JP3692284B2 - 非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内または屋外において移動体の位置や方向を測定する非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムに関する。特に、測定範囲の増減を容易にし、低コストでシステムを構築することができる非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人物などの移動体の位置をリアルタイムで測定する従来の方法として、限定された狭い領域では磁気センサを用いる方法があり、屋外などの広い範囲ではＰＨＳ（Personal Handy-phone System)やＧＰＳ (Global Positioning System)を用いる方法がある。
【０００３】
しかし、磁気センサは、非常に高精度で位置を測定することができるが、磁気が乱されない環境を必要とし、比較的狭い範囲でしか測定することができない問題がある。一方、ＰＨＳは広い範囲で位置を測定することができるが、測定精度が低い問題がある。また、ＧＰＳも広い範囲で位置を測定することができるが、衛星からの電波を受信できる屋外などに限られ、かつ測定精度を上げるためには装置が大型化する問題がある。
【０００４】
このような従来の位置検出方法に対して、ＩＤタグを利用した位置検出システムが公開されている（参考文献：特開平７−５５９２７号公報）。これは、移動体の移動場所に多数のＩＤタグを設置し、移動体にＩＤリーダを取り付け、ＩＤリーダから電磁誘導方式によりＩＤタグに電力を供給してＩＤデータ（位置情報）を送信させ、それをＩＤリーダが読み取り、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を検出するシステムである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示された位置検出システムは、ＩＤタグ上を移動体が通過したときに、その位置を通過したことを認識するものである。すなわち、移動体の現在位置は直前に通過したＩＤタグと隣接するＩＤタグとの間として検出され、その位置精度はＩＤタグの設置間隔に応じたものとなる。したがって、原理的にはＩＤタグの設置密度を上げれば、位置検出の解像度を向上させることが可能である。
【０００６】
しかし、ＩＤタグの設置密度を上げたりＩＤリーダのアンテナを大きくして検出範囲を広げると、隣接するＩＤタグからの送信電波の干渉によりＩＤデータの読み取りができなくなる問題がある。そのため、従来のＩＤタグを利用した位置検出システムでは、例えば歩行者が２〜３歩歩くうちにいずれかのＩＤタグ上を通過して位置を特定できればよいというように、ＩＤタグの間隔が十分にあり、ＩＤリーダとＩＤタグが１対１で交信することを前提としたものになっている。
【０００７】
一方、非接触ＩＣカードシステムでは、複数のＩＣカードと通信を行うためにアンチコリジョン技術が用いられている。これは、例えば各ＩＣカードに論理番号を付与し、各番号を指定して各ＩＣカードと順番に通信を行うものである。しかし、ＩＤタグを利用した位置検出システムにおいて、アンチコリジョン技術を用いて複数のＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置検出やその精度向上に利用する方法は考えられていない。
【０００８】
本発明は、ＩＤタグを利用した位置検出システムにおいて、アンチコリジョン技術を積極的に活用し、どの場所でも安定して高精度な位置測定、さらに移動体の向きや移動方向の測定を可能とする非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動体の移動範囲に所定の間隔で配置したＩＤタグからそれぞれ固有のＩＤデータを送信させ、ＩＤタグから送信されたＩＤデータを移動体に取り付けたＩＤリーダが受信し、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を測定する非接触型位置測定方法において、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付け、または、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付け、ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように各ＩＤタグの間隔を設定し、各ＩＤリーダは一度に複数のＩＤタグと交信可能とし、各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから各ＩＤリーダの位置を測定し、移動体の位置を各ＩＤリーダの位置の中間点として測定し、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを 90 度回転させた方向として測定し、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき測定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、移動体の移動範囲に所定の間隔で配置され、それぞれ固有のＩＤデータを送信するＩＤタグと、移動体に取り付けられ、ＩＤタグから送信されたＩＤデータを受信するＩＤリーダと、ＩＤリーダが受信したＩＤデータを入力し、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を測定する処理装置とを備えた非接触型位置測定システムにおいて、ＩＤリーダは、前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つ取り付けられ、または、移動体の４隅に４つ取り付けられ、ＩＤタグは、ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように配置され、ＩＤリーダの交信範囲内に存在する各ＩＤタグがそれぞれＩＤリーダと交信する手段を備え、ＩＤリーダは、交信範囲内の複数のＩＤタグと交信し、それぞれのＩＤデータを受信する手段を備え、処理装置は、各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから各ＩＤリーダの位置を測定する手段を備え、移動体の位置を各ＩＤリーダの位置の中間点として求め、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを 