DE112020001559T5 - Informationsverarbeitungseinrichtung, programm und informationsverarbeitungsverfahren - Google Patents

Abstract

[Problem] Bereitstellung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, eines Programms und eines Informationsverarbeitungsverfahrens, die eine autonome Positionsbestimmung durch Geomagnetismus erreichen können, ohne eine geomagnetische Karte zu erfordern.[Lösung] Eine Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Technologie umfasst eine Erfassungseinheit und eine Recheneinheit. Die Erfassungseinheit erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung. Die Recheneinheit schätzt einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Technologie betrifft eine Informationsverarbeitungseinrichtung, ein Programm und ein Informationsverarbeitungsverfahren gemäß autonomer Positionsbestimmung.
• Stand der Technik
• Es wird eine autonome Positionsbestimmungstechnologie verwendet, um die Bewegung einer Drohne, eines Transferroboters und dergleichen zu steuern. Bei der autonomen Positionsbestimmung werden im Allgemeinen IMU (inertial measurement unit, Trägheitsmesseinheit), SLAM (Simultaneous Localization and Mapping, simultane Positionsbestimmung und Kartenerstellung), LiDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging, Lichtdetektion und Entfernungsmessung, Laserbildgebungsdetektion und Entfernungsmessung), und dergleichen verwendet. Bei der Berechnung anhand der Beschleunigung unter Verwendung der IMU werden Fehler akkumuliert, und die Genauigkeit wird oftmals ungenügend. Ferner gibt es bei einem auf optischer Beobachtung basierenden Verfahren wie beispielsweise SLAM und LiDAR insofern Probleme, als der Energieverbrauch hoch ist und die Abhängigkeit der Genauigkeit von der Umgebung groß ist.
• In den letzten Jahren ist unterdessen ein Verfahren zur Verwendung von Geomagnetismus zur autonomen Positionsbestimmung untersucht worden. Zum Beispiel offenbart Patentliteratur 1 eine Technologie zum Durchführen von autonomer Positionsbestimmung unter Verwendung einer geomagnetischen Karte. Da Geomagnetismus in Innenbereichen nicht gleichförmig ist und durch die Anordnung von in Baumaterialien eines Gebäudes enthaltenen Bewehrungsstäben oder dergleichen beeinflusst wird, kann eine durch Abbildung einer Verteilung von Geomagnetismus erhaltene geomagnetische Karte für autonome Positionsbestimmung verwendet werden.
• Liste der Anführungen
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2018-063679
• Offenbarung der Erfindung
• Technisches Problem
• In der in Patentliteratur 1 beschriebenen Technologie muss jedoch eine Messung durchgeführt werden, bei der die Position und der Geomagnetismus vorher miteinander in Beziehung gesetzt werden müssen, und eine Datenbank für die geomagnetische Karte erstellt werden. Ferner ist auch eine Art und Weise der Verteilung der Datenbank für die geomagnetische Karte erforderlich. Ferner wird die geomagnetische Karte durch die Änderung des Magnetisierungszustands der Bewehrungsstäbe oder dergleichen und Änderungen über die Zeit beeinflusst. Aus diesem Grund besteht ein Erfordernis, Messungen periodisch durchzuführen und die geomagnetische Karte zu aktualisieren.
• Angesichts der oben beschriebenen Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Technologie darin, eine Informationsverarbeitungseinrichtung, ein Programm und ein Informationsverarbeitungsverfahren bereitzustellen, die eine autonome Positionsbestimmung durch Geomagnetismus erreichen können, ohne eine geomagnetische Karte zu erfordern.
• Zum Lösen der oben erwähnten Aufgabe weist eine Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Technologie: eine Erfassungseinheit; und eine Recheneinheit auf.
• Die Erfassungseinheit erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung.
• Die Recheneinheit schätzt einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.
• Gemäß dieser Konfiguration kann die Informationsverarbeitungseinrichtung den Bewegungsvektor unter Verwendung des räumlichen magnetischen Gradienten und der zeitlichen magnetischen Änderung schätzen und braucht keine geomagnetische Karte zu verwenden. Daher ist es möglich, eine autonome Positionsbestimmung selbst dort, wo keine geomagnetische Karte erstellt ist, durchzuführen.
• Die Erfassungseinheit kann den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von einer an einem sich bewegenden Objekt angebrachten magnetischen Detektionseinheit erfassen, und
  die Recheneinheit kann einen Bewegungsvektor des sich bewegenden Objekts schätzen.
• Die magnetische Detektionseinheit kann mehrere Magnetsensoren aufweisen, die Geomagnetismus detektieren, und die Erfassungseinheit kann den magnetischen Gradienten aus einer Differenz zwischen von den mehreren Magnetsensoren ausgegebenen Magnetstärken erfassen.
• Die magnetische Detektionseinheit kann einen Magnetgradientensensor, der den magnetischen Gradienten detektiert, und einen Magnetsensor, der die magnetische Änderung detektiert, aufweisen.
• Die Erfassungseinheit und die Recheneinheit können an dem sich bewegenden Objekt angebracht sein.
• Die Erfassungseinheit kann den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von dem sich bewegenden Objekt empfangen.
• Die Recheneinheit kann ferner basierend auf dem Bewegungsvektor ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzen.
• Die magnetische Detektionseinheit kann mindestens zwei Magnetsensoren aufweisen, und
  die Recheneinheit kann einen eindimensionalen Bewegungsvektor schätzen.
• Die magnetische Detektionseinheit kann mindestens drei Magnetsensoren aufweisen, und
  die Recheneinheit kann einen zweidimensionalen Bewegungsvektor schätzen.
• Die magnetische Detektionseinheit kann mindestens vier Magnetsensoren aufweisen, und
  die Recheneinheit kann einen dreidimensionalen Bewegungsvektor schätzen.
