JP-2026076597-A - 位置検知システム

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Abstract

【課題】送信機からの電力で起動するタグを用いた人物の位置検知において、タグからの信号の衝突を適切に回避することが可能な位置検知システムを提供する。【解決手段】位置検知システム１０は、電力及びキャリア信号を送信する送信機３００と、送信機３００からの電力で起動し、キャリア信号を受信し、受信したキャリア信号を変調し、識別情報を付与した測定用フレームを空間に送信するタグ２００と、を備える。また、位置検知システム１０は、送信機３００からの電力で起動し、測定用フレームを受信し、測定用フレームのチャネル状態情報に基づいてタグとの距離を示す距離情報を算出する受信機４００を備える。さらに、位置検知システム１０は、受信機４００とタグ２００との距離情報を取得し、タグ２００を装着した人物の位置を検知する位置検知装置１００と、を備える。【選択図】図１

Inventors

小林健太郎
松下健治

Assignees

矢崎総業株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (5)

電力及びキャリア信号を送信する送信機と、前記送信機からの電力で起動し、前記キャリア信号を受信し、受信した前記キャリア信号を変調し、識別情報を付与した測定用フレームを空間に送信するタグと、前記送信機からの電力で起動し、前記測定用フレームを受信し、前記測定用フレームのチャネル状態情報に基づいて前記タグとの距離を示す距離情報を算出する受信機と、前記受信機と前記タグとの前記距離情報を取得し、前記タグを装着した人物の位置を検知する位置検知装置と、を備える位置検知システム。
前記送信機及び前記受信機は、所定の間隔で複数備えられ、前記位置検知装置は、複数の前記受信機から、複数の前記距離情報を取得し、前記タグを装着した人物の位置を検知する、請求項１に記載の位置検知システム。
前記タグは、開始フレームを他の前記タグ及び複数の前記受信機に対して送信し、前記開始フレームを送信後に所定の順番で複数の前記受信機に前記測定用フレームを送信し、複数の前記測定用フレームの送信後に終了フレームを他の前記タグ及び複数の前記受信機に対して送信する、請求項２に記載の位置検知システム。
前記タグは、他の前記タグから前記終了フレームを受信した場合であって、あらかじめ定められた送信順番に該当する場合、又は前記終了フレームを受信しない場合であって、前記送信機から起動のための電力を受信した場合に、前記開始フレームを送信する、請求項３に記載の位置検知システム。
前記受信機は、ＴｏＡ（ＴｉｍｅｏｆＡｒｒｉｖａｌ）又はＰｈａｓｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ手法により、前記チャネル状態情報に基づいて前記タグとの前記距離情報を取得する、請求項１～４のいずれか一項に記載の位置検知システム。