90 度回転させた方向として求め、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき求める処理を行う構成であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、移動体のＩＤリーダは確実に少なくとも１つのＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置と向きを測定することができる。さらに、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の非接触型位置測定システムの基本構成を示す。ここでは、移動体を人物とし、人物の二次元位置をリアルタイムで測定するシステムを想定する。
【００１３】
図において、床には、複数のＩＤタグ１１を埋め込んだタイルカーペット１２を敷き詰める。このタイルカーペット１２の上を移動する人物１３の靴底には、ＩＤタグ１１との通信を行うアンテナを含むＩＤリーダ１４を取り付ける。ＩＤリーダ１４のアンテナに受信されたＩＤデータは、人物１３が携帯するコンピュータ１５に転送され、実空間における位置情報に変換される。
【００１４】
なお、ＩＤリーダ１４を駆動する電源は、ＩＤリーダ１４がバッテリィを有するか、コンピュータ１５または専用のバッテリィパックから有線で供給するようにしてもよい。また、ＩＤリーダ１４がバッテリィを有して自律動作する場合には、ＩＤリーダ１４とコンピュータ１５との間を無線で接続するようにしてもよい。この場合のコンピュータ１５は、人物１３が携帯せずに所定の場所に配置するようにしてもよい。
【００１５】
図２は、ＩＤタグ１１とＩＤリーダ１４の概略構成を示す。図において、ＩＤリーダ１４は、変調回路２１、復調回路２２、アンテナ２３、通信制御回路２４を備える。電源部は省略している。変調回路２１から出力された信号（電力供給信号およびＩＤ要求信号）はアンテナ２３から送信され、アンテナ２３に受信した信号（ＩＤデータ）は復調回路２２で復調される。通信制御回路２４は、変調回路２１および復調回路２２の送受信制御と、外部のコンピュータとの通信処理を行う。
【００１６】
ＩＤタグ１１は、アンテナ３１、電源回路３２、変調回路３３、復調回路３４、制御回路３５を備える。電源回路３２は、アンテナ３１に受信した電力供給信号を直流電力に変換して各部に供給する。アンテナ３１に受信したＩＤ要求信号は復調回路３４で復調され、制御回路３５に通知される。制御回路３５は、ＩＤタグに予め割り当てられた固有のＩＤデータを変調回路３３に出力する。変調回路３３で変調されたＩＤデータはアンテナ３１から送信される。
【００１７】
このように、ＩＤタグ１１は電源をもたず、ＩＤリーダ１４から電磁誘導方式により供給される電力により動作し、それぞれ固有のＩＤデータを応答する構成になっている。ＩＤリーダ１４が受信したＩＤデータは、図３に示すようにコンピュータ１５に転送され、ＩＤデータと実空間との関係を示すマッピングテーブルとの照合により、人物１３の二次元位置（座標）が測定される。以上は、ＩＤタグを利用した位置検出システムの基本的な構成および動作である。
【００１８】
（本発明の第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、１つのＩＤリーダが複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得し、位置測定に利用することを特徴とする。
【００１９】
図４は、ＩＤタグとＩＤリーダの交信範囲の関係を示す。図４(a) は従来例であり、図４(b) は本発明によるものである。ここでは、簡単のためにＩＤタグの交信範囲４１を点で表す。従来のＩＤタグの間隔は、ＩＤリーダの交信範囲４２に比べて十分に広く、ＩＤリーダは高々１つのＩＤタグとの交信によりＩＤデータを取得するようになっている。すなわち、ＩＤリーダは２つ以上のＩＤタグと交信することはなく、またＩＤリーダはＩＤタグと交信できない場合もある。
【００２０】
一方、本発明では、ＩＤリーダの交信範囲４２に少なくとも１つのＩＤタグの交信範囲４１が含まれるように配置し、アンチコリジョン技術を利用して一度に複数のＩＤデータを読み取るようにする。例えば、図４(b) に示すように、ＩＤリーダの交信範囲４２を直径ａの円形とした場合に、ＩＤタグをその内接正方形の間隔（ａ／√2 ）以下で規則的に並べることにより、ＩＤリーダの位置に関わらず最低１つのＩＤタグからＩＤデータを読み取ることができる。さらに、ＩＤリーダの位置に応じて複数のＩＤデータを読み取ることができる。
【００２１】
この各ＩＤデータをコンピュータに伝送し、それぞれ座標変換する。このとき、読み取り可能な複数のＩＤデータの数をＮ、各変換座標を（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、・・・、（ｘN ，ｙN ）とすると、ＩＤリーダ（人物）の座標値は、
（（ｘ1＋ｘ2＋・・・＋ｘN)／Ｎ，（ｙ1＋ｙ2＋・・・＋ｙN)／Ｎ）
と表すことができる。すなわち、図５に示すように、ＩＤリーダが４つのＩＤデータを取得した場合には４つのＩＤタグの中間地点５１を測定位置とし、ＩＤリーダが３つのＩＤデータを取得した場合には３つのＩＤタグの中間地点５２を測定位置とし、２つのＩＤデータを取得した場合には２つのＩＤタグの中間地点５３を測定位置とし、１つのＩＤデータを取得した場合にはそのＩＤタグの地点５４を測定位置する。
