位置管理システムおよび位置管理プログラム
【課題】 位置検知が必要な空間内の様々な検知対象物の３次元位置情報をより精度良く認識する位置管理システムおよび位置管理プログラムを提供する。
【解決手段】 本発明の位置管理システムＡは、位置が検知される検知対象物４１，４２に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグ（超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６）と、検知用タグの種類別に設けられ、検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置２１，３１と、取得した検知結果データと、検知装置２１，３１の配置データとに基づいて処理することで検知対象物４１，４２の位置を特定する位置データ処理装置１とを備えている。
【解決手段】 本発明の位置管理システムＡは、位置が検知される検知対象物４１，４２に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグ（超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６）と、検知用タグの種類別に設けられ、検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置２１，３１と、取得した検知結果データと、検知装置２１，３１の配置データとに基づいて処理することで検知対象物４１，４２の位置を特定する位置データ処理装置１とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置管理システムおよび位置管理プログラムに関し、より詳しくは、複数の検知対象物の特性に応じて設けられたタグからの情報に基づき、各検知対象物の位置などを検知する位置管理システムおよび位置管理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タグを用いて検知対象物の位置を検知する様々な技術が知られている。例えば、特許文献１には、所定間隔で床面に配置された複数のＩＤタグからのＩＤデータを、移動体などの検知対象物に取り付けられたＩＤリーダで読み取ることによって検知対象物の位置を検知する発明が記載されている。
【０００３】
また、検知対象物の位置を検知する方法としては、カメラ画像を解析する方法、超音波または赤外線を用いる方法、ＲＦＩＤタグを用いる方法などが広く用いられている。
【特許文献１】特開２００１−１８３４５５号公報（段落００１２〜００１７、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術には、以下に示す問題があるために検知対象物の位置を常時、高精度に特定することができなかった。
【０００５】
すなわち、特許文献１の技術では、検知対象物の２次元位置を検知することはできるものの、その３次元位置を検知することができない。このため、例えば、３次元上の位置検知が必要な作業や移動をロボットに実行させることは困難であると考えられる。
【０００６】
また、カメラ画像を解析する方法や、超音波または赤外線を用いる方法には、カメラ、超音波検知装置、赤外線検知装置などの検知手段と検知対象物との間に、検知対象物以外の物体（障害物）が存在すると、当該障害物の陰に隠れた検知対象物の位置を検知することができなくなるというオクルージョンの問題があるために、検知対象物の位置を常時、高精度に特定することができなかった。
【０００７】
ここで、カメラ画像のみから複数の検知対象物の位置検知を行うと、計算コストが増大するのみならず、照明などの光環境によっては位置検知の精度が不十分となってしまう場合がある。
また、カメラ画像を解析する方法の一つとして、検知対象物に付けられたマーカを探索して位置検知を行う方法も知られているが、一般的には、単にマーカからでは位置検知はできるものの、形状や重量などの検知対象物固有の情報を取得することはできない。
【０００８】
他方、超音波タグまたは赤外線タグを用いた位置検知システムを構築した場合、これらのタグ自体に外部電源から電力を供給する必要がある。このため、タグが設けられる物体のサイズや空間内の存在位置によっては外部電力を供給できず、超音波タグや赤外線タグが利用できないためにその位置検知が不可能となるケースも生じる。また、外部電力の供給が必要なタグは、コップや椅子、本などの頻繁に移動させられる物体にも不適である。
【０００９】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、位置検知が必要な空間内の様々な検知対象物の３次元位置情報をより精度良く認識する位置管理システムおよび位置管理プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決した本発明に係る位置管理システムは、位置検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、検知用タグの種類別に設けられ、検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、取得した検知結果データと、検知装置の配置データとに基づいて処理することで検知対象物の位置を特定する位置データ処理装置と、を備える構成とした。
【００１１】
ここで、本発明において、「二種以上の検知用タグ」とは、互いの検知能を補完し合うものであり、二種の場合は例えば、超音波タグとＲＦＩＤタグとの組み合わせが好適である。超音波タグは、オクルージョンや外部電力を確保しなければならないといった問題があるが、ＲＦＩＤタグにはこれらの問題がない。他方、ＲＦＩＤタグは、位置検出精度がそれほど高くないが、超音波タグは高精度の位置検出が可能である。そして、これら二種以上の検知用タグから、検知対象物ごとに少なくとも一種を選択して取り付ける。この選択は、検知対象物および各タグの特性に基づいて行うのがよい。
【００１２】
本発明の位置管理システムをこのような構成とすれば、検知装置は、検知対象物に設けられた検知用タグからの信号を精度よく受信することができる。したがって、検知装置は、かかる信号に含まれている検知用タグの固有のタグＩＤを確実に取得することが可能となる。そのため、検知装置は、取得したタグＩＤと、予め記憶しておいた自己の装置ＩＤとを含めた検知結果データを生成することができ、その検知結果データを取得した位置データ処理装置は、検知結果データと、検知装置の配置データとに基づいて処理することで、検知用タグが設けられた検知対象物の位置を高精度に特定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の位置管理システムによれば、他物体の陰に位置するなど、オクルージョンの問題が生じるおそれのある検知対象物に、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、その検知装置を適用することで、当該検知対象物の位置の特定そのものが不可能になるといった事態を防止するとともに、高精度な３次元位置の特定を可能としている。
すなわち、本発明はオクルージョンの問題を防止することができ、位置検知が必要な空間内の様々な検知対象物の３次元位置情報を確実かつ精度良く認識することが可能となった。
また、様々な検知対象物の３次元位置をより精度良く認識できる本発明を応用すれば、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度の向上が実現する。
【００１４】
さらに、本発明の位置管理プログラムによれば、コンピュータを、検知空間内に存在する様々な検知対象物の３次元位置情報を検知し、検知対象物の位置を高精度に特定するために機能させることができる。その結果、いわゆるオクルージョンの問題を解決することができるとともに、検知対象物の位置を高精度に特定することができる。
また、本発明の位置管理プログラムによれば、コンピュータを、高精度な移動経路を作成するために機能させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の特徴は、使用態様、使用場所、大きさなど、検知対象物の特性に合った検知用タグを適用することで、物体の位置検知が不能になることを防止しつつ、可能な限りより確実かつ精度の高い位置検知をも成立させる点にある。以下、図１〜図１０を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１６】
（１）位置管理システムの実施の形態
はじめに、図１〜図３を適宜参照して、本発明の実施の形態に係る位置管理システムＡについて説明する。参照する図面において、図１は、本発明の位置管理システムＡの原理を説明する構成図であり、図２は、一実施形態に係る位置管理システムＡの構成を示す構成図であり、図３は、一実施形態に係る位置管理システムＡの位置関係を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、位置管理システムＡは、検知対象物４１，４２および自律移動体であるロボット５と、これらに備えられその位置を検知させるための超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６と、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６の種類別に設けられた超音波タグ検知装置２１およびＲＦＩＤタグ検知装置３１（以下、それぞれ単に「検知装置２１」、「検知装置３１」という。）と、位置データ処理装置１と、を備えている。
また、この位置管理システムＡの位置データ処理装置１は、検知結果データや配置データなどを記憶する処理装置用記憶部１２と、検知装置２１，３１やロボット５と検知結果データや発信命令などの送受信を行い、さらにネットワーク１２００を介して端末１３００と接続される入出力部１１と、マップ生成部１４を備えた主制御部１３とを備えている。
ここで、本発明においては、超音波タグ２６と検知装置２１を用いた検知システムを超音波タグシステム２といい、ＲＦＩＤタグ３６と検知装置３１を用いた検知システムをＲＦＩＤタグシステム３という。
【００１８】
かかる構成の位置管理システムＡを応用すれば、［発明の効果］の欄で記述したように、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度を向上させることができる。
以下、超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３を用いた位置管理システムＡについて説明する。
【００１９】
（２）超音波タグシステムおよびＲＦＩＤタグシステム
（２−１）超音波タグおよびＲＦＩＤタグ
超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６は、特許請求の範囲に記載した「二種以上の検知用タグ」に相当し、検知装置２１および検知装置３１は、特許請求の範囲に記載した、検知用タグの種類別に設けられた「検知装置」に相当するものである。
超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６は、それぞれ汎用の超音波タグおよびＲＦＩＤタグを用いることができる。
【００２０】
超音波タグ２６を用いた超音波タグシステム２は、数ｃｍ程度の非常に高い精度で検知対象物４１の位置を測定することができる。そのため、位置精度の観点からは、全ての検知用タグを超音波タグ２６にすることが好ましいとも考えられる。しかし、超音波タグ２６は、超音波の送受信を行うために常時電力を供給する必要があるので、本発明では、図２、図３に示すように、検知対象物４１（備え付けの本棚４１ａ）や壁など、超音波タグ２６が外部電力に常に接続可能である検知対象物に設けている。
なお、本明細書においては、かかる超音波タグ２６を備えた検知対象物を「検知対象物４１」といい、後記するＲＦＩＤタグ３６を備えた検知対象物を「検知対象物４２」という。したがって、このようなカテゴリーで分ければ、ロボット５は検知対象物４１に含まれる。
【００２１】
超音波タグ２６を用いた超音波タグシステム２で使用する周波数帯としては、２０ｋＨｚ以上の周波数帯域を使用する（例えば、４０ｋＨｚ）。この周波数帯域は、通信環境などに応じて良好な位置検出ができるように適宜選択されたものが使用される。
【００２２】
一方、ＲＦＩＤタグ３６を用いたＲＦＩＤタグシステム３は、超音波タグシステム２と比較すると、検知対象物４２の位置を測定する精度は若干粗い。しかし、検知装置３１から送信された電波を受信することで起電することができるので、電源を確保する必要がない。そのため、本発明では、例えば、人、植木、書類などの電源を確保しにくい検知対象物や移動する検知対象物にＲＦＩＤタグ３６を設けている。なお、人にＲＦＩＤタグ３６を設けるには、例えば、ＲＦＩＤタグ３６が設けられたネームプレートなどを付することで行うことができる。
【００２３】
ＲＦＩＤタグ３６を用いたＲＦＩＤタグシステム３で使用する周波数帯域としては、例えば、８６０〜９６０ＭＨｚや２．４５ＧＨｚなどが使用される。ＲＦＩＤタグシステム３で使用する電波は、超音波と比較して回折し易いため、送受信機間に障害物があっても、通信状態が維持される可能性が高い。
【００２４】
（２−２）検知装置
検知装置２１は、所定距離内にある超音波タグ２６の固有のタグＩＤを含む超音波信号を取得することで、当該超音波タグ２６の高精度な位置検知を行う。
また、ＲＦＩＤタグ３６の通信エリアは予め分かっており、単独または複数の検知装置３１が特定のＲＦＩＤタグ３６の信号を受信することで、当該ＲＦＩＤタグ３６の位置が比較的大まかに判明する。
【００２５】
検知装置２１，３１は、超音波タグ２６またはＲＦＩＤタグ３６と無線通信による信号の送受信を行うことができる検知装置であればよく、汎用の検知装置を用いることができる。
図１に示すように、検知装置２１および検知装置３１は、それぞれ送受信部２２，３２と、検知結果データ生成部２３，３３と、インターフェース２４，３４と、を備えている。
【００２６】
（２−３）送受信部
送受信部２２，３２は、アンテナなどを含んで構成され、それぞれ、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６に向けて発信命令を含む超音波信号または電波信号の送信や、複数の超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６から送信される固有のタグＩＤを含む超音波信号または電波信号の受信を行う。
【００２７】
（２−４）検知結果データ生成部
また、検知結果データ生成部２３，３３は、それぞれ超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６から受信した信号に基づき検知結果データを作成する。検知装置用記憶部２５，３５は、各検知装置２１，３１のＩＤ情報など必要な情報を記憶する。
