专利名称：生成磁场图和使用磁场图检查移动体的姿态的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种诸如机器人的移动体，以及更具体地说，涉及一种用于生成包含关于影响移动体的磁场的信息的磁场图的方法和装置，以及使用磁场图来检查移动体的姿态的方法和装置。
背景技术：
机器人需要精确地识别自己的当前位置以便控制或监视其运动。为此，需要包含关于机器人的周围环境的信息的地图。
拓扑地图方法和网格地图方法是提供地图的传统方法。在1994出版的第十二届关于人工智能的国家会议的会议录中的979-984页中、由D.Kortenkamp和T.weymouth所写的标题为“Topological Mapping for MobileRobots using a Combination of Sonar and Vision Sensing”的论文中公开了拓扑地图方法。同时，在1988年由Al Magazine出版、由H.P.Moravec所写的标题为“Sensor Fusion in Certainty Grids for Mobile Robots”的书的vol.9、no.2、61-74页中公开了网格地图方法。
传统的拓扑地图方法将机器人的周围环境中的主要陆标之间的拓扑关系表示为地图。由于传统的拓扑地图方法不使用几何信息，主要使用传统的网格地图方法来识别机器人的精确位置。
根据传述的网格地图方法，将机器人移动的空间划分成具有一定大小的网格，并且使用传感器将占用网格的概率生成为地图。即，传统的网格地图方法能够使用诸如超声波传感器、红外线扫描仪、激光扫描仪或立体摄像机的传感器，近似地示出由机器人周围的墙壁和障碍物占用的空间。然而，由于超声波传感器和红外线扫描仪具有大量噪声，读出结果可能会不精确。另外，尽管激光扫描仪会带来相对精确的结果，其很昂贵并会具有由玻璃材料引起的失真结果。此外，由于立体摄像机对机器人周围的照明的变化很灵敏，会带来失真结果。另外，因为通过图像处理来识别陆标非常困难，立体摄像机并未投入实际使用。
发明内容
为了解决上述和/或其它问题，本发明提供一种使用关于影响移动体的磁场的信息的磁场信息，生成包含关于移动体的周围环境的信息的磁场图的方法。
本发明提供一种使用上述磁场图统计地检查移动体的姿态的方法。姿态通常由x位置、y位置和二维空间中的方向构成。
本发明提供一种用于使用关于影响移动体的磁场的信息的磁场信息，生成包含关于移动体的周围环境的信息的磁场图的装置。
本发明提供一种使用上述磁场图统计地检查移动体的姿态的装置。
根据本发明的一个方面，一种生成磁场图的方法包括对于移动体的每个位置获得磁场信息，该磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息；和基于对于移动体的每个位置的磁场信息来构造磁场图。
根据本发明的另一方面，一种使用根据本发明的生成磁场图的方法所构造的磁场图，检查移动体的姿态的方法包括在构造磁场图之后，估计移动体的位置；获得存在于估计位置的移动体的姿态的概率；以及使用磁场图上的估计位置处预期的磁场信息和在估计位置处实际测量的磁场信息两者来调整概率，其中，所述姿态的概率对应于移动体存在于估计位置的概率和移动体具有估计方向的概率中的至少一个。从而通过调整后的概率来检查移动体的姿态。
根据本发明的另一方面，一种用于生成磁场图的装置包括磁场信息计算部，用于对于移动体的每个位置计算磁场信息，磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息；以及磁场图构造部，用于基于从磁场信息计算部输出的对于移动体的每个位置的磁场信息来构造磁场图。
根据本发明的另一方面，一种使用根据本发明的生成磁场图的装置所产生的磁场图来检查移动体的姿态的装置包括位置估计部，估计移动体的位置；概率计算部，计算存在于估计位置的移动体的姿态的概率；磁场信息测量部，测量估计位置处的磁场信息；以及概率调整部，使用磁场图上的估计位置处预期的磁场信息和从磁场信息测量部输出的实际测量的磁场信息来调整所述概率，其中，姿态的概率对应于移动体存在于估计位置的概率和移动体具有估计方向的概率中的至少一个。因此，通过调整后的概率来检查移动体的姿态。
从下述结合附图，详细地描其优选实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更显而易见，其中图1是解释根据本发明的实施例的生成磁场图的方法的流程图；图2是解释根据本发明的实施例的图1所示的步骤10的流程图；图3是解释根据本发明的另一实施例的图1所示的步骤10的流程图；图4是解释根据本发明的另一实施例的图1所示的步骤10的流程图；图5是示例说明磁场图的例子的视图；图6是根据本发明的另一实施例的图1所示的步骤10的流程图；图7是解释根据本发明，使用磁场图来检查移动体的姿态的方法的流程图；图8是解释根据本发明的实施例的图7所示的步骤124的流程图；图9是示出当移动体在一维空间中移动时，磁场的大小和估计位置之间的关系的图；图10是示出在一维磁场图上观察的磁场大小和移动体位置之间的关系的图；图11是示出测量的磁场大小和观察的磁场大小之间的比较的图；图12是根据本发明的实施例的用于生成磁场图的装置的框图；图13是图12所示的磁场信息计算部的实施例的框图；图14是图12所示的磁场信息计算部的另一实施例的框图；图15是图12所示的磁场信息计算部的另一实施例的框图；图16是图12所示的磁场信息计算部的另一实施例的框图；图17是根据本发明，使用磁场图来检查移动体的姿态的装置的实施例的框图；以及图18是图17中所示的概率调整部的实施例的框图。
