上に、又は１以上のベースステーション上に、配置することができる。加えて、１以上の移動作業システムに反射ベースステーションを含むことができ、又は全てのシステムが可変リフレクタを有するようにすることができる。
【００４３】
自律移動作業システムは、少なくとも一部は、１以上の自律して移動可能な(autonomously movable)作業システムと、可変リフレクタを備えた少なくとも２つのステーションからなる。作業システムは、自律移動掃除システム、若しくはセキュリティ、監視、草刈り、集草(grass collection)、落ち葉掃除(leaf cleaning)または同様のもののための自律移動作業システムでもよい。システムは、ギガヘルツレーダーシステム、超音波システム、又は超広帯域レーダーシステム等の１以上の距離検出システム、又は距離測定用のステレオカメラシステムを含む。可変リフレクタは、光学リフレクタであってもよい。光学リフレクタは、例えば、一般的な反射性液晶パネル、コレステリック液晶のような双安定液晶パネル、磁気的に変化する(magnetically changed)可変リフレクタ、平面から曲面へ(from straight to curved)遷移する曲面反射パネル、面積が機械的に変更される回折可変な回折光学素子、あるいは、寸法や形状の変更、ビームステアリング(beam steering)、又は反射率を増大するために集光する(gathering of light)などのその他の多くのメカニズムの１つであってもよい。システムは、太陽光（sunlight）、周辺光（ambient light）又はシステムが供給する照明（system provided illumination）に依存して、ステレオカメラ又はカメラによってリフレクタとシステムの他の部分との間の距離を測定可能にしてもよい。これに加えて、リフレクタのレーザー照明を利用してもよい。この反射率は、固定時間信号、外部移動作業システム命令、又は非同期時間信号に基づいたシステムの命令により変化する。このシステムの使用により、リフレクタの位置を使用して、可変リフレクタと移動作業システムとの間の角度を計算することができる。反射率の変更は空間的でも指向性(spatial or directional)でもよい。例えば表面の曲率、反射率のパターン(pattern of reflectance)又はリフレクタの方向を変更することによって反射率を変えることができる。回折又は共鳴の技術によっても、センサに対し反射される光量を変えることができる。共鳴レーザー空洞(resonant laser cavity)又は可調マルチプレート・ファブリペロー干渉回折リフレクタを使用することができ、ここではプレートセパレーション（plate separation）を変えて可変リフレクタを生成することができる。ミラーの曲率は、リフレクタの反射率を変える容量的、電気的又は電気機械的手段により変えることができる。例えばモータによりリフレクタを移動させることや、シャッターによって反射面(reflective surface)を覆うことなどによるリフレクタの物理的な配向(physical orientation)が使用可能である。また、システムの反射率を変えるために、反射面の開口(aperture)を変化させることができる。
【００４４】
いくつかの実施態様においては、ベースステーションの反射率は、固有の時間に依存して変わるようになっている。これは自律移動作業ステーションの反射率センサ(autonomous mobile work station's reflectivity sensors)によって検出可能である。反射率変動の周波数はベースステーションごとに固有であり、これによりシステムはシステム内に存在するあらゆるベースステーションの反射率を知るか又は教えられるため、特定のベースステーションを識別することができる。周知の変調及び周波数検出のアルゴリズム及び回路を使用して、反射率の変動を検出し、特定のベースステーションの周波数の変動を計算することができる。加えて、ベースステーションの反射率の変動は、検出したのち特定のベースステーションであると識別するために使用できる符号化信号（encoded signal）により変調することができる。センサシステムは、測定されたシステムの反射率からの情報を復調することができる。受動型リフレクタであるということから、自律移動作業システムの位置を特定する際に個々のベースステーションの識別を示すことができる能力を有しながら、しかもコスト及び電力を低く抑えることができるという付加的利益を得ることができる。
【００４５】
また別の実施態様においては、レーダーリフレクタは、断面を物理的に変形させることにより、又は断面を電気磁気的に充放電することにより、可変レーダー反射断面（radar reflectance cross section）を有するように作成することができる。この場合には１以上の低コストのレーダーシステムを使用して、可変レーダー反射断面を備えた移動作業システム又はベースステーションの距離又は角度、及び反射率を検出することができる。レーダー横断面積の変化の速度は、ゆっくりとした静的な変化状態から、高周波数にまですることができる。レーダーシステム使用の有利点は、フェンスや壁のような障害物を通り抜けて測定できる能力、及びチリ、ホコリ及び多くの気候条件を通り抜けて見ることができる能力にある。
【００４６】
自律移動作業システムの盗難の問題が残っているので、搭載されている光学システムは、システム盗難抑止のための視覚的ユーザ識別アルゴリズム(visual user identification algorithms)とともに使用されてもよい。ユーザは、プロパティ（property）の一定の特徴を認識するようにシステムをプログラムすることができる。これにより、システムに、移動作業システムによる作業工程を再度実施可能にする前に、作業領域の所定の特徴を発見して認識させることができる。また、搭載されているレーダーや映像システムは、障害物の位置特定、障害物回避又は移動対象の識別といった多重用途に利用できる。
【００４７】
開示技術の一つの側面は、第１の移動作業装置（例えばロボット芝刈り機）、及び、少なくとも１以上の反射境界ステーション(reflective boundary stations)の位置を、領域（例えば芝地(yard)のようなユーザが定義する領域又は予め定義した領域）内で特定する方法に関する。方法はさらに、ユーザ入力、内部又は外部ロケーションシステムによって、作業領域内に配置された可変リフレクタの位置をシステムに与えることを含む。方法は、システムが可変リフレクタの向き及び位置を識別することができるようにする較正シーケンス(calibration sequence)を完了することを含む。また方法は、少なくとも第１のリフレクタ、及び、場合によっては１つ以上の追加のリフレクタについて、バックグラウンド又は初期の測定結果を得ることを含む。また方法は、タイミング信号又は命令信号によって、第１の可変リフレクタの反射率状態(reflectance state)を変更することを含む。移動作業システムと少なくとも１つの可変反射ベースステーションとの間の距離又は角度、及び反射率の測定が、第１のリフレクタについて行われる。
【００４８】
次に、バックグラウンドと第２の反射状態との測定結果の反射率の差を計算する。方法は、第１の可変リフレクタの反射率状態を再度変更し、このステーションの反射率及び角度又は距離を測定することを含む。続いて、方法はさらに、第１の測定結果を、第２の測定結果と比較すること、及び、必要ならばバックグラウンドの測定結果と比較することを含む。メモリに距離又は角度を格納する。必要ならば、方法は、１以上の可変リフレクタに、第３あるいは第４、第５、又は、それ以上の反射率状態または第１の（当初の）反射状態(reflective state)を有するように命令すること、及び、その次に距離又は角度及び反射率を測定することを含んでもよい。続いて行われたこれらの測定の結果は、システムメモリ内に置かれる。
【００４９】
方法は、移動作業システムが第１の変化した可変リフレクタまでの距離又は角度を判定したとの確証を得るまで、変更及び測定シーケンスを繰り返し、必要に応じて比較するステップを含む。方法はさらに、この反射率を変更する命令のシーケンスを繰り返すこと、必要に応じて、移動作業システムの位置についての確証を得るまで、いずれかの追加の可変反射ベースステーションに対して測定を繰り返すこと、及び、メモリ内にこのデータを格納することを含む。
【００５０】
