CN110303472B - 将移动式机械转换成高精度机器人 - Google Patents

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Abstract

一种计算系统包括致动器控制逻辑电路，其被配置为生成控制信号并将其发送到移动式机械的致动器，所述致动器被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度。该计算系统还包括控制映射生成器系统，其被配置为接收指示移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所接收的传感器信号，生成控制映射，所述控制映射将所述控制信号映射到移动式机械的联动装置的运动方向和运动速度。

Description

将移动式机械转换成高精度机器人
技术领域
本说明书涉及将移动式机械转换成高精度机器人。更具体地，本说明书涉及通过根据工作现场操作检测精密机器人的终端执行器的位置来将移动式机械转换为高精度机器人。
背景技术
存在许多不同类型的作业机械。一些这样的作业机械包括农业机械，建筑机械，林业机械，草坪管理机等。许多这些移动式设备具有在执行操作时被操作员控制的机构。例如，建筑机械可以具有多个不同的机械子系统、电气子系统、液压子系统、气动子系统和机电子系统，其中所有子系统都可以由操作员操作。
建筑机械的任务通常是根据工作现场操作将材料运输通过工作现场，或进出工作现场。不同的工作现场操作可以包括将材料从一个位置移动到另一个位置或者平整工作现场等。在工作现场操作期间，可以使用各种建筑机器，包括铰接式自卸卡车、轮式装载机、平地机和挖掘机等。工作现场操作可能涉及大量步骤或阶段，并且可能非常复杂。
机器人式作业头也可以附接到作业机械上，以便在作业机械中修改或结合额外功能。举例来说，在建筑操作中，具有材料分配器形式的终端执行器的机器人式作业头可以代替挖掘机上的铲斗。一旦被附接，作业机械可以根据工作现场操作分配材料。
上面的讨论仅仅是为了一般背景信息而提供的，并不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
发明内容
一种计算系统包括致动器控制逻辑电路，其被配置为生成控制信号并将其发送到移动式机械的致动器，所述致动器被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度。该计算系统还包括控制映射生成器系统，其被配置为接收指示移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所接收的传感器信号，生成控制映射，所述控制映射将所述控制信号映射到移动式机械的联动装置的运动方向和运动速度。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何缺点或所有缺点的实施方式。
附图说明
图1是示出移动式机械的一个示例的图示说明，其中该移动式机械可以使用机器人式附接件。
图2是示出移动式机械架构的图示说明，其中移动式机械联接到机器人式附接件、机器人定位和校准系统、外部传感器系统和远程系统。
图3是示出图2所示的机器人式附接件的图示说明。
图4A-4B是移动式机械组件的框图，该移动式机械组件包括经由链接装置联接到机器人式附接件的移动式机械。
图5A-5B是一个流程图，其示出使用图4A-4B所示的机器人定位和校准系统而生成用于移动式机械的控制模式的一个示例。
图6A-6B是一个流程图，其示出使用图4A-4B所示的机器人定位和校准系统而确定致动器控制信号与联动装置的速度和/或方向之间的关系的一个示例操作。
图7是一个流程图，其示出使用图4A-4B所示的机器人定位和校准系统而确定致动器控制信号与联动装置的速度/方向之间的关系的另一示例操作。
图8是一个流程图，其示出通过基于控制模式生成控制信号来控制机器人式附接件的位置的一个示例系统，该机器人式附接件包括终端执行器。
图9是一个流程图，其示出使用图4A-4B所示的机器人定位和校准系统修改机器人式附接件的当前位置确定的一个示例。
图10是示出可以在先前附图所示的架构中使用的计算环境的一个示例的框图。
具体实施方式
为了成功完成工作现场操作，可能需要将移动式机械转换为高精度机器人。这样的工作现场操作可以包括林业操作、建筑操作、农业操作、草皮管理操作等。然后机器人可以用于完成构成工作现场操作的特定或各种任务。例如，在林业操作中，机器人式附接件可以附接到移动式机械，例如收割机或挖掘机，并用于剥皮、加工木材、砍伐、定长切割操作等。但是，机器人式附接件通常是根据移动式机械的特定类型和型号设计和制造的。结果，消费者经常不得不购买移动式机械所特有的机器人式附接件，这可能证明非常昂贵和/或限制将移动式机械转换成高精度机器人。
另外，在将机器人式附接件附接到移动式机械后，通常需要准确地监视机器人式附接件上的终端执行器的位置以确保精确控制。例如，在林业操作中，机器人式附接件的终端执行器可以被配置为切割特定长度的树。为确保每次切割的长度合适，终端执行器正确定位非常重要。
本说明书针对机器人定位和校准系统进行说明，该机器人定位和校准系统允许机器人式附接件由任何移动式机械控制，以有效地将移动式机械转换成高精度机器人。在一个示例中，机器人定位和校准系统自动学习并生成控制模式，该控制模式由移动式机械的配置信息、运动学特征信息和控制信号信息组成。然后该模式用于控制附接件。然而，在其他示例中，控制模式可以仅由该信息的子集组成。无论如何，使用所生成的控制模式，当机器人式附接件安装在移动式机械上时，可以以前馈方式控制机器人式附接件。以这种方式，机器人式附接件可以与基本上任何移动式机械一起使用，因为无论移动式机械的品牌和型号如何，机器人定位和校准系统将自动或半自动地生成用于移动式机械的控制模式。然而，还能够想到也可以以反馈方式控制机器人式附接件。在一个示例中，这包括接收传感器信号并基于所接收的传感器信号修改机器人式附接件的位置。另外，机器人定位和校准系统允许机器人式附接件的终端执行器的精确定位测量。结果，基本上任何移动式机械都可以转换成高精度机器人，其中在该高精度机器人中，可以精确地监测终端执行器的位置。
图1是示出移动式机械的一个示例的图示说明，其中该移动式机械可以使用机器人式附接件。尽管移动式机械100示例性地示出为挖掘机，但是应该理解，根据本说明书可以使用任何移动式机械。
移动式机械100说明性地包括框架102，框架102通过摆动枢轴108可枢转地安装到具有轨道106的底架104。移动式机械100包括多个联动装置(例如，位于两个关节之间的可移动部分)，多个联动装置能够由多个致动器控制。举例来说，这可以包括由电动或液压致动器(例如，缸体116、120和122)控制的悬臂114和/或臂118。如图所示，框架102包括驾驶室110、发动机组件112、配重隔间126、通过悬臂缸体116可移动地联接到框架102的悬臂114、连接到悬臂114的端部的臂118、以及连接到臂118的端部的铲斗124。在操作中，臂118相对于悬臂114的位置通过缸体122控制。另外，铲斗124相对于臂118的位置通过缸体120控制。驾驶室110中的操作员示意性地致动用户输入机构以控制缸体116、120和122以及控制其他致动器(例如使得驾驶室110摆动，以使得机械100移动和转向等)。
图2是示出移动式机械架构的图示说明，其中移动式机械100联接到机器人式附接件200、机器人定位和校准系统204、外部传感器系统202和远程系统206。远程系统206可包括各种不同的远程系统(或多个远程系统)，该各种不同的远程系统包括可由图2中的其他项目访问(例如，可由移动式机械100、机器人式附接件200、外部传感器系统202和/或机器人定位和校准系统204访问)的远程计算系统。在操作中，在将机器人式附接件200联接到移动式机械100并将移动式机械100定位在相对于外部传感器202的给定位置后，机器人定位和校准系统204执行机器人式附接件200的终端执行器的精确定位测量。在一个示例中，这些测量用来生成用于移动式机械100的控制模式。另外，也可以使用传感器信号，该传感器信号来自位于移动式机械100和/或机器人式附接件200上的传感器。稍后将更详细地讨论各种传感器。然而，简而言之，它们可以包括通过连接器214而连接到机器人式附接件200上的基于流体的测高计或高度传感器212、机器人式附接件200上的旋转传感器210、和/或全球定位系统208或其他位置探测器，以及其他类型的传感器和系统。
应注意，在一个示例中，移动式机械100和/或机器人式附接件200可具有它们自己的机器人定位和校准系统204，这些机器人定位和校准系统204可与一个或多个远程系统206和/或外部传感器系统202通信。另外，机器人定位和校准系统204的一部分可以设置在移动式机械100上、在机器人式附接件200和/或在中央系统上。出于本讨论的目的，将假设机器人定位和校准系统204是机器人式附接件200内的系统，其允许机器人式附接件200将移动式机械100转换成高精度机器人，该高精度机器人具有精确地监视和控制机器人式附接件200的终端执行器的位置的能力，这将在图4A-4B进一步详细讨论。
