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JP2006155349A - 追尾方法、追尾装置、追尾システム及び追尾プログラム - Google Patents

追尾方法、追尾装置、追尾システム及び追尾プログラム Download PDF

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JP2006155349A
JP2006155349A JP2004346851A JP2004346851A JP2006155349A JP 2006155349 A JP2006155349 A JP 2006155349A JP 2004346851 A JP2004346851 A JP 2004346851A JP 2004346851 A JP2004346851 A JP 2004346851A JP 2006155349 A JP2006155349 A JP 2006155349A
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tracking
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sensor
obstacle
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Application number
JP2004346851A
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English (en)
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Shinji Ishii
眞二 石井
Yusuke Kosaka
雄介 小坂
Koji Suginuma
浩司 杉沼
Nobuo Kato
伸雄 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

【課題】 追尾対象物と追尾装置との間が遮られても良好な追尾を実現する。
【解決手段】 姿勢センサ装置100には姿勢センサ101が設けられ、この姿勢情報が姿勢情報処理装置102に供給されて絶対位置情報の検出が行われる。また、時刻タイマ105及び個人認証IDコード記憶部106からの時刻情報及びID情報が姿勢情報処理装置102に供給される。そしてこれらの絶対位置情報、時刻情報及びID情報が無線送受信機107を通じて追尾装置200に送信される。さらに追尾装置200には姿勢センサ201が設けられると共に、制御装置202が設けられる。そして無線送受信機205で姿勢センサ装置100からの各情報が受信される。また、追尾装置200には車輪を駆動するためのモータ206、207が設けられ、制御装置202からの制御信号がモータドライバ208、209に供給されてモータ206、207の回転が制御される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、特定の追尾対象物の後を離間して追尾する際に使用して好適な追尾方法、追尾装置、追尾システム及び追尾プログラムに関する。詳しくは、位置検出センサによる位置検出情報を時刻情報と共に記憶して、追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うようにしたものである。
従来から、例えば先行車両との車間距離を測定して、自車両が追従するように走行制御を行う車両追従走行制御装置は提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、車車間通信方式及び装置において、相互の位置関係を認識して指向性を有する無線通信を円滑に行うようにしているものもある(例えば、特許文献2参照。)。
すなわち、一般的に先行車両に追従する装置や、通信を用いて車両の相互の位置関係を認識する装置はすでに知られているものである。
特開2000−38048号公報 特開2002−74577号公報
特許文献1に示された装置では、レーダーや赤外線センサを用いて先行車両を直接確認しながら追従を行っている。従って、例えば先行車両が壁のある角を曲がったような場合には、先行車両の確認ができなくなり、追従が不可能になってしまう恐れがある。また、類似の車両が複数存在した場合には、その中から特定の先行車両を識別して追尾することはできないものである。
これに対して、特許文献2に示された方式及び装置では、絶対位置を検出する手段を設け、検出された絶対位置を相互に無線通信することによって相互の位置関係を認識している。しかしながらこの場合においても、常に現時点の絶対位置の情報を交換しているものであって、これらの通信が遮断された場合には、追尾は不可能になってしまう。
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、常に現時点での相互の位置を確認しているために、追尾対象物と追尾装置との間が遮られると、追尾を継続することができなくなってしまう恐れがあったというものである。
このため本発明においては、追尾対象物の走行経路を記憶し、追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うようにしたものであって、これによれば、記憶された過去の経路に基づいて追尾を行うので、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
請求項1に記載の本発明の追尾方法によれば、追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、追尾装置は記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うことによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、請求項2に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から位置検出情報を算出することによって、簡単な構成で良好な位置検出情報を得ることができ、良好な追尾を実現することができる。
請求項3に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、追尾装置は記憶手段に記憶された所定時間前の追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行うことによって、追尾対象物が角を曲がったような場合にも、良好な追尾を実現することができる。
請求項4に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、追尾装置に障害物検知センサを設け、障害物検知センサが障害物を検知したときには追尾を一時停止させ、障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に追尾を再開することによって、経路が一時的に遮られたような場合にも、良好に追尾を行うことができる。
請求項5に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項4において、再開された追尾は、記憶手段に記憶された追尾対象物の位置の経路に従って行うことによって、良好に追尾を継続することができる。
請求項6に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項4において、一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行うことによって、良好に追尾を再開することができる。
請求項7に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項6において、回避行動は、記憶手段に記憶された情報に基づく追尾対象物が過去に通過した経路を、追尾装置の進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行うことによって、良好に障害物の回避を行うことができる。
請求項8に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、追跡装置は複数の追尾対象物の中の一つを識別コードで識別して追尾を行うことによって、複数の追尾対象物がある場合にも、良好な追尾を行うことができる。
請求項9に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、記憶手段を追尾対象物と追尾装置の双方に設け、追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求することによって、通信状態が悪化したような状況においても、良好な追尾を行うことができる。
請求項10に記載の本発明の追尾方法によれば、請求項1において、現時点の追尾対象物の位置検出情報を判別し、現時点の位置検出情報と追尾装置の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行うことによって、追尾対象物が同じ経路を逆進してきた場合に、追尾対象物と追尾装置との衝突を回避することができる。
請求項11に記載の本発明の追尾装置によれば、第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うことによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、請求項12に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から位置検出情報を算出することによって、簡単な構成で良好な位置検出情報を得ることができ、良好な追尾を実現することができる。
請求項13に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、記憶手段に記憶された所定時間前の追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行うことによって、追尾対象物が角を曲がったような場合にも、良好な追尾を実現することができる。
