(57)【要約】【課題】低コストにて方向推定を実現する移動追従システムを提供する。【解決手段】移動追従システム10を構成する追従端末1及び移動端末2は、互いにデータ通信可能であり、方位センサ部13によって追従端末1の方向を取得できる。追従端末1には断続的にスイング動作が加えられ、スイング検出部14は取得方向によってスイングを検出し、当該スイング区間の情報を移動端末2に通知し、該情報により、音波送信部12が所定間隔で所定のパルス音波を連続送信する際のスイング区間に対応する部分の音波受信部22での受信部分を、音波解析部23が求めて受信間隔を返信する。方向推定部15は音波の送受信間隔の差に基づいて移動端末2の方向を推定する。方向補正部16は推定方向の履歴に基づいて推定方向を補正する。【選択図】図3
2013174537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにデータ通信可能な追従端末と移動端末とを備え、該追従端末に対して所定位置を中心として概ね円弧状をなすスイングが複数回に渡って断続的に加えられることで、該追従端末より前記移動端末の存在する方向を推定する移動追従システムであって、
前記追従端末は、所定の音波情報を有する音波を所定間隔を設けて連続的に送信する音波送信部と、前記追従端末の方向を取得する方位センサ部と、前記取得された方向に基づいて前記追従端末にスイングが加わっている時間区間をスイング検出区間として検出するスイング検出部と、前記移動端末より受信した情報に基づいて前記移動端末の存在する方向を推定する方向推定部と、前記推定した方向を補正する方向を補正する方向補正部と、を含み、
前記移動端末は、音波を受信する音波受信部と、前記受信した音波を解析する音波解析部と、を含み、
前記スイング検出部がスイングを検出する都度、前記追従端末は当該スイング検出区間の情報をデータ通信にて前記移動端末に通知し、
前記音波解析部は、当該スイング検出区間にて前記送信された音波に対応する受信箇所を、前記所定の音波情報に基づいて検出してその受信間隔を求め、該受信間隔をデータ通信にて前記追従端末に通知し、
前記方向推定部は、当該スイング検出区間における音波の送信間隔と、前記通知された受信間隔と、の大小関係が逆転しようとする送信間隔の区間において前記取得された方向に基づいて、当該スイングが加えられた際の前記移動端末の存在する方向を推定し、
前記方向補正部は、前記推定された方向の履歴に基づいて、当該スイングが加えられた際に推定された方向を補正することを特徴とする移動追従システム。
【請求項２】
前記スイング検出部は、前記取得された方向が所定基準を満たして単調増加又は単調減少する際に、当該単調増加又は単調減少する区間を前記スイング検出区間として検出し、前記所定基準として当該単調増加又は単調減少する区間における前記取得された方向の変動が所定の閾値を超えることを採用することを特徴とする請求項１に記載の移動追従システム。
【請求項３】
前記スイング検出部が、前記所定基準としてさらに、前記単調増加又は単調減少する区間の幅が所定基準を満たすことを採用することを特徴とする請求項２に記載の移動追従システム。
【請求項４】
前記方向補正部が、直近のスイングが加えられた際に前記推定された方向に対して、当該スイングの時点よりも過去に前記推定された方向及び推定された時間で構成される履歴に所定のフィッティング関数を適用して、該フィッティング関数の当該スイングの時点における値と当該スイングの際に前記推定された方向との差が所定基準を満たす際に、当該スイングの際に前記推定された方向及び当該スイングの時点を追加することで前記履歴を更新し、該更新された履歴に前記フィッティング関数を適用して、該フィッティング関数の当該スイングの時点における値を前記補正された方向となすことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の移動追従システム。
【請求項５】
前記方向補正部が、前記履歴が更新されなかった際には、該更新されなかった履歴に前記フィッティング関数を適用して、該フィッティング関数の前記スイングの時点における値を前記補正された方向となすことを特徴とする請求項４に記載の移動追従システム。
【請求項６】
前記スイング検出部がスイングを検出する都度、前記音波送信部は前記所定の音波情報を所定方式にて切り替えて音波を送信し、前記追従端末は前記所定方式の切り替えの情報をデータ通信にて前記移動端末に通知し、
前記音波解析部は、前記所定方式の切り替えの情報に基づいて、当該検出されたスイングに対応する受信箇所と、当該検出されたスイング以降のスイングに対応する受信箇所と、を検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の移動追従システム。
【請求項７】
互いにデータ通信可能な追従端末と移動端末とを備え、該追従端末に対して所定位置を中心として概ね円弧状をなすスイングが複数回に渡って断続的に加えられることで、該追従端末より前記移動端末の存在する方向を推定する移動追従システムにおける追従端末であって、
所定の音波情報を有する音波を所定間隔を設けて連続的に送信する音波送信部と、前記追従端末の方向を取得する方位センサ部と、前記取得された方向に基づいて前記追従端末にスイングが加わっている時間区間をスイング検出区間として検出するスイング検出部と、前記移動端末より受信した情報に基づいて前記移動端末の存在する方向を推定する方向推定部と、前記推定した方向を補正する方向を補正する方向補正部と、を含み、
