專利名稱：移動(dòng)設(shè)備、用于補(bǔ)償該移動(dòng)設(shè)備的位置的方法和介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)設(shè)備的位置識(shí)別技術(shù)，更具體地講，涉及一種提供位置校正功能的移動(dòng)設(shè)備以及校正位置的方法和介質(zhì)，通過(guò)該位置校正功能，即使在移動(dòng)設(shè)備處于異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如在諸如清潔機(jī)器人的移動(dòng)設(shè)備移動(dòng)時(shí)可能發(fā)生的與障礙物的碰撞、打滑、經(jīng)過(guò)障礙物和綁架)時(shí)，也可執(zhí)行精確地位置識(shí)別。
背景技術(shù)：
通常，為了工業(yè)目的開發(fā)機(jī)器人，并且機(jī)器人用于工廠自動(dòng)化或用于代替人勞動(dòng)力在不宜于人類的極端環(huán)境下執(zhí)行工作。隨著近來(lái)在尖端空間開發(fā)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，機(jī)器人工程領(lǐng)域不斷發(fā)展，并且最近，連對(duì)人友好的家庭機(jī)器人也已開發(fā)。此外，代替醫(yī)療器械，可將機(jī)器人插入人體內(nèi)，以治療不能通過(guò)傳統(tǒng)醫(yī)療器械進(jìn)行治療的人體的小器官。這種快速發(fā)展使機(jī)器人工程領(lǐng)域成為繼互聯(lián)網(wǎng)所引導(dǎo)的信息革命和當(dāng)前流行的生物工程領(lǐng)域之后涌現(xiàn)出的高科技領(lǐng)域。
關(guān)于機(jī)器人工程，在集中于重工業(yè)領(lǐng)域并且限于工業(yè)機(jī)器人的傳統(tǒng)機(jī)器人工程領(lǐng)域向面向輕工業(yè)的機(jī)器人工程的擴(kuò)展中，家庭機(jī)器人扮演著重要角色。一個(gè)主要的例子就是清潔機(jī)器人。清潔機(jī)器人通常包括用于運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元、用于清潔的清潔單元和用于在所有方向感測(cè)障礙物的監(jiān)控單元。
這里，移動(dòng)清潔機(jī)器人使用監(jiān)控單元以這樣的方式在有限的區(qū)域中行進(jìn)如果出現(xiàn)障礙物，則移動(dòng)機(jī)器人改變其運(yùn)動(dòng)方向，或者移動(dòng)機(jī)器人使用預(yù)定的單元計(jì)算其位置，并識(shí)別將被清潔的目標(biāo)區(qū)域，然后沿著最佳路徑移動(dòng)，以便能夠減少清潔時(shí)間和能量消耗。
因此，在于預(yù)定的區(qū)域中行進(jìn)的移動(dòng)設(shè)備(包括近來(lái)的移動(dòng)機(jī)器人)中，非常需要一種識(shí)別設(shè)備的位置，即精確地識(shí)別設(shè)備的位置的技術(shù)。
然而，在識(shí)別機(jī)器人的位置的傳統(tǒng)技術(shù)中使用的編碼器的情況下，隨著行進(jìn)時(shí)間增加，位置誤差可能通過(guò)例如打滑現(xiàn)象而積累。具體地講，通過(guò)與障礙物的碰撞，或者由于為了避免障礙物而作的運(yùn)動(dòng)，或者當(dāng)機(jī)器人經(jīng)過(guò)低的障礙物(如門檻)時(shí)，位置誤差可能加重。作為識(shí)別機(jī)器人的位置的傳統(tǒng)技術(shù)的另一例子，可使用陀螺儀。然而，當(dāng)陀螺儀在機(jī)器人經(jīng)過(guò)低的障礙物的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀的使用也伴隨著位置誤差的積累。此外，在人為改變移動(dòng)機(jī)器人的位置的所謂“綁架”的情況下，機(jī)器人可能不能夠識(shí)別其位置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中被部分地闡述，部分地根據(jù)描述它們將變得明顯，或者可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而被了解。
本發(fā)明提供一種提供校正位置的功能的移動(dòng)設(shè)備以及校正位置的方法，其中，通過(guò)使用加速度計(jì)以及編碼器和陀螺儀，確定移動(dòng)機(jī)器人的異常狀態(tài)(如移動(dòng)機(jī)器人的打滑、與障礙物的碰撞、經(jīng)過(guò)障礙物和綁架)，可使誤差最小，并可校正誤差。
通過(guò)閱讀下面的描述、附圖和權(quán)利要求，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的上述目的以及其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種提供校正位置的功能的移動(dòng)設(shè)備，該移動(dòng)設(shè)備包括感測(cè)單元，獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的反映一個(gè)或多個(gè)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多種狀態(tài)信息；狀態(tài)確定單元，通過(guò)參照獲得的多種狀態(tài)信息來(lái)確定是否通過(guò)獨(dú)立導(dǎo)航而產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；位置信息計(jì)算單元，如果發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則通過(guò)校正所述多種狀態(tài)信息來(lái)計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種校正位置的方法，該方法包括獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的反映一個(gè)或多個(gè)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多種狀態(tài)信息；通過(guò)參照獲得的多種狀態(tài)信息來(lái)確定是否通過(guò)獨(dú)立導(dǎo)航而產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，從而計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息；通過(guò)參照計(jì)算的最終位置信息產(chǎn)生動(dòng)作控制信號(hào)；通過(guò)參照產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)執(zhí)行移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種移動(dòng)設(shè)備，包括感測(cè)單元，獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