このような検知結果データ生成部２３，３３は、使用する検知装置２１，３１に一般的なＣＰＵを備えることで実現することができる。
【００２８】
（２−５）インターフェース
そして、インターフェース２４，３４は、位置データ処理装置１から発信された発信命令の受信、および、検知結果データ生成部２３，３３のそれぞれから取得した検知結果データの位置データ処理装置１への送信、を行う。
【００２９】
（３）位置データ処理装置
次に、適宜図１〜図４を参照して、位置管理システムＡの要部である位置データ処理装置１について説明する。図４は、位置管理システムＡの位置データ処理装置１のブロック図である。
図４に示すように、位置データ処理装置１は、入出力部１１、処理装置用記憶部１２、およびマップ生成部１４と移動経路作成部１５を有する主制御部１３を備えている。
【００３０】
（３−１）入出力部
図４に示すように、入出力部１１は、基地局１０００やネットワーク１２００を介して、ロボット５や端末１３００との間で各種データの送受信を行うためのインターフェースである。
【００３１】
（３−２）処理装置用記憶部
処理装置用記憶部１２は、自律移動体データ記憶部１２１およびタグ情報記憶部１２２を備えており、前記した超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３で得られた検知結果データの他、ロボット５を制御するための各種データを記憶する。
【００３２】
（３−２−１）自律移動体データ記憶部
自律移動体データ記憶部１２１は、ロボット５の状態に関するデータである自律移動体データをロボット５（ロボット５が複数ある場合はロボット５ごと）に関連付けてデータベース化し、記憶する。
自律移動体データは、少なくともロボットＩＤ、現在位置データおよび移動速度データを含み、その他、当該ロボット５の寸法や、バッテリ残量、駆動系異常の有無などに関するデータや後記する主制御部１３で作成した移動経路データも含んでいる。なお、移動経路データとその作成については、後に詳述する。
また、この自律移動体データ記憶部１２１は、端末１３００から入力された、ロボット５に実行させるタスクに関する種々のタスクデータも記憶する。
【００３３】
（３−２−２）タグ情報記憶部
そして、タグ情報記憶部１２２は、検知装置２１，３１から取得した検知結果データや、検知装置２１，３１の配置データなどを記憶するものである。
【００３４】
（３−３）主制御部
主制御部１３は、処理装置用記憶部１２などに予め記憶されたプログラムに従って種々の演算等を行うものである。
図４および図６に示すように、主制御部１３は、マップ生成部１４と、必要に応じて移動経路作成部１５と移動指示部１６と、を備える。
かかる主制御部１３は、一般的なＣＰＵを備えることによって具現できる。
なお、図６においては、処理装置用記憶部１２は省略して図示している。また、図４においては、移動指示部１６は省略して図示している。
【００３５】
（３−３−１）マップ生成部
マップ生成部１４は、検知装置２１，３１から取得した検知結果データを基に検知空間マップを生成するものである。
なお、本発明において「マップ」とは、検知対象物の位置を記録したデータをいう。そして、この「位置」は、座標であってもよいことはもちろん、検知装置のＩＤなど、位置関係を特定できる他のデータでもよい。
図６に示すように、マップ生成部１４は、位置データ作成手段１４１および検知空間マップ作成手段１４２を備える。マップ生成部１４による検知空間マップの作成などについては、後に詳述する。
【００３６】
（３−３−２）移動経路作成部
移動経路作成部１５は、ロボット５のナビゲーションを行う場合に、マップ生成部１４で生成された検知空間マップに基づいてロボット５の移動経路データを作成するものである。
移動経路作成部１５によるロボット５の移動経路の作成などについては後に詳述する。
【００３７】
（４）ロボット
次に、検知対象物であり自律移動体であるロボット５について、図２および図５を参照して説明する。なお、図５は、図２のロボット５を示すブロック図である。
図２に示されているロボット５は、自律移動型の二足歩行ロボットである。
このロボット５は、検知空間ＤＡに配置されており、位置データ処理装置１の主制御部１３から送信された移動経路データに基づいて検知空間ＤＡ内を移動したり、別途に送信されたタスク実行命令信号に基づいて種々のタスクを実行したりするものである。
【００３８】
このロボット５は、図２に示すように、頭部５１、腕部５２、脚部５３を有している。頭部５１、腕部５２、脚部５３は、それぞれアクチュエータにより駆動され、自律移動制御部５５０（図５参照）により二足移動の制御がなされる。この二足移動についての詳細は、例えば特開２００１−６２７６０号公報に開示されている。
【００３９】
また、ロボット５は、図５に示すように、前記した頭部５１、腕部５２、脚部５３に加えて、カメラＣＭ，ＣＭ、スピーカＳＰ、マイクＭＣ、画像処理部５１０、音声処理部５２０、制御部５４０、自律移動制御部５５０、無線通信部５６０、およびロボット用記憶部５７０を有している。
【００４０】
（４−１）カメラ
カメラＣＭ，ＣＭは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラが使用される。カメラＣＭ，ＣＭは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部５１０に出力される。このカメラＣＭ，ＣＭと、スピーカＳＰおよびマイクＭＣは、いずれも頭部５１の内部に配設されている。
ロボット５は、位置管理システムＡのナビゲーションによって目標物である書類Ｏに近づくと、このカメラＣＭ，ＣＭを使って書類Ｏを直接確認することができる。
【００４１】
（４−２）画像処理部
画像処理部５１０は、カメラＣＭ，ＣＭが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボット５の周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や目標物、あるいは人物の認識を行う部分である。この画像処理部５１０は、ステレオ処理部５１１ａ、移動体抽出部５１１ｂ、および顔認識部５１１ｃを含んで構成される。
【００４２】
ステレオ処理部５１１ａは、左右のカメラＣＭ，ＣＭが撮影した２枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像および元の画像を移動体抽出部５１１ｂに出力する。なお、この視差は、ロボット５から撮影された物体までの距離を表すものである。
【００４３】
移動体抽出部５１１ｂは、ステレオ処理部５１１ａから出力されたデータに基づき、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動するロボット５を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
ロボット５の抽出をするために、移動体抽出部５１１ｂは、過去の数フレーム（コマ）の画像を記憶しており、最も新しいフレーム（画像）と、過去のフレーム（画像）を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、視差画像と、移動量画像とから、カメラＣＭ，ＣＭから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、その位置に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、ロボット５を抽出し、顔認識部５１１ｃへロボット５の画像を出力する。
【００４４】
顔認識部５１１ｃは、抽出したロボット５から肌色の部分を抽出して、その大きさ、形状などから顔の位置を認識する。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状などから手の位置も認識される。
認識された顔の位置は、ロボット５が移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、制御部５４０に出力されるとともに、無線通信部５６０に出力されて、基地局１０００を介して、位置データ処理装置１に送信される。
【００４５】
（４−３）音声処理部
音声処理部５２０は、音声合成部５２１ａと、音声認識部５２１ｂとを有している。
音声合成部５２１ａは、制御部５４０が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカＳＰに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
音声認識部５２１ｂは、マイクＭＣから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、制御部５４０に出力するものである。
【００４６】
（４−４）制御部
制御部５４０は、後記する位置データ処理装置１に送信する信号を生成するとともに、位置データ処理装置１から出力された移動経路データに沿った移動、および種々のタスク命令信号に基づいて、ロボット５の各部（画像処理部５１０、音声処理部５２０、自律移動制御部５５０および無線通信部５６０）を制御するものである。
この制御部５４０は、一般的なＣＰＵを備えることで具現できる。
【００４７】
かかる制御部５４０は、ロボット状態データを定期的に生成して無線通信部５６０に出力する。ロボット状態データは、ロボットＩＤ、および移動有無データを含んでおり、無線通信部５６０を介して位置データ処理装置１に送信される。
移動有無データは、ロボット５が移動しているか否かに関するデータであり、例えば、後記する脚部制御部５５１ｃが脚部５３を駆動している場合には「移動している」、脚部制御部５５１ｃが脚部５３を駆動していない場合には「移動していない」とする。
【００４８】
（４−５）自律移動制御部
自律移動制御部５５０は、頭部制御部５５１ａ、腕部制御部５５１ｂ、脚部制御部５５１ｃを有している。
頭部制御部５５１ａは、制御部５４０の指示に従い頭部５１を駆動し、腕部制御部５５１ｂは、制御部５４０の指示に従い腕部５２を駆動し、脚部制御部５５１ｃは、制御部５４０の指示に従い脚部５３を駆動する。
【００４９】
（４−６）無線通信部
無線通信部５６０は、位置データ処理装置１とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部５６０は、公衆回線通信装置５６１ａおよび無線通信装置５６１ｂを有している。
公衆回線通信装置５６１ａは、携帯電話回線やＰＨＳ（Personal Handyphone System）回線などの公衆回線を利用した無線通信部である。一方、無線通信装置５６１ｂは、IEEE802.11b規格に準拠する無線ＬＡＮなどの、近距離無線通信による無線通信部である。
無線通信部５６０は、位置データ処理装置１からの接続要求に従い、公衆回線通信装置５６１ａまたは無線通信装置５６１ｂを選択して位置データ処理装置１とデータ通信を行う。
【００５０】
（４−７）ロボット用記憶部
ロボット用記憶部５７０は、ロボット５の移動制御に必要な種々のデータを記憶するものである。すなわち、位置データ処理装置１から送信された移動経路データが記憶される。また、必要に応じて各検知装置２１，３１の配置データもこのロボット用記憶部５７０に記憶してもよい。なお、ロボット用記憶部５７０に記憶された移動経路データは、無線通信部５６０を介して更新可能である。
【００５１】
このような構成のロボット５は、種々の制御を行いながら、ロボット用記憶部５７０に格納された移動経路データに沿って目標物である書類Ｏに到達するまで移動する。このとき、ロボット５は、移動中に位置データ処理装置１から送信されるロボット５の位置データやロボット用記憶部５７０に記憶された移動経路データあるいは配置データなどを比較し、必要に応じて移動方向を修正することもできる。
【００５２】
目標物である書類Ｏに到達したロボット５は、カメラＣＭ，ＣＭにより目標物である書類Ｏの最終確認を行う。このとき、種々のタスクがあればこれを実行する。
種々のタスクとしては、例えば、書類Ｏを回収するなどのタスクを実行し、目標物がＲＦＩＤタグ３６を所持する人物等であれば、「○○様、受付はこちらです。ご案内いたします。」などと話すタスクや社内案内を行うタスクを実行する。
【００５３】
（５）位置管理システムの具体例と検知対象物の位置検知
（５−１）位置管理システムの具体例
次に、前記した超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３と、ロボット５とを用いて構成した位置管理システムＡの具体例と、かかる位置管理システムＡにおける検知対象物４１，４２の位置検知について詳細に説明する。
【００５４】
具体例として図２に示す本発明に係る位置管理システムＡでは、天井６に複数の検知装置２１・・・、および検知装置３１・・・をグリッド状に配置した検知空間ＤＡ内に、超音波タグ２６ａ，２６ｂ（図３参照）が備えられたロボット５、ＲＦＩＤタグ３６ａが備えられた目標物である書類Ｏ、超音波タグ２６ｃ〜２６ｆが備えられた障害物である据え置きの本棚４１ａ、ＲＦＩＤタグ３６ｂ〜３６ｆが備えられた障害物である机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅを配している。
【００５５】
なお、図２の具体例では、外部電力をとることのできる本棚４１ａ（検知対象物４１）やロボット５には、超音波タグ２６ａ〜２６ｆを備え、外部電力をとることのできない書類Ｏ、机４２ａや鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅ（検知対象物４２）には、ＲＦＩＤタグ３６ａ〜３６ｆを備えている。
【００５６】
また、この位置管理システムＡでは、両検知装置２１，３１を、それぞれ検知空間ＤＡの天井６において５０ｃｍ間隔でグリッド状に配置した。この配置間隔は、検知空間ＤＡの広さ、用いるタグシステムの通信距離、検知空間ＤＡ内の検知対象物４１，４２の数などに応じて適宜設定される。なお、本実施形態では、検知装置２１と検知装置３１を交互に配置した。このように配置することで、障害物に通信を阻害されることなく、１つの検知対象物４１，４２について異種のタグシステム２，３でそれぞれ位置検知できる可能性が高くなる。また、このように両検知装置２１，３１を等間隔のグリッド状に配置すると、検知装置２１，３１の配置位置の記憶／照合を容易にすることができる。
なお、本発明の位置管理システムＡにおいては、検知空間ＤＡの形状や位置検出の精度要求などに応じて、天井６における検知装置２１，３１の配置密度を変えることもできる。
【００５７】
そして、このような構成の位置管理システムＡにおける超音波タグ２６が設けられたロボット５やその他の検知対象物４１などの位置検知は、図２および図３に示すように、同一線上にない任意に選択された３個の検知装置２１を用いることによって行うことができる。
