JP5383607B2 - 回転絶対位置センサを較正するためのシステム、較正モジュール、および方法 - Google Patents
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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 (11)
- ロータリデバイスと、
一対の回転絶対位置(RAP)センサであって、前記ロータリデバイスに互いに異なる円周上の回転を測定するように配置され、前記RAPセンサの一方が前記ロータリデバイスのモータの回転位置を測定し、前記RAPセンサの他方が前記ロータリデバイスのばねの回転位置を測定し、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各々生成するように作動可能な、回転絶対位置(RAP)センサと、
一対の前記RAPセンサと通信状態にあるホストマシンであって、較正パラメータを導き出し、導き出された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判定するように構成された、ホストマシンとを備え、
前記ホストマシンは、
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であって、楕円を形成する、複数の前記エンコードされた電圧信号の対を記録し、
前記記録した複数の前記エンコードされた電圧信号の対の楕円をサイン/コサイン対に写像するために、最良合致の楕円を用い、
サイン/コサイン対の各々を個々の前記エンコードされた電圧信号の対に写像する前記較正パラメータを前記最良合致の楕円から導き出し、
導き出された前記較正パラメータを用いて前記ロータリデバイスの絶対位置をリアルタイムに判定する、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、前記ロボット関節の回転部分である、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。
- ロータリデバイスを有するシステムのための一対の回転絶対位置(RAP)センサを較正するように構成された較正モジュールであって、一対の前記RAPセンサは、前記ロータリデバイスに互いに異なる円周上の回転を測定するように配置され、前記RAPセンサの一方が前記ロータリデバイスのモータの回転位置を測定し、前記RAPセンサの他方が前記ロータリデバイスのばねの回転位置を測定するように構成され、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、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受信し、受信した前記エンコードされた電圧信号の対を楕円を形成するデータ点として記録し、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導き出すように作動可能な、ホストマシンを備え、
前記ホストマシンは、
前記記録された前記エンコードされた電圧信号の対の楕円を対応するサイン/コサイン対に写像するために、最良合致の楕円を用い、
サイン/コサイン対を前記エンコードされた電圧信号の対に関連付ける前記較正パラメータを前記最良合致の楕円から導き出し、
導き出された前記較正パラメータを用いて前記ロータリデバイスの絶対位置をリアルタイムに判定するように構成された、較正モジュール。 - 請求項5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。
- 一対の回転絶対位置(RAP)センサであって、前記ロータリデバイスに互いに異なる円周上の回転を測定するように配置され、前記RAPセンサの一方がロータリデバイスのモータの回転位置を測定し、前記RAPセンサの他方が前記ロータリデバイスのばねの回転位置を測定するのに用いられる、一対の回転絶対位置(RAP)センサを較正する方法において、
一対の前記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時間とともに測定するステップと、
複数の前記エンコードされた電圧信号の対を楕円として記録するステップであって、前記楕円を形成するデータ点の各々は、前記エンコードされた電圧信号の対の1つをそれぞれ表す、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用いて、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であって、
前記記録した前記エンコードされた電圧信号の対の楕円を、ホストマシンを介して、対応するサイン/コサイン対に写像するのに、最良合致の楕円を用い、
前記サイン/コサイン対を前記エンコードされた電圧信号の対に関連付ける前記較正パラメータを前記ホストマシンを介して前記最良合致の楕円から導き出し、
導き出された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リアルタイムに判定することを含む、ステップとを含んだ、方法。 - 請求項8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8に記載の方法において、前記最良合致の楕円の使用は、前記最良合致の楕円を、複数の前記サイン/コサイン対で画定される1つの円に写像することを含んだ、方法。
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