特許 7607738 制御システムおよび玩具システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】制御システムおよび玩具システム

(51)【国際特許分類】

   A63H 18/16 20060101AFI20241220BHJP

   A63H 18/02 20060101ALI20241220BHJP

【ＦＩ】

A63H18/16 A

A63H18/02 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023221602

(22)【出願日】2023-12-27

(62)【分割の表示】P 2023121947の分割

【原出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2024026585

(43)【公開日】2024-02-28

【審査請求日】2024-01-16

(31)【優先権主張番号】P 2019203469

(32)【優先日】2019-11-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】310021766

【氏名又は名称】株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 哲法

(72)【発明者】

【氏名】アンドレ アレクシー

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ロマン・トマ

【審査官】白形 優依

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６３５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２５４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】登録実用新案第３２１５６１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１０２９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１８１２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｈ １／００ － ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ座標が符号化された画像である複数のパターンが印刷されたカードと、
前記カードが配置される位置を規制する規制部材と、
前記規制部材により規制された位置に配置されるカードの上を走行する移動部、および、前記カードに印刷されるパターンを撮影するカメラ、を有する移動デバイスと、を含み、
前記座標は前記カード内における当該座標が符号化された画像の位置を示し、
前記撮影されたパターンに基づいて検出される前記移動デバイスの座標に基づいて、前記移動デバイスの走行が制御される、
制御システム。

【請求項2】

請求項１に記載の制御システムにおいて、
前記撮影されたパターンに基づいて検出される前記移動デバイスの向きにさらに基づいて、前記移動デバイスの走行が制御される、
制御システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の制御システムにおいて、
前記カードには座標空間内の領域が割り当てられ、前記複数のパターンには、前記領域内の対応する位置の座標が符号化された座標が印刷される、
制御システム。

【請求項4】

請求項１に記載の制御システムにおいて、
前記規制部材にはユーザに視認可能な画像が印刷される、
制御システム。

【請求項5】

カードと、
前記カードが配置される位置を規制する規制部材と、を含み、
前記カードには、表面に当該カード内における位置を示す座標が符号化された画像である複数のパターンが印刷され、
前記規制部材により規制された位置に配置される前記カードの上には、前記パターンを撮影し、かつ当該撮影されたパターンが復号化された座標に応じて走行する移動デバイスが走行可能である、
玩具システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は制御システムおよび玩具システムに関する。

【背景技術】

【0002】

位置情報が符号化されたパターンが印刷されたシートがある。シート上に配置された移動デバイスは、シートに印刷されたパターンを読み込み、移動デバイスは、パターンにより認識された位置に基づいてその動作を制御される。

【0003】

特許文献１には、マットに印刷されたパターンを認識し、自走デバイスがそのパターンが示す位置に基づいてマット上を走行することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／０２５４６７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シート上に、位置情報が符号化されたパターンが印刷されたピースを乗せることで、移動デバイスの動作などに対する制御の自由度を高めることが可能である。発明者らは、このピースとしてカードを用いることを検討している。例えばカードはシールと異なり移動が容易であるが、移動デバイスがカードの上を通る際にカードがずれてしまうなどの走行上の問題が生じやすい。

【0006】

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、位置情報が符号化されたパターンが印刷されたシートであってピースが配置されたシートの上を自走デバイスが走行する際の問題の発生を減らすことにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明にかかる制御システムは、位置情報が符号化されたパターンが印刷され、複数のくぼみを含むシートと、前記くぼみに応じた平面形状を有し、前記くぼみの上に配置可能なカードと、前記シートおよび前記くぼみの上に配置されるカードの上を走行する移動部、および、前記シートに印刷されるパターンを撮影するカメラ、を有する移動デバイスと、前記撮影されたパターンに基づいて検出される前記移動デバイスの位置に基づいて、前記移動デバイスを制御する制御手段と、を含む。

【0008】

また、本発明にかかるシートは、カードを配置可能な形状を有するくぼみと、表面に印刷され位置情報が符号化されたパターンと、を含み、前記くぼみの上は、前記カードが配置されているかに関わらず、前記パターンを撮影し、かつ当該撮影されたパターンが復号化された位置情報に応じて走行する移動デバイスが走行可能である。