具体实施例方式
参考图1，根据本发明实施例的生成磁场图的方法包括对于每个位置获得磁场信息以及使用获得的磁场信息生成磁场图(步骤10和12)。
在图1中，对于移动体的每个位置获得关于影响移动体的磁场的信息(在下文中称为磁场信息)(步骤10)。这里，移动体表示诸如移动机器人的移动物体。在下文中，磁场信息表示影响移动体的磁场的大小及其磁北的方向中的至少一个。如果移动体是具有磁罗盘的机器人，则可以使用磁罗盘来测量磁场的大小及其磁北的方向中的至少一个。例如，使用磁罗盘来测量磁场矢量的各个分量，并使用测量的分量来获得磁场的大小。
在步骤10之后，构造磁场图，在该磁场图中，位置和对于移动体的每个位置获得的磁场信息相匹配(步骤12)。
图2是用于解释根据本发明的实施例(10A)的图1所示的步骤10的流程图，其中，逐个获得磁场图上的所有可能位置的磁场信息(步骤30-36)。参考图2，识别移动体的当前位置(步骤30)。在步骤30之后，在识别的当前位置获得磁场信息，并将获得的磁场信息与识别的当前位置相匹配，以便存储匹配的磁场信息(步骤32)。在步骤32之后，确定是否获得了相对于磁场图上的所有位置的所有磁场信息(步骤34)。如果确定获得了相对于磁场图上的所有位置的所有磁场信息，则方法进行到步骤12。然而，如果确定未获得相对于磁场图上的所有位置的所有磁场信息，则调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，以及方法进行到步骤30(步骤36)。这样，在步骤36之后，将下一目标位置识别为当前位置(步骤30)。
图3是用于解释根据本发明的实施例(10B)的图1所示的步骤10的流程图，其中，同时获得相对于磁场图上的所有位置的所有磁场信息(步骤50和52)。
参考图3，识别磁场图上所有位置的每一个(步骤50)。在步骤50之后，在每一个识别位置获得磁场信息，存储对于每个位置获得的磁场信息，以及方法进行到步骤12(步骤52)。
在图2所示的实施例10A中，逐个获得存在于磁场图上的所有位置的磁场信息并存储用于每个位置。相反，在图3所示的实施例10B中，同时获得存在于磁场图上的所有位置的所有磁场信息并存储用于每个位置。
图4是用于解释根据本发明的另一实施例(10C)的图1所示的步骤10的流程图，其中，逐个获得关于磁场图的所有单元的磁场信息(步骤70-80)。
图5是通过让移动体在存在墙壁90和92的室内空间中进行探测所获得的磁场图的例子，其包括多个单元或网格。通过将整个图划分成均等大小的区域来定义每个单元。这里，每个单元的箭头表示估计的磁北方向，以及不具有磁场信息的单元表示移动体未探测的区域。
当移动体探测以便构造磁场图时，首先识别并存储移动体的当前位置(步骤70)。在步骤70之后，获得并存储移动体的当前识别位置的磁场信息(步骤72)。在步骤72之后，确定当前位置和正好在识别当前位置之前访问和识别的前一位置是否存在于同一单元中(步骤74)。这里，每个单元包括一个或多个位置。如果确定移动体的当前位置和前一位置存在于同一单元中，则移动体移动到下一目标位置，以及方法进行到步骤70(步骤80)。在步骤80之后，将下一目标位置视为步骤70中的当前位置。然而，如果确定移动体的当前位置和前一位置不在同一单元中，即，如果确定获得了关于包括在前一位置所属的单元中的所有位置的所有磁场信息，则确定包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场信息的代表值(步骤76)。这里，对于每个单元存储确定的代表值。
在步骤76之后，确定是否获得了相对于磁场图的所有单元的所有代表值(步骤78)。如果未获得相对于磁场图的所有单元的所有代表值，则方法进行到步骤80。然而，如果确定获得了相对于磁场图的所有单元的所有代表值，则方法进行到步骤12。这里，由每个单元的代表值生成磁场图(步骤12)。
图6是用于解释根据本发明的另一实施例(10D)的图1所示的步骤10的流程图，其中，同时获得关于磁场图的所有单元的所有磁场信息(步骤100-108)。相对于磁场图的所有单元同时执行图6所示的步骤100-108。
识别移动体的当前位置，移动体的数目与能够存在于磁场图中的单元的数目相同(步骤100)。在步骤100之后，获得并存储在每个识别的当前位置的磁场信息(步骤102)。在步骤102之后，确定当前位置和正好在识别当前位置之前识别的前一位置是否存在于同一单元中(步骤104)。
如果确定移动体的当前位置和前一位置不存在于同一单元中，则确定包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场信息的代表值，以及方法进行到步骤12(步骤106)。对于每个单元存储确定的代表值。由对于每个单元存储的代表值生成磁场图(步骤12)。
然而，如果确定当前位置和前一位置存在于同一单元中，则调整每个当前位置以便相应的下一目标位置成为当前位置，以及方法进行到步骤100(步骤108)。在步骤108之后，将下一目标位置视为当前位置(步骤100)。
根据本发明的实施例，在图4的步骤76或图6的步骤106中，可将包括在每个单元中的位置的磁场信息的平均值确定为该单元的磁场图的代表值。如果磁场信息是磁场的大小，则包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场大小的平均值可被确定为该单元的磁场大小的代表值。同样地，如果磁场信息是磁北的方向，则包括在前一位置所属的单元中的位置的磁北方向的平均值可被确定为该单元的磁北方向的代表值。