Description

本発明は、位置検知システムに関する。従来、電波を利用して人の位置や行動を検出する技術が提案されている。特許文献１には、環境電波と自己発信電波との錯乱合成に伴う周波数シフトを活用した監視装置が開示されている。特許文献１に開示された監視装置は、状態センサの発振器を動作させ、発振周波数で環境電波の反射と吸収とが繰り返される変動を生じることで錯乱電波に周波数シフトを発生させ、状況変化の認識を可能にする。特開２０２２－７２７４２号公報本実施形態に係る位置検知システムの構成を示す図である。本実施形態に係る位置検知システムで適用される通信方式について説明するための図である。本実施形態に係る位置検知装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る位置検知装置の機能的構成を示すブロック図である。本実施形態に係る位置検知システムの処理を説明するための図である。本実施形態に係る位置検知システムの処理を説明するためのシーケンス図である。以下、図面を用いて本実施形態に係る位置検知システム１０について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。（生産工場における作業者の位置検知について）Ｗ／Ｈ（ワイヤーハーネス）生産工場においては、多種多様な品番への生産対応や、設計変更や在庫部品の削減を含むコストダウンにより、流動性のある生産体制となるように生産工程が進められている。そのため設備の稼働率向上や作業者の作業効率向上が求められている。生産工程設計においては、ある工程に対応する作業者数を割り出して工程設計が行われるが、その際に作業効率を向上させることを考えると、作業者の移動が少ないように工程設計が行われる。しかし、現場における作業者が工程設計と異なる動きをしている場合は、想定した効率が達成できず工程を再度設計する必要がある。そこで、作業者の位置情報をリアルタイムに取得することによって生産効率を向上させることが考えられている。作業者の位置情報をリアルタイムで取得する方法の一つとして、作業者に装着したセンサ（タグ）から位置情報や動作情報を把握する方法がある。従来技術では、作業者の位置情報把握の方法としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを利用して無線端末からのビーコンの電波を作業者が身に着けているセンサで受信し、その電波強度から算出する方法が提案されている。しかし、作業者に装着するセンサには電池などの重量物が含まれるため、作業効率を低下させる恐れがある。また電池での動作の場合は一定期間ごとに電池交換が必要になるが、作業中の交換は作業効率低下を招き、始業前点検も効率悪化となる。そのため作業者の位置情報把握に用いられるセンサは電池レスである方が生産効率向上に寄与できると考えられる。また、従来技術では作業者の位置情報は、位置が分かっている複数のビーコンの電波をセンサで受信し、その差分から距離を算出する方法が用いられるがビーコンの数が少ないと位置精度が低い。そこで、本実施形態に係る位置検知システム１０は電池不要のセンサ（タグ）を適用するために「Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ」を利用してセンサへ電源を供給する構成を適用する。また、位置検知システム１０における位置情報はＩＥＥＥ８０２．１１ｂｆで使用されるＷＬＡＮ（無線ＬＡＮ）センシングにより作業者の位置把握手段を実現する。（位置検知システム１０の構成）次に本実施形態に係る位置検知システム１０について説明する。図１は、本実施形態に係る位置検知システム１０の構成を示す図である。図１に示すように、位置検知システム１０は、位置検知装置１００と、作業者２０に設けられたタグ２００と、送信機３００と、受信機４００と、を含んで構成される。位置検知装置１００は、受信機４００とタグ２００との距離情報を取得し、タグ２００を装着した人物（作業者２０）の位置を検知する。本実施形態に係る位置検知システム１０においては、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒを利用した位置検知が適用される。（Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒによる位置検知）Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒは無線通信の一形態であり、特にパッシブＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムやセンサーネットワークで使用される。図２は、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒによる通信方式について説明するための図である。図２に示すように、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒによる通信システムは、電力を送信するＣａｒｒｉｅｒＥｍｉｔｔｅｒと呼ばれる送信機３００を備える。また、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒによる通信システムは、ＣａｒｒｉｅｒＥｍｉｔｔｅｒ（送信機３００）からの電力を使ってセンサを起動しその信号を反射して送信するタグ２００を備える。さらに、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒによる通信システムは、タグ２００からのデータを受信する受信機４００であるリーダで構成される。ＢｉｓｔａｔｉｃＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒの送信手順は次の通りである。まず、送信機３００はキャリア信号を生成し、特定の周波数で連続的に送信する。次に、タグ２００と受信機４００は送信機３００からの電力で起動する。次に、センサが実装されているタグ２００は、送信機３００から送られてきたキャリア信号を受信し、タグ２００は自分のデータを変調する。なお、このタグ２００によるデータの変調においてキャリア信号にタグ２００を識別するための情報が付加される。変調された信号は反射され、再び空間を通じて送信される。最後に、受信機４００は、タグ２００から反射された変調信号を受信し、この変調信号を解析してタグ２００からのデータを抽出する。（ＷＬＡＮセンシングについて）次に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂｆで使用されるＷＬＡＮセンシングによる位置情報取得について説明する。