前記スイング検出部がスイングを検出する都度、前記追従端末は当該スイング検出区間の情報をデータ通信にて前記移動端末に通知し、
前記移動端末は、当該スイング検出区間にて前記送信された音波に対応する受信箇所を、前記所定の音波情報に基づいて検出してその受信間隔を求め、該受信間隔をデータ通信にて前記追従端末に通知し、
前記方向推定部は、当該スイング検出区間における音波の送信間隔と、前記通知された受信間隔と、の大小関係が逆転しようとする送信間隔の区間において前記取得された方向に基づいて、当該スイングが加えられた際の前記移動端末の存在する方向を推定し、
前記方向補正部は、前記推定された方向の履歴に基づいて、当該スイングが加えられた際に推定された方向を補正することを特徴とする追従端末。
【請求項８】
互いにデータ通信可能な追従端末と移動端末とを備え、該追従端末に対して所定位置を中心として概ね円弧状をなすスイングが複数回に渡って断続的に加えられることで、該追従端末より前記移動端末の存在する方向を推定する移動追従システムにおける移動端末であって、
音波を受信する音波受信部と、前記受信した音波を解析する音波解析部と、を含み、
前記音波受信部は、前記追従端末が所定の音波情報を有する音波であって所定間隔を設けて連続的に送信する音波を受信し、
前記音波解析部は、前記追従端末が自身にスイングが加わっている時間区間をスイング検出区間として検出した際の、該スイング検出区間の情報を受信して、前記受信した音波より、該スイング検出区間にて前記送信された音波に対応する受信箇所を、前記所定の音波情報に基づいて検出してその受信間隔を求め、該受信間隔をデータ通信にて前記追従端末に通知することで、前記追従端末において当該スイング検出区間における音波の送信間隔と、前記通知された受信間隔とに基づいて当該スイングが加えられた際の前記移動端末の存在する方向を推定させ、さらに、該推定された方向の履歴に基づいて、当該スイングが加えられた際に推定された方向を補正させることを特徴とする移動端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波を利用した移動追従システム並びにその追従端末及び移動端末に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動端末の移動追従システムに関して次のような技術がある。
【０００３】
特許文献1では、GPS(全地球測位システム：Global Positioning System)と無線AP(アクセスポイント：Access Point)を利用して移動端末を追従する。GPSが利用可能な屋外では、GPSで取得した移動端末の位置情報を収集する。GPSが利用不可である屋内では、無線APを利用して位置情報を取得する。これにより、屋内外での移動追従を行う。特許文献1のシステムを利用するためには、屋内に無線APを設置する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-191882号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1の技術には、屋外での利用にはGPS関連の処理を必要とし、また屋内での利用にはエリアID等を通知するための特定用途向けの無線APがさらに別途で必要となるため、多大なシステム導入コストが必要となるという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑みて、低コストにて導入可能な移動追従システム並びにその追従端末及び移動端末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、互いにデータ通信可能な追従端末と移動端末とを備え、該追従端末に対して所定位置を中心として概ね円弧状をなすスイングが複数回に渡って断続的に加えられることで、該追従端末より前記移動端末の存在する方向を推定する移動追従システムであって、前記追従端末は、所定の音波情報を有する音波を所定間隔を設けて連続的に送信する音波送信部と、前記追従端末の方向を取得する方位センサ部と、前記取得された方向に基づいて前記追従端末にスイングが加わっている時間区間をスイング検出区間として検出するスイング検出部と、前記移動端末より受信した情報に基づいて前記移動端末の存在する方向を推定する方向推定部と、前記推定した方向を補正する方向を補正する方向補正部と、を含み、前記移動端末は、音波を受信する音波受信部と、前記受信した音波を解析する音波解析部と、を含み、前記スイング検出部がスイングを検出する都度、前記追従端末は当該スイング検出区間の情報をデータ通信にて前記移動端末に通知し、前記音波解析部は、当該スイング検出区間にて前記送信された音波に対応する受信箇所を、前記所定の音波情報に基づいて検出してその受信間隔を求め、該受信間隔をデータ通信にて前記追従端末に通知し、前記方向推定部は、当該スイング検出区間における音波の送信間隔と、前記通知された受信間隔と、の大小関係が逆転しようとする送信間隔の区間において前記取得された方向に基づいて、当該スイングが加えられた際の前記移動端末の存在する方向を推定し、前記方向補正部は、前記推定された方向の履歴に基づいて、当該スイングが加えられた際に推定された方向を補正することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記移動追従システムにおける追従端末又は移動端末であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、互いにデータ通信可能な端末としての追従端末及び移動端末を備える移動追従システムにおいて、方位センサ部を有する追従端末にスイング動作を断続的に加えると共に、スイング動作時の音波の送受信を行いその解析を行うだけで、追従端末より移動端末が存在する方向を推定及び補正できるようになる。