本發(fā)明涉及通過計算機系統(tǒng)對移動元件的定位，尤其涉及智能地面領(lǐng)域。本發(fā)明尤其具有在虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實領(lǐng)域中的應用。更具體地，本發(fā)明涉及混合移動元件、用于使多個混合移動元件與計算機系統(tǒng)接口連接的裝置和方法。

背景技術(shù)：

在多種情況下，對于計算機系統(tǒng)，可能需要檢測移動元件的定位(例如位置、定向、高度)，以允許計算機系統(tǒng)相應地進行響應，并允許將這些移動元件作為計算機系統(tǒng)的接口來使用。

本發(fā)明對于例如由人類或甚至機器人用戶攜帶的移動元件的檢測是特別有利的。這些用戶例如可在游樂場、或建筑物內(nèi)部位移。而且，這些用戶可執(zhí)行大幅度運動，這尤其對跟蹤位置而言施加了特定約束。

存在允許連續(xù)跟蹤大幅度的位移的定位系統(tǒng)。

一種解決方案包括使用慣性測量元件，慣性測量元件被定義為允許測量移動元件的運動參數(shù)的一組傳感器(例如陀螺儀和加速度計、磁力計)。然而，在實踐中，由于影響旋轉(zhuǎn)測量和加速度測量的誤差(例如偏差、噪音、比例因子、非線性)和在估計例如所考慮的移動元件的速度和位置的時間期間產(chǎn)生偏移的誤差，導致運行與理想方程式產(chǎn)生偏差。同樣，移動元件經(jīng)受的撞擊可能造成慣性測量元件在測量中的較大誤差。

因此，這種解決方案本身不適于持續(xù)時間超過數(shù)分鐘甚至數(shù)秒的應用，例如虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實應用。

不經(jīng)受這種偏差的另一種可能的解決方案是通過差分gps(英文為differentialglobalpositioningsystem，差分全球定位系統(tǒng))定位，該方案使用向接收器傳送由衛(wèi)星指示的位置和其已知實際位置之間的偏差的固定參考站網(wǎng)絡(luò)。接收器因此接收由衛(wèi)星測量的偽距離和真實偽距離之間的差，并因此可糾正其自己的測量結(jié)果。

然而，該類型的定位不適于位于建筑物內(nèi)部的移動元件的定位。而且，差分gps的精確度為十幾厘米數(shù)量級，這不足夠用于一些應用，尤其是虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實。而且，該技術(shù)對于可能導致誤測位置的金屬物體的出現(xiàn)極其敏感。

存在尤其通過地面三角測量運行的其它定位技術(shù)，例如uwb(英文為ultrawideband，超寬帶)又或ibeacon，允許定位建筑物內(nèi)部的元件。根據(jù)其原理，這些技術(shù)被用于裝配有信標的移動體的定位，信標能夠發(fā)射由例如在建筑物內(nèi)部環(huán)境中分布的接收器捕獲的數(shù)據(jù)。這些接收器通過測量信號傳播時間來估計信標各自分開的距離，這使得系統(tǒng)能夠通過三角測量來計算移動體的位置。

這些技術(shù)具有需要校準信標的缺點。而且，由三角測量計算的位置精確度為15cm數(shù)量級，這對于例如虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實的一些應用是不足夠的。另外，所使用的三角測量方法不太適于定位多個元件，可快速觀察到系統(tǒng)擁塞問題。同樣地，這些技術(shù)對金屬元件(例如帶金屬結(jié)構(gòu)的隔壁、金屬橫梁又或金屬柜)的出現(xiàn)敏感，由于波的多個路徑，所述金屬元件顯著干擾位置的測量。這些金屬元件的出現(xiàn)大大降低最終位置計算的精確度(多于1m的精確度)。

在虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的具體應用領(lǐng)域中，存在基于尤其是攝像頭的光學部件的定位方案。

然而，這些方案需要特定的設(shè)施(例如待安置在環(huán)境中的led軌道、常常裝配計算部件的用于實時分析圖像的多個攝像頭、又或允許攝像頭計算位置的紅外目標點集)且通常成本極高，因此對于大眾應用是不現(xiàn)實的。而且，這些解決方案對其中移動元件變換位置的環(huán)境、尤其對環(huán)境的可視質(zhì)量特別敏感，可視質(zhì)量例如通過煙、霧、又或弱亮度而改變。它們還對由物理屏障、典型地由另一移動元件對光學部件的遮掩敏感，并因此不太適于隨時間跟蹤多個移動元件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明允許解決前面揭示的至少一個問題。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于裝置的混合移動元件，所述裝置用于使多個移動元件與計算機系統(tǒng)接口連接，所述混合移動元件包括至少一個定位模塊，所述定位模塊包括如下部件：

-用于發(fā)射允許計算(確定)所述定位模塊的位置的電磁信號的部件；和，

-用于接收激活信號的部件，并根據(jù)所述激活信號的至少一個信息激活所述部件以發(fā)射電磁信號；

所述混合移動元件的特征在于其還包括：

-與所述定位模塊一體連接的慣性測量元件；和

-與所述裝置通信的通信部件，用于傳送與慣性測量元件的位移相關(guān)的數(shù)據(jù)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的混合移動元件允許計算機系統(tǒng)即使在這些移動元件中的一些短暫地處于接口連接裝置范圍之外(使得其定位模塊不能在給定時刻發(fā)送信號)時，簡單并有效地確定可被用于與該計算機系統(tǒng)交互的大量移動元件的位置。

事實上，借助使用與給定的定位模塊一體連接的慣性測量元件，雖然其不能發(fā)射允許直接計算位置信息的信號，但是仍然可根據(jù)在裝置可接收由該定位模塊發(fā)射的信號的時刻計算出的先前位置信息和慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，來計算該位置信息。由于該類型的計算基于兩種類型的數(shù)據(jù)，即根據(jù)從定位模塊接收的信號而計算的位置信息和一體連接該模塊的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，因此該類型的計算被稱為混合計算。

有利地，可從慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)推導出的位置信息表示混合移動元件的位置，這是由于混合移動元件相對于慣性測量元件是固定的(與慣性測量元件剛性相連)。

而且，慣性測量元件和定位模塊的組合使用允許避免慣性測量元件的數(shù)據(jù)偏移現(xiàn)象。

根據(jù)具體實施方式，混合移動元件的通信部件還被配置用于接收所述定位模塊的至少一個位置信息。例如已通過裝置根據(jù)由定位模塊發(fā)射的電磁信號計算該位置信息。

根據(jù)具體實施方式，在混合移動元件處執(zhí)行位置的混合計算。

在本方式中，混合移動元件還包括根據(jù)所接收的位置信息和慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)來混合計算所述定位模塊的新位置信息的混合計算部件。

因此，通信部件還可被配置用于例如向裝置傳送所述定位模塊的所述新位置信息。

根據(jù)具體實施方式，混合移動元件的通信部件被配置用于接收慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)的校準數(shù)據(jù)，所述校準數(shù)據(jù)基于根據(jù)由所述定位模塊發(fā)射的電磁信號計算的位置信息。

這些校準數(shù)據(jù)例如為通過裝置根據(jù)由定位模塊在給定時刻發(fā)射的電磁信號計算的位置信息。

根據(jù)具體實施方式，混合移動元件被配置用于在每次激活所述定位模塊時校準慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)。在本方式中，通過裝置根據(jù)由定位模塊發(fā)射的電磁信號計算出的各個位置信息被發(fā)送至混合移動元件。

用于發(fā)射信號的部件例如包括一旦被激活就發(fā)射電磁場的螺線管，以允許確定混合移動元件的位置和/或定向。在變型中，用于發(fā)射信號的部件可包括任何其它電磁場發(fā)射部件。

混合移動元件還可以包括遠程供電部件，用于向定位模塊的組件供電。

例如，混合移動元件可以包括可通過感應激勵的至少一個螺線管。混合移動元件可包括任何其它遠程供電部件，例如使用powercast(powercast為商標)技術(shù)的天線。

混合移動元件可包括諸如電池、干電池或電容器之類的能量存儲部件。

本發(fā)明的目的還在于一種用于使多個混合移動元件與計算機系統(tǒng)接口連接的裝置，所述裝置包括檢測表面，并且其特征在于所述裝置包括如下部件：

-用于順序地激活整合于所述多個混合移動元件的各個混合移動元件的至少一個定位模塊的部件，在給定時刻單一定位模塊能夠被激活；

-用于從被激活的所述至少一個定位模塊接收至少一個電磁信號的部件；

-用于根據(jù)所接收的所述至少一個電磁信號來實時計算混合移動元件在與所述檢測表面相關(guān)聯(lián)的基準上的至少一個位置信息的部件，所述混合移動元件包括被激活的所述定位模塊；