いくつかの例においては、方法は、家、木又は他の静止対象物のような固定された反射対象物を識別するか又はそれらの存在を示し、これを可変反射ベースステーションの１つの代わりに使用することを含む。また方法は、少なくとも１つの可変リフレクタと識別済みの固定対象物との間の距離を測定し又は受信する方法を含む。方法は、自律移動作業システムに固定対象の位置にごく接近した範囲内で移動するように命令することも含む。固定対象物の位置までの補正距離が測定される。固定対象物から可変反射ベースステーションまで、距離又は角度及び反射率の第２の測定が行われる。これはバックグラウンドの測定結果として使用される。
【００５１】
システムは可変反射ベースステーションの反射率の変更を命令し、可変ベースステーションの角度又は距離及び反射率(angle or distance and reflectivity)の新たな測定が行われる。可変ベースステーションの位置は既知であるか、獲得しているか又はユーザにより入力されている。固定対象物の位置も、既知であるか、学習しているか又はユーザにより入力されている。移動作業システムは、システムにより入力され又は学習された第３の既知の位置に移動する。次に、方法は、可変反射ベースステーションまでの距離又は角度及び反射率についての上述した測定シーケンスを再度繰り返すことをさらに含む。移動作業システム及び固定対象の新たな位置と関連付けながら、固定対象物までの向きが計算される。方法は、移動作業システムに、距離測定センサ及び反射センサが固定対象物の反射率及び距離又は角度を測定することができる角度に向きを変えるように命令することを含む。この方法は、少なくとも１つの可変反射ベースステーションと固定された対象との組み合わせを確認し、較正し、使用して、位置を追跡し作業領域マップ（work area map）を作図する。作図したマップはシステムメモリに格納される。
【００５２】
さらにまた、方法は、移動作業システムに関して、複数の可変反射ベースステーションのいずれか又は可変リフレクタを備えた追加の移動作業システムの位置及び方向を判定し且つマッピングすること；及び、１つ又は複数の可変反射移動ベースステーション(variable reflective mobile base station or stations)の位置を含むシステムメモリ中に収納されたマップと、移動作業システムの現在位置を比較することにより得られた向き及び位置の計算に基づいて、少なくとも１つの可変反射ベースステーション又は可変リフレクタを備えた追加の移動作業システムの角度又は距離及び反射率を測定する位置にシステムセンサを位置づけるための角度の変更を命令することを含む。マップ作成の方法は、可変反射ベースステーション、移動作業システム、及びユーザの入力により定められたシステム作業境界(system working boarder)の位置を入力又は判定することを含む。
【００５３】
システム及び方法は、ユーザが、障害物、及び、移動作業システムが可変ベースステーションを検知できない位置を入力することを可能にしている。次にシステムは、可変反射移動ベースステーションがとりうる可能な位置(potential position)からの見通し線(lines of sight)を計算し、移動作業システムが距離又は角度及び反射(distance or angle and reflection)の測定結果を得られない場所の指標を提供する。続いてメモリ内のマップ領域には、移動作業システムが角度又は距離の測定結果を得ることを期待できない場所にマークが付けられる。移動作業システムが作業領域を行き来する間、その位置をマップと比較して、立ち入り禁止領域(keep out area)内にいるかどうか判定する。例示的な実施態様によると、方法はさらに、システムが立ち入り禁止領域から退去できるように、推測航法、ＧＰＳセンサ又は光学センサの組み合わせを使用して、行き来する経路を提供することを含む。
【００５４】
必要に応じて、方法は、１以上の可変反射ベースステーションを正確に発見して測定するために、移動作業システムの向きを変更するように命令することを含んでいてもよい。このためには以下のシーケンスが必要となる。まず移動作業システム又は移動作業システム上のセンサの向きを変える。そして、第１の可変リフレクタの変化する反射率を識別するシーケンスを試みる。もし、リフレクタを発見できなければ、再度リフレクタの向きを変更し、前述した測定シーケンスにより位置の特定を試みる。加えて、より容易に１以上の可変反射ステーションの測定結果を得るために、マップ、配向履歴(history of orientations)、及びマトリクス変換(matrix transform)を行って、移動作業システムの再方向付けを実行するようにしてもよい。システムは、オンボード・コンパス(onboard compass)、ジャイロスコープ又は加速度計、推測航法、ビデオカメラ又は車輪オドメータ(wheel odometer)による環境パターン観察(environmental pattern observation)、比較及びマッピングの少なくとも１つによって、角度を判定することができる。
【００５５】
もし測定センサの視野（field of view）が許すならば、少なくとも第２のリフレクタについて、変更された反射率及び距離の測定を同時に行い、第２の可変リフレクタについて、上述した測定シーケンスを完了することができる。もし同時にできなければ、移動作業システムは、第２の可変リフレクタの位置を特定し、第２の可変リフレクタの反射率、距離又は角度を測定するために、必要に応じて、自身の物理的なセンサの向き(physical sensor orientation)を変えることができる。そして第２のリフレクタの上述のような測定を行う。少なくとも第２のリフレクタを検知するための方向を得るために、格納したマップと関連するシステムの位置についてシステムが現在認識している情報を活用して、方向付けの選択を増補し、転換角度を最小限に抑えることができる。第２のリフレクタは、時間信号又は命令信号に基づいて、その反射率を変える。第２の可変リフレクタの反射率及び第２の可変リフレクタから移動作業システムへの距離又は角度の測定が再度行われる。
【００５６】
移動作業システム用の測定センサは、３６０°視野用の３６０°リフレクタを備えた上向き視野のステレオカメラタイプでもよい。これは、システムに拘わらず、移動作業システムが全ての反射ベースステーションを同時に識別し、且つ、１以上の反射ベースステーションの見通し線上に存在し得るいかなる障害物をも識別することを可能にする。また３６０°の範囲で対象の検知及び視覚を可能にする。加えて、特別に設計されたアンテナ又は回転レーダーセンサ(rotating radar sensor)のいずれかにより、レーダーセンサは３６０°の検知角度で検知することができるようになる。もしくはレーダーの方向を固定し、自律移動作業システムが回転してレーダーを検知するようにしてもよい。
【００５７】
移動作業システムから複数の可変リフレクタへの距離又は角度が得られると、移動作業システムの位置が計算される。この距離の計算を行うのに、三角測量、マルチラテレーション又は三辺測量のような方法が使用される。このシーケンスは、自律移動作業ステーションをマッピング、移動又は位置特定するために必要に応じて繰り返すことができる。位置の選別(filtering position)、位置の推定(estimates of position)及び経路計画(path planning)の方法としては、デジタル信号処理フィルタ、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、カルマンフィルタ（Kalman filters）又は他の類似した方法などのアルゴリズムがある。加えて、統計的方法を位置の推定に利用して、特定された位置は少なくとも期待された位置の許容誤差内であるとの確証を得ることができる。さらにまた、周知の曲線適合アルゴリズムを利用して、少なくとも第１と第２のマップ位置の間の経路を計画することができる。これらの位置で、システムは前述した可変反射ベースステーションの位置特定方法を用いて判定を行うことができる。曲線適合技術(curve fitting technique)として、補間(interpolation)、平滑化(smoothing)、回帰分析(regression analysis)又は統計的干渉(statistical interference)による最良適合などがある。また境界間の経路は、予測された曲線適合に対する外挿(extrapolation)又は代数学的解法によりマッピングすることができる。曲線適合と位置の測定との間の誤差は、カルマンフィルタ又は粒子フィルタ(particle filters)用の適合フィルタ及びフィルタパラメータを生成するために、自律移動作業システムの速度及び向きのシステムモデルを開発するのに使用することができる。さらにまた、確率分布による適合アルゴリズムを使用して、は、命令された速度及び向きに基づいて、高精度な位置及び向きを得ながらシステムが作業する確率を推定することができる。
【００５８】
