(57)【要約】【課題】  パッシブタグを用いた位置検出の安定性を向上させることができる自律移動装置を提供する。【解決手段】  それぞれ床面上の所定の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ内のパッシブタグから位置情報を読み取る３個のリーダ１６を、前側に１個、後側に２個というように、直進方向に位置をずらし、且つ、直進方向から見て３個の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間に隙間が生じないように、千鳥状に配置した。直進方向に位置をずらしたリーダ１６の配置により、リーダ１６間の距離は確保されて干渉は防止される。また、直進方向から見て読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間に隙間が生じないリーダ１６の配置により、直進方向への直進運動中に読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間に隙間が生じることがないから、パッシブタグが読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間をすり抜けるようなことが防止される。従って、位置検出の安定性の向上が可能となる。【選択図】図１
2009009248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床に配置されたパッシブタグから位置情報を読み取ることにより自己の位置を検出して自律的に移動する自律移動装置であって、
それぞれ所定の読取範囲内のパッシブタグとの間で電波を媒体とした通信を行う３個以上のリーダと、
各リーダがそれぞれ固定された筐体と、
それぞれ上下方向に対して交叉する回転軸周りに筐体に対して回転可能に取り付けられて筐体と床面との間に介在する複数個の車輪と、
筐体に固定され少なくとも１個の車輪を駆動して所定の直進方向への直進運動と前記直進方向を変更する回転運動とを筐体にさせる駆動手段と、
筐体に収納され、いずれかのリーダにおいてパッシブタグから位置情報が得られたときに筐体において該リーダが固定された位置と該位置情報とを用いて筐体の現在位置を検出するとともに、検出された現在位置に基づいて、予め設定された移動を行うように駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記直進方向から見て床面上において読取範囲間に隙間が生じないように、かつ、パッシブタグとの通信用の電波が互いに干渉しないように、前記直進方向から見て隣り合うリーダ同士は前記直進方向に位置をずらして配置されていることを特徴とする自律移動装置。
【請求項２】
駆動手段は、回転軸の揃った２個の車輪をそれぞれ駆動し、前記２個の車輪の回転速度と回転方向との少なくとも一方を異ならせることによって筐体を回転運動させるものであり、
床面上において読取範囲に含まれる円形状の範囲のみに関しても、前記直進方向から見て間に隙間が生じないものであって、
直進方向から見て互いに隣接するリーダの読取範囲内の前記円形状の範囲の中心同士が上下方向から見て前記回転軸の互いに異なる側に前記回転軸に対して互いに等距離で位置するように、各リーダは千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自己の位置を検出しつつ、予め与えられた指示に従って自律的に移動する自律移動装置が提供され、例えば工場や病院において運搬や案内や清掃などに用いられている。
【０００３】
この種の自律移動装置において、自己の位置を検出するために、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグの一種であるパッシブタグを用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。パッシブタグは、読取用の装置であるリーダからの電波により電力を供給され、電波を媒体としたワイヤレス信号によりリーダとの間で通信を行うものである。すなわち、自律移動装置は、予め自律移動装置の移動経路の床に配置されたパッシブタグから、その位置を示す位置情報をリーダによって読み取ることにより、自己の位置を検出する。
【０００４】
そして、上記のように位置の検出にパッシブタグを用いる自律移動装置において、リーダを１個とすると、リーダがパッシブタグと通信可能な範囲（以下、「読取範囲」と呼ぶ。）が狭ければ、パッシブタグを多数配置する必要が生じて設備コストが増大し、リーダの読取範囲が広ければ、各パッシブタグについてそれぞれ位置情報を読取可能な自律移動装置の位置が取りうる範囲が広いことになるから位置の検出の精度が低くなってしまう。
【０００５】
そこで、複数個のリーダを用いてパッシブタグと通信しやすくするとともに、パッシブタグと通信したリーダが取り付けられた位置の情報を、パッシブタグから得られた位置情報と併せて位置の検出に用いることにより、位置検出の精度を確保することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３４１９３９号公報
【特許文献２】特開２００４−０２１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように複数個のリーダを用いる場合、リーダがパッシブタグとの通信のために送信する電波同士が互いに干渉しないように、リーダ間の距離を十分にとる必要がある。
【０００７】