-通信部件，用于在所述至少一個定位模塊的激活期間在未接收到電磁信號的情況下，接收與慣性測量元件的位移相關(guān)的數(shù)據(jù)，所述慣性測量元件與被激活的所述至少一個定位模塊一體連接；

-根據(jù)所接收的位移數(shù)據(jù)和所計算的位置信息，實時地混合計算被激活的所述至少一個定位模塊的新位置信息的混合計算部件。

根據(jù)具體實施方式，裝置的通信部件還被配置用于：

-將根據(jù)所接收的電磁信號計算的位置信息傳送至混合移動元件；和

-接收由混合移動元件根據(jù)所傳送的位置信息計算的所述新位置信息。

根據(jù)具體實施方式，裝置的通信部件被配置用于傳送慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)的校準數(shù)據(jù)，所述校準數(shù)據(jù)基于根據(jù)所接收的電磁信號計算的位置信息。

這些校準數(shù)據(jù)例如為由裝置根據(jù)在給定時刻由定位模塊發(fā)射的電磁信號計算的位置信息。

本發(fā)明的目的還在于一種包括多個如前述的裝置的裝置，多個裝置中的一個裝置控制在所述多個裝置中的其它裝置中實施的至少一些部件。因此，增大裝置的表面大小是可能的，在所述裝置上混合移動元件可改變位置。

有利地，用于順序地激活至少一個定位模塊的部件可包括用于發(fā)射高頻信號的部件，高頻信號包括定位模塊的標識符。因此裝置可根據(jù)其標識符容易地選擇特定定位模塊。

所接收的信號例如可為電磁場。用于從被激活的定位模塊接收至少一個信號的部件還可包括由一組導電回路形成的導電網(wǎng)格，并且因此裝置可包括用于順序地選擇該組導電回路的各個導電回路的部件。因此可根據(jù)所接收的信號和所選導電回路的特征來確定定位模塊的位置。

以有利的方式，裝置還包括對所接收的信號進行濾波以便去除干擾信號的部件。

檢測表面例如包括pet塑料表面，通過銀絲網(wǎng)印刷在該表面上形成了導電網(wǎng)格。例如，通過使用含有銀粒子的導電噴墨的印刷形成導電網(wǎng)格。

在變型中，檢測表面例如包括pet塑料表面，利用銅跡線在該表面上形成導電網(wǎng)格。根據(jù)另一變型，通過利用導電線的編織形成導電網(wǎng)格。

仍根據(jù)另一變型，檢測表面例如包括柔性或剛性的電磁接收pcb(printedcircuitboard，印刷電路板)型電路板。

本發(fā)明的目的還在于一種用于使多個混合移動元件與計算機系統(tǒng)接口連接的方法，所述方法的特征在于其包括如下步驟：

-獲得所述多個混合移動元件中的一個混合移動元件的至少一個位置信息，所述混合移動元件包括被激活的至少一個定位模塊，根據(jù)由整合到該混合移動元件的被激活的所述至少一個定位模塊發(fā)射的至少一個電磁信號計算至少一個位置信息，在給定時刻單一定位模塊能夠被激活：

隨后，在所述至少一個定位模塊的激活期間在此后未接收到電磁信號的情況下：

-獲得與慣性測量元件的位移相關(guān)的數(shù)據(jù)，所述慣性測量元件與被激活的所述至少一個定位模塊一體連接；和

-根據(jù)所獲得的位移數(shù)據(jù)和所獲得的位置信息實時地混合計算被激活的所述至少一個定位模塊的新位置信息。

根據(jù)具體實施方式，所述方法還包括校準慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)的步驟。

例如根據(jù)一個或更多個位置信息計算這些數(shù)據(jù)，所述一個或更多個位置信息是根據(jù)從定位模塊接收的信號計算出的。

根據(jù)第一實施方式，所述方法還包括將所獲得的所述位置信息與其計算日期一起存儲的存儲步驟，根據(jù)存儲的所述位置信息來實施所述校準步驟。

根據(jù)第二實施方式，所述方法還包括接收指示接收來自被激活的所述至少一個定位模塊的電磁信號失敗的信息的接收步驟。

在第二種方式中，所述方法還可以包括接收校準數(shù)據(jù)的步驟，根據(jù)所接收的校準數(shù)據(jù)來實施所述校準步驟。

在該第二種方式中，所述方法還可以包括傳送所計算的新位置信息的步驟。

因此根據(jù)所述方式，混合移動元件或裝置可借助校準數(shù)據(jù)來校準慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)。因此避免了在持續(xù)使用慣性測量元件或其經(jīng)受撞擊時常常觀察到的隨時間的偏移問題。

有利地，這種方法還可以包括控制至少一個定位模塊有效性的步驟，響應于有效性控制步驟來執(zhí)行定位模塊的順序激活步驟。因此，僅確定位于檢測表面(電磁)范圍內(nèi)的混合移動元件的位置和/或定向。

這種方法還可包括向定位模塊分配有效狀態(tài)或無效狀態(tài)的分配步驟，根據(jù)一個或更多個位置信息確定有效狀態(tài)或無效狀態(tài)。

這種方法還可包括順序地選擇多個接收器的選擇步驟，所述至少一個信號被從多個接收器中選擇的至少一個接收器接收。因此可根據(jù)所接收的電磁信號和被選接收器的特征來確定定位模塊的位置。

本發(fā)明的目的還在于一種用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或增強現(xiàn)實系統(tǒng)的組合件，所述組合件用于裝備移動的用戶，所述系統(tǒng)包括：

-如前面提及的至少一個混合移動元件，適于由用戶攜帶；

-如前面提及的至少一個接口連接裝置；

-虛擬現(xiàn)實頭盔或增強現(xiàn)實頭盔，適于由用戶攜帶，所述頭盔被連接至所述混合移動元件或所述接口連接裝置，使得允許根據(jù)混合移動元件和頭盔的相對位置以及混合移動元件的位置來跟蹤頭盔的位置。

根據(jù)具體實施方式，所述組合件還包括磁性定位系統(tǒng)，所述磁性定位系統(tǒng)包括在多個方向上發(fā)射磁場的發(fā)射部件和接收由發(fā)射部件發(fā)射的所述磁場的多個接收部件，所述磁性定位系統(tǒng)被配置用于根據(jù)由所述接收部件接收的磁場來確定接收部件中的至少一個在以中心位于發(fā)射部件的基準上的位置。

附圖說明

參照附圖，根據(jù)以非限制性舉例的方式給出的詳細描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特征將變得清楚，在附圖中：

-由圖1a和1b組成的圖1，示意性示出其中可有利地實施本發(fā)明實施方式的環(huán)境；

-圖2示出根據(jù)具體實施方式的接口連接裝置的示例；

-由圖3a和3b組成的圖3，示意性示出螺線管和檢測表面的導電回路之間的電感耦合的物理原理(圖3a)，以及允許根據(jù)由如參照圖2描述的系統(tǒng)得到的測量值，確定放置在的檢測表面上的螺線管沿給定軸線的位置的插值機制(圖3b)；

-圖4a和4b為示出分別由根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的裝置(圖4a)和混合移動元件(圖4b)實施的步驟的流程圖；

-圖4c和4d為示出分別由根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的裝置(圖4c)和混合移動元件(圖4d)實施的步驟的流程圖；

-圖5a和5b示意性示出符合本發(fā)明具體實施方式的可確定其位置和可分別確定其位置和定向的混合移動元件的兩個示例；

-圖6示意性示出可根據(jù)如圖2所示的接口連接裝置確定其位置的混合移動元件的邏輯塊；

-圖7、8和9示出三種應用示例，其中可有利地使用根據(jù)本發(fā)明的混合移動元件。

具體實施方式

以通常的方式，本發(fā)明的目的在于確定被聯(lián)合使用的并例如由可能執(zhí)行大幅度運動的用戶(或機器人)攜帶的混合移動元件的位置(橫坐標、縱坐標和/或高度)和/或定向(偏轉(zhuǎn)角、俯仰角和/或傾斜角(roll))。

存在用于檢測多個實物的位置和/或定向的解決方案，尤其是當實物位于操控板附近或之上時，所述操控板允許使用這些物體作為計算機系統(tǒng)的接口。例如，法國專利n°1057014提出這種方案。遺憾的是，該解決方法僅允許在這些物體在檢測表面的檢測場內(nèi)(例如距離該檢測表面少于十幾厘米)的情況下計算這種位置信息。