請求項14に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、障害物検知センサを設け、障害物検知センサが障害物を検知したときには追尾を一時停止させ、障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に追尾を再開することによって、経路が一時的に遮られたような場合にも、良好に追尾を行うことができる。
請求項15に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項14において、再開された追尾は、記憶手段に記憶された追尾対象物の位置の経路に従って行うことによって、良好に追尾を継続することができる。
請求項16に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項14において、一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行うことによって、良好に追尾を再開することができる。
請求項17に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項16において、回避行動は、記憶手段に記憶された情報に基づく追尾対象物が過去に通過した経路を進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行うことによって、良好に障害物の回避を行うことができる。
請求項18に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、複数の追尾対象物の中の一つを識別コードで識別して追尾を行うことによって、複数の追尾対象物がある場合にも、良好な追尾を行うことができる。
請求項19に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、記憶手段を追尾対象物と自己側の双方に設け、自己側の記憶手段に欠落が生じたときには追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求することによって、通信状態が悪化したような状況においても、良好な追尾を行うことができる。
請求項20に記載の本発明の追尾装置によれば、請求項11において、現時点の追尾対象物の位置検出情報を判別し、現時点の位置検出情報と自己の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行うことによって、追尾対象物が同じ経路を逆進してきた場合に、追尾対象物と追尾装置との衝突を回避することができる。
請求項21に記載の本発明の追尾システムによれば、追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、追尾装置は記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、請求項22に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から位置検出情報を算出する算出手段を有することによって、簡単な構成で良好な位置検出情報を得ることができ、良好な追尾を実現することができる。
請求項23に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、追尾装置は記憶手段に記憶された所定時間前の追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物が角を曲がったような場合にも、良好な追尾を実現することができる。
請求項24に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、追尾装置に障害物検知センサを設け、障害物検知センサが障害物を検知したときには追尾を一時停止させ、障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に追尾を再開する制御手段を有することによって、経路が一時的に遮られたような場合にも、良好に追尾を行うことができる。
請求項25に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項24において、再開された追尾は、記憶手段に記憶された追尾対象物の位置の経路に従って行う制御手段を有することによって、良好に追尾を継続することができる。
請求項26に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項24において、一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う制御手段を有することによって、良好に追尾を再開することができる。
請求項27に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項26において、回避行動は、記憶手段に記憶された情報に基づく追尾対象物が過去に通過した経路を、追尾装置の進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う制御手段を有することによって、良好に障害物の回避を行うことができる。
請求項28に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、追跡装置は複数の追尾対象物の中の一つを識別コードで識別して追尾を行う制御手段を有することによって、複数の追尾対象物がある場合にも、良好な追尾を行うことができる。
請求項29に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、記憶手段を追尾対象物と追尾装置の双方に設け、追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する制御手段を有することによって、通信状態が悪化したような状況においても、良好な追尾を行うことができる。
請求項30に記載の本発明の追尾システムによれば、請求項21において、現時点の追尾対象物の位置検出情報を判別し、現時点の位置検出情報と追尾装置の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う制御手段を有することによって、追尾対象物が同じ経路を逆進してきた場合に、追尾対象物と追尾装置との衝突を回避することができる。
請求項31に記載の本発明の追尾プログラムによれば、第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、請求項32に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から位置検出情報を算出する算出手段を有することによって、簡単な構成で良好な位置検出情報を得ることができ、良好な追尾を実現することができる。
請求項33に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、記憶手段に記憶された所定時間前の追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物が角を曲がったような場合にも、良好な追尾を実現することができる。
請求項34に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、障害物検知センサを設け、障害物検知センサが障害物を検知したときには追尾を一時停止させ、障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に追尾を再開する制御手段を有することによって、経路が一時的に遮られたような場合にも、良好に追尾を行うことができる。
請求項35に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項34において、再開された追尾は、記憶手段に記憶された追尾対象物の位置の経路に従って行う制御手段を有することによって、良好に追尾を継続することができる。
請求項36に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項34において、一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う制御手段を有することによって、良好に追尾を再開することができる。
請求項37に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項36において、回避行動は、記憶手段に記憶された情報に基づく追尾対象物が過去に通過した経路を進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う制御手段を有することによって、良好に障害物の回避を行うことができる。
請求項38に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、複数の追尾対象物の中の一つを識別コードで識別して追尾を行う制御手段を有することによって、複数の追尾対象物がある場合にも、良好な追尾を行うことができる。
請求項39に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、記記憶手段を追尾対象物と追尾装置の双方に設け、追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する制御手段を有することによって、通信状態が悪化したような状況においても、良好な追尾を行うことができる。
請求項40に記載の本発明の追尾プログラムによれば、請求項31において、現時点の追尾対象物の位置検出情報を判別し、現時点の位置検出情報と自己の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う制御手段を有することによって、追尾対象物が同じ経路を逆進してきた場合に、追尾対象物と追尾装置との衝突を回避することができる。
これによって、従来の装置では、常に現時点での相互の位置を確認しているために、追尾対象物と追尾装置との間が遮られると、追尾を継続することができなくなってしまう恐れがあったものを、本発明によればこれらの問題点を容易に解消することができるものである。
以下、図面を参照して本発明を説明するに、図1は本発明による追尾方法、追尾装置、追尾システム及び追尾プログラムを適用した追尾対象物、及び追尾装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