；狀態(tài)確定器，基于所述多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；位置信息計(jì)算器，當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種校正移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，該方法包括獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；基于獲得的多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息；通過(guò)參照計(jì)算的最終位置信息產(chǎn)生動(dòng)作控制信號(hào)；通過(guò)參照產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)執(zhí)行移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種校正移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，該方法包括獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；基于獲得的多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供至少一種存儲(chǔ)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)可讀指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚并更容易理解，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方向的3維(3D)空間坐標(biāo)系統(tǒng)；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的提供位置校正功能的移動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是示出圖2中所示的移動(dòng)設(shè)備的感測(cè)單元的結(jié)構(gòu)的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的校正位置的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其例子示于附圖中，在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。下面，將參照附圖描述示例性實(shí)施例以解釋本發(fā)明。
將參照被認(rèn)為是移動(dòng)設(shè)備的一個(gè)主要例子的清潔機(jī)器人來(lái)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，示例性實(shí)施例可應(yīng)用于任何移動(dòng)設(shè)備(例如，移動(dòng)機(jī)器人或移動(dòng)式機(jī)器人)。
移動(dòng)機(jī)器人對(duì)其自己的位置的識(shí)別可通過(guò)編碼器和陀螺儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述編碼器感測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的位置改變或速度改變，所述陀螺儀通過(guò)識(shí)別移動(dòng)機(jī)器人的慣性質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)來(lái)感測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變。
通常當(dāng)用于移動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的位置或者改變移動(dòng)機(jī)器人的方向的命令被給出并且移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)該命令移動(dòng)時(shí)，編碼器用于控制該移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)使用編碼器時(shí)，可通過(guò)以預(yù)定的時(shí)間間隔測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人的輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)量并對(duì)測(cè)量的量進(jìn)行積分來(lái)識(shí)別移動(dòng)機(jī)器人的位置。然而，編碼器有這樣的缺點(diǎn)每當(dāng)執(zhí)行積分運(yùn)算時(shí)，誤差就可能積累。具體地講，當(dāng)在移動(dòng)機(jī)器人經(jīng)過(guò)障礙物時(shí)發(fā)生驅(qū)動(dòng)輪的打滑或者驅(qū)動(dòng)輪的垂直方向的改變時(shí)，產(chǎn)生相對(duì)過(guò)多的誤差。因此，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，另外使用了感測(cè)三(3)個(gè)軸的加速度分量和重力加速度的加速度計(jì)，以便能夠減小誤差。
為了解釋移動(dòng)機(jī)器人的用于減小這種誤差的位置校正功能，將介紹3維(3D)空間坐標(biāo)系統(tǒng)。圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方向的3維(3D)空間坐標(biāo)系統(tǒng)。
如圖1中所示，假設(shè)移動(dòng)設(shè)備100(例如，移動(dòng)機(jī)器人)沿x方向行進(jìn)，y方向垂直于x方向并且平行于地面，z方向垂直于地面。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備100經(jīng)過(guò)障礙物或斜面時(shí)，移動(dòng)設(shè)備100的主體可能傾斜并轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，假設(shè)關(guān)于x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是橫滾(roll)方向，關(guān)于y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是俯仰(pitch)方向，關(guān)于z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是偏航(yaw)方向。