• Die Erfassungseinheit kann ferner eine Ausgabe einer Trägheitsmessvorrichtung erfassen, und
  die Recheneinheit kann durch den Bewegungsvektor eine basierend auf der Ausgabe der Trägheitsmessvorrichtung berechnete Geschwindigkeit korrigieren.
• Ferner kann die Erfassungseinheit eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfassen, und
  die Recheneinheit kann, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung ein sich bewegendes Objekt detektiert wird, ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts, an dem die magnetische Detektionseinheit 100 angebracht ist, basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor schätzen.
• Die Erfassungseinheit kann ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfassen, und
  die Recheneinheit kann ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß miteinander vergleichen, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungssensor geschätzt wird, und schätzen, wo eine Differenz zwischen dem ersten Bewegungsausmaß und dem zweiten Bewegungsausmaß größer als ein Schwellenwert ist, wobei das zweite Bewegungsausmaß ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts ist.
• Die Erfassungseinheit kann ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfassen, und
  die Recheneinheit kann ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß durch eine Sensorfusionstechnologie integrieren, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor geschätzt wird, und ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzen.
• Zum Lösen der oben genannten Aufgabe ist ein computerlesbares Speichermedium gemäß der vorliegenden Technologie ein computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, das bei Ausführung durch einen Prozessor einer Informationsverarbeitungseinrichtung bewirkt, dass die Informationsverarbeitungseinrichtung als: eine Erfassungseinheit; und eine Recheneinheit wirkt.
• Die Erfassungseinheit erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung.
• Die Recheneinheit schätzt einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.
• Zum Lösen der oben genannten Aufgabe beinhaltet ein Informationsverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Technologie: Erfassen eines räumlichen magnetischen Gradienten und einer zeitlichen magnetischen Änderung durch eine Erfassungseinheit.
• Eine Recheneinheit schätzt einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.
• Figurenliste
• [1] 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
• [2] 2 zeigt ein Beispiel für eine geomagnetische Karte.
• [3] 3 ist eine schematische Darstellung, die die Funktionsprinzipien der Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
• [4] 4 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration und eine Funktionsweise der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, die einen eindimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• [5] 5 ist ein Schaubild, das einen durch eine in der Informationsverarbeitungseinrichtung enthaltene Erfassungseinheit erfassten räumlichen magnetischen Gradienten zeigt.
• [6] 6 ist ein Schaubild, das eine durch die in der Informationsverarbeitungseinrichtung enthaltene Erfassungseinheit erfasste zeitliche magnetische Änderung zeigt.
• [7] 7 ist ein Prinzipschaubild, das eine Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, die einen zweidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• [8] 8 ist eine schematische Darstellung, die eine Funktionsweise der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, die einen zweidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• [9] 9 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, die einen dreidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• [10] 10 ist eine schematische Darstellung, die eine Funktionsweise der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, die einen dreidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• [11] 11 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Konfiguration einer in der Informationsverarbeitungseinrichtung enthaltenen magnetischen Detektionseinheit zeigt.
• [12] 12 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [13] 13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der eine Trägheitsmessvorrichtung dieser Ausführungsform enthaltenden Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
• [14] 14 ist ein Prinzipschaubild, das ein Positionsbestimmungsberechnungsverfahren der Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [15] 15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der eine optische Positionsbestimmungsvorrichtung enthaltenden Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
• [16] 16 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 1 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [17] 17 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 2 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [18] 18 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 3 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [19] 19 ist ein Flussdiagramm, das ein Anwendungsbeispiel 1 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [20] 20 ist ein Flussdiagramm, das das Anwendungsbeispiel 1 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [21] 21 ist ein Flussdiagramm, das ein Anwendungsbeispiel 2 für die Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt.
• [22] 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Hardwarekonfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
• Durchführungsweise(n) der Erfindung
• Es wird eine Informationsverarbeitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben.
• [Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung]
• 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Informationsverarbeitungseinrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann an einem sich bewegenden Objekt wie beispielsweise einem Roboter und einer Drohne angebracht sein. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 eine magnetische Detektionseinheit 110 und eine Informationsverarbeitungseinheit 120 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass jede Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 eine durch das Zusammenwirken von Hardware und Software realisierte funktionale Konfiguration ist.
• Die magnetische Detektionseinheit 110 weist mehrere Magnetsensoren 111 auf und detektiert einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung einer Peripherie der Informationsverarbeitungseinrichtung 100. Jeder der mehreren Magnetsensoren 111 detektiert Geomagnetismus. Jeder Magnetsensor 111 muss nur in der Lage sein, Geomagnetismus zu detektieren, und seine Konfiguration ist nicht besonders eingeschränkt. Die Anzahl der in der magnetischen Detektionseinheit 110 enthaltenden Magnetsensoren 111 ist nicht auf vier beschränkt.
• Die Informationsverarbeitungseinheit 120 weist eine Erfassungseinheit 121 und eine Recheneinheit 122 auf. Wie nachfolgend beschrieben wird, erfasst die Erfassungseinheit einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung von der magnetischen Detektionseinheit 110 und führt diese der Recheneinheit 122 zu. Die Recheneinheit 122 schätzt den Bewegungsvektor der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 basierend auf dem räumlichen magnetischen Gradienten und der zeitlichen magnetischen Änderung.
• [Hinsichtlich geomagnetischer Karte]
• 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine geomagnetische Karte zeigt, bei der die geomagnetische Stärke in Schatten ausgedrückt ist. 2 zeigt eine geomagnetische Karte in beispielsweise einem bestimmten Innenraum. Wie in der Figur gezeigt ist, ist der Geomagnetismus selbst in Innenbereichen nicht gleichförmig und ist aufgrund des Einflusses von Bewehrungsstäben von Baumaterialien oder dergleichen verzerrt. Bei dem bestehenden Verfahren wird eine geomagnetische Karte, wie in 2 gezeigt, durch vorheriges Messen erstellt, und der durch einen Magnetsensor detektierte Geomagnetismus wird mit der geomagnetischen Karte verglichen, um die Eigenposition zu detektieren.