図1において、図面の上部には追尾対象物に設けられる姿勢センサ装置100の構成を示す。この姿勢センサ装置100には、加速度センサ、ジャイロセンサ、方位センサからなる姿勢センサ101と姿勢情報処理装置102が設けられ、バッテリ103からの電源が、姿勢情報処理装置102に供給されると共に、DC/DC電源回路104を通じて姿勢センサ101に供給されている。
これにより、姿勢センサ101からの姿勢情報が姿勢情報処理装置102に供給されて絶対位置情報の検出が行われる。また、時刻タイマ105及び個人認証IDコード記憶部106が設けられ、これらからの時刻情報及びID情報が姿勢情報処理装置102に供給される。そしてこれらの絶対位置情報、時刻情報及びID情報が無線送受信機107を通じて、図面の下部に示す追尾装置200に送信される。
さらに追尾装置200には、上述の姿勢センサ装置100と同等の加速度センサ、ジャイロセンサ、方位センサからなる姿勢センサ201が設けられると共に、制御装置202が設けられ、バッテリ203からの電源が、制御装置202に供給されると共に、DC/DC電源回路204を通じて姿勢センサ201に供給される。そして制御装置202には無線送受信機205が設けられて、姿勢センサ装置100からの各情報が受信される。
また、追尾装置200には、車輪(図示せず)を駆動するためのモータ206、207が設けられ、制御装置202からの制御信号がモータドライバ208、209に供給されてモータ206、207の回転が制御される。さらに接近センサ210、211が設けられ、追尾装置200に対する障害物等の接近が検出される。また制御装置202には、各種データを記憶するための記憶装置212が設けられている。
そして上述の姿勢センサ装置100及び追尾装置200において、それぞれの姿勢情報処理装置102及び制御装置202では、姿勢センサ101及び201からのデータに従って、例えば図2に示すような構成を用いて絶対位置座標の算出が行われる。なお、図2には、追尾対象物に設けられる姿勢センサ装置100における姿勢センサ101及び姿勢情報処理装置102等の具体的な構成を示している。
すなわち、図2において、時刻タイマ105としての世界時計121で発生される日・時・分・秒の時刻データ(DD:HH:MM:SS)と、姿勢センサ101としての加速度センサ122で発生される加速度データ(Asx,Asy,Asz)、ジャイロセンサ123で発生されるジャイロデータ(ωsr,ωsp,ωsy)、方位センサ124で発生される方位データ(θr,θp,θy)が、それぞれサンプルホールド回路131、132、133、134に供給されて、例えば50mSEC周期でデータが取り出される。
なお、上述の各センサ信号の定義は、移動対象物(A)と追尾車両(B)のそれぞれにおいて、図3のAとBに示すようになっている。ここで、加速度データはX、Y、Z軸の加速度信号であり、1V/(9.6m/sec)で表され、単位は〔V/(m/sec)〕である。また、ジャイロデータはX,Y,Z軸の角速度信号であり、1V/(2πrad/sec)で表され、単位は〔V/(rad/sec)〕である。さらに方位データはX、Y、Z軸の方位信号であり、1V/(πrad)で表され、単位は〔V/rad〕である。
さらに加速度データ、ジャイロデータ、方位データに関しては、それぞれAD変換回路142、143、144に供給されて、データごとにそれぞれ12ビット×3軸のデジタルデータに変換される。そして変換されたこれらのデータが、サンプルホールド回路131からの時刻データと共に、マイクロコンピュータ151に供給される。また、個人認証IDコード記憶部106からのID情報がマイクロコンピュータ151に供給される。
従って、時刻データは、各時刻の変換値を添え字のtで表して、時刻データ(DDt:HHt:MMt:SSt)と示し、アスキーコードで32バイトのデータである。また、3軸加速度データは同様に各時刻tの3軸加速度AD変換データ(Asxt,Asyt,Aszt)と示し、バイナリーコードで6バイトのデータである。さらに3軸角速度データも同様に各時刻tの3軸角速度AD変換データ(ωsxt,ωsyt,ωszt)と示し、バイナリーコードで6バイトのデータである。また3次元方位データも同様に各時刻tの3次元方位角度AD変換データ(θrt,θpt,θyt)と示し、バイナリーコードで6バイトのデータである。
これにより、マイクロコンピュータ151では、加速度データ、ジャイロデータ、方位データに時刻データを加えたものを、まずハードディスク装置152に書き込み、このハードディスク装置152に書き込まれた各データから、3次元絶対位置座標データ(Xt,Yt,Zt)及び3次元速度データ(Vxt,Vyt,Vzt)の算出が行われる。そして上述の時刻データと共に、これらの3次元絶対位置座標データ及び3次元速度データが、ランダムアクセスメモリ153に書き込まれる。
ここで、追尾対象物に設けられる姿勢センサ101で検出される姿勢センサ信号から、図4に示すグローバル座標の軌道(Xt,Yt)は、下式1〜7に示す演算により求められる。ここでは説明を簡単にするため、二次元平面の運動の座標により説明する。また、追尾装置200においても同様にして、姿勢サンサ201で検出される姿勢センサ信号から追尾装置200のグローバル座標の現在位置が求められる。
すなわち、センサが時刻t[sec]時間のとき、Z軸の回転角であるヨー軸角度が値θyt[rad]であるときのセンサXs、Ys軸の加速度信号が値Asxt、Asytであるとき、絶対座標軸のX、Y軸方向の加速度Axt、Aytは、下式1、2となる。ここでは、他の軸の回転角であるピッチ軸角θpt及びロール軸角θrtはゼロとしたときの関係式を示す。
Axt=Asxt×cos(θyt)+Asyt×sin(−θyt)
[m/sec] 式1
Ayt=Asxt×sin(−θyt)+Asyt×cos(θyt)
[m/sec] 式2
また、回転角θyt[rad]はジャイロセンサ信号ωytから下式3となる。
θyt=∫ωytdt [rad] 式3
ここで値θytの初期値θy0は、方位センサ値θpxであることから定められる。こうしてグローバル座標軸の加速度成分が確定される。
このときセンサ位置(Xt,Yt)の時間変化である速度を値(Vxt,Vyt)[m/sec]とすると下式4、5となる。
Vxt=∫Axtdt [m/sec] 式4
Vyt=∫Aytdt [m/sec] 式5
同様に絶対座標軸上のセンサ軌跡位置(Xt,Yt)は下式6、7となる。
Xt=∫Vxtdt [m] 式6
Yt=∫Vytdt [m] 式7
このようして、追尾対象物に設けられる姿勢センサの動きを、図4に示すように時系列の位置情報(Xt,Yt)及び速度情報(Vxt,Vyt)として、その履歴を装置の記憶装置に保持することができる。なお図5には、グローバル座標とローカル座標のセンサ加速度信号の関係を示し、図6には、グローバル座標のセンサ速度とセンサ加速度の関係を、それぞれX軸及びY軸について示す。
さらに、ここまでは2次元の平面での動きについて説明したが、実際には3次元の動きが伴うので3次元での姿勢センサからグローバル座標の位置を求めることが必要となる。以下には3次元の姿勢センサ信号からグローバル座標を算出する方法について説明する。すなわちこの場合に、センサ位置(Xt,Yt,Zt)と、センサローカル座標(Xs,Ys,Zs)及びグローバル座標(X,Y,Z)の関係は、移動対象物(A)と追尾車両(B)のそれぞれにおいて、図7のAとBに示すようになる。
ここで、例えば人が歩行する場合に、身体の任意の位置に取り付けた姿勢センサは人の歩行揺れによるセンサ軸方向が時々刻々と変化するため、センサのローカル座標信号からグローバル座標の信号に変換する必要が生じる。以下にその変換する演算式を示す。こうして変換することにより人のグローバル座標での軌道変化を求めることができる。同様に追尾する車両に実装された姿勢センサ信号から車両のグローバル座標位置をリアルタイムに算出される。
3次元の姿勢センサから検出される3軸の加速度と3軸の角速度と3軸の方位センサからグローバル座標の位置に変換する式を説明する。すなわち、姿勢センサの方位センサのピッチ、ロール、ヨー軸方位信号(θp,θr,θy)とXs、Ys、Zs軸の加速度信号(Asx,Asy,Asz)であるとき、グローバル座標のX、Y、Z軸の加速度AX、AYは下式8〜17により求められる。
AXt=Asx×COS(θy)×COS(θp)
+Asy×SIN(−θy)×COS(θr)
+Asz×SIN(−θp)×COS(θr) 式8
AYt=Asx×SIN(−θy)×COS(θp)
+Asy×COS(θy)×COS(θr)
+Asz×SIN(−θr)×COS(θp) 式9
上記で求めた(AX,AY)から下式10、11の積分演算をして、速度信号(VX,VY)を算出する。
VXt=∫AXtdt 式10
VYt=∫AYtdt 式11
さらに、式10、11はデジタル信号として実際には下式12、13により算出する。ここで現在サンプリングを(k)とし、(k−1)は1過去のサンプリングとしたときのACX、ACY、VX、VY値をACX(k)、ACY(k)、VX(k)、VX(k−1)、VY(k)、V(k−1)とすると、値KIは1>KI>0の少数値として、サンプリング時間は設定することができるようにする。
VX(k)=KI×AX(k)+VX(k−1) 式12
VY(k)=KI×AY(k)+VY(k−1) 式13
上記で求めた(VX,VY)から下式14、15の積分演算をして位置信号(X,V)を算出する。
Xt=∫VXtdt 式14
Yt=∫VYtdt 式15
さらに、式14、15はデジタル信号として実際には下式16、17により算出する。ここで上記と同様にkはサンプリング数を示す。値KIは、1>KI>0の少数値として、サンプリング時間は設定することができるようにする。
X(k)=KI×VX(k)+X(k−1) 式16
Y(k)=KI×VY(k)+Y(k−1) 式17
以上のようにして、追尾対象物に設けられた姿勢センサ101で求められた各データから、3次元絶対位置座標データ及び3次元速度データが求められる。そして図2においては、これらデータに、上述の時刻データとID情報を加えたデータが無線送受信機107に供給されて、追尾装置200の無線送受信機205に送信される。
