JP2007200045A

JP2007200045A - Autonomous mobile device

Info

Publication number: JP2007200045A
Application number: JP2006018211A
Authority: JP
Inventors: Masaru Komiyama; 優小宮山; Hitoshi Kitano; 斉北野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an autonomous mobile device for increasing the detecting precision of the position of an autonomous mobile device in a real available environment by calibrating an array response vector in the real use environment. <P>SOLUTION: A radio wave transmitter whose position in an absolute coordinate system is already known transmits a radio wave. An antenna 21 receives a radio wave from three or more radio wave transmitters, and estimates the arrival azimuth of the radio wave by collating a parameter equivalent to an array response vector with a parameter storage part 26 by an arrival azimuth estimating part 23. A measurement processing part 25 calculates a self-position by using the already known position of the radio wave transmitter and the arrival azimuth of the radio wave. In a calibration operation, the azimuth of the radio transmitter measured by a laser radar 5 and the parameter equivalent to the array response vector output from the antenna 21 are written in a parameter storage part so as to be associated with each other in such a status that the antenna 21 is put in a specific positional relation with the radio wave transmitter. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、対象空間に設定した絶対座標系における位置が既知である電波発信器が発信した電波の到来方位を検出し、電波の到来方位と電波発信器の既知の位置とを用い、後方交会法により絶対座標系における自己位置を求め、求めた自己位置に応じて自律的に移動する自律移動装置に関するものである。 The present invention detects the arrival direction of a radio wave transmitted by a radio wave transmitter whose position in the absolute coordinate system set in the target space is known, and uses the arrival direction of the radio wave and the known position of the radio wave transmitter to perform a backward association. The present invention relates to an autonomous mobile device that obtains a self-position in an absolute coordinate system by a method and moves autonomously according to the obtained self-position.

従来から、移動体の位置を検出する技術として、移動体から電波を送信するとともに、定位置に設置された基地局において移動体からの電波の到来方位を検出し、３個以上の基地局において求めた電波の到来方位を用いて前方交会法により移動体の位置を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a technique for detecting the position of a mobile object, a radio wave is transmitted from the mobile object, and the arrival direction of the radio wave from the mobile object is detected at a base station installed at a fixed position. A technique is known in which the position of a moving object is detected by a forward intersection method using the obtained arrival direction of radio waves (see, for example, Patent Document 1).

一方、ロランのように位置が既知である３個以上の電波標識からの電波を移動体において受信し、電波標識からの電波の到来方位を用いて後方交会法により移動体の位置を検出する技術も知られている。 On the other hand, a technique for receiving radio waves from three or more radio wave labels whose positions are known, such as Loran, in the mobile body and detecting the position of the mobile body by the backward intersection method using the arrival directions of the radio waves from the radio wave labels Is also known.

電波を用いて移動体の位置を検出する技術では、前方交会法を採用するか後方交会法を採用するかによらず、電波の到来方位を検出する必要がある。電波の到来方位を検出するために用いるアンテナとしては、特許文献１に記載されているように、多数個の素子アンテナをアレイ状に配列したアレイアンテナが知られている。また、素子アンテナを囲む形でリアクタンス素子を配列し、リアクタンス素子のリアクタンスを制御することによって指向性を変化させることができるＥＳＰＥＲアンテナと称するアンテナも用いることができる。 In the technology for detecting the position of a moving body using radio waves, it is necessary to detect the arrival direction of radio waves regardless of whether the forward intersection method or the backward intersection method is adopted. As an antenna used for detecting the arrival direction of a radio wave, an array antenna in which a large number of element antennas are arranged in an array is known as described in Patent Document 1. An antenna called an ESPER antenna that can change directivity by arranging reactance elements so as to surround the element antenna and controlling the reactance of the reactance elements can also be used.

アレイアンテナを用いる場合には、各素子アンテナの受信強度の分布から電波の到来方位を推定し、またＥＳＰＥＲアンテナを用いる場合には、指向性を変化させて得られた素子アンテナでの受信強度の分布から電波の到来方位を推定する。したがって、アレイアンテナを用いる場合とＥＳＰＥＲアンテナを用いる場合とのどちらの場合も、電波の受信により得られたベクトル（アレイ応答ベクトルと呼ぶ）と電波の到来方位とが対応付けられている。
特開平９−１１９９７０号公報 When using an array antenna, the arrival direction of the radio wave is estimated from the distribution of the reception intensity of each element antenna. When using the ESPER antenna, the reception intensity of the element antenna obtained by changing the directivity is obtained. Estimate the arrival direction of radio waves from the distribution. Therefore, in both cases of using an array antenna and an ESPER antenna, a vector (referred to as an array response vector) obtained by receiving a radio wave is associated with the arrival direction of the radio wave.
JP-A-9-119970

ところで、電波の到来方位とアレイ応答ベクトルとの対応付けは、一般に、外来ノイズの影響を受けない電波暗室内での実測により行われる。このように、電波暗室において実測によりアレイ応答ベクトルを決定するのは、素子アンテナのアンテナ開口のばらつき、素子アンテナ同士あるいは素子アンテナとリアクタンス素子あるいはリアクタンス素子同士の結合によるばらつき、アンテナ出力を処理する回路特性のばらつき、アンテナに接続されたケーブルの長さや形状による伝送特性のばらつきなどが電波の到来方位の検出精度に影響するからである。 Incidentally, the correlation between the arrival direction of radio waves and the array response vector is generally performed by actual measurement in an anechoic chamber that is not affected by external noise. As described above, the array response vector is determined by actual measurement in the anechoic chamber because of variations in the antenna openings of the element antennas, variations due to the coupling between the element antennas, the element antenna and the reactance element, or the reactance elements, and a circuit that processes the antenna output. This is because variations in characteristics and variations in transmission characteristics depending on the length and shape of the cable connected to the antenna affect the detection accuracy of the arrival direction of radio waves.

しかしながら、実使用時の環境では遮蔽物や反射物が多く存在するから、電波暗室で求めたアレイ応答ベクトルを適用して電波の到来方位を検出しようとすると、推定結果に大きなずれを生じることがある。 However, since there are many shields and reflectors in the actual use environment, applying the array response vector obtained in the anechoic chamber to detect the direction of arrival of radio waves may cause a large shift in the estimation results. is there.

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、実使用環境においてアレイ応答ベクトルのキャリブレーションを行うことにより、実使用環境において高精度に位置を検出することができる自律移動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to perform autonomous movement that can detect a position with high accuracy in an actual use environment by calibrating an array response vector in the actual use environment. To provide an apparatus.

請求項１の発明は、平面内で規定した絶対座標系における座標位置を既知位置に配置された３台以上の電波発信器からの電波の到来方位を用いて検出する位置検出器と、位置検出器に設定したローカル座標系において電波発信器の存在する方位を電波を用いずに実測する測角装置と、位置検出器および測角装置を前記平面内で移動させる駆動装置とを備え、位置検出器は、電波発信器からの電波を受信しアレイ応答ベクトルを出力するアンテナと、アレイ応答ベクトルを用いてローカル座標系における電波の到来方位を推定する到来方位推定部と、絶対座標系における電波発信器の位置を記憶した発信器座標記憶部と、到来方位推定部で推定した電波の到来方位と発信器座標記憶部が記憶している電波発信器の座標位置とを用いて絶対座標系における座標位置を求める測位処理部と、アレイ応答ベクトルに相当するパラメータが電波の到来方位に対応付けて格納され到来方位推定部からアレイ応答ベクトルに相当するパラメータが与えられると電波の到来方位を返す書換可能なパラメータ格納部と、電波の到来方位から絶対座標系における座標位置を求める通常動作と電波の到来方位とパラメータとをパラメータ格納部に書き込むキャリブレーション動作とを選択する動作制御部と、動作制御部がキャリブレーション動作を選択しアンテナが電波発信器に対して規定の位置関係である状態で、測角装置により実測した電波発信器の方位とアンテナから出力されているアレイ応答ベクトルに相当するパラメータとを対応付けてパラメータ格納部に書き込むキャリブレーション部とを備えることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a position detector for detecting a coordinate position in an absolute coordinate system defined in a plane by using arrival directions of radio waves from three or more radio wave transmitters arranged at known positions; A position measuring device that includes an angle measuring device that measures the azimuth of a radio wave transmitter in a local coordinate system set in the device without using radio waves, and a position detector and a drive device that moves the angle measuring device within the plane. The receiver receives an electric wave from the radio wave transmitter and outputs an array response vector, an arrival direction estimation unit that estimates the arrival direction of the radio wave in the local coordinate system using the array response vector, and a radio wave transmission in the absolute coordinate system An absolute coordinate system using the transmitter coordinate storage unit storing the transmitter position, the arrival direction of the radio wave estimated by the arrival direction estimation unit, and the coordinate position of the radio wave transmitter stored in the transmitter coordinate storage unit A positioning processing unit for obtaining a coordinate position and a parameter corresponding to the array response vector are stored in association with the arrival direction of the radio wave, and when the parameter corresponding to the array response vector is given from the arrival direction estimation unit, the arrival direction of the radio wave is returned. A rewritable parameter storage unit, an operation control unit for selecting a normal operation for obtaining a coordinate position in the absolute coordinate system from the arrival direction of radio waves, and a calibration operation for writing the arrival direction and parameters of radio waves in the parameter storage unit, and an operation Corresponds to the direction of the radio wave transmitter measured by the angle measuring device and the array response vector output from the antenna in a state where the control unit selects the calibration operation and the antenna is in a specified positional relationship with the radio wave transmitter. A calibration unit that associates parameters with each other and writes them to the parameter storage unit And wherein the Rukoto.

請求項１の発明の構成によれば、パラメータ格納部に設定されるアレイ応答ベクトルに相当するパラメータを測角装置で実測した電波発信器の方位と対応付けるから、実使用環境において電波発信器からの電波がアンテナに到達する経路に反射や遮断が生じていても、アンテナでの電波の受信条件に合致するパラメータを生成することができ、実使用環境における電波の到来方位の検出精度を高めることができ、ひいては位置検出器による座標位置の検出精度が高くなる。 According to the configuration of the first aspect of the invention, the parameter corresponding to the array response vector set in the parameter storage unit is associated with the direction of the radio wave transmitter measured by the angle measuring device. Even if reflection or blocking occurs in the path where the radio wave reaches the antenna, it is possible to generate a parameter that matches the reception condition of the radio wave at the antenna, and to improve the detection accuracy of the arrival direction of the radio wave in the actual use environment As a result, the accuracy of detecting the coordinate position by the position detector is increased.

