(57)【要約】互いに近接して移動する移動体（１０５、１０５）間の位置情報の通信を提供するシステム。メッセージは、同じシステムを介して通信することができる。向き情報は、移動体の周りの個々の区域に特有の赤外線デジタル信号を送信することにより提供される。区域の位置と特定の信号との間の関係の知識により、受信体は、向きを推定することができる。それぞれの出力レベルにおいて、その特定の出力レベルを識別する情報を含む赤外線デジタル信号を、送信機からそれぞれの出力レベルで送信することにより、距離情報が提供される。区域の範囲と特定の信号との間の関係の知識により、受信体から送信機までの距離を推定することができる。方向情報は、受信区域の位置の知識および受信信号により提供される。
2004536715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの周りの、該ロボットを基準とした予め定められた場所の複数の区域（２０８、２０９、…、２１５）に、該ロボットの周りの該個々の区域に特有の情報を搬送する信号を放射する手段、
を備え、ロボットの向きについての情報を送信するシステムであって、
前記個々の区域に特有の前記情報（ＦＲ、Ｆ、ＦＬ、ＢＬ、Ｌ、…、ＦＲ）は、複数のタイムスロット（ｔ１、ｔ２、…、ｔ７）に時間多重される、
ことを特徴とするロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項２】
前記個々の区域に特有の前記情報は、時間的（ｔ１、ｔ２、…、ｔ７）および空間的（２０８、２０９、…、２１５）の双方で１つまたは２つ以上の区域（Ｆ、ＦＬ、Ｌ、ＢＬ、…）に分割された時間多重信号として放射されることを特徴とする、請求項１に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項３】
前記手段は、相互に距離をおき、かつ、相互にオフセット角度をもって取り付けられた個々の放射器（２０２、２０３、…、２０７）として構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項４】
放射器が、前記区域に特有の情報を搬送する信号の指定された最小の強度レベルが検出可能な範囲の空間を作成するように構成されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項５】
放射器が、第１の信号（ＦＬ；ＢＲ）および第２の信号（ＢＬ；ＦＲ）の指定された最小の強度レベルが計測可能な範囲の区域を作成するように構成され、前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれの区域（２１０；２１３；２１１；２０８）に特有の情報を搬送し、これにより、２つの区域の共通の空間（２１４；２１５）として第３の区域（Ｌ；Ｒ）を作成することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項６】
前記第３の区域に特有の前記情報（Ｌ；Ｒ）は、前記第１の信号（ＦＬ；ＢＲ）および前記第２の信号（ＢＬ；ＦＲ）の少なくとも一部から成ることを特徴とする、請求項５に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項７】
前記第３の区域に特有の前記情報（Ｌ；Ｒ）は、時間的に２つ以上のタイムスロット（ｔ３、ｔ４；ｔ６、ｔ７）に及ぶことを特徴とする、請求項５または６に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの放射器（４１３）が、前記ロボットについての情報を有するメッセージ信号を他のロボットに送信するように制御されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項９】
第１のロボットが、信号の送信が開始される前に、通信無信号状態を検出できる状況を待つように構成されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項１０】
前記第１のロボットは、該第１のロボットの近傍の他の同様のロボットが、通信無信号状態（Ｓ）が存在する状況を検出できることを回避するのに十分密な列で、個々の区域に特有の情報を搬送する前記信号を送信するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載のロボットの向きについての情報を送信するシステム。
【請求項１１】
ロボット（２０１）の周りの、該ロボットを基準とした複数の区域（２０８、２０９、…、２１５）の１つに特有の情報を搬送する信号を受信する手段と、
個々の区域に特有の前記情報を抽出して、その情報を、前記ロボットの向きを表す情報に変換する手段と、
を備え、ロボットの向きについての情報を受信するシステムであって、
前記ロボットの前記向きは、
それぞれが前記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした複数の区域の１つに特有の情報を搬送する２つの信号が、少なくとも２つの連続したタイムスロット（ｔ１、ｔ２、…、ｔ７）で受信可能かどうかを判断すること、
受信可能な場合には、前記少なくとも２つの信号（ＦＬ、ＢＬ；ＢＲ、ＦＲ）を組み合わせることであって、それによって前記ロボット（２０１）の前記向きを判断する、組み合わせること、
とにより推定される、ことを特徴とするロボットの向きについての情報を受信するシステム。
【請求項１２】
それぞれが前記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした複数の区域の１つに特有の情報を搬送する２つの信号が、少なくとも２つの連続したタイムスロット（ｔ１、ｔ２、…、ｔ７）で受信可能でない場合には、前記２つの連続するタイムスロット（ｔ１、ｔ２、…、ｔ７）の最初のタイムスロットで受信された信号に基づいて前記ロボットの前記向きを判断することを特徴とする、請求項１１に記載のロボットの向きについての情報を受信するシステム。
【請求項１３】
該システムは、別のロボットの向きを表す受信信号に応答して、ロボットの物理的な行動を制御するプログラム手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のロボットの向きについての情報を受信するシステム。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の玩具装置を備える玩具構築セットであって、該玩具装置は、玩具構築要素の相補結合手段と相互接続する結合手段を備えることを特徴とする、玩具構築セット。
【請求項１５】
ロボットの周囲に信号を放射する手段、
を備え、自身と該ロボットとの間の距離についての情報を送信するシステムであって、
前記手段は、それぞれの出力レベル（Ｌ、Ｍ、Ｈ）で前記信号を放射するように制御され、それぞれの出力レベルにおいて、前記信号は、その特定の出力レベルを識別する情報（ＬＢＲ、ＭＢＲ、Ｈ、ｂ０、ｂ１、…、ｂ１１）を備える、
ことを特徴とする距離についての情報を送信するシステム。
【請求項１６】
前記出力レベルは、非線形出力レベルとして分布した離散的な出力レベルであることを特徴とする、請求項１５に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項１７】
前記信号または信号の一部の出力レベルは、前記特定の出力レベルを識別する前記情報が送信される時間間隔内で混在することを特徴とする、請求項１５に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項１８】
前記信号は、それぞれ一組のビット（ｂ０、ｂ１、…、ｂ１１）を含み、該ビットは、予め定められるが、混在した列で生起することを特徴とする、請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項１９】
前記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした予め定められた場所の複数の区域に信号を放射する手段を備え、該信号は、該ロボットの周りの前記個々の区域に特有の情報を搬送することを特徴とする、請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの放射器が、前記ロボットについての情報を有するメッセージ信号を他のロボットに送信（８０７）するように制御されることを特徴とする、請求項１５ないし１９のいずれか１項に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項２１】
第１のロボットが、信号の送信が開始される前に、通信無信号状態を検出できる状況を待つように構成されることを特徴とする、請求項１５ないし２０のいずれか１項に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項２２】
前記第１のロボットは、該第１のロボットの近傍の他の同様のロボットが、通信無信号状態（Ｓ）が存在する状況を検出できることを回避するのに十分密な列で、前記それぞれの出力レベルで前記信号を送信するように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の距離についての情報を送信するシステム。
【請求項２３】
自身と送信機との間の距離についての情報を受信するシステムであって、
送信される特定の出力レベルを識別する情報を有する信号を受信する手段と、
その情報を、前記システムと前記信号を送信する送信機との間の距離を表す情報に変換する手段と、
を備える距離についての情報を受信するシステム。
【請求項２４】
受信された信号を、指定された閾値に基づいて２値信号に変換する手段を備えることを特徴とする、請求項２４に記載の距離についての情報を受信するシステム。
【請求項２５】
前記距離は、前記受信された信号を２値信号として表したビット列を復号することにより、離散的な値として求められることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の距離についての情報を受信するシステム。
【請求項２６】
前記距離は、デジタル値として提供されることを特徴とする、請求項２１ないし２５のいずれか１項に記載の距離についての情報を受信するシステム。
【請求項２７】
連続したデジタル値の列が、非線形の分布した距離を表すことを特徴とする、請求項２６に記載の距離についての情報を受信するシステム。
【請求項２８】
遠隔のロボットから信号を受信して、複数の受信機のいずれが該信号を受信したかを判断することにより、前記遠隔のロボットの方向を判断する手段、
を備えることを特徴とするロボットの方向を判断するシステムであって、
方向が、２つまたは３つ以上の受信機が前記信号を受信できる方向として判断される、
ことを特徴とするロボットの方向を判断するシステム。
【請求項２９】
前記方向を判断する前提条件が、前記受信機が前記信号を同時に受信できることであることを特徴とする、請求項２８に記載のロボットの方向を判断するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
この発明は、例えば玩具で使用する本体に対する相対的な方向、向き、または距離についての情報を送受信する方法およびシステムに関する。
【０００２】
［発明の背景］