例えば、ロボット５であれば、同一直線上にない３個の検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを用いて超音波タグ２６ａと超音波タグ２６ｂの位置を測定することで位置検知を行うことができる。
なお、検知装置２１に付した符号「Ａ，Ｂ，Ｃ」は、異なる位置に配置された検知装置２１であることを示す。
【００５８】
（５−２）検知対象物の位置検知
次に、本発明の位置管理システムＡによる超音波タグ２６ａの位置を測定する手法について以下に説明する。なお、超音波タグ２６ｂやその他の超音波タグ２６についても同様の手法で位置を測定することができる。
【００５９】
超音波タグ２６ａの位置検知は、図２および図３に示すように、検知空間ＤＡの基準となる｛（Ｆ１×Ｌ１），・・・，（Ｆ１０×Ｌ１０）｝のグリッド状に設けられた検知装置２１・・・のうち、同一のタグ信号を検知した同一線上にない３個の検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの配置構造を配置データとして用い、三辺法によって算出することによって超音波タグ２６ａの位置を算出することができる。
つまり、検知装置２１から得られたロボット５や検知対象物４１の検知空間ＤＡにおける位置は、かかる配置データに基づき、マップ生成部１４の位置データ作成手段１４１（図６参照）で下記式（１）〜（３）に示す三辺法の連立方程式を解くことにより算出することができる。
（ＸA−ｘ）2＋（ＹA−ｙ）2＋（ＺA−ｚ）2＝ｌA2 ・・・（１）
（ＸB−ｘ）2＋（ＹB−ｙ）2＋（ＺB−ｚ）2＝ｌB2 ・・・（２）
（ＸC−ｘ）2＋（ＹC−ｙ）2＋（ＺC−ｚ）2＝ｌC2 ・・・（３）
但し、
（ＸA，ＹA，ＺA），（ＸB，ＹB，ＺB），（ＸC，ＹC，ＺC）は、それぞれ検知空間ＤＡ内における検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの座標である。
また、（ｘ，ｙ，ｚ）は、検知された超音波タグ２６ａの検知空間ＤＡにおける座標である。
そして、ｌA〜ｌCは、それぞれ、検知装置と検知対象物の距離データである。
なお、ＲＦＩＤタグ３６に関しては、その通信エリアは予め分かっているため、単独または複数の検知装置３１が特定のＲＦＩＤタグ３６の信号を受信することで、その位置が比較的大まかに分かる。
【００６０】
（６）超音波タグシステムの動作およびＲＦＩＤタグシステムの動作
続いて、適宜図１〜図３を参照して超音波タグシステム２の動作およびＲＦＩＤタグシステム３の動作についての説明を行う。
【００６１】
（６−１）超音波タグシステムの動作
図１に示すように、超音波タグシステム２においては、主制御部１３が、インターフェース２４を呼び出し、これに応じてインターフェース２４が超音波発信指令を出力する。超音波発信指令を受信した超音波タグ２６は、自己の固有のＩＤ（タグＩＤ）を含む超音波信号を送受信部２２に向けて発信する。
【００６２】
検知結果データ生成部２３は、インターフェース２４から超音波発信命令が発信されてから送受信部２２から超音波にのせて送信される検知対象データを受信するまでの時間を計測することで、超音波タグ２６と送受信部２２間の距離ｌを算出する。
なお、図３に示すように、超音波タグ２６ａ，２６ｂをロボット５の背面コンピュータケース上部角２箇所に備えることで、検知装置２１によって測定される物体位置から当該ロボット５の向きを検知することができる。
さらに、図示はしないが、電源を確保することのできる部屋の壁に超音波タグ２６を備えることでロボット５が壁にぶつかることなく正確に移動することができる。
【００６３】
検知結果データ生成部２３は、このようにして算出した超音波タグ２６との距離ｌ、タグＩＤと当該検知装置２１の装置ＩＤを含めて検知結果データを作成し、この検知結果データをインターフェース２４を介して後記する位置データ処理装置１に出力する。
【００６４】
なお、各超音波タグ２６に割り当てられられているタグＩＤは、時分割方式で主制御部１３が発信命令を出力する場合は、当該主制御部１３からの発信命令に含まれるＩＤに相当する超音波タグ２６のみが発信動作を行う。なお、時分割方式の替わりに周波数分割方式で主制御部１３が発信命令を出力するようにしてもよい。なお、時分割方式や周波数分割方式による発信動作は、後記するＲＦＩＤタグシステム３においても同様に採用することができる。
【００６５】
また、位置データ処理装置１は、取得したタグＩＤから、そのタグＩＤが付された検知対象物４１の形状や大きさなどの特徴を含めた「固有情報」を検索し、取得する。この固有情報は、処理装置用記憶部１２のタグ情報記憶部１２２に格納されている。また、検知装置２１に備えられた検知装置用記憶部２５に予め記憶させておき、検知結果データを生成するときに当該検知結果データに含ませておくという態様としてもよい。
【００６６】
（６−２）ＲＦＩＤタグシステムの動作
図１に示すように、ＲＦＩＤタグシステム３においては、主制御部１３が、インターフェース３４を呼び出し、これに応じてインターフェース３４がＲＦＩＤ発信指令を出力する。ＲＦＩＤ発信指令を受信したＲＦＩＤタグ３６は、ＲＦＩＤタグ３６のタグＩＤを含む電波信号を送受信部３２に向けて発信する。
【００６７】
検知装置３１からの信号を受信したＲＦＩＤタグ３６は起電し、そのタグＩＤを検知装置３１に向けて発信する。検知結果データ生成部３３は、ＲＦＩＤタグ３６のタグＩＤおよび自己の装置ＩＤを含めて検知結果データを生成し、この検知結果データを位置データ処理装置１に出力する。
【００６８】
前記した超音波タグ２６による場合と同様に、位置データ処理装置１は、取得したタグＩＤから、そのタグＩＤが付された検知対象物４２の形状や大きさなどの特徴を含めた「固有情報」を検索し、取得する。なお、この固有情報は、超音波タグシステム２と同様に、処理装置用記憶部１２のタグ情報記憶部１２２に格納されている。また、検知装置３１に備えられた検知装置用記憶部３５に予め記憶させておき、検知結果データを生成するときに当該検知結果データに含ませておくという態様としてもよい。
【００６９】
なお、直進性の強い超音波とは異なり、ＲＦＩＤタグ３６から発信される電波は、回折し易いといった性質を有している。そのため、ＲＦＩＤタグ３６を備えた書類Ｏが他物体の陰に位置してしまった場合など、超音波タグシステム２では全く位置検知できない状態となっても、当該書類Ｏの位置検知を行うことができる可能性が高くなる。
【００７０】
特に、本発明の位置管理システムＡのように、検知空間ＤＡの天井６全体に複数の検知装置３１を配置すれば、障害物などによって一部の検知装置３１がＲＦＩＤタグ３６の位置検知を行うことができなった場合であっても、他の検知装置３１を用いることによってＲＦＩＤタグ３６の位置検知が可能であること、および、電波が回折し得ることからオクルージョンの問題の回避に貢献する。
【００７１】
このように、位置管理システムＡでは、他物体の陰に位置するおそれのある検知対象物についてはＲＦＩＤタグシステム３のような回折する性質を有する電波を用いるシステムを適用することで、オクルージョンの問題を解決することができる。また、外部電力が得られ、かつ、オクルージョンの問題が生じないような検知対象物には、超音波タグシステム２のような、より高精度に３次元位置検知が可能なシステムを適用することで、検知空間ＤＡ内の様々な検知対象物４１，４２の３次元位置を確実または精度良く検知することを可能としている。
また、様々な物体の３次元位置をより精度良く認識できる本発明を応用すれば、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度の向上を図ることができる。
【００７２】
（７）ロボットのナビゲーション
（７−１）位置管理システムの適用例
以下、適宜図２および図３を参照しつつ、図６〜図１０を参照して、本発明に係る位置管理システムＡをロボット５のナビゲーションに適用した例について説明する。
参照する図面において、図６は、位置データ処理装置の主制御部のブロック図であり、図７〜図９は、ロボットの移動経路の作成について説明する説明図であり、図１０は、人工ポテンシャル法を用いて作成した移動経路を示す模式図である。
【００７３】
なお、以下に説明する位置管理システムＡの適用例では、超音波タグシステム２またはＲＦＩＤタグシステム３によって検知対象物４１，４２、ロボット５および書類Ｏの位置検知を行い、その結果を基に位置データ処理装置１が検知空間マップを作成し、さらに、その検知空間マップを基にロボット５の移動経路データを作成し、ロボット５を所定の位置に置かれた書類Ｏまでナビゲートしてこれを取りに行かせることを想定している。ここで、以下に説明する移動経路Ｂの作成の説明においては、検知空間ＤＡ内に配置されている検知対象物４１，４２やロボット５のうち、書類Ｏを目標物とし、備え付けの本棚４１ａおよび植木４２ｂ〜４２ｅを障害物と想定しているが、これら目標物や障害物は、ロボット５が実行するタスク命令の内容によって適宜に変更するものである。
【００７４】
図２に示すように、位置管理システムＡは、検知空間ＤＡに配置されたロボット５と、このロボット５と無線通信によって接続された無線ＬＡＮなどのアクセスポイントとなる基地局１０００と、基地局１０００にルーター１１００を介して接続されたサーバなどの位置データ処理装置１と、位置データ処理装置１にＬＡＮなどのネットワーク１２００を介して接続された端末１３００と、ロボット５と、目標物である書類Ｏと、備え付けの本棚４１ａと、机４２ａと、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅと、を備えている。
【００７５】
図２に示すような適用例において、ロボット５をナビゲーションするためには、ロボット５の高精度な自己位置認識が必要であること、および、ロボット５自身がバッテリを備えていることから、当該ロボット５にはＲＦＩＤタグ３６ではなく、超音波タグ２６ａ，２６ｂを備えている。なお、これら超音波タグ２６ａ，２６ｂは、通信時の送受信波にノイズが重畳せず、最も通信状態が良好になる位置に備えるのが好ましい。したがって、本適用例では、図３に示すように、ロボット５の背面コンピュータケース上部角２箇所に設けている。
【００７６】
次に、図６を参照して、位置データ処理装置１が、検知空間ＤＡ内の各検知対象物４１，４２の位置を検知し、ロボット５の移動経路Ｂを作成し、ロボット５に移動命令信号を出力するまでの処理の一例について説明する。
【００７７】
（７−２）検知対象物の位置を特定する手段
（７−２−１）検知結果データの取得
図６に示すように、位置データ作成手段１４１は、まず、入出力部１１を介して検知装置２１，３１から送信されてきた検知結果データを取得する。なお、この検知結果データには、超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６に付された固有のタグＩＤと、これらのタグＩＤに対応する検知対象物４１，４２の個別データおよび装置ＩＤが含まれている。
【００７８】
（７−２−２）配置データの読み出し
そして、位置データ作成手段１４１は、タグ情報記憶部１２２（図６においては不図示）に記憶させている検知装置２１，３１に割り振られた装置ＩＤごとの配置位置を示す配置データを読み出し、これら配置データと検知結果データに基づき以下の処理を行う。
【００７９】
（７−２−３）位置データの作成
位置データ作成手段１４１は、入力された検知結果データに含まれている検知装置２１，３１の装置ＩＤと、入力された配置データとを照合して、検知空間ＤＡにおける超音波タグ２６とＲＦＩＤタグ３６の位置を前記した三辺法などによって算出して位置データを作成し、その位置データを検知空間マップ作成手段１４２に出力する。
【００８０】
（７−２−４）検知空間マップの作成
次いで、検知空間マップ作成手段１４２は、入力された超音波タグ２６および／またはＲＦＩＤタグ３６の位置（位置データ）と配置データを基に検知空間マップを作成し、作成した検知空間マップを出力する。
【００８１】
（７−２−５）検知空間マップの出力
そして、検知空間マップ作成手段１４２は、作成した検知空間マップを端末１３００とタグ情報記憶部１２２に出力する。これによって、利用者は、端末１３００から検知空間ＤＡ内の各物体の配置状況を確認することができる。また、移動経路を作成する場合にあっては、検知空間マップを移動経路作成部１５に出力する。
前記のような検知空間ＤＡ内の各物体の位置検知および検知空間マップの作成は、所定のタイミングで繰り返し行われ、各記憶部２５，３５，１２などには最新のデータが逐次記憶されていく。
【００８２】
続いて、本発明の位置管理システムＡによってロボット５の移動経路Ｂを作成する場合の一例について、図７〜図１０を参照して説明する。
【００８３】
（７−３）移動経路を作成する手段
移動経路Ｂを作成する場合、移動経路作成部１５は、入力された検知空間マップに基づいて、ロボット５の移動経路Ｂを作成する。
【００８４】
ここで、移動経路作成部１５でロボット５の移動経路Ｂの作成を行う手法としては、例えば、人工ポテンシャル法を用いることができる。
人工ポテンシャル法は、空間のサイズや存在する物体の数などにかかわらず柔軟に移動経路を逐次自動作成することができるという利点がある。特に、人工ポテンシャル法は、構造物に関する情報を取得しやすい屋内や工場内などに有利である。人工ポテンシャル法による移動経路Ｂの作成は、以下のようにして行われる。
【００８５】
（ａ）まず、移動経路作成部１５に入力された検知空間マップ、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６の位置データ、および、超音波タグ２６またはＲＦＩＤタグ３６が付されている検知対象物４１，４２の個別データ等を用いて、ロボット５の位置と目標物である書類Ｏの位置を特定する。
【００８６】
（ｂ）次に、移動経路作成部１５は、図７に示すように、検知空間ＤＡ内に引力ポテンシャル場を設定する。引力ポテンシャル場とは、ロボット５を目標物のある目標位置（ｘｏ，ｙｏ）に近づけるために設定されるものである。具体的には、検知空間ＤＡ内の各物体を２次元平面（図７のｘ−ｙ平面）に投影した上で、目標物の位置（ｘｏ，ｙｏ）で最も引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）が低くなるように設定され（例えば、引力ポテンシャル「０（ゼロ）」）、目標物から離れた位置（ｘ，ｙ）ほど引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）が高くなるように設定される。このような引力ポテンシャル場は、例えば、下記式（４）に基づいて設定できる。ここで、ｋｐは正の重み係数であり、ｋｐは例えば、ロボット５の移動前の初期位置における引力ポテンシャルが「１」となるように定められる。