なお、上述の送信では、例えば時刻データがアスキーコードで32バイト、3次元絶対位置座標データがアスキーコードで48バイト、3次元速度データがアスキーコードで36バイト、ID情報がバイナリーコードで16バイトとされ、これらの計132バイトの姿勢データに、ヘッダバイト及びチェックサムバイトを含めたデータを1フレームとしたパケット通信が行われる。
また上述の送信は、例えば50mSEC周期で行われる。そして、通信障害などによりデータに欠落が生じた場合には、その旨の情報が追尾装置200の無線送受信機205から無線送受信機107に送信されることによって、データの再送信が行われる仕組みとなっている。
すなわち、図8において、姿勢センサ装置100の無線送受信機107からは、例えば50mSEC周期で各フレームのデータが送信される。このデータが追尾装置200の無線送受信機205で受信されると、このデータに対してチェックサムバイトなどを用いた判別が行われ、OKのときはデータが記憶される。
これに対して判別結果がNGの場合には、無線送受信機205から無線送受信機107にデータの再要求が行われる。ここで再要求は、32バイトの時刻データと16バイトのID情報、それに8バイトの要求コマンドによって形成される。そして無線送受信機107でこの要求コマンドが受信されると、時刻データで識別される該当フレームのデータが再送信される。さらに無線送受信機205でデータが受信されると、受信データが判別され、OKのときはデータが記憶され、NGのときデータにNGタグが記憶される。
以上のようにして、追尾対象物に設けられる姿勢センサ装置100から追尾装置200に、追尾対象物の3次元絶対位置座標データ及び3次元速度データが時刻データと共に送信される。それと共に、送信されたデータに欠落が生じた場合には、自動的にデータの再送信が行われるものである。
なお、上述の構成によれば、再要求のコマンドに時刻データが付加されているので、データの再送信は欠落が生じた直後だけでなく、必要なときに行うことができる。すなわち図9に示すように、記憶されたデータの中にNGタグがある場合には、必要なときにこのNGタグの前後のデータから類推される時刻データを基に再送信を要求して、欠如データの補充を行うことも可能である。
そして、追尾装置200では、受信された信号に対して揺らぎ信号除去の処理を行う。すなわち、センサ(加速度、角速度、方位)信号Sntは、ノイズ信号と人の揺らぎの信号が重複された信号となる。ここでノイズは比較的高い周波数成分の信号と定義し、低い周波数信号を揺らぎと定義し、図10のような関係となる。なお、本システムでは人の動きを扱うものとして1Hz以下の信号を扱うこととして抽出していく。従って人の軌道は1Hz以上の信号を揺らぎとして扱い、1Hz以下の信号を軌道位置として抽出する。
ここで、センサ信号で時刻tでのノイズ&揺らぎ除去方法として、あらかじめ記憶されたセンサ信号に対し時刻tの前後の信号からその平均値により求める。すなわち、図11に示すように真値をS0tとするとき、ノイズを含むセンサ信号Snt、同様に時刻tの信号をSntであるとき、下式18、19の評価関数Eが最小となる条件からS0tを求める。
Figure 2006155349
こうして算出された信号S0tは高周波成分が除去されるが、人の動きで低い周波数成分の動き(揺らぎ成分)が含まれている。揺らぎと人の中心軌跡の動きは近い周波数領域になるため正確に判別はできないのが現状である。そこで、人の揺らぎ周波数を約1Hz(これは人が平均速度で歩行したときの身体の揺れを1Hzとした)と仮定して、1Hz以上の変化を揺らぎとして扱い、1Hz未満の周波数を軌跡信号とした軌跡を求めるアルゴリズムを考える。
原理は、サンプリング周期を1秒でサンプルした信号S0kを、図12に示すように二次のローパスフィルタにより経路を再計算して、1Hz以上の変化を減衰した経路とする。なお、このときのサンプル周期は1秒以外でもよく、歩行周期と同一でもよい。このようして得た長い周期のサンプルデータから、小さい周期のサンプルデータにより連続的な軌道を得るために、下式20、21の演算により軌道を補正して、車両に滑らかな動きを実現させる。
S1(k)=(1−Af0)×S0(k)+Af0×S1(k−1)
但し、Af0は0から1までの小数値。 式20
S2(k)=(1−Af1)×S1(k)+Af1×S2(k−1)
但し、Af1は0から1までの小数値。 式21
ここでサンプリングkは、k1のサンプリング時間の1秒に比べ短い時間とする。
さらに、具体的な揺らぎ補正演算は次のようになる。すなわち平地路面で人が歩行するとき、人の動きには前後左右に揺れが含むため図13のように時間軸に対して軌道に揺れが含まれる。これを車両の軌道とするには人の揺れの成分を除去した軌道を生成する必要がある。ここでは、下式22、23の簡単なフィルタ演算をすることにより、図13のように揺れの成分を除去することができる。
さらに、人の軌道の正確さは補正軌道により選択する。ここで正確な追従をする場合は下式22の一次補正軌道を用い、滑らかな動きや高速な動きの場合は下式23の二次補正軌道を選択して、車両の目標軌道とする(図13のXp1(k))。なお、ここでは平地路面としてZ軸の高さの挙動については略すが、同様な式によりZ軸の高さ方向の揺らぎも除去することができる。従って人の軌跡のX軸方向の位置軌道をXp(k)とすると、補正した軌道Xp0(k)、Xp1(k)は下式22、23となる。
一次補正軌道
Xp0(k)=(1−A0)×Xp(k)+A0×Xp0(k−1),A0=0.5
式22
二次補正軌道
Xp1(k)=(1−A1)×Xp0(k)+A1×Xp1(k−1) ,A1=0.85
式23
ここでサンプリング周期は0.2Secとして演算し、その計算例を図13に示す。
同様に、人の軌跡のY軸方向の位置軌道をYp(k)とすると、補正した軌道Yp0(k)、Yp1(k)は下式24、25となる。そこで上述X軸方向と同様に、Y軸方向の位置軌道も求めることにより平面の軌道が定まる。
一次補正軌道
Yp0(k)=(1−A0)×Yp(k)+A0×Yp0(k−1) 式24
二次補正軌道
Yp1(k)=(1−A1)×Yp0(k)+A1×Yp1(k−1) 式25
こうして得られた軌跡位置(Xp1,Yp1)を目標値とした車両の走行軌跡とすることにより車両には揺らぎの無い軌道により走行することができるようになる。
さらに以下の説明では、人の軌跡の位置は、位置(Xp(t),Yp(t))、または(Xp1(t),Yp1(t))として表すが、目標軌道はどちらでも用いても良いものとする。従って、以下の説明では、人の軌跡位置を(Xp(t),Yp(t))と記述するが、これを(Xp0(t),Yp0(t))または(Xp1(t),Yp1(t))として、軌道位置としてもよい。
以上の手段により、追尾対象物の軌跡位置(Xp1,Yp1)が求められる。そして、求められた軌跡位置(Xp1,Yp1)を目標軌道とした追尾軌道制御が、以下に述べるように行われる。すなわち、上記のように算出された補正経路を目標値として、走行車に取り付けた現在位置との差をゼロとするようトラッキング制御を行う。追尾する経路は指定されたIDコードと一致した経路のみを選択して、下記の原理により追尾走行する。
ここでトラッキング方法には、下記の2通りがある。
(1)リアルタイムに一定の距離間隔で人の軌道に追従し走行する。
(2)既に記憶された人の軌道を再現し走行する。
これら2通りの方法の選択は、装置の走行モードスイッチによりモードを決める動作手順とする。
また、追尾する車両は1輪以上の駆動車輪と旋回駆動する軸を備えた車両構造、または2輪で各車輪が独立して駆動する構造、または二歩歩行ロボットの構造であってよい。追尾する車両は制御装置により車輪を制御して路面を自在の方向に進むことができる構造、例として図14にあるような構造の車両となる。図15の車両構造の例では左右のタイヤを駆動するモータの回転角、回転速度を制御することにより旋回、前進、後進をすることができる。
さらに、図16にあるように人(または追尾される対象物)の位置をXp(t)、Yp(t)、Zp(t)、追尾する車両の位置をXm(t)、Ym(t)、Zm(t)とグローバル座標の位置と定義する。被追尾側、追尾側の方向は実装された姿勢センサのローカル座標に一致するものとする。
そこで、上記の(1)リアルタイムに一定の距離間隔で人の軌道に追従し走行する制御においては、無線で受信した人の軌跡情報をメモリに蓄えて、現在の時点の位置から指定した距離で人の軌跡位置を目標値として常に走行車の現在位置を制御する。
すなわち、制御装置に記憶された過去の人(または追尾される対象物)の軌跡位置(Xp(tx),Yp(tx),Zp(tx))と、現在の人(または追尾される対象物)の位置(Xp(t),Yp(t),Zp(t))から、現在位置(Xp(t),Yp(t),Zp(t))と過去の軌跡位置(Xp(tx),Yp(tx),Zp(Tx))の距離Ld〔m〕が下式26により算出される。
Ld=√[{Xp(tx)−Xp(t)}2+{Yp(tx)−Yp(t)}2
+{Zp(tx)−Zp(t)}2] 式26
上式26で算出された距離Ldが指定された距離と一致した軌跡位置(Xm(tx),Ym(tx),Zm(tx))を車両の目標軌道とする。こうして得られた目標軌道を目標値とした車両の制御により、図17、図18に示すような追尾走行を実現することができる。さらに図19にその制御装置、式27〜35に追尾する走行車両の制御式を示す。
すなわち、リアルタイムに人に追尾する走行制御方法については、まず上図19の追尾車両制御システムで、走行指令EXref、EYrefは下式27、28、29により与えられる。
EXref=Xp(tx)−Xm(t) 式27
EYref=Yp(tx)−Ym(t) 式28
Θmy=tan-1(EXref/EYref) 式29
すると、EYref=0 であるとき車両をXm方向に下式30、31により、モータ指令Mref1、Mref2を与えてフィードバック制御すると、Xm(t)が変化し、誤差EXrefはゼロに収束していく。
Mref1=EXref×Ks0:Ks0は正の定数。 式30
Mref2=−Mref1 式31
ここで、EYref≠0であるとき、図25に示すように、車両を角度Θmyに旋回する下式32、33により、モータ指令Mref1、Mref2を与えてフィードバック制御すると、車両は旋回変化し誤差Θmyはゼロに収束していく。
Mref1=Θmy×Ks1:Ks1は正の定数。 式32
Mref2=Mref1 式33