次に、移動作業システムは、他の位置に移動して、可変リフレクタに対するその位置を再度判定するようにしてもよい。加えて、可変反射システム、及び、１つ又は複数の移動作業システムは、ＧＰＳシステム、ＲＴＫ−ＧＰＳシステム又は他の誤差補正ＧＰＳシステムを含んでいてもよい。これは、反射作業システム(reflective work systems)及び移動作業システムの位置情報を獲得し又は改善するために、移動作業システムの二次的な精度のよい位置決めを可能にする。上に挙げた全てのシステム、移動作業システム及び可変リフレクタシステムは、無線又は有線の通信リンクを含んで、位置情報を共有し、位置補正アルゴリズムにデータを供給するようにしてもよい。これらの通信システムは、２地点間、ブロードキャスト、全二重又は半二重でもよい。各移動作業システム、可変反射ステーション(variable reflectance station)及び充電器は固有の識別コードを有していてもよい。
【００５９】
また、システムは、無線暗号化データ転送システムを含んで、システムの部分間における通信への不正アクセスを防止するようにしてもよい。位置情報の補正に、リアルタイムキネマティック(real time kinematics)又は差分ＧＰＳのような補正アルゴリズムが使用できる。さらに、外部命令システムは、命令により、システムの可変反射ベースステーションのいずれかの反射率を変更したり、可変ベースステーションを追加したり、ユーザの命令又はベースステーションと識別番号との間の関連付けを示すプログラムされたリスト(programmed list)により可変反射ベースステーションに関連付けられた識別番号を変更したりできるようにする。
【００６０】
システムに作業境界を教えるために、システムは、移動作業システムから取り外すことのできる取り外し可能なセンサシステムを含んでいてもよい。センサシステムは、可変リフレクタの距離、反射率及び角度を測定するために、位置標定(position location)、測距(ranging)、反射率又は角度測定センサの少なくとも１つを有している。取り外し可能なセンサシステムは、外周位置判定(perimeter location determination)のためのセンサの位置計算を改善するために、ＧＰＳシステムを含んでいてもよい。加えて、センサはスマートフォンと通信するための手段を有していてもよい。取り外し可能なシステムは、位置の補正のために動作を検知する慣性測定装置（inertial measurement unit）を含んでいてもよい。スマートフォンのＧＰＳ、セルラー、Ｗｉ−Ｆｉ、無線及び位置特定のシステム及びアルゴリズムをセンサ固有の機能と連動して使用して、境界位置測定(boundary location measurements)を補正又は改善するようにしてもよい。またスマートフォンは、位置情報を格納しユーザが最終的な境界(final boundary)を見て、これを修正し、格納及び変更のために補助的なコンピュータに転送し、完成した作業境界としてシステムに戻すことができるようにするアプリケーションを有していてもよい。同じ方法を使用して、境界の内側に侵入してはいけない移動作業システム領域、又はシステムが通行できるが、複数の作業領域間を行き来して作業を完成してはいけない領域を教えることができる。
【００６１】
ひとたび取り外し可能なセンサシステムを移動作業システムから取り外せば、次にユーザは作業領域の外周に沿って(about the perimeter)移動できる。ユーザは、ユーザ命令によって、システムに対し移動経路が境界の一部であることを伝えたり、システムに対しそれが境界の一部ではないことを伝えたりすることができる。上記と同じ方法で、システムは、位置の測定結果を得て、外周の位置を格納し、作業領域の境界をマッピングする。次にシステムは、取り外し可能なセンサのトラッキング(tracking)に基づいて作業外周を構築する。システムはユーザに対し、一時停止してセンサを可変リフレクタに向け、それから必要に応じて位置データを正確に取得し又は取り外し可能なセンサシステム中に埋め込まれたＧＰＳセンサを補正するように命令することができる。完了したら、ユーザはシステムに対し、作業境界を閉じて(close the work boundary)、ユニットを移動作業システムに戻すように命令することができる。
【００６２】
位置決めセンサシステムは、フィルタリングソフトウェアを使用して、格納された位置決め方法の補正の平滑化をできるようにすることができる。またラインフィッティングアルゴリズム(line fitting algorithm)を有して、自律移動作業システムを囲む閉じた経路、もしくはステーションの(station's)１つ又は複数の出入りのある(indented)作業領域を生成することができる。取り外し可能なセンサシステムは、自律移動作業システムの対象となる作業領域、禁止領域及び非作業通行領域(non-work travel areas)の境界及びマップを格納するためのメモリを有していてもよい。この情報は、補正、増補、マッピング、ポストフィルタ処理又は検証のために、補助的な計算機器に転送してもよい。この情報は、取り外し可能なフラッシュメモリ、無線、シリアルリンク、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ又はＣＡＮバス、若しくはその他の一般的な通信プロトコルにより、補助的な計算システムに転送してもよい。加えて、システムは搭載された可変反射システムを使用して、メッセージをコード化したり、又は自律移動作業システムと可変反射ベースステーションとの間で情報をやりとりしたりすることができる。
【００６３】
また、境界情報のその後の格納、検討及び変更のために、ユーザはシステムを別個のコンピュータ又は携帯電話に接続することができる。この情報マップは、無線リンク、Ｗｉ−Ｆｉ、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＳＢメモリスティック又はフラッシュメモリカードにより、移動作業システムの境界及び移動パターンを指示するために、システムに提供される。
【００６４】
可変反射率システム(variable reflectivity systems)それぞれは、ＧＰＳシステム、無線送信器、無線受信器、有線送信器及び／又は有線受信器のうち、１つ以上を含んでいてもよい。また可変リフレクタとしては、システムの反射率を変化させるのに適当な電子系、運動系、可変リフレクタ、機械系及び光学系のシステムなどがある。１つの実施態様においては、システムは、可変反射率システムの位置を得るためにＧＰＳ受信器を利用している。
【００６５】
他の実施態様においては、移動作業システムは、可変反射ベースステーションの位置をマッピングし、検証するために使用する少なくとも１つのＧＰＳセンサを含むことができる。少なくともこの例においては、可変反射ベースステーションは、可変反射ベースステーションにごく近い範囲内に移動する。次に移動作業システムのＧＰＳロケーションが補正前の可変反射ベースステーションの位置として示される。そして、移動作業システムに搭載されたセンサを使用して、移動作業システム及び可変ベースステーションからの距離を測定又は入力し、移動作業システムの向きを記録し、メモリに格納する。移動作業システムは可変反射ステーションに近接した第２の位置へ移動し、第２のＧＰＳ読み取り及び可変反射ベースステーションへの距離及び向きの測定結果がメモリに記録される。続いて、先に強調したような一般的な位置決めのための数学を用いて、可変反射ベースステーションの位置が判定されて、メモリに格納される。移動作業システムはこの方法を繰り返して追加の可変反射ベースステーションの位置を得る。さらにまた、可変反射ベースステーションの位置はこの測定に先立って知られていてもよい。その場合、ＧＰＳ位置指標を示す自律移動作業システムの指標を補正することができる。
【００６６】
他の実施態様においては、ユーザは携帯電話を各ベースシステム(base system)に順に接続し、電話からＧＰＳロケーション情報を得るように命令することができる。この接続は、音声出力ジャックを介する物理的なもの、ＵＳＢ接続や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ又はその他の類似の無線リンクを介するシリアル接続又は無線接続でもよい。システムは、第１のベースステーションから所定の距離にある他のベースシステム中に含まれるＧＰＳ、又はインターネットを介して接続する、移動作業ユニット若しくは固定外部ベースステーションに搭載されたＧＰＳと連動して、１つ又は複数のＧＰＳ受信器を使用して区域可変反射ベースシステム(zone variable reflectance base systems)の位置を補正する。
【００６７】