【００８７】
【数１】
【００８８】
（ｃ）次に、図８に示すように、移動経路作成部１５は、ロボット５の目標物までの移動に障害となる本棚４１ａ、机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅなどの位置を特定するとともに、これら障害物のｘ−ｙ座標に基づき、障害物のある領域とその近辺の領域について高いポテンシャル（例えば、障害物領域はポテンシャル値「１」）となるような斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を設定する。斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）は、ロボット５を障害物に近づけないために設定されるものである。斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）は、例えば、下記式（５）に基づいて設定される。ここで、ηは、正の重み定数である。Ｐｏは、正の定数であり、斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を発生させる「しきい値」である。定数Ｐｏは、どの程度の距離まで斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）の計算を行うかを決める値であり、定数ηは、斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）の大きさを調整するための値である。定数Ｐｏおよび定数ηは、検知空間ＤＡ内の物体の数、主制御部１３の計算能力、斥力ポテンシャル計算の収束までの要求時間などに応じて適宜決定される。ロボット５の位置検出精度にもよるが、例えば、定数ηが大きければロボット５は移動中に障害物に接触する可能性が低くなり、定数ηが小さければロボット５はより狭い部分を通過できるようになる。
また、下記式（５）において、Ｐ（ｘ，ｙ）は、検知空間ＤＡ内の任意の座標（ｘ，ｙ）から、障害物があると認識される座標までの最近接距離を表し、下記式（６）で算出される。座標（ｘｍ，ｙｍ）は、障害物が占める領域内の全ての座標を表す。
【００８９】
【数２】
【００９０】
【数３】
【００９１】
（ｄ）そして、移動経路作成部１５は、（ａ）から（ｃ）で設定された引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）と斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）とを合成して図９に示すような合成ポテンシャルマップを作成する。
【００９２】
（ｅ）図１０に示すように、作成された合成ポテンシャルマップを用いることにより、障害物である本棚４１ａや鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅを避けて、目標物である書類Ｏまでロボット５を移動させるための最短・最良の経路を、ロボット５の現在位置から合成ポテンシャルが低くなる位置をたどっていくことで、算出することができる。
なお、図２、図１０に示すように、目標物である書類Ｏが、障害物である机４２ａの上に置かれた状態であるときなどは、移動経路Ｂを作成する際には、机４２ａの斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を考慮しないか、考慮しても移動経路Ｂ作成時にはこれを反映させず、移動経路Ｂを作成した後に、書類Ｏが机４２ａ上に置かれていることをロボット５に認識させるようにするとよい。
【００９３】
なお、人工ポテンシャル法によって移動経路Ｂを算出する際に、処理装置用記憶部１２の自律移動体データ記憶部１２１に記録されているロボット５、本棚４１ａ、机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅの寸法を参照して、移動させるロボット５が、作成した移動経路Ｂ上を移動することができるか否かについても判定している。このようにすることで、ロボット５が作成した移動経路Ｂ上を移動することができないなどの不具合を未然に防ぐことができる。
前記（ａ）〜（ｅ）の手順による移動経路の作成は、任意に設定された所定の時間間隔（例えば０．１秒間隔など）や移動距離ごとに更新するように構成することで、ロボット５をより高精度に移動させることができる。
【００９４】
移動経路作成部１５は、このようにして作成した移動経路Ｂを移動経路データとして入出力部１１と自律移動体データ記憶部１２１（図６においては不図示）に出力する。
【００９５】
（７−４）移動経路を自律移動体に伝える手段
入出力部１１からの移動経路データを端末１３００に出力することで移動経路Ｂが表示される。また、ロボット５を移動させるときは、移動経路データを移動指示部１６に出力する。
【００９６】
移動指示部１６は、移動経路作成部１５から入力された移動経路データを基に移動命令信号を生成し、当該移動命令信号を入出力部１１や基地局１０００（図１参照）を介してロボット５に無線送信する。
【００９７】
ロボット５は、無線通信部５６０によってかかる移動経路データを含む移動命令信号を受信し、含まれている移動経路データをロボット５の制御部５４０やロボット用記憶部５７０に出力する。制御部５４０は、移動経路データとして入力された移動経路Ｂに基づいて、各アクチュエータ等を駆動させて目標物Ｏまで自律二足移動を行う。この際、自己の視覚センサや自己位置検出システムを用いてもよい。
【００９８】
このように、本発明の位置管理システムＡによれば、ロボット５が移動を開始する前に予め移動経路を作成しているので、従来の位置管理システムのように場当たり的な移動経路の探索・作成を行わなくて済む。その結果、従来の位置管理システムと比較してスムーズにロボット５を移動させることができる。また、本発明の位置管理システムＡによれば、ロボット５が移動を開始する前に予め全検知対象物４１，４２の位置が特定でき、また、移動経路が作成されているので、目標物である書類Ｏまでのスムーズな移動が可能となる。
【００９９】
（８）その他の緒言
以上、本発明の位置管理システムについて述べてきたが、本発明の位置管理システムは前記の内容に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更・改変して用いることができることはいうまでもない。
【０１００】
二種以上の検知システムの具体例として、超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３を具体的に示したが、その位置を検知させ得る検知システムであればこれらに限定されることはなく、例えば、赤外線タグシステムとＲＦＩＤタグシステム、画像システムとＲＦＩＤシステムを組み合わせて位置管理システムＡを構築してもよい。
【０１０１】
また、例えば、前記の説明において、移動経路Ｂの作成を位置データ処理装置１で行うこととしたが、位置データ処理装置１の構成要素の全てまたは一部がロボット５内に設けられた構成としてもよい。
【０１０２】
さらに、例えば、ロボット５の構成に、ロボット５自身の向きを検出し、向きデータを取得するためのジャイロセンサ（不図示）や、ロボット５自身の現在位置を検出し、現在位置データを取得するためのＧＰＳ受信器（不図示）を併用してもよい。
この場合において、現在位置データは、ロボット５の現在位置（座標）に関するデータであり、ＧＰＳ受信器からも得ることができる。
【０１０３】
位置データ処理装置１は、受信した向きデータと現在位置データを、ロボット５の移動経路Ｂを作成する際に参照することでより正確にロボット５の位置や向きを把握することができる。したがって、ロボット５の移動の際に生じる誤差を補正することが可能となる。
【０１０４】
なお、ロボット５の移動経路Ｂを作成する手段として、人工ポテンシャル法を用いる場合について説明したが、移動経路Ｂを作成するにあたっては、これに限定されることはなく、例えば、周知のグラフ探索法を用いてもよい。グラフ探索法を用いた場合でも、人工ポテンシャル法を用いた場合と同様に最短経路の探索とそれに基づく移動経路Ｂの決定を行うことができる。
【０１０５】
また、消費電力や各種のタグを設けるコストを低減させるために、ロボット５、書類Ｏ、本棚４１ａなどが備える超音波タグ２６やＲＦＩＤタグ３６から送信される検知結果データに、これらが設けられた検知対象物４１，４２の寸法などの特徴を示すデータを含ませることもできる。
【０１０６】
また、本発明の実施形態において、特許請求の範囲に記載の「自律移動体」の一例として二足歩行ロボットであるロボット５を挙げて説明したが、本発明の自律移動体は、二足歩行ロボットに限定されることはなく、例えば、位置データ処理装置１からのタスク命令信号に従って移動可能な掃除機、電動の車イスなどにも用いることが可能である。
【０１０７】
また、本発明の位置データ処理装置１は、自律移動体の移動に利用するまでもなく、単に検知空間ＤＡ内のロボット５を含む検知対象物４１，４２の位置を把握して、例えば、別の場所にいる利用者にモニター表示によって、これらの配置態様を知らせるという利用法もある。
【０１０８】
さらに、位置管理システムＡの位置データ処理装置１においては、検知装置２１，３１の配置を、処理装置用記憶部１２内に記憶された配置データを基に装置ＩＤを照合することでその位置を算出しているが、本発明における位置データ処理装置１の動作としてはこれに限定されるものではない。
すなわち、検知装置２１，３１に備えられた検知装置用記憶部２５，３５に、個々の検知装置２１，３１の配置データを記憶しておき、検知結果データを位置データ処理装置１に送信する際に当該検知結果データに配置データを含めた場合であっても、当該位置データ処理装置１は、前記で説明したハードウェアを用いることによって、検知対象物４１，４２の位置を高精度に特定することや移動経路Ｂを作成することができる。
【０１０９】
なお、位置データ処理装置１は、一般的なコンピュータを、前記した各手段として機能させる位置管理プログラムとして実現することもできる。この位置管理プログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【０１１０】
以上、説明したように、二種以上の検知用タグと、当該検知用タグの種類に応じて備えられた検知装置を複数備えた位置データ処理装置と、前記構成のロボットで構成される位置管理システムによれば、カメラや超音波センサを備えた完全自律型のナビゲーションシステム、磁気マーカや特定の形状のマーカを参照する環境内マーカ参照型のナビゲーションシステム、環境配置カメラによるナビゲーションシステム、あるいは、従来の超音波や赤外線を用いたナビゲーションシステムのいずれにおいても解決することができなかったオクルージョンの問題の防止と、空間内の様々な検知対象物の３次元位置を確実にまたは精度良く認識することの両立が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の位置管理システムの原理を説明する構成図である。
【図２】一実施形態に係る位置管理システムの構成を示す構成図である。
【図３】一実施形態に係る位置管理システムの位置関係を示す平面図である。
【図４】位置管理システムの位置データ処理装置のブロック図である。
【図５】ロボットを示すブロック図である。
【図６】位置データ処理装置の主制御部のブロック図である。
【図７】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図８】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図９】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図１０】人工ポテンシャル法を用いて作成した移動経路を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１２】
Ａ 位置管理システム
１ 位置データ処理装置
１１ 入出力部
１２ 処理装置用記憶部
１３ 主制御部
１４ マップ生成部
１５ 移動経路作成部
１６ 移動指示部
２ 超音波タグシステム
２１ 超音波タグ検知装置
２２ 送受信部
２３ 検知結果データ生成部
２４ インターフェース
２５ 検知装置用記憶部
２６ 超音波タグ
３ ＲＦＩＤタグシステム
３１ ＲＦＩＤタグ検知装置
３２ 送受信部
３３ 検知結果データ生成部
３４ インターフェース
３５ 検知装置用記憶部
３６ ＲＦＩＤタグ
４１，４２ 検知対象物
４１ａ 本棚
４２ａ 机
４２ｂ〜４２ｅ 鉢植えの植木
５ ロボット
６ 天井
Ｏ 書類
１２１ 自律移動体データ記憶部
１２２ タグ情報記憶部
１４１ 位置データ作成手段
１４２ 検知空間マップ作成手段
１４６ 検知空間マップ出力手段
１０００ 基地局
１１００ ルーター
１２００ ネットワーク
１３００ 端末
Ｂ 移動経路
ＤＡ 検知空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置管理システムおよび位置管理プログラムに関し、より詳しくは、複数の検知対象物の特性に応じて設けられたタグからの情報に基づき、各検知対象物の位置などを検知する位置管理システムおよび位置管理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タグを用いて検知対象物の位置を検知する様々な技術が知られている。例えば、特許文献１には、所定間隔で床面に配置された複数のＩＤタグからのＩＤデータを、移動体などの検知対象物に取り付けられたＩＤリーダで読み取ることによって検知対象物の位置を検知する発明が記載されている。
【０００３】
また、検知対象物の位置を検知する方法としては、カメラ画像を解析する方法、超音波または赤外線を用いる方法、ＲＦＩＤタグを用いる方法などが広く用いられている。
【特許文献１】特開２００１−１８３４５５号公報（段落００１２〜００１７、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術には、以下に示す問題があるために検知対象物の位置を常時、高精度に特定することができなかった。
【０００５】
すなわち、特許文献１の技術では、検知対象物の２次元位置を検知することはできるものの、その３次元位置を検知することができない。このため、例えば、３次元上の位置検知が必要な作業や移動をロボットに実行させることは困難であると考えられる。
【０００６】
また、カメラ画像を解析する方法や、超音波または赤外線を用いる方法には、カメラ、超音波検知装置、赤外線検知装置などの検知手段と検知対象物との間に、検知対象物以外の物体（障害物）が存在すると、当該障害物の陰に隠れた検知対象物の位置を検知することができなくなるというオクルージョンの問題があるために、検知対象物の位置を常時、高精度に特定することができなかった。
