CN113784866A - 用于定位移动组件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将移动组件(10)相对于静止组件(20)定位的系统和相关方法，该系统包括第一位置感测装置、控制器、附接至该移动组件的至少一个传感器。该第一位置感测装置(40)基于无线信号来感测第一数据，该第一数据表示该移动组件(10)与该静止组件(20)之间的相对位置。该控制器(31)基于该第一数据来确定第一轨迹(103)。该至少一个传感器(51，53)收集第二数据，该第二数据表示该移动组件执行的移位。该控制器(31)在该移动组件完成从该第一位置(101)沿着该第一轨迹(103)到第二位置(102)的移位之后，基于该第二数据来确定该第一轨迹(103)的校准偏移(105)。该控制器进一步在该移动组件完成从远离该静止组件的第三位置(101)沿着后续的第一轨迹(103)到靠近该静止组件的第四位置(102)的后续移位之后，迭代地改进该校准偏移。

Description

用于定位移动组件的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于将静止组件和移动组件相对于彼此定位的系统和方法。可能的应用是定位电动车辆、自动引导车辆(运载工具)、自动驾驶车辆、或无人机。本发明的系统和方法在定位车辆以进行传导和/或无线电力传输方面特别有用。
背景技术
为了对车辆(被称为移动组件)自动充电，车辆必须停放在传导或无线充电装置(被称为静止组件)的预限定充电范围内的位置处。此充电范围典型地小于500x 500mm。为了帮助驾驶员或自动驾驶车辆抵达此位置，充电系统典型地包括范围多达几米(即，0.5m-10m)的定位系统，该定位系统估计充电区域相对于车辆(或者反过来)的位置。
定位系统典型地包括集成在移动组件、静止组件、或这两个组件中的发射器和接收器。基于所发射和接收到的信号，可以确定相对于彼此的相对和/或绝对位置。
通常，静止组件周围的环境可能使定位系统使用的信号失真。例如，当使用基于磁场的定位系统时，附近的导磁或导电材料可能阻尼或反射磁场。在基于超声的系统的情况下，来自附近物体的声音反射可能使接收到的信号失真。因此，在实验室环境中校准过的定位系统提供的位置信号与安装环境中的实际位置有偏差。
关于普遍应用的定位系统，在移动组件上通常还存在其他轨迹信息，比如车轮旋转、自动驾驶摄像头等。
从2014年11月20日的WO 2014/183926已知，在执行车辆朝向静止单元的轨迹时，通过提供由车辆自带传感器(比如，旋转速度传感器、加速度计、陀螺仪等)收集的此额外轨迹信息作为停放辅助控制单元的冗余信息，来将车辆与静止电力传输单元对齐。接着，停放辅助控制单元可以基于该冗余信息来校正其轨迹。虽然此方法允许针对即时轨迹获得更高的定位准确度，但是不会改进后续的停放操纵中对于后续轨迹的计算。
发明内容
本发明旨在解决本领域已知的系统的至少一个并且优选地所有缺点。这可以通过将来自移动组件的这种额外轨迹信息组合以在每次执行定位序列时改进(后验)对移动组件相对于静止组件的定位估计来实现。
因此，本发明旨在提供一种在确定定位信息以将移动组件朝向静止组件引导方面更准确和/或有效的定位系统和方法。
根据本发明，没有消除环境引起的位置信息的失真。而是，通过随时间(即，迭代地)补偿计算出的位置来考虑(固定的)环境失真。这可以通过使用学习技术(比如机器学习)来完成。
通过将来自定位系统(被称为第一定位系统)的计算出的轨迹与源自同第一定位系统不同的移动组件上的一个或多个第二传感器的测量数据组合来改进失真补偿。有利的是，在计算轨迹时，第一定位系统不使用这一个或多个第二传感器。这一个或多个第二传感器有利地与定位系统的传感器互补，并且将第二传感器用于形成第二定位系统，该第二定位系统用于校准和/或调适由第一定位系统确定的轨迹。有利的是，根据该一个或多个第二传感器的数据，来确定移动组件相对于静止组件的第二轨迹。使用这两个定位系统的测得信号的组合来改进对第一定位系统的位置估计，目的是学习和/或校准第一定位系统的环境。作为额外的优点，在一些迭代之后，在对第一定位系统的测量值进行由所谓的第二定位系统确定的多个第二轨迹获得的校准偏移的调整时，可以从中获得绝对位置数据。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种如所附权利要求中陈述的用于将移动组件相对于静止组件定位的系统。