【００２２】
このように、本発明では、最低１つのＩＤタグからＩＤデータを取得して確実に位置を測定できるだけでなく、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。ただし、実際にはＩＤタグの交信範囲４１は点ではなく所定の範囲を有するので、その分の精度誤差は避けられないが、複数のＩＤデータを取得することによりＩＤタグの交信範囲４１に伴う精度誤差を最小限に抑えることができる。
【００２３】
なお、ＩＤタグの配置は規則的なものであれば正方形に限らず、正三角形など他の形状に並べてもよい。例えば、上記の例でＩＤタグを正三角形に並べる場合には、その間隔を（√3／２)ａ以下とすればよい。さらに、ＩＤタグの間隔は全体が均等である必要はなく、疎密があってもよい。例えば、位置精度を高くとりたい場所ではＩＤタグの間隔を密にするような配置をしてもよい。
【００２４】
また、ＩＤリーダの交信範囲はアンテナ形状や指向性に依存するが、円形に限らない。ＩＤタグの間隔を決める際には、例えばＩＤリーダの交信範囲を楕円形とするとその短径を直径とする円を交信範囲として扱い、方形とした場合には内接円を交信範囲として扱えばよい。また、ＩＤリーダのアンテナは、例えば靴底に円形のループアンテナを取り付けることにより、交信範囲がループアンテナの大きさに応じた円形に設定されるが、交信電波に例えばマイロク波を用い、人物の腰回りにアンテナを取り付けることにより、アンテナの大きさ以上の交信範囲を確保することができる。
【００２５】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、移動体の基準となる向きに対して所定の位置関係で、移動体に複数のＩＤリーダを取り付け、各ＩＤリーダがそれぞれＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置およびその向きの測定に利用することを特徴とする。なお、各ＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、各ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。また、ＩＤリーダを構成する変調回路、復調回路、通信制御回路などを１つにし、アンテナを複数配置し、各アンテナを時分割で駆動してそれぞれＩＤデータを取得する構成としてもよい。
【００２６】
図６は、移動体の向きを測定する構成および手順を示す。図において、カート６１の進行方向に対して左右対称位置にＩＤリーダ６２−１，６２−２を取り付け、左右独立にＩＤデータを取得する。右側のＩＤリーダ６２−１の位置と左側のＩＤリーダ６２−２の位置は、第１の実施形態と同様にそれぞれ測定される。ここで、右側のＩＤリーダの位置６３−１から、左側のＩＤリーダの位置６３−２へ向けたベクトルを方向計算用ベクトル６６とする。このとき、カート６１の正面は方向計算ベクトル６６を紙面上方から見て時計回りに90度回転させた方向ベクトル６７の方向として測定される。これは、左右の足を開いて立ち止まったときの人物の向きを測定する場合などにも適用できる。
【００２７】
また、カート６１の４隅にＩＤリーダ６２−１〜６２−４を取り付け、それぞれの位置６３−１〜６３−４を測定することにより、カート６１の向きに対応した方向ベクトル６８−１，６８−２を得ることができる。通常は、この方向ベクトルの一方をカート６１の向きとすれはよい。これは、人物の足の爪先と踵にそれぞれＩＤリーダ（アンテナ）を取り付け、人物の向きを測定する場合などにも適用できる。さらに方向精度を上げるには、方向ベクトル６７，６８−１，６８−２を合成したベクトルを用いてもよい。なお、カート６１の位置は、各ＩＤリーダの位置６３−１〜６３−４の中間点として測定することができる。
【００２８】
（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、ＩＤリーダに受信するＩＤデータまたはそれから得られる位置情報を時系列で蓄積し、その時系列データから移動体の移動軌跡および移動方向を割り出すことを特徴とする。なお、ＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。
【００２９】
図７は、移動体の移動方向を割り出す手順を示す。図において、移動体の位置７１，７２，７３，７４が受信したＩＤデータに応じて順次測定されると、それを結ぶ線が移動軌跡として認識される。移動体の移動方向はこの移動軌跡の延長線上にあると見なすことができる。また、第２の実施形態のように、複数のＩＤリーダで測定される位置情報と向きの情報を時系列で蓄積し、同様の処理を行うことにより、さらに正確な移動方向を測定することができる。
【００３０】
（本発明の第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、複数の移動体が同時に位置および方向の測定を行うことを特徴とする。なお、個々の移動体のＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。
【００３１】
図８は、複数の移動体の位置を測定するシステム例を示す。ここでは、移動体を人物とし、各人物の二次元位置をリアルタイムで測定するシステムを想定する。
【００３２】
図において、各人物１３−１〜１３−３が携帯するコンピュータ１５−１〜１５−３は、それぞれの靴底に取り付けたＩＤリーダ１４−１〜１４−３が受信したＩＤデータまたはそのＩＤデータから得られた位置情報を、各人物を識別する情報（識別ＩＤ）とともに外部処理装置１６に転送する。外部処理装置１６は、各人物１３−１〜１３−３のコンピュータ１５−１〜１５−３から転送された情報をそれぞれ個別に処理し、各人物の位置をそれぞれ個別に測定する。
【００３３】