従って、特定用途のAP等を必要とせず、低コストで移動追従システムを構築できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の概要を説明するための図である。
【図２】追従端末と移動端末とのやりとりの概要を説明するための図である。
【図３】一実施例に係る移動追従システムの機能ブロック図である。
【図４】一実施例に係る移動追従方法のフローチャートである。
【図５】方向推定を説明するための図である。
【図６】音波の送信の設定情報の変更を説明するための図である。
【図７】推定方向の履歴を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図1は、本発明の概要を説明するための図である。移動追従システム10は、追従端末1及び移動端末2を備える。また、図2は、当該移動追従システム10における追従端末1と移動端末2とのやりとりの概要の一例を説明するための図である。(a)に示すように、追従端末1より移動端末2へ向けて音波の送信がなされる。また(b)に示すように、追従端末1と移動端末2とはネットワーク(NW)を介して相互にデータ通信が可能である。
【００１２】
図1に戻る。矢印(b)に概念的にその軌跡を示すように、移動端末2はユーザ(第二ユーザ)と共に逐次移動している。これに対して、追従端末1を保持し場所Pに存在するユーザ(第一ユーザ)は、追従端末1より音波を送信しながら(a)に示すように、場所Pを中心として軌跡が概ね水平な円弧ないし円を描くように追従端末1を複数回スイングさせる。
【００１３】
当該スイング時の送信音波を移動端末2で受信して、その情報を追従端末1側に送信すると、追従端末1は当該情報を解析して、各スイング時に移動端末2がいずれの方向に存在していたかを推定することができる。
【００１４】
すなわち、(1)に示す時刻1における推定方向1、(2)に示す時刻2における推定方向2、…、(n)に示す時刻nにおける推定方向n、といったように、各スイング時における移動端末2の存在方向を推定することができる。
【００１５】
図3は、一実施例に係る移動追従システム10の追従端末1及び移動端末2の機能ブロック図である。
【００１６】
追従端末1は、(追従側)通信部11、音波送信部12、方位センサ部13、スイング検出部14、方向推定部15、方向補正部16、(追従側)入力部17及び(追従側)状態指示部18を含む。移動端末2は、(移動側)通信部21、音波受信部22、音波解析部23、(移動側)入力部27及び(移動側)状態指示部28を含む。
【００１７】
追従端末1において、通信部11はネットワークを介して移動端末2の通信部21とデータ通信する。音波送信部12は音波を送信する。方位センサ部13は追従端末1の方位(すなわち方向)を取得する。スイング検出部14は方位センサ部13にて取得された方向に基づいて、追従端末1に加えられたスイング動作を検出する。方向推定部15は移動端末2よりデータ通信にて受信した情報に基づいて、移動端末2の存在する方向を推定する。方向補正部16は、方向推定部15の推定した方向の履歴に基づいて、当該推定された方向の補正を行う。
【００１８】
入力部17はユーザからの各種の命令等を受け付ける。追従端末1が携帯端末等であれば例えば、キーパッド等を含んで入力部17を構成することができる。状態指示部18はユーザに対して各種の状態を指示する。状態指示部18は例えばライトを含んで構成され、点滅等によって状態を指示してもよいし、ディスプレイ、バイブレータ、スピーカその他を含んで構成され、所定の形式で状態を指示してもよい。
【００１９】
移動端末2において、通信部21はネットワークを介して追従端末1の通信部11とデータ通信する。音波受信部22は音波を受信する。音波解析部23は、音波受信部22の受信した音波を解析する。入力部27及び状態指示部28はそれぞれ、追従端末1側の入力部17及び状態指示部18と同様に、各種ユーザ入力等を受け付け、また各種の状態を指示する。
【００２０】
このように移動追従システム10においては、追従端末1及び移動端末2を通常の携帯電話などにて構成して、通常備わるスピーカ/マイクにより音波送信部12/音波受信部22を構成し、追従端末1側にて方位センサ部13を構成する方位センサを備えるようにすればよい。すなわち本発明は特殊デバイス等を必要としない汎用的な端末構成とにて実現可能であり、通常のデータ通信用途以外に特別用途向けのAP等を用意する必要はないため、コストが低減される。
【００２１】
図4は、一実施例に係る移動追従方法のフローチャートである。図4を参照して、当該フローと共に図3の各部の処理の詳細を説明する。図4では、追従端末1側の各ステップS10〜S19を左側に、移動端末2側の各ステップS20〜S29を右側に示している。また、両端末1,2間で呼応ないし対応関係にあるステップには下1桁共通の参照番号を付与すると共に、ブロックを横並びで配置してある。ステップS5は両端末1,2で共通である。