根据本发明的用于将移动组件相对于静止组件定位的系统包括第一位置感测装置、控制器、以及附接至移动组件的至少一个传感器。第一位置感测装置被配置为基于无线信号来感测第一数据，该第一数据表示移动组件与静止组件之间的相对位置，该无线信号可以是电磁信号(例如，无线电波、磁场或光信号)、超声或声学信号、或任何其他适合的信号。控制器可以被配置为基于这样的第一数据来确定从远离静止组件的第一位置到靠近静止组件的第二位置的相对位置或第一轨迹。该至少一个传感器被布置用于收集第二数据，该第二数据表示移动组件执行的移位。控制器进一步被配置为基于第二数据来确定第一轨迹的校准偏移。这样的校准偏移可以包括被配置为改进第一轨迹的环境失真数据(例如，地图)、比如(相对)位置偏移数据。在移动组件完成从远离静止组件的第一位置(101)沿着第一轨迹(103)到靠近静止组件的第二位置(102)的移位之后确定校准偏移。控制器可以进一步被配置为在移动组件完成从第三位置到第四位置的后续移位之后迭代地改进校准偏移，第四位置优选地与第二位置重合。可选地，控制器进一步被配置为基于校准偏移来补偿第一轨迹。
这样的系统的实施例可以进一步被配置为例如基于经补偿的第一轨迹来引导移动组件从第一位置到第二位置的移位。对于此类实施例，控制器可以被配置为确定第一轨迹以将移动组件从第一位置引导至第二位置。在这样的实施例中，在执行移动组件朝向静止组件的移位之前，确定第一轨迹或经补偿的第一轨迹。控制器典型地需要关于移动组件与静止组件之间的估计的相对位置的信息、并且因此基于第一数据和校准偏移来确定经补偿的第一轨迹。控制器可以进一步被配置为基于额外的数据(比如移动组件相对于静止组件的取向和/或移动组件的最小转弯半径)来确定第一轨迹。该系统的此类实施例还可以有助于使移动组件沿着第一轨迹自主地移动。
在替代性实施例中，控制器可以被配置为基于相对位置来将移动组件从第一位置引导至第二位置，该相对位置可以基于第一数据以及例如校准偏移(例如，经补偿的第一轨迹)来确定。控制器可以进一步被配置为基于第一数据来确定第一轨迹。在这样的实施例中，仅使用相对位置、例如通过使操作移动组件的操作者在显示器上看到静止组件的相对位置来引导移动组件。接着，例如操作者将移动组件朝向静止组件移位。随后，控制器例如通过在移位期间或之后记录第一数据来确定第一轨迹。
这样的无线信号第一数据可以例如包括无线信号的参数，比如接收无线信号时的延迟(例如，无线信号的到达时间、例如发射自或到达多个传感器的无线信号的到达时间的时间差)、信号强度、信号振幅、信号相位、或这些的组合。控制器可以被配置为使用一种或多种方法(例如，多点定位、三角测量)、基于这样的第一数据来确定相对位置。一些类型的无线信号可能受环境因素(例如，温度、压力)的影响。因此，该系统可以包括确定这些环境因素的额外传感器，这些额外传感器对控制器提供额外数据以改进基于第一数据来确定相对位置。
可以使用不同的方法、基于无线信号来确定相对位置。通常，控制器使用计算出的一个或多个源相对于一个或多个传感器的位置来确定相对位置。在基于超声的信号的情况下，该系统可以通过提供包括一个或多个超声换能器的移动组件和静止组件来实现，其中这些组件中的一个可以包括发射超声信号的换能器(例如，发射器)，而这些组件中的另一个可以包括用于接收超声信号的换能器(例如，传感器)。这样的无线信号具有已知的(或大致已知的)空气中传播速度。控制器可以被配置为确定超声信号到达一个或多个传感器的时间，并且应用多点定位来计算(多个)发射器相对(多个)传感器的位置。替代性地，为了消除发射器与传感器之间的同步的需要，控制器可以被配置为确定每个传感器对的到达时间差并且应用多点定位来计算(多个)发射器相对(多个)传感器的位置。无论哪种方式，第一位置感测装置可以包括额外的传感器，比如温度传感器或压力传感器，这些传感器可以向控制器提供关于环境的此类信息以实现对相对位置的改进确定，因为可以更准确地确定声音的速度。在传感器和发射器的束图案一致的情况下，还可以将相对信号强度用作第一数据。
在无线信号包括无线电波的实施例中，可以使用与超声信号类似的方法或控制器来确定相对位置。例如，对于超宽带，第一数据可以典型地包括到达时间或到达时间差作为第一数据，并且控制器可以被配置为基于多点定位来确定相对位置。替代性地，对于Wifi或蓝牙无线信号，第一数据典型地包括信号强度，并且控制器可以被配置为基于多点定位、使用第一数据来确定相对位置。
无线信号包括磁场的实施例典型地使用低频磁场(高达150kHz)信号。移动组件或静止组件可以被配置为具有一个或多个线圈的发射器，这些线圈彼此正交地定向。另一组件可以包括用于感测磁场的传感器。典型地，可以针对不同的轴线(x，y，z)使用不同的传感器。这些传感器可以包括简单的线圈(例如，被配置为测量感应电压)、霍尔效应传感器、或用于测量磁场的磁阻传感器。可以以多种方式来确定相对位置。例如，第一数据可以包括相对信号强度，并且控制器可以被配置为使用第一数据基于多点定位或逆磁模型来确定第一数据。控制器可以基于Biot Savart理论模型，该模型表现出源自载流导线的磁场随3D空间中的位置而变。通过将此模型反过来，测得的磁场是输入，而3D空间中的位置是输出。第一数据还可以包括无线信号的相位，并且控制器可以被配置为在相同的逆磁模型中使用此额外的第一数据。替代性地，第一数据包括无线信号的相位，并且控制器可以被配置为基于三角测量、使用第一数据来确定相对位置。