此外，假設(shè)當(dāng)產(chǎn)生異常狀態(tài)(異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，例如移動(dòng)設(shè)備100經(jīng)過(guò)障礙物時(shí)的狀態(tài)時(shí)，移動(dòng)設(shè)備100以z軸作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸與x軸的角度為θ，移動(dòng)設(shè)備100以y軸作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸與z軸的角度為，移動(dòng)設(shè)備100以x軸作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸的角度為ψ。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的提供位置校正功能的移動(dòng)設(shè)備100的結(jié)構(gòu)的框圖。參照?qǐng)D2，提供位置校正功能的移動(dòng)設(shè)備100包括感測(cè)單元110、狀態(tài)確定單元(狀態(tài)確定器)120、位置信息計(jì)算單元(位置信息計(jì)算器)130、動(dòng)作控制單元(動(dòng)作控制器)140和驅(qū)動(dòng)單元(驅(qū)動(dòng)器)150。
感測(cè)單元110獲得多種狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息反映(指示)當(dāng)移動(dòng)設(shè)備100行進(jìn)以清潔或建立地圖時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在感測(cè)單元110中可使用多種傳感器，現(xiàn)在，將參照?qǐng)D3解釋感測(cè)單元110的結(jié)構(gòu)。圖3的感測(cè)單元110包括位置感測(cè)單元(位置傳感器)111、速度感測(cè)單元(速度傳感器)112、轉(zhuǎn)動(dòng)角感測(cè)單元(轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器)113、加速度感測(cè)單元(加速度傳感器)114和接觸感測(cè)單元(接觸傳感器)115。
位置感測(cè)單元111感測(cè)并獲得反映(指示)移動(dòng)設(shè)備100行進(jìn)的距離的運(yùn)動(dòng)位置信息。運(yùn)動(dòng)位置信息的取得可由上述編碼器來(lái)執(zhí)行。通過(guò)使用編碼器，可獲得移動(dòng)設(shè)備100在x軸方向上的位置改變(ΔXe)和轉(zhuǎn)動(dòng)角(Δθe)。為了獲得這些值，首先，應(yīng)該使用移動(dòng)設(shè)備100的右驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)距離(UR)和左驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)距離(UL)的平均值來(lái)獲得移動(dòng)設(shè)備100在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在每一方向上移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)距離(ΔU)。然后，假設(shè)兩個(gè)輪之間的距離為D，則可使用等式Δθe＝(UR-UL)/D獲得移動(dòng)設(shè)備100的轉(zhuǎn)動(dòng)角(Δθe)，并且位置改變?chǔ)e等于ΔU。
因此，在該方法中，可獲得包括移動(dòng)設(shè)備100在x軸上的位置改變(ΔXe)以及x軸與移動(dòng)設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)方向之間的角度改變(Δθe)的運(yùn)動(dòng)位置信息。這里，下標(biāo)e指示編碼器。
速度感測(cè)單元112通過(guò)參照獲得的運(yùn)動(dòng)位置信息(ΔXe，Δθe)來(lái)獲得反映(指示)移動(dòng)設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)速度的速度信息。該速度信息可表示為ΔVXe，速度信息的取得也可由編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，下標(biāo)e也指示編碼器。
轉(zhuǎn)動(dòng)角感測(cè)單元113獲得轉(zhuǎn)動(dòng)角信息，該轉(zhuǎn)動(dòng)角信息反映(指示)關(guān)于圖1中所示的3D坐標(biāo)空間的坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的大小。轉(zhuǎn)動(dòng)角信息可指示關(guān)于圖1中所示的3D空間中的一個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變，或指示關(guān)于該3D空間中的所有軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變。關(guān)于所有軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變包括關(guān)于x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角(橫滾方向)的改變(Δψg)、關(guān)于y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角(俯仰方向)的改變(Δg)和關(guān)于z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角(偏航方向)的改變(Δθg)。這樣的使用角速度的轉(zhuǎn)動(dòng)角信息的取得可由上述陀螺儀來(lái)執(zhí)行。在本發(fā)明示例性實(shí)施例中，可測(cè)量關(guān)于三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的所有改變，或者可僅測(cè)量關(guān)于z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變(Δθg)。然而，在綁架的情況下，需要測(cè)量關(guān)于三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角的所有改變。這里，下標(biāo)g指示陀螺儀。
加速度感測(cè)單元114獲得反映(指示)3個(gè)軸的加速度分量和重力加速度的加速度信息。加速度信息包括x軸方向上的加速度分量(ax)、y軸方向上的加速度分量(ay)、z軸方向上的加速度分量(az)和重力加速度(g)。加速度信息的取得可由上述陀螺儀來(lái)執(zhí)行。
接觸感測(cè)單元115獲得反映(指示)移動(dòng)機(jī)器人100是否與地面接觸的接觸信息。術(shù)語(yǔ)地面指的是陸地、地板、人行道或者移動(dòng)設(shè)備在其上移動(dòng)的任何類似表面。
所述多種狀態(tài)信息可包括運(yùn)動(dòng)位置信息、速度信息、轉(zhuǎn)動(dòng)角信息、加速度信息和接觸信息的全部。