• In diesem Fall muss jedoch vorher eine geomagnetische Karte erstellt werden und die geomagnetische Karte in vorbestimmten Zeitabständen aktualisiert werden. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Technologie ist die Erstellung der geomagnetischen Karte wie in 2 gezeigt unterdessen nicht erforderlich.
• [Hinsichtlich Schätzung eines Bewegungsvektors]
• Es wird die Schätzung eines Bewegungsvektors durch die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 beschrieben. 3 ist eine schematische Darstellung, die das Grundprinzip der Schätzung eines Bewegungsvektors durch die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zeigt. Wie in der Figur zeigt ist, wird angenommen, dass sich die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 in einer Umgebung bewegt, in der es eine Verzerrung des Geomagnetismus gibt. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 ist zum Zeitpunkt T1 weiß gezeigt, und die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zu einem Zeitpunkt T nach einer Zeit a von dem Zeitpunkt T1 ist schwarz gezeigt.
• Zum Zeitpunkt T1 detektiert der Magnetsensor 111 Geomagnetismus in seiner Nähe und erfasst die Geomagnetismusverteilung seiner Peripherie. Wenn die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2, detektiert jeder Magnetsensor 111 Geomagnetismus in seiner Nähe und erfasst die Geomagnetismusverteilung auf seine Peripherie.
• Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 vergleicht die Geomagnetismusverteilung zum Zeitpunkt T1 und die Geomagnetismusverteilung zum Zeitpunkt T2 miteinander, um den Bewegungsvektor der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zu berechnen. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 schätzt den Geschwindigkeitsvektor der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 durch Dividieren des berechneten Bewegungsvektors durch die Zeit a.
• Nachfolgend wird das Verfahren zum Schätzen eines Bewegungsvektors näher beschrieben. Zunächst wird das Verfahren beschrieben, in dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 einem eindimensionalen Bewegungsvektor detektiert. 4 ist eine schematische Darstellung, die die Bewegung eines sich bewegenden Objekts 150, an dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 angebracht ist, zeigt. Das sich bewegende Objekt 150 ist zum Beispiel ein Drehgestell, und es wird angenommen, dass sich das Drehgestell in einer x-Richtung entlang einer Schiene R bewegt, wie in der Figur dargestellt ist.
• Der Magnetsensor 111 ist bezüglich der Fahrtrichtung (x-Richtung) auf der Vorderseite und der Hinterseite des sich bewegenden Objekts 150 angeordnet. Nachfolgend wird der auf der Vorderseite des sich bewegenden Objekts 150 angeordnete Magnetsensor 111 als der Magnetsensor 111f bezeichnet, und der auf der Hinterseite angeordnete Magnetsensor 111 wird als der Magnetsensor 111r bezeichnet. Der Magnetsensor 111f und der Magnetsensor 111r sind so angeordnet, dass sie in der Fahrtrichtung (x-Richtung) des sich bewegenden Objekts 150 in einem vorbestimmten Abstand, z. B. 5 cm, voneinander beabstandet sind.
• 5 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für die Position entlang der x-Richtung und die geomagnetische Stärke zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist der Abstand zwischen dem Magnetsensor 111f und dem Magnetsensor 111r als L definiert. Ferner ist eine durch den Magnetsensor 111f zum Zeitpunkt t detektierte Magnetstärke als B_f(t) definiert, und eine durch den Magnetsensor 111r zum Zeitpunkt t detektierte Magnetstärke ist als B_r(t) definiert. Hier wird ein Positionsgradient g_x(t) [µT/m] zum Zeitpunkt t wie folgt (Formel 1) dargestellt.
  [Gl. 1] $${\text{g}}_{\text{x}}\left(\text{t}\right)=\frac{{\text{B}}_{\text{f}}\left(\text{t}\right)-{\text{B}}_{\text{r}}\left(\text{t}\right)}{{}_{\text{L}}}$$

  
• Das heißt, die geomagnetische Stärke hat eine Steigung g_x(t) in der Nähe des sich bewegenden Objekts 150. Ferner ist 6 ein Schaubild, das ein Beispiel für die geomagnetische Stärke über Zeit zeigt, die durch den Magnetsensor 111f detektiert wird. Wie in der Figur gezeigt ist, wird ein zeitlicher Gradient gt(t) [µT/s] in einer vorbestimmten Zeit T wie folgt (Formel 2) dargestellt.
  [Gl. 2] $${\text{g}}_{\text{t}}\left(\text{t}\right)=\frac{{\text{B}}_{\text{f}}\left(\text{t}\right)-{\text{B}}_{\text{f}}\left(\text{t}-\text{T}\right)}{\text{T}}$$

  
• Das heißt, die durch den Magnetsensor 111f detektierte geomagnetische Stärke weist einen Gradienten g_t(t) in einer Sekunde auf. Das Folgende (Formel 3) kann aus (Formel 1) und (Formel 2) abgeleitet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass v(t) L/T darstellt.
  [Gl. 3] $${\text{g}}_{\text{x}}\left(\text{t}\right)\text{v}\left(\text{t}\right)={\text{g}}_{\text{t}}\left(\text{t}\right)$$

  
• Das Folgende (Formel 4) kann durch Modifizieren von (Formel 3) abgeleitet werden.