该至少一个第二传感器被布置用于收集表示移动组件执行的移位的第二数据、并且可以是对此有用的任何传感器。举例而言，该至少一个传感器是以下中的一种或多种：加速度计、陀螺仪、旋转角编码器、旋转速度传感器、和转向角传感器，即典型地存在于比如车辆等的移动组件上的传感器。有利的是，该至少一个第二传感器不形成位置感测装置的一部分，并且有利的是，从其获得的数据(第二数据)不用于确定第一轨迹。因此，第二数据与第一数据不同。
根据本发明，控制器进一步被配置为基于第二数据来确定第一轨迹的校准偏移。控制器被配置为确定第一位置与第二位置之间的整个第一轨迹的校准偏移。有利的是，在移动组件执行从第一位置到第二位置的第一轨迹时完成了移位之后，例如当移动组件已到达或抵达静止组件和/或处于第二位置时，确定校准偏移。通过仅在移动组件到达最终目的地时确定校准偏移，可以在补偿第一轨迹的失真时考虑第一位置与第二位置之间的整个轨迹。当对轨迹进行分段校准时，例如沿着第一轨迹在每两个连续的中间位置之间，这是不可能的。因此，获得改善的失真补偿，这可以提供更快的收敛。
校准偏移包括形成地图的环境失真数据，例如(相对)位置偏移数据。此地图例如包括关于在环境区域内各个位置处的第一数据的失真的信息。根据第一轨迹与第二轨迹之间的差异来推导出这样的校准偏移。在从第一位置到第二位置的多次移位之后，校准偏移包括关于移动组件朝向静止组件的多种路线(例如，距离、取向)的信息。因此，例如，如果移动组件的平移数据和旋转数据被存储为随第一轨迹而变，则地图优选地针对每种路线而迭代地更新、并且可以被实施为多维查找表。在后续的路线中，使用此地图的失真数据以例如基于来自第一数据的改进的位置估计来调整/改进第一轨迹。在第一轨迹是新的，即在估计位置的地图中不存在失真数据的情形下，可以使用校准数据的内插来获得估计位置的推导失真数据。后续的移位可以通过增大收集其失真数据的估计位置的数量或通过更新已经存在于地图中的估计位置的失真数据来改进校准偏移。
有利的是，控制器被配置为确定第二轨迹，该第二轨迹表示移动组件已执行的移位，即从第一位置到第二位置。有利的是，不使用第一数据来确定第二轨迹。有利的是，仅基于第二数据来确定第二轨迹。控制器进一步被配置为基于第一轨迹与第二轨迹之间的差异来确定校准偏移。
为了确定校准偏移，有利的是，控制器被配置为让第一轨迹和第二轨迹在标志位置重合，该标志位置可以是但不必是第二位置。有利的是，标志位置是由第三传感器确定的位置，该第三传感器被配置为收集表示标志位置的第三数据。有利的是，第三传感器与第一位置传感器不同。因此，标志位置是包含在第一轨迹和第二轨迹两者中的位置。有利的是，第二轨迹是通过使用标志位置作为与第一轨迹的共同点或重合点来构成。接着，例如，当标志位置和第二位置是相邻位置时，可以例如通过坐标变换来计算从标志位置或第二位置回到第一位置的第二轨迹。这允许准许地重建第二轨迹、并且获得第一轨迹与第二轨迹之间的准确关系以用于确定校准偏移。有利的是，标志位置是第一轨迹与第二轨迹之间共享的点，例如因为在任何情况下，移动组件必须经过标志位置抵达第二位置。替代性地或此外，第一数据、第二数据、或这两者包括与分别执行第一轨迹或第二轨迹有关的时间戳信息。时间戳信息允许在标志位置时将这两个轨迹关联。移动组件(第二传感器)与位置感测装置之间的时间戳可以在第一位置、第二位置、标志位置、和/或任何其他适合的位置同步。
有利的是，控制器被配置为在移动组件已经被引导到/定位在标志位置或第二位置之后，确定第二轨迹。有利的是，第二位置是移动组件的(最终)停放位置、比如与静止组件对齐的位置。这样的停放位置是允许在移动组件与静止组件之间传输公共能源的位置。通过这样做，这两个轨迹共享共同位置，从而容易地确定校准偏移。
有利的是，第一位置是将移动组件引导至静止组件(例如第二位置)的起始位置。第一位置可以指代第一位置传感器第一次感测到的相应移动组件的位置。有利的是，第一或起始位置对应于位置感测装置的无线信号感测到的移动组件的最远位置、或对应于以下位置：在移动组件与静止组件之间的通信初始化之后，无线信号第一次确定的移动组件的位置。该位置可以是例如在移动组件与静止组件之间的无线通信初始化的情况下，移动组件与静止组件之间第一次接触的位置。有利的是，第一位置对应于以下位置：第一次确定引导路径、即第一轨迹时的位置。
有利的是，控制器被配置为收集第四数据，该第四数据表示移动组件相对于静止组件的取向。控制器被配置为确定沿着移位的至少一个位置、例如第一位置、第二位置、标志位置、或任何其他适合的位置的取向。控制器可以例如被配置为基于第四数据来确定第二轨迹。因此，控制器可以被配置为基于(例如，考虑)取向来确定校准偏移。这改进了确定第二轨迹的准确度并且可以导致更快的收敛。第四数据可以由与第一传感器、第二传感器、和第三传感器不同的第四传感器收集。替代性地，可以使用第一传感器、第二传感器、或第三传感器中的任一个或组合来收集第四数据。