图3是示出图2中所示的机器人式附接件的一个示例的图示说明。如图所示，机器人式附接件200包括联接到臂118和终端执行器308的Stewart平台304、传感器210、定位系统208、机器人定位和校准系统204，以及来自传感器212的连接器214(例如管)。在一个示例中，Stewart平台304是机器人平台，其在平台底座312和平台台面306之间具有多个液压和/或电动缸体310。虽然机器人式附接件200包括Stewart平台304(其示例性地具有六个缸体310)和材料分配器形式的终端执行器308，但是根据工作现场操作，可以明确地设想到：根据本说明书可以使用其他类型的机器人式附接件200。在操作中，Stewart平台304允许终端执行器308在分配各种材料时在至少一个自由度下移动。
在将机器人式附接件200联接到移动式机械100的臂118后，机器人定位和校准系统204生成用于移动式机械100的控制模式。控制模式允许不管移动式机械是何类型机器人式附接件200都能够与移动式机械100一起使用并由其控制。这将在图4A-4B中详细讨论。然而，简而言之，在一个示例中，机器人定位和校准系统204开始致动机械100上的各种致动器并且响应于这些行为检测附接件200上的终端执行器308的运动方向和速度(并且还可以检测其他事项)。基于检测到的方向和速度，机器人定位和校准系统204生成用于移动式机械100上的各种联动装置的控制模式，其中各种联动装置被各种致动器(例如缸体116、122和/或120)控制。控制模式还可以由位于移动式机械100和/或机器人式附接件200上的其他传感器生成，这些传感器提供移动式机械100的任何或所有配置信息、运动学特征信息和/或控制信号信息。
图4A-4B是移动式机械组件的框图，该移动式机械组件说明性地包括经由链接装置466联接到机器人式附接件200的移动式机械100。另外，如图所示，移动式机械100，机器人式附接件200，一个或多个外部传感器系统202和一个或多个远程系统206通过网络490通信地联接。网络490可以是各种不同类型的网络中的任何一种，例如广域网、局域网、近场通信网络、蜂窝网络或各种其他有线或无线网络或这些网络的组合中的任何一种。
移动式机械100说明性地包括一个或多个处理器/一个或多个控制器402、通信系统404、用户界面装置406、用户界面逻辑电路408、动力源410(其可以与如图1所示的发动机组件112相同或不同)、控制系统412、可控子系统414、数据存储器418、一个或多个传感器420、一个或多个致动器454以及各种其他项目416。在描述机器人式附接件200和机器人定位和校准系统204的操作之前更详细地说明之前，将首先提供移动式机械100中的一些项目的简要描述及其操作。
控制系统412可以基于由一个或多个传感器420生成的传感器信号、基于从一个或多个远程系统206或机器人定位和校准系统204接收的反馈、基于通过用户界面装置406接收的操作员输入而生成用于控制各种不同的可控子系统414(这些可控子系统414可以包括一个或多个致动器454)的控制信号，或者控制系统412也可以以各种其他方式生成控制信号。可控子系统414还可以包括其他子系统498，其可以包括各种机械系统、电气系统、液压系统、气动系统、计算机实现系统和其他系统，这些系统涉及移动式机械100的运动，执行的操作以及其他可控特征。
通信系统404可以包括一个或多个通信系统，其允许移动式机械100的组件彼此通信(例如通过控制器-区域-网络(CAN)总线或其他方式)，同时还允许移动式机械100通过网络490与一个或多个远程系统206、一个或多个外部传感器系统202和/或机器人式附接件200通信。
用户界面装置406可包括显示装置、机械或电气装置(例如，方向盘、操纵杆、踏板、控制杆、按钮等)、音频装置、触觉装置和各种其他装置。在一个示例中，用户界面逻辑电路206在用户界面406上生成操作员显示器，该操作员显示器可以包括集成到移动式机械100的操作员室110中的显示设备，或者它可以是可以由操作员携带的独立设备(如笔记本电脑，移动设备等)上的独立显示器。
动力源410可以是各种各样的动力源，其被配置为向移动式机械100和/或机器人式附接件200内的各种部件和子系统提供动力。动力源410可包括发动机、电池、发电机、交流发电机等。在操作中，动力源410可用于向机器人式附接件200中的机器人定位和校准系统204提供电气动力。
数据存储器418可以存储与移动式机械100和/或机器人式附接件200的操作有关的任何或所有数据。在一个示例中，数据存储器418可以包括用于各种工作现场操作的执行器定位数据、用于移动式机械100的制造和/或模型信息、可由机器人式附接件200访问的和致动器/传感器信息以及各种其他数据。在一个示例中，致动器数据可以包括用于致动器454和/或联动装置的极限操作位置数据(其指示致动器或联动装置在其移动的极限程度处的位置)以及各种其他数据。在一个示例中，机器人定位和校准系统204可以使用数据存储器418内的数据来正确地定位机器人式附接件200以执行工作现场操作并生成用于移动式机械100的控制模式，如将在图4B中进一步讨论的。
一个或多个致动器454可包括各种不同类型的致动器，其被配置为接收控制信号并引发移动式机械100上的联动装置动作和/或移动式机械100的运转。一个或多个致动器可包括一个或多个马达456，一个或多个控制阀458，一个或多个泵控制器460，一个或多个液压致动器116、120、122(图1中所示)，一个或多个电动线性致动器462，以及各种其他致动器464。在操作中，在接收到控制信号后，一个或多个致动器454可以驱动移动式机械100的联动装置运动和/或运转，该联动装置运动或运转可以包括悬臂114、臂118、框架102和/或诸如铲斗124的终端执行器或终端执行器308以及各种其他联动装置的运动。它们还可用于驱动机器人式附接件(或机器人式作业头)200的定位。
一个或多个传感器420生成传感器信号，该传感器信号可由机器人定位和校准系统204使用以准确地确定机器人式附接件200和/或移动式机械100的位置并生成用于移动式机械100的控制模式。例如，一个或多个传感器420可以感测移动式机械100上的联动装置动作和/或移动式机械100的运转，并且可以生成指示所感测的移动式机械100的联动装置动作和/或运转的信号。从所提供的一个或多个传感器信号，机器人定位和校准系统204可以确定哪个或哪些致动器454控制各种联动装置、移动式机械100的配置、各种联动装置的运动学特征、致动器454的限值和/或系统的限值，并且生成联动装置的控制映射(其将输入映射到联动装置运动的速度和方向)，如图4B中所讨论的。
一个或多个传感器420可包括一个或多个销旋转编码器422、一个或多个线性位置编码器424、一个或多个惯性测量单元426、一个或多个高度传感器212、一个或多个距离测量传感器436、一个或多个摄像机438以及范围测量传感器442以及各种其他传感器440。在一个示例中，一个或多个传感器420可以在制造之后已经存在于移动式机械100上，或者可选地，在之后的时间被添加到移动式机械100。在一个示例中，一个或多个惯性测量单元426可以包括一个或多个加速度计428、一个或多个陀螺仪430、一个或多个磁力计432以及各种其他传感器。另外，范围测量传感器442可以是基于雷达的传感器444，基于激光雷达(LIDAR)的传感器446，超宽带辐射传感器448，超声辐射传感器450以及各种其他传感器452。
在操作中，移动式机械100经由一个或多个链接装置466联接到机器人式附接件200。链接装置466可包括机械联动装置，使得机器人式附接件200物理地联接到移动式机械100。它还可包括其他链接装置(例如电缆束，无线链接装置等)以用于传输电子数据、电力、压力下的液压流体、气动力或各种其他事项。
现在转到机器人式附接件200，机器人式附接件200说明性地包括一个或多个处理器/控制器470、通信系统472、用户界面装置476、用户界面逻辑电路478、控制系统480、可控子系统482、数据存储器488、全球定位系统208、机器人定位和校准系统204、一个或多个传感器210，以及各种其他组件474。在更详细描述器人定位和校准系统204之前，将提供对机器人式附接件200中的一些项目和它们的操作的简要描述。
机器人式附接件200的控制系统480可以生成用于控制各种不同的可控子系统482的控制信号，在一个示例中，这些可控子系统482可以包括终端执行器484(其也可以是上面讨论的终端执行器308)和/或Stewart平台304。然而，一个或多个可控子系统482可包括机器人式附接件200的各种机械系统、电气系统、液压系统、气动系统、计算机实现系统和其他系统486，这些系统涉及机器人式附接件200的运动、执行的操作和其他可控功能。控制系统480可以基于接收的传感器信号，基于从移动式机械100、一个或多个远程系统206、一个或多个外部传感器系统202和机器人定位和校准系统204接收的反馈，基于通过用户界面装置476接收的操作员输入而生成控制信号，或者该控制系统480也可以用各种其他方式生成控制信号。
通信系统472可以包括一个或多个通信系统，其允许机器人式附接件200的组件彼此通信地联接，同时还允许机器人式附接件200通信地联接到移动式机械100。在其他示例中，通信系统472允许机器人式附接件200通过网络490与移动式机械100、一个或多个外部传感器系统202和/或一个或多个远程系统206通信。用户界面装置476可包括显示装置、机械或电气装置、音频装置、触觉装置和各种其他装置。在一个示例中，用户界面装置476允许移动式机械100的操作者(例如，从移动式机械100的操作室)与机器人式附接件200交互以改变各种操作参数，其中各种操作参数在一个示例中可包括特定的终端执行器的操作参数。基于所接收的用户输入，用户界面逻辑电路478可以为控制系统480生成所接收的用户输入的指示。