根据本发明的另一实施例，在图4的步骤76或图6的步骤106中，当将磁场信息划分成多个部分时，可将包括在每个单元中的位置的磁场信息所属的部分确定为该单元的代表值。如果磁场信息是磁场的大小，可用多个部分，例如，如图5所示，0.4高斯或更大的部分、0.33-0.4高斯的部分、0.27-0.33高斯的部分、0.22-0.27高斯的部分以及0.2高斯或更小的部分，来表示磁场的大小。这里，选择包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场大小所属的部分，并可将选择的部分确定为该单元的磁场大小的代表值。同样地，如果磁场信息是磁北的方向，磁北的方向被划分成多个部分。选择包括在前一位置所属的单元中的位置的磁北方向所属的部分，并可将选择的部分确定为该单元的磁北方向的代表值。例如，可将每个单元的磁场大小的代表值表示为如图5所示的部分。
因此，当将磁场图划分成多个单元时，在图4的实施例10C中，逐个获得磁场图上所有单元的代表值。相反，在图6的实施例10D中，同时获得磁场图上所有单元的代表值。
根据本发明，可以估计分别在图2、3、4和6中的步骤30、50、70和100的每一个中识别的移动体的当前位置。在这种情况下，分别在图2、4和6所示的步骤36、80或108中，将当前位置调整到下一目标位置表示使移动体从当前位置行进到下一目标位置。这里，为了估计当前位置，可使用诸如摄像机、超声波传感器、陀螺传感器、里程表、激光扫描仪或红外线扫描仪的传感器。
或者，可预先给定分别在图2、3、4和6中所示的步骤30、50、70和100的每一个中识别的移动体的当前位置。在这种情况下，在图2、4或6所示的步骤36、80或108中分别将当前位置调整到下一目标位置是指传送移动体，而不使移动体从当前位置行进到下一目标位置。
可以用有效马尔可夫定位(active markov localization)方法或部分可观察马尔可夫判定处理(partially observable markov decision process)(POMDP)来确定分别在图2、4或6中所示的步骤36、80或108中所述的下一目标位置。这里，在标题为“Active Markov Localization for Mobile Robots”(D.Fox.Burgard和S.Thrun，Robotics and Autonomous Systems，V.25，1998，pp.195-207)的论文中公开了有效马尔可夫定位方法。在标题为“Acting under UncertaintyDiscrete Bayesian Models for Mobile Robot Navigation”(L.P.Kaelbling，A.R.Cassandra和J.A.Kurien，在IEEE/RSJ关于智能机器人和系统的国际会议的会议录中，1996)的论文中公开了部分可观察马尔可夫判定处理(POMDP)。
例如，在标题为“A High Accuracy of Magnetic Heading System Composedof Fluxgate Magnetometers and a Microcomputer”(S.Liu，Z.Zhang，J.C.Hung，在IEEE 1989国家宇航和电子会议(NAECON89)，1989，pp.148-152的会议录中)的论文中，公开了在图2、3、4或6所示的步骤32、52、72或102中获得磁场信息的方法。
在下文中将参考附图描述根据本发明，使用磁场图来检查移动体的姿态的方法及其实施例。
图7是用于解释根据本发明，使用磁场图来检查移动体的姿态的方法的流程图，其中，估计移动体的位置(步骤120)并使用磁场图来确定移动体在估计位置处的姿态的概率(步骤122和124)。
在图1所示的步骤12之后，估计将检查其姿态的移动体的位置(步骤120)。在步骤120之后，在移动体的估计位置处获得移动体的姿态的概率(步骤122)。其中，移动体的姿态的概率表示移动体存在于估计的当前位置的概率和移动体保持当前方向的概率中的至少一个。
可以使用例如卡尔曼(Kalman)滤波器、Markov定位方法、粒子滤波器(particle filter)或多重假设定位方法，来执行在步骤30、50、70、100和120的每一个中估计移动体的当前位置的方法，和分别在图2、3、4、6和7所示的在步骤122中获得移动体的姿态的概率的方法。
在标题为“A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems”(R.E.Kalman，Transaction of ASME-Joumal of Basic Engineering，1960，V.82，pp.35-45)的论文中公开了Kalman滤波器。在标题为“Markov Localization forMobile Robots in Dynamic Environments”(D.Fox，W.Burgard以及S.Thrun，Journal of Artificial Intelligence Research，1999，V.11，pp.391-427)的论文中公开了Markov定位方法。在标题为“Filtering Via SimulationAuxiliary ParticleFilter”(M.Pitt和N.Shephard，Journal of the American Statistical Association，1999，94，pp.590-599)的论文中公开了粒子滤波器。在标题为“BayesianEstimation and Kalman FilteringA Unified Framework for Mobile RobotLocalization”(S.I.Roumeliotis和G.A.Bekey，在关于机器人技术和自动控制的IEEE国际会议的会议录，2000，pp.2985-2992)中公开了多重假设定位方法。