さらに、旋回してΘmy=0となった時点で、車両Xm方向に下式34、35により、モータ指令Mref1、Mref2を与えてフィードバック制御すると、Xm(t)が変化し誤差EXref、EYrefはゼロに収束していく。
Mref1=√(EXref2+EYref2)×Ks0 式34
Mref2=−Mref1 式35
こうして、車両は、人(または追尾される対象物)の軌跡を一定距離で追従することが出来るようになる。なお、上式では追尾誤差を小さくするため比例ゲインKs0を用いているが、これはPID制御により追尾誤差を小さくしてもよい。
なお、座標において、Z軸(高さ)方向の変化が定めた一定値以上の大きさが生じた場合、車両は変化せずにその状態を維持し、Z軸の変化が定めた値以下になると再び上記演算を繰返し実行する。このとき接近センサにより測定された障害物との距離Lxが指定された距離よりも車両が接近するとき走行指令EXref、EYrefをゼロにして走行を停止する。その後、障害物が除去されて距離Lxが大きくなると、時刻txから記憶された目標値を読込み、再び上記演算により追尾走行を再開する。
また、目標値Xp(tx)、Yp(tx)、Zp(tx)に一定のオフセット値(Xop,Yop,Zop)を加算した(Xp(tx)+Xop,Yp(tx)+Yop,Zp(tx)+Zop)を目標値とすると、図21に示すように、人の軌跡に対し一定のオフセット量の位置で追尾するようにできる。こうして人の後方の追尾だけでなく横側の位置を保ちながら追尾できるようになる。
さらに、上記の(2)既に記憶された人の軌道を再現し走行する制御においては、車両は、図22に示すように、上記の(1)で用いた追尾制御システムとほぼ同等の構成により走行制御する。この場合に、記憶された人(または追尾される対象物)の軌跡を時系列の目標値として走行車の目標値として自律走行する。
従って、軌道走行指令を車両の制御装置に無線または装置のスイッチ信号により与えられると、車両は記憶装置に蓄えている人(または追尾される対象物)の軌跡情報から開始位置、すなわち時間t=0の位置(Xp(0),Yp(0),Zp(0))に車両を上記の(1)と同じ原理により移動する。
その後、一定の時間間隔の時刻txの人の軌跡位置(Xp(tx),Yp(tx),Zp(tx))を目標値として、上記の(1)と同じ原理で車両を走行する。こうした目標値による走行を実行すると、人が止まった時間と同じく追尾車両も同じ時間で止まり、経路に時間変化も加わり走行することができる。
また走行目標値を時刻txの位置でなく一定の距離の変化が生じた位置の時点の時間txでの位置を目標値(Xp(tx),Yp(tx),Zp(tx))とすれば、人の軌跡を走行時間にかかわらず連続して走行することができる。なお、Mref1=−Mref2でMref1が正で与えられるとき、車両は前進(Xm軸のプラス方向)する。また、Mref1=Mref2でMref1が正であるとき、車両はその場で時計方向に旋回(ヨー軸θmyプラス方向)する。
そこで、記憶装置に記憶された人の軌跡に追尾する走行制御の方法については、上図22の追尾車両制御システムは、図19と同じ原理により走行する。記憶装置に記憶された人の軌跡を追尾するには、時刻tx時間の目標軌道に車両が移動して誤差EXref、EYrefがゼロに近づいたとき、次の時刻(tx+Δt)の軌跡位置を呼出して、新たな目標値(Xp(tx+Δt),Yp(tx+Δt),Zp(tx+Δt))として車両を同様に走行制御する。
このときに接近センサにより測定された障害物との距離Lxが、指定された距離よりも車両が接近すると、走行指令EXref、EYrefをゼロにして走行を停止する。そして次の時刻(tx+Δt)の軌跡位置の呼び出しを保留する。その後、障害物が除去されて距離Lxが大きくなると、次の時刻(tx+Δt)の軌跡位置を呼び出して、上記の演算により追尾走行を再開する。
さらに、障害物回避の走行制御は次のようにして行われる。すなわち図23のように追尾走行車が記憶された位置の軌跡上で追尾走行中に接近センサにより障害物の距離Lxが検出されて目標経路(Xp(tx),Yp(tx))に到達できない状態にあった場合、上述の方法により障害物が除去されるまでその位置で停止としている。しかし除去されない状態が一定期間ある場合、経路を変更して障害物が無い経路を生成して追尾走行を継続するように図23の新しい目標値を生成することにより実現する。
ここで、図23のように障害物があった場合、図23のように目標値(Xp(tx),Yp(tx))に対し、オフセット(Xop,Yop)を加算した新しい目標値(Xpo(tx),Ypo(tx))を算出する。
(Xpo(tx),Ypo(tx))=(Xp(tx),Yp(tx))
+(Xop,Yop) 式36
こうして障害物が無い場合、これを新しい目標値として走行する。なお、新しい目標値によっても障害物が検出された場合には、さらに上式36に従いオフセットを加算して障害物が無い位置まで目標値を変更する。このようにして、障害物を回避した新しい目標値(Xpo(tx),Ypo(tx))に達すると、記憶された次の時間の軌道位置(Xp(tx+Δt),Yp(tx+Δt))を読込み、元の軌道に戻り追尾走行を続ける。
ここで、障害物を回避するために加算されるオフセット量(Xop,Yop)は、下式37、38、39により算出される。すなわち、車両に実装された姿勢センサから進行方向(Xs軸)の方位θy(tx−Δt)が検出される。これを反時計方向に回転する方向となるよう目標値を変更して新しい目標値となるオフセットとする。ここで障害物を回避するための回転方向は時計方向でもよい。予めプログラムで回避する回転方向を定めることにより決定される。
Lo=√[{Xp(tx)−Xp(tx−Δt)}2
+{Yp(tx)−Yp(tx−Δt)}2] 式37
Xop=Lo×[COS{Θy(tx−Δt)}
−COS{Θy(tx−Δt)+ΔΘy}] 式38
Yop=Lo×[SIN{Θy(tx−Δt)}
−SIN{Θy(tx−Δt)+ΔΘy)] 式39
ここでΔΘyは予めプログラムで定められた一定値である。
以上の動作を繰返すことにより、図23に示すように、障害物から回避した新しい経路を生成し、その後記憶装置に蓄えられた次の目標値を読込んで、元の追尾する目標経路に従い走行する。さらに、図24は障害物回避する制御装置の構成である。
ところで、図25のような追尾車両が非追尾側の追尾対象(人または可動物)を追尾するときに、追尾車両は追尾側との距離がセンサにより算出され図26のように一定距離Lpで追尾する。しかし図27のように追尾対象が移動して一定距離Lp以内に追尾車両方向へ接近する場合、追尾車両と追突する問題が生じる。これを回避する方法は、下記の(3)または(4)により追突問題を避けることができる。
(3)追尾車両はLp以内を算出すると、追尾車両は追尾を停止してその場で止まる。
(4)追尾対象の現在位置と位置の時間変化は図28から算出されることを利用して、追尾車両と追尾対象との現在距離Ldと、その変化方向が算出される。
ここで、図26、図27で、現在時刻tの距離Ld(t)は、追尾車両現在位置(Xm(t),Ym(t))、追尾対象の現在位置(Xp(t),Yp(t))とすると、下式40により計算される。
Ld(t)=√[{Xp(t)−Xm(t)}+{Yp(t)−Ym(t)}
式40
また、図27で、追尾対象が追尾車両に接近するときの接近方向(ΔX(t),ΔY(t))は、下式41、42により算出される。
ΔX(t)=Xp(t)−Xp(tp) 式41
ΔY(t)=Yp(t)−Yp(tp) 式42
従って、接近方向(ΔX(t),ΔY(t))に従い追尾車両は、現在位置(Xm(t),Ym(t))から(Xm(t)+ΔX(t),Ym(t)+ΔY(t))の位置に、図27のように移動して追突を回避することができる。こうして接近センサが無くても追尾対象との衝突を回避することが可能となる。
また、上記の(4)で追尾車両が追突回避するとき追尾側の接近方向に移動するとき、障害物が接近センサにより検出された場合、図23により回避することができる。さらに、障害物との距離も追尾対象の距離も接近する場合のように回避する経路が無いとき追尾車両はその場で停止する。なお、上記の(3)または(4)の選択は中央制御装置のプログラムにより設定される。
こうして上述の装置によれば、センサ信号に時刻情報、固有アドレス情報を付加した情報を無線LANまたは無線装置により送信・受信して人と車両、または車両と車両間の追尾走行するとき特定の対象物を認識し、視覚や距離が測定できない環境や状況においても位置関係を認識することができるようになり、対象物の過去の経路を再現して追尾するようにできる。また、プログラムにより経路を忠実に追尾することもでき、もしくは経路が重なった場合、経路を短絡して追尾することもできるようになる。
さらに、追尾中に通信に何らかの障害があって通信が途絶えた場合でも途絶えた時刻情報を記憶装置から再び受信することにより経路を認識し、追尾を維持し継続することができる。従って、電波が届く範囲であれば、例えば無線LANを経由することにより地理的距離に依存せず追尾経路情報を送り車両を経路に従い運転することができるようになる。また、多数の車両が追尾走行していても、車両間の距離も計算することにより複数の車両が衝突する問題は、定義された優先車両を先行させて衝突回避することができる。
このように経路の途中に障害物が存在して一時的に停止しても、障害物が排除された後に記憶された経路に従い、再び追尾走行を継続することが可能となる。通信データには個人認証コードが通信データに含められるので追従する対象物(または人)を特定できる。こうして多数の中から対象物を特定し追尾することができる。また経路を記憶しているため、追尾する対象物に対し後部だけでなく側面や指定した位置関係を保ち追尾することも可能となる。例えば斜め後ろで追尾するようなことが可能となる。こうして画像や接近センサで検出できない環境でも追尾することができる。
また画像装置またはレーザによる障害物回避回路を併用することにより、装置の近傍の環境を容易に認識して障害物をリアルタイムに認識し、障害物が取除かれない状況にあって目標の追尾経路に従い走行できない状態になっても障害物を回避する新たな経路を探索し、経路から逸れても再び追尾経路に戻り追尾走行を継続することができるようになる。このとき追尾する車両は1輪の駆動車輪と方向を定める旋回軸の車両、または2輪の駆動装置による走行・旋回する車両、または3輪以上の車両、または二足歩行ロボットでも良い。追尾される対象は人または動く対象物で姿勢センサを実装できる装置であれば良い。