数据存储器488可以存储与机器人式附接件200的操作有关的任何或所有数据和/或与移动式机械100有关的数据。在一个示例中，数据存储器488可以包括用于各种工作现场操作的执行器定位数据和各种其他数据。另外，可以基于特定的工作现场操作来索引数据存储器488内的数据；但是，也可以使用其他索引。在操作中，机器人定位和校准系统204可以使用数据存储器488内的数据来正确地定位终端执行器484和/或生成用于移动式机械100的控制模式，这将在后面讨论。
一个或多个传感器210生成传感器信号，该传感器信号可由机器人定位和校准系统204使用以生成用于移动式机械100的控制模式和/或使用该控制模式正确地定位机器人式附接件200。在一个示例中，一个或多个传感器210可以包括一个或多个倾斜传感器和/或一个或多个惯性测量单元，以确定Stewart平台304、终端执行器484以及机器人式附接件200的其他组件中的横滚，俯仰和/或偏航。然而，也可以使用各种其他传感器。另外，机器人式附接件200包括定位系统208，该定位系统208可以是全球定位系统(GPS)接收器、LORAN系统、航位推算系统、蜂窝三角测量系统或其他定位系统中的一个或多个，这些定位系统使得机器人定位和校准系统204能够确定机器人式附接件200的位置信息。该位置信息例如可以包括x轴、y轴和z轴坐标信息，或者从机械100的位置导出机器人式附接件200的位置的系统。
机器人定位和校准系统204将移动式机械100转换成机器人平台，同时精确地监视机器人式附接件200的位置，在一个示例中，机器人式附接件200包括终端执行器484。这将在图4B中详细讨论。然而，简单地说，机器人定位和校准系统204确定并生成控制模式，在一个示例中，该控制模式包括用于移动式机械100的配置信息、运动学特征信息和控制信号信息。基于控制模式，机器人式附接件200可以由移动式机械100以前馈方式控制以执行工作现场操作。另外，由于控制模式由机器人定位和校准系统204生成，所以机器人式附接件200可以联接到任何移动式机械100，并且机器人定位和校准系统204将自动或半自动地生成用于移动式机械的控制模式。还可以设想到机器人定位和校准系统204也可以通过反馈控制系统控制机器人式附接件200。另外，基于所接收的传感器信号，机器人定位和校准系统204可以使用该控制模式准确地定位终端执行器484以执行工作现场操作。
在一个示例中，一个或多个外部传感器系统202被配置为向机器人定位和校准系统204提供指示机器人式附接件200的位置的位置信息。一个或多个外部传感器系统202可包括激光系统(或其他基于光学或者基于图像的系统492)、具有实时运动功能的全球定位系统494和各种其他系统496。在一个示例中，基于光学的系统492可以包括使用相机、红外辐射，激光雷达、具有棱镜的全站仪和其他类似的设备。在操作中，由一个或多个外部传感器系统202生成的位置信息由机器人定位和校准系统204接收和使用以精确地监视包括终端执行器484的机器人式附接件200的位置、方向和速度。这可以用于生成控制模式并在操作期间控制终端执行器484。
图4B是更详细地示出机器人定位和校准系统204的一个示例的框图。机器人定位和校准系统204说明性地包括初始化逻辑电路502、致动器控制逻辑电路504、配置识别逻辑电路506、运动学特征识别逻辑电路508、自由度识别逻辑电路510，致动器识别逻辑电路512、检索逻辑电路514、通信系统516、控制模式生成器560、数据存储器518、一个或多个处理器/控制器520、警报/通知系统522、机器人定位系统524、控制映射生成器系统536、模式系统552，并且它可以包括各种其他系统和部件534。数据存储器518可以存储与移动式机械100和/或机器人式附接件200的操作有关的任何或所有数据。该数据存储器可以与数据存储器418和488相同或不同。
机器人定位和校准系统204被配置为生成用于移动式机械100的控制模式，从而允许以前馈方式控制机器人式附接件200。例如，机器人定位和校准系统204响应于不同的致动器信号确定并监视机器人式附接件200的位置，因此可以在操作期间生成和使用该控制模式。然后，使用所开发的控制模式，可以控制移动式机械100的特定致动器，以在其中引发所需的联动装置动作，从而调节机器人式附接件200的位置。然而，也可以使用反馈控制系统。
在一个示例中，控制模式可以包括基于从一个或多个外部传感器系统202和/或传感器410、210接收的传感器信号而生成配置信息、运动学特征信息和控制信号信息以及各种其他信息。虽然本说明书将提及获得配置信息，运动学特征信息和控制信号信息，但是应该理解，在其他示例中，所生成的控制模式可以仅包含该信息的子集，或者它可以包括额外的或不同的信息。
在操作中，在将机器人式附接件200联接到移动式机械100后，初始化逻辑电路502被配置为感测联接并向致动器控制逻辑电路504生成所述联接的指示。在接收到该指示后，致动器控制逻辑电路504然后可以在通信系统516上自动生成致动器控制信号，以控制移动式机械100的一个或多个致动器454。然而，明确地还能够设想到：致动器控制逻辑电路504可以响应于所接收的用户输入和各种其他手动输入而生成控制信号。一个或多个致动器454响应于所接收的控制信号驱动移动式机械100上的联动装置运动，该联动装置运动可包括悬臂114、臂118和各种其他联动装置的运动。
响应于联动装置动作，传感器信号可以由外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420生成，响应于致动器控制信号，这些外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420可以感测联动装置的运动并且可以由机器人定位和校准系统204使用以识别配置信息，运动学特征信息和/或指示联动装置的运动速度和方向的信息。例如，传感器信号可以由配置识别逻辑电路506接收和使用以确定移动式机械100或机器人式附接件200或两者的物理配置。配置信息可以包括移动式机械100上的一个或多个致动器454和/或一个或多个传感器420的位置、联动装置的布置、尺寸信息，以及各种其他信息。另外，一个或多个传感器信号可以由运动学特征识别逻辑电路508接收和使用以识别特定致动器/联动装置或所有致动器和联动装置的运动学特征。这可以包括关于每个联动装置相对于移动式机械100的其余部分的一系列动作的信息。然后可以分别通过配置识别逻辑电路506和运动学特征识别逻辑电路508生成配置输出和运动学特征输出，并将其提供给控制模式生成器560。
另外，自由度识别逻辑电路510基于所识别的运动学特征信息可以确定移动式机械100的每个联动装置的多个自由度和机器人式附接件200的多个自由度。还可以预期操作员也可以通过用户输入而提供此信息和其他运动学特征信息。在一个示例中，可以通过移动式机械100的用户界面装置406接收用户输入并将其提供给机器人定位和校准系统204。此外，致动器识别逻辑电路512可以识别移动式机械100上的多个致动器454。例如，致动器识别逻辑电路512可利用检索逻辑电路514从一个或多个远程系统206和/或一个或多个数据存储器418、488和/或518获得机器数据，该机器数据识别移动式机械100上的多个致动器。可以将指示信息从致动器识别逻辑电路512提供给致动器控制逻辑电路504，以确保控制信号被传送到移动式机械上的每个致动器454。然而，也可以通过用户输入提供指示多个致动器的机器信息。
虽然从外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420接收的传感器信号可以用于生成用于控制模式的信息，但是还能够明确地预期到：关于移动式机械100和机器人式附接件200的配置、运动学特征和/或控制的任何或所有预先存在的信息可以被机器人定位和校准系统204使用以开发用于移动式机械100的控制模式。例如，操作员可以输入特定的移动式机械品牌和型号，或者它可以被感测到。然后，检索逻辑电路514可以从一个或多个远程系统206和/或数据存储器418、488和518获得与特定移动式机械的配置、运动学特征和/或控制信号信息有关的信息。控制模式生成器560可以使用检索到的信息来生成移动式机械100的控制模式，从而不需要生成上述信息。
除了检测或获得移动式机械100的配置信息和运动学特征信息之外，机器人定位和校准系统204还确定移动式机械100的控制信号信息。在一个示例中，控制信号信息包括如下的关系：通过致动器控制逻辑电路504生成的致动器控制信号与用于移动式机械100上的所识别的联动装置的相应联动装置速度和/或方向之间的关系。例如，使用机器人定位和校准系统204的控制映射生成器系统536，可以生成控制映射，该映射将致动器控制信号映射到移动式机械100上的联动装置速度/方向。
为此，在一个示例中，控制映射生成器系统536包括已知位置逻辑电路538、持续时间逻辑电路540、距离逻辑电路542、速度计算逻辑电路544、方向计算逻辑电路546，控制映射逻辑电路548以及各种其他逻辑电路。为了将致动器控制信号精确地映射到相应的联动装置速度和/或方向，控制映射生成器系统536可以执行各种测试以确定该关系。另外，在一个示例中，基于测试，控制映射生成器系统536可以生成用于移动式机械100上的每个联动装置的每个自由度的控制映射。在另一个示例中，这些映射可以仅将控制信号映射到终端执行器的运动(速度、方向)。虽然将提到两种不同的方法，但是可以设想，可以使用各种方法来确定控制信号和联动装置速度和/或方向之间的关系。