【0009】

また、本発明にかかる玩具システムは、カードと、シートと、を含み、前記シートは、くぼみ、および、表面に印刷される位置情報が符号化されたパターンを含み、前記カードは、前記くぼみに応じた平面形状を有し、前記くぼみの上に配置可能であり、前記くぼみの上は、前記カードが配置されているかに関わらず、前記パターンを撮影し、かつ当該撮影されたパターンが復号化された位置情報に応じて走行する移動デバイスが走行可能である。

【0010】

本発明によれば、位置情報が符号化されたパターンが印刷されたシートであってピースが配置されたシートの上を自走デバイスが走行する際の問題の発生を減らすことができる。

【0011】

本発明の一形態では、前記くぼみの深さは、前記カードの厚さより小さくてよい。

【0012】

本発明の一形態では、前記パターンは、前記くぼみの表面と、前記くぼみの外側とに印刷されてよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態にかかる制御システムの一例を示す図である。

【図2】制御システムのハードウェア構成を示す図である。

【図3】台車の一例を示す図である。

【図4】シートの一例を示す図である。

【図5】ピースが配置されるシートの一例を示す図である。

【図6】図５のVI-VI切断線における断面図である。

【図7】ピースが配置されるシートの比較例を示す図である。

【図8】座標空間に対する領域の割当の一例を示す図である。

【図9】制御システムが実現する機能を示すブロック図である。

【図10】制御システムの処理の一例を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。本発明の実施形態では、自走可能な移動デバイスがシートおよびシート上のピースの上を走行する。

【0015】

図１は、本発明の実施形態にかかる制御システムの一例を示す図である。本発明にかかる制御システムは、デバイス制御装置１０と、台車２０ａ，２０ｂと、コントローラ１７と、カートリッジ１８とを含む。台車２０ａ，２０ｂはカメラ２４を有する自走式の移動デバイスであり、どちらも同じ機能を有する。以下では特に区別する必要がない限り、これらの台車２０ａ，２０ｂを台車２０と記載する。デバイス制御装置１０は、無線を介して台車２０を制御する。デバイス制御装置１０は凹部３２を有し、台車２０が凹部３２にはめ込まれると、デバイス制御装置１０は台車２０を充電する。コントローラ１７はユーザによる操作を取得する入力装置であり、ケーブルによりデバイス制御装置１０に接続されている。カートリッジ１８は不揮発性メモリを内蔵する。

【0016】

図２は、本発明の実施形態にかかる制御システムのハードウェア構成の一例を示す図である。デバイス制御装置１０は、プロセッサ１１、記憶部１２、通信部１３、入出力部１４を含む。台車２０は、プロセッサ２１、記憶部２２、通信部２３、カメラ２４、２つのモータ２５を含む。デバイス制御装置１０は、台車２０の制御に最適化された専用の装置であってもよいし、汎用的なコンピュータであってもよい。

【0017】

プロセッサ１１は、記憶部１２に格納されているプログラムに従って動作し、通信部１３、入出力部１４などを制御する。プロセッサ２１は、記憶部２２に格納されているプログラムに従って動作し、通信部２３、カメラ２４、モータ２５などを制御する。上記プログラムは、カートリッジ１８内のフラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるが、インターネット等のネットワークを介して提供されてもよい。

【0018】

記憶部１２は、デバイス制御装置１０に内蔵されるＤＲＡＭおよび不揮発性メモリと、カートリッジ１８内の不揮発性メモリ等によって構成されている。記憶部２２は、ＤＲＡＭおよび不揮発性メモリ等によって構成されている。記憶部１２，２２は、上記プログラムを格納する。また、記憶部１２，２２は、プロセッサ１１，２１や通信部１３，２３等から入力される情報や演算結果を格納する。

【0019】

通信部１３，２３は他の機器と通信するための集積回路やアンテナなどにより構成されている。通信部１３，２３は、例えばBluetooth(登録商標)プロトコルに従って互いに通信する機能を有する。通信部１３，２３は、プロセッサ１１，２１の制御に基づいて、他の装置から受信した情報をプロセッサ１１，２１や記憶部１２，２２に入力し、他の装置に情報を送信する。なお、通信部１３はＬＡＮなどのネットワークを介して他の装置と通信する機能を有してもよい。