さらに、図19、22に示すように、走行する場合に生じる経路誤差が生じても障害物が排除されると目的の経路に復帰することができるようになる。こうして装置自身が障害物を自動で回避し、新たな経路が発生しても目的の経路を失うことなく追尾することができるようになる。さらに、リアルタイムに相互の位置関係が分かるので視覚に入らない位置関係においても事前に衝突の防止をすることが可能となる。
また、図17、18、19に示すように、複数の車両が相互の衝突を回避して一定の間隔を保ちながら同じ対象物を追尾することが可能となる。さらに、データに個人情報を盛込めることにより個人認識が容易となり、障害物による一時停止が生じても追尾走行経路を失わずに走行を継続できるようになり、人の経路を失なわずに確実に追尾をすることができる。多数の追尾車両が存在しても特定の個人を認識判別して追尾することが可能となる。
すなわち本発明においては、図14に示すように姿勢センサ、接近センサ(またはカメラ)を実装した走行車(または歩行ロボットでもよい)は図15のような構成により車輪を制御する走行制御される。また図15の構成の車両には図7で定義された座標により加速度、角速度、方位を検出される姿勢センサが実装され、そのセンサ信号は図3で定義される。また、同様に追尾される人(または対象物)に、図16のように同じ姿勢センサとそのセンサ信号または位置信号に変換されたデータを無線で送信する装置が実装される。
これにより、図1、2及び16に示すように、被追尾側から無線により送信されたデータは追尾する車両(または歩行ロボット)に実装された受信機により受信し、図9に示すように車両の制御装置の記憶装置に追尾軌跡情報が記憶される。そして無線により追尾する対象物から姿勢情報(または軌跡情報)と時間情報と固有に定義された認識のIDコードを受信して車両の制御装置の記憶装置に記憶される。
こうして、図18に示すように記憶された追尾軌跡情報を読込み、車両の走行指令として走行制御する。さらに、追尾する経路は図28により定義されたグローバル座標に変換されて追尾する経路が算出される(式1、2、3、4、5、6、7)。このとき人にセンサを実装すると歩行姿勢によりセンサ座標が3次元的に変化する、これを式8〜17 によりグローバル座標軸に変換して人の経路が算出される。
このとき人の歩行には、図10に示すように歩行に伴う揺らぎやノイズ信号が含まれるため、車両の軌道とするには、図13に示すようにノイズを式18,19により、揺らぎを式20〜25により除去した信号を軌跡として用いる。このノイズ、揺らぎ除去は被追尾側、または追尾側の装置で行ってもよい。
こうして求めた図17、18に示す追尾軌跡を目標値として、図19に示すように車両に実装された姿勢センサから算出されたグローバル座標位置と比較して車両を追尾走行制御する。なお図19は実時間で被追尾する対象物に一定距離を保ち追尾する構成で、車両は式27〜35によりモータが制御されて軌跡に従い追尾する。また図22は過去に記憶された軌跡に従い追尾する構成で、車両は同様に式27〜35により制御されて軌跡に従い追尾する。
また、このとき軌跡上に障害物が接近センサ(またはカメラ)により検出されると、図24にある制御装置の構成で式36〜39により軌道を新たに生成して回避して、図23に示すように目標の軌道に復帰して追尾することができる。なお、ここで被追尾する対象物は人であっても車両であっても歩行ロボットでもよい。また追尾する車両は、歩行ロボットのような脚を用いた移動型ロボットでもよい。
さらに以下には、上記の被追尾システム及び追尾走行システムの処理動作についてフローチャートを用いて説明する。すなわち図29には被追尾システムの制御装置のフローチャートを示す。このフローチャートはいわゆるメインルーチンであって、動作がスタートされるとステップS1でイニシャライズが行われ、ステップS2でサーボゲイン設定が行われ、ステップS3でタイマ割り込み許可が行われる。そしてステップS4でインジケータの表示が行われて、以後はこのステップS4が繰り返されている。
次に、図30には被追尾システムの姿勢センサ回路のフローチャート(A)と、姿勢情報処理のフローチャート(B)を示す。ここでフローチャート(A)はタイマ割り込みルーチンであって、姿勢センサ回路にタイマ割り込みが入ると、ステップS11でジャイロセンサの角速度信号と、重力加速度センサの重力方向信号と、方位センサの方位信号がAD変換される。そしてステップS12で中央制御装置の姿勢情報処理装置へ各データがシリアル送信される。これらの処理が終るとメインルーチンへリターンされる。
一方、ステップS12でのシリアル送信によってフローチャート(B)に割り込みが入ると、ステップS21で被追尾システムの姿勢センサ回路からのデータがシリアル受信される。この受信されたデータに基づいて、ステップS22で移動対象物の位置が算出される。さらにステップS23でIDコードが読み込まれ、ステップS24で時刻タイマが読み込まれる。そしてステップS25で、受信データ及び算出された位置データと、IDコード、時刻タイマの値がメモリに保管される。
さらに、ステップS26で無線LANを通じて上記のデータが追尾走行システムへ送信される。そしてステップS27で追尾システムからの欠如データ要求が受信されたか否か判断され、受信があるとき(YES)はステップS28で追尾システムからの欠如データの時刻タイマを読み込み、ステップS29で要求時刻タイマのメモリデータが読み込まれてステップS26に戻される。これによって欠如データが再送信される。また、ステップS27で欠如データ要求の受信がないとき(NO)はメインルーチンへリターンされる。
また図31には、追尾走行システムの制御装置のフローチャートを示す。このフローチャートはいわゆるメインルーチンであって、動作がスタートされるとステップS31でイニシャライズが行われ、ステップS32でサーボゲイン設定が行われ、ステップS33でタイマ割り込み許可が行われる。そしてステップS34でインジケータの表示が行われて、以後はこのステップS34が繰り返されている。
さらに図32には追尾走行システムの接近センサ回路のフローチャートを示す。このフローチャートはタイマ割り込みルーチンであって、接近センサ回路にタイマ割り込みが入ると、ステップS41で車両進行方向の障害物距離Lxが接近センサにより計測される。そしてステップS42で制御装置へ障害物距離Lxのデータが送信される。これらの処理が終るとメインルーチンへリターンされる。
次に、図33には追尾制御装置の姿勢センサ回路のフローチャート(A)と、制御装置のフローチャート(B)を示す。ここでフローチャート(A)はタイマ割り込みルーチンであって、姿勢センサ回路にタイマ割り込みが入ると、ステップS51でジャイロセンサの角速度信号と、重力加速度センサの重力方向信号と、方位センサの方位信号がAD変換される。そしてステップS22で制御装置へ各データがシリアル送信される。これらの処理が終るとメインルーチンへリターンされる。
一方、ステップS52でのシリアル送信によってフローチャート(B)に割り込みが入ると、ステップS61で追尾制御装置の姿勢センサ回路からのデータがシリアル受信される。この受信されたデータに基づいて、ステップS62で移動対象物の位置が算出される。さらにステップS63で受信データ及び算出された位置データがメモリに保管される。
また、ステップS64で上記のデータが追尾走行システムからのデータが無線LANを通じて受信される。そしてステップS65で受信データがメモリに保管される。さらにステップS66で受信データに欠如があるか否か判断される。そして欠如があるとき(YES)は、ステップS67で被追尾システムへ欠如データの時刻タイマデータの送信要求をしてステップS64に戻される。
さらに、ステップS66で欠如データないとき(NO)は、ステップS68でIDコードの一致が判断され、一致していないとき(NO)はステップS69でモータ回転角速度指令をゼロ出力にしてメインルーチンへリターンされる。これによって、追尾走行システムによる被追尾システムの追尾は終了される。すなわち、IDコードが一致しない場合には追尾は終了される。
一方、ステップS68でIDコードが一致しているときは、図34のステップS71に進められる。このステップS71では、揺らぎ補正演算が行われ、追尾対象位置の座標値に対するデジタルフィルタ演算が行われる。さらに、ステップS72で追尾対象の揺らぎ補正位置がメモリに記憶される。またステップS73で間隔距離Ldがメモリに読み込まれる。そしてステップS74で車体の現在位置画が読み込まれ、被追尾対象位置の参照時刻が設定される。
さらに、ステップS75で被追尾対象(人)の時刻txの位置が読み込まれ、ステップS76で被追尾対象(人)の現在位置と過去位置の距離が比較される。そして距離が不一致のとき(NO)は、ステップS77で過去参照時刻が更新され、ステップS78で参照時間が正の値であるか否か判断されて、正の値のとき(YES)はステップS75に戻される。そしてステップS76で被追尾対象(人)の現在位置と過去位置の距離が一致のとき(YES)は、ステップS79で目標時刻txと目標位置が決定される。
また、ステップS80で接近センサから障害物距離Lxのデータが受信され、ステップS81で障害物距離Lxが所定値Lpより小さいか判断される。ここで障害物距離Lxが所定値Lpより大きいとき(NO)は、障害物無しとして、ステップS82でオフセット値がデフォルト値と異なるか否か判断され、異なるとき(YES)はステップS83でオフセット値をデフォルト値に微小変化させる。
一方、ステップS81で障害物距離Lxが所定値Lpより小さいとき(YES)は、障害物有りとして、ステップS84で回避旋回指令が発生され、所定のオフセット値が設定される。そして、ステップS85において目標位置にオフセット値が加算される。なお、ステップS82でオフセット値がデフォルト値と異ならないとき(NO)、及びステップS83でオフセット値をデフォルト値に微小変化させた後も、ステップS85において目標位置にオフセット値が加算される。
さらにステップS86で車体現在位置とオフセット加算した目標位置を差分し、差分方向を求める。また、ステップS87で差分値が0か否か判断され、0でないとき(NO)はステップS88でモータ回転角速度指令を算出し、ステップS89でドライバにより回転角速度指令と一致するようにモータを駆動する。そしてステップS90で回転角速度指令をドライバに出力する。