なお、各コンピュータがＩＤデータをそのまま外部処理装置１６に転送する場合には、中継器としての機能のみとなる。また、各ＩＤリーダは、受信したＩＤデータと識別ＩＤを外部処理装置１６に直接転送してもよい。この場合には、外部処理装置１６が、マッピングテーブルを基にそれぞれ個別に各人物の位置を測定することになる。
【００３４】
（本発明の第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、以上示した各実施形態により測定される移動体の位置と、向きと、移動方向の各データを用いることにより、あらかじめ移動経路が指定された自律移動体（自走ロボット）が次に進む方向の決定に用いるものである。自律移動体は、図６に示すように少なくとも２つのＩＤリーダ（アンテナ）を搭載し、自律移動体の位置と向きと移動方向を測定する。一方、あらかじめ指定された移動経路が示す次の位置（ＩＤタグのＩＤデータ）と、自律移動体の位置と向きと移動方向を照合し、その都度方向の修正を繰り返すことにより指定された移動経路に沿って自律移動させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムは、移動体のＩＤリーダが確実に少なくとも１つのＩＤタグからＩＤデータを取得して位置を測定できるだけでなく、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。
【００３６】
また、移動体が複数のＩＤリーダを備えることにより、移動体の向きを測定することができる。また、ＩＤリーダに受信するＩＤデータまたはそれから得られる位置情報を時系列で蓄積することにより、その時系列データから移動体の移動軌跡および移動方向を割り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触型位置測定システムの基本構成を示す図。
【図２】ＩＤタグ１１とＩＤリーダ１４の概略構成を示す図。
【図３】本発明の非接触型位置測定システムの基本シーケンスを示す図。
【図４】ＩＤタグとＩＤリーダの交信範囲の関係を示す図。
【図５】複数のＩＤデータを用いた位置決定アルゴリズムを説明する図。
【図６】移動体の向きを測定する構成および手順を示す図。
【図７】移動体の移動方向を割り出す手順を示す図。
【図８】複数の移動体の位置を測定するシステム例を示す図。
【符号の説明】
１１ ＩＤタグ
１２ タイルカーペット
１３ 人物
１４ ＩＤリーダ
１５ コンピュータ
１６ 外部処理装置
２１，３３ 変調回路
２２，３４ 復調回路
２３，３１ アンテナ
２４ 通信制御回路
３２ 電源回路
３５ 制御回路
４１ ＩＤタグの交信範囲
４２ ＩＤリーダの交信範囲
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内または屋外において移動体の位置や方向を測定する非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムに関する。特に、測定範囲の増減を容易にし、低コストでシステムを構築することができる非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人物などの移動体の位置をリアルタイムで測定する従来の方法として、限定された狭い領域では磁気センサを用いる方法があり、屋外などの広い範囲ではＰＨＳ（Personal Handy-phone System)やＧＰＳ (Global Positioning System)を用いる方法がある。
【０００３】
しかし、磁気センサは、非常に高精度で位置を測定することができるが、磁気が乱されない環境を必要とし、比較的狭い範囲でしか測定することができない問題がある。一方、ＰＨＳは広い範囲で位置を測定することができるが、測定精度が低い問題がある。また、ＧＰＳも広い範囲で位置を測定することができるが、衛星からの電波を受信できる屋外などに限られ、かつ測定精度を上げるためには装置が大型化する問題がある。
【０００４】
このような従来の位置検出方法に対して、ＩＤタグを利用した位置検出システムが公開されている（参考文献：特開平７−５５９２７号公報）。これは、移動体の移動場所に多数のＩＤタグを設置し、移動体にＩＤリーダを取り付け、ＩＤリーダから電磁誘導方式によりＩＤタグに電力を供給してＩＤデータ（位置情報）を送信させ、それをＩＤリーダが読み取り、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を検出するシステムである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示された位置検出システムは、ＩＤタグ上を移動体が通過したときに、その位置を通過したことを認識するものである。すなわち、移動体の現在位置は直前に通過したＩＤタグと隣接するＩＤタグとの間として検出され、その位置精度はＩＤタグの設置間隔に応じたものとなる。したがって、原理的にはＩＤタグの設置密度を上げれば、位置検出の解像度を向上させることが可能である。
【０００６】
しかし、ＩＤタグの設置密度を上げたりＩＤリーダのアンテナを大きくして検出範囲を広げると、隣接するＩＤタグからの送信電波の干渉によりＩＤデータの読み取りができなくなる問題がある。そのため、従来のＩＤタグを利用した位置検出システムでは、例えば歩行者が２〜３歩歩くうちにいずれかのＩＤタグ上を通過して位置を特定できればよいというように、ＩＤタグの間隔が十分にあり、ＩＤリーダとＩＤタグが１対１で交信することを前提としたものになっている。
【０００７】
一方、非接触ＩＣカードシステムでは、複数のＩＣカードと通信を行うためにアンチコリジョン技術が用いられている。これは、例えば各ＩＣカードに論理番号を付与し、各番号を指定して各ＩＣカードと順番に通信を行うものである。しかし、ＩＤタグを利用した位置検出システムにおいて、アンチコリジョン技術を用いて複数のＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置検出やその精度向上に利用する方法は考えられていない。