再參照?qǐng)D2，狀態(tài)確定單元120通過(guò)參照獲得的多種狀態(tài)信息來(lái)確定是否由于獨(dú)立導(dǎo)航(self-contained navigation)而發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，位置信息計(jì)算單元130校正所述多種狀態(tài)信息，從而計(jì)算移動(dòng)設(shè)備100的最終位置信息。
現(xiàn)在，將更詳細(xì)地解釋當(dāng)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生時(shí)，移動(dòng)設(shè)備100確定并校正該狀態(tài)的過(guò)程。
在本發(fā)明的當(dāng)前示例性實(shí)施例中，在移動(dòng)設(shè)備100行進(jìn)時(shí)發(fā)生的異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可大致分為4種。這種分類方法僅是為了方便解釋本示例性實(shí)施例，本發(fā)明不限于此。這4種狀態(tài)是第一種，發(fā)生打滑或碰撞并且發(fā)生偏航方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；第二種，移動(dòng)設(shè)備100的所有驅(qū)動(dòng)輪都經(jīng)過(guò)障礙物并且發(fā)生俯仰方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；第三種，僅一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪經(jīng)過(guò)障礙物并且發(fā)生橫滾方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；第四種，移動(dòng)設(shè)備100自身被人強(qiáng)制拾起和移動(dòng)的綁架狀態(tài)。
首先，現(xiàn)在將解釋發(fā)生打滑或碰撞并且發(fā)生偏航方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。
如果基于運(yùn)動(dòng)位置信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角改變(Δθe)和基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角改變(Δθg)之間的差值等于或大于預(yù)定的第一閾值，即|Δθe-Δθg|≥Th1，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
此外，如果基于速度信息計(jì)算的速度改變(ΔVxe)和基于加速度信息計(jì)算的平行于運(yùn)動(dòng)方向的加速度分量(ax)之間的差值等于或大于預(yù)定的第二閾值，即|ΔVxe-ax|≥Th2，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
此外，如果基于加速度信息計(jì)算的平行于地面并垂直于運(yùn)動(dòng)方向的加速度分量(ay)的大小等于或大于預(yù)定的第三閾值，即|ay|≥Th3，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
當(dāng)上述三個(gè)條件有選擇地滿足時(shí)，位置信息計(jì)算單元130相對(duì)于移動(dòng)設(shè)備100前進(jìn)的方向校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。這可表示為下面的等式1
Δθ＝ΔθgΔx＝∫∫axdtdt或0Δy＝∫∫aydtdt或0 ......(1)即，為了補(bǔ)償打滑或碰撞，可通過(guò)將加速度分量對(duì)時(shí)間執(zhí)行兩次積分運(yùn)算來(lái)計(jì)算在短時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)距離。然而，由于用目前低廉的加速度計(jì)獲得的精度可能不夠，所以打滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)距離可被設(shè)為0，以便能夠使誤差最小。
其次，現(xiàn)在將解釋移動(dòng)設(shè)備100的所有驅(qū)動(dòng)輪都經(jīng)過(guò)障礙物并且發(fā)生俯仰方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。在這種情況下，如果基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量(az)的大小不同于基于加速度信息計(jì)算的重力加速度(g)的大小，并且關(guān)于y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角(俯仰方向)的改變(Δg)等于或大于預(yù)定的第四閾值，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。即，當(dāng)|az|≠|(zhì)g|時(shí)，應(yīng)該滿足條件Δg≥Th4。
位置信息計(jì)算單元130相對(duì)于俯仰角來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。這可表示為下面的等式2ΔX＝ΔXe×cosg......(2)這里，ΔXe是由速度感測(cè)單元112的編碼器獲得的x軸方向上的運(yùn)動(dòng)位置信息，可使用3個(gè)軸的角速度信息來(lái)獲得俯仰角(g)。
第三，現(xiàn)在將解釋僅一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪經(jīng)過(guò)障礙物并且發(fā)生橫滾方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。
在這種情況下，如果基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量(az)的大小不同于基于加速度信息計(jì)算的重力加速度(g)的大小，并且關(guān)于x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角(橫滾方向)的改變(Δψg)等于或大于預(yù)定的第五閾值，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。即，當(dāng)|az|≠|(zhì)g|時(shí)，應(yīng)該滿足條件Δψg≥Th5。
此時(shí)，位置信息計(jì)算單元130相對(duì)于橫滾角來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。這可表示為下面的等式3Δθ＝Δθg/cosψg......(3)這里，Δθg是由轉(zhuǎn)動(dòng)角感測(cè)單元113獲得的偏航方向上的改變(Δθg)，因此，如果用所述改變(Δθg)除以橫滾角(ψg)的余弦值，則可獲得校正的轉(zhuǎn)動(dòng)角Δθ。