また、ステップS87で差分値が0のとき(YES)は目標値に到達したものと見做され、ステップS91で回転角速度指定が0にされてステップS90に進められる。なお、ステップS78で参照時間が正の値でないとき(NO)も、ステップS91で回転角速度指定が0にされてステップS90に進められる。
さらにステップS92で、被追尾対象(人)の現在位置と追尾車両の現在位置の距離が所定値Lpより小さいか否か判断される。そして距離が所定値Lpより小さくないとき(NO)は、このままメインルーチンへリターンされる。また、距離が所定値Lpより小さいとき(YES)は被追尾側が追尾車両に接近していると判断され、ステップS93で接近回避指令が発生される。
すなわちステップS93では、接近方向に移動する指令を発生し、その結果に接近方向を加算し、この値から回転角速度指令を算出し、算出された回転角速度指令をドライバに出力する。そしてこれらの処理が終るとメインルーチンへリターンされる。
さらに図35にはモータ・ドライバ回路のフローチャートを示す。このフローチャートもタイマ割り込みルーチンであって、モータ・ドライバ回路にタイマ割り込みが入ると、ステップS101で制御装置から回転角速度指令を入力し、ステップS102でモータの位置制御演算をしてPID制御を行う。そしてステップS103でモータに電流出力がされてメインルーチンへリターンされる。
以上のフローチャートを用いて、被追尾システム及び追尾走行システムの処理動作が行われ、これにより追尾走行システムによる被追尾システムの追尾と、障害物の回避、被追尾システムの停止、あるいは被追尾システムが経路を戻ってきたときの衝突の回避が行われる。
こうして、本発明の追尾方法によれば、追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、追尾装置は記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うことによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、本発明の追尾装置によれば、第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行うことによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
さらに、本発明の追尾システムによれば、追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、追尾装置は記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
また、本発明の追尾プログラムによれば、第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、記憶手段に記憶された情報に基づき追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有することによって、追尾対象物と追尾装置との間が遮られても追尾を継続することができ、良好な追尾を実現することができる。
なお本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。
本発明による追尾方法、追尾装置、追尾システム及び追尾プログラムを適用した追尾対象物、及び追尾装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 その姿勢情報処理装置の説明のための構成図である。 そのセンサ信号の定義の説明のための図である。 その姿勢センサのグローバル座標位置の時間変化の説明のための図である。 そのグローバル座標とローカル座標のセンサ加速度信号の説明のための図である。 そのグローバル座標軸の加速度と速度の時間変化の説明のための図である。 その姿勢センサ座標とグローバル座標の説明のための図である。 そのデータ送受信シーケンスの説明のための図である。 そのデータ送受信のデータ損失復帰手順の説明のための図である。 その信号成分の説明のための図である。 その記録されたセンサ信号とノイズ信号処理の説明のための図である。 その揺らぎ除去経路の説明のための図である。 その揺らぎ補正軌道の説明のための図である。 その追尾走行車の説明のための図である。 その追尾車両制御装置の構造図である。 その人の姿勢センサと追尾車両の姿勢センサの実装図である。 その記録された目標軌道と追従軌道の時系列変化の説明のための図である。 その人の軌跡と追尾する車両の軌跡の説明のための図である。 そのリアルタイムでの人の追尾車両制御システムの説明のための図である。 その走行指令ベクトルの説明のための図である。 その人の軌跡に対しオフセットを有して追尾する車両の軌跡の説明のための図である。 その記録した経路の追尾制御システム説明のための図である。 その障害物検出時の回避経路生成の原理の説明のための図である。 その経路中に障害物があった場合の回避経路生成システムの説明のための図である。 その追尾経路の説明のための図である。 その被追尾の経路と追尾車両の関係の説明のための図である。 その追尾側(人)が車両に接近する場合の説明のための図である。 そのグローバル座標での人の軌跡とセンサローカル座標の説明のための図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。 その処理動作の説明のためのフローチャート図である。
符号の説明
100…姿勢センサ装置、101…姿勢センサ、102…姿勢情報処理装置、103…バッテリ、104…DC/DC電源回路、105…時刻タイマ、106…個人認証IDコード記憶部、107…無線送受信機、200…追尾装置、201…姿勢センサ、202…制御装置、203…バッテリ、204…DC/DC電源回路、205…無線送受信機、206,207…モータ、208,209…モータドライバ、210,211…接近センサ、212…記憶装置

Claims (40)

  1. 追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、
    前記第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、
    追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、
    前記追尾装置は前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  2. 請求項1記載の追尾方法において、
    前記第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、
    前記ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から前記位置検出情報を算出する
    ことを特徴とする追尾方法。
  3. 請求項1記載の追尾方法において、
    前記追尾装置は前記記憶手段に記憶された所定時間前の前記追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  4. 請求項1記載の追尾方法において、
    前記追尾装置に障害物検知センサを設け、
    前記障害物検知センサが障害物を検知したときには前記追尾を一時停止させ、
    前記障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に前記追尾を再開する
    ことを特徴とする追尾方法。
  5. 請求項4記載の追尾方法において、
    前記再開された追尾は、前記記憶手段に記憶された前記追尾対象物の位置の経路に従って行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  6. 請求項4記載の追尾方法において、
    前記一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  7. 請求項6記載の追尾方法において、
    前記回避行動は、前記記憶手段に記憶された情報に基づく前記追尾対象物が過去に通過した経路を、前記追尾装置の進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  8. 請求項1記載の追尾方法において、
    前記追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、
    前記追跡装置は複数の前記追尾対象物の中の一つを前記識別コードで識別して追尾を行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  9. 請求項1記載の追尾方法において、
    前記記憶手段を前記追尾対象物と前記追尾装置の双方に設け、
    前記追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには前記追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する
    ことを特徴とする追尾方法。
  10. 請求項1記載の追尾方法において、
    現時点の前記追尾対象物の位置検出情報を判別し、
    前記現時点の位置検出情報と前記追尾装置の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う
    ことを特徴とする追尾方法。
  11. 第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、
    前記位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、
    第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、
    前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  12. 請求項11記載の追尾装置において、
    前記第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、
    前記ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から前記位置検出情報を算出する
    ことを特徴とする追尾装置。