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記駆動装置は前記キャリブレーション動作において、前記電波発信器に対する位置が規定されている基準点に前記アンテナが位置している状態でアンテナが１回転するように位置検出器を移動させ、前記キャリブレーション部はアンテナが１回転する間に得られたアレイ応答ベクトルに相当するパラメータを、測角装置で実測した方位に対応付けてパラメータ格納部に書き込むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the calibration operation, the driving device is configured such that the antenna is 1 in a state where the antenna is located at a reference point where a position with respect to the radio wave transmitter is defined. The position detector is moved so as to rotate, and the calibration unit associates the parameter corresponding to the array response vector obtained during one rotation of the antenna with the azimuth measured by the angle measuring device in the parameter storage unit. It is characterized by writing.

請求項２の発明の構成によれば、パラメータ格納部に設定するすべてのデータを実使用環境において設定することができるから、パラメータ格納部の設定にあたって電波暗室などを用いる必要がなく、設備が軽減されるとともに実使用環境での座標位置の検出精度が高くなる。 According to the configuration of the invention of claim 2, since all data to be set in the parameter storage unit can be set in the actual use environment, it is not necessary to use an anechoic chamber or the like for setting the parameter storage unit, and facilities are reduced. In addition, the accuracy of detecting the coordinate position in the actual use environment is increased.

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記位置検知器が前記電波発信器からの電波を受信可能な距離範囲は、前記測角装置が前記電波発信器の存在する方位を検出する距離範囲よりも大きく設定されており、前記位置検出器は前記アンテナの出力の減衰率を調節するアッテネータを備え、前記動作制御部は前記キャリブレーション動作において前記アンテナの出力の減衰率を前記通常動作時よりも大きくするようにアッテネータを制御することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the distance range in which the position detector can receive a radio wave from the radio wave transmitter, the angle measuring device exists in the radio wave transmitter. The position detector is set to be larger than the distance range for detecting the azimuth, the position detector includes an attenuator for adjusting the attenuation rate of the output of the antenna, and the operation control unit includes the attenuation rate of the output of the antenna in the calibration operation. The attenuator is controlled to be larger than that during the normal operation.

請求項３の発明の構成によれば、キャリブレーション動作の際に、測角装置により電波発信器の方位を実測することができるように位置検出器と電波発信器との距離を小さくしても、アッテネータの減衰率を大きくすることによって位置検出器における内部回路の飽和を防止することができる。また、通常動作の際には電波発信器からの電波を遠方でも適正な強度で受信することができるから、電波発信器の台数の増加を抑制できる。つまり、位置検出器における電波の受信に関するダイナミックレンジを実質的に大きくしたことになる。 According to the configuration of the invention of claim 3, even when the distance between the position detector and the radio wave transmitter is reduced so that the azimuth of the radio wave transmitter can be actually measured by the angle measuring device during the calibration operation. The saturation of the internal circuit in the position detector can be prevented by increasing the attenuation factor of the attenuator. In addition, during normal operation, radio waves from radio wave transmitters can be received at an appropriate intensity even from a distance, so that an increase in the number of radio wave transmitters can be suppressed. That is, the dynamic range related to reception of radio waves in the position detector is substantially increased.

本発明の構成によれば、パラメータ格納部に設定されるデータの少なくとも一部として実使用環境において実測したデータを用いるから、実使用環境における電波の到来方位の検出精度を高めることができるという利点があり、結果的に位置検出器による座標位置の検出精度が高くなるという利点を有する。 According to the configuration of the present invention, the data measured in the actual use environment is used as at least a part of the data set in the parameter storage unit, so that the detection accuracy of the arrival direction of the radio wave in the actual use environment can be improved. As a result, there is an advantage that the accuracy of detecting the coordinate position by the position detector is increased.

以下に説明する自律移動装置は、無人搬送車、無人清掃車などを想定しているが、本発明の技術思想の範囲内において他の装置に用いることを妨げるものではない。自律移動装置３の位置は、図４に示すように、自律移動装置３が移動する対象空間（対象平面）について規定した絶対座標系Ｏ−ＸＹの座標位置として検出される。具体的には、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置が既知である３台以上の電波発信器１から自律移動装置３に電波が到来する方位をそれぞれ検出し、各電波発信器１からの電波の到来方位と電波発信器１の座標位置とに基づいて、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける自律移動装置３の座標位置を検出する。また、自律移動装置３は、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける電波の到来方位を特定することはできないから、自律移動装置３について設定したローカル座標系ｏ−ｘｙにおいて電波の到来方位を検出する。ローカル座標系ｏ−ｘｙのｘｙ平面は絶対座標系Ｏ−ＸＹのＸＹ平面と一致しているか平行であるものとする。したがって、ローカル座標系ｏ−ｘｙにおいて検出した各電波発信器１からの電波の到来方位の間の相対角度は、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおいても保存される。 The autonomous mobile device described below is assumed to be an automatic guided vehicle, an automatic guided vehicle, etc., but does not preclude its use for other devices within the scope of the technical idea of the present invention. As shown in FIG. 4, the position of the autonomous mobile device 3 is detected as a coordinate position of an absolute coordinate system O-XY defined for a target space (target plane) in which the autonomous mobile device 3 moves. Specifically, the direction in which radio waves arrive at the autonomous mobile device 3 from three or more radio wave transmitters 1 whose coordinate positions in the absolute coordinate system O-XY are known is detected, and radio waves from each radio wave transmitter 1 are detected. The coordinate position of the autonomous mobile device 3 in the absolute coordinate system O-XY is detected based on the arrival direction of the radio wave and the coordinate position of the radio wave transmitter 1. Further, since the autonomous mobile device 3 cannot specify the arrival direction of the radio wave in the absolute coordinate system O-XY, the autonomous mobile device 3 detects the arrival direction of the radio wave in the local coordinate system o-xy set for the autonomous mobile device 3. It is assumed that the xy plane of the local coordinate system o-xy coincides with or is parallel to the XY plane of the absolute coordinate system O-XY. Therefore, the relative angle between the arrival directions of radio waves from each radio wave transmitter 1 detected in the local coordinate system o-xy is also stored in the absolute coordinate system O-XY.

本実施形態の自律移動装置３は、図１に示すように、電波発信器１からの電波の到来方位を検出して絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置を検出する装置として位置検出器２を搭載し、また自律移動装置３を移動させるための駆動装置３１を備える。駆動装置３１の駆動源は、モータやエンジンのような回転型のものに限らず伸縮型のアクチュエータなどどのようなものを用いてもよいが、駆動装置３１は自律移動装置３の移動方位を変えることができるように構成される。自律移動装置３は、位置検出器２により検出した自律移動装置３の座標位置を参照して、駆動装置３１による自律移動装置３の移動方位を決定する運転制御装置３２を備える。運転制御装置３２は、自律移動装置３が移動する対象空間の地図情報を保持した地図情報格納部３３を備えており、位置検出器２で検出した座標位置を地図情報格納部３３に保持された地図情報と照合することにより、地図情報で示された障害物と自律移動装置３との衝突を回避したり、地図情報に含まれる目標物に自律移動装置３を到達させるように、駆動装置３１による自律移動装置３の移動を制御する。 As shown in FIG. 1, the autonomous mobile device 3 of the present embodiment uses a position detector 2 as a device that detects the arrival direction of a radio wave from the radio wave transmitter 1 and detects the coordinate position in the absolute coordinate system O-XY. It is equipped with a drive device 31 for mounting and moving the autonomous mobile device 3. The drive source of the drive device 31 is not limited to a rotary type such as a motor or an engine, but any type such as a telescopic actuator may be used, but the drive device 31 changes the moving direction of the autonomous mobile device 3. Configured to be able to. The autonomous mobile device 3 includes an operation control device 32 that determines the moving direction of the autonomous mobile device 3 by the drive device 31 with reference to the coordinate position of the autonomous mobile device 3 detected by the position detector 2. The driving control device 32 includes a map information storage unit 33 that holds map information of a target space to which the autonomous mobile device 3 moves, and the coordinate position detected by the position detector 2 is held in the map information storage unit 33. By collating with the map information, the driving device 31 is configured so as to avoid a collision between the obstacle indicated by the map information and the autonomous mobile device 3 or to allow the autonomous mobile device 3 to reach the target included in the map information. The movement of the autonomous mobile device 3 is controlled.

以下では、位置検出器２の構成および位置検出器２による絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置の検出方法について説明する。 Below, the structure of the position detector 2 and the method of detecting the coordinate position in the absolute coordinate system O-XY by the position detector 2 will be described.

電波発信器１は、図３に示すように、地上に立設された支柱１１の上端部に取り付けられているものとする。また、この支柱１１には電波発信器１の下方においてリフレクタ１２が固定される。各電波発信器１は異なる周波数の電波を送信しており、周波数の相違によって電波発信器１が識別される。リフレクタ１２は光を反射するものであれば、どのような構成でもよいが、回帰反射（プリズムのような光学要素を用い入射した光を同方位に出射させる反射）を生じるように構成したものが望ましい。リフレクタ１２の機能については後述する。 As shown in FIG. 3, the radio wave transmitter 1 is assumed to be attached to the upper end portion of a column 11 erected on the ground. A reflector 12 is fixed to the support 11 below the radio wave transmitter 1. Each radio wave transmitter 1 transmits radio waves of different frequencies, and the radio wave transmitters 1 are identified by the difference in frequency. The reflector 12 may have any configuration as long as it reflects light, but the reflector 12 is configured to generate regressive reflection (reflection that causes incident light to be emitted in the same direction using an optical element such as a prism). desirable. The function of the reflector 12 will be described later.