加えて、移動作業システムは、以下のシステム、すなわち電気駆動システム、モータ、歯車装置(gearing gears)、制御モジュール、レーダーセンサ、超音波センサ、Ｗｉ−Ｆｉ、無線リンク、ＣＡＮバス、ＭＯＤバス、ＬＩＮバス、ＲＳ−２３２シリアルリンク又は類似の通信リンクの少なくともいずれかを含んでいる。またシステムは可変反射率ロケーションシステムにより得られた位置情報の修正のためのマルチセンサアルゴリズム(multi sensor algorithms)を作成するために、慣性測定装置、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、走行距離計、ステレオカメラ、レーダーなどを含むことができる。また移動作業システムは、電池、燃料電池、キャパシタ又はその他の一般に知られた貯蔵素子(storage element)の少なくとも１つを含む電池及び電源システムを含むことができる。
【００６８】
他の実施態様においては、自律移動作業システムは、各反射ベースステーションを順に又は一緒に拾い上げ、他の位置にまで移動し、降ろして、それらの可変反射ベースステーションそれぞれの位置を再較正する機構を含んでいる。位置情報の較正は、複数の移動作業システム(multiple mobile work systems)の使用により、又はユーザ入力によって、上述したＧＰＳに基づく方法により行うことができる。これは、家の周囲や作業領域内の家の周囲や障害物の周囲を考慮したシステムを可能にする、複雑な幾何学形状を考慮した、より広い対象範囲と、より堅固なロケーションシステムを可能にする。
【００６９】
他の実施態様においては、システムは複数の自律複数移動作業システムを有し、その各システムは、可変リフレクタ、無線リンク、駆動システム、計算システム、距離及び反射率の測定システム及び記憶システム、マッピング及び経路計画システムを有している。加えて、システムは追加の可変反射ベースステーションを有していてもよい。これら移動作業システムはそれぞれ、他の自律作業システム及び可変反射ベースステーションへの距離及び位置を測定することができる。２より多くの複数の作業システムが存在する場合、移動作業システムは全ての移動作業システムの位置を計算するのに使用することができる。類似の位置ロケーションアルゴリズムを使用すれば、各移動作業システムの位置は計算可能である。少なくとも２つの移動作業システムが既知の位置に固定されたままで、第３の位置が計算される。次に、第３のワークステーション(third workstation)を移動させることができる間に、第１又は第２の作業システムのいずれか一方を移動し、続いて第３の作業システムの位置を計算できる。
【００７０】
可変反射ベースステーションを加えると、これらは初期位置ロケーションアンカー(initial positioning location anchor)として使用でき、少なくとも第３の移動作業システムの位置を計算するために、少なくとも２つの移動作業システムの計算のベースライン（baseline）を提供することができる。さらにまた、識別済みの固定された対象物は、各自律移動作業システムの位置を補正するための他の手段として使用することができる。これは、移動作業システムのラウンドロビン方式の動作(round-robin movement)を可能とし、作業領域を無制限な広さに、又はシステムの電池容量によってのみ制限される広さに広げることができる。
【００７１】
加えて、移動システムは、充電装置を備えて、少なくとも第１の移動作業システムの１つから、少なくとも第２の移動作業システムへ電力を伝送して、より大きな対象領域を可能にしてもよい。この例では、第１の移動作業システムは、可変反射ベースステーションでもよい固定充電ステーションにより充電される。自律移動作業システムを動かすのに必要なエネルギは、草刈り、ブローイング(blowing)、バキューミング（vacuuming）等の作業プロセスの間に使用する電力よりも低いので、第１の移動作業システムの電池内に貯蔵されているエネルギは、少なくとも第２の移動作業システムに移送可能である。
【００７２】
他の実施態様においては、反射ベースステーションの１つは充電ステーションとして機能することができる。充電ステーションは電源出力に接続されていてもよく、又は風力、刈り取った芝生や植物の残骸によるバイオ燃料電池(bio-fuel cell)あるいは太陽発電のような代替エネルギ源を有してもよい。この充電ステーションは、移動作業システムよりも大きくても、小さくてもどちらでもよい。この例では、充電システムは移動作業システムよりも小さい。移動作業システムは充電ステーションを持ち上げて、移動作業システム又は電池の充電が可能なステーションに取り付ける。
【００７３】
さらに、充電ステーションは交換可能な電池を収納するように構成してもよい。この場合、電池パックは充電及び交代作業のために交換することができる。第１の電池パックは、第２の電池パックが自律移動作業システムに載せられている(pick up)間に、充電することができる。移動作業システムは、誘導コイル、キャパシタ、燃料電池又は電池から得られる一時的な充電貯蔵システムを備えている。この貯蔵システムは、移動作業システムに接続されている間に、一次電池により充電できる。
【００７４】
システムはまず最初に、充電に適した電力レベルで第２の電源を充電し、一次電池なしに自律移動作業システムを移動する。充電ステーションは自律移動作業システムの定義された作業領域内に配置される。最初の電池パックの電圧又は容量が設定レベルに達すると、自律移動作業システムはユーザにより示され、又は命令された反射率の変更を求めて環境をスキャンすることにより、充電ステーションに取り付けられた可変リフレクタを介して発見した充電ステーションの位置について取得している情報を利用する。充電ステーションを発見すると、移動作業システムは充電ステーションへの経路を計画し、移動作業システムに命令が提供されて、移動作業システムは充電ステーションの開放された充電ポート(open charging port)に進む。移動作業システムの一次電池は、充電ステーションの第１の充電ポートと接続する位置に置かれて、移動作業システムから解除される。続いて自律移動作業ステーション(autonomous mobile works station)は、少なくとも補助的な電力貯蔵素子に貯蔵した電力により充電状態に戻った第２の電池まで移動する。自律移動作業システムは次に、少なくとも第２の組の充電済みの一次電池を自律移動作業システム中に積み込む。自律移動作業システムは続いて、必要に応じて第２の組の一次電池セルの電力の下で、定義された作業領域内において命令された作業タスクを完了する。
【００７５】
他の実施態様においては、ベースステーションは自律移動作業システムよりも小さくてもよく、移動作業システムとの接続のために持ち上げることができる。典型的には、ほとんどの充電ベースステーションは自律移動作業システムがドッキングする(docs with)装置である。しかしながら、システム全体のコストを節減するために、ベース充電ステーション(base charging station)は自律移動作業システムよりも小さくして、自律移動作業システムにより持ち上げられるようにすることができる。次に自律移動作業システムは、システムの電池の充電のために、電力コネクタに自律移動作業システムを接続することができる。同じ充電システムを使用して、電源に接続されていない他の可変リフレクタベースステーション(variable reflector stations)において再充電可能なバッテリを充電できる。これらは芝地内のさまざまな位置に移動するか、又は独立した駆動システムにより自身の電源で移動することができる。
【００７６】
他の実施態様においては、反射ベースステーション及び移動作業システムは全て、反射センサ、距離センサ及び可変リフレクタを含むことができる。このような組み合わせにより、多くの移動ベースステーション(mobile base stations)及び可変反射ベースステーションの位置を検証することができる。これらのベースステーション及び移動作業システムは、作業システムの対象エリアを拡大するために、移動され、又は移動することが可能である。
【００７７】
他の実施態様においては、光学センサと測距レーダーシステムの両方の組み合わせを一緒に使用し、１つ又は複数の移動作業システムの位置を計算する。加えて、第２の慣性測定装置を使用して、光学センサ及び測距レーダーセンサの組み合わせからの位置計算を増補することができる。光学センサは、距離、形状、大きさ、色彩、スペクトル反射成分(spectral reflection content)又はこれらの測定値の組み合わせを測定することができるカメラ、ステレオカメラ又はカメラの極性(polarity of cameras)でよい。移動作業システムは、１以上の可変反射ベースステーションの位置を特定することができるカメラ、ステレオカメラ又は複数のカメラを含んでいてもよい。反射作業システム(reflective work system)は、光度により、又は反射されたスペクトル応答により、反射率を変化させることができる。