  [Gl. 4] $$\text{v}\left(\text{t}\right)=\frac{{\text{g}}_{\text{t}}\left(\text{t}\right)}{{\text{g}}_{\text{x}}\left(\text{t}\right)}$$

  
• Daher ist die Geschwindigkeit v(t) entlang der x-Richtung gt(t)/g_x(t), das sich bewegende Objekt 150 hat sich in einer Sekunde bewegt gt(t)/g_x(t) [m]. Auf diese Weise kann die eindimensionale Geschwindigkeit (d. h. der Bewegungsvektor) des sich bewegenden Objekts 150 basierend auf den Detektionsergebnissen der beiden Magnetsensoren des Magnetsensors 111f und des Magnetsensors 111r berechnet werden.
• [Funktionsweise der Informationsverarbeitungseinrichtung]
• Wie oben beschrieben kann die Informationsverarbeitungseinrichtung den eindimensionalen Bewegungsvektor durch Erfassen des räumlichen magnetischen Gradienten (des Positionsgradienten g_x(t)) und der zeitlichen magnetischen Änderung (des zeitlichen Gradienten gt(t)) durch mindestens zwei entlang der Bewegungsrichtung positionierte Magnetsensoren 111 berechnen.
• Insbesondere erfasst bei der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 die Erfassungseinheit 121 den Positionsgradienten g_x(t) und den zeitlichen Gradienten g_t(t) von den mehreren Magnetsensoren 111, die entlang der Bewegungsrichtung der jeweiligen Magnetsensoren 111 positioniert sind. Die Erfassungseinheit 121 führt der Recheneinheit 122 den erfassten Positionsgradienten g_x(t) und den erfassten zeitlichen Gradienten gt(t) zu.
• Die Recheneinheit 122 berechnet, wie oben beschrieben, den Bewegungsvektor v(t) aus dem Positionsgradienten g_x(t) und dem zeitlichen Gradienten g_t(t). Ferner kann die Recheneinheit 122 das Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts 150 durch Integrieren des Bewegungsvektors berechnen.
• (Hinsichtlich des zweidimensionalen Bewegungsvektors und dreidimensionalen Bewegungsvektors)
• Wie oben beschrieben wurde, kann in der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 ein eindimensionaler Bewegungsvektor basierend auf den Ausgaben der beiden entlang der Bewegungsrichtung des sich bewegenden Objekts angeordneten Magnetsensoren 111 berechnet werden, aber dies kann auf einen zweidimensionalen und dreidimensionalen ausgeweitet werden.
• 7 ist ein Prinzipschaubild, das ein sich bewegendes Objekt 160 zeigt, an dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100, die einen zweidimensionalen Bewegungsvektor berechnen kann, angebracht ist, und 8 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie sich das sich bewegende Objekt 160 bewegt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist das sich bewegende Objekt 160 zum Beispiel ein Roboter mit Drehgestell, der sich in einer Lagerhalle oder dergleichen in der xy-Ebene bewegen kann.
• Wie in 7 gezeigt ist, sind vier Magnetsensoren 111, die in der Bewegungsrichtung (x-Richtung und y-Richtung) des sich bewegenden Objekts 160 voneinander getrennt sind, in dem sich bewegenden Objekt 160 angeordnet. Die Abstände zwischen den Magnetsensoren 111 betragen in der x-Richtung und der y-Richtung ungefähr 5 cm.
• Die Informationsverarbeitungseinheit 120 kann durch Berechnen der eindimensionalen Bewegungsvektoren in der x-Richtung und der y-Richtung wie oben beschrieben und Kombinieren der Vektoren einen zweidimensionalen Bewegungsvektor berechnen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Informationsverarbeitungseinheit 120 den zweidimensionalen Bewegungsvektor basierend auf Ausgaben von drei in der x-Richtung und y-Richtung voneinander getrennten Magnetsensoren 111 berechnen kann und durch Miteinbeziehen von vier oder mehr Magnetsensoren 111 den zweidimensionalen Bewegungsvektor genauer berechnen kann.
• Ferner kann die Informationsverarbeitungseinheit 120 das Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts 160 in der xy-Ebene durch Integrieren des zweidimensionalen Bewegungsvektors berechnen.
• 9 ist eine schematische Darstellung eines sich bewegenden Objekts 170, an dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100, die einen dreidimensionalen Bewegungsvektor berechnen kann, angebracht ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in 9 die Darstellung der Informationsverarbeitungseinheit 120 weggelassen ist. 10 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie sich das sich bewegende Objekt 170 bewegt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist das sich bewegende Objekt 170 zum Beispiel eine Drohne, die sich im X-Y-Z-Raum bewegen kann.
• Wie in 9 gezeigt ist, sind acht Magnetsensoren 111, die in der Bewegungsrichtung (x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung) des sich bewegenden Objekts 170 voneinander getrennt sind, in dem sich bewegenden Objekt 170 angeordnet. Die Abstände zwischen den Magnetsensoren 111 betragen in der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung ungefähr 5 cm.
• Die Informationsverarbeitungseinheit 120 kann durch Berechnen der eindimensionalen Bewegungsvektoren in der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung wie oben beschrieben und Kombinieren der Vektoren einem dreidimensionalen Bewegungsvektor berechnen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Informationsverarbeitungseinheit 120 den dreidimensionalen Bewegungsvektor basierend auf Ausgaben von vier Magnetsensoren 111, die in der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung voneinander getrennt sind, berechnen kann und durch Miteinbeziehen von fünf oder mehr Magnetsensoren den dreidimensionalen Bewegungsvektor genauer berechnen kann.
• Ferner kann die Informationsverarbeitungseinheit 120 das Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts 170 im X-Y-Z-Raum durch Integrieren des dreidimensionalen Bewegungsvektors berechnen.