如果由Kalman滤波器估计了移动体的当前位置，则从协方差信息类推移动体的姿态的概率。然而，当使用Markov定位方法、粒子滤波器或多重假设定位方法来估计移动体的当前位置时，需要直接获得移动体的姿态的概率。
在步骤122后，使用在磁场图上的估计位置预期的磁场信息和在估计位置实际测量的磁场信息，来调整概率(步骤124)。根据本发明，可在步骤120或步骤124测量在估计的当前位置的实际磁场信息。可通过调整后的概率来识别移动体的姿态。
图8是用于解释根据本发明的实施例(124A)，图7中所示的步骤124的流程图，其中，使用观察的磁场信息和测量的磁场信息之间的差值以及第一和第二预定数来调整概率(步骤140-146)。
在步骤122之后，获得观察的磁场信息和测量的磁场信息之间的差值的绝对值(步骤140)。在步骤140之后，求和差值的绝对值和第一预定数(步骤142)。可以预先确定第一预定数以便步骤142中的求和结果是正数。
在步骤142之后，将第二预定数除以求和结果(步骤144)。可以以经验为主地获得第二预定数。
在步骤144之后，将在步骤122获得的概率P与除法结果相乘，并将乘法结果确定为调整后的概率P′(步骤146)。可以如方程式1或2所示表示调整后的概率P′。
P′=P·K′|Hr-Hm|+ϵ]]>[方程式1]P′=P·K′|θr-θm|+ϵ]]>[方程式2]其中，ε表示第一预定数，K′表示第二预定数，Hm表示在磁场图上的估计位置预期的磁场大小，Hr表示在估计位置测量的磁场大小，θm表示在磁场图上的估计位置预期的磁北方向，以及θr表示在估计位置测量的磁北方向。
从方程式1或2可以看出，当观察的磁场大小和测量的磁场大小之间的差值减小时，调整后的概率P′增加，这意味着移动体存在于估计的当前位置的高可能性和移动体保持当前方向的高可能性中的至少一个。相反，当观察的磁场大小和测量的磁场大小之间的差值增加时，调整后的概率P′减小，这意味着移动体存在于估计的当前位置的低可能性和移动体保持当前方向的低可能性中的至少一个。
图9是示出当移动体在一维空间内移动时，磁场大小和估计的位置之间的关系的举例的图。在该图中，水平轴表示移动体的估计位置，而垂直轴表示在估计位置测量的磁场大小。
图10是示出在一维磁场图上观察的磁场大小和移动体的位置之间的关系的举例的图。在该图中，水平轴表示观察的移动体位置，而垂直轴表示观察的磁场大小。
图11是示出测量的磁场大小和观察的磁场大小之间的比较的图。在该图中，水平轴表示移动体的确认位置，而垂直轴表示磁场的大小。
当移动体在一个方向空间内移动时，估计移动体的位置。当在估计位置测量磁场大小时，可获得图9的图。当观察对应于用来获得图9的图的每个估计位置的磁场图上的磁场大小时，可获得图10的图。通过叠加图9的图和图10的图而获得图11的图。
如图11所示，由于测量的磁场大小与观察的磁场大小非常匹配，方程式1的概率P′增加。这意味着移动体的估计位置非常可能是移动体的实际位置。
结果，可以通过如方程式1所示的调整后的概率和方程式2所示的调整后的概率中的至少一个，来确认移动体存在于估计位置的概率和移动体保持当前方向的概率中的至少一个。
在下文中将参考附图描述用于生成磁场图的装置和根据本发明的实施例及其结构和操作。
图12是根据本发明的实施例，用于生成磁场图的装置的框图。参考图12，根据本发明的实施例，该用于生成磁场图的装置包括磁场信息计算部160和磁场图构造部162。图12所示的用于生成磁场图的装置可执行图1所示的用于生成磁场图的方法。
为了执行图1所示的步骤10，磁场信息计算部160对于移动体的每个位置计算磁场信息，该磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息。为了执行步骤12，磁场图构造部162根据从磁场信息计算部160输入的对于移动体的每个位置的磁场信息构造磁场图，并通过输出端口OUT1输出所构造的磁场图。
图13是根据本发明，图12的磁场信息计算部160的实施例(160A)的框图。参考图13，根据本发明的实施例(160A)的磁场信息计算部包括位置识别部180、磁场信息部182、磁场信息检查部184和位置调整部186。
该磁场信息计算部160A可执行根据图2所示的实施例10A的步骤。
为了执行步骤30，位置识别部180识别移动体的当前位置并将识别的位置输出到磁场信息部182。
为了执行步骤32，磁场信息部182计算位置识别部180所识别的当前位置处的磁场信息，将计算的磁场信息与识别的当前位置相匹配，存储匹配结果并通过输出端口OUT2将匹配结果输出到磁场图构造部162。
