(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の移動体の各々に設けられた超音波発信機と、建屋内の所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機と、移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求める演算処理手段とからなる移動体の位置検出システムであって、
前記超音波発信機は、前記移動体からの位置検出の要求に従って、当該超音波発信機による超音波の発信及び前記超音波受信機による超音波の受信がともに可能となる超音波発受信期間の開始時期を指定するための超音波発受信要求信号を前記超音波受信機に向けて発信する超音波発受信要求手段と、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの当該超音波発受信要求信号を受信した超音波受信機のみから発信される超音波発受信許可信号を受信し、前記超音波発受信期間において超音波を発信する超音波発信手段を有し、
前記超音波受信機は、前記超音波発受信要求信号の受信に従って前記超音波発受信期間の開始時期を指定して前記超音波発受信許可信号を前記超音波発信機に発信する超音波発受信許可手段と、前記超音波発受信許可信号を受信した超音波発信機から発信される前記超音波を前記超音波発受信期間において受信する超音波受信手段を有し、
前記演算処理手段は、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの前記超音波を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみの前記超音波発受信許可信号を発信してから前記超音波を受信するまでの所要時間に基づいて移動体の距離情報を算出し、当該移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求めることを特徴とする移動体の位置検出システム。
【請求項２】
前記超音波発信機の超音波発受信要求手段は、前記超音波受信機に超音波発受信要求信号を送信しても前記超音波受信機からの超音波発受信許可信号を得られなかった場合に、一定の時間を置いて再度、超音波発受信要求信号を送信することを特徴とする請求項１記載の移動体の位置検出システム。
【請求項３】
前記超音波発信機の超音波発受信要求手段から送信される超音波発受信要求信号、及び前記超音波受信機の超音波発受信許可手段から送信される超音波発受信許可信号は、いずれも前記超音波発信機を特定するための情報が付された赤外線データであることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体の位置検出システム。
【請求項４】
前記演算処理手段は、前記少なくとも３箇所以上の超音波受信機のうちの前記超音波を受信した超音波受信機のみの前記所要時間に基づいて算出した前記移動体の距離情報と当該超音波受信機の設置位置の座標データとに基づいて前記移動体の位置情報を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動体の位置検出システム。
【請求項５】
複数の移動体の各々に設けられた超音波発信機と、建屋内の所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機と、移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求める演算処理手段とを用いて前記移動体の位置を検出する移動体の位置検出方法であって、
前記超音波発信機が、前記移動体からの位置検出の要求に従って、当該超音波発信機による超音波の発信及び前記超音波受信機による超音波の受信がともに可能となる超音波発受信期間の開始時期を指定するための超音波発受信要求信号を前記超音波受信機に向けて発信するステップと、
前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの当該超音波発受信要求信号を受信した超音波受信機のみから発信される超音波発受信許可信号を受信し、前記超音波発受信期間において超音波を発信するステップと、
前記超音波受信機が、前記超音波発受信要求信号の受信に従って前記超音波発受信期間の開始時期を指定して前記超音波発受信許可信号を前記超音波発信機に発信するステップと、
前記超音波発受信許可信号を受信した超音波発信機から発信される前記超音波を前記超音波発受信期間において受信するステップと、
前記演算処理手段が、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの前記超音波を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみの前記超音波発受信許可信号を発信してから前記超音波を受信するまでの所要時間に基づいて移動体の距離情報を算出し、当該移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求めるステップと、を有することを特徴とする移動体の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の位置検出システム及び方法に関し、特に、建屋内における各移動体の所在を検出する移動体の位置検出システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建屋内における各移動体（例えば施設内における各作業者等）の所在を検出し、各移動体の経時的な動きを把握することで該移動体の効率的な管理に役立てようとする位置検出システムがある。このシステムによれば、各移動体の所在データをリアルタイムにパソコンに取り込むことで各移動体の仕事中の動きをリアルタイムに把握でき、施設内の装置等のレイアウトの見直し・変更をして作業効率の改善ができる。