這意味著檢測器的檢測范圍被定義為空間中的有限區(qū)域，其中由位于該區(qū)域中的發(fā)射器發(fā)射的電磁場可被檢測器檢測。因此，在發(fā)射器退出檢測器的檢測范圍時，檢測器不能捕獲由發(fā)射器發(fā)射的電磁場。

因此，由在地面上位移的用戶攜帶的例如由一組檢測表面(還稱為智能地面)構(gòu)成的混合移動元件可通過用戶(或機器人)的移動而顯著遠離檢測表面并退出其檢測范圍，使得由計算機系統(tǒng)對該混合移動元件的跟蹤不可能是連續(xù)的。

同樣，在檢測表面僅部分地覆蓋建筑物時，例如出于成本因素，尤其在攜帶混合移動元件的用戶(或機器人)進入檢測表面未覆蓋的區(qū)域時，可能存在對混合移動元件位置跟蹤的中斷。

為了尤其在由進行大幅度運動的一個或更多個用戶(或機器人)攜帶移動元件時能夠跟蹤這些移動元件，本發(fā)明提供設(shè)置有與慣性測量元件一體連接的至少一個定位模塊以及與檢測表面通信的通信部件(發(fā)射器-接收器)的混合移動元件，所述慣性測量元件的自主功能允許獲得位移數(shù)據(jù)。

在這種混合移動元件在檢測表面的檢測范圍之外時，仍然可根據(jù)與定位模塊一體連接的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)得到其定位模塊的位置信息。這種檢測模式被稱為位置信息的混合計算，這是由于其同時基于慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)以及在定位模塊位于檢測范圍內(nèi)時先前計算的位置信息。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，為混合計算考慮多種實施方式。

根據(jù)第一實施方式，在檢測表面處執(zhí)行混合計算。在該方式中，由慣性測量元件測量的位移數(shù)據(jù)被直接經(jīng)由通信部件傳送至檢測表面。隨后，由檢測表面根據(jù)這些位移數(shù)據(jù)和先前計算的位置信息計算新的位置信息。

根據(jù)第二實施方式，在混合移動元件處執(zhí)行混合計算。在該方式中，檢測表面將先前計算的位置信息發(fā)送至混合移動元件。典型地，根據(jù)從定位模塊(當其在檢測表面檢測范圍內(nèi)時)接收的電磁信號來計算該位置信息。這涉及例如在混合移動元件未退出檢測表面之前計算的最后位置。隨后，混合移動單元利用所接收的位置信息和由慣性測量元件測量的位移數(shù)據(jù)，計算新的位置信息。接下來經(jīng)由設(shè)置在混合移動元件上的通信部件傳送該混合位置。

因此，即使在混合移動元件所整合的定位模塊短暫地退出檢測表面的檢測范圍時，借助慣性測量元件的自主功能獲得的位移數(shù)據(jù)仍允許跟蹤混合移動元件的位置。

另外，在混合移動元件的定位模塊在檢測表面的檢測范圍內(nèi)時，可計算具有一定可靠度的定位模塊的位置信息，這允許例如利用基于這些可靠位置信息的校準數(shù)據(jù)來校準相關(guān)聯(lián)的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)。

由圖1a和1b組成的圖1示意性示出其中可實施本發(fā)明的實施方式的環(huán)境。本發(fā)明的應用不限于該圖所示的實施例。根據(jù)本發(fā)明的混合移動元件事實上可裝配任何類型的物體(穿的衣服、機器人、游戲操縱桿等)。

更具體地，圖1a和1b示出在兩個不同時刻的相同場景。

在該場景中，僅示出用戶的鞋102和103，用戶位于符合本發(fā)明實施方式的地面元件101(或接口連接裝置)上。雖然在該示例中，接口連接裝置為地面元件，本發(fā)明不限于放置在地面處的接口連接裝置。接下來，參考地面元件101描述的任何裝置可由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地轉(zhuǎn)換為放置在除地面外，例如在側(cè)壁或頂篷上的任何接口連接裝置。

地面元件101例如包括如參照圖2描述的檢測表面以及硬件模塊。由于其結(jié)構(gòu)，該檢測表面具有例如十幾厘米數(shù)量級的有限檢測范圍。

地面元件101的硬件模塊包括通信部件(發(fā)射器-接收器)，例如wifi或bluetooth類型又或在例如2.4ghz的ism(industrial，scientificandmedical，工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻帶中通信的無線通信模塊。這些通信部件允許地面元件與符合實施方式的混合移動元件交互。

例如，如參照圖2所描述的，這些通信部件可以對應于允許激活混合移動元件的定位模塊的無線電發(fā)射器，以使其發(fā)射用于計算其位置的電磁場。

地面元件101的硬件模塊另外包括具有中央處理單元的計算模塊。該處理單元例如控制上面提及的通信部件。

在本示例中，各個鞋102(相應地103)被裝配有符合本發(fā)明實施方式的混合移動元件104(相應地105)。當然，本發(fā)明不限于兩個混合移動元件，并且可由相同地面元件101負責更多個混合移動元件。

這些混合移動元件各自包括如參照圖5和6所描述的至少一個定位模塊。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，混合移動元件104和105還包括與各個定位模塊一體連接的慣性測量元件。因此，相對于相關(guān)聯(lián)的定位模塊，給定的慣性測量元件是固定的。

這種慣性測量元件例如包括一個或更多個加速度計、一個或更多個磁力計、和/或一個或更多個陀螺儀。因此，慣性測量元件允許獲得位移數(shù)據(jù)，例如在給定時刻圍繞特定軸線的轉(zhuǎn)速、在給定時刻沿特定軸線的加速度、又或在給定時刻的磁場方向的估計。

還根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，混合移動元件104和105分別包括wifi或bluetooth類型又或在例如2.4ghz的ism(industrial，scientificandmedical，工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻帶中通信的無線通信模塊(未示出)。這些通信部件允許混合移動元件與地面元件101的對應通信部件相交互。

例如，這些通信部件可對應于如參照圖6描述的激活命令檢測無線電發(fā)射器/接收器。

在變型中，其可涉及分開的部件。例如慣性測量元件可包括這些通信部件。

在用戶的鞋102和103被放置在地面元件101上時，如圖1a所示，鞋攜帶的混合移動元件104和105在地面元件101的檢測范圍內(nèi)。

如參照圖3所描述的，因此可順序地激活混合移動元件104和105的定位模塊并通過實施基于從這些定位模塊接收的信號(磁場)的計算步驟來確定它們各自的位置。

反之，如圖1b所示，在用戶使其鞋中的一只鞋，例如鞋102位移時，由該鞋攜帶的混合移動元件104可能退出地面元件101的檢測范圍。

如在圖1b所示情況下，在混合移動元件退出地面元件的檢測范圍時，地面元件不能接收由被激活的定位模塊發(fā)射的信號(磁場)并因此不能由此確定該模塊的位置。

存在混合移動元件退出檢測范圍的其它情況，例如在房間被裝配有如地面元件101之類的一個或更多個地面元件(智能地面)時，所述地面元件以不連續(xù)的方式覆蓋地面表面。因此，在用戶位于不設(shè)有地面元件的表面上時，其所攜帶的混合移動元件可能幾乎總是位于裝配在房間中的地面元件的范圍之外。

然而在產(chǎn)生這些情況時，根據(jù)本發(fā)明的混合移動元件有利地允許地面元件101不丟失對該混合移動元件的位置跟蹤。

事實上，如前面所提及的，混合移動元件包括與定位模塊一體連接的慣性測量元件，使得可以由慣性測量元件以自主的方式測量該定位模塊的位移。

混合移動元件的通信部件不服從于地面元件101的檢測范圍，這允許當混合移動元件在范圍之外時，通過該部件將慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)傳送至地面元件101。

如參照圖4的描述，根據(jù)所接收的這些數(shù)據(jù)，通過實施基于所接收的數(shù)據(jù)的混合計算步驟，地面元件101可計算混合移動元件的位置，在該混合移動元件中由被激活的定位模塊發(fā)射的電磁信號不能被接收。

在變型中，混合移動元件的通信部件允許接收來自地面元件的位置信息，所述位置信息是根據(jù)由定位模塊在其處于地面元件的檢測范圍內(nèi)的時的時刻發(fā)射的信號來先前計算的。

如參照圖4的描述，根據(jù)該位置信息和慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，通過實施基于所接收數(shù)據(jù)的混合計算步驟，混合移動元件計算相關(guān)聯(lián)的定位模塊的位置。