【0020】

入出力部１４は、コントローラ１７などの入力デバイスからの情報を取得する回路と、音声出力デバイスや画像表示デバイスなどの出力デバイスを制御する回路とを含む。入出力部１４は、入力デバイスから入力信号を取得し、その入力信号が変換された情報をプロセッサ１１や記憶部１２に入力する。また入出力部１４は、プロセッサ１１などの制御に基づいて、音声をスピーカに出力させ、画像を表示デバイスに出力させる。

【0021】

モータ２５は、プロセッサ２１により回転方向、回転量および回転速度が制御される、いわゆるサーボモータである。２つのモータ２５のそれぞれには、１つの車輪２５４が割り当てられており、モータ２５は、割り当てられた車輪２５４を駆動する。

【0022】

カメラ２４は、台車２０の下方を撮影するように配置され、台車２０が置かれているシート３１またはピース３３（図４，１５参照）に印刷されたパターンを撮影する。本実施形態では、シート３１およびピース３３には赤外線の周波数領域で認識されるパターンが印刷されており、カメラ２４は、その赤外線の画像を撮影する。

【0023】

図３は、台車２０の一例を示す図である。図３は、台車２０を下からみた図である。台車２０は、電源スイッチ２５０、スイッチ２２２、２つの車輪２５４をさらに含む。

【0024】

図４は、シート３１の一例を示す図である。シート３１には、ユーザが視認できる画像が印刷されており、さらに、カメラ２４により読み取り可能なパターンが印刷されている。シート３１は複数のくぼみ４１と、平面視でくぼみ４１のそれぞれの周縁で接するフレーム領域４２とを含む。シート３１上のくぼみ４１の底はフレーム領域４２より低い位置にある。図４の例では、複数のくぼみ４１は横方向および縦方向に並んでいる。複数のシート３１が平面的に並べられてもよい。この場合、隣に他のシート３１を固定するために、シート３１の外周に係合部および被係合部が設けられてもよい。

【0025】

くぼみ４１には、ピース３３を配置することができる。図５はピース３３が配置されるシート３１の一例を示す図であり、図６は図５のVI-VI切断線における断面図である。図５および図６に示されるように、ピース３３は厚みｔを有する板状のカードであり、平面的に、ピース３３の外形は、くぼみ４１の内周に対応する形状である。より具体的には、平面的に、ピース３３の外形状はくぼみ４１の内周と相似であり、ピース３３の大きさはくぼみ４１より少し小さく、ピース３３がくぼみ４１の上に配置された際に、ピース３３の端とくぼみ４１の内周との距離が所定の値（例えば車輪２５４の半径）より小さくなるようにピース３３の大きさが定められている。台車２０は、ピース３３が配置されているか否かに関わらず、くぼみ４１の上を走行可能である。

【0026】

くぼみ４１の底は平らであり、その底の深さＤｐはほぼ一定である。ピース３３がくぼみ４１に配置される場合には、底の平らな部分はピース３３の裏面と接する。深さＤｐは、ピース３３の厚さｔより小さい。ここで、フレーム領域４２とピース３３との間の高さの差ｓ（段差の大きさ）は（ｔ－Ｄｐ）である。

【0027】

図７は、ピース３３ｅが配置されるシート３１ｅの比較例を示す図である。図７の例では、シート３１ｅはフラットな形状を有し、くぼみ４１を含まない。この場合、ピース３３ｅの水平方向の移動を妨げるものが存在しないため、シート３１ｅおよびピース３３ｅの上を台車２０が走行する際に、ピース３３の位置がずれやすい。一方、本実施形態では、くぼみ４１にピース３３を配置することで、その上を台車２０が走行する際にピース３３の位置がずれることを避けることができる。