  13. 請求項11記載の追尾装置において、
    前記記憶手段に記憶された所定時間前の前記追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  14. 請求項11記載の追尾装置において、
    障害物検知センサを設け、
    前記障害物検知センサが障害物を検知したときには前記追尾を一時停止させ、
    前記障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に前記追尾を再開する
    ことを特徴とする追尾装置。
  15. 請求項14記載の追尾装置において、
    前記再開された追尾は、前記記憶手段に記憶された前記追尾対象物の位置の経路に従って行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  16. 請求項14記載の追尾装置において、
    前記一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  17. 請求項16記載の追尾装置において、
    前記回避行動は、前記記憶手段に記憶された情報に基づく前記追尾対象物が過去に通過した経路を進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  18. 請求項11記載の追尾装置において、
    前記追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、
    複数の前記追尾対象物の中の一つを前記識別コードで識別して追尾を行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  19. 請求項11記載の追尾装置において、
    前記記憶手段を前記追尾対象物と自己側の双方に設け、
    前記自己側の記憶手段に欠落が生じたときには前記追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する
    ことを特徴とする追尾装置。
  20. 請求項11記載の追尾装置において、
    現時点の前記追尾対象物の位置検出情報を判別し、
    前記現時点の位置検出情報と自己の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う
    ことを特徴とする追尾装置。
  21. 追尾対象物に第1の位置検出センサと第1の情報通信手段を設け、
    前記第1の位置検出センサによる位置検出情報を、時計手段からの時刻情報と共に記憶する記憶手段を有すると共に、
    追尾装置にも第2の位置検出センサと第2の情報通信手段を設け、
    前記追尾装置は前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  22. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    前記第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、
    前記ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から前記位置検出情報を算出する算出手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  23. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    前記追尾装置は前記記憶手段に記憶された所定時間前の前記追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  24. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    前記追尾装置に障害物検知センサを設け、
    前記障害物検知センサが障害物を検知したときには前記追尾を一時停止させ、
    前記障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に前記追尾を再開する前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  25. 請求項24記載の追尾システムにおいて、
    前記再開された追尾は、前記記憶手段に記憶された前記追尾対象物の位置の経路に従って行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  26. 請求項24記載の追尾システムにおいて、
    前記一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  27. 請求項26記載の追尾システムにおいて、
    前記回避行動は、前記記憶手段に記憶された情報に基づく前記追尾対象物が過去に通過した経路を、前記追尾装置の進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  28. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    前記追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、
    前記追跡装置は複数の前記追尾対象物の中の一つを前記識別コードで識別して追尾を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  29. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    前記記憶手段を前記追尾対象物と前記追尾装置の双方に設け、
    前記追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには前記追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  30. 請求項21記載の追尾システムにおいて、
    現時点の前記追尾対象物の位置検出情報を判別し、
    前記現時点の位置検出情報と前記追尾装置の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾システム。
  31. 第1の位置検出センサと第1の情報通信手段の設けられた追尾対象物に対して、
    前記位置検出センサによる位置検出情報を逐次記憶する記憶手段を有すると共に、
    第2の位置検出センサと第2の情報通信手段が設けられ、
    前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記追尾対象物が過去に通過した経路を再現して追尾を行う制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  32. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    前記第1及び第2の位置検出センサは、ジャイロと加速度センサと方位センサを少なくとも有し、
    前記ジャイロと加速度センサと方位センサの出力から前記位置検出情報を算出する算出手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  33. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    前記記憶手段に記憶された所定時間前の前記追尾対象物の位置を目標位置として追尾を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  34. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    障害物検知センサを設け、
    前記障害物検知センサが障害物を検知したときには前記追尾を一時停止させ、
    前記障害物検知センサが障害物を検知しなくなった後に前記追尾を再開する前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  35. 請求項34記載の追尾プログラムにおいて、
    前記再開された追尾は、前記記憶手段に記憶された前記追尾対象物の位置の経路に従って行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  36. 請求項34記載の追尾プログラムにおいて、
    前記一時停止の期間が所定時間以上になったときは回避行動を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  37. 請求項36記載の追尾プログラムにおいて、
    前記回避行動は、前記記憶手段に記憶された情報に基づく前記追尾対象物が過去に通過した経路を進行方向の左右に所定距離ずつシフトして行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  38. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    前記追尾対象物の情報通信手段には固有の識別コードを設け、
    複数の前記追尾対象物の中の一つを前記識別コードで識別して追尾を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  39. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    前記記憶手段を前記追尾対象物と前記追尾装置の双方に設け、
    前記追尾装置側の記憶手段に欠落が生じたときには前記追尾対象物側の記憶手段に情報の再送信を要求する前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
  40. 請求項31記載の追尾プログラムにおいて、
    現時点の前記追尾対象物の位置検出情報を判別し、
    前記現時点の位置検出情報と自己の位置検出情報との距離が所定の距離以内となったときに衝突回避行動を行う前記制御手段を有する
    ことを特徴とする追尾プログラム。
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