圖2示出根據(jù)具體實施方式的接口連接裝置的示例。

地面元件或接口連接裝置包括檢測表面210，此處包括構(gòu)成導電網(wǎng)格的行和列形式的網(wǎng)。導電網(wǎng)格包括一組沿兩個正交軸線的導電回路。每個回路是允許測量由位于檢測表面上的(屬于應被計算位置和/或定向的混合移動元件的)螺線管感應的電流強度或電壓的傳感器。

有利地，檢測表面可為pet塑料表面，通過銀絲網(wǎng)印刷在其上形成了導電網(wǎng)格。例如，通過使用含有銀粒子的導電噴墨的印刷形成導電網(wǎng)格。在變型中，檢測表面例如為pet塑料表面，利用銅跡線在其上形成導電網(wǎng)格。根據(jù)另一可能方式，通過利用導電線的編織形成導電網(wǎng)格。

在變型中，檢測表面可為柔性或剛性的電磁接收pcb(printedcircuitboard，印刷電路板)型電路板。

以舉例說明的方式，此處認為螺線管被放置在位置211處，即回路212和213的交點，回路的一端被接地，并且另一端被接至用于計算位置的電子組件。在位于位置211處的螺線管被供電時，其在回路212和213中生成感應電流，該感應電流可被分析并與其它回路中感應的電流相比較。因此，通過螺線管和網(wǎng)格之間的感應耦合和通過測量感應電流，可以確定螺線管的位置。

復用器214和215被分別連接至網(wǎng)格的兩個軸線中的每個軸線的各個回路，即此處分別連接至各個垂直回路和水平回路。復用器214和215的出口被分別連接至自動增益控制器(cag)221和222、地面元件101的硬件模塊的模塊220。

自動增益控制器221和222的輸出信號首先分別在解調(diào)器223和224中解調(diào)。解調(diào)產(chǎn)生與由螺線管發(fā)射的固定頻率的多個交流(ac，alternatingcurrent信號)分量補充完整的原始正弦成比例的直流信號(dc，directcurrent信號)。

根據(jù)慣常實施的方案，地面元件101的硬件模塊的計算模塊(此處標示為230)操控復用器214和215，以順序地激活回路，即在激活回路n后激活回路n+1。到達最后一個回路時，處理器起動新循環(huán)并操控第一回路的激活。

有利地，在各個自動增益控制器221和222中實施帶通濾波器，以從信號中去除不期望的諧波以及電磁背景噪聲。該濾波允許精煉來自復用器214和215的信號測量結(jié)果，這些信號測量結(jié)果在解調(diào)器223和224中解調(diào)，然后分別在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(can)225和226中數(shù)字化。

所得到的數(shù)字化值被傳送至計算模塊的中央處理單元(cpu)230以被存儲。如所示出的，中央處理單元230控制解調(diào)器223和224。

在將值存儲后，中央處理單元遞增復用器的地址，以便進行來自隨后回路的信號的數(shù)字化。在到達最后一個回路時，中央處理單元將與所考慮的軸線的第一回路的值對應的復用器的地址重新初始化。

在周期結(jié)束時，對于每個軸線，中央處理單元存儲了與靠近螺線管位置的相鄰回路數(shù)量同樣多的數(shù)字值。根據(jù)這些值，中央處理單元通過下面描述的插值來計算螺線管的位置。

此處觀察到，可以通過被定位在不同回路之間的金屬帶來保證回路接地，以保護不受電磁干擾。一種替代方式包括將統(tǒng)一的接地平面放置在導電網(wǎng)格之下。

另外，模塊210此處包括由計算模塊的中央處理單元230控制的無線電發(fā)射器227，其允許激活混合移動元件的定位模塊。以示意的方式，中央處理單元230向無線電發(fā)射器227傳送待激活的定位模塊的標識符。該標識符被編碼，然后以數(shù)字或模擬無線電信號形式傳送。隨后，接收該信號的各個定位模塊可將所接收的標識符與其自身的標識符相比較，并在標識符相同的情況下進行自我激活。

模塊220另外包括通信部件228，例如與無線電發(fā)射器227相似。這些通信部件允許與混合移動元件相通信，以便獲得與定位模塊一體連接的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，所述位移數(shù)據(jù)在被激活的定位模塊位于模塊210的檢測范圍之外時是特別有用的。這些通信部件還允許中央單元230向給定的混合移動元件發(fā)送借助由其所整合的定位模塊發(fā)射的信號先前計算的位置信息，又或發(fā)送慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)的校準數(shù)據(jù)。在變型中，通信部件228可與元件227相整合。

模塊220和230允許實時計算如前面描述的混合位置。

因此，為了估計所有定位模塊的位置，需要針對各個定位模塊執(zhí)行一個周期，并且對于這些周期中的每一個，根據(jù)此處描述的實施方式，一個周期針對所有回路中的每個回路。

多個檢測表面可被彼此相互組合，所得到的檢測表面的表面積為所組合的檢測表面的表面積之和。為此，一個檢測表面被認為是主導的，其它檢測表面被認為是從屬的。由主導檢測表面管理移動元件的順序激活，優(yōu)選地主導檢測表面接收由與各個從屬檢測表面相關(guān)聯(lián)的硬件模塊計算的位置，并通過制定含有定位模塊的坐標和自由角度的表來將所述位置合并。

圖3由圖3a和3b組成。

圖3a示意性示出螺線管和檢測表面的導電回路之間的感應耦合的物理原理。

應計算其位置和/或定向的各個混合移動元件包括其軸線優(yōu)選地朝向檢測表面定向的至少一個螺線管。

螺線管300中流過交流電流并發(fā)射朝向檢測表面?zhèn)鞑サ碾姶艌觯诒臼纠?，電磁場尤其朝向回?11傳播。接收來自螺線管300的電磁場的回路211與螺線管300相耦合。因此可測量在標記為301的該回路的端子處的交流信號。

螺線管300和回路211之間的耦合可由以下關(guān)系式表達，

其中e表示在螺線管300的端子處的電壓，r表示在接收回路211的端子301處接收的信號的電壓，d為磁線圈300和接收回路211之間的距離，和k為與包括螺線管和接收回路的系統(tǒng)的固有因素，尤其是螺線管匝數(shù)和回路尺寸相關(guān)的常數(shù)。

圖3b示意性示出允許根據(jù)由如參照圖2描述的系統(tǒng)得到的測量值，確定放置在檢測表面上的螺線管沿給定軸線的位置的插值機制。該機制可在根據(jù)從混合移動元件的定位模塊接收的信號(電磁場)來計算混合移動元件位置的步驟403(圖4)中實施。

這里假設(shè)螺線管位于沿橫坐標x3、x4和x5定位的垂直回路b3、b4和b5附近，在這些回路的端子處測量的電壓分別記作v3、v4和v5。這里螺線管位于橫軸上記作xs的位置處。

根據(jù)對應回路的標識符(這些值按照檢測表面的路由圖(routingdiagram)被預先確定，并優(yōu)選地，存儲在非易失性存儲器中)，可以通過地面元件(或接口連接裝置)的中央處理單元得到坐標x3、x4和x5。

圖3b上所示的曲線部分302表示根據(jù)由回路b3、b4和b5測量的值外推(extrapolate)得到的針對按照與螺線管耦合的回路位置的螺線管的位置xs的電壓變化?？梢詫⑺茷閽佄锞€類型的二次函數(shù)。實際上，該本地近似對應于螺線管與導電網(wǎng)格的回路之間的電磁耦合現(xiàn)象。

以下關(guān)系式說明該屬性：

v3＝a(x3-xs)²+b

v4＝a(x4-xs)²+b

v5＝a(x5-xs)²+b

其中b為常數(shù)，a為小于零的常數(shù)(a＜0)。

此外，考慮到二次函數(shù)的假設(shè)，橫坐標x3、x4和x5之間的關(guān)系可由如下公式表達：

x4-x3＝x5-x4＝δx

x5-x3＝2δx

δx表示橫坐標x3與x4之間和橫坐標x4與x5之間的距離。

因此，可根據(jù)如下公式插值得到螺線管的位置：

根據(jù)相同邏輯，還可確定螺線管沿縱坐標軸線的位置。

另外，可根據(jù)如下關(guān)系式定義螺線管和回路之間的距離(即螺線管相對于檢測表面的高度)：

因此，距離d為表示檢測表面的所考慮的回路端子處的電壓的值r的函數(shù)。其可以根據(jù)所實現(xiàn)的測量被外推。注意到該距離計算的精確度尤其與由螺線管發(fā)射的信號e的穩(wěn)定性相關(guān)，信號e的值也應隨時間盡可能恒定，這需要在定位模塊中的穩(wěn)定供電，在電池放電期間該供電不應掉電?？梢酝ㄟ^定位模塊的電壓調(diào)節(jié)器來保證這一點。