【０００８】
本発明は、ＩＤタグを利用した位置検出システムにおいて、アンチコリジョン技術を積極的に活用し、どの場所でも安定して高精度な位置測定、さらに移動体の向きや移動方向の測定を可能とする非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動体の移動範囲に所定の間隔で配置したＩＤタグからそれぞれ固有のＩＤデータを送信させ、ＩＤタグから送信されたＩＤデータを移動体に取り付けたＩＤリーダが受信し、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を測定する非接触型位置測定方法において、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付け、または、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付け、ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように各ＩＤタグの間隔を設定し、各ＩＤリーダは一度に複数のＩＤタグと交信可能とし、各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから各ＩＤリーダの位置を測定し、移動体の位置を各ＩＤリーダの位置の中間点として測定し、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを 90 度回転させた方向として測定し、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき測定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、移動体の移動範囲に所定の間隔で配置され、それぞれ固有のＩＤデータを送信するＩＤタグと、移動体に取り付けられ、ＩＤタグから送信されたＩＤデータを受信するＩＤリーダと、ＩＤリーダが受信したＩＤデータを入力し、ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に移動体の位置を測定する処理装置とを備えた非接触型位置測定システムにおいて、ＩＤリーダは、前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つ取り付けられ、または、移動体の４隅に４つ取り付けられ、ＩＤタグは、ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように配置され、ＩＤリーダの交信範囲内に存在する各ＩＤタグがそれぞれＩＤリーダと交信する手段を備え、ＩＤリーダは、交信範囲内の複数のＩＤタグと交信し、それぞれのＩＤデータを受信する手段を備え、処理装置は、各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから各ＩＤリーダの位置を測定する手段を備え、移動体の位置を各ＩＤリーダの位置の中間点として求め、移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを 90 度回転させた方向として求め、移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、移動体の向きを、移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき求める処理を行う構成であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、移動体のＩＤリーダは確実に少なくとも１つのＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置と向きを測定することができる。さらに、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の非接触型位置測定システムの基本構成を示す。ここでは、移動体を人物とし、人物の二次元位置をリアルタイムで測定するシステムを想定する。
【００１３】
図において、床には、複数のＩＤタグ１１を埋め込んだタイルカーペット１２を敷き詰める。このタイルカーペット１２の上を移動する人物１３の靴底には、ＩＤタグ１１との通信を行うアンテナを含むＩＤリーダ１４を取り付ける。ＩＤリーダ１４のアンテナに受信されたＩＤデータは、人物１３が携帯するコンピュータ１５に転送され、実空間における位置情報に変換される。
【００１４】
なお、ＩＤリーダ１４を駆動する電源は、ＩＤリーダ１４がバッテリィを有するか、コンピュータ１５または専用のバッテリィパックから有線で供給するようにしてもよい。また、ＩＤリーダ１４がバッテリィを有して自律動作する場合には、ＩＤリーダ１４とコンピュータ１５との間を無線で接続するようにしてもよい。この場合のコンピュータ１５は、人物１３が携帯せずに所定の場所に配置するようにしてもよい。
【００１５】
図２は、ＩＤタグ１１とＩＤリーダ１４の概略構成を示す。図において、ＩＤリーダ１４は、変調回路２１、復調回路２２、アンテナ２３、通信制御回路２４を備える。電源部は省略している。変調回路２１から出力された信号（電力供給信号およびＩＤ要求信号）はアンテナ２３から送信され、アンテナ２３に受信した信号（ＩＤデータ）は復調回路２２で復調される。通信制御回路２４は、変調回路２１および復調回路２２の送受信制御と、外部のコンピュータとの通信処理を行う。
【００１６】
ＩＤタグ１１は、アンテナ３１、電源回路３２、変調回路３３、復調回路３４、制御回路３５を備える。電源回路３２は、アンテナ３１に受信した電力供給信号を直流電力に変換して各部に供給する。アンテナ３１に受信したＩＤ要求信号は復調回路３４で復調され、制御回路３５に通知される。制御回路３５は、ＩＤタグに予め割り当てられた固有のＩＤデータを変調回路３３に出力する。変調回路３３で変調されたＩＤデータはアンテナ３１から送信される。
