JP5524373B1 - 移動体の現在位置を取得するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動体(ロボット10)に設けた基地局20のアンテナ群25のアンテナ配列軸(X軸方向平面、Y軸方向平面)の近傍では比較的高い標定精度が得られるという位置標定システムの特性に着目し、移動体が、当該移動体に設けた基地局20のアンテナ配列軸の近傍に、エリアの上方に設置されている3つ以上の無線装置30を捕捉することにより、自身から見た無線装置30の夫々が存在する方向である相対方向を取得し、これと予め記憶しておいたもしくは各無線装置30から取得した無線装置情報とに基づき、上記エリアにおける自身の絶対位置及び自身の機軸(基準軸)の絶対方向を取得する。
【選択図】図17
Description
続いて位置標定システムについて説明する。位置標定システムによる位置標定に際しては、無線装置30が、アンテナ35からスペクトル拡散された無線信号である位置標定信号を送信する。またロボット10に備えられた基地局20は、アンテナ群25を構成している複数のアンテナ251を周期的に切り換えつつ、無線装置30から送られてくる位置標定信号を受信する。
α=arcTan(D(m)/L(m))=arcSin(ΔL(cm)/3(cm))
の関係がある。尚、D(m)は無線装置30のアンテナ35の設置高さとロボット10の基地局20のアンテナ群25(4つのアンテナ251a〜251dで囲まれた領域の中央部分)の高さとの差であり、L(m)は無線装置30のアンテナ35から下ろした垂線がロボット10が移動する平面と交わる点とアンテナ群25の中心とを結ぶ線分の長さであり、ΔL(cm)はアンテナ群25を構成しているアンテナ251のうち特定の2つのアンテナ251についての、夫々の無線装置30のアンテナ35との間の伝搬路長の差(以下、経路差とも称する。)である。
ΔL(cm)=Δθ/(2π/λ(cm))
の関係がある。また位置標定信号1000として2.4GHz帯の電波を用いる場合はλ=12.5(cm)であるので、
α=arcSin(Δθ/π)
の関係がある。測定可能範囲(−π/2<Δθ<π/2)内では、αはΔθ(ラジアン)から算出できるので、上式から無線装置30が存在する方向αを取得することができる。
Δd(x)=(H−h)×tan(ΔΦ(x))
Δd(y)=(H−h)×tan(ΔΦ(y))
Xx=X1+Δd(x)
Yy=Y1+Δd(y)
Δθ1=Δθt1+F1 ・・・式1
Δθ2=−Δθt2+F2 ・・・式2
Δθ1−Δθ2=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2) ・・・式3
θt=(Δθ1−Δθ2)/2 ・・・式4
ところで、基地局20によって行われる位置標定の精度は、位置標定部205によって位置標定を行うことが可能なエリア(以下、標定可能エリアとも称する。)の全体において必ずしも一様でなく、通常は基地局20と移動端末10との距離が短い(相対位置が近い)程、標定精度が高くなる。
以上に説明した位置標定システムの特性を利用すれば、ロボット10の現在位置を効率よく正確に取得仕組みを実現することができる。またこの仕組みによって取得した正確な現在位置を用いて、例えば、ロボット10がオドメトリにより推定している推定現在位置に累積している誤差を補正することもできる。以下、この仕組みについて具体例とともに説明する。
Δθ1=Δθt1+F1+α ・・・式5
Δθ2=−Δθt2+F2−α ・・・式6
(Δθ1−Δθ2)/2=((Δθt1+F+α)−(−Δθt2+F−α))/2
=((Δθt1+Δθt2)+2・α)/2
・・・式7
(Δθ1−Δθ2)/2=(2・Δθt+2・α)/2
=Δθt+α ・・・式8
θC+θD+θ23=180°(三角形の内角の和) ・・・式10
θA+(θB+θC)+θD+θ12+θ23=360°(四角形の内角の和)
・・・式11
θA+(θB+θC)+θD+θ23=360° ・・・式12
となり、これと式11とからθAとθDを求めることができる。
10 ロボット
20 基地局
30 無線装置
103 無線装置情報記憶部
104 無線装置捕捉部
105 現在位置取得部
301 位置標定信号送信部
Claims (4)
- 移動体の現在位置を取得するシステムであって、
移動体に設けられ、自身が移動するエリアの上方に設置された無線装置から送られてくる無線信号である位置標定信号を受信する、第1のアンテナ対及び第2のアンテナ対を有する、アンテナ群を含み、
前記第1のアンテナ対と前記第2のアンテナ対とは、前記第1のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第2のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設けられ、夫々の各アンテナは平面上に矩形状に並ぶように配置されており、
前記第1のアンテナ対の各アンテナ又は前記第2のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差に基づき当該移動体が存在する方向を求め、前記方向に基づき当該移動体の現在位置を標定する、基地局を含み、
前記移動体に設けられる、
前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定したX軸を含むXY平面に垂直な平面であるX軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記X軸と直角な方向に設定したY軸を含むXY平面に垂直な平面であるY軸方向平面のいずれかの近傍に少なくとも3つ以上の前記無線装置を捕捉することにより、自身から見た前記無線装置の夫々が存在する方向である相対方向を取得する手段、
前記無線装置の夫々の前記エリアにおける絶対位置に関する情報である無線装置情報を予め記憶もしくは取得する手段、及び
取得した前記相対方向と前記無線装置情報とに基づき、自身の前記エリアにおける絶対位置を求める手段
を含むことを特徴とする移動体の現在位置を取得するシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記移動体は、自身に設定された基準軸の方向と前記X軸又は前記Y軸の方向とがなす角を記憶もしくは取得し、前記相対方向と前記無線装置情報とに基づき、前記エリアにおいて前記基準軸が向いている絶対方向を取得する
ことを特徴とする移動体の現在位置を取得するシステム。 - 移動体の現在位置を取得する方法であって、
移動体に、当該移動体が移動するエリアの上方に設置された無線装置から送られてくる無線信号である位置標定信号を受信する、第1のアンテナ対及び第2のアンテナ対を含んだアンテナ群を設け、
前記第1のアンテナ対と前記第2のアンテナ対とを、前記第1のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第2のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設け、夫々の各アンテナを平面上に矩形状に並ぶように配置し、
前記移動体に、前記第1のアンテナ対の各アンテナ又は前記第2のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差に基づき当該移動体が存在する方向を求め、前記方向に基づき当該移動体の現在位置を標定する基地局を設け、
前記移動体が、
前記アンテナ群の前記矩形の中心を原点として前記矩形の一辺の方向に設定したX軸を含むXY平面に垂直な平面であるX軸方向平面、もしくは、前記矩形の中心を原点として前記X軸と直角な方向に設定したY軸を含むXY平面に垂直な平面であるY軸方向平面のいずれかの近傍に少なくとも3つ以上の前記無線装置を捕捉することにより、自身から見た前記無線装置の夫々が存在する方向である相対方向を取得し、
前記無線装置の夫々の前記エリアにおける絶対位置に関する情報である無線装置情報を予め記憶もしくは取得し、
取得した前記相対方向と前記無線装置情報とに基づき、自身の前記エリアにおける絶対位置を求める
ことを特徴とする移動体の現在位置を取得する方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記移動体は、自身に設定された基準軸の方向と前記X軸又は前記Y軸の方向とがなす角を記憶もしくは取得し、前記相対方向と前記無線装置情報とに基づき、前記エリアにおいて前記基準軸が向いている絶対方向を取得する
ことを特徴とする移動体の現在位置を取得する方法。
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