圖4a和4b為示出分別由根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的接口連接裝置(圖4a)和混合移動元件(圖4b)實施的步驟的流程圖。

圖4a和4b示出可被用于計算混合移動元件的位置和/或定向的算法的第一示例。

在該第一示例中，在接收來自所選定位模塊的電磁信號失敗的情況下(即在定位模塊的激活期間未接收到電磁信號)，例如通過圖1所示的地面元件101的中央處理單元在接口連接裝置中實施位置的混合計算。

此處描述由根據(jù)參照圖4a的該第一實施方式的接口連接裝置實施的步驟。

在第一步驟401期間，被整合于混合移動元件的定位模塊被接口連接裝置選擇并激活。

實際上，接口連接裝置在多個標識符中選擇定位模塊的標識符。

以示例的方式，接口連接裝置的中央處理單元230向接口連接裝置的無線電發(fā)射器227傳送待激活的定位模塊的標識符。該標識符被編碼以便以數(shù)字或模擬激活信號形式傳送至全部定位模塊。隨后，接收該信號的各個定位模塊可比較所接收的標識符與其自身標識符，且在標識符相同的情況下進行自我激活。該激活例如包括向所選定位模塊的螺線管300供電以使其發(fā)射電磁場。

在步驟402期間，實施測試以獲知是否接收到來自所選模塊的信號。

實際上，如之前所描述的，在定位模塊被選擇并激活時，定位模塊向接口連接裝置，更具體地其檢測表面210發(fā)射例如電磁場的信號。

然而，在定位模塊在接口連接裝置的檢測表面210的檢測范圍之外發(fā)射該電磁場時，檢測表面210不能檢測發(fā)射的電磁場并因此不能由此計算位置。步驟402包括檢測這種情況。

在步驟402期間檢測到由被激活的定位模塊發(fā)射的電磁場時，這表明定位模塊在接口連接裝置的檢測表面210的檢測范圍內(nèi)。

然后在步驟403，根據(jù)所接收的電磁場，可以例如通過如參照圖3b描述的插值來計算位置信息。

接下來將該位置信息關(guān)聯(lián)其計算日期存儲在接口連接裝置的存儲器中(步驟404)。如接下來將更詳細解釋的，在根據(jù)步驟403不可以計算位置信息的時刻，在混合計算新位置信息之前或期間，該位置信息以及相關(guān)聯(lián)的日期將被用于校準來自所選混合移動元件的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)。

在步驟402期間，在接口連接裝置的檢測表面210未檢測到任何電磁場時，這表明所選定位模塊在檢測表面210的范圍之外。

在該情況下，獲得與所選定位模塊一體連接的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)(步驟405)。實際上，這些位移數(shù)據(jù)被注明日期且經(jīng)由接口連接裝置的通信部件228(必要時與hf發(fā)射器-接收器227相整合)被接收。例如，在接口連接裝置的請求下獲得這些位移數(shù)據(jù)。在變型中，混合移動元件可定期地向接口連接裝置傳送位移數(shù)據(jù)，例如根據(jù)目標應用(例如增強或虛擬現(xiàn)實)每秒或每秒100次。

如前面提及的，由與該定位模塊一體連接的慣性測量元件測量的定位模塊的位移數(shù)據(jù)例如包括：

-由陀螺儀提供的在給定時刻的一個(或更多個)轉(zhuǎn)速；

-由加速度計提供的在給定時刻的一個(或更多個)加速度；

-由磁力計提供的在給定時刻的一個(或更多個)磁場方向估計。

該列表是非限制性的。可通過不同傳感器獲得這些位移數(shù)據(jù)。

在可選步驟406期間，在步驟405獲得的位移數(shù)據(jù)被處理，以校正可能的時間偏移或由慣性測量元件經(jīng)受的撞擊的影響。被稱為“校準”的該處理基于在步驟403期間根據(jù)電磁信號計算的一個或更多個位置，所述電磁信號由所選定位模塊在檢測表面210的范圍內(nèi)時在先前時刻發(fā)射。如前面提及的，這種位置與其計算日期一起被存儲(步驟404)。在該確切時刻的對計算日期和位置值的獲知允許校準慣性測量元件的數(shù)據(jù)，且所述數(shù)據(jù)本身被注明日期。

以示例的方式，根據(jù)相同定位模塊的位置的連續(xù)計算，接口連接裝置可隨時間變化跟蹤定位模塊的位置，并因此識別該定位模塊具有表征無滑動接觸的零速度的時刻。這些特定(無滑動接觸)時刻允許例如通過將所估計的速度重新初始化為零來校準根據(jù)慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)計算的位置。

注意到包括兩個定位模塊的混合移動元件已經(jīng)允許校正慣性測量元件圍繞混合移動元件的垂直軸線的位移數(shù)據(jù)。

在步驟407期間，接口連接裝置執(zhí)行所選定位模塊的新位置信息的混合計算。該特定計算被定性為混合式的，這是由于其使用一方面在步驟405獲得，可能地在步驟406校準(如果需要)的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，和另一方面當所選定位模塊在檢測范圍內(nèi)時的之前計算的一個或更多個位置信息(即根據(jù)步驟403)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，該混合計算(步驟407)考慮位移數(shù)據(jù)的日期和預先在步驟404存儲的先前位置信息的日期。

事實上，為了使混合計算能夠一致，從混合移動元件接收的位移數(shù)據(jù)和由接口連接裝置計算的位置信息被同步。

為此，接口連接裝置可以按規(guī)律的節(jié)奏發(fā)送同步脈沖(tick)，同時指示哪個時刻(在其本地時鐘中)對應于該同步脈沖。因此，混合移動元件能夠確定其發(fā)送的數(shù)據(jù)，尤其是慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)的日期，該日期按接口連接裝置的本地時鐘表示。

在變型中，可在接口連接裝置處使用同步脈沖計數(shù)器并將同步脈沖號分配給所接收的位移數(shù)據(jù)。

根據(jù)另一可能方式，可使用時鐘同步協(xié)議，例如ntp協(xié)議(networktimeprotocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)，用于同步混合移動元件和接口連接裝置的時鐘。

因此，在沒有由所選定位模塊的螺線管發(fā)射的電磁場的情況下，混合計算407允許根據(jù)舊位置信息和位移數(shù)據(jù)來確定瞬時位置信息。

以示例的方式，假設(shè)位移數(shù)據(jù)包括定位模塊的位移速度v(t1)。那么，在時間t1的位移模塊的位置p(t1)的混合計算可通過應用以下公式來執(zhí)行：

p(t1)＝p(t0)+v(t1).(t1-t0)

其中p(t1)為在時間t1計算的定位模塊的位置，p(t0)為在時間t0(早于t1)計算的定位模塊的位置，v(t1)為在時間t1的定位模塊的速度。

該示例是非限制性的并且可實施更復雜的計算，例如包括可在時間上的一次或更多次積分。

尤其是，在可能的情況下，包括上述提及的校準的這種混合計算例如可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合算法，諸如kalman濾波、擴展kalman濾波或補充濾波(complementaryfilter)之類。

因此，本發(fā)明允許在混合移動元件在或不在檢測表面的檢測范圍內(nèi)的情況下，實時獲得被激活的定位模塊的位置信息(步驟403或步驟407)，這基于兩種類型的數(shù)據(jù)：與定位模塊一體連接的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，以及在定位模塊處于檢測表面的檢測范圍內(nèi)時由其發(fā)射的電磁信號。

有利地，慣性測量元件與定位模塊的組合，構(gòu)成具有互補特征的不同系統(tǒng)，這允許克服它們各自的不足。例如，根據(jù)定位模塊所發(fā)射的電磁信號的定位模塊的位置計算(步驟403)是精確的且不經(jīng)受隨著時間的偏移問題，但是該計算依賴于檢測表面210的有限檢測范圍。

至于慣性測量元件，其構(gòu)成基于不同物理原理，即慣性的另一種定位方式，其測量是自主且可靠的?？赏ㄟ^使用在步驟403期間所計算的舊位置來解決隨著時間的偏移問題或由慣性測量元件經(jīng)受的撞擊影響。

以相應方式，并如圖4b所示，在步驟401，混合移動元件接收由接口連接裝置發(fā)送的激活信號(步驟408)。

以示例的方式，被示于圖6的混合移動元件的無線電接收器602接收包括編碼形式的定位模塊的標識符的激活命令。然后，接收該信號的混合移動元件可比校所接收的標識符與其一個或更多個定位模塊的標識符，并在標識符相同的情況下激活定位模塊。該激活例如包括向所選定位模塊的螺線管300供電，以使其發(fā)射電磁場。