位置検出器２は、電波発信器１からの電波を受信するアンテナ２１と、アンテナ２１の出力から電波の到来方位を検出するための成分を取り出すとともに抽出した成分を以後の処理のためにデジタル信号に変換する機能を有した信号処理回路部２２と、信号処理回路部２２の出力を用いてローカル座標系ｏ−ｘｙにおける電波の到来方位を推定する到来方位推定部２３とを備える。また、位置検出器２では、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置を求めるために、電波発信器１の座標位置を知る必要があるから、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける電波発信器１の座標をあらかじめ登録した発信器座標記憶部２４が設けられ、さらに、到来方位推定部２３で推定された到来方位と発信器座標記憶部２４に登録された電波発信器１の座標位置とを用いて自律移動装置３の座標位置を求める測位処理部２５が設けられる。 The position detector 2 extracts the component for detecting the arrival direction of the radio wave from the antenna 21 that receives the radio wave from the radio wave transmitter 1 and the output of the antenna 21 and converts the extracted component into a digital signal for subsequent processing. A signal processing circuit unit 22 having a function of converting to a signal, and an arrival direction estimation unit 23 that estimates the arrival direction of radio waves in the local coordinate system o-xy using the output of the signal processing circuit unit 22. Further, since the position detector 2 needs to know the coordinate position of the radio wave transmitter 1 in order to obtain the coordinate position in the absolute coordinate system O-XY, the coordinates of the radio wave transmitter 1 in the absolute coordinate system O-XY are determined. A transmitter coordinate storage unit 24 registered in advance is provided, and autonomous movement is performed using the arrival direction estimated by the arrival direction estimation unit 23 and the coordinate position of the radio wave transmitter 1 registered in the transmitter coordinate storage unit 24. A positioning processing unit 25 for obtaining the coordinate position of the device 3 is provided.

自律移動装置３の座標位置は、自律移動装置３の代表点の座標位置であって、以下の説明では位置検出器２に設けたアンテナ２１を基準として設定したローカル座標系ｏ−ｘｙの原点の座標位置を、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける自律移動装置３の座標位置に用いるものとする。アンテナ２１は、電波の到来方位を検出することができるように構成されたものを用い、本実施形態では、複数本（図示例では４本）の素子アンテナ２１ａを基台２１ｂに立設した形状のアレイアンテナをアンテナ２１として用いる。各素子アンテナ２１ａはモノポールであって、基台２１ｂの一面に仮想的に設定した正方形の頂点に各素子アンテナ２１ａが位置するように配置される。ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点は、素子アンテナ２１ａに囲まれた部位の中心、すなわち仮想的に設定した正方形の中心とする。 The coordinate position of the autonomous mobile device 3 is the coordinate position of the representative point of the autonomous mobile device 3, and in the following description, the coordinate position of the local coordinate system o-xy set with the antenna 21 provided in the position detector 2 as a reference. The coordinate position is used as the coordinate position of the autonomous mobile device 3 in the absolute coordinate system O-XY. The antenna 21 is configured to be able to detect the arrival direction of radio waves. In this embodiment, a plurality of (four in the illustrated example) element antennas 21a are erected on the base 21b. The array antenna is used as the antenna 21. Each element antenna 21a is a monopole, and is arranged such that each element antenna 21a is positioned at the apex of a square virtually set on one surface of the base 21b. The origin of the local coordinate system o-xy is the center of the part surrounded by the element antenna 21a, that is, the center of a virtually set square.

アンテナ２１の出力は信号処理回路部２２に入力される。信号処理回路部２２は、図２に示すように、各素子アンテナ２１ａごとのゲインを切り換えるアッテネータ２２ａと、素子アンテナ２１ａで受信した信号を一定周波数に周波数変換する混合回路２２ｂと、混合回路２２ｂに局発信号を与える局部発振回路２２ｃとを備え、さらに、混合回路２２ｂの出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部２２ｄを備える。 The output of the antenna 21 is input to the signal processing circuit unit 22. As shown in FIG. 2, the signal processing circuit unit 22 includes an attenuator 22a that switches the gain for each element antenna 21a, a mixing circuit 22b that converts a signal received by the element antenna 21a to a constant frequency, and a mixing circuit 22b. A local oscillation circuit 22c for supplying a local oscillation signal, and an AD conversion unit 22d for converting the output of the mixing circuit 22b into a digital signal.

アッテネータ２２ａおよび混合回路２２ｂは素子アンテナ２１ａと同数個設けられる。混合回路２２ｂはＩＱ分離（実数成分と虚数成分の分離）の機能も備える。混合回路２２ｂではダウンコンバートを行っており、局部発振回路２２ｃから出力する局発信号の周波数（局発周波数）を変化させることによって、混合回路２２ｂでは一定周波数への周波数変換を行う。したがって、混合回路２２ｂの出力に所定周波数を通過させる帯域フィルタを設けておくことにより、素子アンテナ２１ａで受信した信号のうち局発周波数に対応する成分のみが混合回路２２ｂから出力されることになる。つまり、局発周波数を変化させることによって、各電波発信器１からの電波に対応した成分を混合回路２２ｂから取り出すことができる。なお、混合回路２２ｂの出力周波数は、ＡＤ変換部２２ｄにおけるサンプリングに適した周波数（サンプリング周波数の２分の１以下の周波数）に設定される。 The same number of attenuators 22a and mixing circuits 22b as the element antennas 21a are provided. The mixing circuit 22b also has a function of IQ separation (separation of real and imaginary components). The mixing circuit 22b performs down-conversion, and the mixing circuit 22b performs frequency conversion to a constant frequency by changing the frequency (local frequency) of the local oscillation signal output from the local oscillation circuit 22c. Therefore, by providing a band-pass filter that passes a predetermined frequency at the output of the mixing circuit 22b, only the component corresponding to the local frequency is output from the mixing circuit 22b in the signal received by the element antenna 21a. . That is, the component corresponding to the radio wave from each radio wave transmitter 1 can be extracted from the mixing circuit 22b by changing the local oscillation frequency. Note that the output frequency of the mixing circuit 22b is set to a frequency suitable for sampling in the AD converter 22d (a frequency equal to or less than half the sampling frequency).

ＡＤ変換部２２ｄは、混合回路２２ｂから出力された実数成分と虚数成分とをそれぞれデジタル値に変換する。ＡＤ変換部２２ｄについて、サンプリング周波数、サンプリング点数、出力ビット数は、たとえば１０ＭＨｚ、１０００点、１２ビットとする。電波発信器１はそれぞれ異なる周波数の電波を送信しているから、ＡＤ変換部２２ｄでは各周波数ごとにサンプリング点数分のサンプリングを行う。本実施形態では、４台の電波発信器１からの電波を受信するものとして、受信周波数を４回切り換える（図５参照）。なお、受信周波数は、自律移動装置３の現在位置に応じて、近距離に存在する電波発信器１からの電波を受信するように選択される。 The AD conversion unit 22d converts the real number component and the imaginary number component output from the mixing circuit 22b into digital values, respectively. For the AD converter 22d, the sampling frequency, the number of sampling points, and the number of output bits are, for example, 10 MHz, 1000 points, and 12 bits. Since the radio wave transmitter 1 transmits radio waves of different frequencies, the AD converter 22d performs sampling for the number of sampling points for each frequency. In this embodiment, the reception frequency is switched four times on the assumption that radio waves from four radio wave transmitters 1 are received (see FIG. 5). Note that the reception frequency is selected according to the current position of the autonomous mobile device 3 so as to receive a radio wave from the radio wave transmitter 1 existing at a short distance.

図５における期間Ｔｒは１台の電波発信器１からの電波を受信している期間であり、この期間Ｔｒには受信周波数が一定に保たれる。また、図５の期間Ｔｓは受信周波数を切り換える間の期間である。ＡＤ変換部２２ｄの出力は、到来方位推定部２３の機能を実現するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２０ａに入力される。ＤＳＰ２０ａは、素子アンテナ２１ａで受信した電波の実数成分と虚数成分とを用いて電波の到来方位を推定する。一方、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける位置検出器２の座標位置を登録した発信器座標記憶部２４は、ＤＳＰ２０ａに付設された内部メモリ２０ｂにより実現される。発信器座標記憶部２４には、電波発信器１の座標位置のほか電波発信器１からの送信信号の周波数も記憶されており、自律移動装置３から近距離に存在する電波発信器１を４台選択し、当該電波発信器１の周波数に応じて局部発振回路２２ｃの局発周波数を選択できる。 A period Tr in FIG. 5 is a period in which radio waves from one radio wave transmitter 1 are received, and the reception frequency is kept constant during this period Tr. A period Ts in FIG. 5 is a period during which the reception frequency is switched. The output of the AD conversion unit 22d is input to a DSP (digital signal processor) 20a that realizes the function of the arrival direction estimation unit 23. The DSP 20a estimates the arrival direction of the radio wave using the real component and the imaginary component of the radio wave received by the element antenna 21a. On the other hand, the transmitter coordinate storage unit 24 in which the coordinate position of the position detector 2 in the absolute coordinate system O-XY is registered is realized by an internal memory 20b attached to the DSP 20a. In addition to the coordinate position of the radio wave transmitter 1, the transmitter coordinate storage unit 24 stores the frequency of the transmission signal from the radio wave transmitter 1. The local oscillator frequency of the local oscillation circuit 22c can be selected according to the frequency of the radio wave transmitter 1 by selecting the base.

ＤＳＰ２０ａは、測位処理部２５としての機能も備えており、ＡＤ変換部２２ｄから出力された実数成分および虚数成分により求めた電波の到来方位と、内部メモリ２０ｂに登録された電波発信器１の座標位置とを用いて、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける自律移動装置３の座標位置を演算により求める。この演算のために、図５に示す期間Ｔｔにおいて、ＤＳＰ２０ａでは、ＡＤ変換部２２ｄに設けたバッファからＡＤ変換部２２ｄの出力を読み込み、期間Ｔｕにおいて、電波の到来方位を推定する演算を行った後、電波発信器１の座標位置を用いて自律移動装置３の座標位置を求める演算を行う。演算結果は運転制御装置３２に転送され、駆動装置３１の制御に用いられる。図５では演算結果を運転制御装置３２に転送する時間Ｔｖも示してある。ＤＳＰ２０ａからは、座標位置のほか、電波の到来方位と各素子アンテナ２１ａでの受信電力も出力される。 The DSP 20a also has a function as the positioning processing unit 25. The arrival direction of the radio wave obtained from the real number component and the imaginary number component output from the AD conversion unit 22d and the coordinates of the radio wave transmitter 1 registered in the internal memory 20b. Using the position, the coordinate position of the autonomous mobile device 3 in the absolute coordinate system O-XY is obtained by calculation. For this calculation, in the period Tt shown in FIG. 5, the DSP 20a reads the output of the AD conversion unit 22d from the buffer provided in the AD conversion unit 22d, and performs the calculation for estimating the arrival direction of the radio wave in the period Tu. Then, the calculation which calculates | requires the coordinate position of the autonomous mobile device 3 using the coordinate position of the electromagnetic wave transmitter 1 is performed. The calculation result is transferred to the operation control device 32 and used for controlling the drive device 31. FIG. 5 also shows the time Tv for transferring the calculation result to the operation control device 32. In addition to the coordinate position, the DSP 20a also outputs the arrival direction of radio waves and the received power at each element antenna 21a.