同時(shí)，移動(dòng)設(shè)備100在傾斜的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)的情況應(yīng)該區(qū)分于上述第三種情況。為了區(qū)分這些情況，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備100轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果z軸方向上的加速度分量az改變，則其對(duì)應(yīng)于第三種情況；如果加速度分量az沒有改變而為恒定，則確定其是移動(dòng)設(shè)備100在傾斜的表面上轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，并且不應(yīng)該執(zhí)行校正。
第四，現(xiàn)在將解釋移動(dòng)設(shè)備100自身被人或機(jī)器強(qiáng)制拾起和移動(dòng)的所謂綁架狀態(tài)。在這種情況下，如果基于接觸信息計(jì)算的接觸狀態(tài)指示沒有接觸，并且基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量(az)和重力加速度之差等于或大于預(yù)定的第六閾值，即|az-g|≥Th6，則狀態(tài)確定單元120確定發(fā)生異常狀態(tài)。位置信息計(jì)算單元130相對(duì)于基于加速度信息計(jì)算的運(yùn)動(dòng)距離和基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終的位置信息。
如上所述，在當(dāng)前示例性實(shí)施例中引入了預(yù)定的閾值Th1至Th6，以便于狀態(tài)確定單元120可確定是否發(fā)生移動(dòng)設(shè)備100的異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，不需要將預(yù)定的值設(shè)置為所述閾值，能夠作為確定是否發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)的值可被用作閾值Th1至Th6之一。
同時(shí)，再參照?qǐng)D2，動(dòng)作控制單元140通過(guò)參照根據(jù)上述4種情況中的任何一種情況計(jì)算的最終位置信息來(lái)產(chǎn)生移動(dòng)設(shè)備100的動(dòng)作控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)單元150通過(guò)參照產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)來(lái)使移動(dòng)設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作能夠被執(zhí)行。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的校正位置的方法的流程圖。
首先，在操作S102，感測(cè)單元110獲得多種狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息反映(指示)在移動(dòng)設(shè)備100行進(jìn)時(shí)發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然后，在操作S104，狀態(tài)確定單元120通過(guò)參照獲得的多種狀態(tài)信息確定是否通過(guò)獨(dú)立導(dǎo)航而發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。接下來(lái)，當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在操作S106，位置信息計(jì)算單元校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備100的最終位置信息。然后，在操作S108，動(dòng)作控制單元140通過(guò)參照計(jì)算的最終位置信息來(lái)產(chǎn)生動(dòng)作控制信號(hào)。最后，在操作S110，驅(qū)動(dòng)單元150通過(guò)參照產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)來(lái)執(zhí)行移動(dòng)設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，通過(guò)使用加速度計(jì)以及傳統(tǒng)技術(shù)中使用的編碼器和陀螺儀，可確定移動(dòng)機(jī)器人的異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如打滑、與障礙物碰撞、經(jīng)過(guò)障礙物和綁架，從而可使誤差最小。結(jié)果，可通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備和方法增強(qiáng)諸如清潔機(jī)器人的移動(dòng)設(shè)備中所使用的定位系統(tǒng)的性能。
除了上述示例性實(shí)施例之外，本發(fā)明的示例性實(shí)施例還可通過(guò)執(zhí)行介質(zhì)(例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))上的計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述介質(zhì)可對(duì)應(yīng)于允許存儲(chǔ)和/或傳輸計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令的任何介質(zhì)。所述介質(zhì)還可包括(單獨(dú)或與計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令組合)數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。代碼/指令的例子包括如通過(guò)編譯器產(chǎn)生的機(jī)器代碼以及包含可由計(jì)算裝置等使用解釋器執(zhí)行的高級(jí)代碼的文件。