ロボット玩具は、子供、若者、および大人に人気のあるタイプのロボットである。ロボット玩具で遊んでいる間に達成される満足度は、その環境と相互作用するロボット玩具の能力に強く依存する。環境には、ロボットで遊んでいる人、例えば居間の家具などのさまざまなタイプの障害物、他のロボット玩具、ならびに気温および光の強度といった状況が含まれ得る。
【０００３】
同じ限られた数の行動を繰り返すロボット玩具は、ユーザの興味がすぐに冷めてしまう。したがって、環境と相互作用する能力を増加させることが主な関心事である。環境との相互作用は、環境を検知するステップと、判断を行うステップと、行動するステップとを含み得る。
【０００４】
環境との相互作用を高度化させるこのような目的を達成するために、基本的な必須条件となるものは、環境を検知する手段である。この意味で、例えば同じまたは同様の種類もしくは種のロボット玩具と通信する手段、および、他のこのようなロボット玩具の位置を判断する手段は重要である。
【０００５】
ロボットの検知手段および行動手段が発展するほど、ロボットは、周りの環境とのより複合化した相互作用を持つことができ、環境の複雑さをより細かく反映することになる。したがって、複雑な挙動は、高度な検知手段、行動手段、および通信手段に由来する。
【０００６】
日本国の特開２０００−７９２８３号は、送信体から放射された赤外光を受信する赤外光受信機が設けられた光追尾移動体を開示している。送信体は、その外面に等間隔の孔を有するボール玩具の形状である。赤外線送信機によって生成された信号は、各孔を通ってその外部に送信される。移動体は、制御および駆動メカニズムが設けられた自動車玩具の形状である。この制御および駆動メカニズムにより、移動体は、赤外光信号が受信されないと回転し、赤外線信号が受信されると、前方に直進移動する。
【０００７】
しかしながら、この従来技術のシステムは、センサ入力または他のロボット玩具から受信された単純な通信信号に直接反応するロボットにのみ関係している。したがって、この従来技術のシステムは、移動体がより複合的な挙動を行い得ることを可能にするために、十分な精度で本体を配置する能力を欠いている。
【０００８】
ユーザは、ロボット玩具が、挙動を伴う他のロボットの中を移動することに、そのロボット玩具が知的であると感じることがあるが、このシステムは、結果として、ロボット玩具が、このような移動を行うことができないという不利な点を含んでいる。
【０００９】
米国特許第５，８１９，００８号は、移動ロボット間の衝突、および、移動ロボットと他の障害物との間の衝突を防止するセンサシステムを開示している。各移動ロボットは、８個の送受信装置を含む。これらの送受信装置のそれぞれは、さまざまな方向に送信データを送信する赤外線信号送信機と、さまざまな方向からの送信データを受信する赤外線信号受信機とが組み合わされたものとして構成される。この送受信装置は、円周に沿って相互に４５度の間隔で配置され、円の外側に向けて送信し、円の外側から受信するように向けられている。送信データは、ロボットに一意の識別情報、および、８個の送信機の１つを識別する情報形式の方向情報を含む。送受信装置の空間的配置およびその送信データの特性により、遠隔のロボットへの方向および遠隔のロボットの向きを推定することができる。各ロボットは、制御装置をさらに備え、この制御装置は、決定行列に基づき、別の移動ロボットの向きおよびその別の移動ロボットがどの方向に現れたかに応じた予め定められた衝突回避動作を実行するように、移動ロボットを制御する。また、制御装置は、自身の一意の識別情報を受信すると、その受信を障害物が存在すると解釈することにより、障害物を検出することもできる。
【００１０】
ロボット自身、または、１体もしくは数体の他のロボットから放射されるさまざまな信号間の干渉が発生し得ることが開示されているにもかかわらず、また、干渉を検出する方法が開示されているにもかかわらず、干渉の回避または削減を行う方法も手段も提案されていない。これは、実生活の状況では問題になる可能性が非常に高い。特に、２体以上のロボットが、同じ部屋に存在する場合や、そうでなくても、互いに接近している場合には、問題にある可能性が非常に高い。
【００１１】
他のロボットからの向き情報は、半径約１ないし１．２メートルの範囲内で受信できるので、ロボット間で、接近し、したがってエキサイティングな動作パターンが起こるかどうかは疑問である。その上、その単純なセンサシステムのために、ロボットの動作空間としてより大きなものが必要となる。
【００１２】
このセンサシステムの単純さおよび欠点にもかかわらず、このようなセンサシステムを製作するコストは、センサの個数が多いことから、比較的高く、すなわち、８個の送受信機の２倍になる。電子ロボット玩具にとって、高価格は一般に足手まといになるので、このコストは、電子ロボット玩具に特に大きな数値である。
【００１３】
［発明の概要］
ロボットの周りの、該ロボットを基準とした予め定められた場所の複数の区域に、該ロボットの周りの該個々の区域に特有の情報を搬送する信号を放射する手段を備え、該ロボットの向きについての情報を送信するシステムであって、上記個々の区域に特有の上記情報は、複数のタイムスロットに時間多重されるシステムによって、上記および他の問題は解決される。
【００１４】
これにより、信号間の干渉が回避されるか、または、少なくとも最小限に低減される。すべての区域が同時に照射されるとは限らないので、所与の区域以外の区域に放射されて、遠隔の物体によって反射された信号が、所与の区域に直接放射された信号と干渉する可能性はより小さくなる。これにより、システムの性能が向上する。
【００１５】
上記個々の区域に特有の上記情報は、時間的および空間的の双方で１つまたは２つ以上の区域に分割された時間多重信号として放射されることが好ましい。
【００１６】
上記手段が、相互に距離をおき、かつ、相互にオフセット角度をもって取り付けられた個々の放射器（２０２、２０３、…、２０７）として構成される場合には、機械的な移動部なしに、空間的な区域に上記信号を放射することができる。ロボット玩具にとって、上記距離は、約２０ｍｍから４０ｍｍまたは１００ｍｍ未満であることが好ましい。
【００１７】
放射器が、上記区域に特有の情報を搬送する信号の指定された最小の強度レベルが検出可能な範囲の空間を作成するように構成されることが好ましい。これにより、指定された最小の強度レベルが、受信機の閾値に対応する場合に、受信機は、受信された信号がこの閾値を越える信号レベルを有するかどうかを判断することにより、区域内の存在を検出することができる。これにより、ロボットが区域内に存在するかどうかを判断する簡単でコスト的に魅力のある解決が可能となる。
【００１８】
放射器は、第１の信号および第２の信号の指定された最小の強度レベルが計測可能な範囲の区域を作成するように構成され、上記第１の信号および上記第２の信号は、それぞれの区域に特有の情報を搬送し、これにより、２つの区域の共通の空間として第３の区域を作成することが好ましい。その結果、他の条件が同じならば、２つの送信機ごとに追加された区域が作成される。これにより、送信システムの分解能が向上する。すなわち、所与の角度間隔に対して、より多くの区域またはセクタを確立することができる。向きは、区域内の存在または不在として求められ、したがって、向きは、離散的な値として提供されると仮定されることに留意すべきである。
【００１９】
上記第３の区域に特有の上記情報が、上記第１の信号および上記第２の信号の少なくとも一部から成る場合には、第３の区域に特有の情報は、その特有の情報を受信するのに十分な長さを有する時間間隔にわたって信号を検出することにより作成される。この長さは、第１の信号および第２の信号の特有の情報が送信される時間間隔とほぼ等しくすることができる。
【００２０】
上記第３の区域に特有の上記情報は、時間的に２つ以上のタイムスロット（ｔ３、ｔ４；ｔ６、ｔ７）に及ぶことが好ましい。
【００２１】
少なくとも１つの放射器が、上記ロボットについての情報を有するメッセージ信号を他のロボットに送信するように制御される場合には、他のロボットは、自らの裁量でこの情報を受信することができ、自身のルールに従ってその情報を解釈することができる。このルールは、通常、コンピュータプログラムとして実施され、更には、あるタイプの挙動を実施することができる。
【００２２】
第１のロボットが、信号の送信が開始される前に、通信無信号状態を検出できる状況を待つように構成される場合には、信号間の干渉が増加するリスクが削減される。
【００２３】
上記第１のロボットは、該第１のロボットの近傍の他の同様のロボットが、通信無信号状態が存在する状況を検出できることを回避するのに十分密な列で、個々の区域に特有の情報を搬送する上記信号を送信するように構成されることが好ましい。その結果、各ロボットは、向き情報を提供／放射するサイクル内で、他のロボットによる割り込みが行われることなく、そのサイクルを完了することができる。通常、向きを送信するロボットは、信号のいずれがそのロボットの向きの判断に実際に使用されるかについて気付かないので、その結果、向き情報の送信サイクルを完了することが保障される。好都合な実施の形態では、サイクルは、区域に特有の信号のすべてを含む。
【００２４】
本発明はまた、ロボットの周りの、該ロボットを基準とした複数の区域の１つに特有の情報を搬送する信号を受信する手段と、個々の区域に特有の上記情報を抽出して、その情報を、上記ロボットの向きを表す情報に変換する手段とを備え、上記ロボットの向きについての情報を受信するシステムであって、上記ロボットの上記向きは、それぞれが上記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした複数の区域の１つに特有の情報を搬送する２つの信号が、少なくとも２つの連続したタイムスロットで受信可能かどうかを判断すること、受信可能な場合には、上記少なくとも２つの信号を組み合わせて上記ロボットの上記向きを判断することとにより推定される、システムに関する。
【００２５】
それぞれが上記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした複数の区域の１つに特有の情報を搬送する２つの信号が、少なくとも２つの連続したタイムスロットで受信可能でない場合には、上記２つの連続するタイムスロットの最初のタイムスロットで受信された信号に基づいて上記ロボットの上記向きが判断される。このような状況は、ロボットの向きが、１つの信号のみが利用可能であるような場合であることを示し、その結果、向きが、それに従って解釈されるべきであることを示している。すなわち、向きは、２つまたは３つ以上の重なり合った区域によって確立された区域でない区域の存在に対応する。
【００２６】
好ましい実施の形態では、上記システムは、別のロボットの位置を表す受信信号に応答して、ロボットの物理的な行動を制御するプログラム手段をさらに備える。これにより、遠隔のロボットの動作パターンを登録／認識することによって、高度なロボット間の動作戦略および／またはロボット間の通信をプログラミングすることが可能になる。
【００２７】
好ましい実施の形態では、本発明は、ロボット玩具を備える玩具セットに含まれる。該玩具装置が、玩具構築要素の相補結合手段と相互接続する結合手段を備える場合には、例えば、玩具装置にさまざまなタイプの動作手段を提供するといったように、玩具装置を操作することができる。結合手段および相補結合手段は、Interlego AGに譲渡された米国特許第５，６４５，４６３号に開示されたように具体化することができる。この米国特許では、複数のタイプの接続手段、例えば軸を支持する孔、接続鋲およびタップ、ならびに相互接続部に要素をはめ込むためのグリップが開示されている。