【０００７】
ここで、カメラ画像のみから複数の検知対象物の位置検知を行うと、計算コストが増大するのみならず、照明などの光環境によっては位置検知の精度が不十分となってしまう場合がある。
また、カメラ画像を解析する方法の一つとして、検知対象物に付けられたマーカを探索して位置検知を行う方法も知られているが、一般的には、単にマーカからでは位置検知はできるものの、形状や重量などの検知対象物固有の情報を取得することはできない。
【０００８】
他方、超音波タグまたは赤外線タグを用いた位置検知システムを構築した場合、これらのタグ自体に外部電源から電力を供給する必要がある。このため、タグが設けられる物体のサイズや空間内の存在位置によっては外部電力を供給できず、超音波タグや赤外線タグが利用できないためにその位置検知が不可能となるケースも生じる。また、外部電力の供給が必要なタグは、コップや椅子、本などの頻繁に移動させられる物体にも不適である。
【０００９】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、位置検知が必要な空間内の様々な検知対象物の３次元位置情報をより精度良く認識する位置管理システムおよび位置管理プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決した本発明に係る位置管理システムは、位置検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、検知用タグの種類別に設けられ、検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、取得した検知結果データと、検知装置の配置データとに基づいて処理することで検知対象物の位置を特定する位置データ処理装置と、を備える構成とした。
【００１１】
ここで、本発明において、「二種以上の検知用タグ」とは、互いの検知能を補完し合うものであり、二種の場合は例えば、超音波タグとＲＦＩＤタグとの組み合わせが好適である。超音波タグは、オクルージョンや外部電力を確保しなければならないといった問題があるが、ＲＦＩＤタグにはこれらの問題がない。他方、ＲＦＩＤタグは、位置検出精度がそれほど高くないが、超音波タグは高精度の位置検出が可能である。そして、これら二種以上の検知用タグから、検知対象物ごとに少なくとも一種を選択して取り付ける。この選択は、検知対象物および各タグの特性に基づいて行うのがよい。
【００１２】
本発明の位置管理システムをこのような構成とすれば、検知装置は、検知対象物に設けられた検知用タグからの信号を精度よく受信することができる。したがって、検知装置は、かかる信号に含まれている検知用タグの固有のタグＩＤを確実に取得することが可能となる。そのため、検知装置は、取得したタグＩＤと、予め記憶しておいた自己の装置ＩＤとを含めた検知結果データを生成することができ、その検知結果データを取得した位置データ処理装置は、検知結果データと、検知装置の配置データとに基づいて処理することで、検知用タグが設けられた検知対象物の位置を高精度に特定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の位置管理システムによれば、他物体の陰に位置するなど、オクルージョンの問題が生じるおそれのある検知対象物に、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、その検知装置を適用することで、当該検知対象物の位置の特定そのものが不可能になるといった事態を防止するとともに、高精度な３次元位置の特定を可能としている。
すなわち、本発明はオクルージョンの問題を防止することができ、位置検知が必要な空間内の様々な検知対象物の３次元位置情報を確実かつ精度良く認識することが可能となった。
また、様々な検知対象物の３次元位置をより精度良く認識できる本発明を応用すれば、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度の向上が実現する。
【００１４】
さらに、本発明の位置管理プログラムによれば、コンピュータを、検知空間内に存在する様々な検知対象物の３次元位置情報を検知し、検知対象物の位置を高精度に特定するために機能させることができる。その結果、いわゆるオクルージョンの問題を解決することができるとともに、検知対象物の位置を高精度に特定することができる。
また、本発明の位置管理プログラムによれば、コンピュータを、高精度な移動経路を作成するために機能させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の特徴は、使用態様、使用場所、大きさなど、検知対象物の特性に合った検知用タグを適用することで、物体の位置検知が不能になることを防止しつつ、可能な限りより確実かつ精度の高い位置検知をも成立させる点にある。以下、図１〜図１０を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１６】
（１）位置管理システムの実施の形態
はじめに、図１〜図３を適宜参照して、本発明の実施の形態に係る位置管理システムＡについて説明する。参照する図面において、図１は、本発明の位置管理システムＡの原理を説明する構成図であり、図２は、一実施形態に係る位置管理システムＡの構成を示す構成図であり、図３は、一実施形態に係る位置管理システムＡの位置関係を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、位置管理システムＡは、検知対象物４１，４２および自律移動体であるロボット５と、これらに備えられその位置を検知させるための超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６と、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６の種類別に設けられた超音波タグ検知装置２１およびＲＦＩＤタグ検知装置３１（以下、それぞれ単に「検知装置２１」、「検知装置３１」という。）と、位置データ処理装置１と、を備えている。
また、この位置管理システムＡの位置データ処理装置１は、検知結果データや配置データなどを記憶する処理装置用記憶部１２と、検知装置２１，３１やロボット５と検知結果データや発信命令などの送受信を行い、さらにネットワーク１２００を介して端末１３００と接続される入出力部１１と、マップ生成部１４を備えた主制御部１３とを備えている。
ここで、本発明においては、超音波タグ２６と検知装置２１を用いた検知システムを超音波タグシステム２といい、ＲＦＩＤタグ３６と検知装置３１を用いた検知システムをＲＦＩＤタグシステム３という。
【００１８】
かかる構成の位置管理システムＡを応用すれば、［発明の効果］の欄で記述したように、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度を向上させることができる。
以下、超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３を用いた位置管理システムＡについて説明する。
【００１９】
（２）超音波タグシステムおよびＲＦＩＤタグシステム
（２−１）超音波タグおよびＲＦＩＤタグ
超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６は、特許請求の範囲に記載した「二種以上の検知用タグ」に相当し、検知装置２１および検知装置３１は、特許請求の範囲に記載した、検知用タグの種類別に設けられた「検知装置」に相当するものである。
超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６は、それぞれ汎用の超音波タグおよびＲＦＩＤタグを用いることができる。
【００２０】
超音波タグ２６を用いた超音波タグシステム２は、数ｃｍ程度の非常に高い精度で検知対象物４１の位置を測定することができる。そのため、位置精度の観点からは、全ての検知用タグを超音波タグ２６にすることが好ましいとも考えられる。しかし、超音波タグ２６は、超音波の送受信を行うために常時電力を供給する必要があるので、本発明では、図２、図３に示すように、検知対象物４１（備え付けの本棚４１ａ）や壁など、超音波タグ２６が外部電力に常に接続可能である検知対象物に設けている。
なお、本明細書においては、かかる超音波タグ２６を備えた検知対象物を「検知対象物４１」といい、後記するＲＦＩＤタグ３６を備えた検知対象物を「検知対象物４２」という。したがって、このようなカテゴリーで分ければ、ロボット５は検知対象物４１に含まれる。
【００２１】
超音波タグ２６を用いた超音波タグシステム２で使用する周波数帯としては、２０ｋＨｚ以上の周波数帯域を使用する（例えば、４０ｋＨｚ）。この周波数帯域は、通信環境などに応じて良好な位置検出ができるように適宜選択されたものが使用される。
【００２２】
一方、ＲＦＩＤタグ３６を用いたＲＦＩＤタグシステム３は、超音波タグシステム２と比較すると、検知対象物４２の位置を測定する精度は若干粗い。しかし、検知装置３１から送信された電波を受信することで起電することができるので、電源を確保する必要がない。そのため、本発明では、例えば、人、植木、書類などの電源を確保しにくい検知対象物や移動する検知対象物にＲＦＩＤタグ３６を設けている。なお、人にＲＦＩＤタグ３６を設けるには、例えば、ＲＦＩＤタグ３６が設けられたネームプレートなどを付することで行うことができる。
【００２３】
ＲＦＩＤタグ３６を用いたＲＦＩＤタグシステム３で使用する周波数帯域としては、例えば、８６０〜９６０ＭＨｚや２．４５ＧＨｚなどが使用される。ＲＦＩＤタグシステム３で使用する電波は、超音波と比較して回折し易いため、送受信機間に障害物があっても、通信状態が維持される可能性が高い。
【００２４】
（２−２）検知装置
検知装置２１は、所定距離内にある超音波タグ２６の固有のタグＩＤを含む超音波信号を取得することで、当該超音波タグ２６の高精度な位置検知を行う。
また、ＲＦＩＤタグ３６の通信エリアは予め分かっており、単独または複数の検知装置３１が特定のＲＦＩＤタグ３６の信号を受信することで、当該ＲＦＩＤタグ３６の位置が比較的大まかに判明する。
【００２５】
検知装置２１，３１は、超音波タグ２６またはＲＦＩＤタグ３６と無線通信による信号の送受信を行うことができる検知装置であればよく、汎用の検知装置を用いることができる。
図１に示すように、検知装置２１および検知装置３１は、それぞれ送受信部２２，３２と、検知結果データ生成部２３，３３と、インターフェース２４，３４と、を備えている。
【００２６】
（２−３）送受信部
送受信部２２，３２は、アンテナなどを含んで構成され、それぞれ、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６に向けて発信命令を含む超音波信号または電波信号の送信や、複数の超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６から送信される固有のタグＩＤを含む超音波信号または電波信号の受信を行う。
【００２７】
（２−４）検知結果データ生成部
また、検知結果データ生成部２３，３３は、それぞれ超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６から受信した信号に基づき検知結果データを作成する。検知装置用記憶部２５，３５は、各検知装置２１，３１のＩＤ情報など必要な情報を記憶する。
このような検知結果データ生成部２３，３３は、使用する検知装置２１，３１に一般的なＣＰＵを備えることで実現することができる。
【００２８】
（２−５）インターフェース
そして、インターフェース２４，３４は、位置データ処理装置１から発信された発信命令の受信、および、検知結果データ生成部２３，３３のそれぞれから取得した検知結果データの位置データ処理装置１への送信、を行う。
【００２９】
（３）位置データ処理装置
次に、適宜図１〜図４を参照して、位置管理システムＡの要部である位置データ処理装置１について説明する。図４は、位置管理システムＡの位置データ処理装置１のブロック図である。
図４に示すように、位置データ処理装置１は、入出力部１１、処理装置用記憶部１２、およびマップ生成部１４と移動経路作成部１５を有する主制御部１３を備えている。
【００３０】
（３−１）入出力部
図４に示すように、入出力部１１は、基地局１０００やネットワーク１２００を介して、ロボット５や端末１３００との間で各種データの送受信を行うためのインターフェースである。
【００３１】
（３−２）処理装置用記憶部
処理装置用記憶部１２は、自律移動体データ記憶部１２１およびタグ情報記憶部１２２を備えており、前記した超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３で得られた検知結果データの他、ロボット５を制御するための各種データを記憶する。
【００３２】
（３−２−１）自律移動体データ記憶部
自律移動体データ記憶部１２１は、ロボット５の状態に関するデータである自律移動体データをロボット５（ロボット５が複数ある場合はロボット５ごと）に関連付けてデータベース化し、記憶する。
自律移動体データは、少なくともロボットＩＤ、現在位置データおよび移動速度データを含み、その他、当該ロボット５の寸法や、バッテリ残量、駆動系異常の有無などに関するデータや後記する主制御部１３で作成した移動経路データも含んでいる。なお、移動経路データとその作成については、後に詳述する。
また、この自律移動体データ記憶部１２１は、端末１３００から入力された、ロボット５に実行させるタスクに関する種々のタスクデータも記憶する。
【００３３】
（３−２−２）タグ情報記憶部
そして、タグ情報記憶部１２２は、検知装置２１，３１から取得した検知結果データや、検知装置２１，３１の配置データなどを記憶するものである。
【００３４】
（３−３）主制御部
主制御部１３は、処理装置用記憶部１２などに予め記憶されたプログラムに従って種々の演算等を行うものである。
図４および図６に示すように、主制御部１３は、マップ生成部１４と、必要に応じて移動経路作成部１５と移動指示部１６と、を備える。
かかる主制御部１３は、一般的なＣＰＵを備えることによって具現できる。
なお、図６においては、処理装置用記憶部１２は省略して図示している。また、図４においては、移動指示部１６は省略して図示している。
【００３５】
（３−３−１）マップ生成部
マップ生成部１４は、検知装置２１，３１から取得した検知結果データを基に検知空間マップを生成するものである。
なお、本発明において「マップ」とは、検知対象物の位置を記録したデータをいう。そして、この「位置」は、座標であってもよいことはもちろん、検知装置のＩＤなど、位置関係を特定できる他のデータでもよい。