計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令可以以各種方式記錄/傳送到介質(zhì)上，所述介質(zhì)的例子包括磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，軟盤、硬盤、磁帶等)、光學(xué)介質(zhì)(例如，CD-ROM、DVD等)、磁光介質(zhì)(例如，光磁軟盤)、硬件存儲(chǔ)裝置(例如，只讀存儲(chǔ)介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)介質(zhì)、閃存等)以及傳輸可包括計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信號(hào)的諸如載波的存儲(chǔ)/傳輸介質(zhì)。存儲(chǔ)/傳輸介質(zhì)的例子可包括有線和/或無(wú)線傳輸介質(zhì)。例如，存儲(chǔ)/傳輸介質(zhì)可包括無(wú)線傳輸介質(zhì)，該無(wú)線傳輸介質(zhì)包括傳輸指定指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)文件等的與連接到計(jì)算裝置或網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)通信的信號(hào)的載波。所述介質(zhì)還可以是分布式網(wǎng)絡(luò)，從而計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令可以以分布式方式被存儲(chǔ)/傳送和執(zhí)行。所述介質(zhì)還可以是互聯(lián)網(wǎng)。計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令可由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令還可在專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)中的至少一個(gè)中執(zhí)行或嵌入其中。
此外，可配置一個(gè)或多個(gè)軟件模塊或者一個(gè)或多個(gè)硬件模塊，以便執(zhí)行上述示例性實(shí)施例的操作。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“模塊”或部件指的是(但不限于)執(zhí)行特定任務(wù)的軟件組件、硬件組件或軟件組件和硬件組件的組合。模塊可以被有利地配置在可尋址存儲(chǔ)介質(zhì)中，并被配置為在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行。因此，作為示例，所述模塊或部件可包括諸如軟件組件、專用軟件組件、面向?qū)ο蟮能浖M件、類組件和任務(wù)組件的組件、進(jìn)程、函數(shù)、執(zhí)行線程、屬性、程序、子程序、程序代碼段、驅(qū)動(dòng)程序、固件、微碼、電路、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、數(shù)組和變量。組件或模塊中提供的功能可被組合為更少的組件或模塊，或者可被進(jìn)一步分為另外的組件或模塊。此外，組件和模塊可在裝置中提供的至少一個(gè)處理器(例如，中央處理單元(CPU))上運(yùn)行。此外，硬件組件的例子包括ASIC(專用集成電路)和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)。如上所述，模塊還可表示軟件組件和硬件組件的組合。
計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是為了本發(fā)明的目的而專門設(shè)計(jì)和構(gòu)造的代碼/指令和介質(zhì)，或者可以是計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域的技術(shù)人員可用的公知類型。
盡管已顯示和描述了本發(fā)明的幾個(gè)示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對(duì)這些示例性實(shí)施例進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)設(shè)備，包括感測(cè)單元，獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；狀態(tài)確定器，基于所述多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；位置信息計(jì)算器，當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括動(dòng)作控制器，基于計(jì)算的最終位置信息產(chǎn)生動(dòng)作控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)器，基于產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)執(zhí)行移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，感測(cè)單元包括位置傳感器，獲得指示移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)距離的運(yùn)動(dòng)位置信息；速度傳感器，基于運(yùn)動(dòng)位置信息獲得指示移動(dòng)速度的速度信息；轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器，感測(cè)指示移動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)角的方向和大小的轉(zhuǎn)動(dòng)角信息；加速度傳感器，獲得指示3個(gè)軸的加速度分量和重力加速度的加速度信息；接觸傳感器，獲得指示移動(dòng)設(shè)備是否與地面接觸的接觸信息，其中，所述多種狀態(tài)信息包括運(yùn)動(dòng)位置信息、速度信息、轉(zhuǎn)動(dòng)角信息、加速度信息和接觸信息。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是發(fā)生移動(dòng)設(shè)備與障礙物之間的碰撞的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，如果基于運(yùn)動(dòng)位置信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變與基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變之間的差值等于或大于預(yù)定的第一閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，如果基于速度信息計(jì)算的速度的改變與基于加速度信息計(jì)算的平行于運(yùn)動(dòng)方向的加速度分量之間的差值等于或大于預(yù)定的第二閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，如果基于加速度信息計(jì)算的平行于地面且垂直于運(yùn)動(dòng)方向的加速度分量的大小等于或大于預(yù)定的第三閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是在移動(dòng)設(shè)備經(jīng)過(guò)障礙物時(shí)移動(dòng)設(shè)備在俯仰方向上相對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向傾斜的狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，如果基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量的大小不同于重力加速度的大小，并且基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的俯仰方向上的角度的改變