JP2011069816A - 回転絶対位置センサを較正するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムは、ロータリデバイスと、ロータリデバイスの位置データを表すエンコードされた電圧信号の対を生成する回転絶対位置(RAP)センサと、ホストマシンと、アルゴリズムを備える。このアルゴリズムは、エンコードされた電圧信号の対としての回転位置を測定するステップ、エンコードされた対により画定される楕円を線形写像して、較正パラメータを計算するステップ、較正パラメータを使用してロータリデバイスの絶対位置を計算するステップを含む。較正パラメータは、正の定符号のマトリクスと、楕円の中心点とを含む。電圧信号は、ロータリデバイスの回転角度のエンコードされたサインおよびコサインを含んでよい。
【選択図】図3
Description
[0001] 本発明は、NASA宇宙活動協定(NASA Space Act Agreement)第SAA−AT−07−003号の下において政府支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有し得る。
[0026] 実験データからは、各測定対yが楕円の上に位置することが認識される。アルゴリズム100のステップ104は、この特定の楕円を最も良くパラメータで表すパラメータを見出す。
F(y)=yTPy+bTy+c=0 (1)
により、対称の正の定符号のマトリクスP、ベクトルb、およびスカラー量cによって、もたらされ得る。スカラー量の観点から書き直された式(1)によれば、
p11y1 2+2p12y1y2+p22y2 2+b1y1+b2y2+c=0 (2)
がもたらされる。ここで、例えば、pijは、Pのj行におけるiエントリを表す。
u=[p11,2p12,p22,b1,b2,c]T (3)
である。換言すれば、ノイズレス測定値については、上述の式(2)が各測定値について完全に満たされるような、P、b、およびcが存在する。それらの測定値が、ノイズにより損なわれる場合には、||Bu||を最小限に抑える非ゼロベクトルuを求め、すなわち、実験データに最も合致する楕円を画定するベクトルuを求める。最小限化uは、マトリクスBの特異値分解(SVD:singular value decomposition)を求め、Bの最小特異値に対応するBの右特異ベクトルに等しいuを設定することにより、見出され得る。上述の式(3)により、次いで、uから、マトリクスP、ベクトルb、および最良合致の楕円を特徴付けるスカラー量cを構築することができる。
F(y)=(y−q)TP(y−q)+e=0 (4)
に書き直すことが好都合であり、ここで、
e=c−qTPq
である。サインおよびコサインの対が、単位長さからなることを認識すると、次いで、
x(t)=A−1(y(t)−q)
として書くことが可能であることが分かる。ここで、式(5)より、
[0030] 上述のアルゴリズム100を利用して較正が完了すると、図1のロボット10またはロータリデバイスを有する他のシステムが動いている際にリアルタイム測定データと共にマトリクスAおよびベクトルqを使用して、システムおよびシステムの任意の部分の位置が決定される。ロボット関節のトルク制御および位置決めは、この較正されたデータを利用して実施され得る。
12 頭部
13 電源部
14 胴部
15 腰部
16 腕
18 手
19 指
20 分散制御システムまたは制御装置(C)
21 親指
22 上方部分
24 下方部分
26 連続弾性アクチュエータ
28 モータ
30 構成モジュール
31 出力部材
32 ばね
34 回転絶対位置センサ
36 回転絶対位置センサ
40 ハウジング
80 工作物、工具、または他の物体
82 角度状態
84 測定対(y)
100 アルゴリズム
A 肩関節
B 肘関節
C 手首関節
D 首関節
E 腰部関節
F 指関節
Claims (14)
- ロータリデバイスと、
回転絶対位置(RAP)センサであって、前記ロータリデバイスの位置データを表すエンコードされた電圧信号の対を生成するように作動可能な、回転絶対位置(RAP)センサと、
ホストマシンと、
アルゴリズムであって、前記エンコードされた電圧信号の対を使用して前記ロータリデバイスの絶対位置を判定するために較正パラメータを計算するように適合された、アルゴリズムとを備え、
