本发明专利技术涉及对定向／定位系统的控制，该定向／定位系统包括：传感器装置（１）；以及用于控制操控装置的定向和／或定位动作的致动器装置（４１、４２、４３），该动作适于改变所述传感器装置的输入空间。
Method for controlling an orientation / positioning system and an automatic calibration orientation / positioning system
The present invention relates to the control of directional / positioning system, including the orientation / positioning system: a sensor device (1); and an actuator for device control directional control device and / or positioning movements (41, 42, 43), the input space of the action for change of the sensor device.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对具有传感器装置的定向/定位设备的控制，可以通过由该定向/定位设备所控制的操控器(manipulator)执行的限定计划真实行为，来改变该传感器装置的输入空间。因此，设想将由该传感器装置检测到的(即由该传感器装置的输入空间覆盖的)操控装置定向/定位到该传感器装置的输入空间坐标系的预定目标位置。
技术介绍
本专利技术的背景是定向/定位设备领域，下面将参照图1和图2来说明这种定向/定位设备。图1表示可以以多个自由度进行定向的立体摄像机。假定将所示的摄像机定向为使得所检测到的出现在该摄像机的输入空间的某个位置的可视目标移动到该输入空间的坐标原点处。图2表示用于计算并执行动作(即，摄像机的移动)以实现所述目的的已知处理。在第一步骤中，对该传感器(在此为摄像机)的输出进行评估，以确定该传感器的多维输入空间中的目标位置，该目标位置例如可以为所识别的声音源。在后面的步骤中，使用预先定义的查找表或分析功能将该传感器坐标(角度等)映射到电机坐标(电压、电流等)，以生成前面确定的摄像机的新定向所需的致动器(电机)命令。提供显式定向信息的传感器装置的典型示例例如为图像传感器阵列、雷达图像传感器阵列或化学受体传感器阵列。提供隐式定向信息的典型传感器装置为用于定位声源的立体麦克风。在可以使用所述定向信息之前，提供隐式定向信息的传感器装置需要提取该定向信息。包括用于提供定向信息的传感器的机器人被称为定向机器人。这种定向机器人的缺点在于为了能够正确地工作，需要对它们进行频繁的校准。每一次系统几何形态发生改变之后(例如，传感器和机器人的致动器之间的物理关系发生变化时)、每一次改变(例如，更换镜头、改变电机)之后、以及在变化或不受控的环境中使用机器人的情况下，都必须进行这种校准。在特定环境中，由用户来进行人工校准是不可能的或不希望的(例如，在该机器人是送到其它行星上的探测器的情况下)。另外，在系统几何形态频繁变化、频繁改变传感器或电机，或者非受控环境的情况下，频繁的校准非常费时和费力。因此，提出了自校准定向机器人。这种自校准定向机器人通常使用校准方案(scenarios)、数学分析或者在人的监督下的参数/硬件调整。以上所有的校准技术都具有以下缺点校准方案的使用通常要求机器人的致动器返回到基准点。因此，在新的和/或非受控的环境中频繁地进行校准是不可能的。此外，通过频繁使用基准点进行的所述校准不足以解决电机响应的非线性问题。通过数学分析进行的校准有以下缺点需要多个隐式的假设，这往往导致极大的简化。通常只考虑变量的子集。因此，所述校准方法的精度通常是不够的。此外，由于复杂度高，而使得通过数学分析进行的校准通常不适用于在线校准。在人的监督下进行的参数/硬件调整的缺点在于，需要人类专家的干预。因此，这种校准方案不适用于自主机器人。此外，这种校准技术通常非常耗时，并且高度依赖于专家的经验。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于控制定向系统的方法，以及一种自校准定向系统，该系统可以在无人工干预的情况下高精度地进行系统的自校准。本专利技术的另一目的是提供一种用于控制定向系统的方法，以及一种自校准定向系统，该系统适于解决电机/传感器响应中的非线性问题，并且适于在变化的和/或非受控环境中使用，其中不可能或不希望进行维护。可以通过独立权利要求的特征来实现以上目的。从属权利要求进一步拓展了本专利技术的中心思想。根据本专利技术的第一方面，提出了一种用于控制定向/定位系统的方法，所述定向系统包括至少一个传感器装置，以及用于控制操控装置(例如机器人)的定向和/或定位动作的致动器装置，操控装置可以被所述传感器装置检测到，并且可以与真实世界进行交互，以根据系统的计划来改变所述传感器装置的输入空间。