为了执行步骤34，响应指示完全存储了从磁场信息部182输出的磁场信息的信号，磁场信息检查部184检查是否获得了相对于磁场图上的所有位置的所有磁场信息，并将检查结果输出到位置调整部186和通过输出端口OUT3输出到磁场图构造部162。当磁场图构造部162根据磁场信息检查部184的检查结果识别出获得了所有磁场信息时，磁场图构造部162使用从磁场信息部182输入的与位置匹配的磁场信息来构造磁场图。
为了执行步骤36，当位置调整部186通过磁场信息检查部184的检查结果，识别出未获得所有磁场信息时，位置调整部186调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到位置识别部180。位置识别部180将由位置调整部186调整后的下一目标位置识别为当前位置。
图14是图12所示的磁场信息计算部160的另一实施例(160B)的框图。参考图14，根据本发明的另一实施例(160B)的磁场信息计算部包括第一、...、第m、...以及第M位置识别部200、...、202、...和204以及第一、...、第m、...、第M磁场信息部210、...、212、...和214。这里，M表示可存在于磁场图上的位置的总数，并且1≤m≤M。
根据图14所示的实施例160B的磁场信息计算部能够执行根据图3所示的实施例10B的步骤。
为了执行步骤50，第一、...、第m、...以及第M位置识别部200、...、202、...和204分别识别磁场图上的所有位置，并将识别的结果输出到第一、...、第m、...、第M磁场信息部210、...、212、...和214。
第一、...、第m、...、第M磁场信息部210、...、212、...和214执行步骤52。即，第m磁场信息部212计算由第m位置识别部202识别的位置处的磁场信息，通过将计算的磁场信息与位置相匹配存储计算的磁场信息，并通过输出端口OUT4将存储的结果输出到磁场图构造部162。
如上所述，根据图13所示的实施例160A的磁场信息计算部逐个获得关于磁场图上存在的位置的磁场信息。相反，根据图14所示的实施例160B的磁场信息计算部同时获得关于磁场图上存在的位置的所有磁场信息。
图15是图12所示的磁场信息计算部160的另一实施例(160C)的框图。参考图15，根据本发明的另一实施例(160C)的磁场信息计算部包括位置识别部230、磁场信息部232、位置检查部234、位置调整部236、代表值确定部238、单元检查部240。根据本发明的另一实施例160C的磁场信息计算部能够执行根据图14所示的实施例10C的步骤。
为了执行步骤70，位置识别部230识别移动体的当前位置并将识别的当前位置输出到磁场信息部232。
为了执行步骤72，磁场信息部232计算由位置识别部230识别的当前位置处的磁场信息，存储计算的磁场信息，并将存储的对于每个位置的磁场信息输出到代表值确定部238。
为了执行步骤74，响应指示完全存储了从磁场信息部232输出的磁场信息的信号，位置检查部234检查当前位置和正好在识别出当前位置之前识别的前一位置是否存在于同一单元中，并将检查结果输出到位置调整部236和代表值确定部238。
为了执行步骤76，如果根据位置检查部234的检查结果确定前一位置和当前位置不存在于同一单元中，则代表值确定部238使用从磁场信息部232输出的磁场信息，确定包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场信息的代表值，并通过输出端口OUT5将确定的每个单元的代表值输出到磁场图构造部162。
为了执行步骤78，响应从代表值确定部238输出的指示完成了代表值的确定的信号，单元检查部240检查是否获得了相对于磁场图上的所有单元的所有代表值，并将检查结果输出到位置调整部236和通过输出端口OUT6输出到磁场图构造部162。如果通过单元检查部240的检查结果识别出获得了所有代表值，则磁场图构造部162通过从代表值确定部138输出的对于每个单元的代表值来构造磁场图。
为了执行步骤80，如果通过从位置检查部234输出的检查结果识别出前一位置和当前位置存在于同一单元中，则位置调整部236调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到位置识别部230。同样，如果通过单元检查部240的检查结果识别出未获得所有代表值，则位置调整部236调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到位置识别部230。位置识别部230将通过位置调整部236调整的下一目标位置识别为当前位置。
图16是图12所示的磁场信息计算部160的另一实施例(160D)的框图。参考图16，根据本发明的该另一实施例(160D)的磁场信息计算部包括第一、...、第n、...和第N位置识别部260、...、262、...和264，第一、...、第n、...和第N磁场信息部270、...、272、...和274，第一、...、第n、...和第N位置检查部280、...、282、...和284，第一、...、第n、...和第N位置调整部290、...、292、...和294，以及第一、...、第n、...和第N代表值确定部300、...、302、...和304。这里，N表示能够在磁场图上存在的单元的总数，并且1≤n≤N。
图16所示的磁场信息计算部160D能够执行根据图6所示的实施例10D的步骤。
第n位置识别部262、第n磁场信息部272、第n位置检查部282、第n位置调整部292和第n代表值确定部302用来获得存在于磁场图上的N个单元中的第n单元的磁场信息的代表值。
