JP2019181692A - 装置の配向を計算するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年11月30に出願された米国特許仮出願第61/910,341号に基づいており、それに対する優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願は、あたかもその全体において本明細書に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。
Φ:ヒンジ角度
a:管の楕円形の断面の主軸
b:管の楕円形の断面の短軸
Rl:磁性駆動ホイールの半径
R2:オムニホイールの半径
L:駆動ホイールの回動軸とヒンジの間の事実上剛性のリンク装置の長さ
D:ヒンジとオムニホイールの第1のローラセットの間の距離
W:オムニホイールの幅(2つのローラセットの間の距離)
x1、y1:オムニホイールと管の間の第1の接点の座標
x2、y2:オムニホイールと管の間の第2の接点の座標
xh、yh:ヒンジ地点の座標
順モデルに関して、θが既知であるため、上記の式からaを計算することができる。ヒンジ角度Φを計算するために、このモデルにおける6つの未知数(x1、y1、x2、y2、xh、yh)を解くために6つの非線形方程式の1つのシステムが構築される。このように変数に関して解かれたものを使用して、ヒンジ角度Φを計算することができる。6つの方程式は、以下の関係性を利用して書き表される。
1. 楕円における第1のオムニホイールの接触点の位置
2. 楕円における第2のオムニホイールの接触点の位置
3. ヒンジ地点と駆動ホイールの軸の間の距離
4. 2つの接点の間の距離(オムニホイールの幅)
5. 2つの接点の位置に対するヒンジ地点のX座標
6. 2つの接点の位置に対するヒンジ地点のY座標
逆モデルにおいて、ヒンジ角度Φが与えられ(電位差計または他の好適なセンサを用いて測定され)、車両の配向θが計算される。このケースにおいて主軸aは未知である。Φを計算するために、このモデルにおける7つの未知数(x1、y1、x2、y2、xh、yh, a)を解くために7つの非線形方程式のシステムを構築することができる。これらの方程式は順モデルの6つの方程式と同じものに、ヒンジ角度Φの方程式を追加しており、したがって以下のようである。
10 車両
12 第1の車台セクション
14 第2の車台セクション
16 駆動ホイール
18 オムニホイール
20 ヒンジ
22 ローラ
24 ばね
26、28 回転止め具
50、60、80 管
70 車両
72 第1の車台セクション
74 第2の車台セクション
76 駆動ホイール
78 オムニホイール
910、920、930、940 グリッパ
912、922、932、942 脚
914 第3の脚
916、926 回動軸
918、928、938、948 把持要素
934 並進要素
936 ひずみゲージ
946 センサ
102 情報プロセッサ
104 ユーザコンピューティングデバイス
202 CPU
204 ROM
206 RAM
208 ネットワークインターフェース
210 記憶装置
212 入力装置
214 ディスプレイ
A 車台セクションの回転方向
D 車両の進行方向
S 車両の変更される向き
R1 駆動ホイールの回転方向
R2 ローラの回転方向
R3 オムニホイールの回転方向
F 流れ方向
θ 車両の配向
Φ ヒンジ角度
a 管の楕円形の断面の主軸
b 管の楕円形の断面の短軸
Rl 磁性駆動ホイールの半径
R2 オムニホイールの半径
L 駆動ホイールの回動軸とヒンジの間の事実上剛性のリンク装置の長さ
D ヒンジとオムニホイールの第1のローラセットの間の距離
W オムニホイールの幅(2つのローラセットの間の距離)
x1、y1 オムニホイールと管の間の第1の接点の座標
x2、y2 オムニホイールと管の間の第2の接点の座標
Xh、yh ヒンジ地点の座標
X 対象
Claims (25)
- 表面に対する車両の配向を決定するための方法であって、前記表面は該表面の曲率を表す幾何学的データを備え、前記方法は、
前記車両の一部であるヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定するステップであって、前記車両は、前記表面に沿って移動するように構成された、ヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定するステップと、
前記車両の幾何学的データ、前記表面の幾何学的データ、および測定された前記回転の角度に基づいて、前記表面に対する前記車両の配向を決定するステップと、
決定された前記配向を考慮して、前記車両の動作を制御するステップと、
を含んでいる方法。 - 前記ヒンジ継ぎ手は、第1の車台セクションと第2の車台セクションとの間に配置され、これにより前記第1のおよび第2の車台セクションは、少なくとも1つの方向において互いに対して回転可能とされている、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の車台セクションは、自身に装着された第1のホイールを含み、前記第2の車台セクションは、自身に装着された第2のホイールを含んでいる、請求項2に記載の方法。
- 前記車両の幾何学的データは、前記ヒンジ継ぎ手と前記第1のおよび第2のホイールの中心それぞれとの間の距離、ならびに前記ホイールの各々の直径を規定している、請求項3に記載の方法。