【００２８】
従来技術では、物体または他の移動ロボットの中でロボットを移動／操縦するために利用可能な情報は、限られたもののみであることが問題である。このような十分な情報が欠如していることにより、ロボットの動作パターンは粗くなる可能性があり、また、移動ロボットがロボット間の所与の動作の相互作用を実演するのに必要な空間は、物体または他のロボットの位置についてのより完全な、または、より十分な情報がある場合に必要となる空間よりも多くなる可能性がある。
【００２９】
ロボットの周囲に信号を放射する手段を備え、自身と該ロボットとの間の距離についての情報を送信するシステムであって、上記手段は、それぞれの出力レベルで上記信号を放射するように制御され、それぞれの出力レベルにおいて、上記信号は、その特定の出力レベルを識別する情報を備えるシステムによって、このおよび他の問題は解決される。
【００３０】
その結果、送信側ロボットまでの距離を判断する情報が、他のロボットに送信される。この距離は、その特定の出力レベルを識別する情報が提供されるそれぞれの出力レベルの個数に応じた離散的な値で提供される。好ましい実施の形態では、３つの出力レベルが設けられるが、２つ、４つ、５つ、…、１０個または４０個の出力レベルを設けることができる。出力レベルは、指定された閾値より大きな信号レベルを有する信号を検出できるさまざまな最大範囲に対応する。これらの範囲を使用することにより、所与の出力レベルで送信され、かつ、その特定の出力レベルを識別する情報を有する信号を、対応する距離区間として解釈することができる。一方、この区間は、必ずしも、そのメートルサイズ、例えばメートルまたはセンチメートルで判明している必要はない。一般に、距離の長さの分解能が離散的であるために、距離は、距離インデックスとして解釈できることに留意すべきである。
【００３１】
上記出力レベルは、非線形出力レベルとして分布した離散的な出力レベルであることが好ましい。これにより、より高い距離分解能が必要とされる範囲を、他の範囲よりも多くの出力レベルによって表すことができる。その結果として、これは、必要な出力レベルの個数を限定することになる。
【００３２】
上記信号または信号の一部の出力レベルは、上記特定の出力レベルを識別する上記情報が送信される時間間隔内で混在することが好都合である。これにより、出力レベルの判断、したがって距離の判断を行うために、さまざまな時間列パターンを使用することができる。
【００３３】
上記信号が、それぞれ一組のビットを含み、該ビットは、予め定められるが、混在した列で生起する場合には、簡単なビットパターンの整合を使用して、距離または距離のインデックスを判断することができる。高速かつ簡単な論理回路が、このビットパターンの整合を実施することができる。
【００３４】
上記システムが、上記ロボットの周りの、該ロボットを基準とした予め定められた場所の複数の区域に信号を放射する手段を備え、該信号が、該ロボットの周りの上記個々の区域に特有の情報を搬送する場合には、向き情報および距離情報の双方が提供される。
【００３５】
少なくとも１つの放射器が、上記ロボットについての情報を有するメッセージ信号を他のロボットに送信するように制御されることが好ましい。これにより、位置情報と、リモコン信号を含むロボット間メッセージとの双方を送信する共通システムが使用可能となる。
【００３６】
第１のロボットが、信号の送信が開始される前に、通信無信号状態を検出できる状況を待つように構成されることが好ましい。これにより、ロボット間通信の品質を破壊するリスクが削減される。
【００３７】
上記第１のロボットは、該第１のロボットの近傍の他の同様のロボットが、通信無信号状態（Ｓ）が存在する状況を検出できることを回避するのに十分密な列で、上記それぞれの出力レベルで上記信号を送信するように構成されることが好ましい。
【００３８】
さらに、本発明は自身と送信機との間の距離についての情報を受信するシステムであって、送信される特定の出力レベルを識別する情報を有する信号を受信する手段と、その情報を、上記システムと上記信号を送信する送信機との間の距離を表す情報に変換する手段とを備えるシステムに関する。
【００３９】
その結果、距離は、信号を送信する場合と対照的に、情報を収集または受信し、送信された信号の反射が到来するのを待って信号を受信することにより、簡単に判断することができる。したがって、コスト的に魅力的な解決が提供される。
【００４０】
上記システムは、受信された信号を、指定された閾値に基づいて２値信号に変換する手段を備えることが好ましい。これにより、マイクロプロセッサによりさらに処理するのに都合良く適応することができる。
【００４１】
上記受信された信号を２値信号として表したビット列を復号することにより、上記距離を離散的な値として求める手段が提供されることが好ましい。
【００４２】
上記距離は、デジタル値として提供されることが好ましい。
【００４３】
連続したデジタル値の列が、非線形の分布した距離を表すことが好ましい。
【００４４】
本発明はさらに、遠隔のロボットから信号を受信して、複数の受信機のいずれが該信号を受信したかを判断することにより、上記遠隔のロボットの方向を判断する手段を備えるロボットの方向を判断するシステムであって、方向が、２つまたは３つ以上の受信機が上記信号を受信できる方向として判断されることを特徴とするシステムに関する。
【００４５】
その結果、受信機の個数よりも多い複数の方向を判断することができる。これにより、所与の必要な個数の方向に対して、必要とされる受信機の個数は、それよりも少なくなるので、方向についての比較的高い分解能が、比較的に安価に提供される。
【００４６】
上記方向を判断する前提条件が、上記受信機が上記信号を同時に受信できることであることが好ましい。ここで、第１の受信機と第２の受信機との信号の時間差は、方向を判断する信号の所要時間と比較して小さい（１から１００未満）と仮定される。
【００４７】
本発明について、以下に、図面を参照しながら、好ましい実施の形態と共により十分に説明することとする。
【００４８】
［好ましい実施の形態の詳細な説明］
図１ａは、第１のロボットおよび第２のロボットの平面図を示している。この図では、２体のロボットの相対的な位置、距離、および向きが示されている。２体のロボット間のこの空間的関係を説明するために、第２のロボット１０２は、ｘ軸およびｙ軸を有する座標系の原点に位置する。第１のロボット１０１は、第２のロボット１０２から距離ｄ離れ、向きに関して第２のロボットの方向αに位置する。第１のロボットの第２のロボットに対する向き（すなわち、垂直軸１０３の回りの回転角）は、φと測定することができる。
【００４９】
ｄ、α、およびφの知識が、第２のロボット１０２に利用可能である場合、第２のロボット１０２は、第１のロボット１０１に応答して移動することができる。この知識は、あるタイプのロボット間の挙動を実施するシステムへの入力として使用することができる。ｄ、α、およびφの知識は、ロボット位置システムが保持することができる。ｄ、α、およびφは、それぞれのタイプの間隔、すなわち距離の間隔または角度の間隔を示す離散信号として提供することができる。
【００５０】
本発明によると、以下により十分に説明するように、ｄ、α、またはφの知識は、第１のロボットの周りのそれぞれの限られた領域に、各信号が空間領域識別情報を搬送する信号を放射することにより得られる。第２のロボットは、空間領域識別情報の関連する値およびそれぞれの領域の関連する値を調べることができると、ｄ、α、および／またはφを求めることができる。
【００５１】
放射される信号は、赤外線光信号、可視光信号、超音波信号、無線周波信号などの形態のものが可能である。
【００５２】
上述した領域は、以下では区域と記されることに留意すべきである。
【００５３】
図１ｂは、ロボット、および、放射される信号の空間的な放射照度特性によって定められる区域の平面図を示している。ロボット１０４は、信号ＴＺ１、ＴＺ１２、ＴＺ２、ＴＺ２３、ＴＺ３、ＴＺ３４、ＴＺ４、およびＴＺ１４を、４つの放射器（図示せず）の放射照度特性によって定められるそれぞれの区域に送信することができる。放射器は、ロボット１０４の周りに、相互に重なる放射照度区域を確立するように、相互に距離を置き、かつ、相互にオフセット角度をもって配置される。信号ＴＺ１、ＴＺ１２、ＴＺ２、ＴＺ２３、ＴＺ３、ＴＺ３４、ＴＺ４、およびＴＺ１４を互いに一意に識別でき、かつ、信号が受信可能である場合には、それらの区域のいずれにおいて信号が受信されるかを推定することができる。これについては、より詳細に説明する。
【００５４】
図１ｃは、ロボット、および、受信信号の空間的な感度特性によって定められる区域の平面図を示している。ロボット１０４は、通常は上述したタイプの信号ＲＺ１、ＲＺ１２、およびＲＺ２を受信することもできる。また、受信機も、ロボット１０４の周りに、相互に重なる受信区域を確立するように、相互に距離を置き、かつ、相互にオフセット角度をもって配置される。対応する１つの受信機または複数の受信機の受信区域の位置の知識により、信号が受信される方向を求めることができる。これについても、より詳細に説明する。
【００５５】
図１ｄは、各ロボットが、他方のロボットの放射照度／感度区域の一方に存在する２体のロボットの平面図を示している。ロボット１０６は、受信区域ＲＺ１を確立する右前方の受信機により信号を受信する。これにより、ロボット１０５の方向は、右前方の方向であると推定することができる。さらに、信号ＴＺ１が識別され、ロボット１０５に対する空間区域の場所にマッピングされると、ロボット１０６では、ロボット１０５の向きを推定することができる。その結果、ロボット１０５の方向およびロボット１０５の向きの双方を、ロボット１０６で推定することができる。このために、ロボット１０５は、上述したタイプの信号を放射しなければならない一方、ロボット１０６は、その信号を受信できて、かつ、ロボット１０５の放射照度区域の情報を持たなければならない。通常、送信システムおよび受信システムの双方は、１体のロボット内に具体化される。
【００５６】
図１ｅは、ロボット、および、さまざまな出力レベルで放射された信号の空間的な放射照度特性によって定められる区域の平面図を示している。ロボット１０７は、区域特有の信号が異なる出力レベルで放射されることを付加することにより、図１ｂに示すような区域特有の信号を放射することができる。各出力レベルにおいて、信号は、その出力レベルを識別する情報を含む。これにより、ロボット１０７は、区域（Ｚ１，Ｚ２，…）に特有の情報およびロボット１０７からの距離間隔を有する信号を放射する。距離間隔は、例えば（Ｚ１；Ｐ２）から（Ｚ１；Ｐ３）の２つの放射照度曲線間の空間によって定められる。
【００５７】
ロボット１０８は、区域Ｚ１および出力レベルＰ４を識別する情報を検出できるが、出力レベルＰ３、Ｐ２およびＰ１を識別する情報を検出できない場合には、（Ｚ１；Ｐ４）と（Ｚ１；Ｐ３）との間の空間に存在することが、ロボット１０８によって推定可能である。曲線（例えば（Ｚ１；Ｐ４）と（Ｚ１；Ｐ３））間の距離の実際のサイズは、信号を受信する受信機の感度および信号が放射される出力レベルによって決定される。
【００５８】
図２は、ロボットを取り囲む複数の区域のそれぞれに特徴的な信号を放射する放射器を有するロボット玩具を示している。このロボット２０１は、そのロボットの前方が、上方に向いている向きで示されている。