有利的是，控制器实施机器学习算法或迭代收敛算法。有利的是，这样的算法用于以自适应的方式、例如基于多组已经收集到的第一和第二轨迹来确定或调整校准偏移。这确保经调适的第一轨迹(通过校准偏移调适)朝向实际轨迹和/或朝向准确的相对或绝对位置平稳地收敛。
有利的是，控制器被配置为通过校准偏移来调适第一轨迹。控制器可以被配置为基于校准偏移来确定对位置感测装置的位置估计的失真补偿。当确定后续轨迹时，控制器可以使用失真补偿。
有利的是，控制器实施在静止组件中。有利的是，实施来确定第一轨迹的控制器部分和实施来确定第二轨迹的控制器部分中的一者或两者位于静止组件中。
静止组件可以指代进行无线电力传输的接地组件或进行有线电力传输的扩展坞(docking station)。移动组件可以指代包含电池的任何车辆(例如，电池供电的车辆、自动引导车辆等)，该电池需要通过外部源进行充电。
根据本发明的第二方面，提供了一种如所附权利要求中陈述的用于将移动组件相对于静止组件定位的方法。根据本发明的方法包括以下步骤：基于无线信号感测移动组件与静止组件之间的相对位置，来确定用于将移动组件例如从远离静止组件的第一位置定位在靠近静止组件的第二位置的第一轨迹。无线信号可以由第一位置传感器产生，如上所述。移动组件基于第一轨迹从第一位置移位至第二位置。在完成移位之后，确定第一轨迹的校准偏移。基于与无线信号不同的并且在执行移位期间在移动组件上或其内收集到的传感器数据来确定校准偏移。有利的是，传感器数据指代由上述的一个或多个第二传感器来收集第二数据。
有利的是，基于传感器数据来确定与已执行的、尤其是从第一位置到第二位置的移位相对应的第二轨迹。有利的是，基于第一轨迹与第二轨迹之间的差异或偏差来确定校准偏移。
有利的是，该方法可以包括：例如通过收集与无线信号不同的第三数据来记录移动组件相对于静止组件的标志位置，其中基于第三数据来确定标志位置。在确定校准偏移时，使第一轨迹和第二轨迹在标志位置重合。标志位置可以但不必是第二位置。有利的是，收集与以下至少一部分、或全部相对应的时间戳信息：第一数据、第二数据、或这两者。时间戳信息有助于使第一轨迹和第二轨迹在标志位置重合。
有利的是，根据本发明的方面的方法包括收集第四数据，该第四数据表示移动组件相对于静止组件的取向。有利的是，考虑第四数据来确定第二轨迹。因此，可以基于第四数据来确定校准偏移。第四数据可以与无线信号、第二数据、第三数据中的任一者或全部都不同。
有利的是，通过将第一轨迹和第二轨迹馈送至机器学习算法或迭代收敛算法来确定校准偏移。举例而言，对于第一轨迹Ti，确定相应的校准偏移COi。使用校准偏移COi来校正/调适后续的第一轨迹Ti+1。
有利的是，根据本发明的方法反映了上述系统的控制器的实施。替代性地，使如上所述的系统执行如本文描述的方法步骤。
条目(Clauses)
1.一种用于将移动组件(10)相对于静止组件(20)定位的系统(30)、或一种用于将移动组件朝向静止组件引导的系统，包括：
第一位置感测装置(40)，该第一位置感测装置被配置为基于无线信号来感测第一数据，该第一数据表示该移动组件(10)与该静止组件(20)之间的相对位置；
控制器(31)，该控制器被配置为基于该第一数据来确定第一轨迹(103)；以及
至少一个传感器(51，53)，该至少一个传感器附接至该移动组件(10)并且被布置用于收集第二数据，该第二数据表示该移动组件执行的移位，
其中，该控制器(31)被配置为基于该第二数据来确定该第一轨迹(103)的校准偏移(105)，该控制器被配置为在该移动组件完成从该第一位置(101)沿着第一轨迹(103)到该第二位置(102)的移位之后确定校准偏移，并且其中，该控制器被配置为基于该第一数据和该校准偏移来将该移动组件(10)从远离该静止组件的第一位置(101)引导至靠近该静止组件的第二位置(102)。
2.如条目1所述的系统，其中，该控制器被配置为基于该第二数据来确定第二轨迹(104)，该第二轨迹表示该移动组件执行的移位，该控制器被配置为基于该第一轨迹(103)与该第二轨迹(104)之间的差异来确定该校准偏移(105)。
3.如条目2所述的系统，包括用于记录该移动组件相对于该静止组件沿着该移位的标志位置的器件，其中，该控制器(31)被配置为通过使该第一轨迹(103)和该第二轨迹(104)在该标记位置重合来确定该校准偏移。
4.如条目3所述的系统，其中，该用于记录该标志位置的器件包括第三传感器，该第三传感器被配置为收集表示该标志位置的第三数据，该第三传感器与该位置感测装置不同。
5.如条目3或4所述的系统，其中，该第二位置是该标志位置。
6.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该第一位置感测装置(40)被配置为发射用于感测该第一数据的电磁信号或超声信号。
7.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该第二位置(102)是该移动组件(10)的停放位置。
8.如条目7所述的系统，其中，该第二位置允许在该移动组件与该静止组件(20)之间传输公共能源。