図６に示すように、マップ生成部１４は、位置データ作成手段１４１および検知空間マップ作成手段１４２を備える。マップ生成部１４による検知空間マップの作成などについては、後に詳述する。
【００３６】
（３−３−２）移動経路作成部
移動経路作成部１５は、ロボット５のナビゲーションを行う場合に、マップ生成部１４で生成された検知空間マップに基づいてロボット５の移動経路データを作成するものである。
移動経路作成部１５によるロボット５の移動経路の作成などについては後に詳述する。
【００３７】
（４）ロボット
次に、検知対象物であり自律移動体であるロボット５について、図２および図５を参照して説明する。なお、図５は、図２のロボット５を示すブロック図である。
図２に示されているロボット５は、自律移動型の二足歩行ロボットである。
このロボット５は、検知空間ＤＡに配置されており、位置データ処理装置１の主制御部１３から送信された移動経路データに基づいて検知空間ＤＡ内を移動したり、別途に送信されたタスク実行命令信号に基づいて種々のタスクを実行したりするものである。
【００３８】
このロボット５は、図２に示すように、頭部５１、腕部５２、脚部５３を有している。頭部５１、腕部５２、脚部５３は、それぞれアクチュエータにより駆動され、自律移動制御部５５０（図５参照）により二足移動の制御がなされる。この二足移動についての詳細は、例えば特開２００１−６２７６０号公報に開示されている。
【００３９】
また、ロボット５は、図５に示すように、前記した頭部５１、腕部５２、脚部５３に加えて、カメラＣＭ，ＣＭ、スピーカＳＰ、マイクＭＣ、画像処理部５１０、音声処理部５２０、制御部５４０、自律移動制御部５５０、無線通信部５６０、およびロボット用記憶部５７０を有している。
【００４０】
（４−１）カメラ
カメラＣＭ，ＣＭは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラが使用される。カメラＣＭ，ＣＭは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部５１０に出力される。このカメラＣＭ，ＣＭと、スピーカＳＰおよびマイクＭＣは、いずれも頭部５１の内部に配設されている。
ロボット５は、位置管理システムＡのナビゲーションによって目標物である書類Ｏに近づくと、このカメラＣＭ，ＣＭを使って書類Ｏを直接確認することができる。
【００４１】
（４−２）画像処理部
画像処理部５１０は、カメラＣＭ，ＣＭが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボット５の周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や目標物、あるいは人物の認識を行う部分である。この画像処理部５１０は、ステレオ処理部５１１ａ、移動体抽出部５１１ｂ、および顔認識部５１１ｃを含んで構成される。
【００４２】
ステレオ処理部５１１ａは、左右のカメラＣＭ，ＣＭが撮影した２枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像および元の画像を移動体抽出部５１１ｂに出力する。なお、この視差は、ロボット５から撮影された物体までの距離を表すものである。
【００４３】
移動体抽出部５１１ｂは、ステレオ処理部５１１ａから出力されたデータに基づき、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動するロボット５を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
ロボット５の抽出をするために、移動体抽出部５１１ｂは、過去の数フレーム（コマ）の画像を記憶しており、最も新しいフレーム（画像）と、過去のフレーム（画像）を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、視差画像と、移動量画像とから、カメラＣＭ，ＣＭから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、その位置に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、ロボット５を抽出し、顔認識部５１１ｃへロボット５の画像を出力する。
【００４４】
顔認識部５１１ｃは、抽出したロボット５から肌色の部分を抽出して、その大きさ、形状などから顔の位置を認識する。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状などから手の位置も認識される。
認識された顔の位置は、ロボット５が移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、制御部５４０に出力されるとともに、無線通信部５６０に出力されて、基地局１０００を介して、位置データ処理装置１に送信される。
【００４５】
（４−３）音声処理部
音声処理部５２０は、音声合成部５２１ａと、音声認識部５２１ｂとを有している。
音声合成部５２１ａは、制御部５４０が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカＳＰに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
音声認識部５２１ｂは、マイクＭＣから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、制御部５４０に出力するものである。
【００４６】
（４−４）制御部
制御部５４０は、後記する位置データ処理装置１に送信する信号を生成するとともに、位置データ処理装置１から出力された移動経路データに沿った移動、および種々のタスク命令信号に基づいて、ロボット５の各部（画像処理部５１０、音声処理部５２０、自律移動制御部５５０および無線通信部５６０）を制御するものである。
この制御部５４０は、一般的なＣＰＵを備えることで具現できる。
【００４７】
かかる制御部５４０は、ロボット状態データを定期的に生成して無線通信部５６０に出力する。ロボット状態データは、ロボットＩＤ、および移動有無データを含んでおり、無線通信部５６０を介して位置データ処理装置１に送信される。
移動有無データは、ロボット５が移動しているか否かに関するデータであり、例えば、後記する脚部制御部５５１ｃが脚部５３を駆動している場合には「移動している」、脚部制御部５５１ｃが脚部５３を駆動していない場合には「移動していない」とする。
【００４８】
（４−５）自律移動制御部
自律移動制御部５５０は、頭部制御部５５１ａ、腕部制御部５５１ｂ、脚部制御部５５１ｃを有している。
頭部制御部５５１ａは、制御部５４０の指示に従い頭部５１を駆動し、腕部制御部５５１ｂは、制御部５４０の指示に従い腕部５２を駆動し、脚部制御部５５１ｃは、制御部５４０の指示に従い脚部５３を駆動する。
【００４９】
（４−６）無線通信部
無線通信部５６０は、位置データ処理装置１とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部５６０は、公衆回線通信装置５６１ａおよび無線通信装置５６１ｂを有している。
公衆回線通信装置５６１ａは、携帯電話回線やＰＨＳ（Personal Handyphone System）回線などの公衆回線を利用した無線通信部である。一方、無線通信装置５６１ｂは、IEEE802.11b規格に準拠する無線ＬＡＮなどの、近距離無線通信による無線通信部である。
無線通信部５６０は、位置データ処理装置１からの接続要求に従い、公衆回線通信装置５６１ａまたは無線通信装置５６１ｂを選択して位置データ処理装置１とデータ通信を行う。
【００５０】
（４−７）ロボット用記憶部
ロボット用記憶部５７０は、ロボット５の移動制御に必要な種々のデータを記憶するものである。すなわち、位置データ処理装置１から送信された移動経路データが記憶される。また、必要に応じて各検知装置２１，３１の配置データもこのロボット用記憶部５７０に記憶してもよい。なお、ロボット用記憶部５７０に記憶された移動経路データは、無線通信部５６０を介して更新可能である。
【００５１】
このような構成のロボット５は、種々の制御を行いながら、ロボット用記憶部５７０に格納された移動経路データに沿って目標物である書類Ｏに到達するまで移動する。このとき、ロボット５は、移動中に位置データ処理装置１から送信されるロボット５の位置データやロボット用記憶部５７０に記憶された移動経路データあるいは配置データなどを比較し、必要に応じて移動方向を修正することもできる。
【００５２】
目標物である書類Ｏに到達したロボット５は、カメラＣＭ，ＣＭにより目標物である書類Ｏの最終確認を行う。このとき、種々のタスクがあればこれを実行する。
種々のタスクとしては、例えば、書類Ｏを回収するなどのタスクを実行し、目標物がＲＦＩＤタグ３６を所持する人物等であれば、「○○様、受付はこちらです。ご案内いたします。」などと話すタスクや社内案内を行うタスクを実行する。
【００５３】
（５）位置管理システムの具体例と検知対象物の位置検知
（５−１）位置管理システムの具体例
次に、前記した超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３と、ロボット５とを用いて構成した位置管理システムＡの具体例と、かかる位置管理システムＡにおける検知対象物４１，４２の位置検知について詳細に説明する。
【００５４】
具体例として図２に示す本発明に係る位置管理システムＡでは、天井６に複数の検知装置２１・・・、および検知装置３１・・・をグリッド状に配置した検知空間ＤＡ内に、超音波タグ２６ａ，２６ｂ（図３参照）が備えられたロボット５、ＲＦＩＤタグ３６ａが備えられた目標物である書類Ｏ、超音波タグ２６ｃ〜２６ｆが備えられた障害物である据え置きの本棚４１ａ、ＲＦＩＤタグ３６ｂ〜３６ｆが備えられた障害物である机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅを配している。
【００５５】
なお、図２の具体例では、外部電力をとることのできる本棚４１ａ（検知対象物４１）やロボット５には、超音波タグ２６ａ〜２６ｆを備え、外部電力をとることのできない書類Ｏ、机４２ａや鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅ（検知対象物４２）には、ＲＦＩＤタグ３６ａ〜３６ｆを備えている。
【００５６】
また、この位置管理システムＡでは、両検知装置２１，３１を、それぞれ検知空間ＤＡの天井６において５０ｃｍ間隔でグリッド状に配置した。この配置間隔は、検知空間ＤＡの広さ、用いるタグシステムの通信距離、検知空間ＤＡ内の検知対象物４１，４２の数などに応じて適宜設定される。なお、本実施形態では、検知装置２１と検知装置３１を交互に配置した。このように配置することで、障害物に通信を阻害されることなく、１つの検知対象物４１，４２について異種のタグシステム２，３でそれぞれ位置検知できる可能性が高くなる。また、このように両検知装置２１，３１を等間隔のグリッド状に配置すると、検知装置２１，３１の配置位置の記憶／照合を容易にすることができる。
なお、本発明の位置管理システムＡにおいては、検知空間ＤＡの形状や位置検出の精度要求などに応じて、天井６における検知装置２１，３１の配置密度を変えることもできる。
【００５７】
そして、このような構成の位置管理システムＡにおける超音波タグ２６が設けられたロボット５やその他の検知対象物４１などの位置検知は、図２および図３に示すように、同一線上にない任意に選択された３個の検知装置２１を用いることによって行うことができる。
例えば、ロボット５であれば、同一直線上にない３個の検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを用いて超音波タグ２６ａと超音波タグ２６ｂの位置を測定することで位置検知を行うことができる。
なお、検知装置２１に付した符号「Ａ，Ｂ，Ｃ」は、異なる位置に配置された検知装置２１であることを示す。
【００５８】
（５−２）検知対象物の位置検知
次に、本発明の位置管理システムＡによる超音波タグ２６ａの位置を測定する手法について以下に説明する。なお、超音波タグ２６ｂやその他の超音波タグ２６についても同様の手法で位置を測定することができる。
【００５９】
超音波タグ２６ａの位置検知は、図２および図３に示すように、検知空間ＤＡの基準となる｛（Ｆ１×Ｌ１），・・・，（Ｆ１０×Ｌ１０）｝のグリッド状に設けられた検知装置２１・・・のうち、同一のタグ信号を検知した同一線上にない３個の検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの配置構造を配置データとして用い、三辺法によって算出することによって超音波タグ２６ａの位置を算出することができる。
つまり、検知装置２１から得られたロボット５や検知対象物４１の検知空間ＤＡにおける位置は、かかる配置データに基づき、マップ生成部１４の位置データ作成手段１４１（図６参照）で下記式（１）〜（３）に示す三辺法の連立方程式を解くことにより算出することができる。
（ＸA−ｘ）2＋（ＹA−ｙ）2＋（ＺA−ｚ）2＝ｌA2 ・・・（１）
（ＸB−ｘ）2＋（ＹB−ｙ）2＋（ＺB−ｚ）2＝ｌB2 ・・・（２）
（ＸC−ｘ）2＋（ＹC−ｙ）2＋（ＺC−ｚ）2＝ｌC2 ・・・（３）
但し、
（ＸA，ＹA，ＺA），（ＸB，ＹB，ＺB），（ＸC，ＹC，ＺC）は、それぞれ検知空間ＤＡ内における検知装置２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの座標である。
また、（ｘ，ｙ，ｚ）は、検知された超音波タグ２６ａの検知空間ＤＡにおける座標である。
そして、ｌA〜ｌCは、それぞれ、検知装置と検知対象物の距離データである。
なお、ＲＦＩＤタグ３６に関しては、その通信エリアは予め分かっているため、単独または複数の検知装置３１が特定のＲＦＩＤタグ３６の信号を受信することで、その位置が比較的大まかに分かる。
【００６０】
（６）超音波タグシステムの動作およびＲＦＩＤタグシステムの動作
続いて、適宜図１〜図３を参照して超音波タグシステム２の動作およびＲＦＩＤタグシステム３の動作についての説明を行う。
【００６１】
（６−１）超音波タグシステムの動作
図１に示すように、超音波タグシステム２においては、主制御部１３が、インターフェース２４を呼び出し、これに応じてインターフェース２４が超音波発信指令を出力する。超音波発信指令を受信した超音波タグ２６は、自己の固有のＩＤ（タグＩＤ）を含む超音波信号を送受信部２２に向けて発信する。
【００６２】
検知結果データ生成部２３は、インターフェース２４から超音波発信命令が発信されてから送受信部２２から超音波にのせて送信される検知対象データを受信するまでの時間を計測することで、超音波タグ２６と送受信部２２間の距離ｌを算出する。
なお、図３に示すように、超音波タグ２６ａ，２６ｂをロボット５の背面コンピュータケース上部角２箇所に備えることで、検知装置２１によって測定される物体位置から当該ロボット５の向きを検知することができる。