【００５９】
ロボット２０１は、６つの赤外光放射器２０２、２０３、２０４、２０５、２０６および２０７を備える。各放射器は、それぞれの赤外光信号ＦＲ、Ｆ、ＦＬ、ＢＬ、ＢおよびＢＲを放射する。これらの放射器は、９４０ｎｍと９６０ｎｍとの間の波長の光を放射するように構成されることが好ましい。
【００６０】
赤外光放射器２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、および２０７は、ロボットの異なる位置に異なる角度で取り付けられて、ロボットを取り囲む区域２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、および２１３に赤外光を放射する。区域２１０および２１１は、互いに重なり合って、さらに別の区域２１４を確立する。同様に、区域２１３および２０８は重なり合って、区域２１５を確立する。それらの区域は、個々の放射器の放射口径（例えば、放射器の放射を所望の空間の区域に限定するように適合したシールドによる放射口径）ならびに上述した位置および角度、ならびに放射器により放射される赤外光の出力を調節することによって定められる。
【００６１】
赤外線信号Ｆ、ＦＩ、ＢＬ、Ｂ、ＢＲ、およびＦＲのそれぞれは、それらの赤外線放射器のうちの唯一の赤外線照射器に対応する情報によって符号化され、これにより、ロボットを取り囲む区域のそれぞれの区域に対応する。
【００６２】
赤外線信号は、赤外線放射器に一意の情報が、相互に重ならないタイムスロットに配置される時間多重信号として構成されることが好ましい。このタイムスロットは、以下の表１に示される。この時間多重信号は、密な列で送信されることが好ましく、これにより、他のロボットが、タイムスロットｔ１からｔ７によって定められる時間間隔の期間中に通信の無信号状態を検出できることが回避される。
【００６３】
【表１】
2004536715.tif 000003
【００６４】
表１は、信号ＦＲ、Ｆ、ＦＬ、ＢＬ、Ｂ、およびＢＲの時間多重を示している。信号ＦＬおよびＢＬは、双方とも、区域２１４で検出可能であることが示されている。同様に、信号ＢＲおよびＦＲは、双方とも、区域２１５で検出可能である。
【００６５】
これらの信号に基づいて、区域のいずれに検出器が存在するかを判断できるようにするために、検出器システムには、区域の場所とそれぞれの信号との関係の情報が提供される。
【００６６】
一方、重なり合った区域のいずれに検出器が存在するかを判断するために、検出器システムを、６つのタイムスロットの期間内に少なくとも２つまでの連続した信号（ＢＲ、ＦＲ；ＦＬ、ＢＬ）を検出できるものにすることができる。これにより、信号ＦＲおよびＢＲが、信号Ｒとして連続して検出可能である場合、区域２１５は、その区域として識別することができる。同様に、信号ＦＬおよびＢＬが、信号Ｌとして連続して検出可能である場合、区域２１４は、その区域として識別することができる。この原理は、好ましいものではあるが、他の検出原理を使用することもできる。
【００６７】
その結果、ロボット２０１に向いている赤外光検出器２１６を基準としたロボット２０１の向きを判断することができる。好ましい実施の形態では、このような検出器は、別のロボットに取り付けられ、これにより、別のロボットには、ロボット２０１の向きを検出する手段が提供される。
【００６８】
図示した状況では、赤外光検出器２１６は、区域２１２内に存在して、信号Ｂを受信する。この信号Ｂは、次に、表１により区域２１２の存在として復号することができる。
【００６９】
ロボット２０１の向きが、時計方向に約９０度変更される、すなわち、ロボットがその中心の垂直軸を中心にして回転すると、検出器は、区域２１５に存在することになる。この存在は、信号ＦＲおよびＢＲの双方が検出でき、かつ、信号ＦＲが右前方の放射器から放射され、信号ＢＲが右後方の放射器から放射されることが判明している場合に、判断することができる。
【００７０】
受信信号は、信号のタイプの値と、ロボット２０１に関する対応した区域の場所とを相関させた表（例えば表１）によって復号することができる。信号のタイプは、表の記入項目として使用され、したがって、結果的に、対応する区域の場所を与える。
【００７１】
信号が、時間多重信号として送信されるので（上記表１で記載したように）、歪んだ信号を受信する可能性は減少する。時間多重信号が適用されない場合には、所与の区域の受信機に直接送信された信号は、別の区域に送信されたが物体（例えば壁）によって反射された信号によって歪みを受ける可能性がある。これは、位置システムの性能を破壊することになる。
【００７２】
図３は、判断可能なさまざまな方向からロボットに向けて放射された信号を検出する受信機を有するロボットを示している。ロボット３０１は、３個の赤外光受信機３０５、３０６、および３０７を備えている。各受信機は、区域３０２、３０３、および３０４にそれぞれ関連付けられている。これらの区域は、受信機が、特定の閾値レベルよりも大きな出力レベルでその受信機に向けて放射された赤外光を検出できる範囲内の区域を表している。
【００７３】
赤外光受信機３０５、３０６、および３０７は、ロボットの異なる位置に異なる角度で取り付けられる。区域は、個々の受信機の位置、向き、赤外光の感度、および／または光流入口径をアレンジすることにより定められる。
【００７４】
これにより、ロボット３０１の前面に向けて赤外光を放射する放射器３０８が見える方向を判断することができる。この方向は、受信機３０５、３０６、および／または３０７のうち１つまたは２つ以上のものからの赤外線信号の検出を示す反応の形で判断される。
【００７５】
図示した状況では、放射器３０８は、区域３０７内に存在する。したがって、ロボット３０１は、放射器が区域３０４に存在することを示し、次に、放射器が、ロボット３０１を基準にして左前方の方向に存在することを示す、受信機３０７からの反応を受信している。
【００７６】
以下の表２は、ロボット３０１に受信された信号が、どのように復号されて、ロボット２０１の向き情報および方向情報を抽出できるかの例を示している。
【００７７】
【表２】
2004536715.tif 000004
【００７８】
表２の最初の例は、検出器３０６が信号Ｂを受信することを示している。放射信号と各区域との関係の知識により、ロボット２０１の方向は、信号Ｂを受信した検出器を単に識別することにより判断することができる。信号Ｂを受信した検出器は、この例では、検出器３０６である。この方向は、「中央前方」として示されている。ロボット２０１の向きは、北の大文字Ｎにより示されている。２番目の例および３番目の例では、向きは、それぞれ東の大文字Ｅおよび南の大文字Ｓで記載されている。
【００７９】
図４は、ロボットに取り付けられた４つの放射器の放射照度曲線を示している。４つの放射器４０２、４０３、４０４、および４０５を有するロボット４０１は、照射照度曲線の下に拡大図で示されている。この拡大図では、さらに別の放射器４１３が示されている。この放射器は、ロボットの周りに高出力レベルで信号を放射するように構成される。この信号は、壁、ドアなどといった物体から反射される可能性があるので、対応する放射照度曲線は図示されていない。その代わり、大文字Ｈが、この放射照度を示している。
【００８０】
放射照度曲線は、送信機のそれぞれが、２つの異なる出力レベルで赤外光を放射するように制御されることを示している。以下では、これらの２つの出力レベルは、低出力レベル（接頭語「Ｌ」）および中出力レベル（接頭語「Ｍ」）と呼ばれる。
【００８１】
相対的に大きな放射照度曲線４０６、４０７、４０８、および４１４は、送信機の１つが中出力レベルで送信している時に、受信機が、その受信機に向けて放射された赤外光信号ＭＢＲ、ＭＦＲ、ＭＦＬ、およびＭＢＬを検出できる範囲の区域を表す。同様に、相対的に小さな放射照度曲線４０９、４１０、４１１、および４１２は、送信機の１つが低出力レベルで送信している時に、受信機が、その受信機に向けて放射された赤外光信号ＬＢＲ、ＬＦＲ、ＬＦＬ、およびＬＢＬを検出できる範囲の区域を表す。相対的に大きな曲線４０６、４０７、４０８、および４１４は、直径約１２０〜１６０ｃｍを有する。相対的に小さな曲線４０９、４１０、４１１、および４１２は、直径約３０〜４０ｃｍを有する。高出力のピング信号（ping-signal）は、約６メートル×６メートルの通常の居間で検出可能であるはずである。
【００８２】
このように、放射器４０２、４０３、４０４、および４０５は、中出力レベル（Ｍ）での作動時には、一部が相互に重なり合う区域４０６、４０７、４０８、および４０９を確立するように構成される。さらに、放射器４０２、４０３、４０４、および４０５が、低出力レベル（Ｌ）で作動している時は、それら放射器は、一部が相互に重なり合う区域４１０、４１１、４１２、および４１３を確立する。これにより、ロボット４０１の向きをより正確に判断することが可能になる。
【００８３】
放射器４０２、４０３、４０４、および４０５は、表１に示した原理に従って、互いに重ならない時間多重信号を放射するように構成される。一方、２つの出力レベル低および中を管理するために、１出力レベルのみの場合とは対照的に、放射器に割り当てられたタイムスロットが、２つのサブスロットに分割され得る。この分割は、その結果として、送信側の位置システムに余分な負荷を加える。
【００８４】
この問題は、各送信機によって中出力レベルで送信される信号が、送信機に一意の情報を最初のサブタイムスロットに含むならば解決される。次のより短いサブタイムスロットでは、中出力レベルの区域を低出力レベルの区域と区別するための情報を含んだ信号が、低出力レベルで送信される。
【００８５】
【表３】
2004536715.tif 000005
【００８６】
表３は、送信機４０２および４０３によってそれぞれ放射される信号ＭＦＲ、ＬＦＲおよびＭＦＬ、ＬＦＬの時間多重を示している。送信機４０４および４０５によって放射される信号は、この表では省略されている。
【００８７】
以下では、赤外光放射器４０２、４０３、４０４、および４０５、ならびに、それらの赤外光放射器が作動される出力レベル（低または中）が、信号に関連付けられる。
【００８８】
【表４】
2004536715.tif 000006
【００８９】
表４は、ＩＲ放射器、ＩＲ放射器の位置、ＩＲ放射器が放射している信号、および信号が放射される出力レベルの間の関係を示している。
【００９０】
送信側ロボットが、向き情報を符号化して、その情報を区域に送信し、その後、他の受信側ロボットにおいて復号および解釈を行うために、ネットワークプロトコルが使用される。このネットワークプロトコルは、ピング信号およびメッセージ信号に基づく。これらの信号は、以下に説明される。
【００９１】
図５ａは、４つの各放射器からピング信号を送信するために使用される出力レベルを示している。出力レベルＰは、時間ｔの関数として、離散的な出力レベルＬ、Ｍ、およびＨで示されている。
【００９２】
４つの放射器のそれぞれのピング信号ＭＦＲ、ＬＦＲ；ＭＦＬ、ＬＦＬ；ＭＢＬ、ＬＢＬ；ＭＢＲ、ＬＢＲは、密な列５０１で送信される。列５０１は、サイクル時間ＴＬＭを有するサイクルで送信される。密な列５０１間には一時休止５０２が置かれる。この一時休止は、他のロボットの同様の信号の送信を可能にするために使用され、かつ／または、他の情報、例えばメッセージ信号を送信するのに使用される。
【００９３】
