JP2007017414A - 位置管理システムおよび位置管理プログラム - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】 図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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=lA 2 ・・・(1)
(XB−x)2+(YB−y)2+(ZB−z)2=lB 2 ・・・(2)
(XC−x)2+(YC−y)2+(ZC−z)2=lC 2 ・・・(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。
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。
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。
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***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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (6)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
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