さらに、図示はしないが、電源を確保することのできる部屋の壁に超音波タグ２６を備えることでロボット５が壁にぶつかることなく正確に移動することができる。
【００６３】
検知結果データ生成部２３は、このようにして算出した超音波タグ２６との距離ｌ、タグＩＤと当該検知装置２１の装置ＩＤを含めて検知結果データを作成し、この検知結果データをインターフェース２４を介して後記する位置データ処理装置１に出力する。
【００６４】
なお、各超音波タグ２６に割り当てられられているタグＩＤは、時分割方式で主制御部１３が発信命令を出力する場合は、当該主制御部１３からの発信命令に含まれるＩＤに相当する超音波タグ２６のみが発信動作を行う。なお、時分割方式の替わりに周波数分割方式で主制御部１３が発信命令を出力するようにしてもよい。なお、時分割方式や周波数分割方式による発信動作は、後記するＲＦＩＤタグシステム３においても同様に採用することができる。
【００６５】
また、位置データ処理装置１は、取得したタグＩＤから、そのタグＩＤが付された検知対象物４１の形状や大きさなどの特徴を含めた「固有情報」を検索し、取得する。この固有情報は、処理装置用記憶部１２のタグ情報記憶部１２２に格納されている。また、検知装置２１に備えられた検知装置用記憶部２５に予め記憶させておき、検知結果データを生成するときに当該検知結果データに含ませておくという態様としてもよい。
【００６６】
（６−２）ＲＦＩＤタグシステムの動作
図１に示すように、ＲＦＩＤタグシステム３においては、主制御部１３が、インターフェース３４を呼び出し、これに応じてインターフェース３４がＲＦＩＤ発信指令を出力する。ＲＦＩＤ発信指令を受信したＲＦＩＤタグ３６は、ＲＦＩＤタグ３６のタグＩＤを含む電波信号を送受信部３２に向けて発信する。
【００６７】
検知装置３１からの信号を受信したＲＦＩＤタグ３６は起電し、そのタグＩＤを検知装置３１に向けて発信する。検知結果データ生成部３３は、ＲＦＩＤタグ３６のタグＩＤおよび自己の装置ＩＤを含めて検知結果データを生成し、この検知結果データを位置データ処理装置１に出力する。
【００６８】
前記した超音波タグ２６による場合と同様に、位置データ処理装置１は、取得したタグＩＤから、そのタグＩＤが付された検知対象物４２の形状や大きさなどの特徴を含めた「固有情報」を検索し、取得する。なお、この固有情報は、超音波タグシステム２と同様に、処理装置用記憶部１２のタグ情報記憶部１２２に格納されている。また、検知装置３１に備えられた検知装置用記憶部３５に予め記憶させておき、検知結果データを生成するときに当該検知結果データに含ませておくという態様としてもよい。
【００６９】
なお、直進性の強い超音波とは異なり、ＲＦＩＤタグ３６から発信される電波は、回折し易いといった性質を有している。そのため、ＲＦＩＤタグ３６を備えた書類Ｏが他物体の陰に位置してしまった場合など、超音波タグシステム２では全く位置検知できない状態となっても、当該書類Ｏの位置検知を行うことができる可能性が高くなる。
【００７０】
特に、本発明の位置管理システムＡのように、検知空間ＤＡの天井６全体に複数の検知装置３１を配置すれば、障害物などによって一部の検知装置３１がＲＦＩＤタグ３６の位置検知を行うことができなった場合であっても、他の検知装置３１を用いることによってＲＦＩＤタグ３６の位置検知が可能であること、および、電波が回折し得ることからオクルージョンの問題の回避に貢献する。
【００７１】
このように、位置管理システムＡでは、他物体の陰に位置するおそれのある検知対象物についてはＲＦＩＤタグシステム３のような回折する性質を有する電波を用いるシステムを適用することで、オクルージョンの問題を解決することができる。また、外部電力が得られ、かつ、オクルージョンの問題が生じないような検知対象物には、超音波タグシステム２のような、より高精度に３次元位置検知が可能なシステムを適用することで、検知空間ＤＡ内の様々な検知対象物４１，４２の３次元位置を確実または精度良く検知することを可能としている。
また、様々な物体の３次元位置をより精度良く認識できる本発明を応用すれば、移動体のナビゲーションやマニピュレーション作業の確実性および精度の向上を図ることができる。
【００７２】
（７）ロボットのナビゲーション
（７−１）位置管理システムの適用例
以下、適宜図２および図３を参照しつつ、図６〜図１０を参照して、本発明に係る位置管理システムＡをロボット５のナビゲーションに適用した例について説明する。
参照する図面において、図６は、位置データ処理装置の主制御部のブロック図であり、図７〜図９は、ロボットの移動経路の作成について説明する説明図であり、図１０は、人工ポテンシャル法を用いて作成した移動経路を示す模式図である。
【００７３】
なお、以下に説明する位置管理システムＡの適用例では、超音波タグシステム２またはＲＦＩＤタグシステム３によって検知対象物４１，４２、ロボット５および書類Ｏの位置検知を行い、その結果を基に位置データ処理装置１が検知空間マップを作成し、さらに、その検知空間マップを基にロボット５の移動経路データを作成し、ロボット５を所定の位置に置かれた書類Ｏまでナビゲートしてこれを取りに行かせることを想定している。ここで、以下に説明する移動経路Ｂの作成の説明においては、検知空間ＤＡ内に配置されている検知対象物４１，４２やロボット５のうち、書類Ｏを目標物とし、備え付けの本棚４１ａおよび植木４２ｂ〜４２ｅを障害物と想定しているが、これら目標物や障害物は、ロボット５が実行するタスク命令の内容によって適宜に変更するものである。
【００７４】
図２に示すように、位置管理システムＡは、検知空間ＤＡに配置されたロボット５と、このロボット５と無線通信によって接続された無線ＬＡＮなどのアクセスポイントとなる基地局１０００と、基地局１０００にルーター１１００を介して接続されたサーバなどの位置データ処理装置１と、位置データ処理装置１にＬＡＮなどのネットワーク１２００を介して接続された端末１３００と、ロボット５と、目標物である書類Ｏと、備え付けの本棚４１ａと、机４２ａと、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅと、を備えている。
【００７５】
図２に示すような適用例において、ロボット５をナビゲーションするためには、ロボット５の高精度な自己位置認識が必要であること、および、ロボット５自身がバッテリを備えていることから、当該ロボット５にはＲＦＩＤタグ３６ではなく、超音波タグ２６ａ，２６ｂを備えている。なお、これら超音波タグ２６ａ，２６ｂは、通信時の送受信波にノイズが重畳せず、最も通信状態が良好になる位置に備えるのが好ましい。したがって、本適用例では、図３に示すように、ロボット５の背面コンピュータケース上部角２箇所に設けている。
【００７６】
次に、図６を参照して、位置データ処理装置１が、検知空間ＤＡ内の各検知対象物４１，４２の位置を検知し、ロボット５の移動経路Ｂを作成し、ロボット５に移動命令信号を出力するまでの処理の一例について説明する。
【００７７】
（７−２）検知対象物の位置を特定する手段
（７−２−１）検知結果データの取得
図６に示すように、位置データ作成手段１４１は、まず、入出力部１１を介して検知装置２１，３１から送信されてきた検知結果データを取得する。なお、この検知結果データには、超音波タグ２６、ＲＦＩＤタグ３６に付された固有のタグＩＤと、これらのタグＩＤに対応する検知対象物４１，４２の個別データおよび装置ＩＤが含まれている。
【００７８】
（７−２−２）配置データの読み出し
そして、位置データ作成手段１４１は、タグ情報記憶部１２２（図６においては不図示）に記憶させている検知装置２１，３１に割り振られた装置ＩＤごとの配置位置を示す配置データを読み出し、これら配置データと検知結果データに基づき以下の処理を行う。
【００７９】
（７−２−３）位置データの作成
位置データ作成手段１４１は、入力された検知結果データに含まれている検知装置２１，３１の装置ＩＤと、入力された配置データとを照合して、検知空間ＤＡにおける超音波タグ２６とＲＦＩＤタグ３６の位置を前記した三辺法などによって算出して位置データを作成し、その位置データを検知空間マップ作成手段１４２に出力する。
【００８０】
（７−２−４）検知空間マップの作成
次いで、検知空間マップ作成手段１４２は、入力された超音波タグ２６および／またはＲＦＩＤタグ３６の位置（位置データ）と配置データを基に検知空間マップを作成し、作成した検知空間マップを出力する。
【００８１】
（７−２−５）検知空間マップの出力
そして、検知空間マップ作成手段１４２は、作成した検知空間マップを端末１３００とタグ情報記憶部１２２に出力する。これによって、利用者は、端末１３００から検知空間ＤＡ内の各物体の配置状況を確認することができる。また、移動経路を作成する場合にあっては、検知空間マップを移動経路作成部１５に出力する。
前記のような検知空間ＤＡ内の各物体の位置検知および検知空間マップの作成は、所定のタイミングで繰り返し行われ、各記憶部２５，３５，１２などには最新のデータが逐次記憶されていく。
【００８２】
続いて、本発明の位置管理システムＡによってロボット５の移動経路Ｂを作成する場合の一例について、図７〜図１０を参照して説明する。
【００８３】
（７−３）移動経路を作成する手段
移動経路Ｂを作成する場合、移動経路作成部１５は、入力された検知空間マップに基づいて、ロボット５の移動経路Ｂを作成する。
【００８４】
ここで、移動経路作成部１５でロボット５の移動経路Ｂの作成を行う手法としては、例えば、人工ポテンシャル法を用いることができる。
人工ポテンシャル法は、空間のサイズや存在する物体の数などにかかわらず柔軟に移動経路を逐次自動作成することができるという利点がある。特に、人工ポテンシャル法は、構造物に関する情報を取得しやすい屋内や工場内などに有利である。人工ポテンシャル法による移動経路Ｂの作成は、以下のようにして行われる。
【００８５】
（ａ）まず、移動経路作成部１５に入力された検知空間マップ、超音波タグ２６およびＲＦＩＤタグ３６の位置データ、および、超音波タグ２６またはＲＦＩＤタグ３６が付されている検知対象物４１，４２の個別データ等を用いて、ロボット５の位置と目標物である書類Ｏの位置を特定する。
【００８６】
（ｂ）次に、移動経路作成部１５は、図７に示すように、検知空間ＤＡ内に引力ポテンシャル場を設定する。引力ポテンシャル場とは、ロボット５を目標物のある目標位置（ｘｏ，ｙｏ）に近づけるために設定されるものである。具体的には、検知空間ＤＡ内の各物体を２次元平面（図７のｘ−ｙ平面）に投影した上で、目標物の位置（ｘｏ，ｙｏ）で最も引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）が低くなるように設定され（例えば、引力ポテンシャル「０（ゼロ）」）、目標物から離れた位置（ｘ，ｙ）ほど引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）が高くなるように設定される。このような引力ポテンシャル場は、例えば、下記式（４）に基づいて設定できる。ここで、ｋｐは正の重み係数であり、ｋｐは例えば、ロボット５の移動前の初期位置における引力ポテンシャルが「１」となるように定められる。
【００８７】
【数１】
【００８８】
（ｃ）次に、図８に示すように、移動経路作成部１５は、ロボット５の目標物までの移動に障害となる本棚４１ａ、机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅなどの位置を特定するとともに、これら障害物のｘ−ｙ座標に基づき、障害物のある領域とその近辺の領域について高いポテンシャル（例えば、障害物領域はポテンシャル値「１」）となるような斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を設定する。斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）は、ロボット５を障害物に近づけないために設定されるものである。斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）は、例えば、下記式（５）に基づいて設定される。ここで、ηは、正の重み定数である。Ｐｏは、正の定数であり、斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を発生させる「しきい値」である。定数Ｐｏは、どの程度の距離まで斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）の計算を行うかを決める値であり、定数ηは、斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）の大きさを調整するための値である。定数Ｐｏおよび定数ηは、検知空間ＤＡ内の物体の数、主制御部１３の計算能力、斥力ポテンシャル計算の収束までの要求時間などに応じて適宜決定される。ロボット５の位置検出精度にもよるが、例えば、定数ηが大きければロボット５は移動中に障害物に接触する可能性が低くなり、定数ηが小さければロボット５はより狭い部分を通過できるようになる。
また、下記式（５）において、Ｐ（ｘ，ｙ）は、検知空間ＤＡ内の任意の座標（ｘ，ｙ）から、障害物があると認識される座標までの最近接距離を表し、下記式（６）で算出される。座標（ｘｍ，ｙｍ）は、障害物が占める領域内の全ての座標を表す。
【００８９】
【数２】
【００９０】
【数３】
【００９１】
（ｄ）そして、移動経路作成部１５は、（ａ）から（ｃ）で設定された引力ポテンシャルＵａ（ｘ，ｙ）と斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）とを合成して図９に示すような合成ポテンシャルマップを作成する。
【００９２】
（ｅ）図１０に示すように、作成された合成ポテンシャルマップを用いることにより、障害物である本棚４１ａや鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅを避けて、目標物である書類Ｏまでロボット５を移動させるための最短・最良の経路を、ロボット５の現在位置から合成ポテンシャルが低くなる位置をたどっていくことで、算出することができる。
なお、図２、図１０に示すように、目標物である書類Ｏが、障害物である机４２ａの上に置かれた状態であるときなどは、移動経路Ｂを作成する際には、机４２ａの斥力ポテンシャルＵｂ（ｘ，ｙ）を考慮しないか、考慮しても移動経路Ｂ作成時にはこれを反映させず、移動経路Ｂを作成した後に、書類Ｏが机４２ａ上に置かれていることをロボット５に認識させるようにするとよい。
【００９３】