9.如条目8所述的系统，其中，该公共能源的传输包括电能的传输。
10.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该控制器(31)实施机器学习算法或迭代收敛算法以根据该校准偏移(105)来确定该第一位置感测装置(40)的失真补偿。
11.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该控制器(31)被配置为基于该校准偏移(105)来调适后续的第一轨迹。
12.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该至少一个传感器(51，53)是以下中的一者或多者：加速度计、陀螺仪、旋转角传感器、旋转速度传感器、和转向角传感器。
13.如前述条目中任一项所述的系统，其中，该系统被配置为收集第四数据，该第四数据表示该移动组件相对于该静止组件的取向，其中，该控制器被配置为沿着该移位的至少一个位置确定该取向、并且基于该取向来确定该校准偏移。
14.如前述条目中任一项所述的系统，其中，基于该无线信号来感测第一数据包括测量表示该相对位置的无线信号的参数。
15.一种静止组件(20)，包括如前述条目中任一项所述的系统或用于前述条目中任一项的系统。
16.一种用于将移动组件(10)相对于静止组件(20)定位的方法(200)，包括以下步骤：
通过基于无线信号感测该移动组件与该静止组件之间的相对位置，来确定用于将该移动组件(10)从远离该静止组件(20)的第一位置(101)定位至靠近该静止组件的第二位置(102)的第一轨迹(103)，
基于该第一轨迹(103)来执行该移动组件从该第一位置(101)到该第二位置(102)的移位，
在完成该移位之后，基于在执行该移位期间在该移动组件(10)上收集到的传感器数据来确定该第一轨迹(103)的校准偏移(105)，该传感器数据不是该无线信号。
17.如条目16所述的方法，该方法包括基于该传感器数据来确定第二轨迹(104)，该第二轨迹表示该移动组件执行的移位，其中，确定该校准偏移包括评估该第一轨迹(103)与该第二轨迹(104)之间的差异。
18.如条目17所述的方法，该方法包括记录该移动组件相对于该静止组件沿着该移位的标志位置，其中，确定该校准偏移(105)包括使该第二轨迹与该第一轨迹(103)在该标志位置重合。
19.如条目18所述的方法，该方法包括收集与该无线信号不同的第三数据，并且使用该第三数据来记录该标志位置。
20.如条目18或19所述的方法，其中，该标志位置是该第二位置。
21.如条目16至20中任一项所述的方法，其中，该第二位置(102)是该移动组件的停放位置。
22.如条目21所述的方法，其中，该停放位置允许在该移动组件与该静止组件之间传输公共能源。
23.如条目22所述的方法，其中，传输公共能源包括传输电能。
24.如条目16至23中任一项所述的方法，包括收集表示该移动组件相对于该静止组件的取向的第四数据，并且基于该第四数据来确定该校准偏移。
25.如条目24结合条目17至20中任一项所述的方法，包括基于该第四数据来确定该第二轨迹。
26.如条目16至25中任一项所述的方法，其中，通过将校准偏移(105)馈送至机器学习算法或迭代收敛算法来确定该校准偏移。
27.如条目16至26中任一项所述的方法，包括在确定后续的第一轨迹时，基于该校准偏移(105)来调整该第一轨迹(103)。
28.如权利要求15至27中任一项所述的方法，其中，感测该相对位置包括测量该无线信号的参数。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的方面，其中，相同的附图标记展示了相同的特征，并且在附图中：
图1表示用于将移动组件远离静止组件的第一位置引导至靠近静止组件的第二位置的第一轨迹；
图2示意性地表示其上安装有部件的移动组件和静止组件；
图3表示图1的第一轨迹(是估计轨迹)，以及根据在移动组件上收集到的传感器数据所确定的实际执行轨迹；
图4表示根据本发明的用于将移动组件相对于静止组件定位的方法的流程图。
具体实施方式
参见图1，当移动组件10(比如电动车辆)需要定位成与静止组件20对齐时，该移动组件通常必须执行从当前位置101到最终停放位置102的路线操纵。移动组件10需要从当前位置101执行轨迹103到达最终停放位置102。静止组件可以是以下组件：允许通过在移动组件10与静止组件20之间传输各种公共能源、比如但不限于电能的传输，这可以通过无线接口(例如感应电力传输)或通过有线连接来实现。公共能源的传输例如还可以涉及进出移动组件的自动装载或卸载货物。