このようなシステムとして、例えば、赤外線を用いたもの、電波を用いたものがある。両システムはいずれも、第１発受信機を複数の移動体の各々に設けるとともに、複数の移動体に第２発受信機を建屋内の所定領域毎に設置しており、つぎのような手順によって移動体の位置検出を行う。まず、全ての第２発受信機から特定の移動体に対応した要求信号（赤外線又は電波）を選択的に発信する。つぎに、この要求信号を受信した特定の移動体の第１発受信機よりその移動体が属する領域の第２発受信機に対して検出信号（赤外線又は電波）を発信する。そして、この発信された検出信号を最も早く受信する第２発受信機を認知することで、特定の移動体が属する領域を検出する。
ところで、検出信号として赤外線を用いた場合、作業現場の明暗度に影響を受けやすく、屋外の光の影響によって通信不能になることも度々ある。また赤外線の指向性による赤外線発受信機の設置箇所にかかる制約も多い。一方、検出信号として電波を用いた場合、その利便性により申請不要な微弱電波を利用するため、建屋内において反射波等との共鳴による谷間を発生させてしまい通信不能になることがある。また施設内の装置等から発生するノイズによって正確な情報を得ることが困難になるなどといった欠点がある。
また、上述した両システムにおいては、検出の対象となる移動体が所在する領域は確認できても、その座標位置、すなわち正確な所在まで検出することはできないといった欠点がある。
【０００３】
そこで、近年、上記作業環境に左右されにくく、しかも正確な所在が検出できるシステムとして、超音波を用いたものが開発され普及してきており、例えば特開平０８−２２６８１０に開示されている。このシステムは、図５に示すように、複数の移動体（例えば施設内おける複数の利用者）の各々に設けられる超音波発信機１と、建屋内の天井に所定領域ごとに設けられる超音波受信機２と、これら受信機２で受信された超音波に基づいて、発信機１を特定すると共に各移動体の所在を算出し、且つ各移動体を特定するための情報が照会可能な演算処理手段としての管理コンピュータ３とによって主要部が構成されている。
上記システムはつぎのように動作する。すなわち、ある発信機１が複数の受信機２に対し、予め時分割設定された分割時間に基づいて超音波を順次発信する。そして、この発信された超音波をいくつかの受信機２が受信し、管理コンピュータ３がその超音波に基づいて発信機１を特定するとともに各移動体の所在を算出する。なお、各発信機１の内部クロックの調整のために、各受信機２からクロック調整用の赤外線が送信されるようになっている。
このような超音波を用いたシステムは、指向性による制約が小さく、屋外光等の強力な光にも影響されず、しかも互いに干渉しにくいといった超音波の優れた性質により、日々刻々と作業環境が変化するような作業現場においても有効といえる。また周囲の電気機器等から発生するノイズによる影響を受けにくいという利点も有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記超音波による位置検出システムにおいては、発信機ごとに超音波受信期間を予め確保するために、発信機の台数が多いと、各発信機についての計測を一通り行うための基準周期が長くなる。例えば、発信機が３０台設定された場合、当該周期は１０秒程度と長くなる。したがって各移動体の位置検出をリアルタイムで行っているとは言い難いものであった。このことは、ある特定の移動体の動きについて正確な調査を行いたい場合に特に問題となってくる。
また、通信方式として単方向通信方式を採用しているため、予め設定された計測順番を待たずに特定の発信機だけの距離を計測することはできなかった。すなわち、発信機は自分に割り当てられた時間がこないと超音波を発信できなかった。さらに、発信機側の動作に起因して超音波発受信期間を開始させることもできなかった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、建屋内における移動体の数が多くても、各移動体の所在を正確にかつリアルタイムで把握できる移動体の位置検出システム及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、特定の移動体の位置検出がより簡便に行なえるようにした位置検出システム及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の移動体の各々に設けられた超音波発信機と、建屋内の所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機と、移