在步驟409期間，被如此激活的定位模塊發(fā)射信號，例如電磁場。然而，即使這種信號被發(fā)射，不需要由接口連接裝置接收。尤其是，如果定位模塊在檢測表面210的范圍之外，那么電磁信號被發(fā)射但不被檢測表面210感知。

在步驟410期間，混合移動元件傳送慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，在步驟405期間由接口連接裝置接收這些位移數(shù)據(jù)。

實際上，如圖6所示，這些位移數(shù)據(jù)由慣性測量元件607的傳感器生成并由混合移動元件的處理單元609取回(并注明日期)，以便經(jīng)由通信部件608(必要時與發(fā)射器接收器602相整合)發(fā)送?？赡鼙环峙浣o位移數(shù)據(jù)的日期的目的在于允許同步位移數(shù)據(jù)與步驟404中在接口連接裝置中存儲的位置。如前面提及的，通過在發(fā)送前(使用例如ntp的時鐘同步協(xié)議，以規(guī)律的節(jié)奏發(fā)送同步脈沖和在接口連接裝置的時鐘參考中對應的日期)在接口連接裝置的時鐘中在混合元件處、或者在接口連接裝置(同步脈沖計數(shù)器)處注明位移數(shù)據(jù)的日期來允許進行該同步。

根據(jù)目標應用(例如增強或虛擬現(xiàn)實)，在接口連接裝置的請求下或規(guī)律地例如每秒或每秒100次執(zhí)行該步驟410。

圖4c和4d為示出分別由根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的接口連接裝置(圖4c)和混合移動元件(圖4d)實施的步驟的流程圖。

圖4c和4d示出可被用于計算混合移動元件的位置和/或定向的算法的第二示例。

在該第二示例中，在接收來自所選定位模塊的電磁信號失敗的情況下(即在定位模塊激活期間未接收到電磁信號)，例如通過圖6所示的且負責來自慣性測量元件或相關(guān)聯(lián)的定位模塊的數(shù)據(jù)處理的處理單元609，在通過接口連接裝置選擇和激活的混合移動元件中實施位置的混合計算。

此處參照圖4c描述由根據(jù)該第二實施方式的由接口連接裝置實施的步驟。

在第一步驟411期間，與圖4a的步驟401相似，通過接口連接裝置選擇和激活被整合到混合移動元件的定位模塊。

在步驟412期間，與圖4a的步驟402相似，實施測試以獲知是否接收到來自所選模塊的信號。

實際上，在定位模塊如前所述被選擇和激活時，定位模塊向接口連接裝置，更具體地其檢測表面210發(fā)射例如電磁場的信號。

然而，在定位模塊在接口連接裝置的檢測表面210的檢測范圍之外時發(fā)射該電磁場的情況下，檢測表面不能檢測所發(fā)射的電磁場并因此不能由此計算位置。步驟412包括檢測這種情況。

在由被激活的定位模塊發(fā)射的電磁場在步驟412期間被檢測到時，這表明定位模塊在接口連接裝置的檢測表面210的檢測范圍之內(nèi)。

然后在與圖4a的步驟403相似的步驟413中根據(jù)所接收的電磁場，可以例如通過如參照圖3b描述的插值來計算位置信息。

接下來將該位置信息與其計算日期關(guān)聯(lián)地存儲在接口連接裝置的存儲器中(與圖4a的步驟404相似的步驟414)。

如接下來將更加詳細解釋的，在根據(jù)步驟413不可以由接口連接裝置計算位置信息的時刻，在混合計算新位置信息之前或期間，該位置信息以及相關(guān)聯(lián)的日期將被混合移動元件使用，以校準來自慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)。

為此，接口連接裝置傳送基于在步驟413計算的和在步驟414中與其日期一起存儲的位置的校準數(shù)據(jù)。根據(jù)具體實施方式，這些校準數(shù)據(jù)直接包括該位置以及其日期。根據(jù)另一種具體實施方式，校準數(shù)據(jù)例如可以包括慣性測量元件的傳感器的重新初始化指令，使得慣性測量元件測量的接下來的位移數(shù)據(jù)將代表定位模塊相對于如在步驟413中計算的位置的位移。校準數(shù)據(jù)可在變型中包括基于由接口連接裝置計算的一個或更多個位置的其它信息，例如在給定時刻的速度或加速度。

在步驟412期間，在接口連接裝置的檢測表面210未檢測到任何電磁場時，這表明所選定位模塊在檢測表面210的范圍之外。

在該情況下，在步驟416期間，接口連接裝置將其通知給包括對應定位模塊的混合移動元件。實際上，該信息通過由接口連接裝置的處理單元230控制的通信部件228(必要時與hf發(fā)射器-接收器227相整合)發(fā)送。

該信息可直接為由接口連接裝置根據(jù)電磁信號計算的最后位置。

注意到在一些實施方式中，其中在步驟415發(fā)送的校準數(shù)據(jù)直接包括位置或允許推導出該位置，混合移動元件已經(jīng)具有該位置信息。因此，在步驟416發(fā)送的信息可簡單地包含混合計算的起動指令。

在步驟417期間，接口連接裝置接收混合移動元件的位置，在本實施方式中，通過混合移動元件計算該位置，如將參照圖4d更詳細描述的，其中示出在該第二實施方式中在混合移動元件處實施的步驟。

因此，本發(fā)明允許在混合移動元件在或不在檢測表面的檢測范圍內(nèi)的情況下，實時獲得被激活的定位模塊的位置信息(步驟413或步驟417)，這基于兩種類型的數(shù)據(jù)：與定位模塊一體連接的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，以及在定位模塊處于檢測表面的檢測范圍內(nèi)時由其發(fā)射的電磁信號。

以相應的方式，并如圖4d所示，混合移動元件接收在步驟411由接口連接裝置發(fā)送的激活信號(與圖4b的步驟408相似的步驟418)。

在步驟419期間，與圖4b的步驟409相似，如此被激活的定位模塊發(fā)射例如電磁場的信號。注意到即使這種信號被發(fā)射，接口連接裝置也不需要接收該信號。尤其是，如果定位模塊在檢測表面210的檢測范圍之外，那么電磁信號被發(fā)射，但是不由檢測表面210感測。

在步驟420期間，實施測試以獲知是否接收到來自接口連接裝置的指示其未接收到期望的電磁信號的信息。如前面所解釋的，當在步驟419發(fā)射該信號的定位模塊位于檢測表面210的范圍之外時出現(xiàn)該情況。

若在一定預設(shè)時間，例如等于混合移動元件兩個時鐘同步脈沖之間的持續(xù)時間之后未接收到任何該類型的信息，這表明在步驟419由定位模塊發(fā)射的電磁信號已被接口連接裝置良好地接收(因此定位模塊在檢測表面210的范圍內(nèi))，以及可根據(jù)該信號通過接口連接裝置計算位置信息(圖4c的步驟413)。

在步驟421期間，混合移動元件接收由接口連接裝置發(fā)送的校準數(shù)據(jù)(圖4c的步驟415)。注意到，由接口連接裝置根據(jù)借助所接收的來自被激活的定位模塊的電磁信號所計算的位置來計算這些校準數(shù)據(jù)。

反之，在混合移動元件接收指示未接收到來自被激活的定位模塊的任何信號的信息時，這表明在步驟419由定位模塊發(fā)射的電磁信號未到達檢測表面210，并且定位模塊位于檢測表面210的范圍之外。

在該情況下，混合移動元件例如在與其相關(guān)聯(lián)的存儲器中取回慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)以及它們的日期(步驟422)。實際上，如圖6所示，由處理單元609獲得慣性測量元件607的位移數(shù)據(jù)。

在步驟423期間，除了其是基于在步驟421接收的校準數(shù)據(jù)之外，步驟423與圖4a的步驟406相似，在步驟422獲得的位移數(shù)據(jù)被混合移動元件處理，使得校正由慣性測量元件經(jīng)受的撞擊或可能的時間偏移。

該校準處理基于一個或更多個位置，由接口連接裝置根據(jù)在先前時刻由所選定位模塊在檢測表面210的范圍內(nèi)時發(fā)射的電磁信號計算所述一個或更多個位置。如前面提及的，所述位置典型地以帶有相關(guān)聯(lián)日期的校準數(shù)據(jù)的形式被接收。根據(jù)一種實施變型，由接口連接裝置計算的位置可在步驟420中作為信息被接收。如參照圖4a的步驟406所解釋的，在該確切時刻的對所接收的位置的計算日期和位置值的獲知允許校準慣性測量元件的數(shù)據(jù)，且所述數(shù)據(jù)本身被注明日期。