しかし、リーダ間の距離をとった場合に、パッシブタグがリーダの読取範囲の間をすり抜けて検知されないといったことが起きると、位置検出の安定性が低くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッシブタグを用いた位置検出の安定性を向上させることができる自律移動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、床に配置されたパッシブタグから位置情報を読み取ることにより自己の位置を検出して自律的に移動する自律移動装置であって、それぞれ所定の読取範囲内のパッシブタグとの間で電波を媒体とした通信を行う３個以上のリーダと、各リーダがそれぞれ固定された筐体と、それぞれ上下方向に対して交叉する回転軸周りに筐体に対して回転可能に取り付けられて筐体と床面との間に介在する複数個の車輪と、筐体に固定され少なくとも１個の車輪を駆動して所定の直進方向への直進運動と前記直進方向を変更する回転運動とを筐体にさせる駆動手段と、筐体に収納され、いずれかのリーダにおいてパッシブタグから位置情報が得られたときに筐体において該リーダが固定された位置と該位置情報とを用いて筐体の現在位置を検出するとともに、検出された現在位置に基づいて、予め設定された移動を行うように駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記直進方向から見て床面上において読取範囲間に隙間が生じないように、かつ、パッシブタグとの通信用の電波が互いに干渉しないように、前記直進方向から見て隣り合うリーダ同士は前記直進方向に位置をずらして配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、直進方向に位置をずらしたリーダの配置により互いの電波が干渉しないようにリーダ間の距離を確保しながらも、直進方向から見て読取範囲間に隙間が生じないリーダの配置により少なくとも直進運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じることがないから、直進運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、駆動手段は、回転軸の揃った２個の車輪をそれぞれ駆動し、前記２個の車輪の回転速度と回転方向との少なくとも一方を異ならせることによって筐体を回転運動させるものであり、床面上において読取範囲に含まれる円形状の範囲のみに関しても、前記直進方向から見て間に隙間が生じないものであって、直進方向から見て互いに隣接するリーダの読取範囲内の前記円形状の範囲の中心同士が上下方向から見て前記回転軸の互いに異なる側に前記回転軸に対して互いに等距離で位置するように、各リーダは千鳥状に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、回転運動中に各リーダの読取範囲の軌跡の間に隙間が生じることがないから、回転運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明は、直進方向に位置をずらしたリーダの配置により互いの電波が干渉しないようにリーダ間の距離を確保しながらも、直進方向から見て読取範囲間に隙間が生じないリーダの配置により少なくとも直進運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じることがないから、直進運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。
【００１４】
請求項２の発明は、駆動手段は、回転軸の揃った２個の車輪をそれぞれ駆動し、前記２個の車輪の回転速度と回転方向との少なくとも一方を異ならせることによって筐体を回転運動させるものであり、床面上において読取範囲に含まれる円形状の範囲のみに関しても、前記直進方向から見て間に隙間が生じないものであって、直進方向から見て互いに隣接するリーダの読取範囲内の前記円形状の範囲の中心同士が上下方向から見て前記回転軸の互いに異なる側に前記回転軸に対して互いに等距離で位置するように、各リーダは千鳥状に配置されているので、回転運動中に各リーダの読取範囲の軌跡の間に隙間が生じることがないから、回転運動中に読取範囲の軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、筐体１０と、それぞれ筐体１０と床面との間に介在し筐体１０に対して互いに共通な回転軸周りに回転可能に取り付けられた２個の車輪１１と、各車輪１１に対して１個ずつ設けられてそれぞれ筐体１０内に固定されて車輪１１を駆動する駆動手段としてのモータ１２と、筐体１０に収納されて各モータ１２をそれぞれ制御する制御部１３とを備える。以下、上下左右は図２（ａ）を基準とし、図２（ｂ）の左右方向を前後方向と呼ぶ。
【００１７】
車輪１１の回転軸は左右方向へ向けられており、筐体１０は、各車輪１１が互いに同じ回転速度で互いに同じ方向に駆動された場合には前方又は後方（通常は前方）への直進運動を行い、各車輪１１で回転速度と回転方向との少なくとも一方が互いに異なる場合には向きを変更する回転運動を行う。つまり、前後方向が請求項における直進方向である。各車輪１１は、それぞれ筐体１０に直接軸支されていてもよいし、モータ１２を介して筐体１０に取り付けられていてもよい。
【００１８】
また、図３に示すように、各モータ１２にはそれぞれ車輪１１の回転量を検出するエンコーダ１４が並設されており、制御部１３は、エンコーダ１４の出力を用いて、筐体１０の現在位置を検出することができる。
【００１９】
さらに、筐体１０には、筐体１０の前方の障害物や壁面（図示せず）までの距離を検出するレーザレーダ１５が保持されており、制御部１３は、レーザレーダ１５の出力と、障害物や壁の配置に関して予め入力された情報とを用いて、筐体１０の現在位置を検出することもできる。
【００２０】