前記アルゴリズムは、前記ホストマシンを介して実行され、前記エンコードされた電圧信号の対により画定される楕円を線形写像して、前記較正パラメータを計算するように適合された、システム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、前記システムは、ロボット関節を有する人間型ロボットを含み、前記ロータリデバイスは、連続弾性アクチュエータ(SEA)の回転部分である、システム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記エンコードされた電圧信号の対は、前記ロータリデバイスの回転角度のコサインをエンコードする第1の電圧信号と、前記回転角度のサインをエンコードする第2の電圧信号とを含んだ、システム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ロータリデバイスは、入力側および出力側を有し、RAPセンサが、前記ロータリデバイスの両側に位置決めされ、前記入力側および前記出力側のそれぞれの回転位置を測定するように適合された、一対のRAPセンサを含んだ、システム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記較正パラメータは、正の定符号のマトリクス(A)と、前記楕円の中心点(q)とを含んだ、システム。
- ロータリデバイスを有するシステムのための回転絶対位置(RAP)センサを較正するように適合された較正モジュールであって、前記RAPセンサは、前記ロータリデバイスの回転位置を測定するように適合され、前記回転位置を表すエンコードされた電圧信号の対を出力するように適合された、較正モジュールにおいて、
ホストマシンであって、前記RAPセンサと通信状態にあり、前記RAPセンサからの前記エンコードされた電圧信号の対を処理するように適合された、ホストマシンと、
アルゴリズムであって、前記ホストマシンにより実行され、前記エンコードされた電圧信号の対を使用して前記ロータリデバイスの絶対位置を判定するために較正パラメータを計算するように適合された、アルゴリズムとを備え、
前記アルゴリズムは、前記エンコードされた電圧信号の対により画定される楕円を線形写像して、前記較正パラメータを計算するように適合された、較正モジュール。 - 請求項6に記載の較正モジュールにおいて、前記エンコードされた電圧信号の対はそれぞれ、回転角度のコサインをエンコードする第1の電圧信号と、前記回転角度のサインをエンコードする第2の電圧信号とを含んだ、較正モジュール。
- 請求項6に記載の較正モジュールにおいて、前記RAPセンサは、前記回転部分の両側に位置決めされた一対のRAPセンサを含み、前記対のRAPセンサは、前記回転部分の前後の回転位置を測定するように適合された、較正モジュール。
- 請求項6に記載の較正モジュールにおいて、前記ロータリデバイスは、連続弾性アクチュエータのモータ部分およびばね部分の少なくとも一方である、較正モジュール。
- 請求項6に記載の較正モジュールにおいて、前記較正パラメータは、正の定符号のマトリクス(A)と、前記楕円の中心点(q)とを含んだ、較正モジュール。
- ロータリデバイスの回転位置を測定するように適合された回転絶対位置(RAP)センサを較正する方法において、
前記RAPセンサを使用して、エンコードされた電圧信号の対としての前記回転位置を測定するステップと、
前記エンコードされた電圧信号の対により画定される楕円を線形写像して、ホストマシンを使用して前記RAPセンサを較正するのに適した較正パラメータを計算するステップと、
前記較正パラメータを使用して前記ロータリデバイスの絶対位置を計算するステップと
を含んだ、方法。 - 請求項11に記載の方法において、エンコードされた電圧信号の対としての前記回転位置を測定するステップは、前記ロータリデバイスの回転角度のコサインをエンコードする第1の電圧信号を伝送するステップと、前記回転角度のサインをエンコードする第2の電圧信号を伝送するステップとを含んだ、方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記回転位置を測定するステップは、前記ばね部分の両側に位置決めされる一対の前記RAPセンサを使用して、連続弾性アクチュエータのばね部分の前後の回転位置を測定するステップを含んだ、方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記較正パラメータは、正の定符号のマトリクス(A)と、前記楕円の中心点(q)とを含んだ、方法。
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