JP2022523713A - 共通システムの複数の可動モジュールの位置及び配向を状態推定するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
今日、作業機械の分野における自動化は、急速に進展している。作業機械及びその工具を自動化するためには、状態推定によって作業機械及びその工具の位置及び配向を認識する必要がある。関節を介して相互に接続され相互に可動な複数のモジュールの位置及び配向は、モジュール上に配置された複数の慣性センサを用いて求められる。
典型的には、質量の大きい金属を有する作業機械の場合、磁力計の測定値は、質量の大きい金属と、それにより発生する磁場とによって、これらの測定値が往々にして使いものにならなくなり又は少なくとも信頼性が低くなる程度に変化する。なお、個々の磁力計の測定値が異なる影響を受ける可能性もあり、そのため、それぞれのモジュール又はリンクの状態推定値が相互にばらばらになり、これによって、状態推定において運動学的には不可能なモジュール又はリンクの配向及び/又は位置の構成が発生する。例として、1つの関節を介して接続された2つのモジュールについての状態推定は、運動学的には除外されるべきであるにもかかわらず、それぞれ異なるヨー角を示す。本発明の枠内においては、モジュールとは、リンクを意味するものと理解することができる。
以下においては、図1の掘削機1の可動モジュールの位置及び配向を状態推定するための本発明に係る方法の一実施形態を説明する。下部車体Uに対して回転可能な上部車体L1、ブームL2、調整ブームL3、ステムL4及びバケットL5は、可動なモジュールとみなされる。これらの可動なモジュールは、運動学的連鎖機構に沿って関節J1,J2,J3,J4,J5を介して相互に接続されており、それぞれ、慣性センサと磁気計とを含むセンサユニットS1,S2,S3,S4,S5を有している。詳細な説明は、上記の「従来技術」の欄において行われている。図3は、本発明に係る方法の実施形態のフローチャートを示している。図2に示されている従来技術による方法と同一のステップは、同一の参照符号により表され、それらの新たな説明は省略される。
Sinmess,i-(RW,Si)T・Wnref,i
(式1) Siomess,i-(RW,Si)T・Woref,i
ここで、Sinmess,i及びSiomess,iは、センサ座標系において測定された(又は仮想的に測定された)ベクトルであり、RW,Siは、グローバル座標系Wに対するセンサSiの配向を示し、Wnref,i及びWoref,iは、グローバル座標系Wの観点からの基準としてのベクトルである。
(式2) Un=ez
(式3) S1nmess,1=(RL1,S1)T(RU,L1)Tez
ここで、RL1,S1は、上部車体L1に対する第1のセンサS1の配向を表し、既知であると想定することができる一定の適用パラメータを示す。RU,L1は、上部車体L1と下部車体Uとの間の変換行列TU,L1の回転成分(図2参照)、即ち、Denavit-Hartenberg表記のいわゆるA行列を表す。冒頭に述べたSpongらの論文「Robot modeling and control」(式3,10)においては、これは以下のように定義される。
(式7) Wnref,1=RW,Uez
(式8) S1nmess-(RW,S1)T・Wnref,1
(式9) S1omess,1=(RS1,L1)ex
ここで、RS1,L1は、RL1,S1の逆回転行列又は転置回転行列を示し、従って、同様に、上部車体L1に対する第1のセンサS1の配向を表し、既知であると想定することができる一定の適用パラメータである。
(式11) S1omess-(RW,S1)T・Woref,1
Claims (9)
- 共通システムの関節(J1,J2,J3,J4,J5)を介して相互に可動な複数のモジュール(L1,L2,L3,L4,L5)の位置及び配向を前記モジュール(L1,L2,L3,L4,L5)上に配置された複数の慣性センサ(S1,S2,S3,S4,S5)を用いて状態推定するための方法において、
前記関節(J1,J2,J3,J4,J5)の少なくとも1つと、当該関節(J1,J2,J3,J4,J5)に接続された2つのモジュール(L1,L2,L3,L4,L5)との運動学的関係を表す少なくとも1つのベクトル対(Sinmess,i,Wnref,i又はSiomess,i,Woref,i)が求められ(100,101,110,111)、
前記少なくとも1つのベクトル対(Sinmess,i,Wnref,i又はSiomess,i,Woref,i)が前記状態推定に導入される、
ことを特徴とする方法。 - 第1のベクトル対(Sinmess,i,Wnref,i)は、前記関節(J1,J2,J3,J4,J5)が当該関節に接続された2つのモジュール(L1,L2,L3,L4,L5)の各観点から同一の関節軸を有しているという運動学的関係を表す、
請求項1に記載の方法。 - 第2のベクトル対(Siomess,i,Woref,i)は、測定された関節角度(θ)が前記関節(J1,J2,J3,J4,J5)に接続された一方のリンク(L1,L2,L3,L4,L5)の観点から当該関節(J1,J2,J3,J4,J5)に接続された他方のリンク(L1,L2,L3,L4,L5)の少なくとも1つの軸(ex)を予め設定するという運動学的関係を表す、
請求項1又は2に記載の方法。 - 前記少なくとも1つのベクトル対(Sinmess,i,Wnref,i又はSiomess,i,Woref,i)は、前記モジュール(L1,L2,L3,L4,L5)に割り当てられた前記慣性センサ(S1,S2,S3,S4,S5)のセンサデータの融合において導入される、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記センサデータの融合は、フィルタリング(21,31)によって行われる、
請求項4に記載の方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実施するために構成されたコンピュータプログラム。
- 請求項6に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体。
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法を用いて、相互に可動な複数のモジュールの位置及び配向の推定を実施するように構成された電子制御装置。
- 多肢関節アーム(2)を有し、複数のモジュール(L2,L3,L4,L5)が前記アーム(2)のリンクに対応している作業機械(1)への請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法の使用。
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