[發明專利]實時定位和定向跟蹤器

有效

• 申請號: 201880055414.0
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN111095355B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 馬克·約瑟夫·皮瓦茨;科西莫·圣泰拉
• 申請（專利權）人: 快磚知識產權私人有限公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80;G06T7/246;G01C11/30;G01C1/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 陸建萍;楊明釗

本公開涉及一種用于跟蹤在環境中的物體的定位和/或定向的跟蹤系統，該跟蹤系統包括：至少一個攝像機，其安裝到物體；多個間隔開的目標，所述目標中的至少一些由至少一個攝像機可見；以及一個或更多個電子處理設備，其被配置為：確定指示目標的相對空間定位的目標定位數據；從至少一個攝像機接收指示圖像的圖像數據，所述圖像包括目標中的至少一些；處理圖像數據以：識別圖像中的一個或更多個目標；確定對應于圖像中的一個或更多個目標的定位的像素陣列坐標；以及使用經處理的圖像數據通過三角測量來確定物體的定位和定向。

優先權文件

本申請要求標題為“REAL TIME POSITION AND ORIENTATION TRACKER”且于2017年7月5日提交的澳大利亞臨時申請號2017902623的優先權，該臨時申請的內容特此通過引用被全部并入。

發明背景

本發明涉及一種用于跟蹤在環境中的物體的定位和/或定向的跟蹤系統。

現有技術的描述

在本說明書中對任何現有的出版物(或從它得到的信息)或對任何已知事件的提及并不會且不應被視為對現有的出版物(或從它得到的信息)或已知事件形成在本說明書涉及的領域中的公知常識的一部分的確認或承認或任何形式的暗示。

為了準確地控制工業機器人或大型建筑機器人的末端執行器定位，必須測量末端執行器或靠近末端執行器的機器人的一部分的定位和定向。為了在機器人的運動期間實現動態穩定性和準確控制，必須以高數據速率且實時地測量定位和定向。控制系統的反饋回路的延遲導致隨動誤差以及減小的帶寬和相位裕度，所有這些都是不可取的。延遲也可在伺服控制系統中引入自激或諧振。

對于具有多達3m的范圍(reach)的傳統尺寸機器人且當末端執行器保持到激光跟蹤器的視線時，當前可用的激光跟蹤器和光學CMM解決方案以足夠的頻率提供準確的數據以針對任務(例如鉆孔)校正末端執行器定位。

對于大型建筑機器人(例如，在發明人的國際專利申請PCT/AU2007/000001中描述的建筑機器人)，其具有30m的范圍并且其中由于視線限制，在目標和末端執行器之間的距離可以是2m，大約0.3mm的靜態定位測量準確度和0.01度的定向準確度導致僅0.7mm的末端執行器準確度，這僅僅是剛好足夠的。在0.1mm的定向準確度的情況下，末端執行器準確度降低至+/-4mm，這意味著相鄰磚塊(brick)可具有在它們之間的8mm的不匹配，盡管發明人已經發現磚塊通常彼此相距在4mm內并且在絕對定位的2mm內。此外，定位測量具有由長期漂移、高頻白噪聲和低頻噪聲組成的誤差分量(其可能是由于測量系統的結構零件的振動或在測量系統中的伺服部件的調諧)。過濾測量結果以降低噪聲引入了時間延遲。即使用優化的系統，誤差噪聲和延遲的引入也降低粗-精定位補償系統的動態性能，并可能將諧振引入到系統。

六自由度激光跟蹤器(例如，具有Tmac的Leica AT960XR或具有主動目標或智能Trac傳感器(STS)的API Omnitrac)是已知的。Leica AT960XR激光跟蹤系統可以在每秒1000個定位的速率下提供準確到大約+/-15μm的位置坐標。具有Tmac探針的AT960XR還可以提供準確度達0.01度的定向，且該定向在100Hz下被測量或者被內插至1000Hz(這引入10ms時間延遲)或者被外插至1000Hz(這引入外插誤差，其取決于Tmac的運動)。在有Tmac的情況下，該范圍被限制到30m。在2016年，系統的成本約為400,000.00澳元。

API Omnitrac和STS提供在300Hz處的定位和定向數據。定向數據具有小于0.1度的準確度。API可能在未來將他們的設備的定向準確度提高到0.01度，但這還沒有發生。

激光跟蹤器依賴于測量光束的飛行時間和/或激光干涉測量法以用于距離測量，且因此依賴于準確地知道空氣的溫度和密度，因為這影響了光速。由于這個原因，激光跟蹤器包括氣象臺以測量溫度和濕度和氣壓。