【００２２】
両端末1,2にてフローが開始されると、ステップS5ではユーザによる設定などにより、追従端末1と移動端末2との間でネットワークを構築し、通信部11と通信部21との間で互いにデータ通信可能なようにしておく。
【００２３】
ここで、ネットワーク構築とは、Bluetooth(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)、携帯電話網等を通して両端末がデータ通信可能な状態とすることである。さらに当該状態は、マイク/スピーカによる音波通信を利用したデータ通信可能な状態も含み、通信部11及び通信部21は各状態に応じた構成を取るものとする。音波利用の場合、音波送信部12及び音波受信部22を送信及び受信機能のために併用してもよい。
【００２４】
ステップS5ではさらに、データ通信によって実現可能な所定の精度で、追従端末1と移動端末2との両者における計時情報の同期を取っておく。
【００２５】
ステップS5が完了すると、追従端末1側はステップS10へと、移動端末2側はステップS20へと進む。
【００２６】
ステップS10にて追従端末1は、ユーザによる入力部17を介した指示を受けて、データ通信により移動端末2側へと方向推定の開始を行う旨の開始合図を送信する。ステップS10ではまた当該開始合図と共に、次のステップS11にて送信する音波の設定情報もデータ通信にて移動端末2へ通知する。送信する音波は、一定の送信間隔をおいて連続するパルス列型の音波であり、各パルスの信号長(パルス幅)及び周波数の情報を音波の設定情報(音波情報)として移動端末2へ通知する。当該通知する設定情報にはさらに、送信間隔の情報が含まれていてもよい。
【００２７】
周波数としては、スマートフォンや携帯電話、タブレット、PCが対応している20kHz以下の範囲が利用できる。音波の信号長は、反射波の影響を低減するために、50ms程度を利用できる。
【００２８】
ステップS11にて音波送信部12は、上記設定情報に従う音波の送信を開始し、ステップS12へと進む。以降、ステップS19に到達するまで、パルス列型の音波の送信が継続される。
【００２９】
一方、移動端末2はステップS20にて、追従端末1がステップS10で送信する開始合図等の情報の受信を待機し、当該合図等を受信するとステップS21へと進む。ステップS21にて、音波受信部22は音波の受信(録音)を開始し、ステップS23へと進む。
【００３０】
ここで、ループLとして囲む部分すなわち、追従端末1側においてはステップS12〜S17にて、また移動端末2側においてはステップS23〜S28にて、追従端末1を保持しているユーザは不図示のステップにて端末1に対するスイング動作を断続的に繰り返す。
【００３１】
ステップS12にて、スイング検出部14は方位センサ部13がリアルタイムで出力し続ける方位(方向)に基づいて、追従端末1に対してユーザによりスイング動作が加えられたかを「時刻i」にて判定する。当該判定の詳細は後述する。
【００３２】
ステップS12にてスイングが加えられたと判定するとステップS13へ進み、加えられていないと判定するとステップS17へ進む。ステップS17ではユーザが入力部17より終了要求を入力したかが判定され、入力があればステップS18へ進む。入力がなければステップS12に戻り、次の時刻ステップとしての「時刻i+1」に対してさらにスイング判定が継続される。
【００３３】
ステップS13にて追従端末1は、移動端末2に対してデータ通信によって音波受信情報要求を送信する。また当該要求と共に、ステップS12における判定の際に検出されるスイング動作の継続区間の時間情報(スイング検出区間の情報)も送信する。この際さらに、当該スイング検出区間内における音波送信部12のパルス送信回数及び／又は検出期間内でのパルス送信位置の情報も送信してもよい。
【００３４】
一方、移動端末2はステップS23にて、追従端末1がステップS13で送信する音波受信情報要求及びスイング検出区間の情報等の受信があるか「時刻j」にて判定する。受信があればステップS24ヘ進み、受信がなければステップS28へ進む。
【００３５】
ステップS28にて移動端末2は、後述のステップS18にて追従端末1が送信する終了合図の受信があったかを「時刻j」にて判定する。受信があればステップS29ヘ進み、受信がなければステップS23へと戻って、次の時刻ステップとしての「時刻j+1」に対してさらに情報受信の有無の判定が継続される。
【００３６】
ステップS24にて音波解析部23は、音波受信部22において受信し録音している音波のうちステップS23にて受信したスイング検出区間に対応する時間区間の部分を解析して、当該区間内に含まれる音波送信部12の送信した各パルスの移動端末2での受信部分を、ステップS23にて受信した信号長及び周波数の情報によって抽出し、パルスの受信間隔を求める。ステップS24にて音波解析部23はさらに、当該求めた受信間隔をデータ通信にて追従端末1へと通知し、ステップS28へと進む。
【００３７】
一方、追従端末1はステップS14にて、移動端末2がステップS24にて送信した受信間隔のデータの受信を所定時間待機する。待機して当該データ受信があればステップS15へ進み、なければステップS17へと進む。
【００３８】