また、本実施形態は、配置された位置を示す位置情報が格納された上で予め床に配置された複数個のパッシブタグ（図示せず）とともに用いられるものであり、筐体１０の下側には、それぞれパッシブタグと通信してパッシブタグから位置情報を読み取る３個のリーダ１６が保持されている。制御部１３は、通常はエンコーダ１４の出力とレーザレーダ１５の出力とを用いて筐体１０の現在位置を検出する一方、いずれかのリーダ１６においてパッシブタグから位置情報が得られたときには、該リーダ１６の筐体１０における位置と、得られた位置情報とを総合して、筐体１０の現在位置を検出する。
【００２１】
さらに、筐体１０の上には、操作入力が受け付けられる入力手段と、受け付けられた操作入力に応じた表示がなされる表示手段とを兼ねたタッチパネルモニタ１７が設けられている。すなわち、制御部１３は、予めタッチパネルモニタ１７への操作入力によって設定された移動（例えば、特定の位置への移動や、特定の経路に沿った移動など）を行うように、エンコーダ１４及びリーダ１６の各出力から検出された現在位置に基づいて、各モータ１２をそれぞれ制御するのである。上記の基本動作は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。
【００２２】
以下、本発明の主要部である、リーダ１６の配置について説明する。
【００２３】
各リーダ１６は、それぞれ、図１に示すように、床面上においてパッシブタグと通信可能な範囲（以下、「読取範囲」と呼ぶ。）Ｚａ〜Ｚｃがそれぞれ略同じ半径の円形状であって、上方から見て車輪１１の回転軸（以下、単に「回転軸」という。）ＡＸの前側に１個、後側に２個の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃが位置するように千鳥状に配置されている。また、上方から見て、後側の２個の読取範囲Ｚｂ，Ｚｃは、回転軸ＡＸに平行な方向に並んでいる。さらに、後側の２個の読取範囲Ｚｂ，Ｚｃ間の距離Ｄ１は、後側の２個のリーダ１６間で電波の干渉が生じない程度の大きさを確保しつつ、前側の読取範囲Ｚａの直径以下となっている。また、前側の読取範囲Ｚａの中心は、後側の２個の読取範囲Ｚｂ，Ｚｃの中心同士の中間点の前方に位置しており、各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの中心は二等辺三角形の頂点の配置となっている。つまり、前方から見ると、３個の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃが左右に並び、床面上において読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間には隙間が生じないようになっている。上方から見て、回転軸ＡＸと各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの中心との距離は、例えばそれぞれ読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの直径程度であり、これによって、前側のリーダ１６と後側の各リーダ１６との間には、互いの電波が干渉しない程度の距離が確保されている。ここで、「互いの電波が干渉しない程度の距離」は、各リーダ１６がそれぞれパッシブタグとの通信のために送信する電波の強度が高いほど大きくなる。
【００２４】
上記構成によれば、直進方向に位置をずらしたリーダ１６の配置により、リーダ１６間で電波の干渉が発生しないようにリーダ１６間の距離を確保しながらも、直進方向から見て読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間に隙間が生じないリーダ１６の配置により、直進運動中に読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間に隙間が生じることがない。従って、直進運動中にパッシブタグが読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ間をすり抜けてしまうようなことがないから、直進運動中に読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。
【００２５】
また、本実施形態では、回転運動中にも、読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間には隙間が生じない。このことを示すために、前方から見て隣り合う２個の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃ、例えば後側の一方（図１における右側）の読取範囲Ｚｂと前側の読取範囲Ｚａとに関し、回転運動中に上方から見て読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂが描く軌跡の円弧形状の半径の差、つまり回転運動の中心と各読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂとの距離の差について考える。すなわち、上記の距離の差が、読取範囲Ｚａ，Ｚｂの半径の和よりも小さければ、回転運動中に読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間には隙間が生じないということになる。
【００２６】
ところで、前方から見て床面上で読取範囲Ｚａ，Ｚｂ間に隙間が生じないという前提は、床面上における読取範囲Ｚａ，Ｚｂの半径の和が、前方から見た上記中心Ｃａ，Ｃｂ間の距離よりも大きいということを意味する。従って、上記前提の元では、回転運動の中心と各読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂとの距離の差が、前方から見た上記中心Ｃａ，Ｃｂ間の距離よりも常に小さいことを証明すれば、回転運動中にも、読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間には隙間が生じないことが証明される。
【００２７】