在步驟424期間，與圖4a的步驟407相似，混合移動元件執(zhí)行所選定位模塊的新位置信息的混合計算。注意到，由于計算一方面使用在步驟423校準的慣性測量元件的位移數(shù)據(jù)，和另一方面當所選定位模塊在檢測范圍內(nèi)(即根據(jù)圖4c的步驟413)時由接口連接裝置先前計算的一個或更多個位置信息(例如作為在步驟421的校準數(shù)據(jù)接收)，該特定計算被定性為混合式的。之前已經(jīng)參照圖4a的步驟407(第一實施方式)給出了混合計算的細節(jié)，此處不再重復。

然而注意到，這種混合計算(以及校準)例如可基于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合算法，諸如kalman濾波、擴展kalman濾波或補充濾波之類。

因此，還在本第二實施方式中，在沒有由所選定位模塊發(fā)射的電磁場時，混合計算424允許根據(jù)舊位置信息和位移數(shù)據(jù)來確定瞬時定位信息。

最后，在步驟425期間，混合移動元件向接口連接裝置傳送如此計算的位置。因此，雖然在未檢測到由定位模塊發(fā)射的電磁場的情況下，接口連接裝置本身不能計算位置信息，但接口連接裝置獲得位置信息。

圖5a和5b示意性示出符合本發(fā)明具體實施方式的可確定其位置和可分別確定其位置和定向的混合移動元件的兩個示例。

圖5a所示的混合移動元件500包括單一的定位模塊501。如所示出的，定位模塊包括螺線管。螺線管的徑向軸線有利地垂直于地面元件的平面，以使螺線管的電磁輻射以最優(yōu)的方式向該表面?zhèn)鞑ァ?/p>

該混合移動元件500另外包括與定位模塊401一體連接的慣性測量元件502、以及用于發(fā)送與慣性測量元件502的位移相關(guān)的數(shù)據(jù)的通信部件503。

根據(jù)本發(fā)明，可如前所述地計算包括單一螺線管的混合移動元件500的三維位置。事實上，根據(jù)一體連接的慣性測量元件502的位移數(shù)據(jù)和/或根據(jù)由定位模塊501的螺線管發(fā)射的信號，可在任何時刻計算混合位置。在檢測表面210上出現(xiàn)多個移動元件時，各個混合移動元件的位置被以順序方式確定。

圖5b所示的混合移動元件500’包括兩個獨立的定位模塊501-1和501-2。再次地，如所示出的，螺線管的徑向軸線有利地垂直于檢測表面的平面，以使螺線管的電磁輻射以最優(yōu)的方式向該表面?zhèn)鞑ァ?/p>

該混合移動元件500’另外包括與定位模塊501-1和501-2一體連接的慣性測量元件502’、以及用于發(fā)送與慣性測量元件502’的位移相關(guān)的數(shù)據(jù)的通信部件503’。

混合移動元件500’的各個螺線管501-1和501-2以順序方式被相互獨立地激活。因此，可通過確定定位模塊501-1和501-2的各個螺線管的位置和獲知它們在混合移動元件500’中的位置，來確定混合移動元件500’的位置。同樣，可根據(jù)定位模塊501-1和501-2的螺線管的相關(guān)位置和它們在混合移動元件500’中的位置來獲知該混合移動元件的定向。此處應觀察到，在檢測表面的平面上使用定位模塊501-1和501-2的螺線管的坐標允許確定混合移動元件500’在該平面上的定向，而使用定位模塊501-1和501-2的螺線管的高度允許計算混合移動元件500’的俯仰角。

可如前所述符合本發(fā)明地計算包括兩個螺線管的混合移動元件500’的三維位置和定向。事實上，根據(jù)慣性測量元件502’的位移數(shù)據(jù)和/或根據(jù)由定位模塊501-1和501-2的螺線管順序發(fā)射的信號，可在任何時刻計算混合位置。在多個移動元件出現(xiàn)在檢測表面210上時，各個混合移動元件的位置被以順序方式確定。

此處注意到，包括單一螺線管和包括兩個螺線管的混合移動元件可被聯(lián)合地用于檢測表面上，只要其智能度能夠獨立地激活各個螺線管。

因此通過賦予各個混合移動元件至少兩個定位模塊(不應沿與檢測表面的垂線相對齊)并通過定義這些定位模塊的識別規(guī)則，可獲得混合移動元件的定向傳感。

由地面元件順序地激活定位模塊，允許估計設(shè)置有這些定位模塊的多個混合移動元件的位置和/或方向。

在定位模塊接收其專用的激活命令時，定位模塊起動電磁發(fā)射。因此，已知正在發(fā)射的定位模塊的標識符的檢測系統(tǒng)可將計算的位置信息關(guān)聯(lián)到定位模塊的標識符。

因此，可以對各個混合移動元件構(gòu)建表格，所述表格包含標識符、以檢測表面為基準的橫坐標、縱坐標、和優(yōu)選地高度。

定位模塊的電磁發(fā)射的順序激活允許針對由系統(tǒng)管理的全部混合移動元件使用唯一發(fā)射頻率。

圖6示意性示出混合移動元件的邏輯模塊，可根據(jù)如圖2所示的接口連接裝置(或地面元件)來確定其位置。

優(yōu)選地，這種混合移動元件關(guān)于其供電以及電磁發(fā)射的控制信號的接收是自主的。

在本實施例中，如圖5a所示，考慮包括唯一定位模塊的混合移動元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員能毫無困難地調(diào)整本教導以得到包括兩個或更多個定位模塊(如圖5b所示)的混合移動元件。

因此，混合移動元件包括為定位模塊元件的全部組件提供電壓的供電模塊601，以及接收并解調(diào)由地面元件的外部模塊發(fā)射的信號(例如hf信號)的命令接收和檢測模塊602，用于確定所接收信號是否旨在激活該定位模塊。如前所述，可通過比較所接收的標識符與先前存儲的標識符來實現(xiàn)這種檢測。

混合移動元件600另外包括由命令接收和檢測模塊602控制的開關(guān)603、以及由開關(guān)603控制的選擇性放大器604。最后，混合移動元件600包括生成優(yōu)選地固定、穩(wěn)定且方波型頻率的本地振蕩器605和螺線管606。

混合移動元件600還包括慣性測量元件607和與地面元件101的通信部件228相通信的通信部件608。在變型中，通信部件608可與hf接收器602相接合或整合并與地面元件的hf發(fā)射器227相通信。

混合移動元件包括被配置用于取回慣性測量元件607的原始位移數(shù)據(jù)的處理單元609，將所述數(shù)據(jù)存儲在混合移動元件的存儲器(未示出)中并用于控制經(jīng)由通信部件608將它們發(fā)送。

在一些實施方式中，如例如參照圖4c和4d所描述的，處理單元609被配置用于實施如前所述的位置信息的混合計算。

在變型中，慣性測量元件607可整合這種智能，即整合處理單元609。

根據(jù)開關(guān)603的位置并依據(jù)來自本地振蕩器605的信號，選擇性放大器604在螺線管606的端子處生成正弦電壓，從而允許螺線管606生成一定的輻射功率。

可使用多種類型的電源601?？梢愿鶕?jù)可充電電池和標準控制電路來獲得電供電。還可根據(jù)允許獲得在整個電池使用范圍期間恒定的電壓的電池和穩(wěn)壓器來獲得供電。該解決方案在系統(tǒng)應計算所實施的混合移動元件的高度時是特別有利的。

還可以通過與能量存儲裝置的使用相耦合的遠程供電，以間接方式提供供電。

根據(jù)本實施方式，專用的輻射螺線管層被放置在檢測表面之下。正弦信號流經(jīng)這些螺線管，并且由各個螺線管發(fā)射的功率足夠用于為位于其之上的定位模塊遠程供電。定位模塊還被裝備有用于通過感應接收由檢測表面之下的螺線管發(fā)射的信號的螺線管。可使用其它遠程供電部件，例如使用powercast(powercast為商標)技術(shù)的天線。

能量存儲部件例如包括由定位模塊的螺線管充電的大容量電容器。電容器被用作電壓源，從而向其它模塊供電。

可選地，能量存儲部件包括混合移動元件中設(shè)置的電池，例如鋰電池。因此，一旦有感應電流流過，定位模塊的螺線管便為該電池持續(xù)充電。充電/放電保護電路有利地被關(guān)聯(lián)至電池，以使其保持在可接受的電壓范圍內(nèi)。如果應提升移動元件的高度，那么電壓源優(yōu)選地被調(diào)節(jié)以使供電電壓在該電壓源的使用持續(xù)時間期間，即在估計混合移動元件的位置和/或定向期間恒定。