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求める演算処理手段とからなる移動体の位置検出システムであって、前記超音波発信機は、前記移動体からの位置検出の要求に従って、当該超音波発信機による超音波の発信及び前記超音波受信機による超音波の受信がともに可能となる超音波発受信期間の開始時期を指定するための超音波発受信要求信号を前記超音波受信機に向けて発信する超音波発受信要求手段と、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの当該超音波発受信要求信号を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみから発信される超音波発受信許可信号を受信し、前記超音波発受信期間において超音波を発信する超音波発信手段を有し、前記超音波受信機は、前記超音波発受信要求信号の受信に従って前記超音波発受信期間の開始時期を指定して前記超音波発受信許可信号を前記超音波発信機に発信する超音波発受信許可手段と、前記超音波発受信許可信号を受信した超音波発信機から発信される前記超音波を前記超音波発受信期間において受信する超音波受信手段を有し、前記演算処理手段は、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの前記超音波を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみの前記超音波発受信許可信号を発信してから前記超音波を受信するまでの所要時間に基づいて移動体の距離情報を算出し、当該移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求めることを特徴とする移動体の位置検出システムとした。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記超音波発信機の超音波発受信要求手段は、前記超音波受信機に超音波発受信要求信号を送信しても前記超音波受信機からの超音波発受信許可信号を得られなかった場合に、一定の時間を置いて再度、超音波発受信要求信号を送信することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載の発明において、前記超音波発信機の超音波発受信要求手段から送信される超音波発受信要求信号、及び前記超音波受信機の超音波発受信許可手段から送信される超音波発受信許可信号は、いずれも前記超音波発信機を特定するための情報が付された赤外線データであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記演算処理手段は、前記少なくとも３箇所以上の超音波受信機のうちの前記超音波を受信した超音波受信機のみの前記所要時間に基づいて算出した前記移動体の距離情報と当該超音波受信機の設置位置の座標データとに基づいて前記移動体の位置情報を求めることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、複数の移動体の各々に設けられた超音波発信機と、建屋内の所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機と、移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求める演算処理手段とを用いて前記移動体の位置を検出する移動体の位置検出方法であって、前記超音波発信機は、前記移動体からの位置検出の要求に従って、当該超音波発信機による超音波の発信及び前記超音波受信機による超音波の受信がともに可能となる超音波発受信期間の開始時期を指定するための超音波発受信要求信号を前記超音波受信機に向けて発信するステップと、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの当該超音波発受信要求信号を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみから発信される超音波発受信許可信号を受信し、前記超音波発受信期間において超音波を発信するステップを有し、前記超音波受信機は、前記超音波発受信要求信号の受信に従って前記超音波発受信期間の開始時期を指定して前記超音波発受信許可信号を前記超音波発信機に発信するステップと、前記超音波発受信許可信号を受信した超音波発信機から発信される前記超音波を前記超音波発受信期間において受信するステップを有し、前記演算処理手段は、前記少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機のうちの前記超音波を受信した少なくとも３箇所以上の超音波受信機のみの前記超音波発受信許可信号を発信してから前記超音波を受信するまでの所要時間に基づいて移動体の距離情報を算出し、当該移動体の距離情報に基づいて前記移動体の位置情報を求めるステップを有することを特徴とする移動体の位置検出方法とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態にかかる移動体の位置検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態のシステムは、超音波発信機１、超音波受信機２、ジャンクションボックス４、コントローラ５、管理コンピュータ３、及びこれらを通信接続するケーブルにより主要部が構成されている。