在一个示例中，已知位置逻辑电路538最初获得识别移动式机械100的联动装置和/或一个或多个致动器454的极限操作位置的信息。虽然将提及联动装置的极限操作位置，但是可以预期可以替代地使用各种其他位置信息(这些位置信息定义联动装置的已知位置)。使用检索逻辑电路514，已知位置逻辑电路538可以访问来自一个或多个远程系统206和/或数据存储器418、488和518的信息，以确定移动式机械100的联动装置在每个自由度下的极限操作位置。另外，也可以通过用户输入提供位置信息。无论如何，在接收位置信息后，致动器控制逻辑电路504接收该信息并生成控制信号以控制一个或多个致动器454以将联动装置定位在一个极限操作位置(例如，致动器454被完全伸展)。之后，致动器控制逻辑电路504生成随后的控制信号以控制一个或多个致动器454以将联动装置定位在第二极限位置(例如，致动器454被完全收缩)。
然后从一个或多个外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420接收传感器信号，该传感器信号指示第一极限操作位置和第二极限位置之间的联动装置动作(运动的方向和速度)。例如，在外部传感器系统202具有激光传感器或其他光学传感器系统或基于视觉的传感器系统的情况下，可以在空间中相对于三维全球坐标系跟踪正在移动的联动装置的端部的位置。这种类型的跟踪可以响应于致动器控制信号提供联动装置的端部的运动速度和运动方向。基于所接收的传感器信号，控制映射生成器系统536生成控制映射，该控制映射将所生成的致动器控制信号映射到相应的联动装置速度和/或方向。再次注意，第一和第二位置不必是极限位置，只要它们是可以沿着联动装置的行程范围得出的已知位置或位置即可。
在一个示例中，来自外部传感器系统202的传感器信号可以由控制映射生成器系统536的持续时间逻辑电路540接收，该传感器信号指示联动装置从第一极限位置移动到第二极限位置的持续时间。在接收到传感器信号后，持续时间逻辑电路540可以生成指示持续时间的持续时间输出。另外，距离逻辑电路542可以从外部传感器系统202接收指示极限位置之间的距离的传感器信号，并且可以生成距离输出。然后，速度计算逻辑电路544可以从持续时间逻辑电路和距离逻辑电路分别接收持续时间输出和距离输出，并且可以计算联动装置速度。另外，方向计算逻辑电路546可以从外部传感器系统202接收传感器信号，该传感器信号指示联动装置相对于固定坐标系从第一极限位置移动到第二极限位置的方向。在接收到传感器信号后，方向计算逻辑电路546可以生成方向输出。然后将速度输出和/或方向输出提供给控制映射逻辑电路548，控制映射逻辑电路548将致动器控制信号映射到联动装置的速度和/或运动方向。然后可以将输出提供给控制模式生成器560。针对每个联动装置自由度以及针对移动式机械100和机器人式附接件200上的每个致动器454和联动装置或多个致动器454，这可以重复。另外，这也可以针对一个或多个致动器454上的各种负载重复。
替代地，将控制信号映射到联动装置速度/方向的第二种方式类似地包括使用已知位置逻辑电路538，以最初将联动装置放置在一个极限位置。随后，可由致动器控制逻辑电路504生成一个或多个控制信号，以在完全操作容量下操作对应于联动装置的一个或多个致动器454。然后可以将指示联动装置速度和/或方向的一个或多个传感器信号分别提供给速度计算逻辑电路544和/或方向计算逻辑电路546。在接收到一个或多个传感器信号后，速度计算逻辑电路544和方向计算逻辑电路546分别计算用于移动式机械100的联动装置的速度和方向。
然后可以将速度输出和方向输出提供给控制映射逻辑电路548，以便将由致动器控制逻辑电路504生成的致动器控制信号映射到联动装置速度和方向。然后可以将控制映射提供给控制模式生成器560。
利用任何或所有接收的配置信息、运动学特征信息和/或控制信号信息，控制模式生成器560可以生成用于移动式机械100的控制模式。例如，控制模式生成器560可以聚合多个映射(这些映射将控制信号映射到多个联动装置运动)从而获得控制信号与终端执行器的运动之间的映射。而且，控制模式生成器560可以生成反向映射，该反向映射将终端执行器的给定位置或期望运动映射到控制信号(或控制信号的组合或序列)，该控制信号是使终端执行器从当前位置移动到给定位置所需的或获得终端执行器的期望运动(速度/方向)所需的。另外，在一些示例中，控制模式生成器560可以使用来自控制映射逻辑电路548的控制信号信息来分别验证接收自配置识别逻辑电路506和运动学特征识别逻辑电路508的配置信息和/或运动学特征信息。一旦生成控制模式，就可以使用控制机器人式附接件200的前馈方法。这在下面更详细地描述。
另外，机器人定位和校准系统204还包括模式系统552，其被配置为确定致动器操作限值和/或系统操作限值。模式系统552包括致动器限值逻辑电路554、系统限值逻辑电路556和各种其他逻辑电路558。
致动器限值逻辑电路554被配置为基于所确定的配置信息、运动学特征信息和/或控制信号信息来确定致动器454的速度限值。在一个示例中，致动器限值逻辑电路554确定每个致动器件454在每个自由度下的速度限值。另外，系统限值逻辑电路556基于所接收的信息确定系统限值，系统限值可包括是否多个联动装配可以同时定位，各个联动装置的最大操作位置等。在操作中，如果用户输入规定了超出计算限值的致动器或系统操作参数，则可以生成警报/通知系统522以指示超出致动器和/或系统限值。这可以包括用户界面显示或其他警报。
除了生成用于移动式机械100的控制模式之外，机器人定位和校准系统204还基于终端执行器484的期望位置来监视和改变机器人式附接件200(其包括该终端执行器484)的位置。例如，使用由控制模式生成器560生成的控制模式可以改变终端执行器484的位置。机器人定位和校准系统204的机器人定位系统524包括坐标逻辑电路526、操作位置逻辑电路528、位置识别逻辑电路530，前馈控制系统562以及其他逻辑电路532。
现在假设机器人定位和校准系统204使用外部传感器系统202确定机器人式附接件200的位置，然而，这仅是一个示例。在操作中，坐标逻辑电路526可以基于机器人式附接件200的预期操作确定机器人式附接件200的参考坐标系，其中参考坐标系可以是移动式机械100的全球坐标系或本地坐标系。位置识别逻辑电路530接收来自一个或多个外部传感器系统202的传感器信号并且可以识别终端执行器484和/或机器人式附接件204的其他部件(例如Stewart平台304)在坐标系内的当前位置。基于所识别的当前位置和由操作位置逻辑电路528确定的期望位置，可以使用前馈控制系统562来修改终端执行器484的当前位置，该前馈控制系统562被配置为使用所生成的控制模式将终端执行器484从当前位置移动到期望位置，稍后将详细讨论。
另外，机器人定位系统524可以使用从一个或多个传感器210、420提供的信息来确定机器人式附接件200的位置。例如，机器人式附接件200上的一个或多个传感器210可以包括在Stewart平台304上的一个或多个倾斜传感器和/或惯性测量单元，它们生成指示Stewart平台304的横滚、俯仰和偏航的传感器信号。加速度信息和陀螺仪信息也可以从惯性测量单元获得并且也由机器人定位系统524使用。基于所接收的传感器信号，位置识别逻辑电路530可以确定Stewart平台304和/或机器人式附接件200的其他部件相对于移动式机械100的框架和位置的旋转位置。
在另一示例中，移动式机械100上的一个或多个传感器420可包括基于流体的测高计212，其生成指示机器人式附接件200的高度(z坐标位置)的传感器信号。例如，基于流体的测高计212可以附接到连接器214(例如，柔性管或软管214)，该连接器214从高度计212沿着移动式机械100的联动装置延伸。在一个示例中，管214包含液体并且从高度计212沿着悬臂114和臂118延伸。在操作中，高度计212可以测量连接器214的两端之间的液柱高度差，并且可以向位置识别逻辑电路530生成高度差的指示。位置识别逻辑电路530根据Pascal的原理基于所接收的指示并基于高度计212的已知高度确定终端执行器484的高度。还可以预期：通过使用学习到的或已知的运动学特征计算全球定位系统208和机器人式附接件200的终端执行器484之间的地理偏移，也可以使用全球定位系统208来确定机器人式附接件200的位置。
现在将描述操作位置逻辑电路528的一个示例。基于工作现场操作，操作位置逻辑电路528确定机器人式附接件200的期望位置。在一个示例中，接收的用户输入可指定期望位置，其中操作位置逻辑电路528将所接收的用户输入映射到期望位置。替代地，用户输入可以指定工作现场操作，并且操作位置逻辑电路528可以使用检索逻辑电路514来获得位置信息，该位置信息指示终端执行器484应该位于何处以执行工作现场操作。因此，操作位置逻辑电路528确定机器人式附接件200的期望位置并生成期望位置输出。
前馈控制系统562接收从位置识别逻辑电路530输出的位置和从操作位置逻辑电路528输出的期望位置，并使用所生成的控制模式来生成控制信号以控制致动器454以使机器人式附接件200定位在期望位置。然而，在一些示例中，期望位置输出可以仅指示机器人式附接件200的一般位置变化，在这种情况下，在生成致动器控制信号之前，可以仅接收期望位置输出(例如，通过操纵杆、模拟杆等而接收到的用户输入)。