【００７８】
ベースステーションの位置特定は、例えば視覚的なパターン(visual pattern)及び物体認識(object recognition)手段を利用して行うことができる。ベースステーションの位置を特定する際に、移動作業システムは、レーダーセンサが第１のパルスを少なくとも１つの可変反射ベースステーションに送信することができるように、自らを方向付ける。移動作業システムの向きはメモリ中に保存される。移動ベースステーションの第１の反射率状態を指示する第１の命令が移動作業システムからベースステーションに送られる。可変反射ベースステーションからの第１の応答が移動作業システムに送られる。それからベースステーションの反射及び距離の第１の測定が行われて格納される。次に、無線リンクを介して命令が第１の可変反射ステーションに送られる。この命令に応えて、ステーションはそのレーダー又は断面(radar or cross section)を、第２のレーダー断面に変更する。反射率が変わったことを示す無線通信応答がベースステーションから移動作業システムへ送られる。移動作業システムは命令を受信し、そしてこの移動作業システムは第２のレーダー反射率測定を行い、格納し、第１のレーダー反射測定と比較する。この一連の測定結果を使用して、移動作業システムからベースステーションまでの距離及び反射率の変化を検証する。可変反射ステーションは反射率を最初の状態に変更するように命令を受ける。再び、確認応答メッセージ(acknowledgment message)がベースステーションから移動作業システムに送られ、これに応じて反射率及びベースステーションまでの距離の測定が行われる。この測定により、的確な可変ベースステーションが選択されており、適切なベースステーションまでの距離が測定されているとの確証が高まる。各ベースステーションは、無線メッセージ中に符号化された固有識別アドレスを有する。
【００７９】
他の実施態様においては、リフレクタの固有レーダーシグネチャ(unique radar signature)（スペクトル周波数応答(spectral frequency response）)、又は、固有外観(unique visual appearance)により、システムは、的確なベースステーションが作動しており、測定され、識別されたことを検証することができる。この例では、無線ベースステーションは、可変反射ベースステーションに向けて、固有アドレスを含む無線メッセージを送りさえすればよく、可変反射ベースステーションは、受信器と送信器とを有するよりはむしろ、無線受信器のみを必要とする。
【００８０】
他の実施態様においては、無線リンクを取り外して、移動自律移動作業システム(mobile autonomous mobile work system)上の可変リフレクタ、ベースステーション上の可変リフレクタ、及び各反射ベースステーション及び移動作業システムそれぞれの上の１以上のカメラに置き換えてもよい。システムコンポーネント間でメッセージを伝送するために、信号は可変リフレクタに符号化されるか、又は加えられるようにしてもよい。
【００８１】
他の実施態様においては、移動作業システムが特定の位置にある時に可変ベースステーションの向き及び方向(orientation and direction)を認識するように、コンパス及びユーザ入力、又はＧＰＳにより、システムに教えることができる。次にこれらの向きを使用して可変リフレクタに対する移動作業システムの姿勢(pose)を計算する。個別のベースステーションのそれぞれの測定前に、可変反射ベースステーションまでの距離及び反射率の測定結果を得るために、適切な向きを計算し、その向きに移動作業システムを方向転換させる。
【００８２】
また、少なくとも１つの自律移動作業システムと、２以上の可変反射ベースステーションとを含む統合作業機器も開示されている。
【００８３】
開示技術の側面に従うと、ユーザが選択する領域中で作業を実行するための自律移動作業システムは、開示技術の要旨を逸脱することなく、以下の要素の１以上を含むことができる。
【００８４】
a.以下の要素の１以上を含む移動作業装置
i.モータ駆動システム
ii.直流又はブラシレス電動モータ
iii.ギア機構
iv.４つの車輪
v.サーボステアリングシステム
vi.草刈り、バキューミング、スイーピング又は清掃システム(Cutting, vacuuming, sweeping or cleaning system)
vii.電力変換装置及び直流−直流変換装置(Power converters and dc-dc converters)
viii. IEEE 802.15.4拡張範囲モジュール(IEEE 802.15.4 Extended Range Module)などの多点無線送受信器
ix.光学エンコーダ
x.視覚走行距離センサ(visual odometer sensor)
xi.以下の要素の１以上を含む１つ又は複数のセンサ基板
1.三軸加速度センサ
2.三軸ジャイロスコープ
3.三軸磁力計
4.傾斜センサ
5.雨センサ
xii.ユーザインターフェース
1.液晶ディスプレイ
2.制御ボタン
xiii.筐体
xiv.フレーム
xv.シングルボードコンピュータ
xvi.サーボ及びモータ(servo and moter)制御基板
xvii.Ｗｉ−Ｆｉ接続
xviii.緊急停止ボタン
xix.凹凸(bump)センサ
xx.レーダーセンサ
xxi.立体視システム
xxii.ＣＡＮバス
xxiii.  シリアルバス
xxiv.超音波センサ(ultrasound range sensors)
xxv.充電接続部。
【００８５】
b.以下の要素の１つ以上を含む少なくとも１つの可変反射ベースステーション
i.システム制御可能な可変レーダーリフレクタ
ii.埋め込み式計算システムを含む制御基板
iii.ベースステーションへの電力供給のための電源システム
iv.無線受信器又は無線送受信器
v.ＧＰＳ受信器
vi.ＧＰＳアンテナ
vii.可変レーダー断面を備えたレーダーリフレクタ。
【００８６】
c.以下の要素の１以上を含む少なくとも１つの充電ベースステーション
i.移動作業ステーションの充電接続部に接触するための接触器
ii.制御パネル
iii.Ｗｉ−Ｆｉ受信器
iv.イーサネット受信器
v.IEEE 802.15.4拡張範囲(IEEE 802.15.4 Extended Range)などの多点無線送受信器
vi.可変レーダー断面を備えたレーダーリフレクタ
vii電源システム
viii.充電システム
ix.電子機器を収容するためのハウジング
x.少なくとも第１の反射率状態から少なくとも第２の反射率状態又はそれ以上の反射率状態に可変リフレクタの方向を変更するためのモータ及び機械的連動機構。
【００８７】
１つの例示的な実施態様に従うと、自律移動作業システムの位置判定方法は以下のステップの１つ以上を含むことができる。
【００８８】
a.第１の可変反射ベースステーションの位置及び方向をユーザが提供する
b.第１のベースステーションとは異なる位置に配置された第２の可変反射ベースステーションの位置及び方向をユーザが提供する
c.第１の及び第２のベースステーションの第１の及び第２の位置とは異なる第３の位置に自律移動作業システムが存在する
d.自律移動作業システムが第１のベースステーションに対してその反射率を変更するように指示する命令を提供する
e.続いて、命令に応答してベースステーションがその反射率を変更する
f.続いて、自律移動作業システムが、第１のベースステーションの反射率、及び自己から第１のベースステーションまでの距離を測定して格納する
g.続いて、自律移動作業システムがベースステーションの反射率を第２の反射率状態に変更するように命令する
h.続いて、命令に応答して、ベースステーションがその反射率を変更する
i.続いて、自律移動作業システムは、第１のベースステーションの反射率、及び自己から第１のベースステーションまでの距離を再度測定して格納する
j.次に、移動作業ステーションは、ベースステーションの反射率を異なる反射率状態（第１の状態又は第３の状態のどちらか１つ）に変更するように命令する
k.続いて、自律移動作業システムは、第１のベースステーションの反射率、及び自己から第１のベースステーションまでの距離を再度測定して格納する
l.次に、システムの計算システムは、命令による反射率の変更が行われるたびに、ベースステーションの反射率における変更前と変更後の差を計算する
m.この方法は、必要に応じて、自律移動作業システムの第１のベースステーションまでの距離を検証するために繰り返される