【0028】

また、図７の例では、シート３１ｅの上からピース３３ｅの上へ台車２０が移動する際の段差の大きさがピース３３の厚さｔとなる。本実施形態では、くぼみ４１の深さＤｐがピース３３の厚さｔより小さいことで、シート３１ｅの上からピース３３ｅの上へ台車２０が移動する際の段差の大きさｓが（ｔ－Ｄｐ）となり、段差をより小さくすることができる。さらにいえば、仮に、深さＤｐが厚さｔの場合はシート３１ｅの上からピース３３ｅの上へ台車２０が移動する際の段差は最小になるが、ピース３３が配置されていないくぼみ４１に台車２０が進入する際の段差の大きさが厚さｔ（深さＤｐに同じ）となる。ピース３３の厚さｔが一定であるとすると、この段差は本実施形態より大きくなってしまう。

【0029】

くぼみ４１を設けつつくぼみ４１の深さＤｐがピース３３の厚さｔより小さいことで、シート３１ｅの上からピース３３ｅの上へ台車２０が移動する際の段差、および、ピース３３が配置されていないくぼみ４１に台車２０が進入する際の段差を小さくすることができる。これにより、例えば、車輪２５４の大きさなどの制約により段差を超える性能が低い台車２０であっても、ピース３３の厚さｔを確保することが可能になる。

【0030】

ここで、シート３１およびピース３３に印刷されるパターンについてより詳細に説明する。シート３１およびピース３３の上には、所定の大きさ（例えば０．２ｍｍ角）の単位パターンがマトリクス状に並んでいる。単位パターンのそれぞれは、そのパターンが配置される位置の座標が符号化された画像である。

【0031】

シート３１およびピース３３には、符号化された座標が表現することが可能な座標空間のうち、そのシート３１およびピース３３の大きさに対応する領域が割り当てられている。

【0032】

図８は、座標空間に対する領域の割当の一例を示す図である。図８の例では、シート３１に対して割り当てられる座標領域と、ピース３３に対して割り当てられる座標領域とが異なっている。また、フレーム領域４２およびくぼみ４１の底に対しては、走行時に座標の不連続が生じないように、一貫性のある座標領域が割り当てられている。

【0033】

本実施形態にかかる制御システムでは、台車２０のカメラ２４がシート３１等に印刷された単位パターンを撮影し、台車２０またはデバイス制御装置１０がその単位パターンを復号して座標を取得する。これにより、台車２０のシート３１等の上における位置が認識される。また、台車２０またはデバイス制御装置１０は、カメラ２４により撮影された画像内にある単位パターンの向きを検出することにより、台車２０の向きも算出する。

【0034】

本実施形態では、シート３１等に印刷されるパターンを利用することにより、ステレオカメラなどの他のデバイスを用いることなくシート３１等の上における台車２０の位置を高精度に認識することができる。

【0035】

ここで、シート３１に割当てられる座標領域と、ピース３３に割当てられる座標領域が異なるため、シート３１上からピース３３上に台車２０が移動すると、得られる座標が不連続的に移動し、台車２０の制御の支障となる。以下では、この問題の発生を低減させるための制御システムの動作について説明する。

【0036】

図９は、制御システムが実現する機能を示すブロック図である。制御システムは、機能的に、現在位置取得部５１、座標変換部５２、走行制御部５３を含む。これらの機能は、主に、デバイス制御装置１０に含まれるプロセッサ１１が記憶部１２に格納されるプログラムを実行し、通信部１３を介して台車２０を制御することにより実現される。また、現在位置取得部５１などの機能の一部は、台車２０に含まれるプロセッサ２１が記憶部２２に格納されるプログラムを実行し、通信部２３を介してデバイス制御装置１０とデータをやり取りし、カメラ２４やモータ２５を制御することにより実現される。

【0037】

現在位置取得部５１は、カメラ２４により撮影された画像から、座標が符号化されたパターンを認識し、そのパターンが示す座標から、台車２０の位置する座標と台車２０の向きとを検出する。

【0038】

座標変換部５２は、台車２０の検出された座標がシート３１の内にない場合に、変換ルールに基づいてその座標をそのシート３１を基準とする座標に変換し、向きもその変換ルールに基づいて変換する。