ＷＬＡＮセンシングでは、ＣＳＩ（ＣｈａｎｎｅｌＳｔａｔｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）により位置情報を算出する方法が適用されている。ＣＳＩは信号の振幅、位相の周波数応答、時間変動を示したもので、送受間の通信に対する空間品質を表している。また、無線ＬＡＮの一部ではＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送が採用されており、ＯＦＤＭでは帯域幅に応じた複数のサブキャリアで構成されている。ＷＬＡＮセンシングでは、いくつかのサブキャリアを利用して送信側から受信側までの到来時間のＣＳＩを使って算出している。例えば障害物がある場合には、直接波と障害物による遅延波が合成され、遅延時間に応じた周波数スペクトルが得られるため障害物検知が可能となる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂｆの対象周波数は１ＧＨｚ～７．１２５ＧＨｚ、４５ＧＨｚ以上であり、７ＧＨｚ未満では、ＷＬＡＮセンシング手順によりＣＳＩが測定される。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂｆでは送信機と受信機が異なるバイスタチックセンシングや１台の送信機と複数の受信機からなるマルチスタチックセンシングに対応している。本実施形態に係る位置検知システム１０においては、Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ通信方式を利用した位置情報取得システムとするため、タグ２００から受信機４００へ、一方向の測定方法が望ましい。測定方法はＴｒｉｇｇｅｒフレームを利用する「Ｔｒｉｇｇｅｒ－ｂａｓｅｄｓｅｎｓｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｓｔａｎｃｅ」方式が適用されてもよい。あるいは測定方法は、Ｔｒｉｇｇｅｒフレームを利用しない「Ｎｏｎ－Ｔｒｉｇｇｅｒ－ｂａｓｅｄｓｅｎｓｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｓｔａｎｃｅ」方式が適用されてもよい。次に、本実施形態に係る位置検知システム１０の構成について説明する。図１に示すように、位置検知システム１０は、送信機３００及び受信機４００が、所定の間隔で複数備えられる。図１に示す例においては、送信機３００ａ、送信機３００ｂ、及び送信機３００ｃの３つの送信機３００で構成されている。なお、以降、送信機３００ａ～３００ｃのそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、単に「送信機３００」と表記する。また、図１に示す例においては、受信機４００ａ、受信機４００ｂ、及び受信機４００ｃの３つの受信機４００で構成されている。なお、以降、受信機４００ａ～４００ｃのそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、単に「受信機４００」と表記する。さらに、図１に示す例においては、複数の作業者２０が装着したタグ２００ａ、タグ２００ｂ、タグ２００ｃ、タグ２００ｄ、及びタグ２００ｅの５つのタグ２００で構成されている。なお、以降、タグ２００ａ～２００ｅのそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、単に「タグ２００」と表記する。また、送信機３００、受信機４００、及びタグ２００の数は、図１の構成で示す数に限定されず、図１に示す数より多い、又は少ない構成であってもよい。受信機４００は、設置場所に対応した測距順位や工場での設置位置に関する情報があらかじめ設定又は記憶されている。また、送信機３００及び受信機４００は、例えば工場の天井等の見通しが良い場所に設置されている。また、位置検知装置１００と、複数の送信機３００及び複数の受信機４００とは、有線で接続されており、位置検知装置１００からの送信機３００及び受信機４００の設定が有線を介して実施される。また、受信機４００で収集された情報が有線を介して位置検知装置１００に集約される。Ｂｉｓｔａｔｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ通信方式におけるＣａｒｒｉｅｒＥｍｉｔｔｅｒに相当する送信機３００は、電力及びキャリア信号を送信する。キャリア信号はＣＷ（連続波：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅ）に相当し、ある特性周波数成分を含む。キャリア信号は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であれば、２．４ＧＨｚの連続波に相当する。具体的にはキャリア信号は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈクラッシクで２４４１ＭＨｚの通信の場合、２４４１ＭＨｚの連続波に相当する。タグ２００は、送信機３００からの電力で起動し、キャリア信号を受信し、受信したキャリア信号を変調し、識別情報を付与した測定用フレームを空間に送信する。また、タグ２００は、開始フレーム（ＳＯＦ：ＳｔａｒｔＯｆＦｒａｍｅ）を他のタグ２００及び複数の受信機４００に対して送信する。タグ２００は、開始フレームを送信後に所定の順番で複数の受信機４００に測定用フレームを送信する。さらに、タグ２００は、複数の測定用フレームの送信後に終了フレーム（ＥＯＦ：ＥｎｄＯｆＦｒａｍｅ）を他のタグ２００及び複数の受信機４００に対して送信する。また、タグ２００は、他のタグ２００から終了フレームを受信した場合であって、あらかじめ定められた送信順番に該当する場合、又は終了フレームを受信しない場合であって、送信機３００から起動のための電力を受信した場合に、開始フレームを送信する。このタグ２００及び他のタグ２００による開始フレーム、測定用フレーム及び終了フレームの送信については、後述する。受信機４００は、送信機３００からの電力で起動し、測定用フレームを受信し、測定用フレームのチャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて、タグ２００との距離を示す距離情報を算出する。受信機４００は、測定用フレームに付与された識別情報に基づいて、送付元のタグ２００を識別する。チャネル状態情報（ＣＳＩ）は周波領域で遅延時間に応じた周波数スペクトルが含まれる。この周波数スペクトルはマルチパス伝送の状態を表すチャネル状態情報（ＣＳＩ）となる。チャネル状態情報