n.自律移動作業システムのレーダーセンサは、第２の移動ベースステーションの方向を指す第２の向きに方向転換して、第２のベースステーションの反射率及び方向を測定できるようにする
o.次に自律移動作業システムは、第２のベースステーションの識別及び第２のベースステーションまでの距離の測定を繰り返す
p.第１の及び第２のベースステーションの既知の位置及び測定した距離を使用して、自律移動作業システムの位置を計算する
q.この過程は、必要に応じて、境界のある領域での(bounded area)システムの位置が得られるまで繰り返される
r.さらにこの方法は、第１の及び第２のベースステーションとは異なる位置に少なくとも第３の可変反射ベースステーションを追加するとともに、自律移動作業システムが命令されて変更された反射率及び距離の測定結果を利用して、自律移動作業システムの範囲を拡大するか自律移動作業システムの位置計算の精度を向上させるかすることを含む。
【００８９】
本発明の範囲から逸脱することなく、複数の移動作業装置を採用することができることは理解されるだろう。
【００９０】
１つの例示的な実施態様に従うと、それぞれシステムに制御される可変リフレクタを有する複数の自律移動作業装置を含むシステムは、以下の要素の１以上を含むことができる。
【００９１】
1.レーダーリフレクタである可変リフレクタ
a.プレートの帯電及び放電によって変更される反射
b.機械システムの運動又は回動によって変更される反射
c.磁気手段によって変更される反射。
【００９２】
2.選択的に光学リフレクタである可変リフレクタ
a.複数の反射率の状態及びパターンを有する液晶パネルであるリフレクタ
b.可変開口部を有するリフレクタ
c.機械システムの運動又は回動により変更される反射率を有するリフレクタ。
【００９３】
3.リフレクタの向きを動かすモータを有する可変リフレクタ
ii.移動作業システムと接続して、移動作業システムの電源を充電することのできる少なくとも１つのベースステーションをさらに有するシステム
iii.少なくとも１つの移動作業システムの反射率の変更を命令することのできるコンピューティング資源と通信システムとを有するシステム
iv可変リフレクタの反射率及び移動作業システムから可変リフレクタまでの距離を測定できる反射率センサ及び距離センサも有する自律移動作業システム
v.システム要素間でデータを交換するための無線通信システムも有する自律移動作業システム
vi.移動作業システムを他の全てのシステム要素から一意的に識別できる固有識別コードを有する自律移動作業システム
vii.移動作業システムを移動させるためのモータ駆動システムを有する自律移動作業システム
viii.少なくとも１つの方向輪の向きを制御するための少なくとも１つの回転サーボを有する自律移動作業システム
ix.草刈りのための少なくとも１つの切断機構を有する自律移動作業システム
x.ユーザが定義した領域内に位置する刈り取った芝生、残骸、葉その他の物を収集するためのバキューム(vacuum)を有する自律移動作業システム
xi.システムセンサ、プロセッサ及びモータ駆動のための電力を供給することのできる再充電可能な電源も有する自律移動作業システム
xii.全地球測位システムの衛星信号に基づいて位置を判定するための全地球測位衛星センサをさらに有する移動作業システム
xiii.システムの動作の決定、方向付け、及び位置情報の増補のための傾斜センサ、走行距離計、ジャイロセンサ(gyroscopic sensor)及び／又は加速度計も有する移動作業システム
xiv.ユーザにより入力された位置又はシステムセンサ及び計算により判定された位置をそれぞれ有する複数の位置が固定された反射ベースステーションをさらに有するシステム
xv.センサの調整、モータ制御、及びセンサのデータに基づく位置計算のための複数のマイクロコントローラをさらに有するシステム
xvi.作業領域の定義、作業工程の管理、システム診断(system diagnostics)の判定、並びにシステム要素及びパラメータの制御のための少なくとも１つの制御パネルを有するシステム
xvii.スマートフォン、ＰＤＡ、コンピュータ若しくはその他の無線制御装置、又は携帯通信装置を介してシステムと通信することを可能にする無線リンクをさらに含むシステム
xvii.コンピュータコード、作業データ、マッピング及び工程を格納するための格納手段をさらに含むシステム
xix.位置の計算、方向付け、障害物の回避、移動経路の決定、及び作業境界の決定のためのコンピューティング資源及び回路も有するシステム
xx.可変反射ベースステーションの識別を可能にするカメラをさらに含むシステム
xxi.草刈り用の複数の位置のマップを格納するためのメモリを有するシステム。
【００９４】
１つの例示的な実施態様に従い、可変リフレクタ又は可変色彩(variable color)を備えた移動作業装置を有する、位置を判定するためのシステムは、以下の要素の１以上を含むことができる。
【００９５】
1.以下の要素の１以上を含む、草刈り、清掃、バキューミングなどの定義された領域内での仕事を完了するための装置又はシステム。
【００９６】
a.可変リフレクタを含む移動作業システム。
【００９７】
b.以下の要素の１以上をさらに含む移動作業装置
i.駆動システム
ii.コンピュータ制御システム
iii.ベースステーションとの無線通信リンク
iv.エネルギ貯蔵システム
v.傾斜センサ
vi.ジャイロセンサ
vii.加速度計システム
viii.コンパス
ix.３つ又は４つの車輪
x.少なくとも１つの方向輪を位置決めするための少なくとも１つのサーボモータ
xi.ユーザ制御パネル
xii.システム命令に基づく異なる反射色彩を有するシステム可変光学リフレクタ
xii.システム命令に基づく異なるレーダー断面を有するシステム可変レーダーリフレクタ
xiv.超音波物体検知システム
xv.視覚速度センサ(visual speed sensor)
xvi.充電器相互接続システム
xvii.雨センサ
xvii.作業スケジューリングシステム
xix.Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈに基づくコントローラとのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線リンク
xx.全地球測位システム信号受信器
xxi.草刈り刃システム(grass cutting blade system)
xxii.物体凹凸センサ
xxiii.超広帯域レーダー物体検知センサ
xxiv.電線による作業領域限定システム(electric wire confinement system)
xxv.磁気ワイヤによる作業領域限定検知システム(magnetic wire confinement detection system)。
【００９８】
c.以下の要素の１以上を含む少なくとも１つの遠隔反射（remote reflection）及び距離センサベースステーション
i.周囲を走査して定義された作業領域を対象とする移動作業システムを識別することのできる反射及び距離センサ
ii.反射及び距離センサを３６０°回転させるサーボモータを含むセンサシステム
iii移動作業ステーションと通信するための無線リンクを有するベースステーション
iv.センサシステムを制御し、作業領域の反射プロフィル(reflection profile)のスナップショット(snapshots)を分析し、且つ移動作業ステーションと通信するようにプログラムされたコントローラを有するベースステーション
v.無線リンクを介して移動作業ステーションに第１の既知の色彩に変更するように命令するベースステーションコントローラ
vi.十分な角度の範囲を走査して第１の命令された色彩を有するアイテムを識別するように命令するベースステーションコントローラ
vii.第１の命令された色彩の遠隔の対象物を識別し、第１の色彩の走査角度を記録し、次に移動を停止して第２の色彩に変えるように移動作業ステーションに命令するベースステーションコントローラ
viii.次に、走査角度情報(scan angle information)を利用して、第２の色彩のために同じ角度を走査するベースステーション
ix.もし、第２の色彩が第１の色彩と同じ位置で識別されれば、移動作業ステーションまでの距離測定値が記録される
x.次に、ベースステーションは移動作業ステーションに対して色彩を第１の又はその他の色彩にもう一度変更するように命令する
xi.次に、システムは、色彩を変更する命令に応答して色彩を変更した移動作業ステーションを識別し、第２の距離測定が行われる
xii.少なくとも第２のベースステーションと同じ角度への配置を可能にする形状又は指標を有する第１のベースステーション。
【００９９】