【0039】

走行制御部５３は、台車２０の座標および向きに基づいて台車２０の動作を制御する。

【0040】

以下ではこの制御システムが実行する処理についてより詳細に説明する。図１０は、制御システムの処理の一例を示すフロー図である。

【0041】

はじめに、現在位置取得部５１は、台車２０のカメラ２４が撮影したパターンに基づいて、現在の台車２０の座標および向きを取得する（検出する）（ステップＳ２０１）。

【0042】

次に、座標変換部５２は、パターンに基づいて検出された座標が、シート３１上の座標であるか否か判定する（ステップＳ２０２）。検出された座標がシート３１上の座標である場合には（ステップＳ２０２のＹ）、座標の変換はせず座標変換部５２の処理を終了する。一方、シート３１上の座標でない場合は（ステップＳ２０２のＮ）、座標変換部５２は取得された座標を含む領域が割り当てられたピース３３を特定する（ステップＳ２０３）。

【0043】

そして座標変換部５２は、座標の変換ルールがすでに決定されているか判定する（ステップＳ２０４）。例えば、座標変換部５２は、前回検出された座標がシート３１上の座標で、今回検出されたピース３３上の座標である場合に、座標の変換ルールが決定されていないと判定してもよい。

【0044】

座標の変換ルールが決定されていない場合には（ステップＳ２０４のＮ）、座標変換部５２は直近のシート３１上の座標およびピース３３上の現在の座標に基づいて、ピース３３上の座標をシート３１上の座標に変換する変換ルールを決定する（ステップＳ２０５）。なお、このピース３３について座標の変換ルールがすでに決定されている場合には（ステップＳ２０４のＹ）、ステップＳ２０５の処理はスキップされる。

【0045】

ステップＳ２０５の変換ルールの決定についてさらに説明する。以下では、移動元座標が最後に検出されたシート３１の上の座標であり、移動先座標が最初に取得されたピース３３の上の座標であるとする。座標変換部５２は、移動元座標が示す位置、台車２０の向き、および、移動元座標が取得されてから移動先座標が取得されるまでのモータ２５の回転量に基づいて、仮にシート３１上を走行した場合における、現在の位置の予測座標を求める。座標変換部５２は、予測座標が示す位置と移動先座標が示す位置とが一致し、かつ、移動元座標における向きから移動先座標における向きの変化に基づいて算出されるシート３１に対するピース３３の傾きが反映されるように座標の変換式を生成し、その変換式を変換ルールとして決定する。

【0046】

変換ルールが決定されると、座標変換部５２は、決定された変換ルールに基づいて、現在の座標をシート３１上の座標に変換する（ステップＳ２０６）。

【0047】

座標変換部５２による処理が終了すると、走行制御部５３は、変換された台車２０の座標および向きに基づいて、台車２０の走行を制御する（ステップＳ２０７）。

【0048】

図１０に示される処理により、台車２０がピース３３上にある場合に、座標変換部５２は現在位置取得部５１が取得したピース３３上の座標をシート３１上の座標に変換し、その変換された座標を走行制御部５３が台車２０の移動の制御に用いる座標として入力する。これにより、走行制御部５３による走行の制御を適切に行うことが可能になる。例えば、ピース３３上を走行している際にも、シート３１上の他のオブジェクト等を考慮して台車２０の移動を制御することが可能になる。

【0049】

ここで、ステップＳ２０５の変換ルールの決定は他の手法により行われてもよい。例えば、くぼみ４１およびピース３３の形状により、ピース３３の相対的位置と向きの自由度が制限されるので、座標変換部５２は、移動元座標と移動先座標とに基づいて、変換式のパラメータを選択することにより変換ルールを決定してもよい。例えば、座標変換部５２は、移動先座標がどのピース３３に割り当てられているかにより、ピース３３に対応する変換式のパラメータとしてピース３３内の基準位置の座標を決定し、さらに移動先座標に近いピース３３の端の方向を検出し、その検出された端に基づいてピース３３がはめ込まれた向きの相違を解消するための座標および向きの変換のパラメータを決定してよい。

【0050】

なお、図８の説明において、くぼみ４１の底およびフレーム領域４２に対して統一的な座標領域が割り当てられているが、くぼみ４１の底に対してフレーム領域４２と連続しない領域が割り当てられてもよい。この場合、別途、座標変換部５２は台車２０が読み取った座標がくぼみ４１の底の座標である場合に、座標の値に対して固定的な値をそうかまたは減少させることによりシート３１上の座標に変換してよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】