【００１７】
このように、ＩＤタグ１１は電源をもたず、ＩＤリーダ１４から電磁誘導方式により供給される電力により動作し、それぞれ固有のＩＤデータを応答する構成になっている。ＩＤリーダ１４が受信したＩＤデータは、図３に示すようにコンピュータ１５に転送され、ＩＤデータと実空間との関係を示すマッピングテーブルとの照合により、人物１３の二次元位置（座標）が測定される。以上は、ＩＤタグを利用した位置検出システムの基本的な構成および動作である。
【００１８】
（本発明の第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、１つのＩＤリーダが複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得し、位置測定に利用することを特徴とする。
【００１９】
図４は、ＩＤタグとＩＤリーダの交信範囲の関係を示す。図４(a) は従来例であり、図４(b) は本発明によるものである。ここでは、簡単のためにＩＤタグの交信範囲４１を点で表す。従来のＩＤタグの間隔は、ＩＤリーダの交信範囲４２に比べて十分に広く、ＩＤリーダは高々１つのＩＤタグとの交信によりＩＤデータを取得するようになっている。すなわち、ＩＤリーダは２つ以上のＩＤタグと交信することはなく、またＩＤリーダはＩＤタグと交信できない場合もある。
【００２０】
一方、本発明では、ＩＤリーダの交信範囲４２に少なくとも１つのＩＤタグの交信範囲４１が含まれるように配置し、アンチコリジョン技術を利用して一度に複数のＩＤデータを読み取るようにする。例えば、図４(b) に示すように、ＩＤリーダの交信範囲４２を直径ａの円形とした場合に、ＩＤタグをその内接正方形の間隔（ａ／√2 ）以下で規則的に並べることにより、ＩＤリーダの位置に関わらず最低１つのＩＤタグからＩＤデータを読み取ることができる。さらに、ＩＤリーダの位置に応じて複数のＩＤデータを読み取ることができる。
【００２１】
この各ＩＤデータをコンピュータに伝送し、それぞれ座標変換する。このとき、読み取り可能な複数のＩＤデータの数をＮ、各変換座標を（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、・・・、（ｘN ，ｙN ）とすると、ＩＤリーダ（人物）の座標値は、
（（ｘ1＋ｘ2＋・・・＋ｘN)／Ｎ，（ｙ1＋ｙ2＋・・・＋ｙN)／Ｎ）
と表すことができる。すなわち、図５に示すように、ＩＤリーダが４つのＩＤデータを取得した場合には４つのＩＤタグの中間地点５１を測定位置とし、ＩＤリーダが３つのＩＤデータを取得した場合には３つのＩＤタグの中間地点５２を測定位置とし、２つのＩＤデータを取得した場合には２つのＩＤタグの中間地点５３を測定位置とし、１つのＩＤデータを取得した場合にはそのＩＤタグの地点５４を測定位置する。
【００２２】
このように、本発明では、最低１つのＩＤタグからＩＤデータを取得して確実に位置を測定できるだけでなく、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。ただし、実際にはＩＤタグの交信範囲４１は点ではなく所定の範囲を有するので、その分の精度誤差は避けられないが、複数のＩＤデータを取得することによりＩＤタグの交信範囲４１に伴う精度誤差を最小限に抑えることができる。
【００２３】
なお、ＩＤタグの配置は規則的なものであれば正方形に限らず、正三角形など他の形状に並べてもよい。例えば、上記の例でＩＤタグを正三角形に並べる場合には、その間隔を（√3／２)ａ以下とすればよい。さらに、ＩＤタグの間隔は全体が均等である必要はなく、疎密があってもよい。例えば、位置精度を高くとりたい場所ではＩＤタグの間隔を密にするような配置をしてもよい。
【００２４】
また、ＩＤリーダの交信範囲はアンテナ形状や指向性に依存するが、円形に限らない。ＩＤタグの間隔を決める際には、例えばＩＤリーダの交信範囲を楕円形とするとその短径を直径とする円を交信範囲として扱い、方形とした場合には内接円を交信範囲として扱えばよい。また、ＩＤリーダのアンテナは、例えば靴底に円形のループアンテナを取り付けることにより、交信範囲がループアンテナの大きさに応じた円形に設定されるが、交信電波に例えばマイロク波を用い、人物の腰回りにアンテナを取り付けることにより、アンテナの大きさ以上の交信範囲を確保することができる。
【００２５】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、移動体の基準となる向きに対して所定の位置関係で、移動体に複数のＩＤリーダを取り付け、各ＩＤリーダがそれぞれＩＤタグからＩＤデータを取得し、移動体の位置およびその向きの測定に利用することを特徴とする。なお、各ＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、各ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。また、ＩＤリーダを構成する変調回路、復調回路、通信制御回路などを１つにし、アンテナを複数配置し、各アンテナを時分割で駆動してそれぞれＩＤデータを取得する構成としてもよい。
【００２６】
図６は、移動体の向きを測定する構成および手順を示す。図において、カート６１の進行方向に対して左右対称位置にＩＤリーダ６２−１，６２−２を取り付け、左右独立にＩＤデータを取得する。右側のＩＤリーダ６２−１の位置と左側のＩＤリーダ６２−２の位置は、第１の実施形態と同様にそれぞれ測定される。ここで、右側のＩＤリーダの位置６３−１から、左側のＩＤリーダの位置６３−２へ向けたベクトルを方向計算用ベクトル６６とする。このとき、カート６１の正面は方向計算ベクトル６６を紙面上方から見て時計回りに90度回転させた方向ベクトル６７の方向として測定される。これは、左右の足を開いて立ち止まったときの人物の向きを測定する場合などにも適用できる。