为了执行步骤100，第一、...、第n、...和第N位置识别部260、...、262、...和264识别N个移动体的当前位置。
第一、...、第n、...和第N磁场信息部270、...、272、...和274执行步骤102。即，第n磁场信息部272计算第n位置识别部262所识别的当前位置处的磁场信息，存储计算结果并将存储的磁场信息输出到第n代表值确定部302。
第一、...、第n、...和第N位置检查部280、...、282、...和284执行步骤104。即，响应指示完成了存储从第n磁场信息部272输出的磁场信息的信号，第n位置检查部282检查正好在识别当前位置之前识别的前一位置和当前位置是否存在于同一单元中，并将检查结果输出到第n位置调整部292和第n代表值确定部302。
第一、...、第n、...和第N代表值确定部300、...、302、...和304执行步骤106。即，如果从第n位置检查部282的检查结果识别出前一位置和当前位置不存在于同一单元中，则第n代表值确定部302使用从第n磁场信息部272输出的磁场信息，确定包括在前一位置所属的单元中的位置的磁场信息的代表值，并通过输出端口OUT7将确定的代表值输出到磁场图构造部162。磁场图构造部162使用从第一、...、第n、...和第N代表值确定部300、...、302、...和304输出的对于每个单元的代表值来构造磁场图。
第一、...、第n、...和第N位置调整部290、...、292、...和294执行步骤108。即，如果从第n位置检查部282的检查结果识别出前一位置和当前位置包括在同一单元中，则第n位置调整部292调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到第n位置识别部262。第n位置识别部262将第n位置调整部292调整后的下一目标位置识别为当前位置。
如上所述，当磁场图被划分成多个单元时，图15所示的磁场信息计算部160C逐个获得单元的代表值。相反，图16所示的磁场信息计算部160D同时获得单元的代表值。
在下文中将参考附图描述根据本发明使用磁场图来检查移动体的姿态的装置的实施例的结构和操作。
图17是根据本发明，使用磁场图来检查移动体的姿态的装置的实施例的框图。参考图17，该装置包括位置估计部320、概率计算部322、磁场信息测量部324和概率调整部326。
图17所示的用于检查姿态的装置执行图7所示的检查姿态的方法。
为了执行步骤120，位置估计部320估计移动体的位置并将估计的位置输出到概率计算部322和磁场信息测量部324。
根据本发明，当估计分别由图13、14、15和16所示的位置识别部180、200、...、202、...、204、230、260、...、262、...和264中的每一个识别的当前位置时，或图17所示的位置估计部320估计移动体的位置时，可使用摄像机、超声波传感器、陀螺传感器、里程计、激光扫描仪或红外线扫描仪。
为了执行步骤122，概率计算部322计算移动体在从位置估计部320输出的估计位置处的姿态的概率P，并将计算的概率P输出到概率调整部326。
磁场信息测量部324和概率调整部326执行步骤124。即，磁场信息测量部324测量从位置估计部320输出的估计位置处的磁场信息，并将测量的磁场信息输出到概率调整部326。概率调整部326使用通过输入端口IN1接收的磁场图上的估计位置处的预期磁场信息和从磁场信息测量部324输出的实际测量的磁场信息，调整从概率计算部322输出的概率P，并通过输出端口OUT8输出调整后的概率P′。这里，如上所述，可以通过输出端口OUT8输出的调整后的概率P′来检查移动体的姿态。
图18是图17所示的概率调整部326的实施例(326A)的框图。参考图18，根据本发明的实施例(326A)的概率调整部包括差值和绝对值计算部340、求和部342、除法部344和乘法部346。
图18所示的概率调整部326A能够执行根据图8所示的实施例(124A)的步骤。
为了执行步骤140，差值和绝对值计算部340计算通过输入端口IN2接收的磁场图上的估计当前位置处预期的磁场信息和从磁场信息测量部324输出并通过输入端口IN3接收的测量的磁场信息之间的差值，获得计算的差值的绝对值，并将获得的绝对值输出到求和部342。
为了执行步骤142，求和部342求和从差值和绝对值计算部340输出的差值的绝对值和通过输入端口IN4接收的第一预定数ε，并将求和结果输出到除法部344。
为了执行步骤144，除法部344将通过输入端口IN5接收的第二预定数K′除以从求和部342输出的求和结果，并将除法结果输出到乘法部346。
为了执行步骤146，乘法部346将从除法部344输出的除法结果乘以通过输入端口IN6从概率计算部322输出的概率P，并通过输出端口OUT9输出乘法结果作为调整后的概率P′。
如上所述，根据根据本发明的用于生成磁场图的方法和装置以及用于使用磁场图来检查移动体的姿态的方法和装置，通过磁场图另外提供关于在现有技术中避免的磁场的信息。通过使用从磁场图观察的磁场信息和实际测量的磁场信息之间的差值而获得的概率，能够统计地检查移动体的姿态。尽管使用对移动体所处的照明状态很灵敏的摄像机来估计移动体的姿态，也可使用在与照明无关的情形下获得的磁场图来相对精确地检查移动体的姿态，而较少受到移动体所处的照明状态的影响。因此，能可靠地检查移动体的姿态。
权利要求