位于檢測表面上且被聯(lián)合地使用的混合移動元件可使用不同的供電類型。

而且，在混合移動元件包括多于一個的定位模塊時，尤其是電源的一些組件對于一些或全部定位模塊可以是公用的。

圖7示出其中可有利地使用根據(jù)本發(fā)明的混合移動元件的應用示例。

在環(huán)境700中，用戶裝備有包括例如hmd(head-mounteddisplay，頭戴式顯示器)型頭盔701的增強現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

該系統(tǒng)例如包括與頭盔701一體連接且整合例如一個或更多個磁力計、加速度計、陀螺儀的慣性測量元件702。因此，來自慣性測量元件702的位移數(shù)據(jù)允許根據(jù)多個自由度，例如六個自由度來描述頭盔701的位移。

在本示例中，用戶的每只腳上裝配有如前所述的混合移動元件703和704并在與前述地面元件101相似的地面元件705上位移。然而此處注意到，本發(fā)明不限于位于地面的接口連接裝置，其還涵蓋接口連接裝置被放置在側(cè)壁或頂篷上的情況。

因此，通過應用前述方法，可跟蹤用戶的兩只腳以地面元件705為基準的位置。

有利地，如此獲得的位置數(shù)據(jù)允許校準位于頭盔701處的慣性測量元件702。

例如，通過假設(shè)用戶的位移方式為頭盔701和地面元件705之間的距離d恒定，那么可利用計算的用戶腳部的位置信息來校準慣性測量元件702，在與地面元件的平面相垂直的方向上的分量被平移距離d。

在變型中，可將高度測量部件(氣壓記或測距儀)放置在頭盔701處。這使得即使高度(距離d)隨時間變化，亦能夠校準慣性測量元件702的數(shù)據(jù)。

如果實現(xiàn)與人體相連的逆運動學模型，則可更加精確地進行慣性測量元件702的校準。

注意到，逆運動學例如對于人類模型允許根據(jù)手或腳的軌跡或位置，來確定人體的脊柱、腳踝、膝蓋、頸部、或任何其它關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)。逆運動模型允許根據(jù)例如手或腳各自的軌跡、骨盆定向這樣的明顯分量表示出骨架的運動，而非手動指定全部關(guān)節(jié)坐標。

在使用這種逆運動學模型時，獲知腳部的位置數(shù)據(jù)(通過混合移動元件703和704)以及來自慣性測量元件702的數(shù)據(jù)使得能夠計算組成人體的不同部位(腿部、脊柱、頸部、頭部)的位置。借助該逆運動學模型，還可更精確地獲得元件702相對于元件703和704的位置。

圖8和9示出圖7的實施變型，根據(jù)它們可更精確地計算用戶身體不同部位的位置。當然，本發(fā)明還可有利地應用于機器人或任何其它復雜物體例如關(guān)節(jié)的不同部分的精確定位。

在圖8和9所示的實例中，用戶在環(huán)境800(圖8)，相應地900(圖9)中位移。其裝備有包括與701(圖7)相似的頭盔801(圖8)，相應地901(圖9)的增強現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其例如涉及hmd(head-mounteddisplay，頭戴式顯示器)型頭盔。

同樣地，系統(tǒng)包括與702(圖7)相似的分別與頭盔801和901一體連接的慣性測量元件802(圖8)和902(圖9)。慣性測量元件例如整合一個或更多個磁力計、加速度計、陀螺儀。

因此，來自慣性測量元件802，相應地902的位移數(shù)據(jù)允許根據(jù)多個自由度，例如六個自由度來描述頭盔801，相應地901的位移。

用戶在每只腳處另外裝備有與703和704(圖7)相似的混合移動元件803和804(圖8)，相應地903和904(圖9)并在與705(圖7)相似的地面元件805(圖8)，相應地905(圖9)上位移。

在圖8的示例中，用戶在腰帶上還裝備有另一慣性測量元件808，并在頭盔801上裝備有例如測距儀或氣壓計之類的頭盔801的高度測量部件809。

向上瞄準的測距儀例如允許測量用戶頭部相對于頂篷的距離并通過獲知地面/頂篷距離來最終計算用戶頭部的高度。至于氣壓計，其允許根據(jù)氣壓測量高度。

有利地，通過應用前述方法，可跟蹤裝備有混合移動元件803、804的用戶的兩腳以地面元件805為基準的位置。

即使頭盔801與地面元件805之間的距離d實時變化(這例如在用戶相對于表面元件805俯身或跳躍時可發(fā)生)，借助部件809對用戶頭部高度的獲知亦允許獲知頭盔的位置。

可利用所計算的用戶腳部的位置信息來校準來自慣性測量元件802的數(shù)據(jù)，垂直于地面元件的平面的方向上的分量以動態(tài)變化的距離d平移。

如果實現(xiàn)與人體關(guān)聯(lián)的逆運動學模型，則還可更精確地進行慣性測量元件802的校準。在該情況下，獲知腳部位置數(shù)據(jù)(通過混合移動元件803和804)以及來自慣性測量元件802的數(shù)據(jù)使得能夠計算組成人體的不同部位(腳部、脊柱、頸部、頭部)的位置，可以理解的是，不同元件801至804、808和809能夠相互通信。

因此，慣性測量元件808允許獲得更加精確的逆運動學模型，這是由于其允許獲得身體的中央位置的數(shù)據(jù)并因此提高逆運動學模型的精確度。

在圖9的示例中，用戶裝備有磁性(恒定或脈沖磁場)系統(tǒng)，該磁性系統(tǒng)由在多個方向上(優(yōu)選地在三個垂直方向上)發(fā)射磁場的磁發(fā)射器908以及多個磁接收器(傳感器)909、910和911構(gòu)成。例如，這種系統(tǒng)以polhemusfastrak(polhemusfastrak是商標)和razerhydra(razerhydra是商標)為名是已知的。

發(fā)射器例如包括分別在正交方向上發(fā)射磁場的三個螺線管。

如圖9所示，發(fā)射器908例如被定位在用戶腰帶處。接收器909被定位在用戶頭部處，例如在頭盔901上。接收器910和911(例如為操縱桿)被定位在用戶手中。按照其原理，磁性系統(tǒng)(由元件908至911構(gòu)成)允許以可靠和確定的方式獲得各個接收器909、910和911以發(fā)射器908為基準的坐標。

不同元件901(頭盔)、903(混合移動元件)、904(混合移動元件)和908(磁發(fā)射器)相互通信。

通過假設(shè)發(fā)射器908和地面元件905之間的距離d是恒定的，可得到發(fā)射器908相對于裝備有混合移動元件903和904的腳部的位置。因此，通過簡單的距離d的轉(zhuǎn)換可得到發(fā)射器908在垂直于地面元件905的平面的方向上的位置分量。

根據(jù)變型，可在發(fā)射器908處放置測距儀或氣壓表(與圖8中的809相似)，以測量動態(tài)高度，即發(fā)射器908和地面元件905之間的變化距離d。這對于用戶相對于地面元件905跳躍或俯身的情況是尤其有利的。

因此，根據(jù)本發(fā)明的方法允許以地面元件905為基準計算發(fā)射器908的位置。

而且，借助接收以發(fā)射器908為基準的接收器的坐標，可獲知在此相同基準下的接收器909、910和911各自的位置。

有利地，例如之前如參照圖4a的步驟406描述的，借助使用所描述的磁性系統(tǒng)，可實時獲知用戶手部(接收器910和911)的位置，并且對頭部(接收器909)位置的獲知允許以非常好的精度校準以地面元件905為基準的慣性測量元件902的數(shù)據(jù)。

當然，如果實現(xiàn)與人體相關(guān)的逆運動學模型，則還可更精確地校準慣性測量元件902。在該情況下，獲知腳部位置數(shù)據(jù)(通過混合移動元件903和904)和來自慣性測量元件902的數(shù)據(jù)以及以地面元件905為基準的接收器909的位置，允許計算組成人體(腳部、脊柱、頸部、頭部)的不同部位的位置。

因此，在圖8和9的示例中，獲知腳部位置數(shù)據(jù)(通過混合移動元件(圖8中的803和804；圖9中的903和904))以及來自慣性測量元件(圖8中的802和808；圖9中的902)和磁性系統(tǒng)(圖9)的數(shù)據(jù)，允許以可靠的方式計算人體不同部位(腳部、脊柱、頸部、頭部)的位置。因此得到更精確的頭盔(801，901)以及其它裝備相對混合移動元件803、804，相應地903、904的位置。

自然地，為了滿足具體需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員可應用前面描述的修改。