図１の面内で、回転軸ＡＸ上にｘ軸をとり、ｘ軸上において上記中心Ｃａ，Ｃｂと等距離にある点を原点とする２次元の直交座標系で考える。この座標系において、正の数ａ，ｂを用いると、前側（図１の上側）の読取範囲Ｚａの中心Ｃａの座標は（−ａ，ｂ）と表され、後側（図１の下側）の読取範囲Ｚｂの中心Ｃｂの座標は（ａ，−ｂ）と表される。なお、本実施形態では、各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃは直径が互いに等しい円形状であって、ａは各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの半径に等しく、ｂは各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの直径に等しいが、ａ，ｂの数値が上記に一致しない場合や、各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの半径がそれぞれ異なる場合であっても、それぞれ円形状の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの間に、前方から見て隙間が生じないのであれば、下記の証明は成立する。
【００２８】
本実施形態では、既に述べたように、筐体１０の回転運動は、車輪１１間で回転方向と回転速度の少なくとも一方を互いに異ならせることによってなされるから、回転運動の中心は、上方から見て必ず各車輪１１の回転軸ＡＸ上に位置する。つまり、回転運動の中心の座標は、上記の座標系において（ｘ，０）と表される。対称性より、ｘ≧０の場合のみについて考えればよい。
【００２９】
既に述べたように、証明すべき事柄は、前側の読取範囲Ｚａの中心Ｃａと回転運動の中心との距離と、後側の読取範囲Ｚｂの中心Ｃｂと回転運動の中心との距離との差が、回転運動の中心の位置ｘによらず、前方から見た読み取り範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂ間の距離２ａ以下であることである。これは次の式１のように表される。
【００３０】
【数１】
2009009248.tif 000003
【００３１】
上式がｘの値によらずに常に成立することを背理法によって証明するために、次式を仮定する。
【００３２】
【数２】
2009009248.tif 000004
【００３３】
上式から、次式が導かれる。
【００３４】
【数３】
2009009248.tif 000005
【００３５】
上式の両辺はそれぞれ正の数であるので、上式の両辺をそれぞれ２乗した次式も成立するはずである。
【００３６】
【数４】
2009009248.tif 000006
【００３７】
これを整理して、次式が得られる。
【００３８】
【数５】
2009009248.tif 000007
【００３９】
ｘ≦ａの場合には、右辺が正になるのに対して左辺が０以下になるから明らかに矛盾である。
【００４０】
ｘ＞ａの場合には、上式の両辺をそれぞれ２乗する。
【００４１】
【数６】
2009009248.tif 000008
【００４２】
上式は明らかに矛盾である。つまり、ｘがどのような値であっても矛盾が生じることになり、式１がｘによらず常に成立することが背理法によって証明された。
【００４３】
すなわち、回転運動中に読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂが描く円弧形状の軌跡の半径の差は、前方（各車輪１１の回転軸ＡＸに直交する方向）から見た読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心Ｃａ，Ｃｂ間の距離２ａよりも大きくなることはない。
【００４４】
さらに、本実施形態では、前方から見て読取範囲Ｚａ，Ｚｂ間に隙間が生じないようになっているのであり、前方から見た読取範囲Ｚａ，Ｚｂの中心間の距離２ａは、各読取範囲Ｚａ，Ｚｂの半径の和よりも小さい。
【００４５】
つまり、本実施形態においては、回転運動中にも、読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間に隙間が生じることがないから、回転運動中に読取範囲Ｚａ〜Ｚｃの軌跡間に隙間が生じる場合に比べ、パッシブタグを用いた位置検出の安定性が向上する。ここで、読取範囲Ｚａ〜Ｚｃは円形状でなくとも、上記の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃのように前後方向から見て間に隙間が生じず上方から見て中心が回転軸ＡＸから等距離ｂに位置する円形状の範囲を含む読取範囲Ｚａ〜Ｚｃであれば、例えば各読取範囲Ｚａ〜Ｚｃがそれぞれ上記の円形状の読取範囲Ｚａ〜Ｚｃを含む長方形状であっても、上記の証明は成立する。
【００４６】
なお、リーダ１６の個数は３個に限られず、４個以上であってもよい。
【００４７】
また、モータ１２によって駆動される車輪１１だけでなく、駆動されないキャスターのような車輪を追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態におけるリーダの読取範囲の配置を示す説明図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の概略構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図３】同上の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  筐体
１１  車輪
１２  モータ（請求項における駆動手段）
１３  制御部
１６  リーダ
Ｚａ〜Ｚｃ  読取範囲
【図１】
2009009248.tif 000009
【図２】
2009009248.tif 000010
【図３】
2009009248.tif 000011