ステップS15にて方向推定部15は、当該ステップS15に至る直前のステップS12にて検出したスイングの継続区間内で音波を送信した際の方位センサ部13の取得した方位(方向)と、当該スイング時の音波の所定の送信間隔と、ステップS14にて受信した受信間隔と、に基づいて、当該スイング時における移動端末2の存在する方向を推定し、ステップS16へと進む。当該詳細は後述する。
【００３９】
ステップS16にて方向補正部16は、当該直前のステップS15にて方向推定部15の推定した方向を、それ以前のステップS15で推定された方向より方向補正部16の定めた履歴に基づいて補正し、ステップS17へと進む。当該補正の詳細は後述する。
【００４０】
ステップS17では前述の通りユーザより終了要求が入力されたかを確認し、入力がなければステップS12へ戻り、入力があればステップS18へと進む。ステップS18では、追従端末1がデータ通信にて移動端末2へと方向推定を終了する終了合図を送信し、ステップS19へ進む。ステップS19では音波送信部12が音波の送信を終了し、ステップS19が完了すると追従端末1側のフローは終了する。
【００４１】
一方、移動端末2はステップ28にて、追従端末1がステップS18で送信する終了合図を受信したか確認し、受信がなければ前述のとおりステップS23へ戻り、受信があればステップS29へと進む。ステップS29にて音波受信部22は音波の受信を終了し、ステップS29が完了すると移動端末2側のフローは終了する。
【００４２】
次に、ステップS12でのスイング検出部14によるスイング検出の一実施例につき、詳細を説明する。
【００４３】
方位センサ部13が各時刻tにつき取得している追従端末1の方向(北を0°として時計回りに正となる方位角)をD(t)(0°≦D(t)＜360°)とする。スイング検出部14は当該D(t)を時系列データとしてリアルタイムで監視し、以下の条件1又は条件2を満たす時刻t_s及びt_e(ただしt_s＜t_e)が存在する場合に、区間{t|t_s≦t≦t_e}をスイング区間として、スイングを検出する。
【００４４】
条件1(スイングが時計回りの場合)
D(t_s)＜D(t_e)  かつ
D(t_e)−D(t_s)＞THRESHOLD1  かつ
時刻t_sから時刻t_eの範囲でD(t)が単調増加
【００４５】
条件2(スイングが反時計回りの場合)
D(t_s)＞D(t_e)  かつ
D(t_s)−D(t_e)＞THRESHOLD1  かつ
時刻t_sから時刻t_eの範囲でD(t)が単調減少
【００４６】
ここで、THRESHOLD1はスイング検出判定のための回転角度の所定の閾値である。例えばTHRESHOLD1＝90°とした場合、90°より多くスイングした場合にのみ、スイングとして検出されるようになる。当該閾値は入力部17によってユーザが予め設定してもよい。
【００４７】
スイング検出部14は上記条件1又は2のスイング区間を検出するために、現時点Tを含む直近の過去範囲で方向D(t)の単調増加又は単調減少が継続する一連の範囲{t｜T0≦t＜T}を監視し続け、当該範囲が単調増加又は単調減少でなくなった時点T1にて、条件1又は2を満たすかを判定する。満たしていれば、スイング検出判定を下すと共にt_s=T0及びt_e=T1としてスイング区間を定める。
【００４８】
満たしていなければ、スイング検出判定は下さず、T1以降の直近の部分で単調増加又は単調減少の状態が開始する時点としてT0を更新して定め、同様の監視及び判定を継続する。またスイング区間を定めた後も、次のスイングを検出すべく同様に、T1以降の直近の部分で単調増加又は単調減少の状態が開始する時点としてT0を再度定めて更新し、同様の監視及び判定を継続する。
【００４９】
以上のようにして、スイング検出部14は追従端末1にスイングが加えられスイング動作が終わった時点をリアルタイムで検出し、スイング判定を下すと共にスイング区間を定めることができる。なお、後述の方向補正部16において、履歴としてスイングの推定時刻(スイングが検出され方向が推定された時刻)を利用するが、当該推定時刻はスイング区間{t|t_s≦t≦t_e}より所定の点、例えば開始点t_s、終了点t_e、又は中点(t_s＋t_e)/2等によって定めるようにすればよい。
【００５０】
なお、条件1及び2においてさらに、次の条件a及び／又はbを課してスイング判定を行ってもよい。
条件a        t_s−t_e＞THRESHOLD_a
条件b        t_s−t_e＜THRESHOLD_b
【００５１】
ここで、THRESHOLD_a及びTHRESHOLD_bはそれぞれ、速すぎる回転及び遅すぎる回転を正常なスイングとしての検出から除外するための所定の閾値(なお、両方を用いる場合は、THRESHOLD_a＜THRESHOLD_bとして定める)である。
【００５２】
なおまた、単調増加又は単調減少を正しく判定するように、方位角としての方向D(t)(0°≦D(t)＜360°)の値が0°または360°を横切る場合であっても、スイング検出部14は値の変化を連続的なものに読み替えるものとする。
【００５３】
ステップS15での方向推定部15による移動端末2の存在する方向の推定につき説明する。当該方向推定には、以下の非特許文献1又は特許文献2の技術を利用することができるが、概要は次の通りである。
【００５４】
[非特許文献1]"音波を使った端末間の相対方向推定方式の提案", 電子情報通信学会2010年ソサイエティ大会, B-7-47.