【００１３】
超音波発信機１は、複数の作業者（移動体）のそれぞれの超音波Ｕを受信しやすい部位（ヘルメット又は帽子の上など）に図２（ａ）に示すように装着されている。この発信機１は、図２（ｂ）に示すように、超音波Ｕを発信する超音波発信部１ａを備えるとともに、超音波Ｕの発受信がともに可能となる超音波発受信期間の開始時期を指定するための超音波発受信要求手段を備えている。本実施形態における超音波発受信要求手段は、位置通知スイッチ１ｂ及び赤外線発受信部１ｃにより主要部が構成されている。
【００１４】
超音波受信機２は、建屋内の天井に所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設置されている（図４）。この受信機２は、発信機１からの超音波Ｕを受信する超音波受信手段（図示せず）を備えるとともに、発信機１の超音波発受信要求手段（１ｂ、１ｃ）によって指定された前記超音波発受信期間の開始時期が有効か否かを判断し、有効な場合は該開始時期からの前記超音波発受信期間の開始を許可する超音波発受信許可手段（図示せず）を備えている。
【００１５】
上記受信機２は、ジャンクションボックス４及びコントローラ５を介してパソコン等の管理コンピュータ３に通信接続されている。
各受信機２はそれぞれ、無極性の２線を介して所定領域ごとに設置されたジャンクションボックス４に通信接続されている。
各ジャンクションボックス４はそれぞれ、８芯モジュラーケーブルを介してコントローラ５に通信接続されており、通信用チップへの電源供給、及びコントローラ５からのデータを２線式送受電通信方法のデータ形式に変換、或はその逆変換を行う機能を有している。
コントローラ５は、ＲＳ−２３２Ｃケーブルを介して管理コンピュータ３に通信接続されており、管理コンピュータ３からのコマンドを所定のデータ形式に変換する機能を有するとともに、受信機２の内部クロックを調整・制御する機能を有している。
【００１６】
上記受信機２及びコントローラ５には所定の演算チップ（図示せず）が内蔵されており、また管理コンピュータ３には、所定の演算プログラムがインストールされている。これら演算チップ及び演算プログラムは、位置検出にかかる演算処理を行うための演算処理手段としての機能を有している。ここで、発信機１から発信された超音波Ｕが受信機２に受信されるまでの遅延時間（所要時間）は、当該発受信機１、２がどの程度離れているのかを示す情報を含んでおり、これに基づいて上記演算処理手段が所定の演算処理を行うことにより位置情報を算出することができる。
【００１７】
図３に、上記構成のシステムによる移動体の位置検出の手順を説明するためのタイミングチャートを示す。以下、この図を用いて、超音波Ｕの発受信がともに可能な発受信可能期間Ｔを発信機１の側から指定できることに重点を置きながら説明する。
【００１８】
超音波発信機１は、作業者からの要求があると、上記発受信期間Ｔの開始時期ｔ０を指定するための超音波発受信要求信号Ｒを送信する。具体的には、作業者が位置通知スイッチ１ｂを押すことにより、赤外線送受信部１ｃから該発信機１を特定するための情報が付された赤外線データが超音波送信機２に向けて送信される。
このように移動体側からの動作に起因しての位置検出が可能なことにより、当該移動体の数が多い場合においても、特定の移動体に対する位置検出がリアルタイムに行えることになる。また、要求信号Ｒとして発信機１を特定するための情報が付された赤外線データを用いることにより、計測環境（例えば移動体数）の変化に対する順応性、及びシステム設計の自由度を向上させることができる。
【００１９】
つぎに受信機２の超音波発受信許可手段は、発信機１からの要求信号Ｒを受信すると、他の受信機２にかかる所定の処理が行われている場合を除き、超音波発受信期間Ｔを開始時期ｔ０から開始させると同時に、超音波発受信許可信号Ｐ（要求信号Ｒを発信した発信機１を特定するための情報が付された赤外線データ）を該発信機１に送信する。
このように他の受信機２にかかる所定の処理が行われている場合を除くことで、ほぼ同時に複数台の発信機１の位置通知スイッチ１ｂが押された場合においても対応できる。また、超音波受信期間Ｔを開始させるとともに、許可信号Ｐを送信することで、実行処理の負荷が低減される。さらに、許可信号Ｐとして発信機１を特定するための情報が付された赤外線データを用いることにより、環境変化の順応性、及びシステム設計の多様性を向上させることができる。
なお、上記発受信期間Ｔは、許可信号Ｐを送信して一定時間が経過した後に開始させてもよいし、許可信号Ｐにこの発受信期間Ｔの開始時期ｔ０の情報を含めるようにして該開始時期ｔ０から発受信期間Ｔを開始させてもよい。
【００２０】
つぎに発信機１は、赤外線送受信部１ｃにより受信機２からの許可信号Ｐを受信すると同時に、超音波発信部１ａから超音波Ｕを発信する。この時の超音波Ｕが発信機１から受信機２に発信される様子を図４に示す。
このように検出信号として超音波を用いることで、図５に示したような従来のシステムにおける種々の利点を確保できる。