参见图2和图3，定位系统30包括控制单元31和联接至其上的位置感测系统40。位置感测系统40包括位置传感器，比如发射器41和接收器42，这些位置传感器被配置为感测移动组件10相对于静止组件20的位置。位置感测系统40感测到的位置信息被馈送至控制单元31，该控制单元被配置为计算并可能跟踪/监测轨迹103。举例而言，发射器41设置在静止组件20上，而接收器42设置在移动组件上，或者反过来。代替地，发射器41和/或接收器42可以是被配置为发射和接收无线信号的收发器。位置感测系统40被配置为基于无线信号来感测位置。任何适合类型的无线信号(比如超声信号或声学信号、无线电波、磁场等)都可以用于此目的。方便地注意到，位置感测系统40可能不需要在移动组件和静止组件两者上都具有位置传感器。举例而言，可以在移动组件和静止组件中的仅一者上设置位置传感器。
在一个示例中，控制单元31设置在静止组件20上，但是这不是必需的，并且很可能将控制单元31设置在移动组件10上。控制单元31确定的轨迹103无线地(例如通过包括通信天线32、52的无线通信接口33)传输至移动组件10，轨迹103通过无线通信接口传送至移动组件上的控制单元50。控制单元50可以被配置为基于轨迹103向移动组件10、或对驾驶可移动组件的操作者提供驾驶或引导指令。方便地注意到，替代性地，控制单元50可以基于位置传感器(例如，接收器42)向控制单元50馈送的位置数据来计算轨迹103。
来自位置感测系统40的位置传感器的信号可能因环境而失真。例如，当使用基于磁场的定位感测系统时，附近的导磁或导电材料可能阻尼或反射磁场。在基于超声的系统的情况下，来自附近物体的声音反射可能使接收到的信号失真。因此，在实验室环境中校准的定位感测系统提供的位置信号与安装环境中的实际位置有偏差。
根据本发明，通过对环境的校准以及基于此校准对所计算的位置的补偿，来改进位置计算的准确度。本发明使用设置在移动组件10上的次级系统的传感器数据(其描述了所执行的相对轨迹(的一部分))，来校准或调整由控制单元31确定的轨迹103。
为此，移动组件10装配有传感器51、53，比如加速度计、(旋转)速度传感器、陀螺仪、车轮编码器或用于泊车辅助、泊车距离控制或自动驾驶等其他感测系统，它们典型地存在于移动组件、比如车辆上。传感器51、53联接至控制单元50，该控制单元可以处理从这些传感器接收到的数据，以确定执行轨迹104，该执行轨迹可能与计算出的轨迹103(参见图3)有偏差，例如这是因为环境导致位置感测系统40感测到的位置数据失真。
有利的是，传感器51、53在本发明中用作次级位置感测系统，用于确定与移动组件10实际执行的路径有关的第二轨迹104。接着，在移动组件完成到最终停放位置102的移位之后，使用此轨迹104数据来校正或校准计算出的轨迹103。
在一方面，由于基于位于移动组件10上的传感器来确定第二轨迹104，因此获得了相对轨迹。有利的是，为了确定实际执行轨迹104与计算出的轨迹103之间的误差，将这两个轨迹在标志位置106对齐。有利的是，标志位置指代定位系统30可以获得不受环境影响的准确位置信息的位置。可以例如通过信标60确定来标志位置106，该信标不形成位置感测系统40和/或传感器51、53的一部分。可以将标志位置106选择为以下位置：移动组件10与静止组件20之间的距离非常小、例如当移动组件10与静止组件20对齐时，例如标志位置106可以与停放位置102重合或与之相邻，但是不一定是这种情况，如图3所示。
有利的是，沿着所执行的路径来确定移动组件10的取向α。在沿着第一轨迹103、第二轨迹104或这两者的至少一个位置处确定取向，并且可以将其用于改进地确定相对于静止组件20的相应轨迹。可以通过位置感测系统40、传感器51、53或任何其他(额外的)传感器中的任一个收集的数据来确定取向α。
有利的是，控制单元50被配置为仅在移动组件10到达最终位置102之后传送表示执行轨迹104的数据。定位系统30可以基于计算出/估计的轨迹103和执行轨迹104(如传感器51、53收集的数据)来推导出校准偏移105。由于静止组件20典型地固定在车库内或车道上的某个位置处，因此可以在移动组件10多次停放在位置102时随时间、和/或根据多个移动组件确定的校准偏移来改进校准偏移105。这将逐步考虑(固定)环境影响。优选地，控制单元31可以基于校准偏移105被实施迭代收敛算法或机器学习算法，以用于逐渐调整和改进轨迹103的计算。渐进收敛算法是优选的，以限制异常值在第一和第二定位系统的位置估计中的影响。换言之，这防止后续的位置估计之间的大偏差。
参见图4，根据本发明的用于定位移动组件10的方法200可以包括以下步骤，有利的是，这些步骤按顺序执行。在第一可选步骤201中，位于位置101处的移动组件10开始与静止组件20进行初始化通信，例如以建立通信链路。举例而言，这可以告知静止组件20，该移动组件想要执行停放操纵以与静止组件20在位置102处对齐。控制单元50可以通过无线通信接口33将此信息传送至控制单元31。在此步骤中，可以在移动组件与静止组件之间同步时间信息。