[特許文献2]特願2010-181660号
【００５５】
図5は、当該方向推定を説明するための図である。(A)には、追従端末1のスイングを実行するユーザの位置Pと、スイングの軌跡としての円弧Rと、当該スイング中に音波送信部12がパルス音波を発生した円弧R上の点Q1,Q2,Q3,Q4及びQ5と、当該スイングの際の移動端末2の位置Qと、当該各点Q1,Q2,Q3,Q4及びQ5のそれぞれより位置Qまで到達する音波の伝搬W1,W2,W3,W4及びW5とを示している。(B)には、当該(A)の説明に加えて、当該(A)におけるQ1〜Q5の各点における時刻t1〜t5と、当該位置及び時刻での端末向きの例が図表として示されている。
【００５６】
時間区間としてのスイング区間をスイング検出部14が検出すると、方向推定部15は、方向推定に必要な情報として、当該区間内で音波送信部12が音波を発生した各時刻ti及び当該各時刻にて方位センサ部13の取得した方向D(ti)の情報を取得する。例えば図5では、(A)のスイング動作Rにつき検出されたスイング区間に対し、(B)での各時刻t1〜t5に対する端末向き0°〜180°を取得する。
【００５７】
一方、移動端末2側はステップS24にて、音波送信部12が当該スイング区間内の各時刻tiで発生した音波を受信したものに対応する部分を抽出して、受信間隔を求めて追従端末1側へと通知している。当該受信間隔と、対応する追従端末1側の送信間隔との例が図5の(C)に示してある。
【００５８】
すなわち、送信間隔は等しく100msに設定されている。一方、各時刻t1〜t5(送信時刻)で区切られる各区間に対応する受信間隔は99ms, 100ms及び101msの値が存在する。区間t2−t1(時刻t1からt2までの区間を表し、以下同様とする)では、「送信間隔−受信間隔＝+1ms」であり、「送信間隔＞受信間隔」である。これは、(A)に示すように、区間t2−t1では移動端末2の存在する位置Qに音源(音波送信部12を含む追従端末1)が近づくよう移動しながら音波パルスを発生しているためである。
【００５９】
逆に区間t4−t3及びt5−t4では、「送信間隔−受信間隔＝−1ms」であり、「送信間隔＜受信間隔」である。これは、(A)に示すように、区間t4−t3及びt5−t4では移動端末2の存在する位置Qから音源(音波送信部12を含む追従端末1)が遠ざかるよう移動しながら音波パルスを発生しているためである。
【００６０】
一方、区間t3−t2は、近づくよう移動するのと遠ざかるよう移動するのが混在するので、「送信間隔≒受信間隔」となり、(A)より明らかなように推定すべき方向PQは当該区間内に存在する方向となる。
【００６１】
方向推定部15はこのように、送信間隔と受信間隔の大小関係が逆転しようとする際の区間にて方位センサ部13の示す方向を、移動端末2の存在する方向として推定する。なお、大小関係が逆転しようとする際の区間t3−t2に対して、推定方向はその端点t2又はt3のいずれかの時刻での方向を割り当ててもよいし、当該区間内の所定点、例えば中点(t2+t3)/2の時刻での方向を割り当ててもよい。また、後述の方向補正部16で利用する推定時刻には、当該割り当てた方向に対応する時刻を用いてもよい。
【００６２】
なおまた、図5の例では送受信間隔の大小関係が「送信間隔＞受信間隔」より「送信間隔＜受信間隔」へと逆転している。逆に「送信間隔＜受信間隔」から「送信間隔＞受信間隔」へと逆転する場合は、図5の考察と全く同様にして、逆転する際の区間に対応する方向の逆方向(180°を加えた方向)が推定方向となる。スイングを360°行うと逆転が180°離れた区間で2回現れるが、その場合も同様である。
【００６３】
よって、より一般には方向推定部15は、送信間隔と受信間隔との大小関係が切り替わる際の方位センサ部13の示す方向に基づく所定の方向、すなわち、送信間隔の方が長い関係から送信間隔の方が短い関係に逆転する場合は当該方位センサ部13の示した方向を、送信間隔の方が短い関係から送信間隔の方が長い関係に逆転する場合は当該方位センサ部13の示した方向の逆方向を、移動端末2の存在する方向として推定する。
【００６４】
なお、当該方向推定が適切に行われる前提として、スイング動作に要する時間が、当該時間内(より正確には当該スイング動作時の音波を移動端末2で受信する時間内)において移動端末2の追従端末1に対する方向変化を無視できる程度に十分に小さいこと、又は、スイング動作が移動端末2の方向変化よりも十分に速いこと、が挙げられる。スイング軌道は追従端末1と移動端末2とが共に移動可能な平面上において概ね水平となる円弧ないし円状であればよい。すなわち、ユーザが手で追従端末1をスイングさせる際の半径の変動が所定範囲内にあればよい。