d.以下の要素の１以上を含む少なくとも第２の遠隔反射及び距離センサベースステーション
i.第１のベースステーションからの距離を示すメモリ位置(memory location indicating)を有する第２の遠隔ベースステーション
ii.制御されたサーボモータにより反射及び距離センサベースステーションの回転角を制御することのできるコントローラを有する第２のベースステーション
iii.第１のベースステーションに対し第２の角度方向に配置されている第２のベースステーション
iv.第１のベースステーションは、無線リンク(wireless radio link)を介して、第２のベースステーション及び移動作業システムと通信する
v.複数のコントローラのそれぞれは、センサの角度、移動作業ステーションの速度、色及び距離の情報に関するメッセージを受信及び送信する
vi.第２のベースステーションのコントローラは、第１のセンサからの既知の距離及び第１のセンサの走査角度に基づいてそのセンサシステムの適正な走査角度を計算し、センサがこの角度を旋回するように命令する
vii.第２のベースステーションは移動作業ステーションを走査して色彩を検証し、第２のベースステーションから移動作業ステーションまでの距離を測定する
viii.第２のベースステーションは、移動作業ステーションの予期された色彩の対象物を識別すると、正しい色彩の対象物が計算された角度で検知されたことを知らせる。続いて、第２のベースステーションからの距離を計算するか測定してもよい
ix.次にシステムは、固定されたベースステーションと関連付けながら移動作業ステーションの位置を計算し、領域マップ(area map)にこの位置を格納する。
【０１００】
e.定義した作業領域内における作業の完了を促進するために、作業の必要性及び対象領域に基づいて、システムは移動作業ステーションに対し旋回角度と速度を命令する。
【０１０１】
開示技術の１つの側面は、可変レーダーリフレクタを備えた可変移動作業装置を有する位置特定のためのシステムに関する。
【０１０２】
１つの例示的な実施態様に従うと、既知の位置及び距離間隔(separation)にある２つの検知素子に対する移動ロボットの位置を判定するためのシステムは、以下の要素の１以上を含む。
【０１０３】
システムが制御可能なレーダー断面を備えた自律移動ロボット
センサと固定位置(fixed location)との間、又は複数のセンサと全てのセンサの既知の位置との間の距離間隔を有し、レーダー断面及び移動ロボットまでの距離を測定することができる１以上のレーダーセンサを備えたレーダーシステム
それぞれ無線送受信器を含み、１つまたは複数のレーダーセンサと移動ロボットとの間でデータ及び命令を交換することができる無線通信システム
レーダーシステム及び移動ロボットのそれぞれに制御命令を送信し、またそれらからデータを受信するようにプログラムされたマイクロコントローラまたはマイクロコントローラとして共働するマイクロコントローラの組み合わせ
移動ロボットに制御信号を送信して移動を停止させ、移動ロボットの反射率を連続的に変更するようにプログラムされているマイクロコントローラシステム
レーダーシステムからのデータを読み取り、反射されたロボットセンサの時間変化を識別することにより、移動ロボットまでの距離及び角度を検証するようにプログラムされているマイクロコントローラシステム
距離又は角度情報を使用して移動ロボットの位置を判定するマイクロコントローラシステム
加速度計、ジャイロスコープ、凹凸センサ、カメラ、慣性測定装置、走行距離計、対地速度センサ及びコンパスなどの付加的なセンサを有する移動ロボット
領域のマップ、格納した巡回情報及び位置計算と共に、これらセンサからのデータを使用して、移動ロボットの位置特定及び速度を増補する移動ロボット
次に、付加的なセンサから情報を取得して、速度及び方位(heading)の推定を可能にするマイクロコントローラシステム
続いて、経過時間、速度及び方位に基づいて、予想位置を計算するマイクロコントローラシステム
続いて、マイクロコントローラの計算からのフィードバックに基づいて、連続的に移動ロボットの位置を読み取り、方位情報、時間情報、速度情報及び移動ロボットの位置を示すレーダーシステムの読み取り（この読み取りは異なる時間に取得される）の組み合わせから移動ロボットの位置の推定を可能にするレーダーセンサ
さらに、移動ロボットの外側に、１つ又は複数のカメラを有し、このカメラはレーダーセンサの成果を認証して、カメラから移動ロボットまでの距離を確認することができるシステム
移動ロボットの位置の補正を計算するために、１つ又は複数のレーダーシステムセンサに対する１つ又は複数のカメラの既知の位置を使用すること
加えて、同じレーダーセンサが読み取って、移動ロボットを識別し且つその位置を三角測量又は三辺測量することができるようにする超広帯域ＲＦＩＤタグを移動ロボットに追加すること
さらに、システムがロボットからタグまでの距離測定値を自己較正(self-calibration)できるようにするために、芝地内の既知の位置に配置されたＲＦＩＤタグ及びこのタグを読み取るためのＲＦＩＤリーダーを追加すること
加えて、タグは金属製のスパイク(spike)又はプレートでもよく、金属製のプレートの位置を特定するために移動ロボット中に含まれている磁気センサ
加えて、較正タグは化学的タグであり、移動ロボットは、移動ロボットが化学的タグの近傍にいることを判定することのできる特有の化学センサを含むことができる
加えて、センサデータはカルマンフィルタ、粒子フィルタ、ベイジアンフィルタ(Bayesian filters)、及び他の周知のフィルタリング技術などの技術を利用してフィルタ処理されてもよい。
【０１０４】
１つの実施の形態に従い、既知の位置及び距離間隔にある２つの距離検知素子に対する移動ロボットの位置を判定するためのシステムは、以下の要素の１つ以上を含む。
【０１０５】
少なくとも１つの移動ロボット
プログラム可能なマイクロコントローラシステム
無線通信システム
少なくとも１つの距離測定センサ
移動ロボットの外部に存在する少なくとも１つのカメラ
既知の位置にある少なくとも１つの可変反射ベースステーション
任意にシステムのセットアップの間に識別される既知の固定された参照物体(reference object)
少なくとも１つの充電ステーション
無線ユーザインターフェースコントロール
距離測定センサを使用して可変反射ベースステーションまでの距離を測定するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
カメラシステムからの画像を記録するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
可変反射ベースステーションの反射率を制御するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
可変リフレクタを識別できる方角及び位置にカメラの向きを変更するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
作業領域のマップをメモリシステム中に受信するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
リフレクタの位置を特定するために、リフレクタシステムを連続的に変えながらカメラの走査角度を変えて可変リフレクタの位置を特定するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
一旦、リフレクタを識別すると、ロボットから可変リフレクタまでの距離を測定するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
少なくとも１つのリフレクタ又は複数のリフレクタ、及び任意で既知の固定された光学的物体の位置及び角度でプログラムされたマイクロコントローラシステム
固定位置及び少なくとも１つの可変リフレクタまでのロボットの距離及び角度に基づいて、移動ロボットの位置を計算するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
ロボットの位置及び位置に基づいて、メモリ装置内に格納されたマップ上のロボットの位置を識別するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
マップ位置、これまでのマップ位置及び所望の作業領域の比較に基づいて、次の位置までの経路を計画するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
マイクロコントローラシステムにより計算された移動ロボットの推定位置に基づいて、作業領域として格納されているマップ上に識別された領域内においてのみ、草刈りシステムなどの作業要素を稼働させるようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