等于或大于預(yù)定的第四閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是在移動(dòng)設(shè)備經(jīng)過(guò)障礙物時(shí)移動(dòng)設(shè)備在橫滾方向上相對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向傾斜的狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，如果基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量的大小不同于重力加速度的大小，并且基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的橫滾方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變等于或大于預(yù)定的第五閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是移動(dòng)設(shè)備處于被綁架狀態(tài)的狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，如果基于接觸信息計(jì)算的接觸狀態(tài)指示沒有接觸，并且基于加速度信息計(jì)算的垂直于地面的加速度分量與重力加速度之差等于或大于預(yù)定的第六閾值，則狀態(tài)確定器確定發(fā)生異常狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，位置信息計(jì)算器相對(duì)于移動(dòng)設(shè)備前進(jìn)的方向來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，并計(jì)算最終位置信息。
15.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，位置信息計(jì)算器相對(duì)于基于加速度信息計(jì)算的俯仰角來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。
16.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，位置信息計(jì)算器相對(duì)于基于加速度信息計(jì)算的橫滾角來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。
17.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，位置信息計(jì)算器相對(duì)于基于加速度信息計(jì)算的運(yùn)動(dòng)距離以及基于轉(zhuǎn)動(dòng)角信息計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角的改變來(lái)校正運(yùn)動(dòng)位置信息，從而計(jì)算最終位置信息。
18.一種校正移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，該方法包括獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；基于獲得的多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息；通過(guò)參照計(jì)算的最終位置信息產(chǎn)生動(dòng)作控制信號(hào)；通過(guò)參照產(chǎn)生的動(dòng)作控制信號(hào)執(zhí)行移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，獲得多種狀態(tài)信息的步驟包括獲得指示移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)距離的運(yùn)動(dòng)位置信息；通過(guò)參照運(yùn)動(dòng)位置信息獲得指示移動(dòng)速度的速度信息；獲得指示移動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)角的方向和大小的轉(zhuǎn)動(dòng)角信息；獲得指示3個(gè)軸的加速度分量和重力加速度的加速度信息；獲得指示移動(dòng)設(shè)備是否與地面接觸的接觸信息，其中，所述多種狀態(tài)信息包括運(yùn)動(dòng)位置信息、速度信息、轉(zhuǎn)動(dòng)角信息、加速度信息和接觸信息。
20.一種包括用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求18所述的方法的計(jì)算機(jī)可讀指令的介質(zhì)。
21.一種校正移動(dòng)設(shè)備的位置的方法，該方法包括獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多種狀態(tài)信息；基于獲得的多種狀態(tài)信息確定是否產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，校正所述多種狀態(tài)信息，并計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述多種狀態(tài)信息包括運(yùn)動(dòng)位置信息、速度信息、轉(zhuǎn)動(dòng)角信息、加速度信息和接觸信息。
23.一種包括用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求21所述的方法的計(jì)算機(jī)可讀指令的介質(zhì)。
全文摘要
提供一種移動(dòng)設(shè)備以及基于位置識(shí)別技術(shù)來(lái)補(bǔ)償位置的設(shè)備、方法和介質(zhì)。提供校正位置的功能的移動(dòng)設(shè)備包括感測(cè)單元，獲得通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的反映一個(gè)或多個(gè)異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多種狀態(tài)信息；狀態(tài)確定單元，通過(guò)參照獲得的多種狀態(tài)信息來(lái)確定是否通過(guò)獨(dú)立導(dǎo)航而產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；位置信息計(jì)算單元，當(dāng)發(fā)生異常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)校正所述多種狀態(tài)信息來(lái)計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的最終位置信息。
文檔編號(hào)G05D1/02GK101089556SQ20071009049
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者崔基浣, 李炯機(jī), 方錫元, 金東潤(rùn) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社