1.一种生成磁场图的方法，包括下列步骤对于移动体的每个位置获得磁场信息，该磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息；和基于对于移动体的每个位置的磁场信息来构造磁场图。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述获得磁场信息的步骤包括识别移动体的当前位置；获得识别的当前位置处的磁场信息，将获得的磁场信息和当前位置相匹配，并存储匹配结果；确定是否对于磁场图上的所有位置获得了磁场信息，以及如果确定相对于所有位置获得了磁场信息，则进行到构造磁场图的步骤；以及如果确定没有相对于所有位置获得磁场信息，则调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置并进行到识别移动体的当前位置的步骤，其中，在识别移动体的当前位置的步骤中，在调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置之后，将下一目标位置识别为当前位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述获得磁场信息的步骤包括识别磁场图上的所有位置中的每一个；和获得识别的每一位置处的磁场信息，匹配获得的磁场信息和识别的位置并存储匹配结果，并进行到构造磁场图的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述获得磁场信息的步骤包括识别移动体的当前位置；获得并存储当前识别位置处的磁场信息；确定正好在识别当前位置之前识别的前一位置和当前位置是否存在于同一单元中；如果确定当前位置和前一位置存在于同一单元中，则将移动体移动到下一目标位置并进行到识别移动体的当前位置的步骤；如果确定当前位置和前一位置不存在于同一单元中，则确定属于前一位置所属的单元的位置的磁场信息的代表值；以及确定是否相对于磁场图上的所有单元获得了代表值，以及如果确定对于所有单元获得了代表值，则进行到构造磁场图的步骤，以及如果确定没有对于所有单元获得代表值，则进行到将移动体移动到下一目标位置的步骤，其中，所述单元包括一个或多个位置，基于每个单元的代表值来构造磁场图，以及在将移动体移动到下一目标位置之后，下一目标位置被视为当前位置。
5.如权利要求1所述的方法，其中，获得磁场信息的步骤包括识别移动体的当前位置，存在的移动体与包括在磁场图中的单元数目一样多；获得并存储每个当前识别的位置处的磁场信息；确定正好在识别当前位置之前识别的前一位置和当前位置是否存在于同一单元中；如果确定当前位置和前一位置存在于同一单元中，则调整当前位置以便每个移动体的下一目标位置成为当前位置，并进行到识别移动体的当前位置的步骤；以及如果确定当前位置和前一位置不存在于同一单元中，则确定属于前一位置所属的单元的位置的磁场信息的代表值，并进行到构造磁场图的步骤，其中，所述单元包括至少两个位置，基于用于每个单元的代表值来构造磁场图，以及在调整当前位置以便每个移动体的下一目标位置成为当前位置之后，将下一目标位置视为当前位置。
6.如权利要求2所述的方法，其中，在识别移动体的当前位置的步骤中，估计移动体的当前位置并识别估计的当前位置。
7.如权利要求2所述的方法，其中，在识别移动体的当前位置的步骤中，识别给定的给定当前位置。
8.如权利要求4所述的方法，其中，所述代表值对应于磁场信息的平均值。
9.如权利要求4所述的方法，其中，当所述磁场信息被划分成多个部分时，所述代表值是相应的部分。
10.如权利要求2所述的方法，其中，通过有效马尔可夫定位方法确定下一目标位置。
11.如权利要求2所述的方法，其中，通过部分可观察马尔可夫判定处理确定下一目标位置。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁场信息是磁场的大小和磁北的方向中的至少一个。
13.一种使用通过权利要求1所述的生成磁场图的方法构造的磁场图来检查移动体的姿态的方法，该使用磁场图来检查移动体的姿态的方法包括下列步骤在构造磁场图之后，估计移动体的位置；获得存在于估计位置的移动体的姿态的概率；以及使用磁场图上的估计位置处预期的磁场信息和估计位置处实际测量的磁场信息两者来调整所述概率，其中，所述姿态的概率对应于移动体存在于估计位置的概率和移动体具有估计方向的概率中的至少一个，通过调整后的概率来检查移动体的姿态。
14.如权利要求13所述的方法，其中，使用卡尔曼滤波器来执行估计移动体的位置和获得移动体在估计位置处的姿态的概率中的至少一个步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中，使用马尔可夫定位方法来执行估计移动体的位置和获得移动体在估计位置处的姿态的概率中的至少一个步骤。
16.如权利要求13所述的方法，其中，使用粒子滤波器来执行估计移动体的位置和获得移动体在估计位置处的姿态的概率中的至少一个步骤。
17.如权利要求13所述的方法，其中，使用多重假设定位方法来执行估计移动体的位置和获得移动体在估计位置处的姿态的概率中的至少一个步骤。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述磁场信息是磁场的大小和磁北的方向中的至少一个。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述调整概率的步骤包括获得预期的磁场信息和测量的磁场信息之间的差值的绝对值；求和所述差值的绝对值和第一预定数；将第二预定数除以求和结果；以及将除法结果和所述概率相乘并将乘法结果确定为调整后的概率，其中，预设所述第一预定数以便求和结果成为正数。