ロボットのセンサシステムにより識別されるスケジュール、バッテリ電圧、電流貯蔵レベル又は刃の切れ味基準に基づいて、補修又はエネルギ再充填(service or re-energizing)のために既知の位置へ移動ロボットを復帰させるようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
移動ロボットの位置及び稼働(operation)と、可変リフレクタ及び距離センサから得られる位置情報とに基づいて、完了済みの作業領域と未完了の作業領域とを保存するようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
プログラムされた作業領域内における全てのタスクを完了するために、作業が未完了の領域の部分集合(sub-set)中の作業領域に移動ロボットを復帰させるようにプログラムされたマイクロコントローラシステム
作業が完了した領域を記録した第２のマップが、作業が要求された領域のプログラムされたマップと同一であると、システムマップ上の固定されたベースステーション又はプログラムされた最終位置に復帰させるようにプログラムされたマイクロコントローラシステム。
【０１０６】
開示技術の１つの側面は、ユーザが選択した領域内において作業を実行するための自律移動作業システムに関する。このシステムは、可変反射ベースステーションの位置を特定し、ベースステーションまでの距離を測定するように構成されたセンサを含む移動作業システムと、少なくとも１つの可変反射ベースステーションとを含む。
【０１０７】
１つの特徴によると、自律移動作業システムは少なくとも１つの充電ベースステーションを含む。
【０１０８】
１つの特徴によると、ベースステーションの少なくとも１つは充電ベースステーションである。
【０１０９】
開示技術の１つの側面は、統合作業機器に関する。この機器は、可変反射ベースステーションの位置を特定し、ベースステーションまでの距離を測定するように構成されたセンサを含む自律移動作業装置と、少なくとも１つの可変反射ベースステーションとを含む。
【０１１０】
１つの特徴によると、統合作業機器は少なくとも１つの充電ベースステーションを含む。
【０１１１】
開示技術の他の側面は、自律移動作業装置の位置判定方法に関する。この判定方法は、第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーション並びに自律移動作業装置を用意し、前記自律移動作業装置は、前記可変反射ベースステーションと前記自律移動作業システムとの間の距離を判定するように構成されており；前記第１の可変反射ベースステーションの位置及び向きを前記自律移動作業装置に与え；前記第２の可変反射ベースステーションの位置及び向きを前記自律移動作業装置に与え；前記第１の可変反射ベースステーションの反射率状態を変更し；前記第１の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業システムとの間の距離を計算し；前記第２の可変反射ベースステーションの反射率状態を変更し；前記第２の可変反射ベースステーションと前記自律移動作業システムとの間の距離を計算し；前記自律移動作業システムと前記第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションとの間の前記計算された距離を利用して、前記自律移動作業システムの位置を計算することからなる。
【０１１２】
開示技術の他の側面は自律移動作業装置の位置判定方法に関する。この方法は、第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーション並びに自律移動作業装置を用意し、前記自律移動作業システムは、前記ベースステーションと前記自律移動制御システムとの間の距離を計算するように構成されており；前記自律移動作業システムと前記第１の可変反射ベースステーション及び前記第２の可変反射ベースステーションのそれぞれとの間の距離を取得し；前記自律移動作業システムと前記第１の可変反射ベースステーション及び第２の可変反射ベースステーションとの間の前記計算された距離を利用して前記自律移動作業システムの位置を計算することからなる。
【０１１３】
開示技術の他の側面は自律移動作業装置の位置決定方法に関する。この方法は、前記自律移動作業システムと第１の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離と、前記自律移動作業システムと第２の可変反射ベースステーションとの間の計算された距離とを利用して、前記自律移動作業システムの位置を計算することからなる。
【０１１４】
開示技術の他の側面は、自律移動ロボットシステムの位置判定方法に関する。この方法は、反射率を利用して前記自律移動ロボットシステムの位置を計算することからなる。
【０１１５】
図面は、上述した開示技術の例示的な側面をさらに詳細に図説するものである。
【０１１６】
図１は、１つの例示的な(exemplary)実施態様に従った、可変リフレクタと移動作業システムとの間の距離を判定する一例のいくつかの側面(aspect)を表すフローチャートである。上記でさらに十分に説明したように、開示技術の範囲内で、１以上の図説したステップを省略することが可能である。
【０１１７】
図２及び図３は、等しい反射の第１の状態、第１の状態と第２の状態の間で第１のリフレクタの反射が変更された第２の状態、第１のリフレクタがその初期状態に戻った第３の状態及び第２のリフレクタが異なる反射状態に変更された第４の状態にあるシステムを示す概略図である。
【０１１８】
図４は、各可変リフレクタについて複数の反射状態を伴うシステムの一例を示す概略図である。
【０１１９】
図５は、１つの例示的な実施態様に従った、可変リフレクタがユーザ又は移動作業システムによって移動可能で、対象領域を拡大できることを示す概略図である。
【０１２０】
図６は、１つの例示的な実施態様に従った、それぞれ可変リフレクタと、任意の非自律可変リフレクタを備えた反射センサとを有する自律移動作業装置の群を示す概略図である。
【０１２１】
図７は、１つの例示的な実施態様に従った、移動作業装置及び可変反射ベースステーションの一例を示す概略図である。
【０１２２】
図８は、１つの例示的な実施態様に従った、可変レーダーリフレクタ(variable radar reflector)を作成するための一つのシステムを示す概略図である。
【０１２３】
図９は、１つの例示的な実施態様に従った、双安定コレステリック液晶技術などの双安定ディスプレイ技術に基づく光学的可変リフレクタを示す概略図である。
【０１２４】
図１０は、１つの例示的な実施態様に従った、既知の位置のタグ(known location tag)と、カメラ、レーダーシステム又はその両方と組み合わされたオンボード・タグセンサとを利用した移動ロボットの位置の較正を示す概略図である。
【０１２５】
開示技術がいくつかの好ましい側面や、１つ又は複数の実施態様に関して示され、説明されているが、均等な変更及び修正(equivalent alterations and modifications)は、本明細書及び付属の図面を読んで理解した他の当業者であれば思いつくであろうことは明白である。特に、上述した要素（部品(components)、 組立部品(assemblies)、装置(devices)、部材(members)、組成物(compositions)等）により実行されるさまざまな機能に関しては、このような要素を説明するために使用される用語（「手段(means)」への言及を含む）は、別段の指示がない限り、説明された要素の特定の機能を実行するあらゆる要素（すなわち機能的な均等物）も該当することを意図するものである。開示した構造物(structure)と構造上の均等物ではなくとも、ここに説明した開示技術の例示的な側面、１つ又は複数の実施態様における機能を実行する構造物は該当するものである。さらに、開示技術の特有の特徴が、いくつかの説明された側面又は実施態様の１つ又は複数に関してのみ上記に記述されていたとしても、いかなる特定応用について、好ましく且つ有利であるならば、このような特徴は他の実施態様の１以上の他の特徴と組み合わせることができる。
【図１】
0006424200.tif 000002
【図２】
0006424200.tif 000003
【図３】
0006424200.tif 000004
【図４】
0006424200.tif 000005
【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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