【００６５】
ここで、ステップS24での音波解析部23による録音の解析の各実施例につき説明する。一実施例では、音波解析部23はまずステップS21にて音波受信部22が音波の受信及び録音を開始すると同時に、蓄積される録音をリアルタイムで解析して音波送信部12の送信した各パルスを逐次検出するようにする。この際、ステップS20で受信した音波の設定情報(各パルスの信号長及び周波数の情報)を利用する。
【００６６】
すなわち、短時間フーリエ変換等によって、当該信号長に近い所定範囲内の長さに渡って、当該周波数の情報に近い所定範囲の強度がその周囲よりも所定基準で上昇する箇所を受信時刻として逐次算出する。さらに、送信間隔の情報を利用して、受信間隔が送信間隔とは極端に異なるようになってしまうような検出結果を誤検出として除外するようにしてもよい。
【００６７】
当該リアルタイムにてパルス検出を続けつつ、ステップS23で要求受信した際に併せて通知されたスイング区間{t|t_s≦t≦t_e}の所定の近辺区間を解析して、スイング区間と同程度の長さで構成され、スイング検出区間内でのパルス送信回数に等しい受信回数からなり、受信間隔が短い値から長い値へと、またはその逆へと一時的に切り替わっている部分を、スイング区間内にて送信されたパルスに対応する受信部分となす。
【００６８】
別の一実施例では、音波解析部23は上記一実施例と同様、ステップS21以降リアルタイムでパルス検出を行う。一方、追従端末1にてスイング検出部14は別実施例として、ステップS12にてスイングを検出した時点(当該現時点tがスイング区間の終了する時点t_eであることが判定した時点)でただちに、当該時点tより後に音波送信部12から送信する音波の設定情報(各パルスの信号長及び／又は周波数の情報)を変更する。さらに、送信間隔を変更してもよい。
【００６９】
図6は当該変更を模式的に説明する図である。所定の送信間隔に沿って各時刻1,2,3,4,5,6,7,...にて音波パルスが送信されている。ここで、時刻3と4との間でスイング区間が検出され、区間の終点t_eが設定されると、時刻1までの設定情報とは異なる設定情報にて時刻4以降の音波を送信するようにする。すなわち時刻3までは設定情報f1の音波が送信されていたのを、時刻4以降は設定情報f2の音波を送信するように変更する。
【００７０】
当該設定情報の変更のシーケンスは、周期的に所定の設定を切り替えるようにするなど、切り替え情報として予め所定のものを設定しておき、ステップS10及びS20にて両端末1,2でその情報を共有しておく。ステップS24にて音波解析部23がスイング区間に対応する受信箇所を求める際は、スイング区間{t|t_s≦t≦t_e}の近辺で且つ受信音波の設定情報が変わる箇所を探すようすればよい。
【００７１】
図6の例であれば、受信音波の設定情報がf1からf2に変わる箇所を求めると、最後にf1が設定されていた受信部分をスイング区間の最後に送信されたパルスに対応する箇所として決定することで、スイング区間に対応する受信箇所を容易に求めることができる。音波解析部23はまた、当該求めたスイング区間以降の音波の検出は、設定情報f2に基づいて継続する。以降さらに同様にしてスイングを検出すると、同様に設定変更への対応を継続する。
【００７２】
同様にして、t_eの時点でただちに音波の設定情報を変更する代わりに、t_eから所定時間経った時点で変更するようにしてもよい。
【００７３】
なおまた、パルス検出はリアルタイムで行う代わりに、ステップS24でスイング検出区間の情報を得てから、当該区間の所定の近傍領域のみを対象としてパルス検出を行うようにしてもよい。
【００７４】
次に、ステップS16での方向補正部16による推定方向の補正を説明する。方向補正部16は、過去にステップS15にて方向推定部15の推定した方向を、図7に示すように履歴として保持している。ここでは履歴番号iが小さいほど新しい履歴とし、i＝1,2, ..., n(nは履歴数)に対して、ステップS15にて推定がなされた時刻t_1, t_2, ..., t_nと、それぞれ対応する推定方向d_1, d_2, ..., d_nとを履歴として保持している。
【００７５】