20.一种用于生成磁场图的装置，包括磁场信息计算部，用于对于移动体的每个位置计算磁场信息，所述磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息；和磁场图构造部，用于基于从磁场信息计算部输出的对于移动体的每个位置的磁场信息来构造磁场图。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述磁场信息计算部包括位置识别部，识别移动体的当前位置；磁场信息部，计算由位置识别部识别的当前位置处的磁场信息，将当前位置和计算的磁场信息相匹配并存储匹配结果；磁场信息检查部，检查是否相对于磁场图上的所有位置获得了磁场信息，并输出检查结果；以及位置调整部，响应磁场信息检查部的检查结果，调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到位置识别部，其中，所述位置识别部将通过位置调整部调整的下一目标位置识别为当前位置，以及所述磁场图构造部响应磁场信息检查部的检查结果来构造磁场图。
22.如权利要求20所述的装置，其中，所述磁场信息计算部包括第一至第M位置识别部，识别磁场图上的所有位置的每一个，其中，M表示所有位置的数目；以及第一至第M磁场信息部，其中，第m磁场信息部计算由第m位置识别部识别的位置处的磁场信息，其中，1≤m≤M，以及将计算的磁场信息与识别的位置相匹配并存储匹配结果。
23.如权利要求20所述的装置，其中，所述磁场信息计算部包括位置识别部，识别移动体的当前位置；磁场信息部，计算由位置识别部识别的当前位置处的磁场信息并存储计算的磁场信息；位置检查部，确定正好在识别当前位置之前识别的前一位置和当前位置是否存在于同一单元中，并输出检查结果；位置调整部，响应位置检查部的检查结果，调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置并将调整后的位置输出到位置识别部；代表值确定部，响应位置检查部的检查结果，使用存储的磁场信息来确定属于前一位置所属的单元的位置的磁场信息的代表值；以及单元检查部，检查是否相对于磁场图上的所有单元获得了代表值，并输出检查结果，其中，所述单元包括至少两个位置，所述位置调整部响应单元检查部的检查结果而调整当前位置，所述磁场图构造部响应单元检查部的检查结果，基于每个单元的代表值来构造磁场图，以及所述位置识别部将位置调整部调整后的下一目标位置识别为当前位置。
24.如权利要求20所述的装置，其中，所述磁场信息计算部包括第一至第N位置识别部，识别N个移动体的当前位置，其中N表示所有单元的数目；第一至第N磁场信息部；第一至第N位置检查部；第一至第N位置调整部；以及第一至第N代表值确定部，其中，第n磁场信息部计算由第n位置识别部识别的当前位置处的磁场信息，并存储计算的磁场信息，其中1≤n≤N，第n位置检查部检查正好在识别当前位置之前识别的前一位置和当前位置是否存在于同一单元中，第n位置调整部响应第n位置检查部的检查结果，调整当前位置以便下一目标位置成为当前位置，并将调整后的位置输出到第n位置识别部，第n代表值确定部响应第n位置检查部的检查结果，使用存储在第n磁场信息部中的磁场信息，确定属于前一位置所属的单元的位置的磁场信息的代表值，其中，所述单元包括至少两个位置，所述磁场图构造部基于每个单元的代表值构造磁场图，以及第n位置识别部将第n位置调整部调整后的下一目标位置识别为当前位置。
25.一种使用权利要求20所述的用于生成磁场图的装置所产生的磁场图来检查移动体的姿态的装置，该用于检查移动体的姿态的装置包括位置估计部，估计移动体的位置；概率计算部，计算存在于估计位置处的移动体的姿态的概率；以及磁场信息测量部，测量估计位置处的磁场信息；以及概率调整部，使用在磁场图上的估计位置处预期的磁场信息和从磁场信息测量部输出的实际测量的磁场信息来调整所述概率，其中，姿态的概率对应于移动体存在于估计位置的概率和移动体具有估计方向的概率中的至少一个，通过调整后的概率来检查移动体的姿态。
26.如权利要求25所述的装置，其中，所述概率调整部包括差值和绝对值计算部，计算观察的磁场信息和测量的磁场信息之间的差值的绝对值；求和部，求和所述差值的绝对值和第一预定数；除法部，将第二预定数除以求和结果；以及乘法部，将除法结果和所述概率相乘并输出乘法结果作为调整后的概率，其中，预设所述第一预定数以便求和部的求和结果成为正数。
27.如权利要求25所述的装置，其中，所述位置估计部包括估计移动体的位置的摄像机、超声波传感器、陀螺传感器、里程计、激光扫描仪或红外扫描仪。
全文摘要
提供一种生成磁场图的方法，包括对于移动体的每个位置获得磁场信息，该磁场信息是关于影响移动体的磁场的信息；以及基于对于移动体的每个位置的磁场信息来构造磁场图。可通过使用从磁场图观察的磁场信息和实际测量的磁场信息之间的差值而获得的概率，来统计地检查移动体的姿态。尽管使用对移动体所处的照明状态灵敏的摄像机来估计移动体的姿态，也可使用在与照明无关的情况下获得的磁场图来相对精确地检查移动体的姿态，而较少受到移动体所处的照明状态的影响。因此，能够可靠地检查移动体的姿态。
文档编号G05D3/12GK1651864SQ200510005598
公开日2005年8月10日 申请日期2005年1月21日 优先权日2004年2月4日
发明者权雄, 卢庆植, 韩宇燮, 沈营辅 申请人:三星电子株式会社