電波発信器１からの電波をアンテナ２１で受信してからＤＳＰ２０ａでの演算結果を運転制御装置３２に転送するまでの時間は、たとえば２５０ｍｓであって、アンテナ２１を用いて電波発信器１からの電波を受信する期間は、この期間の一部であるから、４台の電波発信器１からの電波を順に受信しても、その期間には自律移動装置３の座標位置には実質的に変化がないとみなすことができる。つまり、実質的に同時刻に受信した４台の電波発信器１からの電波を用いて自律移動装置３の座標位置を求めていることになる。 The time from when the radio wave from the radio wave transmitter 1 is received by the antenna 21 to when the calculation result of the DSP 20a is transferred to the operation control device 32 is, for example, 250 ms. Since the period for receiving radio waves is a part of this period, even if the radio waves from the four radio wave transmitters 1 are received in order, the coordinate position of the autonomous mobile device 3 substantially changes during that period. It can be considered that there is no. That is, the coordinate position of the autonomous mobile device 3 is obtained using the radio waves from the four radio wave transmitters 1 received at substantially the same time.

また、位置検出器２では、電波発信器１ごとに局発周波数を変化させる必要があるが、１台の電波発信器１からの電波の到来方位を検出する間にはアンテナ２１の受信条件を変化させる必要がないから、１台ずつの電波発信器１については電波の到来方位を短時間で推定することができる。つまり、自律移動装置３では、電波発信器１とアンテナ２１との相対位置が比較的短時間で変動するが、各電波発信器１からの電波の到来方位を推定するのに必要なデータを収集する時間は短いから、電波の到来方位を正確に求めることができる。 Further, in the position detector 2, it is necessary to change the local oscillation frequency for each radio wave transmitter 1, but the reception condition of the antenna 21 is changed while the arrival direction of the radio wave from one radio wave transmitter 1 is detected. Since there is no need to change, the arrival direction of radio waves can be estimated in a short time for each radio wave transmitter 1. That is, in the autonomous mobile device 3, the relative position between the radio wave transmitter 1 and the antenna 21 fluctuates in a relatively short time, but data necessary for estimating the arrival direction of the radio wave from each radio wave transmitter 1 is collected. Since the time to perform is short, the arrival direction of the radio wave can be accurately obtained.

以下では、図６を用いて、測位処理部２５においてアンテナ２１の座標位置を求める技術についてさらに詳しく説明する。上述のように、ローカル座標系ｏ−ｘｙはアンテナ２１の中心に原点（ｏ）を設定してあり、測位処理部２５では絶対座標系Ｏ−ＸＹのＸＹ平面内での原点（ｏ）の座標位置（Ｘ，Ｙ）を求める。原点（ｏ）の座標位置（Ｘ，Ｙ）を求めるために用いることができる情報は、３台以上の電波発信器１の絶対座標系Ｏ−ＸＹでの座標位置と電波発信器１からの電波の到来方位である。ただし、ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）の周りでの回転、つまりＸ軸とｘ軸とがなす角度は不明であるから、電波到来方位について絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける方位は求めることができない。絶対座標系Ｏ−ＸＹに関して求めることができる角度の情報は、２個の電波発信器１からの電波の到来方位の角度差になる。一方、絶対座標系Ｏ−ＸＹでの電波発信器１の位置は発信器座標記憶部２４に格納されているから、２個の電波発信器１からの電波の到来方位の角度差がわかると、２個の電波発信器１を結ぶ線分を弦とし、２個の電波発信器１からの電波の到来方位の角度差を前記弦に張る円周角とする１個の円周を設定することができる。この円周は、２個の電波発信器１とアンテナ２１の原点（ｏ）とを通る円周になる。 Hereinafter, a technique for obtaining the coordinate position of the antenna 21 in the positioning processing unit 25 will be described in more detail with reference to FIG. As described above, in the local coordinate system o-xy, the origin (o) is set at the center of the antenna 21, and the positioning processing unit 25 coordinates the origin (o) in the XY plane of the absolute coordinate system O-XY. The position (X, Y) is obtained. Information that can be used to determine the coordinate position (X, Y) of the origin (o) is the coordinate position in the absolute coordinate system O-XY of the three or more radio wave transmitters 1 and the radio wave from the radio wave transmitter 1. Is the direction of arrival. However, since the rotation around the origin (o) of the local coordinate system o-xy, that is, the angle formed by the X axis and the x axis is unknown, the azimuth in the absolute coordinate system O-XY should be obtained for the radio wave arrival azimuth. I can't. The angle information that can be obtained with respect to the absolute coordinate system O-XY is the angle difference between the arrival directions of the radio waves from the two radio wave transmitters 1. On the other hand, since the position of the radio wave transmitter 1 in the absolute coordinate system O-XY is stored in the transmitter coordinate storage unit 24, if the angle difference between the arrival directions of the radio waves from the two radio wave transmitters 1 is known, A line segment connecting two radio wave transmitters 1 is set as a string, and one circumference is set with an angular difference of arrival directions of radio waves from the two radio wave transmitters 1 being set as a circumferential angle extending on the string. Can do. This circumference is a circumference that passes through the two radio wave transmitters 1 and the origin (o) of the antenna 21.

すなわち、３個の電波発信器１からの電波についてローカル座標系ｏ−ｘｙでの到来方位を検出すれば、通常は２個の円周を設定することができ、両円周の交点にアンテナ２１の原点（ｏ）が位置すると推定することができる。２個の円周の交点は２個存在するが、一方の交点はアンテナ２１の位置ではなく、２個の円周の設定に共用した電波発信器１の位置になる。言い換えると、２個の円周の２個の交点のうち電波発信器１の位置ではないほうがアンテナ２１の位置になる。測位処理部２５は、上述の原理によって絶対座標系Ｏ−ＸＹにおけるアンテナ２１の原点（ｏ）の位置の座標（Ｘ，Ｙ）を求める演算を行う。この演算は、カッシーニの解法として知られている。カッシーニの解法については既知であるから、演算式のみを示す。 That is, if the arrival directions in the local coordinate system o-xy are detected for the radio waves from the three radio wave transmitters 1, normally two circles can be set, and the antenna 21 is located at the intersection of both circles. It can be estimated that the origin (o) of is located. There are two intersections of two circumferences, but one intersection is not the position of the antenna 21 but the position of the radio wave transmitter 1 shared for setting the two circumferences. In other words, the position of the antenna 21 is not the position of the radio wave transmitter 1 among the two intersections of the two circumferences. The positioning processing unit 25 performs a calculation for obtaining the coordinates (X, Y) of the position of the origin (o) of the antenna 21 in the absolute coordinate system O-XY based on the above-described principle. This operation is known as Cassini's solution. Since the Cassini solution is known, only the arithmetic expression is shown.

いま、３個の電波発信器１の設置位置の座標が既知であるとする。また、ローカル座標系ｏ−ｘｙにおける各電波発信器１からの電波の到来方位も既知であるとする。図６に従って３個の電波発信器１の位置をそれぞれ点Ｐ１〜Ｐ３で表し、ＸＹ平面における点Ｐ１〜Ｐ３の座標を、それぞれ（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）とする。また、点Ｐ１，Ｐ２の位置の電波発信器１から受信した電波の到来方位の角度差（円周角）をＡ、点Ｐ２，Ｐ３の位置の電波発信器１から受信した電波の到来方位の角度差（円周角）をＢとする。 Assume that the coordinates of the installation positions of the three radio wave transmitters 1 are already known. Also, it is assumed that the arrival directions of radio waves from each radio wave transmitter 1 in the local coordinate system o-xy are known. According to FIG. 6, the positions of the three radio wave transmitters 1 are represented by points P1 to P3, respectively, and the coordinates of the points P1 to P3 on the XY plane are respectively (X1, Y1) (X2, Y2) (X3, Y3). . Further, the angle difference (circumferential angle) of the arrival directions of the radio waves received from the radio wave transmitter 1 at the positions of points P1 and P2 is A, and the arrival direction of the radio waves received from the radio wave transmitter 1 at the positions of points P2 and P3. The angle difference (circumferential angle) is B.

線分Ｐ１Ｐ２を弦としこの弦に張る円周角Ａの円周と、線分Ｐ２Ｐ３を弦としこの弦に張る円周角Ｂの円周とを設定すると、両円周の交点Ｐ，Ｐ２のうち点Ｐ２ではないほうがアンテナ２１の位置になる。つまり、座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）と角度差Ａ，Ｂとから、座標（Ｘ，Ｙ）を求める。交点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ）を求めるには、線分Ｐ２Ｐに直交し点Ｐを通る補助線を設定する。この補助線と各円周との交点をＰｃ，Ｐｄとするとき、線分Ｐ２Ｐｃ，Ｐ２Ｐｄはそれぞれ各円の直径になる。ここで、点Ｐｃ，Ｐｄの座標をそれぞれ（Ｘｃ，Ｙｃ）（Ｘｄ，Ｙｄ）とする。以上の関係を用いることによって、座標（Ｘ，Ｙ）は数１のように表すことができる。 When the circumference of the circumference angle A that stretches around this string with the line segment P1P2 as the string and the circumference of the circumference angle B that stretches around this string with the line segment P2P3 as the string are set, the intersections P and P2 of both circumferences Of these, the position of the antenna 21 is not the point P2. That is, the coordinates (X, Y) are obtained from the coordinates (X1, Y1) (X2, Y2) (X3, Y3) and the angle differences A, B. In order to obtain the coordinates (X, Y) of the intersection point P, an auxiliary line orthogonal to the line segment P2P and passing through the point P is set. When the intersections between the auxiliary line and each circumference are Pc and Pd, the line segments P2Pc and P2Pd are the diameters of the respective circles. Here, the coordinates of the points Pc and Pd are respectively (Xc, Yc) (Xd, Yd). By using the above relationship, the coordinates (X, Y) can be expressed as in Equation 1.