在步骤202中，确定第一轨迹103。控制单元31可以启用位置感测系统40以确定移动组件所处的位置101。控制单元31根据该位置来确定移动组件10到达停放位置102所遵循的第一轨迹103。将轨迹103传送至移动组件10上的控制单元50。另外，控制单元可以例如通过位置感测系统40来确定移动组件10在位置101时的取向并且使用该取向来确定轨迹103。
在步骤203中，将移动组件10从位置101移位至位置102。控制单元50可以通过自主驾驶或操作辅助驾驶以引导移动组件10执行第一轨迹103。位置感测系统40可以通过更新移动组件10的位置并且相应地调适第一轨迹103来连续地引导移动组件。在执行第一轨迹103时，控制单元50例如从传感器51、53收集与实际执行轨迹有关的数据。
在步骤204中，沿着实际执行的路径、例如通过信标60来确定标志位置106。举例而言，确定移动组件10经过标志位置106时的时间戳，并且标志位置106可以指代相对于静止组件20(第二位置102)的已知位置。另外或替代性地，沿着路径来确定移动组件10的取向α。将标志位置106和/或取向α馈送至控制单元31。
在步骤205中，移动组件10抵达最终停放位置102并且完成第一轨迹103。控制单元50可以将从传感器51、53接收到的收集轨迹传送至控制单元31。替代性地，在执行第一轨迹103期间，可以将来自传感器51、53的数据传送至控制单元31。
在步骤206中，控制单元31确定校准偏移105。控制单元50、或控制单元31可以确定第二轨迹104，该第二轨迹表示移动组件10实际执行的路径。使用从传感器51、53收集的数据以及可选地取向α来确定第二轨迹104。第二轨迹104包括位置102作为例如轨迹的端点，并且可以包括标志位置106，该标志位置可以与或不与位置102重叠。有利的是，不使用来自位置感测系统40的数据来确定第二轨迹104。控制单元31可以将位置感测系统40的第二轨迹104与第一轨迹103进行比较以推导出校准偏移。
一旦移动组件到达最终停放位置102，就可以确定第一轨迹103与第二轨迹104之间的差异。有利的是，使第一轨迹103和第二轨迹104在标志位置106重合，并且可以容易地确定这两者之间的偏差。举例而言，使第一轨迹103和第二轨迹104在标志位置106处对齐。由于移动组件10抵达标志位置106的时间是已知的，因此整个第二轨迹104可以与第一轨迹103有关。取决于第一轨迹的位置估计的准确度，可以使用机器学习技术或迭代收敛算法来更新(重新校准)位置感测系统40的定位评估位置，目的是改进位置感测系统40的后续的定位估计和/或轨迹确定。

Claims (35)

1.一种用于将移动组件(10)相对于静止组件(20)定位的系统(30)，包括：
第一位置感测装置(40)，该第一位置感测装置被配置为基于无线信号来感测第一数据，该第一数据表示该移动组件(10)与该静止组件(20)之间的相对位置；
控制器(31)，该控制器被配置为基于该第一数据来确定从远离该静止组件的第一位置(101)到靠近该静止组件的第二位置(102)的第一轨迹(103)；以及
至少一个传感器(51，53)，该至少一个传感器附接至该移动组件(10)并且被布置用于收集第二数据，该第二数据表示该移动组件执行的移位，
其中，该控制器(31)被配置为在该移动组件完成从该第一位置(101)沿着该第一轨迹(103)到该第二位置(102)的移位之后，基于该第二数据来确定该第一轨迹(103)的校准偏移(105)，并且其中，该控制器被配置为在该移动组件完成从远离该静止组件的第三位置沿着后续的第一轨迹到靠近该静止组件的第四位置的后续移位之后，迭代地改进该校准偏移，优选地其中，该第四位置与该第二位置重合。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器进一步被配置为基于该第一轨迹和该校准偏移来确定经补偿的第一轨迹。
3.如权利要求2所述的系统，其中，该控制器被配置为基于该经补偿的第一轨迹来将该移动组件(10)从该第一位置(101)引导至该第二位置(102)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，该控制器被配置为基于该第二数据来确定第二轨迹(104)，该第二轨迹表示该移动组件执行的移位，该控制器被配置为基于该第一轨迹(103)与该第二轨迹(104)之间的差异来确定该校准偏移(105)。
5.如权利要求4所述的系统，包括用于记录该移动组件相对于该静止组件沿着该移位的标志位置的器件，其中，该控制器(31)被配置为通过使该第一轨迹(103)和该第二轨迹(104)在该标记位置重合来确定该校准偏移。
6.如权利要求5所述的系统，其中，该用于记录该标志位置的器件包括第三传感器，该第三传感器被配置为收集表示该标志位置的第三数据，该第三传感器与该位置感测装置不同。
7.如权利要求5或6所述的系统，其中，该第二位置是该标志位置。
8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该第一位置感测装置(40)被配置为发射用于感测该第一数据的电磁信号或超声信号。