【００２７】
また、カート６１の４隅にＩＤリーダ６２−１〜６２−４を取り付け、それぞれの位置６３−１〜６３−４を測定することにより、カート６１の向きに対応した方向ベクトル６８−１，６８−２を得ることができる。通常は、この方向ベクトルの一方をカート６１の向きとすれはよい。これは、人物の足の爪先と踵にそれぞれＩＤリーダ（アンテナ）を取り付け、人物の向きを測定する場合などにも適用できる。さらに方向精度を上げるには、方向ベクトル６７，６８−１，６８−２を合成したベクトルを用いてもよい。なお、カート６１の位置は、各ＩＤリーダの位置６３−１〜６３−４の中間点として測定することができる。
【００２８】
（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、ＩＤリーダに受信するＩＤデータまたはそれから得られる位置情報を時系列で蓄積し、その時系列データから移動体の移動軌跡および移動方向を割り出すことを特徴とする。なお、ＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。
【００２９】
図７は、移動体の移動方向を割り出す手順を示す。図において、移動体の位置７１，７２，７３，７４が受信したＩＤデータに応じて順次測定されると、それを結ぶ線が移動軌跡として認識される。移動体の移動方向はこの移動軌跡の延長線上にあると見なすことができる。また、第２の実施形態のように、複数のＩＤリーダで測定される位置情報と向きの情報を時系列で蓄積し、同様の処理を行うことにより、さらに正確な移動方向を測定することができる。
【００３０】
（本発明の第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、複数の移動体が同時に位置および方向の測定を行うことを特徴とする。なお、個々の移動体のＩＤリーダは、複数のＩＤタグから一度に複数のＩＤデータを取得できるものとし、ＩＤタグも第１の実施形態に示した間隔で配置されるものとする。
【００３１】
図８は、複数の移動体の位置を測定するシステム例を示す。ここでは、移動体を人物とし、各人物の二次元位置をリアルタイムで測定するシステムを想定する。
【００３２】
図において、各人物１３−１〜１３−３が携帯するコンピュータ１５−１〜１５−３は、それぞれの靴底に取り付けたＩＤリーダ１４−１〜１４−３が受信したＩＤデータまたはそのＩＤデータから得られた位置情報を、各人物を識別する情報（識別ＩＤ）とともに外部処理装置１６に転送する。外部処理装置１６は、各人物１３−１〜１３−３のコンピュータ１５−１〜１５−３から転送された情報をそれぞれ個別に処理し、各人物の位置をそれぞれ個別に測定する。
【００３３】
なお、各コンピュータがＩＤデータをそのまま外部処理装置１６に転送する場合には、中継器としての機能のみとなる。また、各ＩＤリーダは、受信したＩＤデータと識別ＩＤを外部処理装置１６に直接転送してもよい。この場合には、外部処理装置１６が、マッピングテーブルを基にそれぞれ個別に各人物の位置を測定することになる。
【００３４】
（本発明の第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、以上示した各実施形態により測定される移動体の位置と、向きと、移動方向の各データを用いることにより、あらかじめ移動経路が指定された自律移動体（自走ロボット）が次に進む方向の決定に用いるものである。自律移動体は、図６に示すように少なくとも２つのＩＤリーダ（アンテナ）を搭載し、自律移動体の位置と向きと移動方向を測定する。一方、あらかじめ指定された移動経路が示す次の位置（ＩＤタグのＩＤデータ）と、自律移動体の位置と向きと移動方向を照合し、その都度方向の修正を繰り返すことにより指定された移動経路に沿って自律移動させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の非接触型位置測定方法および非接触型位置測定システムは、移動体のＩＤリーダが確実に少なくとも１つのＩＤタグからＩＤデータを取得して位置を測定できるだけでなく、複数のＩＤタグからＩＤデータを取得することにより、ＩＤタグの間隔以上の精度で位置を測定することができる。
【００３６】
また、移動体が複数のＩＤリーダを備えることにより、移動体の向きを測定することができる。また、ＩＤリーダに受信するＩＤデータまたはそれから得られる位置情報を時系列で蓄積することにより、その時系列データから移動体の移動軌跡および移動方向を割り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触型位置測定システムの基本構成を示す図。
【図２】ＩＤタグ１１とＩＤリーダ１４の概略構成を示す図。
【図３】本発明の非接触型位置測定システムの基本シーケンスを示す図。
【図４】ＩＤタグとＩＤリーダの交信範囲の関係を示す図。
【図５】複数のＩＤデータを用いた位置決定アルゴリズムを説明する図。
【図６】移動体の向きを測定する構成および手順を示す図。
【図７】移動体の移動方向を割り出す手順を示す図。
【図８】複数の移動体の位置を測定するシステム例を示す図。
【符号の説明】
１１ ＩＤタグ
１２ タイルカーペット
１３ 人物
１４ ＩＤリーダ
１５ コンピュータ
１６ 外部処理装置
２１，３３ 変調回路
２２，３４ 復調回路
２３，３１ アンテナ
２４ 通信制御回路
３２ 電源回路
３５ 制御回路
４１ ＩＤタグの交信範囲
４２ ＩＤリーダの交信範囲
Claims (10)
- 移動体の移動範囲に所定の間隔で配置したＩＤタグからそれぞれ固有のＩＤデータを送信させ、前記ＩＤタグから送信されたＩＤデータを前記移動体に取り付けたＩＤリーダが受信し、前記ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に前記移動体の位置を測定する非接触型位置測定方法において、