• [Wirkungen der Informationsverarbeitungseinrichtung]
• Wie oben beschrieben, kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 einen Bewegungsvektor und das Bewegungsausmaß basierend auf Ausgaben von den mehreren Magnetsensoren 111, die in der Bewegungsrichtung getrennt voneinander angeordnet sind, berechnen und erfordert keine geomagnetische Karte, wie in 2 gezeigt ist.
• Aus diesem Grund muss vorher keine geomagnetische Karte erstellt werden, und ist es selbst an einem zum ersten Mal verwendeten Ort möglich, autonome Positionsbestimmung sofort durchzuführen. Ferner ist in einem optische Beobachtung verwendenden Verfahren wie beispielsweise SLAM und LiDAR eine Kamera erforderlich, und der Energieverbrauch ist hoch, während bei der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 keine Kamera erforderlich ist und die zum Messen von Geomagnetismus erforderliche Energie gering ist, wodurch der Energieverbrauch reduziert werden kann.
• [Eine andere Konfiguration der magnetischen Detektionseinheit]
• Wie oben beschrieben wurde, kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 einen räumlichen magnetischen Gradienten (den Positionsgradienten g_x(t)) und eine zeitliche magnetische Änderung (den zeitlichen Gradienten gt(t)) aus den Ausgaben der mehreren Magnetsensoren 111, die in der Bewegungsrichtung getrennt voneinander angeordnet sind, erfassen. Hier kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 statt der mehreren Magnetsensoren 111 einen Magnetgradientensensor verwenden.
• 11 ist ein Prinzipschaubild der einen Magnetgradientensensor 112 verwendenden Informationsverarbeitungseinrichtung 100. Wie in der Figur gezeigt ist, weist die magnetische Detektionseinheit 110 einen Magnetsensor 111 und einem Magnetgradientensensor 112 auf. Der Magnetgradientensensor 112 ist ein Sensor, der allein einen räumlichen magnetischen Gradienten (den Positionsgradienten g_x(t), siehe 5) detektieren kann.
• Die Erfassungseinheit 121 kann einen räumlichen magnetischen Gradienten (den Positionsgradienten g_x(t)), von dem Magnetgradientensensor 112 erfassen und eine zeitliche magnetische Änderung (den zeitlichen Gradienten g_t(t)) von dem Magnetsensor 111 erfassen. Durch Verwendung des Magnetgradientensensors 112 besteht kein Erfordernis mehr, die mehreren Magnetsensoren 111 getrennt voneinander anzuordnen, und wird das Anbringen an einem eine kleine Größe aufweisenden sich bewegenden Objekt oder einer HMD (Head-Mounted Display) erleichtert.
• [Eine andere Konfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung]
• Obgleich oben der Fall beschrieben wurde, in dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 an einem sich bewegenden Objekt wie beispielsweise einem Roboter mit einem Drehgestell angebracht ist, kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 eine andere Einrichtung als das sich bewegende Objekt sein.
• 12 ist ein Prinzipschaubild, das die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zeigt, die eine andere Einrichtung als das sich bewegende Objekt ist. Wie der Fig. gezeigt ist, ist die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 mit einem sich bewegenden Objekt 180 verbunden. Das sich bewegende Objekt 180 weist die die mehreren magnetischen Sensoren 111 enthaltende magnetische Detektionseinheit 110 und eine Kommunikationseinheit 181 auf.
• Die Kommunikationseinheit 181 erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung der Peripherie des sich bewegenden Objekts 180 von der Ausgabe jedes Magnetsensors 111 und überträgt sie zu der Erfassungseinheit 121.
• Die Erfassungseinheit 121 erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung der Peripherie des sich bewegenden Objekts 180 von der Kommunikationseinheit 181 und führt sie der Recheneinheit 122 zu. Die Recheneinheit 122 berechnet dem Bewegungsvektor des sich bewegenden Objekts 180 durch das oben genannte Verfahren. Es sei darauf hingewiesen, dass mehrere sich bewegende Objekte 180 mit der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 verbunden sein können.
• [Kombination mit Trägheitsmessvorrichtung]
• Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann autonome Positionsbestimmung unter Verwendung einer Trägheitsmessvorrichtung (IMU, inertial measurement unit, Trägheitsmesseinheit) in Verbindung mit der magnetischen Detektionseinheit 110 durchführen. 13 ist ein Prinzipschaubild der eine IMU 130 enthaltenden Informationsverarbeitungseinrichtung 300. Die IMU 130 beinhaltet einen Gyrosensor und einem Beschleunigungssensor und detektiert die Beschleunigung und die Haltung (Winkelgeschwindigkeit) der Informationsverarbeitungseinrichtung 100.
• Die Erfassungseinheit 121 erfasst einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung von der magnetischen Detektionseinheit 110 und eine Beschleunigung und Haltung von der IMU 130 und führt sie der Recheneinheit 122 zu.
• Die Recheneinheit 122 führt eine Positionsbestimmungsberechnung basierend auf den Ausgaben der magnetischen Detektionseinheit 110 und der IMU 130 durch. 14 ist ein Prinzipschaubild, das Verfahren zur Positionsbestimmungsberechnung basierend auf den Ausgaben der magnetischen Detektionseinheit 110 und der IMU 130 zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, erfasst die Berechnungseinheit 122 die Winkelgeschwindigkeit der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 von einem Gyrosensor 131 der IMU 130 und berechnet eine Haltung q der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 durch Integrieren der Winkelgeschwindigkeit.
• Ferner erfasst die Recheneinheit 122 die Beschleunigung der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 von dem Beschleunigungssensor 132 der IMU 130 und integriert die Beschleunigung, wodurch eine Geschwindigkeit V der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 berechnet wird. Zu diesem Zeitpunkt verwendet die Recheneinheit 122 den Wert der Haltung q, um den Einfluss der Schwerkraftbeschleunigung aufzuheben.