また、求めた座標（Ｘ，Ｙ）を用いることにより、１つの電波発信器１に関して、ローカル座標系ｏ−ｘｙにおける電波の到来方位φと、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける電波発信器１の位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）とから、次式によりＸＹ平面内でのローカル座標系ｏ−ｘｙの回転角度θ（図４参照）、言い換えるとアンテナ２１の絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける方位を求めることができる。
θ＝ｔａｎ^−１｛（Ｙ１−Ｙ）／（Ｘ１−Ｘ）｝−φ
以上のように、３個の電波発信器１からの電波の到来方位と各電波発信器１の座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）とを用いることにより、アンテナ２１の位置の座標（Ｘ，Ｙ）とアンテナ２１の方位とを知ることができる。 Further, by using the obtained coordinates (X, Y), with respect to one radio wave transmitter 1, the arrival direction φ of the radio wave in the local coordinate system o-xy and the position of the radio wave transmitter 1 in the absolute coordinate system O-XY. The rotation angle θ of the local coordinate system o-xy in the XY plane (see FIG. 4), in other words, the orientation of the antenna 21 in the absolute coordinate system O-XY is obtained from the coordinates (X1, Y1) of Can do.
θ = tan ⁻¹ {(Y1−Y) / (X1−X)} − φ
As described above, by using the arrival directions of the radio waves from the three radio wave transmitters 1 and the coordinates (X1, Y1) (X2, Y2) (X3, Y3) of each radio wave transmitter 1, the antenna 21 The position coordinates (X, Y) and the orientation of the antenna 21 can be known.

ところで、本実施形態の到来方位推定部２３では、アンテナ２１の出力を用いて各電波発信器１からの電波の到来方位を推定するために、以下に説明する相関行列Ｒｘｘを生成する。すなわち、到来方位推定部２３では、電波発信器１から送信される電波の各周波数ごとに時刻ｔ（実質的に同時刻とみなす）における４種類の受信出力ｘ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３，４）が得られるから、受信出力ｘ_ｉ（ｔ）を成分に持つ数２のようなアレイ応答ベクトル［ｘ（ｔ）］を用いて数３に示す相関行列Ｒｘｘを生成することができる。ここに、各受信出力ｘ_ｉ（ｔ）は実数成分と虚数成分とを有している。また、［ｘ］はｘがベクトルであることを示す。なお、本実施形態のアンテナ２１はアレイアンテナであるから、受信出力ｘ_ｉ（ｔ）は、各素子アンテナ２１ａで同時刻に受信した出力の組合せであり、受信する位置が異なる複数個の出力を組み合わせたアレイ応答ベクトルで表される。 By the way, the arrival direction estimation unit 23 of the present embodiment generates a correlation matrix Rxx described below in order to estimate the arrival direction of the radio wave from each radio wave transmitter 1 using the output of the antenna 21. That is, the arrival direction estimation unit 23 receives four types of reception outputs x _i (t) (i = 1, 1) at time t (substantially regarded as the same time) for each frequency of the radio wave transmitted from the radio wave transmitter 1. 2, 3, 4), the correlation matrix Rxx shown in Equation 3 is generated using the array response vector [x (t)] as in Equation 2 having the received output x _i (t) as a component. Can do. Here, each reception output x _i (t) has a real component and an imaginary component. [X] indicates that x is a vector. Note that since the antenna 21 of the present embodiment is an array antenna, the reception output x _i (t) is a combination of outputs received at the same time by each element antenna 21a, and a plurality of outputs having different reception positions are obtained. It is represented by a combined array response vector.

ただし、Ｅ［［ｘ］］はアンサンブル平均（期待値）を表す。また、Ｔは転置を表す。 However, E [[x]] represents an ensemble average (expected value). T represents transposition.

相関行列Ｒｘｘを評価してローカル座標系ｏ−ｘｙにおける電波の到来方位を求める方法には、さまざまな方法が知られているが、本実施形態ではＭＵＳＩＣ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｉｇｎａｌＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を採用している。ＭＵＳＩＣ法では、アンテナ２１の指向性を変化させて電界強度のもっとも大きくなる方位を探し出す方法（誤差が数十度）に比較すると、電波の到来方位を検出する精度が大幅に高くなる（誤差が１〜２度）。 The method of determining the arrival direction of radio waves in the local coordinate system o-xy evaluates the correlation matrix Rxx, although various methods are known, employs the MUSIC (Mu ltiple Si gnal C lassification ) method in this embodiment is doing. In the MUSIC method, the accuracy of detecting the arriving direction of radio waves is significantly higher than the method of searching for the direction in which the electric field strength is greatest by changing the directivity of the antenna 21 (the error is several tens of degrees). 1-2 degrees).

ＭＵＳＩＣ法では、相関行列Ｒｘｘの固有値の数から到来する電波の波数Ｌを推定する。また、相関行列Ｒｘｘの固有ベクトルにより到来方位φをパラメータとするＭＵＳＩＣスペクトラムＰ_ＭＵ（φ）という数４で表される評価関数を求め、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰ_ＭＵ（φ）が極大になる到来方位について受信電界強度を評価することにより、電波発信器１からの電波の到来方位を求める。数４は熱雑音電力に等しい固有値に対応する固有ベクトル｛ｅ_Ｌ＋１，…，ｅ_Ｋ｝を用いており、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰ_ＭＵ（φ）によりφに関するスペクトラムのＬ個のピークを探し｛φ_１，…，φ_Ｌ｝を求める。数４においてＥ_Ｎは固有ベクトル行列であり、ａ（φ）はアンテナ２１のアレイマニホールド、Ｈは共役転置を表す。 In the MUSIC method, the wave number L of an incoming radio wave is estimated from the number of eigenvalues of the correlation matrix Rxx. In addition, an evaluation function expressed by Equation 4 called MUSIC spectrum P _MU (φ) with arrival azimuth φ as a parameter is obtained from the eigenvector of correlation matrix Rxx, and the received electric field for the arrival azimuth where MUSIC spectrum P _MU (φ) is maximized. The arrival direction of the radio wave from the radio wave transmitter 1 is obtained by evaluating the intensity. Equation 4 uses eigenvectors {e _{L + 1} ,..., E _K } corresponding to eigenvalues equal to the thermal noise power, and searches for L peaks of the spectrum related to φ using the MUSIC spectrum P _MU (φ) {φ ₁ ,. , Φ _L }. E _N In Equation 4 is the eigenvector matrix, a (phi) is the array manifold antenna 21, H denotes a conjugate transpose.

ただし、電波の到来方位は上述のような演算式による演算を行うのではなく、アンテナ２１への電波の入射方位に対する各素子アンテナ２１ａの出力の組合せであるアレイ応答ベクトル［ｘ（ｔ）］（ＡＤ変換部２２ｄからＤＳＰ２０ａに入力される信号値の組）を規格化したパラメータと、電波の到来方位とを対応付けて格納したデータテーブルａ（φ）（アレイ応答ベクトルに相当するデータの集合であるから、アレイマニホールドと呼ぶ）であるパラメータ格納部２６を設けておき、到来方位推定部２３では、ＡＤ変換部２２ｄからアレイ応答ベクトル［ｘ（ｔ）］が入力されると、パラメータ格納部２６のアレイマニホールドａ（φ）に照合することによって、電波の到来方位を推定する。 However, the arrival direction of the radio wave is not calculated by the above-described arithmetic expression, but an array response vector [x (t)] (which is a combination of the output of each element antenna 21a with respect to the incident direction of the radio wave to the antenna 21) A data table a (φ) (a set of data corresponding to an array response vector) in which parameters obtained by standardizing a set of signal values input from the AD conversion unit 22d to the DSP 20a and the arrival directions of radio waves are associated with each other. Therefore, the arrival direction estimation unit 23 receives the array response vector [x (t)] from the AD conversion unit 22d, and the parameter storage unit 26 is provided. The arrival direction of the radio wave is estimated by collating with the array manifold a (φ).

アンテナ２１を構成する個々の素子アンテナ２１ａの出力は、電波発信器１からの電波の到来方位だけではなく、電波発信器１との距離によっても変化するから、４個の素子アンテナ２１ａのうちの１個の素子アンテナ２１ａの出力を基準値とし、他の３個の素子アンテナ２１ａの出力を基準値で除算した値を規格化したパラメータとして用いる。したがって、パラメータ格納部２６では、１方位について６個（実数成分と虚数成分とが各３個）のパラメータを持つ。たとえば１度刻みで０〜３６０度の範囲のパラメータを対応付ける。パラメータ格納部２６におけるパラメータの設定方法については後述する。 Since the output of each element antenna 21a constituting the antenna 21 varies not only with the arrival direction of the radio wave from the radio wave transmitter 1, but also with the distance from the radio wave transmitter 1, of the four element antennas 21a. A value obtained by dividing the output of one element antenna 21a as a reference value and dividing the output of the other three element antennas 21a by the reference value is used as a standardized parameter. Therefore, the parameter storage unit 26 has six parameters (three real number components and three imaginary number components) for one direction. For example, parameters in the range of 0 to 360 degrees are associated with 1 degree increments. A parameter setting method in the parameter storage unit 26 will be described later.

上述のようにして電波発信器１からの電波を受信することによって自律移動装置３の絶対座標を求めることができるが、電波の多重反射やノイズの存在によって、求めた絶対座標に異常値を生じることがある。そこで、自律移動装置３は、電波を用いずにセンサを用いて位置を求めるデッドレコニング４を搭載している。デッドレコニング４には、自律移動装置３で移動した移動距離を求めるための速度センサ４１と、自律移動装置３で移動したときの移動方位を求めるためのジャイロセンサ４２とを設けてある。速度センサ４１とジャイロセンサ４２との出力は、マイクロコンピュータからなる走行演算部４３に与えられ、走行演算部４３では、速度センサ４１の出力を積分して距離に換算し、ジャイロセンサ４２で検出した移動方位の変化に対応付ける。 The absolute coordinates of the autonomous mobile device 3 can be obtained by receiving radio waves from the radio wave transmitter 1 as described above, but an abnormal value is generated in the obtained absolute coordinates due to the multiple reflection of radio waves and the presence of noise. Sometimes. Therefore, the autonomous mobile device 3 is equipped with dead reckoning 4 for obtaining a position using a sensor without using radio waves. The dead reckoning 4 is provided with a speed sensor 41 for obtaining a moving distance moved by the autonomous mobile device 3 and a gyro sensor 42 for obtaining a moving direction when the autonomous moving device 3 moves. Outputs from the speed sensor 41 and the gyro sensor 42 are given to a travel calculation unit 43 composed of a microcomputer. The travel calculation unit 43 integrates the output of the speed sensor 41 to convert it into a distance, and the gyro sensor 42 detects it. Correspond to changes in moving direction.