放射器からのピング信号は、中出力（Ｍ）で送信される３バイトに続いて、低出力（Ｌ）で送信される１バイトを含む。最初の３バイトは、Ｉｎｉｔ、ＩＤ、およびＣＲＣと記される。最後のバイトは、低出力で再送信されるＣＲＣバイトである。
【００９４】
表４の表記を使用すると、低／中のピング信号は、次のように記述することができる。
ＭＦＲＩｎｉｔ、ＭＦＲＩＤ、ＭＦＲＣＲＣ、ＬＦＲＣＲＣ
ここで、下付き文字は、バイトのタイプ（Ｉｎｉｔ、ＩＤ、およびＣＲＣ）を示す。
【００９５】
これらのバイトの内容は、ある送信から次の送信で変更することができる。最初の３バイトは、タイムスロットｔ１ａで送信される。最後のバイトは、タイムスロットｔ１ｂで送信される。同様に、タイムスロットｔ２〜ｔ３を、ａおよびｂのサブタイムスロットに分割することができる。ピング信号およびタイムスロットに対する区域の空間的関係は、表１に示される。
【００９６】
図５ｂは、３つの異なる出力レベルでピング信号を送信するために使用される出力レベルを示している。出力レベルＰは、時間ｔの関数として示される。低出力および中出力で送信されるピング信号に加えて、高出力のピング信号が送信される。高出力のピング信号は、低／中出力のピング信号が４回送信されるごとに送信される。すなわち、繰り返し時間ＴＨ、つまりＴＨ＝４＊ＴＬＭで送信される。
【００９７】
高出力のピング信号は、明確な区域の外側に存在し得る（他のロボットの）検出器によって検出可能なように十分な高出力で送信される。
【００９８】
高出力のピング信号は、ＩＮＩＴ、ピングＩＤ、グローバルネットＩＤ（３バイト）、メッセージ（２バイト）、およびＣＲＣの８バイトを含む。ＣＲＣバイトは、巡回冗長検査バイトである。ＩＮＩＴバイトは、後続のバイト列を高出力のピング信号であると判断するための情報を含む。ピングＩＤバイトおよびグローバルネットＩＤバイトは、それぞれ最大で２８体のロボットまたは２２４体のロボットの団体内において、高出力のピング信号を送信するロボットを識別するための情報を含む。グローバルネットＩＤバイトは、インターネットを介して通信するロボットを一意に識別するために使用することもできる。メッセージバイトは、メッセージをブロードキャストするために使用される。このようなブロードキャストメッセージは、実際の動作の情報、例えば、ロボットが高速で前方に移動中であったり、右に回転中であったりすることなどを示す情報を含むことができる。
【００９９】
図６は、４つの送信機のそれぞれ１つに特徴的であり、かつ、低出力レベルおよび中出力レベルで送信されるピング信号を送信する状態機械の状態イベント図を示している。この状態機械６０１は、開始状態６０２を有する。開始状態６０２から無条件の遷移が起こり、状態６０３がアクティブな状態に設定される。状態６０３、ならびに状態６０５、６０６、および６０７は、それぞれ放射器４０２、４０３、４０４、および４０５の１つを選択するために使用される。この状態機械では、この選択は、「ＦＲ」、「ＦＬ」、「ＢＲ」、または「ＢＬ」のいずれかに等しい変数Ｑを設定することにより実行される。これらの状態のそれぞれは、部分機械６０４に無条件に遷移する。部分機械６０４は、開始状態６０９、停止状態６１４、ならびに４つの中間状態６１０、６１１、６１２、および６１３を有する。これら４つの中間状態は、それぞれＩＮＩＴバイト、ＩＤバイト、ＣＲＣバイト、およびＬＣＲＣバイトを中出力レベルまたは低出力レベルのいずれかで送信するためのものである。中間状態では、各バイトは、メモリ（図示せず）から読み出される。部分機械の内部の状態は、無条件の状態遷移によって接続されている。停止状態に到達すると、１つのピング列５０１を送信するタスクが完了する。
【０１００】
図７は、高出力レベルでピング信号を送信する状態機械の状態イベント図を示している。状態機械７０１は、開始状態７０２、停止状態７１０、ならびに中間状態７０３、７０４、７０５、７０６、７０７、７０８、および７０９を含む。中間状態では、まず、Ｑ＝Ｃと設定することにより、中心の放射器４１３が選択される。次に、バイトＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、およびＢ６が、メモリ（図示せず）から読み出されて、放射器４１３により高出力レベルで連続して送信される。
【０１０１】
図８は、向きおよび距離の判断を可能にする情報を含んだ低出力レベル、中出力レベル、および高出力レベルのピング信号を、ロボット間のメッセージと共に送信する状態イベント機械の状態イベント図を示している。状態機械８０１は、機械６０１および７０１を使用して、図５ｂに示すピング信号を送信し、また、メッセージ信号を送信することもできる。
【０１０２】
状態機械８０１は、開始状態８０２および停止状態８０８を有する。最初に開始すると、状態機械は、送信されるピング信号の適切なタイミングを保証するために、実時間または擬似的な実時間で進行するように意図される。一方、機械は、ロボットがスタンバイモードになったり、供給電力がオフにされるか、または、なくなったりした場合などには、停止状態８０８に進むことができる。
【０１０３】
開始状態８０２の後、状態機械は、無条件にまたはすぐに状態８０３に進む。状態８０３では、変数Ｐが０に設定される。この変数は、２つの連続した高出力のピング信号の間において低／中出力レベルで送信されるピング信号の個数をカウントするために使用される。状態８０４への無条件の遷移により、状態機械は待機状態になり、他のロボットからのピング信号およびメッセージ信号のトラフィックの一時休止、すなわち通信無信号状態を待つ。これは、ブール変数Ｓによって表される。ピング信号およびメッセージ信号が受信されている限り、Ｓは偽であり、機械は、待機状態８０４に留まる。Ｓが偽から真に移行すると、一時休止が検出される。通信無信号状態は、信号が受信されない状況、または、受信された信号が、指定された振幅閾値または適応した振幅閾値より小さい状況として定義することができる。通信無信号状態のさらに別の条件として、受信された信号が、指定された時間間隔、例えば２ビット、２．５ビット、３ビット、３．５ビット、４ビットの指定された時間に対応する時間間隔にわたって、指定された振幅閾値または適応した振幅閾値よりも小さいことを条件とすることができる。
【０１０４】
通信無信号状態の基準が、時間間隔（例えば２ビットの時間間隔）で定義されると、上述した「密な列」は、通信無信号状態が発生しない列として定義することができる。
【０１０５】
さらに、Ｐが０に等しい場合には、ブール条件（Ｓ＆（Ｐ＝０））を有する条件付き遷移により、状態機械は、まず、高出力のピング信号を送信する状態機械７０１に遷移し、次に、状態８０５を介して、低／中出力のピングメッセージを送信する機械６０１に遷移する。その結果、ピング信号の密な列５０４が送信される。
【０１０６】
密な列５０４が送信されると、変数Ｐは、状態８０６で値を１つ増加される。メッセージフラグｍが設定されている場合には、メッセージキュー（図示せず）のメッセージが、密な列５０４の後続の列のメッセージ信号として送信される。送信するメッセージが存在して、このメッセージが送信されると、状態機械は、状態８０６に戻り、状態８０５で開始されたタイマが経過するのを待つ。タイマが経過すると、ＴＬＭは真になり、状態機械は、状態８０４に移り、通信無信号状態を待つ。ここで、Ｐは０ではないので、無信号状態が検出される（すなわちＳが真になる）と、機械は、状態６０１に直接遷移し、低／中のピング信号５０１を送信する。その後、状態８０６で、Ｐが１つ増加される。低／中出力レベルのピング信号の送信は、４つの低／中出力レベルのピング信号（すなわち、Ｐは５未満である）が送信されるまで続く。４つの低／中出力レベルのピング信号が送信されると、高出力のピング信号が送信され、処理は、再び繰り返される。
【０１０７】
図９は、ピング信号およびメッセージ信号を送信する通信システムのブロック図を示している。システム９０１は、ピング信号（例えば、バイトＩｎｉｔ、ＩＤ、およびＣＲＣ）ならびにメッセージ信号を、それぞれピング信号バッファ９０５およびメッセージバッファ９０４を介して受信する。ピング信号およびメッセージ信号は、外部システム（図示せず）によって提供される。このように、通信システム９０１は、外部システムから情報を受信することができ、その結果、外部システムは、通信システムとは非同期に動作することができる。
【０１０８】
コントローラ９０２は、状態機械８０１の命令、さらには状態機械６０１および７０１の命令を実行するように構成される。
【０１０９】
バッファ９０４および９０５のデータは、バッファのアドレスを指定することにより読み出される。その後、アドレス指定されたデータは、セレクタ９０３により、増幅器９０７、９０８、９０９、９１０、および９１１を介して、赤外光送信機４０２、４０３、４０４、４０５、および４１３の１つまたは２つ以上のものに転送される。セレクタ９０３は、コントローラ９０２により制御される。放射器４０２、４０３、４０４、および４０５によって放射される出力レベルは、増幅器９０７、９０８、９０９、および９１０の増幅度を調節することにより制御される。コントローラに提供される信号Ｓは、通信無信号状態が存在するかどうか、すなわち放射される信号と干渉を起こす可能性のある他の信号が検出できないかどうかを示す２値信号である。
【０１１０】
これにより、図４および図５ａ、図５ｂに示すような信号を放射するシステムが開示される。さらに、システムは、一般的な通信信号、すなわちメッセージ信号を送信することができる。
【０１１１】
図１０は、ロボットに取り付けられた２つの受信機の感度曲線を示している。曲線１００４は、中出力レベルで受信機１００２に向けて送信された信号を、受信機１００２が検出できる区域を定める。曲線１００６は、低出力レベルで受信機１００２に向けて送信された信号を、受信機１００２が検出できる小さな区域を定める。
【０１１２】
曲線１００５および１００７は、それぞれ中出力レベルおよび低出力レベルで受信機１００３に向けて送信された信号を、当該受信機が検出できる区域を定める。一般に、上述した区域は、受信区域と記される。受信機１００３に向けて高出力で送信された信号を当該受信機が検出できる区域は、より広く拡散する。したがって、このような区域は、破線の曲線１００８で示される。
【０１１３】
放射器４０２、４０３、４０４、および４０５は、信号が送信される出力レベルを表す情報を有する信号を送信するので、別のロボットが見える位置への方向および距離を、区域Ｈ、ＭＬ、ＭＣ、ＭＲ、ＬＬ、ＬＣＬ、ＬＣ、ＬＣＲ、およびＬＲの観点で判断することができる。
【０１１４】
第１のロボットの２つの受信機１００２および１００３の一方または双方は、第２のロボットの放射器４０２、４０３、４０４、４０５、および４１３によって放射された信号を受信することができる。
【０１１５】
その結果、簡単な送信／受信システムにより、距離、方向、および向きの高分解能を得ることができる。
【０１１６】
方向および距離の復号
以下では、方向情報および距離情報を復号する方法を、より十分に説明する。次のことが仮定される。
・ある受信機が高出力のピング信号を得ると、他の受信機もそのピング信号を得る。
・受信機が低出力のピング信号を得ると、その受信機は中出力のピング信号および高出力のピング信号も得る。
・受信機が中出力のピング信号を得ると、その受信機は高出力のピング信号も得る。
【０１１７】