前馈控制系统562包括映射访问逻辑电路564、前馈控制逻辑电路566，并且它可以包括各种其他逻辑电路568。在一个示例操作中，前馈控制逻辑电路566接收位置输出和期望位置输出并使用映射访问逻辑电路564以访问来自所生成的控制模式的信息，以便确定各种致动器控制信号，所述各种致动器控制信号有效地将机器人式附接件200(包括终端执行器484)定位在期望位置。这可以包括用于单个致动器或各种致动器454的致动器控制信号，该致动器控制信号根据期望位置驱动移动式机械100内的一个或多个联动装置。在确定必要的控制信号以将机器人式附接件200定位在期望位置后，前馈控制逻辑电路564可以控制致动器控制逻辑电路504以生成用于移动式机械100的一个或多个致动器454的致动器控制信号。在一个示例中，前馈控制系统562可以从外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420接收一个或多个传感器信号，以确定机器人式附接件200是否正确地定位在期望位置。基于该确定，前馈控制逻辑电路566可以使用映射访间逻辑电路564来确定不同的控制序列，通过生成的用户界面显示来通知操作员，或者使得控制映射生成器系统536再次将致动器控制信号映射到联动装置的速度和/或方向。
图5-9是示出图4B中所示的机器人定位和校准系统204的示例操作的流程图。图5A-5B所示的操作是使用机器人定位和校准系统204生产用于移动式机械100的控制模式的一个示例。虽然在生成配置信息、运动信息和控制信号信息的上下文下进行讨论，但是也可以收集额外或不同的数据。另外，尽管图5-9中的操作在将机器人式附接件200物理地联接到移动式机械100后执行或启动，但是它们可以在整个工作现场操作的任何时间或任何地点进行，或者即使当前没有进行工作现场操作。此外，虽然将根据移动式机械100和机器人式附接件200描述操作，但是应该理解，也可以使用其他移动式机械和机器人式附接件。
处理开始于框602，其中机器人式附接件200使用链接装置466联接到移动式机械100。在一个示例中，在物理联接到移动式机械100后，机器人式附接件200从移动式机械100接收电力，如框604所示。处理然后转到框606，其中初始化逻辑电路502检测到移动式机械和附接件是否已经联接在一起并且将移动式机械100和机器人式附接件200之间的联接的指示发送到致动器控制逻辑电路504。致动器控制逻辑电路504在接收到该指示后可以自动生成用于移动式机械100的致动器454的一个或多个致动器控制信号，如框608所示。在一个示例中，如框610所示，可以为单个致动器生成致动器控制信号，或者如框612所示，可以为多个致动器生成致动器控制信号。即使不知道哪些致动器由哪些信号控制，或者如何控制它们，或者基于致动致动器将发生什么动作，控制逻辑电路504可以开始控制致动器454并且学习未知信息。
响应于所接收的致动器控制信号，一个或多个致动器454驱动在移动式机械上的联动装置动作。该联动装置可以包括悬臂114，臂118等。响应于联动装置动作，处理转到框614，其中从外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420接收一个或多个传感器信号，这些传感器信号指示哪些联动装置正在移动并且正在发生何种特定的联动装置动作。在一个示例中，由传感器202、210、420生成的一个或多个传感器信号可以如框616所示被配置识别逻辑电路506接收，如框618所示被运动学特征识别逻辑电路508接收，以及如框620所示被控制映射生成器系统536接收。然而，如框658所示，其他组件也可以接收传感器信号。现在假设配置识别逻辑电路506，运动学特征识别逻辑电路508和控制映射生成器系统536接收传感器信号，但是应该理解，在其他示例中，仅一个子集可以接收传感器信号。无论如何，在该示例中，处理转到框622，其中配置识别逻辑电路506生成配置输出。配置输出可以包括致动器/联动装置位置和/或尺寸信息，其识别正在移动的联动装置的尺寸，如框624所示。该配置输出可以包括识别移动式机械100的各种尺寸的移动式机械100尺寸信息(如框626所示)和各种其他配置信息(如框628所示)。
然后处理转到框630，其中运动学特征识别逻辑电路508生成用于移动式机械100的运动学特征输出。运动学特征输出可以包括如框632所示的自由度信息，该自由度信息识别移动式机械100的联动装置可以移动的多个独立方式；如框634所示的移动式机械100的联动装置的一系列不同动作；以及如框636所示的各种其他运动学特征信息。在生成运动学特征输出后，处理就转到框638，其中控制映射生成器系统536生成用于移动式机械100的相应联动装置的控制映射。在一个示例中，控制映射包括将致动器控制逻辑电路504生成的控制信号映射到相应的联动装置的映射，如框652所示。因此，对于该特定的致动器控制信号，系统204获悉哪些联动装置将在移动式机械或附接件或它们两者上移动，以及它们的运动方向、速度和/或运动程度。该系统还可以获悉各种联动装置的尺寸，移动式机械和附接件的配置和尺寸等。然而，如框654所示，控制映射可以包括各种其他信息。将参考图6-7进一步讨论生成控制映射。
一旦生成配置输出，运动学特征输出和控制映射，处理转到框640，其中输出和/或控制映射被提供给控制模式生成器560，如框640所示。如框642所示，基于所接收的配置信息、运动学特征信息和控制映射信息，控制模式生成器560生成用于移动式机械100的控制模式。虽然基于所接收的配置信息、运动学特征信息和控制映射生成控制模式，但是在其他示例中，能够明确地设想到：只有部分信息可以生成并随后提供给控制模式生成器560并用于生成控制模式。在一个示例中，所生成的控制模式允许移动式机械100使用前馈控制系统562来控制机器人式附接件200。
在生成控制模式后，处理就转到框644，其中所生成的控制模式由模式系统552接收并且由模式系统552使用以确定致动器和/或系统限值(如果它们尚不为人所知)。在一个示例中，致动器和/或系统限值可以包括如框646所示的操作速度限值，如框648所示的位置限值，或者如框650所示的任何其他限值信息。
然后处理转到框656，其中由致动器识别逻辑电路512确定是否存在移动式机械100的额外致动器454，其中还没有学习用于该额外致动器的映射。如果是，则处理返回到框608，其中使用致动器控制逻辑电路504生成额外的致动器控制信号。如果不是，则处理随后结束。还将注意到，可以生成映射，该映射将控制输入(该控制输入同时致动多个致动器，例如左、摆、倾斜等)映射到终端执行器484的运动(速度、方向、幅度或距离)。等)。该控制模式也可以包含这些映射。
图6A-6B是一个流程图，其示出使用图4A-4B中所示的机器人定位和校准系统204的控制映射生成器系统536来确定致动器控制信号与联动装置的速度和/或方向之间的关系的一个示例操作。处理开始于框702，其中控制映射生成器系统536的已知位置逻辑电路538使用检索逻辑电路514来确定移动式机械100的联动装置的位置信息。在一个示例中，位置信息包括如框704所示的极限位置信息，该极限位置信息识别给定联动装置的已知的极限位置。如框706所示，可以从数据存储器418和488获得位置信息，和/或如框708所示从远程系统206获得位置信息。替代地，如框710所示，可以通过用户输入接收位置信息，和/或如框740所示，使用一个或多个外部传感器系统202和/或一个或多个传感器420、210感测该位置信息。
处理然后转到框712，其中已知位置逻辑电路538控制致动器控制逻辑电路504以生成致动器控制信号以将移动式机械100的联动装置定位在第一已知位置(例如，其中驱动一个或多个致动器处于行程的一个极限端部)。随后接收一个或多个传感器信号，该一个或多个指示联动装置处于第一已知位置，如框714所示。如框742所示可以从外部传感器系统202提供传感器信号，和/或如框744所示从一个或多个传感器210、420提供传感器信号，一旦处于第一已知位置，处理转到框716，其中已知位置逻辑电路538控制致动器控制逻辑电路504以生成控制信号以将联动装置移动到第二已知位置。在一个示例中，第二已知位置可以是如框718所示的相反的极限位置(例如，在驱动致动装置使之处于行程的第二极限端部处)，或者如框720所示的任何其他已知位置。
然后，从外部传感器系统202和/或一个或多个传感器210、420生成的一个或多个传感器信号(该一个或多个传感器信号指示从第一已知位置到第二已知位置的联动装置运动)，并且如框722所示，由持续时间逻辑电路540、距离逻辑电路542和方向计算逻辑电路546接收该一个或多个传感器信号。在接收到传感器信号后，处理转到框724，其中持续时间逻辑电路540确定运动花费多长时间并生成持续时间输出，该持续时间输出指示联动装置从第一个已知位置移动到第二个已知位置期间的持续时间。然后，处理转到框726，其中距离逻辑电路542确定在运动期间联动装置上的参考点(例如，它的末端)行进的距离并生成距离输出，该距离输出指示第一已知位置与第二已知位置之间的距离。处理然后进行到框742，其中方向计算逻辑电路546确定相对于坐标系的行进方向并且生成方向输出，该方向输出指示联动装置上的参考点从第一已知位置行进到第二已知位置的方向。