なお、人工ポテンシャル法によって移動経路Ｂを算出する際に、処理装置用記憶部１２の自律移動体データ記憶部１２１に記録されているロボット５、本棚４１ａ、机４２ａ、鉢植えの植木４２ｂ〜４２ｅの寸法を参照して、移動させるロボット５が、作成した移動経路Ｂ上を移動することができるか否かについても判定している。このようにすることで、ロボット５が作成した移動経路Ｂ上を移動することができないなどの不具合を未然に防ぐことができる。
前記（ａ）〜（ｅ）の手順による移動経路の作成は、任意に設定された所定の時間間隔（例えば０．１秒間隔など）や移動距離ごとに更新するように構成することで、ロボット５をより高精度に移動させることができる。
【００９４】
移動経路作成部１５は、このようにして作成した移動経路Ｂを移動経路データとして入出力部１１と自律移動体データ記憶部１２１（図６においては不図示）に出力する。
【００９５】
（７−４）移動経路を自律移動体に伝える手段
入出力部１１からの移動経路データを端末１３００に出力することで移動経路Ｂが表示される。また、ロボット５を移動させるときは、移動経路データを移動指示部１６に出力する。
【００９６】
移動指示部１６は、移動経路作成部１５から入力された移動経路データを基に移動命令信号を生成し、当該移動命令信号を入出力部１１や基地局１０００（図１参照）を介してロボット５に無線送信する。
【００９７】
ロボット５は、無線通信部５６０によってかかる移動経路データを含む移動命令信号を受信し、含まれている移動経路データをロボット５の制御部５４０やロボット用記憶部５７０に出力する。制御部５４０は、移動経路データとして入力された移動経路Ｂに基づいて、各アクチュエータ等を駆動させて目標物Ｏまで自律二足移動を行う。この際、自己の視覚センサや自己位置検出システムを用いてもよい。
【００９８】
このように、本発明の位置管理システムＡによれば、ロボット５が移動を開始する前に予め移動経路を作成しているので、従来の位置管理システムのように場当たり的な移動経路の探索・作成を行わなくて済む。その結果、従来の位置管理システムと比較してスムーズにロボット５を移動させることができる。また、本発明の位置管理システムＡによれば、ロボット５が移動を開始する前に予め全検知対象物４１，４２の位置が特定でき、また、移動経路が作成されているので、目標物である書類Ｏまでのスムーズな移動が可能となる。
【００９９】
（８）その他の緒言
以上、本発明の位置管理システムについて述べてきたが、本発明の位置管理システムは前記の内容に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更・改変して用いることができることはいうまでもない。
【０１００】
二種以上の検知システムの具体例として、超音波タグシステム２およびＲＦＩＤタグシステム３を具体的に示したが、その位置を検知させ得る検知システムであればこれらに限定されることはなく、例えば、赤外線タグシステムとＲＦＩＤタグシステム、画像システムとＲＦＩＤシステムを組み合わせて位置管理システムＡを構築してもよい。
【０１０１】
また、例えば、前記の説明において、移動経路Ｂの作成を位置データ処理装置１で行うこととしたが、位置データ処理装置１の構成要素の全てまたは一部がロボット５内に設けられた構成としてもよい。
【０１０２】
さらに、例えば、ロボット５の構成に、ロボット５自身の向きを検出し、向きデータを取得するためのジャイロセンサ（不図示）や、ロボット５自身の現在位置を検出し、現在位置データを取得するためのＧＰＳ受信器（不図示）を併用してもよい。
この場合において、現在位置データは、ロボット５の現在位置（座標）に関するデータであり、ＧＰＳ受信器からも得ることができる。
【０１０３】
位置データ処理装置１は、受信した向きデータと現在位置データを、ロボット５の移動経路Ｂを作成する際に参照することでより正確にロボット５の位置や向きを把握することができる。したがって、ロボット５の移動の際に生じる誤差を補正することが可能となる。
【０１０４】
なお、ロボット５の移動経路Ｂを作成する手段として、人工ポテンシャル法を用いる場合について説明したが、移動経路Ｂを作成するにあたっては、これに限定されることはなく、例えば、周知のグラフ探索法を用いてもよい。グラフ探索法を用いた場合でも、人工ポテンシャル法を用いた場合と同様に最短経路の探索とそれに基づく移動経路Ｂの決定を行うことができる。
【０１０５】
また、消費電力や各種のタグを設けるコストを低減させるために、ロボット５、書類Ｏ、本棚４１ａなどが備える超音波タグ２６やＲＦＩＤタグ３６から送信される検知結果データに、これらが設けられた検知対象物４１，４２の寸法などの特徴を示すデータを含ませることもできる。
【０１０６】
また、本発明の実施形態において、特許請求の範囲に記載の「自律移動体」の一例として二足歩行ロボットであるロボット５を挙げて説明したが、本発明の自律移動体は、二足歩行ロボットに限定されることはなく、例えば、位置データ処理装置１からのタスク命令信号に従って移動可能な掃除機、電動の車イスなどにも用いることが可能である。
【０１０７】
また、本発明の位置データ処理装置１は、自律移動体の移動に利用するまでもなく、単に検知空間ＤＡ内のロボット５を含む検知対象物４１，４２の位置を把握して、例えば、別の場所にいる利用者にモニター表示によって、これらの配置態様を知らせるという利用法もある。
【０１０８】
さらに、位置管理システムＡの位置データ処理装置１においては、検知装置２１，３１の配置を、処理装置用記憶部１２内に記憶された配置データを基に装置ＩＤを照合することでその位置を算出しているが、本発明における位置データ処理装置１の動作としてはこれに限定されるものではない。
すなわち、検知装置２１，３１に備えられた検知装置用記憶部２５，３５に、個々の検知装置２１，３１の配置データを記憶しておき、検知結果データを位置データ処理装置１に送信する際に当該検知結果データに配置データを含めた場合であっても、当該位置データ処理装置１は、前記で説明したハードウェアを用いることによって、検知対象物４１，４２の位置を高精度に特定することや移動経路Ｂを作成することができる。
【０１０９】
なお、位置データ処理装置１は、一般的なコンピュータを、前記した各手段として機能させる位置管理プログラムとして実現することもできる。この位置管理プログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【０１１０】
以上、説明したように、二種以上の検知用タグと、当該検知用タグの種類に応じて備えられた検知装置を複数備えた位置データ処理装置と、前記構成のロボットで構成される位置管理システムによれば、カメラや超音波センサを備えた完全自律型のナビゲーションシステム、磁気マーカや特定の形状のマーカを参照する環境内マーカ参照型のナビゲーションシステム、環境配置カメラによるナビゲーションシステム、あるいは、従来の超音波や赤外線を用いたナビゲーションシステムのいずれにおいても解決することができなかったオクルージョンの問題の防止と、空間内の様々な検知対象物の３次元位置を確実にまたは精度良く認識することの両立が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の位置管理システムの原理を説明する構成図である。
【図２】一実施形態に係る位置管理システムの構成を示す構成図である。
【図３】一実施形態に係る位置管理システムの位置関係を示す平面図である。
【図４】位置管理システムの位置データ処理装置のブロック図である。
【図５】ロボットを示すブロック図である。
【図６】位置データ処理装置の主制御部のブロック図である。
【図７】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図８】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図９】ロボットの移動経路の作成について説明する説明図である。
【図１０】人工ポテンシャル法を用いて作成した移動経路を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１２】
Ａ 位置管理システム
１ 位置データ処理装置
１１ 入出力部
１２ 処理装置用記憶部
１３ 主制御部
１４ マップ生成部
１５ 移動経路作成部
１６ 移動指示部
２ 超音波タグシステム
２１ 超音波タグ検知装置
２２ 送受信部
２３ 検知結果データ生成部
２４ インターフェース
２５ 検知装置用記憶部
２６ 超音波タグ
３ ＲＦＩＤタグシステム
３１ ＲＦＩＤタグ検知装置
３２ 送受信部
３３ 検知結果データ生成部
３４ インターフェース
３５ 検知装置用記憶部
３６ ＲＦＩＤタグ
４１，４２ 検知対象物
４１ａ 本棚
４２ａ 机
４２ｂ〜４２ｅ 鉢植えの植木
５ ロボット
６ 天井
Ｏ 書類
１２１ 自律移動体データ記憶部
１２２ タグ情報記憶部
１４１ 位置データ作成手段
１４２ 検知空間マップ作成手段
１４６ 検知空間マップ出力手段
１０００ 基地局
１１００ ルーター
１２００ ネットワーク
１３００ 端末
Ｂ 移動経路
ＤＡ 検知空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が検知される検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、
前記検知用タグの種類別に設けられ、前記検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、
取得した前記検知結果データと、前記検知装置の配置データとに基づいて処理することで前記検知対象物の位置を特定する位置データ処理装置と、
を備えることを特徴とする位置管理システム。
【請求項２】
前記検知用タグは、超音波タグとＲＦＩＤタグであり、各タグは、前記位置検知対象物の特性に応じて選択的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置管理システム。
【請求項３】
二種以上の前記検知装置は、検知空間の天井に所定の間隔でグリッド状かつ交互に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置管理システム。
【請求項４】
前記位置検知対象物には少なくとも１つの自律移動体を含み、かつ、
前記位置データ処理装置は、さらに前記自律移動体の移動始点および移動終点の情報と前記位置検知対象物の位置情報とに基づいて移動経路を作成し、当該移動経路を前記自律移動体に伝えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置管理システム。
【請求項５】
位置が検知される検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、当該検知用タグの種類別に設けられ、前記検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、を備えた位置管理システムにおいて、
検知空間に存在する前記検知対象物の位置を管理するためにコンピュータを、
前記検知装置から取得した検知結果データと、前記検知装置の配置データとに基づいて、前記検知対象物の位置を特定する手段、
として機能させることを特徴とする位置管理プログラム。
【請求項６】
前記検知対象物には少なくとも１つの自律移動体を含み、かつ、
特定した前記検知検知対象物の位置に基づいて前記自律移動体の移動経路を作成するためにコンピュータを、さらに、
前記自律移動体の移動始点および移動終点の情報と前記位置検知対象物の位置情報とに基づいて前記移動経路を作成する手段、
作成した前記移動経路を前記自律移動体に伝える手段、
として機能させることを特徴とする請求項５に記載の位置管理プログラム。
【請求項１】
位置が検知される検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、
前記検知用タグの種類別に設けられ、前記検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、
取得した前記検知結果データと、前記検知装置の配置データとに基づいて処理することで前記検知対象物の位置を特定する位置データ処理装置と、
を備えることを特徴とする位置管理システム。
【請求項２】
前記検知用タグは、超音波タグとＲＦＩＤタグであり、各タグは、前記位置検知対象物の特性に応じて選択的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置管理システム。
【請求項３】
二種以上の前記検知装置は、検知空間の天井に所定の間隔でグリッド状かつ交互に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置管理システム。
【請求項４】
前記位置検知対象物には少なくとも１つの自律移動体を含み、かつ、
前記位置データ処理装置は、さらに前記自律移動体の移動始点および移動終点の情報と前記位置検知対象物の位置情報とに基づいて移動経路を作成し、当該移動経路を前記自律移動体に伝えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置管理システム。
【請求項５】
位置が検知される検知対象物に設けられた、互いの検知能を補完し合う二種以上の検知用タグと、当該検知用タグの種類別に設けられ、前記検知用タグからの信号を受信すると当該検知用タグに付された固有のタグＩＤと、自己に付されている装置ＩＤと、を含む検知結果データを生成する検知装置と、を備えた位置管理システムにおいて、
検知空間に存在する前記検知対象物の位置を管理するためにコンピュータを、
前記検知装置から取得した検知結果データと、前記検知装置の配置データとに基づいて、前記検知対象物の位置を特定する手段、
として機能させることを特徴とする位置管理プログラム。
【請求項６】
前記検知対象物には少なくとも１つの自律移動体を含み、かつ、
特定した前記検知検知対象物の位置に基づいて前記自律移動体の移動経路を作成するためにコンピュータを、さらに、
前記自律移動体の移動始点および移動終点の情報と前記位置検知対象物の位置情報とに基づいて前記移動経路を作成する手段、
作成した前記移動経路を前記自律移動体に伝える手段、
として機能させることを特徴とする請求項５に記載の位置管理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１７４１４（Ｐ２００７−１７４１４Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０２２９２（Ｐ２００５−２０２２９２）
【出願日】平成１７年７月１１日（２００５．７．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１１日（２００５．７．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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