低出力のピング信号に対してＬ、中出力のピング信号に対してＭ、および高出力のピング信号に対してＨの表記を適用すると、存在の区域は、以下の表５による受信信号に基づいて判断することができる。
【０１１８】
【表５】
2004536715.tif 000007
【０１１９】
表５は、左の列の１０個の区域の１つにもし存在すれば、送信ピング信号の符号化された出力レベル情報をその存在にどのように復号できるかを示している。その結果として、区域は、方向および距離を表す。
【０１２０】
向きの復号
向き情報を復号する目的で、以下の表６および表７を使用することができる。
【０１２１】
中距離において、
【０１２２】
【表６】
2004536715.tif 000008
【０１２３】
表６は、受信した中出力のピング信号が、区域にどのように関係付けられるかを示している。
【０１２４】
近距離において、
【０１２５】
【表７】
2004536715.tif 000009
【０１２６】
表７は、受信した低出力のピング信号および中出力のピング信号が、区域にどのように関係付けられるかを示している。
【０１２７】
図１１は、ピング信号およびメッセージ信号を受信するシステムのブロック図を示している。このシステム１１０１は、ロボット間の信号（特にピング信号およびメッセージ信号）ならびにリモコン信号を受信する２つの赤外線受信機１１０２および１１０３を備える。
【０１２８】
受信機１１０２および１１０３によって検出された信号は、信号の到来に応答して、それぞれデータ獲得手段１１１０および１１０９によりデジタルデータとして提供される。データ獲得手段からのデジタルデータは、それぞれの先入れ先出しバッファであるＬバッファ１１０８およびＲバッファ１１０７にバッファリングされる。ＬバッファおよびＲバッファからのデータは、バッファ１１０４に移動される。バッファ１１０４は、より大きな容量を有し、制御システム（図示せず）への転送を行っている間、データを収容する。
【０１２９】
赤外線信号が受信機１１０２および１１０３に向けて放射されるかどうかを示す２値信号Ｓは、加算器１１０６によりシュミットトリガ１１０５を介して提供される。加算器１１０６は、データ獲得手段１１０９および１１１０からの信号を加算する。これにより、この信号は、通信無信号状態が存在するかどうかを示すものとなる。
【０１３０】
リモコン装置（図示せず）からの信号を受信するように、このシステムを制御することができる。その場合、バッファに供給されるデータは、リモコンコマンドとして解釈される。これにより、受信機１１０２および１１０３は、ピング信号／メッセージ信号に加えてリモコンコマンドを受信するのに使用することができる。
【０１３１】
図１２は、ロボット制御システムのブロック図を示している。この制御システム１２０１は、あるタイプの挙動を示すことができるロボットを制御するように構成される。制御システム１２０１は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２０３、メモリ１２０２、および入出力インタフェース１２０４を備える。
【０１３２】
入出力インタフェース１２０４は、ロボット位置情報を受信するインタフェース（ＲＰＳ／Ｒｘ）１２１１と、ロボット位置情報を放射するインタフェース（ＲＰＳ／Ｔｘ）１２１２と、操縦手段（図示せず）に制御信号を提供する行動インタフェース１２０９と、トランスデューサ（図示せず）を介してさまざまな物理的影響を検知する検知インタフェース１２１０と、外部デバイスと通信するリンクインタフェース１２１３とを備える。
【０１３３】
インタフェースＲＰＳ／Ｒｘ１２１１は、図１１に示すように具体化できることが好ましく、インタフェースＲＰＳ／Ｔｘは、図９に示すように具体化されることが好ましい。リンクインタフェース１２１３は、外部デバイスとの通信を可能にするために使用される。外部デバイスとしては、例えばパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、または他のタイプの電子データ情報源／データ消費デバイス（data consumer device）がある。この通信は、ユーザが作成したスクリプトプログラムおよび／またはファームウェアプログラムのプログラムダウンロード／アップロードを含むことができる。インタフェースは、有線／コネクタタイプ（例えばＲＳ３２３）、ＩＲタイプ（例えばＩｒＤＡ）、無線周波数タイプ（例えばブルーツゥース）などを含む任意のインタフェースタイプとすることができる。
【０１３４】
操縦手段（図示せず）に制御信号を提供する行動インタフェース１２０９は、デジタル出力ポートとデジタル／アナログ変換器とを組み合わせたものとして実施される。これらのポートは、モータ、ランプ、サウンドジェネレータ、および他のアクチュエータを制御するために使用される。
【０１３５】
さまざまな物理的影響を検知する検知インタフェース１２１０は、デジタル入力ポートとアナログ／デジタル変換器とを組み合わせたものとして実施される。これらの入力ポートは、スイッチの起動および／または気温の度合い、音圧などを検知するために使用される。
【０１３６】
メモリ１２０２は、データセグメント１２０５（ＤＡＴＡ）と、挙動実行システムを有する第１のコードセグメント１２０６（ＢＥＳ）と、機能ライブラリを有する第２のコードセグメント１２０７と、オペレーティングシステム（ＯＳ）を有する第３のコードセグメント１２０８とに分割される。
【０１３７】
データセグメント１２０５は、入出力インタフェース１２０４とデータ（例えば、バッファ１１０４によって提供されるデータならびにバッファ９０４および９０５に供給されるデータ）を交換するために使用される。さらに、データセグメントは、プログラムの実行に関係したデータを記憶するために使用される。
【０１３８】
第２のコードセグメント１２０７は、インタフェース手段１２０４の使用の細部を処理するプログラム手段を備える。このプログラム手段は、いわゆるアプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）によって実行される機能および手順として実施される。
【０１３９】
第１のコードセグメント１２０６は、ロボットのプログラミングされた挙動を実施するプログラム手段を備える。このようなプログラムは、アプリケーションプログラミングインタフェースによって提供される機能および手順に基づいている。
【０１４０】
第３のコードセグメント１２０８は、複数の並行したプログラムプロセス、メモリ管理などを処理するオペレーティングシステム（ＯＳ）を実施するプログラム手段を備える。
【０１４１】
ＣＰＵは、ロボットの制御および／または外部デバイスとの通信を行うために、メモリに記憶された命令を実行して、インタフェースからデータを読み出し、インタフェースにデータを供給するように構成される。
【０１４２】
図１３は、部分的に制限された空間内の３体のロボットを示している。ロボット１３０２、１３０３、および１３０４には、他のロボットへの距離および方向ならびに他のロボットの向きを判断するための送信機および受信機が装備されている。この情報は、他のロボットに応答してロボットを移動させるために使用することができる。ロボット１３０２は、例えば経路１３０５を経てロボット１３０３を追尾するようにプログラミングされている。一方、ロボット１３０３は、経路１３０６を経てロボット１３０４から離れようとするようにプログラミングされている。ロボット１３０４は、後方に移動することにより、他のロボットから離れるようにプログラミングされている。
【０１４３】
このシナリオは、ロボットの実際の相互の位置および向き、ロボットを制御するプログラムなどに応じて、絶えず変更され得る。
【０１４４】
本発明は、居間のロボット玩具として使用されているにもかかわらず、より自律的に互いの中を動き回る産業ロボットを制御するために使用することができる。
【０１４５】
図１４は、ロボット玩具のブロック図を示している。本発明の第1の実施の形態によるロボット玩具１４００は、ハウジング１４０１、軸１４０８ａおよび１４０８ｂを介してモータ１４０７ａおよび１４０７ｂにより駆動される一組のホイール１４０２ａ〜１４０２ｄを備える。これらに代えて、または、これらに加えて、ロボット玩具は、足、チェーンなどといった、別の移動手段を含むことができる。また、プロペラ、アーム、ツール、回転ヘッドなどといった他の移動可能な部品を含むこともできる。ロボット玩具は、モータならびにロボット玩具の他の電気コンポーネントおよび電子コンポーネントに電力を提供する電源装置１４１１をさらに備える。この電源装置１４１１は、標準的な電池を含むことが好ましい。ロボット玩具は、ロボット玩具１４００の制御を担当する中央プロセッサＣＰＵ１４１３をさらに備える。プロセッサ１４１３は、メモリ１４１２に接続される。メモリ１４１２は、ＲＯＭ部およびＲＡＭ部またはＥＰＲＯＭ部（図示せず）を備えてもよい。メモリ１４１２は、中央プロセッサ１４１３用のオペレーティングシステム、および、低レベルのコンピュータ実行可能命令を含むファームウェアを記憶することができる。このファームウェアは、中央プロセッサ１４１３によって実行されて、例えば「モータを作動させる」といったコマンドを実施することによりロボット玩具のハードウェアを制御する。さらに、メモリ１４１２は、より高レベルの命令を備えたアプリケーションソフトウェアを記憶することができる。このアプリケーションソフトウェアは、中央プロセッサ１４１３によって実行されて、ロボット玩具の挙動を制御する。中央プロセッサは、バスシステム１４１４により、ロボット玩具の制御可能ハードウェアコンポーネントに接続することができる。
【０１４６】
ロボット玩具は、バスシステム１４１４を介して中央プロセッサ１４１３に接続される多数のさまざまなセンサを備えることができる。図示した例では、ロボット玩具は、衝撃を受けた時を検出する衝撃センサ１４０５、ならびに、光レベルの計測および点滅の検出を行う光センサ１４０６を備える。ロボット玩具は、上述したように他のロボットを検出してマッピングを行う２つのＩＲ受信機１４０４ａおよび１４０４ｂをさらに備える。これに代えて、または、これに加えて、ロボット玩具は、他のセンサを備えることができる。これらの他のセンサとしては、ショックセンサや量を検出するセンサといったものがある。ショックセンサは、例えば、ロボット玩具が衝撃を受けたり、何かにぶつかったりした時に出力を提供する、バネから吊るされた重りである。量を検出するセンサには、時間、味覚、嗅覚、光、パターン、近さ、動作、音、会話、振動、接触、圧力、磁気、温度、歪み、通信などを検出するセンサが含まれる。
【０１４７】
外部の刺激に応答してセンサにより生成されるセンサ信号は、バス１４１４を介して中央プロセッサ１４１３に転送される。中央プロセッサ１４１３では、センサ信号は、メモリ１４１２に記憶されたプログラム命令に従って処理される。処理の結果、メモリ１４１２に記憶された変数およびパラメータが変化することがあり、制御信号が、中央プロセッサ１４１３によって生成され、バス１４１４を介して、ロボット玩具の行動を制御するさまざまなハードウェアコンポーネントに転送されることがある。ロボット玩具のアクティブなハードウェアコンポーネントには、モータ１４０７、例えばレーザガンを模倣した光効果を生成するＬＥＤ１４１６、および、音響効果を作成するピエゾ素子１４１５が含まれる。他の可能なアクティブなコンポーネントには、混合色効果を生成することにより、ロボットのアクティブな挙動状態といったロボットの内部状態を表現するＲＧＢ光送信機、または、さまざまな色彩のＬＥＤを含むムード光が含まれる。他の行動には、動作、音、熱、光、香りなどが含まれ得る。