如框728所示，持续时间输出和距离输出两者随后被提供给速度计算逻辑电路544。在接收到持续时间输出和距离输出后，速度计算逻辑电路544就计算联动装置行进的速度，如框730所示。来自速度计算逻辑电路544的所生成的速度输出和来自方向计算逻辑电路546的所生产的方向输出被提供给控制映射逻辑电路548，该控制映射逻辑电路548使用它们(以及可能的其他信息)来确定来自致动器控制逻辑电路504的致动器控制信号与联动装置的速度/方向(例如，行进路径)之间的关系，如框732所示。响应于所确定的关系，处理转到框734，其中控制映射逻辑电路548生成控制联动装置的映射，该映射将致动器控制信号映射到联动装置的速度/运动方向。在一个示例中，如框736所示，可以将所生成的控制映射提供给控制模式生成器560，并将其用作生成用于移动式机械100的控制模式的输入。
然后处理转到框738，其中由自由度识别逻辑电路510确定联动装置是否存在额外的自由度。在一个示例中，可以使用从运动学特征识别逻辑电路508接收的运动学特征信息来进行确定。如果是，则处理返回到框702，其中使用检索逻辑电路514获得用于该联动装置的额外自由度的位置信息。如果不是，则处理转到框740，其中致动器识别逻辑电路512确定在移动式机械100上是否存在将被映射到控制信号的额外的联动装置或致动装置。如果是，则处理返回到框702，其中使用检索逻辑电路514获得用于额外的联动装置或致动器的位置信息。如果不是，则处理随后结束。
图7是一个流程图，其示出使用图4A-4B中所示的机器人定位和校准系统204的控制映射生成器系统536来确定致动器控制信号与联动装置的速度和/或方向之间的关系的另一示例操作。处理开始于框802，其中控制映射生成器系统536的已知位置逻辑电路538使用检索逻辑电路514来确定移动式机械100的联动装置的位置信息。在一个示例中，如框804所示，位置信息识别联动装置能够行进通过的极限位置。如框806所示，可以从数据存储器418和488接收位置信息，和/或如框808所示从远程系统206接收位置信息。替代地，如框810所示可以通过用户输入接收位置信息，和/或如框832所示使用一个或多个外部传感器系统202和/或一个或多个传感器420、210感测该位置信息。在后一示例中，可以生成控制信号并将其应用于致动器直到所考虑的联动装置停止移动。联动装置的位置可以在由一个或多个外部传感器系统202使用的坐标系中识别到，并且当联动装置由所选择的致动器驱动时可以被识别为一个极限位置。对于相同的致动器以及对于其他致动器，这可以在相反的方向上重复。
处理转到框812，其中已知位置逻辑电路538控制致动器控制逻辑电路504以生成致动器控制信号以将移动式机械100的联动装置定位在已知位置。然后接收指示联动装置处于已知位置的一个或多个传感器信号，如框814所示。如框834所示可以从外部传感器系统202提供传感器信号，和/或如框836所示可以从一个或多个传感器210、420提供传感器信号。一旦处于已知位置，处理转到框816，其中致动器控制逻辑电路504生成控制信号以在最大操作容量下操作对应于联动装置的致动器454。也就是说，致动器被控制为以其最大速度移动。
然后，速度计算逻辑电路544和方向计算逻辑电路546分别接收指示联动装置速度和方向的一个或多个传感器信号，如框818所示。在一个示例中，传感器信号由联接到联动装置和/或致动器的速度传感器生成，如框838所示。然而，如框840所示，可以接收各种传感器信号。基于所接收的传感器信号，处理转到框820，其中速度计算逻辑电路544基于所接收的传感器信号计算速度输出，该速度输出指示联动装置移动的速度。然后处理转到框842，其中方向计算逻辑电路546识别运动方向并生成方向输出，该方向输出指示在以最大操作容量操作致动器后联动装置行进的方向。
速度输出和方向输出随后被提供给控制映射逻辑电路548，如框822所示，并用于确定由致动器控制逻辑电路504生成的致动器控制信号与联动装置的计算的速度/方向(行进路径)之间的关系。响应于所确定的关系，处理转到框824，其中控制映射逻辑电路548生成用于联动装置的控制映射，该映射能够映射所确定的关系。在一个示例中，如框826所示，可以将生成的控制映射提供给控制模式生成器560，并将其用作用于生成移动式机械100的控制模式的输入。
然后处理转到框828，其中由自由度识别逻辑电路510确定联动装置是否存在额外的自由度。在一个示例中，可以使用从运动学特征识别逻辑电路508接收的运动学特征信息来进行确定。如果是，则处理返回到框802，其中使用检索逻辑电路514获得用于额外的自由度的位置信息。如果不是，则处理转到框830，其中致动器识别逻辑电路512确定在移动式机械100上是否存在仍然需要被映射到控制信号的额外联动装置。如果存在更多联动装置，则处理返回到框802，其中使用检索逻辑电路514获得用于额外联动装置的位置信息。如果不是，则处理随后结束。
图8是一个流程图，其示出通过基于控制模式生成控制信号来控制机器人式附接件200的位置的一个示例系统，该机器人式附接件200包括终端执行器484。最初假设机器人式附接件200联接到移动式机械100，如框902所示。在一个示例中，机器人式附接件200使用链接装置466联接，如框904所示。然而如框906所示，可以预想到各种其他方式。
处理进行到框908，其中位置识别逻辑电路530接收指示机器人式附接件200的当前位置的一个或多个传感器信号。在一个示例中，如框912所示，从传感器420、210或其他传感器接收一个或多个传感器信号。移动式机械100和机器人式附接件200上的一个或多个传感器420、210可以分别包括：在移动式机械100上的基于流体的测高计212，其生成机器人式附接件200的当前高度的指示，如框914所示；Stewart平台304上的旋转传感器210，其测量Stewart平台304的俯仰，横滚和偏航，如框916所示；以及如框918所示的各种其他传感器中。
基于所接收的传感器信号，位置识别逻辑电路530确定用于包括终端执行器484的机器人式附接件200的当前位置，如框920所示。该当前位置可包括：如框922所示的使用坐标逻辑电路526的坐标位置；如框924所示的本地位置；如框926所示的全球位置；以及如框928所示的各种其他位置信息。
处理转到框930，其中操作位置逻辑电路528确定机器人式附接件200将被移动到的操作位置，以便执行期望的操作。在一个示例中，操作位置数据如框944所示从数据存储器418、488和/或518获得，或者如框946所示从一个或多个远程系统206获得，或者如框948所示从其他源获得。另外，终端执行器484的操作位置可以如框932所示是基于工作现场操作的，或者如框934所示可以是基于用户输入的(例如，用户可以手动地提供输入以将终端执行器484移动到其操作位置或移动通过一系列位置以执行操作，并且位置可被检测和存储，因此它们可以自动重复)。
然后处理转到框936，其中前馈控制系统562从位置识别逻辑电路530接收位置输出并且从操作位置逻辑电路528接收操作位置输出，并确定终端执行器484的当前位置是否不同于操作位置。如果确定当前位置与操作位置相同，则处理随后结束。然而，如果当前位置不同于操作位置，如框937所示，则前馈控制系统562使用映射访问逻辑电路564来访问用于机械100和附接件200的控制模式以识别特定控制信号，该特定控制信号需要被生成以控制致动器以使得终端执行器484沿着行进路径移动，该行进路径以期望的速度将终端执行器484从当前位置移动到操作位置(或移动通过所生成的操作位置序列)。前馈控制系统562的前馈控制逻辑电路566然后控制致动器控制逻辑电路504以将终端执行器移动到操作位置。致动器控制逻辑电路504根据控制模式生成用于移动式机械100的致动器454的致动器控制信号，以将终端执行器484定位在操作位置，如框938所示。处理转到框940，其中，前馈控制系统562再次确定终端执行器484的当前位置是否不同于操作位置。在一个示例中，这包括从一个或多个传感器420、210接收额外的传感器信号，如框942所示。
如果确定机器人式附接件200的当前位置仍然不同于操作位置，则处理返回到框938，其中致动器控制逻辑电路504根据生成的控制模式基于前馈控制逻辑电路566继续控制致动器454。但是，如果终端执行器484的当前位置与操作位置相同，则处理随后结束。
图9是一个流程图，其示出高度计(或高度传感器)212被用于使用图4A-4B中所示的机器人定位和校准系统204来控制机器人式附接件200的位置的一个示例。在使用定位系统208首先识别机器人式附接件200的当前位置并且然后修改机器人式附接件200的位置的上下文中说明性地进行描述。在其他示例中，机器人式附接件200的当前位置可以使用一个或多个传感器420、210生成，其中不使用定位系统208。然而，在本示例中，处理开始于框1002，其中从定位系统208接收指示机器人式附接件200的当前位置的传感器信号。在一个示例中，定位系统208包括具有RTK功能的且联接到机器人式附接件200的GPS系统，如框1004所示。然而，也可以使用其他定位系统，如框1006所示。
处理转到框1008，其中使用机器人定位系统524的位置识别逻辑电路530计算机器人式附接件200的当前位置。当前位置可包括如框1010所示的坐标位置，该坐标位置包括如框1009所示的x、y和z轴坐标(例如，纬度，经度，高度等)。然而，在其他示例中，如框1024所示，仅确定这些坐标位置的子集。另外，在一个示例中，机器人式附接件200的当前位置也可以识别终端执行器484的位置，如框1014所示。然而，机器人式附接件200的当前位置可以包括机器人式附接件200内的各种其他部件的位置信息，如框1012所示。