- 前記第1のホイールは磁気駆動ホイールである、請求項3に記載の方法。
- 前記第2のホイールは、少なくとも2つの方向に移動するように構成された磁気駆動ホイールである、請求項3に記載の方法。
- 前記ヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定するステップは、前記車両内にセンサを設けることを含み、前記センサは、前記ヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定するように構成されている、請求項1に記載の方法。
- 前記車両は、らせん形の経路において湾曲面を横断するように構成されている、請求項1に記載の方法。
- ホイールエンコーダおよび慣性計測ユニット(IMU)データを含んだ複数のセンサの読み取り値を解析することによって、前記らせん形の経路の全てのループが終端となり、且つ次のループが開始することを決定するステップをさらに含んでいる、請求項8に記載の方法。
- 前記IMUデータは、加速度計、ジャイロスコープ、および磁気計から得られたデータを含んでいる、請求項9に記載の方法。
- 前記表面は円筒管を含み、前記車両の配向を決定するステップは、前記管の中心線に対する4つの可能性のある配向の決定に対応しており、前記方法は、ヒンジ角度の以前の測定値を記録して、前記車両の開始時の配向および以前の配向の変化に基づき、前記4つの可能性のある配向のうちのどれが前記車両の真の配向であるかを決定するステップをさらに含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記車両は、らせんのピッチを制御するように作動して、前記らせんのループが互いから一定の距離に離間されることを保証するプロセッサを含んでいる、請求項8に記載の方法。
- 前記第1のホイールは、第1の軸の周りに回転する磁気駆動ホイールであり、前記第2のホイールは、前記第1の軸に直交した第2の軸の周りに回転する磁気オムニホイールであり、前記オムニホイールは、該オムニホイールの外周の周りに配置された複数のローラを含み、各ローラは、前記磁気駆動ホイールの回転と同じ方向に回転する、請求項3に記載の方法。
- 前記ヒンジは、該ヒンジの周りの不測の回転を防止するように構成された第1のおよび第2の回転止め具を含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記ヒンジ継ぎ手は、第1の車台セクションと第2の車台セクションとの間に配置されており、これにより前記第1のおよび第2の車台セクションは、少なくとも1つの方向において互いに対して回転可能とされ、前記第1のおよび第2の回転止め具は、前記第1のおよび第2の車台セクションの各々の合致面である、請求項14に記載の方法。
- 車両がその上を進む湾曲構造の直径を決定するための方法であって、
前記車両の幾何学的データを決定するステップと、
前記湾曲構造に対する前記車両の配向を決定するステップと、
前記車両の一部であるヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定して、前記湾曲構造の直径を決定するステップと、を含んでいる方法。 - 測定された回転の最大角度を決定するステップと、前記湾曲構造の直径が、記録された前記回転の最大角度および前記車両の幾何学的データに基づいて決定されるステップと、をさらに含んでいる、請求項16に記載の方法。
- 前記湾曲構造は管を含んでいる、請求項16に記載の方法。
- 表面の曲率を表した、規定された幾何学的データを備えた表面に対する車両の配向を決定するためのシステムであって、
駆動可能な車両であって、
前記車両の第1の部分を前記車両の第2の部分に連結し、これにより前記車両が前記表面を横断するように駆動された場合、前記第1のおよび第2の部分は互いに対して移動可能であり、前記第1のおよび第2の部分の移動は、ヒンジ継ぎ手の回転に変換される、ヒンジ継ぎ手と、
前記ヒンジ継ぎ手周りの回転の角度を測定するように構成されたセンサと、
規定された車両の幾何学的データ、前記規定された表面の幾何学的データ、および前記ヒンジ継ぎ手周りの回転の測定された角度に基づいて、前記表面に対する前記車両の配向を決定するように構成されたプロセッサであって、決定された配向を考慮して、前記車両の動作を制御するように構成されたプロセッサと、
を含んだ車両を備えているシステム。 - 前記ヒンジは、ナックル/ピンヒンジ、ボールと爪のヒンジ、および可変長さ材料から成るグループから選択されている、請求項19に記載のシステム。
- 前記第1の部分は第1の車台セクションを備え、前記第2の部分は第2の車台セクションを備えている、請求項19に記載のシステム。
- 前記第1の車台セクションは、自身に装着された第1のホイールを含み、前記第2の車台セクションは、自身に装着された第2のホイールを含んでいる、請求項21に記載のシステム。
- 前記規定された車両の幾何学的データは、前記ヒンジ継ぎ手と前記第1のおよび第2のホイールの中心それぞれとの間の距離、ならびに前記ホイールの直径を規定している、請求項19に記載のシステム。
- 前記第1のホイールは磁気駆動ホイールを含み、前記第2のホイールは磁気駆動ホイールを含んでいる、請求項19に記載のシステム。
- 前記車両は、らせんパターンにおいて湾曲面を横断することが可能である、請求項19に記載のシステム。
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