ただし、デッドレコニング４は規定した基準位置に対する相対位置しか検出することができないから、基準位置において補正することが必要である。また、走行距離が長くなれば測定した位置の誤差が大きくなるから、基準位置を適宜に再設定する必要がある。基準位置の再設定については後述する。なお、自律移動装置３が左右の車輪を持つ構成であるときには、デッドレコニング４にジャイロセンサ４２を設ける代わりに左右の車輪の回転数差を用いて移動方位を検出してもよい。 However, since dead reckoning 4 can only detect a relative position with respect to a specified reference position, it is necessary to correct at the reference position. Further, since the error in the measured position increases as the travel distance increases, it is necessary to reset the reference position appropriately. The resetting of the reference position will be described later. When the autonomous mobile device 3 is configured to have left and right wheels, instead of providing the gyro sensor 42 in the dead reckoning 4, the moving azimuth may be detected using the rotational speed difference between the left and right wheels.

デッドレコニング４で求めた座標位置は測位処理部２５に与えられる。測位処理部２５では、電波発信器１からの電波を用いて求めた座標位置について短期間の履歴を記憶しており、履歴との比較によって位置検出器２で求めた座標位置が異常と判断されるときには、デッドレコニング４で求めた座標位置で置き換える。 The coordinate position obtained by dead reckoning 4 is given to the positioning processing unit 25. The positioning processing unit 25 stores a short-term history for the coordinate position obtained using the radio wave from the radio wave transmitter 1, and the coordinate position obtained by the position detector 2 is determined to be abnormal by comparison with the history. When it is necessary to replace the coordinate position obtained by dead reckoning 4.

また、位置検出器２では、４台の電波発信器１からの電波を順に受信した後に座標位置を演算しているから、電波発信器１からの電波を受信した後に座標位置が算出されるまでの時間に自律移動装置３が移動し、検出した座標位置と実際の座標位置にずれを生じることがある。そこで、到来方位推定部２３でアンテナ２１の出力を取得した時刻から測位処理部２４で測位結果が得られた時刻までの時間の位置変位をデッドレコニング４により検出し、測位処理部２４において、デッドレコニング４で検出した位置変位を測位結果に加えて補正することにより現在位置を正確に求める。 Further, since the position detector 2 calculates the coordinate position after sequentially receiving the radio waves from the four radio wave transmitters 1, until the coordinate position is calculated after receiving the radio waves from the radio wave transmitter 1. In some cases, the autonomous mobile device 3 moves during this time, and a difference between the detected coordinate position and the actual coordinate position may occur. Therefore, the position displacement of the time from the time when the output of the antenna 21 is acquired by the arrival direction estimating unit 23 to the time when the positioning result is obtained by the positioning processing unit 24 is detected by the dead reckoning 4, and the dead in the positioning processing unit 24. The current position is accurately obtained by correcting the position displacement detected by the reconning 4 in addition to the positioning result.

本実施形態の自律移動装置３は、位置検出器２とデッドレコニング４とのほかに、ローカル座標系ｏ−ｘｙにおける角度を計測することができる測角装置としてのレーザレーダ５を備える。レーザレーダ５は、自律移動装置３の前方においてｘｙ平面内の所定の角度範囲で光ビームを走査するとともに、光ビームを出射した方位からの反射光を受光し、受光強度の変化によって自律移動装置３の前方に存在する物体を検出する。したがって、光ビームを走査した方位における物体の存在を検出することができる。 In addition to the position detector 2 and dead reckoning 4, the autonomous mobile device 3 of this embodiment includes a laser radar 5 as an angle measuring device that can measure an angle in the local coordinate system o-xy. The laser radar 5 scans the light beam in a predetermined angle range in the xy plane in front of the autonomous mobile device 3, receives reflected light from the direction from which the light beam is emitted, and changes the received light intensity, thereby moving the autonomous mobile device. 3 is detected in front of 3. Therefore, it is possible to detect the presence of an object in the direction in which the light beam is scanned.

先に説明したように、電波発信器１にはリフレクタ１２が付設されているから、電波発信器１が自律移動装置３の前方であってレーザレーダ５の検知範囲内に存在するようになると、リフレクタ１２で光ビームが反射されることによりリフレクタ１２の存在する方位が検出される。ここで、リフレクタ１２はｘｙ平面内では電波発信器１と同位置であるから、ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）を電波発信器１から既知の距離に配置した状態では、レーザレーダ５により検出される方位とローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）から電波発信器１を見込む方位との間には一定の関係が得られる。 As described above, since the radio wave transmitter 1 is provided with the reflector 12, when the radio wave transmitter 1 is located in front of the autonomous mobile device 3 and within the detection range of the laser radar 5, The direction in which the reflector 12 exists is detected by reflecting the light beam on the reflector 12. Here, since the reflector 12 is in the same position as the radio wave transmitter 1 in the xy plane, the laser radar 5 is in a state where the origin (o) of the local coordinate system o-xy is arranged at a known distance from the radio wave transmitter 1. A certain relationship is obtained between the azimuth detected by the above and the azimuth in which the radio wave transmitter 1 is viewed from the origin (o) of the local coordinate system o-xy.

いま、図７に示すように、レーザレーダ５に関して設定した原点がローカル座標系ｏ−ｘｙのｙ軸上に存在するものとし、電波発信器１と原点（ｏ）との距離をｒ、ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）とレーザレーダ５に関して設定した原点ｐ０との距離をｄ、ｙ軸の方位を０度としたときの角度を用いて、レーザレーダ５により検出されるリフレクタ１２の存在方位をψ′、原点（ｏ）から見込む電波発信器１の存在方位をψとすると、次の関係が成立する。
ｃｏｓψ＝ｃｏｓψ′＋（ｄ／ｒ）
したがって、電波発信器１の距離が既知である適宜の基準点を設定しておき、この基準点に自律移動装置３を位置させれば、レーザレーダ５で検出した方位ψ′と既知の長さｒ，ｄとを用いることにより、その位置からの電波発信器１の正しい方位ψを知ることができる。 As shown in FIG. 7, it is assumed that the origin set for the laser radar 5 exists on the y-axis of the local coordinate system o-xy, the distance between the radio wave transmitter 1 and the origin (o) is r, and the local coordinates The reflector 12 detected by the laser radar 5 is detected using the angle when the distance between the origin (o) of the system o-xy and the origin p0 set for the laser radar 5 is d and the azimuth of the y-axis is 0 degree. When the existence direction is ψ ′ and the existence direction of the radio wave transmitter 1 viewed from the origin (o) is ψ, the following relationship is established.
cos ψ = cos ψ ′ + (d / r)
Therefore, if an appropriate reference point where the distance of the radio wave transmitter 1 is known is set and the autonomous mobile device 3 is positioned at this reference point, the azimuth ψ ′ detected by the laser radar 5 and the known length By using r and d, the correct orientation ψ of the radio wave transmitter 1 from that position can be known.

上述のようにレーザレーダ５で求められる方位ψ′から電波発信器１の方位を正確に知ることができるから、レーザレーダ５でリフレクタ１２を検出している状態において、アンテナ２１の各素子アンテナ２１ａの出力を求め、このときのアレイ応答ベクトルを規格化したパラメータを、レーザレーダ５で実測した電波発信器１の角度に対応付けてパラメータ格納部２６に格納すれば、実使用時の環境に応じたパラメータをパラメータ格納部２６に設定することが可能になる。したがって、電波発信器１から既知の距離ｒに自律移動装置３を位置させ、電波発信器１に対して自律移動装置３の向きを相対的に変化させれば、パラメータ格納部２６のパラメータを実使用環境に合わせて設定することが可能になる。 Since the direction of the radio wave transmitter 1 can be accurately known from the direction ψ ′ obtained by the laser radar 5 as described above, each element antenna 21a of the antenna 21 is detected in a state where the reflector 12 is detected by the laser radar 5. If the parameter obtained by normalizing the array response vector at this time is stored in the parameter storage unit 26 in association with the angle of the radio wave transmitter 1 actually measured by the laser radar 5, the output according to the actual use environment can be obtained. The parameters can be set in the parameter storage unit 26. Therefore, if the autonomous mobile device 3 is positioned at a known distance r from the radio wave transmitter 1 and the orientation of the autonomous mobile device 3 is changed relative to the radio wave transmitter 1, the parameters in the parameter storage unit 26 are implemented. It can be set according to the usage environment.

たとえば、電波暗室などにおいてパラメータ格納部２６をあらかじめ設定しているときに、基準点においてレーザレーダ５でリフレクタ１２の存在する方位ψ′を求めた場合には、その方位ψ′に相当する電波発信器１の方位ψにおけるパラメータを、実測で求めたパラメータに書き換えるようにする。この動作は、位置検出器２の常時の動作とは異なるから、位置検出器２において通常動作とは異なるキャリブレーション動作を可能としておき、パラメータを書き換えるときには、スイッチなどを用いてキャリブレーション動作を行うように指示する。あるいは、自律移動装置３が基準点を通過するときに自動的にキャリブレーション動作に切り替わり、一つの方位についてパラメータを設定した後に自動的にキャリブレーション動作から通常動作に復帰するようにしてもよい。 For example, when the parameter storage unit 26 is set in advance in an anechoic chamber or the like, when the laser radar 5 determines the azimuth ψ ′ where the reflector 12 exists at the reference point, the radio wave transmission corresponding to the azimuth ψ ′. The parameter in the direction ψ of the device 1 is rewritten to the parameter obtained by actual measurement. Since this operation is different from the normal operation of the position detector 2, a calibration operation different from the normal operation is enabled in the position detector 2, and the calibration operation is performed using a switch or the like when rewriting parameters. To instruct. Alternatively, the autonomous mobile device 3 may be automatically switched to the calibration operation when passing the reference point, and after setting parameters for one azimuth, the calibration operation may be automatically returned to the normal operation.