9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该第二位置(102)是该移动组件(10)的停放位置。
10.如权利要求9所述的系统，其中，该第二位置允许在该移动组件与该静止组件(20)之间传输公共能源。
11.如权利要求10所述的系统，其中，该公共能源的传输包括电能的传输。
12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该校准偏移包括环境失真数据，例如与该静止组件的环境有关的地图。
13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该控制器(31)实施机器学习算法或迭代收敛算法以确定该校准偏移(105)。
14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该至少一个传感器(51，53)是以下中的一者或多者：加速度计、陀螺仪、旋转角传感器、旋转速度传感器、和转向角传感器。
15.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，该系统被配置为收集第四数据，该第四数据表示该移动组件相对于该静止组件的取向，其中，该控制器被配置为在沿着该移位的至少一个位置确定该取向、并且基于该取向来确定该校准偏移。
16.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，基于该无线信号来感测第一数据包括测量表示该相对位置的无线信号的参数。
17.一种如前述权利要求中任一项中描述的控制器。
18.一种静止组件(20)，包括如权利要求17所述的控制器。
19.一种用于将移动组件(10)相对于静止组件(20)定位的方法(200)，包括步骤：
通过基于无线信号感测该移动组件与该静止组件之间的相对位置，来确定用于将该移动组件(10)从远离该静止组件(20)的第一位置(101)定位至靠近该静止组件的第二位置(102)的第一轨迹(103)，
基于该第一轨迹(103)来执行该移动组件从该第一位置(101)到该第二位置(102)的移位，
在完成执行该移位之后，基于在执行该移位期间在该移动组件(10)上收集到的传感器数据来确定该第一轨迹(103)的校准偏移(105)，该传感器数据不是该无线信号，
在该移动组件完成了执行从远离该静止组件的第三位置沿着后续的第一轨迹到靠近该静止组件的第四位置的后续移位之后，迭代地改进该校准偏移，优选地其中，该第四位置和该第二位置重合。
20.如权利要求19所述的方法，其中，基于从该第三位置到该第四位置的后续的第一轨迹和该校准偏移来确定经补偿的第一轨迹，并且其中，基于该经补偿的第一轨迹来执行从该第三位置到该第四位置的后续移位。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中，通过引导该移动组件来执行每个移位。
22.如权利要求19至21中任一项所述的方法，包括基于该传感器数据来确定第二轨迹(104)，该第二轨迹表示该移动组件执行的移位，其中，确定该校准偏移包括评估该第一轨迹(103)与该第二轨迹(104)之间的差异。
23.如权利要求22所述的方法，包括记录该移动组件相对于该静止组件沿着该移位的标志位置，其中，确定该校准偏移(105)包括使该第二轨迹与该第一轨迹(103)在该标志位置重合。
24.如权利要求23所述的方法，包括收集与该无线信号不同的第三数据，并且使用该第三数据来记录该标志位置。
25.如权利要求23或24所述的方法，其中，该标志位置是该第二位置。
26.如权利要求19至25中任一项所述的方法，其中，该第二位置(102)是该移动组件的停放位置。
27.如权利要求26所述的方法，其中，该停放位置允许在该移动组件与该静止组件之间传输公共能源。
28.如权利要求27所述的方法，其中，传输公共能源包括传输电能。
29.如权利要求19至28中任一项所述的方法，包括：收集表示该移动组件相对于该静止组件的取向的第四数据，并且基于该第四数据来确定该校准偏移。
30.如权利要求29结合权利要求22至25中任一项所述的方法，包括基于该第四数据来确定该第二轨迹。
31.如权利要求19至30中任一项所述的方法，其中，该校准偏移包括环境失真数据，例如与该静止组件的环境有关的地图。
32.如权利要求19至31中任一项所述的方法，其中，通过机器学习算法或迭代收敛算法来确定该校准偏移(105)。
33.如权利要求19至32中任一项所述的方法，其中，感测该相对位置包括测量该无线信号的参数。
34.一种程序代码，该程序代码在计算机上实施时被配置为执行如权利要求19至33中任一项所述的方法。
35.一种用于实施如权利要求19至33中任一项所述的方法的控制单元。
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