所述方法包括以下步骤-(S1)对所述传感器装置的动作前输出信息进行评估，以检测所述操控装置在所述传感器装置的输入空间中的位置；-(S2)确定所述操控装置在所述传感器装置的输入空间中的目标动作后位置(targeted post-action position)；-(S3)通过使用预先定义的映射函数，将所述传感器装置的输入空间坐标中的动作前位置与目标动作后位置的任何偏离，映射到致动器控制坐标，来定义用于所述致动器装置的命令；-(S4)根据所定义的命令由所述致动器装置来定向/定位所述操控装置，以执行定向/定位动作；以及-(S5)检测所述操控装置在所述传感器装置的输入空间中的实际动作后位置；-(S6)根据所述传感器装置的输入空间中的实际动作后位置与目标动作后位置之间的任何差异，来调整(adapting)步骤S3中使用的映射函数，以执行映射函数的增量自适应学习(incremental adaptive learning)，其中使用分别经过调整的映射函数循环地重复步骤S1至S6至少一次。在步骤S6中，可以根据操控装置在所述传感器装置的输入空间中的实际动作后位置与目标位置之间的任何差异，来计算校正信号。可以考虑该校正信号以及该操控装置在所述传感器装置的输入空间中的动作前位置，来调整该映射函数。在调整映射函数之前，可以将调整矢量(adaptation vector)与一因子相乘，以控制映射函数的调整率(adaptation rate)，该因子大于或等于0，并且小于或等于1。所述方法还可以包括以下步骤根据所述操控装置在所述传感器装置的输入空间中的实际动作后位置与目标位置之间的差异的合理性(plausibility)，例如通过所选择的图案的相关值，来计算置信值(confidence value)。然后可以用该置信值对所述调整矢量进行调制，以使得所述调整率依赖于例如所选择的传感器图案之间在动作前和动作后的相关性的置信度。可以通过查找表来实现该映射函数。该查找表将传感器坐标与对应的致动器坐标相关联。在步骤S1至S6中，对于各次循环，不仅使用了图案的位置，而且使用了该位置周围的限定范围内的邻域，其中可以在后续的两个循环之间改变该邻域的范围。可以在传感器坐标或致动器坐标中执行对映射函数的调整。本专利技术的另一方面涉及一种用于控制定向/定位系统的方法，所述定向系统包括至少一个传感器装置，以及用于控制操控装置(例如机器人)的定向和/或定位动作的致动器装置，该操控装置可以被所述传感器装置检测到，并且可以与真实世界进行交互，以根据系统的计划来改变所述传感器装置的输入空间，所述方法优选地包括以下步骤-(S1)使用预定义的映射函数，将所述传感器装置位于所述传感器装置(1)的输入空间坐标中的输出信息，映射到致动器控制坐标；-(S2)确定目标动作后位置，该确定在致动器控制坐标中进行；-(S3)根据所述确定的结果来定义用于所述致动器装置(41、42、43)的命令；以及-(S4)根据所定义的命令，由所述致动器装置来对所述操控装置进行定向/定位，以执行所述传感器装置的定向/定位动作。可以将多个传感器装置的输出分别映射到致动器坐标中，随后进行组合，其中可以根据该组合的结果来执行步骤S2中的所述确定。在进行步骤S2中的确定时，可以考虑所述致动器装置的约束。本专利技术的另一方面涉及一种计算机软件产品，该计算机软件产品用于在计算机设备上运行时实现上述方法。本专利技术的另一方面涉及一种自动校准定向/定位系统。该系统优选地包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于控制定向／定位系统的方法，该定向系统包括：至少一个传感器装置（１）；以及用于控制适于改变所述传感器装置（１）的输入空间的定向和／或定位动作的致动器装置（４１、４２、４３），所述方法包括以下步骤：－（Ｓ１）对所 述传感器装置（１）的动作前输出信息进行评估，以检测操控装置在所述传感器装置（１）的输入空间中的位置；－（Ｓ２）确定所述操控装置（２）在所述传感器装置（１）的输入空间中的目标动作后位置；－（Ｓ３）通过使用预先定义的映射函数，将 所述传感器装置（１）的输入空间坐标中的所述动作前位置与所述目标动作后位置之间的任何偏离，映射到致动器控制坐标，来定义用于所述致动器装置（４１、４２、４３）的命令；－（Ｓ４）根据所定义的命令由所述致动器装置（４１、４２、４３）来定向／ 定位操控装置，以执行定向／定位动作；以及－（Ｓ５）检测所述操控装置（２）在所述传感器装置（１）的输入空间中的实际动作后位置；所述方法的特征在于：－（Ｓ６）根据所述操控装置在所述传感器装置（１）的输入空间中的所述实际动 作后位置与所述目标动作后位置之间的任何差异，来调整在步骤Ｓ３中使用的所述映射函数，以执行所述映射函数的增量自适应学习，其中使用分别进行了调整的映射函数循环地重复步骤Ｓ１至Ｓ６至少一次。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克茹布兰，托比亚斯罗德曼，
申请(专利权)人：本田研究所欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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