前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付け、または、前記移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付け、
前記ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように各ＩＤタグの間隔を設定し、
前記各ＩＤリーダは一度に複数のＩＤタグと交信可能とし、前記各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから前記各ＩＤリーダの位置を測定し、前記移動体の位置を前記各ＩＤリーダの位置の中間点として測定し、前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、前記移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを90度回転させた方向として測定し、前記移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、前記移動体の向きを、前記移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき測定する
ことを特徴とする非接触型位置測定方法。 - 請求項１に記載の非接触型位置測定方法において、
前記ＩＤリーダが受信するＩＤデータから得られた位置情報を時系列に蓄積し、その位置情報を時系列に結んだ線を前記移動体の移動軌跡として認識し、前記移動体の移動方向を前記移動軌跡の延長線上にあると見なす
ことを特徴とする非接触型位置測定方法。 - 請求項１または２に記載の非接触型位置測定方法において、
複数の移動体が同時に位置の測定を行う場合に、各移動体のＩＤリーダが受信するＩＤデータまたはそのＩＤデータから得られた各移動体の位置情報を、各移動体を識別する情報とともに外部処理装置に転送し、外部処理装置で各移動体の位置をそれぞれ個別に測定する
ことを特徴とする非接触型位置測定方法。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の非接触型位置測定方法において、
前記ＩＤリーダの交信範囲が直径ａの円形である場合に、前記ＩＤタグを正方形に配置し、かつその間隔をａ／√２以下に設定する
ことを特徴とする非接触型位置測定方法。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の非接触型位置測定方法において、
前記ＩＤリーダの交信範囲が直径ａの円形である場合に、前記ＩＤタグを正三角形に配置し、かつその間隔を（√３／２）ａ以下に設定する
ことを特徴とする非接触型位置測定方法。 - 移動体の移動範囲に所定の間隔で配置され、それぞれ固有のＩＤデータを送信するＩＤタグと、前記移動体に取り付けられ、前記ＩＤタグから送信されたＩＤデータを受信するＩＤリーダと、前記ＩＤリーダが受信したＩＤデータを入力し、前記ＩＤデータと空間位置を対応付けるマッピングテーブルを基に前記移動体の位置を測定する処理装置とを備えた非接触型位置測定システムにおいて、
前記ＩＤリーダは、前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つ取り付けられ、または、前記移動体の４隅に４つ取り付けられ、
前記ＩＤタグは、前記ＩＤリーダのアンテナ形状または指向性に依存する交信範囲内に少なくとも１つのＩＤタグが存在するように配置され、前記ＩＤリーダの交信範囲内に存在する各ＩＤタグがそれぞれ前記ＩＤリーダと交信する手段を備え、
前記ＩＤリーダは、交信範囲内の複数のＩＤタグと交信し、それぞれのＩＤデータを受信する手段を備え、
前記処理装置は、前記各ＩＤリーダがそれぞれ受信した１以上のＩＤデータから前記各ＩＤリーダの位置を測定する手段を備え、前記移動体の位置を前記各ＩＤリーダの位置の中間点として求め、前記移動体の進行方向に対して左右対称位置に２つのＩＤリーダを取り付けた場合には、前記移動体の向きを、一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルを90度回転させた方向として求め、前記移動体の４隅に４つのＩＤリーダを取り付けた場合には、前記移動体の向きを、前記移動体の向きに対応した向きに配列された２つのＩＤリーダにおける一方のＩＤリーダの位置から他方のＩＤリーダの位置へ向けたベクトルの方向に基づき求める処理を行う構成である
ことを特徴とする非接触型位置測定システム。 - 請求項６に記載の非接触型位置測定システムにおいて、
前記処理装置は、前記ＩＤリーダが受信するＩＤデータから得られた位置情報を時系列に蓄積する手段を備え、その位置情報を時系列に結んだ線を前記移動体の移動軌跡として認識し、前記移動体の移動方向を前記移動軌跡の延長線上にあると見なす処理を行う構成である
ことを特徴とする非接触型位置測定システム。 - 請求項６または７に記載の非接触型位置測定システムにおいて、
前記移動体のＩＤリーダまたは処理装置は、受信したＩＤデータまたはそのＩＤデータから得られた位置情報を、各移動体を識別する情報とともに外部処理装置に転送する手段を備え、
前記外部処理装置は、前記各移動体から転送された情報を基に各移動体の位置をそれぞれ個別に測定する構成である
ことを特徴とする非接触型位置測定システム。 - 請求項６〜８のいずれかに記載の非接触型位置測定システムにおいて、
前記ＩＤリーダの交信範囲が直径ａの円形である場合に、前記ＩＤタグは正方形に配置され、かつその間隔がａ／√２以下に設定された
ことを特徴とする非接触型位置測定システム。 - 請求項６〜８のいずれかに記載の非接触型位置測定システムにおいて、
前記ＩＤリーダの交信範囲が直径ａの円形である場合に、前記ＩＤタグは正三角形に配置され、かつその間隔が（√３／２）ａ以下に設定された
ことを特徴とする非接触型位置測定システム。
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