方向補正部16は当該履歴の利用により、以下のように(1)最新の推定方向が外れ値である場合は除外してから、(2)履歴情報を更新し、(3)最新の推定方向の補正を行う。
【００７６】
(1)外れ値判定
まず、直前のステップS15にて最新の推定方向を得た場合、方向補正部16は外れ値判定を行う。当該最新の推定方向をd_0、その推定時刻をt_0とする。手順は以下[手順1-1][手順1-2]の通りである。
【００７７】
[手順1-1]
新しい側の履歴m個((t_1,d_1)、(t_2,d_2)、…、(t_m、d_m))を使い、フィッティング関数f(t)を算出する。mは所定数である。フィッティング関数には既存方式が利用できる。例えばフィッティング関数として、最小二乗法や、ARMA(Autoregressive moving average model)における関数を利用することができる。
【００７８】
[手順1-2]
|d_0−f(t_0)|＞THRESHOLD2を満たす場合、外れ値と判定する。ここで、THRESHOLD2は外れ値判定の所定の閾値である。例えば、THREHSOLD2＝45°の場合、フィッティング関数から予測される方向f(t_0)と、推定方向d_0との絶対誤差が45度より大きい場合、外れ値と判定される。
【００７９】
(2)履歴情報の更新
続いて、方向補正部16は履歴情報を更新する。外れ値と判定されていない場合は、既存の履歴情報の履歴番号を１つインクリメントした上で、最新の推定方向d_0及びその推定時刻t_0を新たに履歴情報に追加するd_1及びt_1とすることで、履歴情報を更新する。反対に、外れ値と判定された場合は、履歴情報の更新は行わない。
【００８０】
(3)位置補正
最後に、方向補正部16は更新後の履歴情報を使って位置補正を行う。手順は次の[手順3-1][手順3-2]の通りである。
【００８１】
[手順3-1]
新しい側の履歴m個((t_1,d_1)、(t_2,d_2)、…、(t_m、d_m))を使い、[手順1-1]と同様の(同種類の)フィッティング関数f(t)を算出する。なお、履歴更新が行われなかった場合、当該f(t)は[手順1-1]で算出されたものと同一となるので、算出を省略してもよい。
【００８２】
[手順3-2]
補正された方向をf(t_0)として定める。
【００８３】
なお、以上の方向補正部16の補正処理において、履歴が所定数m個蓄積されるまでは、補正処理を省略するようにしてもよい。また、当該m個蓄積されてからフィッティング関数f(t)を求め、[手順1-2]と同様の外れ値に該当する履歴は除外することで、履歴において外れ値となるデータが存在せず且つm個の履歴が蓄積されてから、以上説明した補正処理を適用するようにしてもよい。
【００８４】
以上、本発明によれば、特定用途向けの無線AP等のインフラの導入コストを必要とせず、スマートフォンや携帯端末、タブレット等の市販の端末のみを使った移動追従が可能となる。また、本発明の移動追従システムを利用して、以下のアプリケーション、サービスを実現できる。
(1)迷子防止サービス
・親と子供がそれぞれ端末を保持する迷子防止サービス。親の端末、子供の端末が、それぞれ追従端末、移動端末に該当する。
指定した距離以上離れた場合に、追従端末1に状態指示部18によってアラーム通知する。距離推定は、音波や無線信号を使った既存方式を利用する。さらに、移動端末2側においても状態指示部28によってアラーム通知を行うようにしてもよい。
アラーム通知を受けた際に、親が子供の位置を確認できない場合、本発明を利用して、移動追従し、子供を探索する。
(2)ロボット案内サービス
・駅やショッピングモール等で、重い荷物の移動支援や、地図情報案内等を提供する移動可能ロボットを想定する。例えば、購入した商品が重く、車まで運ぶのが大変な場合に、所持する端末(移動端末2に該当)上でロボットサービスを要求すると、周辺のロボット(追従端末1に該当)が、本発明を利用して、目の前まで来てくれる。
【符号の説明】
【００８５】
10…移動追従システム、1…追従端末、11…追従側通信部、12…音波送信部、13…方位センサ部、14…スイング検出部、15…方向推定部、16…方向補正部、17…追従側入力部、18…追従側状態指示部、2…移動端末、21…移動側通信部、22…音波受信部、23…音波解析部、27…移動側入力部、28…移動側状態指示部
【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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