在使用定位系统208确定机器人式附接件200的当前位置后，处理随后转到框1016，其中从高度传感器212接收指示机器人式附接件200的高度或终端执行器484的高度或它们两者的高度的一个或多个传感器信号。如框1019所示，也可以接收额外的传感器信号。
在一个示例中，传感器信号指示管214(该管联接到高度传感器212)中的流体高度差。在一个示例中，通过感测管214的端部之间的流体高度来确定流体高度差，如框1018所示。基于所接收的一个或多个传感器信号，位置识别逻辑电路530计算管214的两端之间的流体高度差，如框1020所示。使用流体高度差，如框1022所示，位置识别逻辑电路530计算压差，在一个示例中，如框1025所示，该压差符合Pascal原理。然而，也可以使用其他计算压差的方法，如框1029所示。使用所计算的压差，如框1026所示，可以使用位置识别逻辑电路530来确定机器人式附接件200的相对于机械100或其他部位的海拔(高度)。如框1033所示，也可以计算其他坐标位置。
然后如框1028所示，确定高度测量值是否与来自定位系统208的所计算的z坐标位置不同。如果是，则处理转到框1030，其中位置识别逻辑电路530修改机器人式附接件200的当前坐标位置，以如框1030所示，将高度测量值合并在内。在修改机器人式附接件200的当前位置后，或者，确定当前坐标位置与高度测量值没有不同时，处理随后结束。
图10是示出可以在先前附图中所示的架构中使用的计算环境的一个示例的框图。参考图10，用于实现一些示例的示例系统包括计算机1110形式的通用计算设备。计算机1110的组件可包括但不限于处理单元1120(其可包括来自先前附图的处理器或服务器)、系统存储器1130和系统总线1121，该系统总线1121将包括系统存储器的各种系统组件联接到处理单元1120。系统总线1121可以是若干类型的总线结构中的任何一种，包括使用各种总线架构中的任何总线架构的存储器总线或存储器控制器，外围总线和本地总线。关于图4A-4B描述的存储器和程序可以部署在图10的相应部分中。
计算机1110通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是可由计算机1110访问的任何可用介质，并且包括易失性和非易失性介质，可移动和不可移动介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质不同于调制数据信号或载波，并且不包括调制数据信号或载波。计算机存储介质包括硬件存储介质，包括易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，所述介质在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实现。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其他光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可以用于存储所需信息并且可以由计算机1110访问的任何其他介质。通信介质可以在传输机制中具体地为计算机可读指令、数据结、程序模块或其他数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”表示信号的一个或多个特征被设置或改变从而对信号中的信息进行编码。
系统存储器1130包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，例如只读存储器(ROM)1131和随机存取存储器(RAM)1132。基本输入/输出系统1133(BIOS)通常存储在ROM 1131中，该BIOS包含基本的有助于在计算机1110内的元件之间传送信息的例程，例如在启动期间。RAM 1132通常包含处理单元1120可立即访问的和/或当前正被处理单元1120操作的数据和/或程序模块。作为示例而非限制，图10示出了操作系统1134、应用程序1135、其他程序模块1136和程序数据1137。
计算机1110还可以包括其他可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为示例，图10示出了从不可移动的非易失性磁介质进行数据读取或向其写入数据的硬盘驱动器1141，以及光盘驱动器1155和非易失性光盘1156。硬盘驱动器1141通常通过不可移动存储器接口(诸如接口1140)连接到系统总线1121，以及光盘驱动器1155通常通过可移动存储器接口(例如接口1150)连接到系统总线1121。
替代地或另外地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑电路组件执行。例如但不限于，可以使用的说明性类型的硬件逻辑电路组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(例如，ASIC)、特定应用标准产品(例如，ASSP)、片上系统(SOC)和复杂可编程逻辑电路器件(CPLD)等
上面在图10中讨论并示出的驱动器及其相关的计算机存储介质提供用于计算机1110的计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在图10中，例如，硬盘驱动器1141被示为存储操作系统1144、应用程序1145、其他程序模块1146和程序数据1147。注意，这些部件可以与操作系统1134、应用程序1135、其他程序模块1136和程序数据1137相同或不同。
用户可以通过输入设备(诸如键盘1162、麦克风1163和指示设备1161，和诸如鼠标、轨迹球或触摸板)将命令和信息输入到计算机1110中。其他输入设备(未示出)可以包括操纵杆、游戏手柄、圆盘式卫星天线，扫描仪等。这些和其他输入设备通常通过用户输入接口1160(其联接到系统总线)连接到处理单元1120，但是可以被其他接口和总线结构所连接。可视显示器1191或其他类型的显示设备也经由诸如视频接口1190的接口连接到系统总线1121。除了监视器之外，计算机还可以包括其他外围输出设备，例如扬声器1197和打印机1196，其可以通过输出外围接口1195而被连接。
计算机1110使用逻辑电路连接(诸如局域网-LAN或广域网WAN)在网络环境中操作到一个或多个远程计算机，例如远程计算机1180。
当在LAN网络环境中使用时，计算机1110通过网络接口或适配器1170连接到LAN1171。当在WAN网络环境中使用时，计算机1110通常包括调制解调器1172或其他装置用于在WAN1173(诸如互联网)上建立通信。在联网环境中，程序模块可以存储在远程存储器存储设备中。图10示出了例如远程应用程序1185可以驻留在远程计算机1180上。
还应注意，本文描述的不同示例可以以不同方式组合。也就是说，一个或多个示例的一部分可以与一个或多个其他示例的一部分组合。所有这些都被考虑在本文中。
示例1是一种计算系统，包括：
致动器控制逻辑电路，其被配置为生成控制信号并将其发送到移动式机械的致动器，所述致动器被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度；和
控制映射生成器系统，其被配置为接收指示移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所接收的传感器信号，生成控制映射，所述控制映射将所述控制信号映射到移动式机械的联动装置的运动方向和运动速度。
示例2是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，并且还包括：机器人定位系统，其被配置为使用所述控制映射将机器人式附接件定位到移动式机械。
示例3是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述机器人定位系统包括：
操作位置逻辑电路，其被配置为识别所述机器人式附接件的操作位置；和
前馈控制系统，其被配置为基于所述控制映射生成致动器控制信号，以将所述机器人式附接件移动到所述操作位置。
示例4是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述控制映射生成器系统被配置为生成多个控制映射，所述多个控制映射将多个不同的控制信号映射到所述联动装置的多个不同的运动方向和运动速度。
示例5是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，还包括：
控制模式生成器，其被配置为接收所述多个控制映射并生成用于移动式机械的控制模式，所述机器人定位系统被配置为基于所述控制模式定位所述机器人式附接件。
示例6是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述传感器信号由位于所述移动式机械外部的至少一个光学传感器系统生成。
示例7是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述传感器信号由位于所述移动式机械上的至少一个传感器系统生成。
示例8是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，还包括：
自由度识别逻辑电路，其被配置为识别用于移动式机械的每个联动装置的多个自由度。
示例9是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述控制映射生成器被配置为针对所述移动式机械上的每个联动装置生成用于每个自由度的多个映射。