【０１４８】
特別なタイプの検知および行動は、通信を行う。この通信を行うために、図１に示すロボット玩具は、赤外光受信機１４０４ａおよび１４０４ｂと共にロボット間通信に使用することができる赤外線信号を放射する５つの赤外線送信機１４０３ａ〜１４０３ｅを備える。送信機１４０３ｅは、例えばロボットの上部に置かれた赤外線ダイオードであることが好ましく、この赤外線ダイオードは、９４０ｎｍと９６０ｎｍとの間の波長を有する赤外光を放射し、放射光が、部屋、例えば６メートル×６メートルの部屋の壁からの反射を生み出すのに十分大きな電流で駆動され、部屋の別のロボットの受信機１４０４ａおよび１４０４ｂの少なくとも１つによって受信可能であることが好ましい。ダイオード１４０３ａ〜１４０３ｄの出力は、さまざまな出力レベル、例えば２つの出力レベルに個別に制御できることが好ましい。赤外線送信機１４０３ａ〜１４０３ｅは、他のロボットに情報を送信するために使用され、かつ、当該ロボットが他のロボットによって検出可能となる予め定められたピングサイクルにおいて、さまざまな出力レベルでブロードキャストメッセージを放射することができる。
【０１４９】
あるいは、異なる個数の送信機、および、音響信号または他の電磁放射といった他の通信手段が使用されてもよい。ロボット玩具は、インタフェースコネクタ１４１７を備える。このインタフェースコネクタ１４１７は、例えば、ロボット玩具を外部デバイスに接続するシリアルポートである。外部デバイスは、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話などといったものである。他の通信手段には、ボタン、または、映像もしくはテキスト情報を表示するディスプレイといったユーザインタフェースが含まれる。
【０１５０】
好ましい実施の形態では、本発明は、ロボットを制御できる装置として具体化される。この装置は、シャフト、軸、スピンドル、または走行、登攀、歩行、もしくはそれ以外の移動をロボットに行わせる構成の同様の機械的手段と相互接続されたモータを備えることが好ましい。この装置は、構成的なロボット構築セットの部品の場合がある。
【０１５１】
上記説明、特に図４から図９および図１１と関係した上記説明に加えて、または、その説明の代わるものとして、以下に、図１５から図１７を参照しながら、さらに別の動作原理を説明する。
【０１５２】
図１５は、ロボットを取り囲む多数の区域のそれぞれの区域に特徴的な信号を放射する放射器を有するロボット玩具を示している。このロボット１５０１は、そのロボットの前方が、上方に向いている向きで示されている。
【０１５３】
ロボット１５０１は、４つの赤外光放射器１５０２、１５０３、１５０４、および１５０５を備える。各放射器は、それぞれの赤外光信号を放射する。これらの放射器は、９４０ｎｍと９６０ｎｍとの間の波長の光を放射するように構成されることが好ましい。
【０１５４】
赤外光放射器１５０２、１５０３、および１５０４は、異なる位置および異なる角度でロボットに取り付けられて、ロボットを取り囲む放射照度曲線１５０９、１５１０、および１５１１によってそれぞれ示すような区域ＦＲ、ＦＬ、およびＢに赤外光を放射する。これらのダイオードの方向は、ロボットの前進運動方向に対して、それぞれ６０°、３００°、および１８０°である。ダイオードのそれぞれの放射照度の角度が１２０°よりも大きい、例えば１２０°と１６０°との間である場合には、区域１５０９および１５１０は重なり合って、さらに別の区域Ｆを確立する。同様に、区域１５１０および１５１１が重なり合って、区域ＢＬを確立し、区域１５０９および１５１１が重なり合って、区域ＢＲを確立する。それらの区域は、個々の放射器の放射口径ならびに上述した位置および角度、ならびに放射器により放射される赤外光の出力によって定められる。
【０１５５】
放射器１５０２、１５０３、および１５０４は、２つの異なる出力レベルで赤外光を放射するように制御される。以下では、これら２つの出力レベルは、低出力レベル（接頭語「Ｌ」）および中出力レベル（接頭語「Ｍ」）と呼ぶこととする。
【０１５６】
相対的に大きな放射照度曲線１５０９、１５１０、および１５１１は、送信機の１つが中出力レベルで送信を行っている時に、受信機が、当該受信機に向けて放射された赤外光信号ＦＲ、ＦＬおよびＢを検出できる区域を表す。同様に、相対的に小さな放射照度曲線１５０６、１５０７、および１５０８は、送信機の１つが低出力レベルで送信を行っている時に、受信機が、当該受信機に向けて放射された赤外光信号ＬＦＲ、ＬＦＬおよびＬＢを検出できる区域を表す。１実施の形態では、相対的に大きな曲線１５０９、１５１０、１５１１は、約１２０〜１６０ｃｍの直径を有する。相対的に小さな曲線１５０６、１５０７、および１５０８は、約３０〜４０ｃｍの直径を有する。
【０１５７】
放射器１５０５は、上記中出力レベルよりも大きな高出力レベルでロボットの周囲に信号を放射するように構成される。この信号は、壁、ドアなどの物体から反射される可能性があるので、対応する放射照度曲線は図示されていない。その代わり、大文字Ｈが、この放射照度を示している。高出力のピング信号は、約６メートル×６メートルの通常の居間で検出可能であろう。
【０１５８】
このように、放射器１５０２、１５０３、および１５０４は、中出力レベル（Ｍ）での作動時には、一部が相互に重なり合う区域１５０９、１５１０、および１５１１を確立するように構成される。さらに、放射器１５０２、１５０３、および１５０４が、低出力レベル（Ｌ）で作動している時は、それら放射器は、一部が相互に重なり合う区域１５０６、１５０７、および１５０８を確立する。これにより、ロボット１５０１の向きを正確に判断することが可能になる。
【０１５９】
図１５の実施の形態では、重なり合う区域ＬＦ、ＬＢＲ、およびＬＢＬは、中出力レベルの対応する重なり合う区域、すなわちＦ、ＢＲ、およびＢＬにそれぞれ存在して、ダイオード放射器１５０２、１５０３、および１５０４の少なくとも１つからの低出力信号を受信する受信機によって定められる。
【０１６０】
赤外線信号ＦＲ、ＦＬ、およびＢのそれぞれは、赤外線放射器の一意の１つに対応する情報により符号化され、これにより、ロボットを取り囲む区域のそれぞれの区域に対応する。
【０１６１】
赤外線信号は、赤外線放射器に一意の情報が、相互に重ならないタイムスロットで構成される時間多重信号として構成されることが好ましい。
【０１６２】
信号に基づいて、検出器がどの区域に存在するかを判断できるようにするために、検出器システムには、区域の場所とそれぞれの信号との間の関係の情報が提供される。
【０１６３】
検出原理の好ましい実施の形態については、図１６ａ〜図１６ｅと共に説明することとする。
【０１６４】
送信側ロボットが、向き情報および距離情報を符号化して、その情報を区域に送信し、送信後、別の受信側ロボットが復号して解釈するために、ネットワークプロトコルが使用される。このネットワークプロトコルは、ピング信号およびメッセージ信号に基づいている。これらの信号について、以下に説明する。
【０１６５】
図１６ａは、それぞれの放射器、例えば図１５の放射器１５０２、１５０３、１５０４、および１５０５からピング信号を送信するために使用される出力レベルを示している。出力レベルＰは、時間ｔの関数として、離散的な出力レベルＬ、Ｍ、およびＨで示される。
【０１６６】
ピング信号は、密な列で送信される位置情報ビット列１６０１として符号化される。列１６０１は、サイクル時間ＴＰＲを有するサイクルで送信される。密な列１６０１間には一時休止１６０８が置かれる。この一時休止は、付加的なメッセージを送信するために使用され、また、他のロボットの同様の信号の送信を可能にするために使用され、かつ／または、他の情報、例えばメッセージ信号を送信するのに使用される。
【０１６７】
位置情報ビット列１６０１は、１２ビット（ｂ０〜ｂ１１）を備える。ビットは、低出力（Ｌ）、中出力（Ｍ）、または高出力（Ｈ）で送信される。第１ビット１６０２は、ダイオード２０５によって高出力で送信される。好ましい実施の形態では、このビットは、放射器１５０２、１５０３、および１５０４によって中出力でも送信される。中出力を有する他のダイオードに高出力ビットを複製することにより、受信範囲が増加し、部屋の壁および天井があまり反射しない場合であっても、近くの受信機がそのビットを受信することが保証される。この最初のビットの後には、どのダイオードも信号を送信しない無信号の２ビット１６０３が続く。後続する３ビット１６０４は、低出力レベルで送信され、各ビットは、ダイオード２０２、２０３、および２０４の１つのみによって送信される。同様に、次の３ビット１６０５は、中出力レベルで送信され、ダイオード２０２、２０３、および２０４のそれぞれが、ビット１６０５の１つのみを送信する。後続する２ビット１６０６は、再度、ダイオード２０５によって高出力レベルで送信され、好ましくは、ダイオード２０２、２０３、および２０４によって中出力レベルで送信される。その後、無信号のストップビット１６０７が続く。
【０１６８】
したがって、ダイオード２０２、２０３、２０４、および２０５のそれぞれは、図１６ｂ〜図１６ｅに示すような異なるビットパターンを送信する。ここで、図１６ｂは、ダイオード２０２によって放射される位置ビット列を示し、図１６ｃは、ダイオード２０３によって放射される位置ビット列を示し、図１６ｄは、ダイオード２０４によって放射される位置ビット列を示し、図１６ｅは、ダイオード２０５によって放射される位置ビット列を示す。
【０１６９】
受信側ロボットは、自身が送信側ロボットの区域のどの区域に位置するかを判断できるので、受信側ロボットは、受信ビット列を使用して、その受信ビットパターンを送信したロボットまでの距離および送信側ロボットの向きを判断することができる。この判断は、受信ビットパターンを図２の区域の１つに関係付ける参照表により行う簡単に行うことができる。この参照表を表８に示す。
【０１７０】
【表８】
2004536715.tif 000010
【０１７１】
表８は、送信側ロボットの区域の１つに受信側ロボットがもし存在すれば、送信されたピング信号の符号化された出力レベル情報をその存在にどのように復号できるかを示している。区域は、さらには向きおよび距離を表す。
【０１７２】
上記原理は、異なる個数のダイオードおよび／または異なる個数の出力レベルに適用することができ、ダイオードの個数が多くなるほど、向きの判断の精度が向上し、出力レベルの個数が多くなるほど、距離の計測の精度が向上することが理解される。この精度の向上は、ビット列の増加という代償を払って達成され、したがって、送信速度を減少させる。
【０１７３】
１実施の形態では、ロボットは、付加的なメッセージを送信する。この付加的なメッセージは、例えばピング信号と関連したものであるか、または、関連のない別のメッセージ信号として送信される。これらのメッセージは、位置情報ビット列と関連して送信されることが好ましく、例えば、各位置ビット列の後に多数のバイトを送信することにより送信される。１実施の形態では、ロボットは、位置情報ビット列を含むピング信号に続いて、ヘッダバイト、ロボットＩＤ、およびチェックサム、例えば巡回冗長検査（ＣＲＣ）を送信する。これらの情報に加えて、または、これらの情報に代えて、他の情報を送信することができる。他の情報は、例えば速度、運動方向、行動などのロボットについてのさらに別の情報、コマンド、ロボット間で交換されるデジタルトークンなどといったものである。