また、距離ｒが既知であればキャリブレーション動作を行うことができるから、スイッチなどを用いてキャリブレーション動作を行うように指示する場合には、キャリブレーション動作を開始する際の自律移動装置３の位置と既知の電波発信器１の位置との関係から距離ｒを求め、この距離ｒを用いてキャリブレーション動作を行うようにしてもよい。 In addition, since the calibration operation can be performed if the distance r is known, when instructing to perform the calibration operation using a switch or the like, the autonomous mobile device 3 at the time of starting the calibration operation The distance r may be obtained from the relationship between the position and the position of the known radio wave transmitter 1, and the calibration operation may be performed using this distance r.

キャリブレーション動作と通常動作とは動作制御部２７が選択し、キャリブレーション動作はキャリブレーション部２８が行う。つまり、スイッチによる指示または電波発信器１との位置関係によりキャリブレーション動作を行う条件になると、動作制御部２７は測位制御部２５およびキャリブレーション部２８にキャリブレーション動作を行うように指示する。キャリブレーション部２８がキャリブレーション動作を完了した後に、復帰条件が成立すると動作制御部２７はキャリブレーション部２８の動作を終了し、測位処理部２５を通常動作に復帰させる。 The operation control unit 27 selects the calibration operation and the normal operation, and the calibration unit 28 performs the calibration operation. That is, when the conditions for performing the calibration operation are in accordance with an instruction from the switch or the positional relationship with the radio wave transmitter 1, the operation control unit 27 instructs the positioning control unit 25 and the calibration unit 28 to perform the calibration operation. When the return condition is satisfied after the calibration unit 28 completes the calibration operation, the operation control unit 27 ends the operation of the calibration unit 28 and returns the positioning processing unit 25 to the normal operation.

上述した動作は、パラメータ格納部２６にあらかじめパラメータが設定されており、自律移動装置３が通常動作で移動することが可能であることを想定しているが、パラメータ格納部２６にパラメータを設定していない状態において、自律移動装置３を基準点に位置させ、ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）の周りで自律移動装置３を回転させることにより（つまり、電波発信器１に対する自律移動装置３の向きを変化させることにより）、各方位に関するパラメータを実測により求めてパラメータ格納部２６に設定してもよい。 The above-described operation assumes that parameters are set in advance in the parameter storage unit 26 and that the autonomous mobile device 3 can move in a normal operation, but the parameters are set in the parameter storage unit 26. When the autonomous mobile device 3 is positioned at the reference point and the autonomous mobile device 3 is rotated around the origin (o) of the local coordinate system o-xy in a state where the mobile device is not connected (that is, the autonomous mobile device with respect to the radio wave transmitter 1) By changing the direction of 3), parameters relating to each direction may be obtained by actual measurement and set in the parameter storage unit 26.

この場合、自律移動装置３には電波発信器１についても絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置を登録し、また絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置が既知である基準点に自律移動装置３を位置させる。パラメータ格納部２６にパラメータが設定されていない状態では、自律移動装置３を移動させることができないが、キャリブレーション動作として、ローカル座標系ｏ−ｘｙの原点（ｏ）の周りに回転するように駆動装置３１を制御するとともに、各回転位置でパラメータ格納部２６にパラメータを書き込む動作を可能にしておけば、パラメータ格納部２６に設定されるパラメータを実使用環境に合わせて自動的に設定することができる。つまり、電波暗室などにおいてパラメータ格納部２６にパラメータを設定する作業が不要になる。 In this case, the autonomous mobile device 3 registers the coordinate position of the radio wave transmitter 1 in the absolute coordinate system O-XY, and sets the autonomous mobile device 3 to a reference point whose coordinate position in the absolute coordinate system O-XY is known. Position. In a state where no parameters are set in the parameter storage unit 26, the autonomous mobile device 3 cannot be moved. However, as a calibration operation, it is driven to rotate around the origin (o) of the local coordinate system o-xy. If the device 31 is controlled and an operation of writing parameters to the parameter storage unit 26 at each rotational position is enabled, the parameters set in the parameter storage unit 26 can be automatically set according to the actual use environment. it can. That is, it is not necessary to set parameters in the parameter storage unit 26 in an anechoic chamber or the like.

なお、パラメータ格納部２６において全方位のパラメータを上述の処理で設定する場合には、レーザレーダ５についても全方位における物体の検出が可能になる構成のものを採用する必要がある。また、距離ｒが変化すれば電波の到達経路に変化を生じることがあり、電波発信器１が存在する方位が同じであっても距離ｒの変化によってパラメータが変化することがある。したがって、自律移動装置３が移動する領域内で基準点を設定するのが望ましい。あるいはまた、複数の基準点において求めた同方位に関する複数個のパラメータの平均値を当該方位のパラメータに用いるようにしてもよい。 In the case where the omnidirectional parameters are set by the above-described processing in the parameter storage unit 26, it is necessary to adopt a configuration in which the laser radar 5 can detect objects in all azimuths. If the distance r changes, the radio wave arrival path may change, and even if the direction in which the radio wave transmitter 1 exists is the same, the parameter may change due to the change in the distance r. Therefore, it is desirable to set the reference point within the area where the autonomous mobile device 3 moves. Or you may make it use the average value of the several parameter regarding the same direction calculated | required in the some reference point for the parameter of the said direction.

ところで、位置検出器２では電波発信器１からの電波の受信電力が過小であると、Ｓ／Ｎ比が低下し、また受信電力が過大であると内部回路（とくに、ＡＤ変換部２２ｄ）が飽和するから、電波の到来方位を正確に反映した適正なアレイ応答ベクトルを生成することができない。位置検出器２では、絶対座標系Ｏ−ＸＹにおける座標位置を決定するために、３台以上の電波発信器１からの電波を同時に受信する必要があるから、自律移動装置３が移動する対象平面には、位置検出器２での受信電力が適正範囲になるような位置関係で３台以上の電波発信器１が配置される。言い換えると、図８に示すように、出力する電波の電界強度が規定値以上である領域Ｄ１が３台以上の電波発信器１において重複するように電波発信器１が配置される。 By the way, in the position detector 2, if the reception power of the radio wave from the radio wave transmitter 1 is excessively low, the S / N ratio is lowered, and if the reception power is excessive, the internal circuit (particularly, the AD converter 22d) Since saturation occurs, an appropriate array response vector that accurately reflects the arrival direction of radio waves cannot be generated. Since the position detector 2 needs to simultaneously receive radio waves from three or more radio wave transmitters 1 in order to determine the coordinate position in the absolute coordinate system O-XY, the target plane on which the autonomous mobile device 3 moves is required. The three or more radio wave transmitters 1 are arranged in such a positional relationship that the received power at the position detector 2 falls within an appropriate range. In other words, as shown in FIG. 8, the radio wave transmitter 1 is arranged so that the region D <b> 1 where the electric field intensity of the output radio wave is equal to or more than a predetermined value overlaps in three or more radio wave transmitters 1.

一方、レーザレーダ５は近距離に存在する物体を検出するものであるから、リフレクタ１２の存在する方位をレーザレーダ５が検出できる距離は、位置検出器２が適正範囲の受信電力で電波発信器１からの電波を受信できる範囲の半径よりも短い（たとえば、図８の領域Ｄ２でレーザレーダ５が有効になる）。キャリブレーション動作の際にはレーザレーダ５によってリフレクタ１２を検出する必要があるから、位置検出器２で検出する電波の電界強度は大きく増加することになる。したがって、キャリブレーション動作の際には位置検出器２の内部回路が飽和する可能性が生じる。位置検出器２の内部回路の飽和を防止するには、電波発信器１の出力を低下させることが考えられるが、その場合には、通常動作時において位置検出器２で電波を受信可能な領域が狭くなるから、電波発信器１の設置台数が増加してコスト高になる。 On the other hand, since the laser radar 5 detects an object existing at a short distance, the distance at which the laser radar 5 can detect the azimuth in which the reflector 12 exists is a radio wave transmitter with the received power within an appropriate range. 1 is shorter than the radius of the range in which the radio wave from 1 can be received (for example, the laser radar 5 becomes effective in the region D2 in FIG. 8). Since it is necessary to detect the reflector 12 by the laser radar 5 during the calibration operation, the electric field intensity of the radio wave detected by the position detector 2 greatly increases. Therefore, there is a possibility that the internal circuit of the position detector 2 is saturated during the calibration operation. In order to prevent saturation of the internal circuit of the position detector 2, it is conceivable to reduce the output of the radio wave transmitter 1. In this case, an area where the position detector 2 can receive radio waves during normal operation. Therefore, the number of installed radio wave transmitters 1 increases and the cost increases.

そこで、本実施形態では、位置検出器２に設けたアッテネータ２２ａの減衰率を、通常動作時とキャリブレーション動作時とで変更している。つまり、キャリブレーション動作時において通常動作時よりもアッテネータ２２ａによる減衰率を大きくすることにより、電波発信器１から出力する電波の電界強度を比較的大きくとって電波発信器１の台数の増加を抑制しながらも、キャリブレーション動作の際には自律移動装置３を電波発信器１に接近させてレーザレーダ５によるリフレクタの検出範囲内で電波の到来方位を検出することが可能になる。アッテネータ２２ａの減衰率の切換のために、位置検出器２を構成するＤＳＰ２０ａに受信強度を検出する機能を設けておき、キャリブレーション動作の際には、受信強度が規定の範囲内に収まるようにアッテネータ２２ａの減衰率を制御する。アッテネータ２２ａは素子アンテナ２１ａごとに設けられているが、減衰率は一定にし、各素子アンテナ２１ａの出力の振幅が変化する割合を等しくする。 Therefore, in the present embodiment, the attenuation rate of the attenuator 22a provided in the position detector 2 is changed between the normal operation and the calibration operation. In other words, by increasing the attenuation rate by the attenuator 22a during the calibration operation compared to during the normal operation, the electric field intensity of the radio wave output from the radio wave transmitter 1 can be made relatively large to suppress an increase in the number of radio wave transmitters 1. However, during the calibration operation, the autonomous mobile device 3 can be brought close to the radio wave transmitter 1 to detect the arrival direction of the radio wave within the detection range of the reflector by the laser radar 5. In order to switch the attenuation factor of the attenuator 22a, the DSP 20a constituting the position detector 2 is provided with a function for detecting the reception intensity so that the reception intensity is within a specified range during the calibration operation. The attenuation factor of the attenuator 22a is controlled. Although the attenuator 22a is provided for each element antenna 21a, the attenuation rate is made constant, and the rate of change in the amplitude of the output of each element antenna 21a is made equal.