なお、超音波Ｕを発信するタイミングは、受信機２の設定に対応させて適宜に変更してもよく、例えば許可信号Ｐを受信して一定時間が経過した後に超音波Ｕを発信してもよい。
【００２１】
つぎに受信機２は、発信機１から発信された超音波Ｕを受信すると、上記許可信号Ｐを送信してから該超音波Ｕを受信するまでの遅延時間Ｄを計測し、この遅延時間Ｄに基づいて発信機１から受信機２までの距離情報を算出する。この距離情報は、コントローラ５によって一定の時間間隔Ｉで収集される。
このような遅延時間Ｄに基づく演算処理とコントローラ５による一括処理により、演算処理の負荷を低く保ちつつ正確な位置検出が可能となる。
【００２２】
そして管理コンピュータ３は、少なくとも３箇所以上の受信機２で算出された上記距離情報と当該受信機２の設置位置の座標データとに基づいて各移動体の位置情報を求める演算処理を実行する。さらに管理コンピュータ３は、上記算出された位置情報を、各移動体の経時的な動きを一目で把握できるようなマッピング情報に加工する。ここで、前記座標データは管理コンピュータ３の記憶媒体にデータベースとして格納されている数値データである。
なお、受信機２、コントローラ５、及び管理コンピュータ３による演算処理は、すべて管理コンピュータ３において一括して実行する構成としてもよい。また、各演算処理は連続的かつリアルタイムに実行するのが最も効果的であるが、各演算処理の負荷を考慮して一定の時間間隔を置いて実行することにしてもよい。
【００２３】
上記構成に加えて、発信機１は、受信機２に要求信号Ｒを送信しても受信機２からの許可信号Ｐを得られなかった場合に、一定の時間を置いて再び要求信号Ｒを送信することとしている。これにより、ほぼ同時に複数台の発信機の位置通知スイッチ１ｂが押された場合においても対応でき、正確な位置検出が確保できる。
すなわち、図３の下段において、発信機１−１の位置通知スイッチ１ｂが押されてまもなく発信機１−２の位置通知スイッチ１ｂが押された場合について示すように、発信機１−２による１回目の要求信号Ｒ１に対する許可信号が得られなかったものの、その後一定時間の経過後に送信した２回目の要求信号Ｒ２に対する許可信号Ｐ２は得ることができたことがわかる。
なお、このような場合においても、管理コンピュータ３による演算処理が少なくとも３以上の距離情報が得られたときにのみ実行されることで、移動体の位置検出の正確性を確保することができる。
【００２４】
以上説明した本実施形態における移動体の位置検出システムは、発信機側からの要請により任意のタイミングで超音波計測が行える、いわゆる任意計測モードにおいて特徴を有するものであるため、この任意計測モードのみを実行する場合について詳述したが、図５に示した従来のシステムにおける、いわゆる自動計測モードと上記任意計測モードとの併用により位置検出を行う構成としてもよい。この場合、普段は自動計測モードにより位置検出を実行し、発信機側からの割り込みにより任意計測モードに切り替えるように構成するとよい。
【００２５】
また、本実施形態における要求信号Ｒ及び許可信号Ｐはともに光信号としたが、これに限るものではなく、いずれか一方又は双方を電気信号としてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の移動体の位置検出システム及び方法では、複数の移動体の各々に設けられた超音波発信機と、建屋内の所定領域ごとに少なくとも３箇所以上設けられた超音波受信機と、前記超音波発信機から発信された超音波が前記超音波受信機に受信されるまでの所要時間に基づいて前記移動体の位置情報を求める演算処理手段とからなる移動体の位置検出システムにおいて、移動体側（超音波発信機側）からの動作に起因しての該移動体の位置検出ができるようにした。これにより、従来の超音波を用いた位置検出システムの利点を確保しつつ、建屋内における移動体の数が多い場合においても、各移動体の所在をリアルタイムで正確に把握でき、かつ特定の移動体の位置検出がより簡便に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動体の位置検出システムの概念を示すブロック図である。
【図２】図１の超音波発信機の移動体への装着形態（ａ）、及びその構成（ｂ）を示す外観斜視図である。
【図３】図１のシステムによる移動体の位置検出の手順を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１の超音波発信機及び超音波受信機を示す概略斜視図である。
【図５】従来の移動体の位置検出システムの概念を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  超音波発信機
１ａ  超音波発信部
１ｂ  位置通知スイッチ
１ｃ  赤外線送受信部
２  超音波受信機
３  管理コンピュータ
４  ジャンクションボックス
５  コントローラ
Ｉ  データ収集周期
Ｔ  超音波発受信期間
Ｄ  所要時間（遅延時間）
Ｒ  超音波発受信要求信号（赤外線データ）
Ｐ  超音波発受信許可信号（赤外線データ）
Ｕ  超音波
【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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