• Die Recheneinheit 122 korrigiert die Geschwindigkeit V durch den basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 berechneten Bewegungssensor. Die Geschwindigkeit V kann in einigen Fällen aufgrund der Integration der Beschleunigung einen Fehler aufweisen, und dieser Fehler kann durch den Bewegungsvektor korrigiert werden.
• Anschließend integriert die Recheneinheit 122 die Geschwindigkeit V und berechnet eine Position P der Informationsverarbeitungseinrichtung 100. Wie oben beschrieben wurde, kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 durch Korrigieren des Detektionsergebnisses der IMU 130 basierend auf dem Detektionsergebnis der magnetischen Detektionseinheit 110 die Position und Haltung der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 mit hoher Genauigkeit berechnen.
• Obgleich die Drehgeschwindigkeit der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 nicht allein durch die magnetische Detektionseinheit 110 erfasst werden kann, kann ferner die Bewegung von 6 Achsen (3 Translationsachsen + 3 Drehachsen) durch Integrieren des Detektionsergebnisses der IMU 130 und des Detektionsergebnisses der magnetischen Detektionseinheit 110 erfasst werden. Wenn die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 an einer Drohne oder dergleichen angebracht ist, ist es infolgedessen möglich, ihre Position und Haltung mit einer höheren Genauigkeit zu schätzen.
• [Kombination mit optischer Positionsbestimmungsvorrichtung]
• Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann auch die Position eines sich bewegenden Objekts durch Kombinieren der oben genannten magnetischen Detektionseinheit 110 mit einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung schätzen. 15 ist ein Prinzipschaubild, das eine Konfiguration der eine optische Positionsbestimmungsvorrichtung enthaltenden Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt. Die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 ist eine Vorrichtung, die die Eigenposition durch optische Beobachtung wie beispielsweise SLAM und LiDAR schätzen kann.
• Wie in 15 gezeigt ist, ist die Erfassungseinheit 121 mit der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung 140 sowie der magnetischen Detektionseinheit 110 verbunden und kann das durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 geschätzte Bewegungsausmaß erfassen.
• In einer Situation, in der mehrere Roboter mit Drehgestell beispielsweise in einer Fabrik oder dergleichen im Betrieb sind, kann im Allgemeinen eine optische Positionsbestimmungsvorrichtung wie beispielsweise SLAM/LiDAR an dem Roboter mit Drehgestell angebracht sein. Wenn eine große Anzahl von sich bewegenden Objekten vorliegt, erkennt die optische Positionsbestimmungsvorrichtung jedoch fälschlicherweise ein sich bewegendes Objekt als ein festes Objekt, und die Positionsschätzungsgenauigkeit ist vermindert. In dieser Hinsicht kann in der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 durch die folgende Steuerung verhindert werden, dass die Positionsschätzungsgenauigkeit vermindert wird.
• <Steuerungsbeispiel 1>
• 16 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 1 für die Informationsverarbeitungseinrichtung 100, die die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 enthält, zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, schätzt die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 das Bewegungsausmaß der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 (St101), und die Recheneinheit 122 erfasst das Bewegungsausmaß über die Erfassungseinheit 121. Wenn die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 ein anderes sich bewegendes Objekt detektiert (St102: Ja), verwirft die Recheneinheit 122 das Schätzungsergebnis der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (St103).
• Anschließend berechnet die Recheneinheit 122 basierend auf dem räumlichen magnetischen Gradienten und der zeitlichen magnetischen Änderung, die durch die Erfassungseinheit 121 von der magnetischen Detektionseinheit 110 erfasst werden, einen Bewegungsvektor und schätzt den Bewegungsvektor (St104).
• Wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 kein anderes sich bewegendes Objekt detektiert wird (St102: Nein), verwendet die Recheneinheit 122 das durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 geschätzte Bewegungsausmaß als das Bewegungsausmaß der Informationsverarbeitungseinrichtung 100. Wie oben beschrieben wurde, verwendet die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 normalerweise das durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 geschätzte Bewegungsausmaß und schätzt, wenn ein anderes sich bewegendes Objekt detektiert wird, das Bewegungsausmaß basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110.
• Wenn ein anderes sich bewegendes Objekt in den Beobachtungsbereich der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung 140 eintritt, wird die Positionsschätzungsgenauigkeit der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung 140 vermindert. Da das Magnetfeld durch die dritte Potenz des Abstands geschwächt ist, wird es unterdessen durch ein sich bewegendes Objekt wie beispielsweise einen Roboter mit Drehgestell weniger beeinflusst. Wenn ein anderes sich bewegendes Objekt durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 detektiert wird, kann daher durch Schätzen des Bewegungsausmaßes basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 verhindert werden, dass die Positionsschätzungsgenauigkeit durch ein anderes sich bewegendes Objekt vermindert wird.
• <Steuerungsbeispiel 2>
• 17 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 2 für die Informationsverarbeitungseinrichtung 100, die die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 aufweist, zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, schätzt die optische Positionsbestimmungsberechnung 140 das Bewegungsausmaß der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 (nachfolgend das erste Bewegungsausmaß) (Still), und die Recheneinheit 122 erfasst das erste Bewegungsausmaß über die Erfassungseinheit 121. Ferner schätzt die Recheneinheit 122 das Bewegungsausmaß (nachfolgend zweites Bewegungsausmaß) basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 (St112).
• Anschließend vergleicht die Recheneinheit 122 das erste Bewegungsausmaß und das zweite Bewegungsausmaß miteinander und berechnet die Differenz zwischen ihnen (St113). Wenn die Differenz größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (St114: Ja), verwendet die Recheneinheit 122 das zweite Bewegungsausmaß als das Bewegungsausmaß der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 (St115). Wenn die Differenz kleiner als der oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist (St1114: Nein), verwendet die Recheneinheit 122 das erste Bewegungsausmaß als die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 (St116).