なお、自律移動装置３の移動中に、通常動作からキャリブレーション動作に移行させたときには、発信器座標記憶部２４を参照することにより、キャリブレーション動作に移行した時点の自律移動装置３の位置に近い３台の電波発信器１を検出し、各電波発信器１に順に近付くことにより、各電波発信器１からの電波の到来方位に関するキャリブレーションを行う。キャリブレーション動作へは適宜の指示を与えることにより移行させ、３台の電波発信器１に対するキャリブレーション動作を行った後には、３台の電波発信器１からの電波を同時に受信できる位置に戻り、自動的に通常動作に復帰する。 When shifting from the normal operation to the calibration operation while the autonomous mobile device 3 is moving, the position of the autonomous mobile device 3 at the time of shifting to the calibration operation is referred to by referring to the transmitter coordinate storage unit 24. Calibration of the arrival directions of radio waves from each radio wave transmitter 1 is performed by detecting the three radio wave transmitters 1 close to each other and sequentially approaching each radio wave transmitter 1. Transition to the calibration operation by giving an appropriate instruction, and after performing the calibration operation for the three radio wave transmitters 1, return to the position where the radio waves from the three radio wave transmitters 1 can be received simultaneously, It automatically returns to normal operation.

図８の例では、キャリブレーション動作に移行すると、上の電波発信器１の周囲に設定した基準点Ａｃの周りで回転し、次に左下の電波発信器１の周囲に設定した基準点Ａｃの周りで回転し、最後に右下の電波発信器１の周囲に設定した基準点Ａｃの周りで回転した後に、３台の電波発信器１に囲まれた領域に戻るのである。 In the example of FIG. 8, when the calibration operation is started, it rotates around the reference point Ac set around the upper radio wave transmitter 1, and then the reference point Ac set around the lower left radio wave transmitter 1. After rotating around the reference point Ac set around the lower right radio wave transmitter 1, it returns to the area surrounded by the three radio wave transmitters 1.

上述の例では、キャリブレーション動作の際にアッテネータ２２ａにより素子アンテナ２１ａの出力を減衰させる例を示したが、レーザレーダ５によるリフレクタの検出が可能な領域Ｄ２の中で受信電力が過大になったり過小になったりしない領域（領域Ｄ２の外縁部付近）が存在する場合には、アッテネータ２２ａを用いずに自律移動装置３を当該領域に移動させてキャリブレーション動作を行うようにしてもよい。 In the above-described example, the output of the element antenna 21a is attenuated by the attenuator 22a during the calibration operation. However, the received power becomes excessive in the region D2 in which the reflector can be detected by the laser radar 5. If there is a region that does not become too small (near the outer edge of the region D2), the calibration operation may be performed by moving the autonomous mobile device 3 to the region without using the attenuator 22a.

なお、上述の構成例ではデッドレコニング４を設けているが、デッドレコニング４は必ずしも必要ではなく、また速度センサ４１やジャイロセンサ４２からなるデッドレコニング４に代えて赤外線や超音波を利用して測位する構成を採用することも可能である。 Although the dead reckoning 4 is provided in the above-described configuration example, the dead reckoning 4 is not always necessary, and positioning is performed using infrared rays or ultrasonic waves instead of the dead reckoning 4 including the speed sensor 41 and the gyro sensor 42. It is also possible to adopt a configuration that does this.

アンテナ２１としては、素子アンテナ２１ａが４素子であるアレイアンテナを用いているが、モノポールである励振素子（素子アンテナ）の周囲に複数本の非励振素子（パラサイト素子）を等角度間隔で配置したパラサイト負荷切替型アンテナ（いわゆるＥＳＰＥＲアンテナ）を用いてもよい。パラサイト負荷切替型アンテナはパラサイト素子のリアクタンスを切り換えて異なる時刻に受信した出力をアンテナの応答ベクトルに用いるから、応答ベクトルの成分は時間のずれを持つことになるが、この時間は短時間であるから同時刻に得た成分とみなすことができる。パラサイト負荷切替型アンテナをアンテナ２１に用いる場合には、パラサイト素子のリアクタンスを切り替えるためのリアクタンス切替部を位置検出器２に設ける必要がある。もっとも、自律移動装置３ではアンテナ２１の位置が時々刻々変化するから、パラサイト負荷切替型アンテナのように各パラサイト素子のリアクタンスを順次切り換えることによってアレイ応答ベクトルを求めるアンテナよりも、上述したアレイアンテナのほうが現在位置の測定誤差を少なくすることができるので、アレイアンテナを用いるほうが望ましい。 As the antenna 21, an array antenna having four element antennas 21a is used, but a plurality of non-excitation elements (parasite elements) are arranged at equal angular intervals around an excitation element (element antenna) that is a monopole. A parasite load switching antenna (so-called ESPER antenna) may be used. Since the parasite load switching antenna uses the output received at different times by switching the reactance of the parasite element as the response vector of the antenna, the response vector component has a time lag, but this time is short. Can be regarded as components obtained at the same time. When a parasite load switching antenna is used for the antenna 21, it is necessary to provide a reactance switching unit for switching the reactance of the parasite element in the position detector 2. However, since the position of the antenna 21 changes from moment to moment in the autonomous mobile device 3, the array antenna described above is used rather than the antenna that obtains the array response vector by sequentially switching the reactance of each parasitic element as in the parasite load switching type antenna. Since it is possible to reduce the measurement error of the current position, it is preferable to use an array antenna.

上述した実施形態では、混合回路２２ｂにおいてＩＱ分離を行っているが、ＡＤ変換部２２ｄによるＡＤ変換後にＩＱ分離を行うようにしてもよい。この場合、ＤＳＰ２０ａにおいてソフトウェアを用いてＩＱ分離を行うから、ＡＤ変換部２２ｄにおいて実数成分と虚数成分とを個別に扱う必要がなく、ハードウェアの構成は簡単になる。 In the embodiment described above, IQ separation is performed in the mixing circuit 22b. However, IQ separation may be performed after AD conversion by the AD conversion unit 22d. In this case, since the DSP 20a performs IQ separation using software, the AD converter 22d does not need to handle the real number component and the imaginary number component separately, and the hardware configuration is simplified.

本発明の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of this invention. 同上における位置検出器の一部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a structure of a part of position detector same as the above. 同上に用いる電波発信器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electromagnetic wave transmitter used for the same as the above. 同上の原理説明図である。It is principle explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上における位置の求め方を示す原理説明図である。It is principle explanatory drawing which shows how to obtain | require the position in the same as the above. 同上におけるキャリブレーション動作の原理説明図である。It is principle explanatory drawing of the calibration operation | movement in the same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above.

Explanation of symbols

１電波発信器
２位置検出器
３自律移動装置
４デッドレコニング
５レーザレーダ
２０ａＤＳＰ
２０ｂ内部メモリ
２１アンテナ
２２信号処理回路部
２２ａアッテネータ
２２ｂ混合回路
２２ｃ局部発振回路
２２ｄＡＤ変換部
２３到来方位推定部
２４発信器座標記憶部
２５測位処理部
２６パラメータ格納部
２７動作制御部
２８キャリブレーション部
３１駆動装置
３２運転制御装置
４１速度センサ
４２ジャイロセンサ
４３走行演算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radio wave transmitter 2 Position detector 3 Autonomous mobile device 4 Dead reckoning 5 Laser radar 20a DSP
20b Internal memory 21 Antenna 22 Signal processing circuit unit 22a Attenuator 22b Mixing circuit 22c Local oscillation circuit 22d AD conversion unit 23 Arrival direction estimation unit 24 Transmitter coordinate storage unit 25 Positioning processing unit 26 Parameter storage unit 27 Operation control unit 28 Calibration unit Reference Signs List 31 drive device 32 operation control device 41 speed sensor 42 gyro sensor 43 travel calculation unit

Claims

A position detector for detecting the coordinate position in the absolute coordinate system defined in the plane using the arrival directions of radio waves from three or more radio wave transmitters arranged at known positions, and a local coordinate system set in the position detector And a driving device that moves the position detector and the angle measuring device within the plane. The position detector is An antenna that receives a radio wave and outputs an array response vector, an arrival direction estimator that estimates the arrival direction of the radio wave in the local coordinate system using the array response vector, and a transmission that stores the position of the radio wave transmitter in the absolute coordinate system The coordinate position in the absolute coordinate system is calculated using the unit coordinate storage unit, the arrival direction of the radio wave estimated by the arrival direction estimation unit and the coordinate position of the radio wave transmitter stored in the transmitter coordinate storage unit. The positioning processing unit and the parameter corresponding to the array response vector are stored in association with the arrival direction of the radio wave, and when the parameter corresponding to the array response vector is given from the arrival direction estimation unit, the rewritable direction of the radio wave can be returned. An operation control unit for selecting a parameter storage unit, a normal operation for obtaining a coordinate position in the absolute coordinate system from an arrival direction of radio waves, and a calibration operation for writing the arrival direction and parameters of radio waves in the parameter storage unit, and an operation control unit With the calibration operation selected and the antenna in the specified positional relationship with the radio wave transmitter, the direction of the radio wave transmitter measured by the angle measuring device and the parameter corresponding to the array response vector output from the antenna And a calibration unit that writes to the parameter storage unit in association with each other. Autonomous mobile devices.

In the calibration operation, the driving device moves the position detector so that the antenna rotates once in a state where the antenna is positioned at a reference point where the position with respect to the radio wave transmitter is defined, and the calibration is performed. 2. The autonomous mobile device according to claim 1, wherein the unit writes a parameter corresponding to the array response vector obtained during one rotation of the antenna in the parameter storage unit in association with the direction measured by the angle measuring device. .

The distance range in which the position detector can receive radio waves from the radio wave transmitter is set to be larger than the distance range in which the angle measuring device detects the direction in which the radio wave transmitter exists, and the position detector Comprises an attenuator that adjusts the attenuation rate of the output of the antenna, and the operation control unit controls the attenuator so that the attenuation rate of the output of the antenna is larger in the calibration operation than in the normal operation. The autonomous mobile device according to claim 1 or 2.