【０１７４】
各バイトは、多数のデータビット、例えば８データビット、ならびにスタートビット、ストップビット、およびパリティビットといった付加ビットを含むことができる。これらのビットは、適切なビットレート、例えば４８００ボーで送信することができる。付加的なメッセージバイトは、ダイオード２０５によって高出力レベルで送信され、かつ、ダイオード２０２、２０３、および２０４によって中出力レベルで送信されることが好ましい。
【０１７５】
ロボットＩＤは、所与の状況においてそのロボットに一意の番号であることが好ましい。ロボットＩＤにより、ロボットは、実世界で出会った仲間のロボットまたはインターネット上で出会った仲間のロボットに関する情報を登録して保持することができる。ロボットは、外部状態記録の一部として、好ましくは既知ロボットの一覧として、他のロボットについての情報を記憶することができる。その一覧の各登録項目は、ロボットＩＤ、ロボットのセンサによって計測された例えば方向、距離、向きといったマッピング情報、運動情報、例えばロボットのあるチームへの割り当てといったそれぞれのロボットから受信したゲーム関連情報、ロボットのさまざまなグループを選択基準により区別するために使用されるタイプ情報、ロボットを制御するロボットコントローラの識別情報などを含むことができる。
【０１７６】
ロボットは、別のロボットからブロードキャストメッセージを受信すると、その一覧の情報を更新する。メッセージの発信元が未知である場合には、新しい登録項目が作成される。予め定められた時間の間、例えば２回のブロードキャストの繰り返し期間よりも長い間、一覧の特定の登録項目からメッセージが受信されないと、ロボットの登録項目は、存在しないものとして印が付けられる。
【０１７７】
ロボットＩＤを例えば１バイトに制限するというように短く維持して、所与の状況においてロボットの一意の識別を可能にするために、例えば部屋の中といった通信範囲内に存在するロボット間に調停アルゴリズムを使用することができる。例えば、同じＩＤを有する別のロボットからピング信号を受信したロボットは、異なるＩＤを選択することができる。
【０１７８】
図５ａ／図５ｂと共に説明した原理と図１６ａから図１６ｅと共に説明した原理とを比較すると、ロボットの周りに信号を放射する手段は、それぞれの出力レベルで信号を放射するように制御され、それぞれの出力レベルにおいて、信号は、その特定の出力レベルを識別する情報を含むことが分かる。しかしながら、図５ａ／図５ｂでは、１バイトまたは数バイトが所与の出力レベルで送信されることが分かるのに対して、図１６ａから図１６ｅでは、１つのビット列の個々のビットが、異なる出力レベル送信されることが分かる。図１６ａから図１６ｅと共に説明した原理によると、送信側ロボットまでの距離を判断するのに必要な情報は、より短い信号、すなわちより少ないビット数で送信することができる。
【０１７９】
遠隔のロボットがどの区域に存在するかの推定に関して、区域（例えば４１０および４０７）を重ね合わせることにより作成される区域を、ある程度まで使用することができる。図４に関しては、区域を重ね合わせることにより作成される区域を含むすべての空間的区域を使用することにより、遠隔のロボットがどの区域に存在するかを推定するのに、比較的高い分解能が達成される。しかしながら、図１５に関しては、区域を重ね合わせることにより作成される２つまたは３つ以上の空間的区域は、遠隔のロボットがどの区域に存在するかを推定する際に単一の区域として解釈されることが示されている。これにより、推定の際に、所望の粗い分解能が達成可能である。
【０１８０】
図１７は、ピング信号およびメッセージ信号を送信する通信システムのブロック図を示している。このシステム１７０１は、ピング信号（例えば、ヘッダ、ロボットＩＤおよびＣＲＣバイト）ならびにメッセージ信号をバッファ１７０５を介して受信する。ピング信号およびメッセージ信号は、外部システム（図示せず）により、送信インタフェース１７０６を介して提供される。このように、通信システム１７０１は、外部システムから情報を受信でき、その結果、外部システムを、通信システムとは非同期に動作させることができる。
【０１８１】
このシステムは、図１６ａ〜図１６ｅと共に説明したさまざまなダイオードのそれぞれの位置ビット列を記憶するメモリ１７０３を備える。
【０１８２】
コントローラ１７０２は、ピング信号およびメッセージ信号を受信し、メモリ１７０３から検索された対応するビット列を前に付け、かつ、増幅器１７０７、１７０８、１７０９、および１７１０を介して赤外光送信機２０２、２０３、２０４、および２０５を制御するように構成される。放射器１５０２、１５０３、１６０４、および１５０５によって放射される出力レベルは、増幅器１７０７、１７０８、１７０９、および１７１０の増幅度を調節することにより制御される。コントローラに提供される信号Ｓは、通信無信号状態が存在するかどうか、すなわち放射される信号と干渉を起こす可能性のある他の信号が検出できないかどうかを示す２値信号である。さらに、コントローラは、信号が送信される時を示す信号Ｒを提供する。
【０１８３】
送信機が赤外光ダイオードである場合には、ダイオードは、プリント回路基板（ＰＣＢ（printed circuit board））に取り付けられることが好ましい。ＰＣＰは、装置の動作平面とほぼ並行に配置される。低出力信号および中出力信号を放射するダイオードは、少なくとも動作平面に対して定められた所望の空間的区域に従って光を放射するように取り付けられる。高出力信号を放射する１つのダイオード（または複数のダイオード）は、ＰＣＢと垂直な方向に光を放射するようにＰＣＢに取り付けられるが、必ずしも、その方向に限定されるものではない。
【０１８４】
一般に、区域という用語は、ロボットを基準とした位置の予め定められた組または範囲を含み、例えば、ロボットを基準としたある一定のセクタや、ロボットが移動する面に平行な平面内のある一定の領域などを含むことに留意すべきである。したがって、ロボットが、当該ロボットの区域の１つで別のロボットを検出すると、これら２体のロボットは、あらかじめ定められた位置関係を有する。例えば、２体のロボット間の距離が、ある一定の範囲内にあったり、他方のロボットが、検出側ロボットの運動方向を基準として、ある一定の方向範囲内の方向に位置したりするなどである。
【０１８５】
一般に、出力レベルは、符号化されたバイトまたはビットパターンによって通信されるが、他の変調方式を、本発明の範囲から逸脱せずに適用することができる。好ましい実施の形態では、信号が送信される出力レベルを通信するのに、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用することができる。
【０１８６】
本発明は、動き回る手段を有するロボットに組み込むことができるが、本発明の情報の送信に関する態様は、リモコン装置に具体化されることが好ましい。このリモコン装置は、ユニットとして具体化することができ、移動するロボットの中に置くことができ、かつ／または、ハンドヘルドリモコン装置として使用することができる。
【０１８７】
一般に、「重なり合う」という用語は、２つまたは３つ以上の送信機によって照射される空間をいう。この空間は、３Ｄ空間であるが、図面から明らかなように、この重なり合いは、単一の平面（例えば紙の平面）に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１ａ】２体のロボットおよびそれらの空間的な相互関係の平面図である。
【図１ｂ】ロボット、および、放射される信号の空間的な放射照度特性によって定められる区域の平面図である。
【図１ｃ】ロボット、および、受信信号の空間的な感度特性によって定められる区域の平面図である。
【図１ｄ】各ロボットが、他方のロボットの放射照度／感度区域の一方に存在する２体のロボットの平面図である。
【図１ｅ】ロボット、および、さまざまな出力レベルで放射された信号の空間的な放射照度特性によって定められる区域の平面図である。
【図２】ロボットを取り囲む複数の区域のそれぞれに特徴的な信号を放射する放射器を有するロボット玩具である。
【図３】判断可能なさまざまな方向からロボットに向けて放射された信号を検出する受信機を有するロボットの図である。
【図４】ロボットに取り付けられた４つの放射器の放射照度曲線の図である。
【図５ａ】２つの異なる出力レベルでピング信号を送信するために使用される出力レベルの図である。
【図５ｂ】３つの異なる出力レベルでピング信号を送信するために使用される出力レベルの図である。
【図６】４つの送信機のそれぞれ１つに特徴的であり、かつ、低出力レベルおよび中出力レベルで送信されるピング信号を送信するための状態イベント図である。
【図７】高出力レベルでピング信号を送信するための状態イベント図である。
【図８】向きおよび距離の判断を可能にする情報を含んだ低出力レベル、中出力レベル、および高出力レベルのピング信号を、ロボット間のメッセージと共に送信するための状態イベント図である。
【図９】ピング信号およびメッセージを送信するためのブロック図である。
【図１０】ロボットに取り付けられた２つの受信機の感度曲線の図である。
【図１１】ピング信号およびメッセージ信号を受信するシステムのブロック図である。
【図１２】ロボット制御システムのブロック図である。
【図１３】部分的に制限された空間内の３体のロボットの図である。
【図１４】ロボット玩具のブロック図である。
【図１５】ロボットを取り囲む複数の区域のそれぞれの区域に特徴的な信号を放射する放射器を有するロボット玩具の図である。
【図１６ａ】ロボットによるピング信号を３つの異なる出力レベルで送信するために使用される出力レベルの図である。
【図１６ｂ】ロボットのさまざまなダイオード放射器によりピング信号を送信するための出力レベルの図である。
【図１６ｃ】ロボットのさまざまなダイオード放射器によりピング信号を送信するための出力レベルの図である。
【図１６ｄ】ロボットのさまざまなダイオード放射器によりピング信号を送信するための出力レベルの図である。
【図１６ｅ】ロボットのさまざまなダイオード放射器によりピング信号を送信するための出力レベルの図である。
【図１７】ピング信号およびメッセージを送信するためのブロック図である。
【図１ａ】
2004536715.tif 000011
【図１ｂ】
2004536715.tif 000012
【図１ｃ】
2004536715.tif 000013
【図１ｄ】
2004536715.tif 000014
【図１ｅ】
2004536715.tif 000015
【図２】
2004536715.tif 000016
【図３】
2004536715.tif 000017
【図４】
2004536715.tif 000018
【図５ａ】
2004536715.tif 000019
【図５ｂ】
2004536715.tif 000020
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【図１６ｅ】
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【図１７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004536715.tif 000102
2004536715.tif 000103
【国際調査報告】
2004536715.tif 000104
2004536715.tif 000105