示例10是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，还包括：
配置识别逻辑电路，其被配置为接收指示联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所述传感器信号确定移动式机械的物理配置并生成指示移动式机械的物理配置的配置输出。
示例11是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，还包括：
运动学特征识别逻辑电路，其被配置为接收指示联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所述传感器信号，确定表征移动式机械的一组运动学特征并且生成指示移动式机械的所述一组运动学特征的运动学特征输出。
示例12是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述传感器信号中的至少一个由所述移动式机械上的基于流体的测高计生成，所述基于流体的测高计被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前高度的传感器信号。
示例13是任一前述示例或所有前述示例所述的计算系统，其中，所述传感器信号中的至少一个由位于所述机器人式附接件上的至少一个旋转传感器生成，所述旋转传感器被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前旋转位置的传感器信号。
示例14是一种移动式机械组件，包括：
致动器，其被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动；
致动器控制器，其被配置为生成致动器控制信号以致动所述致动器；
多个传感器，其被配置为生成指示移动式机械上的联动装置的运动的传感器信号；
机器人式附接件，其联接到移动式机械以与联动装置一起移动；和
机器人定位和校准系统，其被配置为从所述多个传感器接收传感器信号，并且基于所述传感器信号生成控制映射，所述控制映射指示致动器控制信号与所述机器人式附接件的相应运动速度和运动方向之间的关系。
示例15是任一前述示例或所有前述示例所述的移动式机械组件，其中，所述机器人定位和校准系统被配置为控制所述致动器控制器以自动生成多个不同的致动器控制信号以致动多个不同的致动器，并且生成所述多个不同的致动器控制信号与所述机器人式附接件的运动速度和运动方向之间的多个不同映射。
示例16是任一前述示例或所有前述示例所述的移动式机械组件，其中，所述机器人定位和校准系统还包括：
控制模式生成器，其被配置为基于所述多个不同映射来生成控制模式。
示例17是任一前述示例或所有前述示例所述的移动式机械组件，其中，所述多个传感器中的至少一个包括：
基于流体的测高计，其被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前高度的传感器信号。
示例18是一种生成移动式机械的控制映射的方法，所述方法包括：
生成致动器控制信号以控制致动器，从而将附接件从第一已知位置移动到第二已知位置；
接收传感器信号，所述传感器信号指示在所述附接件从第一已知位置移动到第二已知位置期间的运动方向、第一已知位置和第二已知位置之间的距离以及持续时间；
基于所接收的传感器信号，确定所述附接件的运动速度和运动方向；和
将所述控制信号映射到所述附接件的运动速度和运动方向。
示例19是任一前述示例或所有前述示例所述的方法，并且还包括：
确定所述附接件的多个自由度；
生成多个致动器控制信号，每个致动器控制信号控制所述致动器，从而使得所述附接件在一个不同的自由度下在已知位置之间移动；
接收传感器信号，所述传感器信号指示每个自由度下的运动方向、运动距离和运动持续时间；
确定所述附接件在每个自由度下的运动速度和运动方向；和
将所述控制信号映射到每个自由度下的运动速度和运动方向。
示例20是任一前述示例或所有前述示例所述的方法，其中接收传感器信号包括：
从基于流体的测高计接收高度信号，所述高度信号指示所述附接件的高度。

Claims (13)

1.一种计算系统，所述计算系统包括：
致动器控制逻辑电路，其被配置为生成控制信号并将其发送到移动式机械的致动器，所述致动器被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度；和
控制映射生成器系统，其被配置为接收指示移动式机械上的联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所接收的传感器信号，生成控制映射，所述控制映射将所述控制信号映射到移动式机械的联动装置的运动方向和运动速度；
机器人定位系统，其被配置为使用所述控制映射将机器人式附接件定位到移动式机械；
控制模式生成器，被配置为接收多个控制映射并生成用于移动式机械的控制模式，所述机器人定位系统被配置为基于所述控制模式定位所述机器人式附接件；
自由度识别逻辑电路，其被配置为识别用于移动式机械的每个联动装置的多个自由度。
2.根据权利要求1所述的计算系统，其中，所述机器人定位系统包括：
操作位置逻辑电路，其被配置为识别所述机器人式附接件的操作位置；和
前馈控制系统，其被配置为基于所述控制映射生成致动器控制信号，以将所述机器人式附接件移动到所述操作位置。
3.根据权利要求2所述的计算系统，其中，所述控制映射生成器系统被配置为生成多个控制映射，所述多个控制映射将多个不同的控制信号映射到所述联动装置的多个不同的运动方向和运动速度。
4.根据权利要求1所述的计算系统，其中，所述传感器信号由位于所述移动式机械外部的至少一个光学传感器系统生成。
5.根据权利要求1所述的计算系统，其中，所述传感器信号由位于所述移动式机械上的至少一个传感器系统生成。
6.根据权利要求1所述的计算系统，其中，所述控制映射生成器被配置为针对所述移动式机械上的每个联动装置生成用于每个自由度的多个映射。
7.根据权利要求1所述的计算系统，还包括：
配置识别逻辑电路，其被配置为接收指示联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所述传感器信号确定移动式机械的物理配置并生成指示移动式机械的物理配置的配置输出。
8.根据权利要求7所述的计算系统，还包括：
运动学特征识别逻辑电路，其被配置为接收指示联动装置的运动方向和运动速度的传感器信号，并且基于所述传感器信号，确定表征移动式机械的一组运动学特征并且生成指示移动式机械的所述一组运动学特征的运动学特征输出。
9.根据权利要求5所述的计算系统，其中，所述传感器信号中的至少一个由所述移动式机械上的基于流体的测高计生成，所述基于流体的测高计被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前高度的传感器信号。
10.根据权利要求5所述的计算系统，其中，所述传感器信号中的至少一个由位于所述机器人式附接件上的至少一个旋转传感器生成，所述旋转传感器被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前旋转位置的传感器信号。
11.一种移动式机械组件，包括：
致动器，其被配置为驱动移动式机械上的联动装置的运动；
致动器控制器，其被配置为生成致动器控制信号以致动所述致动器；
多个传感器，其被配置为生成指示移动式机械上的联动装置的运动的传感器信号；
机器人式附接件，其联接到移动式机械以与联动装置一起移动；和
机器人定位和校准系统，其被配置为从所述多个传感器接收传感器信号，并且基于所述传感器信号生成控制映射，所述控制映射指示致动器控制信号与所述机器人式附接件的相应运动速度和运动方向之间的关系，
所述机器人定位和校准系统被配置为控制所述致动器控制器以自动生成多个不同的致动器控制信号以致动多个不同的致动器，并且生成所述多个不同的致动器控制信号与所述机器人式附接件的运动速度和运动方向之间的多个不同映射，
所述机器人定位和校准系统还包括控制模式生成器，其被配置为基于所述多个不同映射来生成控制模式，
所述多个传感器中的至少一个包括基于流体的测高计，其被配置为生成指示所述机器人式附接件的当前高度的传感器信号。
12.一种生成移动式机械的控制映射的方法，所述方法包括：
生成致动器控制信号以控制致动器，从而将附接件从第一已知位置移动到第二已知位置；
接收传感器信号，所述传感器信号指示在所述附接件从第一已知位置移动到第二已知位置期间的运动方向、第一已知位置和第二已知位置之间的距离以及持续时间；
基于所接收的传感器信号，确定所述附接件的运动速度和运动方向；和
将所述控制信号映射到所述附接件的运动速度和运动方向，
所述方法还包括：
确定所述附接件的多个自由度；
生成多个致动器控制信号，每个致动器控制信号控制所述致动器，从而使得所述附接件在一个不同的自由度下在已知位置之间移动；
接收传感器信号，所述传感器信号指示每个自由度下的运动方向、运动距离和运动持续时间；
确定所述附接件在每个自由度下的运动速度和运动方向；和
将所述控制信号映射到每个自由度下的运动速度和运动方向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中接收传感器信号包括：
从基于流体的测高计接收高度信号，所述高度信号指示所述附接件的高度。
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