• Bei diesem Steuerverfahren ist es möglich, die Zuverlässigkeit des ersten Bewegungsausmaßes (Bewegungsausmaß durch Schätzen der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung 140) durch Verwendung des zweiten Bewegungsausmaßes (Bewegungsausmaß basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110), das durch ein anderes sich bewegendes Objekt kaum beeinflusst wird, als Referenz zu bestimmen und zu bestimmen, welches Bewegungsausmaß gemäß der Zuverlässigkeit verwendet werden soll.
• <Steuerungsbeispiel 3>
• 18 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsbeispiel 3 für die Informationsverarbeitungseinrichtung, die die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 aufweist, zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, schätzt die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 das Bewegungsausmaß der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 (St121), und die Recheneinheit 122 erfasst das Bewegungsausmaß (nachfolgend das erste Bewegungsausmaß) über die Erfassungseinheit 121. Ferner schätzt die Recheneinheit 122 das Bewegungsausmaß (nachfolgend das zweite Bewegungsausmaß) basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 (St122).
• Anschließend integriert die Recheneinheit 122 das erste Bewegungsausmaß und das zweite Bewegungsausmaß durch eine Sensorfusionstechnologie (St123). Die Sensorfusionstechnologie beinhaltet einen Kalman-Filter, einen Partikelfilter und dergleichen. In diesem Steuerverfahren ist es durch Integrieren des ersten Bewegungsausmaßes (Bewegungsausmaß durch die Schätzung der optischen Additionsbestimmungsvorrichtung 140), das äußerst genau, aber anfällig für ein anderes sich bewegendes Objekt ist, und des zweiten Bewegungsausmaßes, das weniger anfällig für ein anderes sich bewegendes Objekt ist, möglich, sowohl hohe Genauigkeit als auch Toleranz gegenüber einem anderen sich bewegenden Objekt zu erreichen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass in den oben genannten Steuerungsbeispielen ein Roboter mit Drehgestell als ein Beispiel beschrieben worden ist, aber die vorliegende Technologie gleichermaßen auch auf ein sich bewegendes Objekt, das sich dreidimensional bewegen kann, wie beispielsweise eine Drohne, anwendbar ist.
• [Anwendungsbeispiel]
• Es werden Anwendungsbeispiele für die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 beschrieben.
• <Anwendungsbeispiel 1>
• Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann als ein Picking-Roboter verwendet werden, der sich autonom in einer Lagerhalle bewegt und ein Paket aufnimmt. Wenn mehrere Picking-Roboter in einer Lagerhalle betrieben werden, werden sie in einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung wie beispielsweise SLAM/LiDAR als sich bewegende Objekte bezüglich einander detektiert, und die Positionsschätzungsgenauigkeit wird abgesenkt. Ferner weisen Lagerhallen aufgrund von Gebäuden und Regalen eine charakteristische Magnetostriktion auf und eignen sich für die Anwendung der vorliegenden Technologie
• 19 und 20 zeigen jeweils ein Steuerungs-Flussdiagramm eines Picking-Roboters, an dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 angebracht ist. Der Betrieb des Picking-Roboters wird durch ein Hostsystem verwaltet und beinhaltet die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 und die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (siehe 15) .
• Wie in der Figur gezeigt ist, überprüft das Hostsystem bei Empfang eines Auftrags (St131) diesen bezüglich einer Datenbank und gibt die Position des Regals des bestellten Produkts an (St132). Ferner überträgt das Hostsystem einen Aufnahmebefehl zu dem Picking-Roboter in einem Standby-Zustand über drahtlose Kommunikation wie beispielsweise WiFi (St133).
• Bei Empfang des Aufnahmebefehls (St134) erzeugt der Picking-Roboter eine Aufnahmeroute (St130) und beginnt, sich zu bewegen. Der Picking-Roboter schätzt das Bewegungsausmaß des Picking-Roboters durch das in dem oben beschriebenen Steuerungsbeispiel 1 beschriebene Steuerverfahren, während er sich bewegt (St136).
• Das heißt, der Picking-Roboter führt die Schätzung des Bewegungsausmaßes durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 durch (St137), verwirft, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 ein sich bewegendes Objekt detektiert wird (St138: Ja), das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (St139) und schätzt das Bewegungsausmaß basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110.
• Wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 kein sich bewegendes Objekt detektiert wird (St138: Nein), verwendet die Recheneinheit 122 ferner das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140. Es sei darauf hingewiesen, dass der Picking-Roboter das Bewegungsausmaß des Picking-Roboters durch das oben in dem Steuerungsbeispiel 2 und dem Steuerungsbeispiel 3 beschriebene Steuerverfahren schätzen kann.
• Der Picking-Roboter aktualisiert das Bewegungsausmaß unter Verwendung des geschätzten Bewegungsausmaßes (St141). Danach wiederholt der Picking-Roboter den oben genannten Vorgang, bis der Picking-Roboter an dem durch das Hostsystem bestimmten Regal ankommt (St142).
• Wie in 20 gezeigt ist, nimmt der Picking-Roboter, wenn er an dem Regal ankommt, ein Produkt auf (St143) und erzeugt eine Absetzroute (St144). Danach beginnt der Picking-Roboter, sich gemäß der Absetzroute zu bewegen. Der Picking-Roboter schätzt das Bewegungsausmaß des Picking-Roboters durch das oben in dem Steuerungsbeispiel 1 beschriebene Steuerverfahren, während er sich bewegt (St145).
• Das heißt, der Picking-Roboter führt die Schätzung des Bewegungsausmaßes durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 durch (St146), verwirft, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 ein sich bewegendes Objekt detektiert wird (St147: Ja), das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (St148) und schätzt das Bewegungsausmaß basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 (St149).
• Wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 kein sich bewegendes Objekt detektiert wird (St147: Nein), verwendet die Recheneinheit 122 ferner das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140. Es sei darauf hingewiesen, dass der Picking-Roboter das Bewegungsausmaß des Picking-Roboters durch das oben in dem Steuerungsbeispiel 2 und dem Steuerungsbeispiel 3 beschriebene Steuerverfahren schätzen kann.
• Der Picking-Roboter aktualisiert das Bewegungsausmaß unter Verwendung des geschätzten Bewegungsausmaßes (St150). Danach wiederholt der Picking-Roboter den oben genannten Vorgang, bis der Picking-Roboter an die durch das Hostsystem bestimmte Absetzstelle (St142). Wenn der Picking-Roboter an der Absetzstelle ankommt, führt er ein Absetzen aus (St151) und benachrichtigt das Hostsystem über das Beenden des Absetzens über drahtlose Kommunikation wie beispielsweise WiFi. Wenn das Hostsystem diese Benachrichtigung empfängt, führt es eine Produktversandverarbeitung durch (St152), und die Bestellung ist abgeschlossen (St153).
• <Anwendungsbeispiel 2>
• Die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann als ein Führungsroboter verwendet werden, der sich autonom in einem Einkaufszentrum bewegt und einen Nutzer führt. Wenn sich viele Menschen an einem Ort wie beispielsweise in einem Einkaufszentrum befinden, verursacht eine optische Positionsbestimmungsvorrichtung wie beispielsweise SLAM/LiDAR eine fehlerhafte Erkennung durch eine Person, und die Positionsschätzungsgenauigkeit wird abgesenkt.
• 18 zeigt ein Steuerungsflussdiagramm eines Führungsroboters, an dem die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 angebracht ist. Der Führungsroboter weist die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 und die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (siehe 15) auf.
• Wie in der Figur gezeigt ist, führt der Führungsroboter Spracherkennungsverarbeitung (St162) aus, wenn ein Nutzer, der Führung bedarf, eine Sprachanweisung gibt (St161). Der Führungsroboter stellt einen Zielort ein (St163), erzeugt eine Führungsroute (St164) und beginnt, sich zu bewegen (St165). Der Führungsroboter schätzt das Bewegungsausmaß des Führungsroboters durch das oben im Steuerungsbeispiel 1 beschriebene Steuerverfahren, während er sich bewegt (St106 60).
• Das heißt, der Führungsroboter führt die Schätzung des Bewegungsausmaßes durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 durch (St167), verwirft, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 ein sich bewegendes Objekt (Person) detektiert wird (St168: Ja), das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 (St169) und schätzt das Bewegungsausmaß basierend auf der Ausgabe der magnetischen Detektionseinheit 110 (St170).
• Wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140 kein sich bewegendes Objekt detektiert wird (St168: Nein) verwendet die Recheneinheit 122 ferner das Schätzungsergebnis durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung 140. Es sei darauf hingewiesen, dass der Picking-Roboter das Bewegungsausmaß des Picking-Roboters durch das oben in dem Steuerungsbeispiel 2 und dem Steuerungsbeispiel 3 beschriebene Steuerverfahren schätzen kann.
• Der Führungsroboter aktualisiert das Bewegungsausmaß unter Verwendung des geschätzten Bewegungsausmaßes (St171). Danach wiederholt der Führungsroboter den oben genannten Vorgang, bis er am Zielort ankommt. Wenn der Führungsroboter am Zielort ankommt (St172), benachrichtigt er einen Nutzer über die Beendigung der Führung (St173).
• Obgleich in diesem Anwendungsbeispiel die Führung durch den Führungsroboter beschrieben worden ist, kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 an einem HMD (Head-Mounted Display) angebracht sein, und die Route kann einem Nutzer durch VR (Virtual Reality, virtuelle Realität), AR (Augmented Reality, erweiterte Realität) oder dergleichen dargeboten werden.
• [Hardwarekonfiguration]
• Es wird die Hardwarekonfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung beschrieben. 22 ist ein Prinzipschaubild, das eine Hardwarekonfiguration der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 enthält eine CPU (Central Processing Unit, Zentralverarbeitungseinheit) 1001. Eine eingangs Ausgangsschnittstelle 1005 ist über einen Bus 1004 mit der COU verbunden. Ein ROM (Read Only Memory, Nur-LeseSpeicher) 1002 und ein RAM (Random Access Memory, Direktzugriffsspeicher) 1003 sind mit dem Bus 1004 verbunden.
• Eine Eingabeeinheit 1006, die eine Eingabevorrichtung wie beispielsweise eine Tastatur und eine Maus, beinhaltet, über die ein Nutzer einen Bedienungsbefehl eingeben kann, eine Ausgabeeinheit 1007, die ein Bild eines Verarbeitungsbedienungsbildschirms und ein Verarbeitungsergebnis an eine Anzeigevorrichtung ausgibt, eine Speichereinheit 1008, die ein Festplattenlaufwerk und dergleichen beinhaltet, das ein Programm und verschiedene Arten von Daten speichert, und eine Kommunikationseinheit 1009, die einen LAN-Adapter (Local Area Network, lokales Netzwerk) oder dergleichen beinhaltet und Kommunikationsverarbeitung über ein Netzwerk, das durch das Internet repräsentiert wird, ausführt, sind mit der Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 1005 verbunden. Ferner ist ein Laufwerk 1010, das Daten in/aus ein(em) entfernbaren Speichermedium 1011 wie beispielsweise eine(r) Magnetplatte, eine(r) optische(n) Platte, eine(r) magnetooptische(n) Platte und einen/einem Halbleiterspeicher einschreibt und ausliest mit der Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 1005 verbunden.
• Die CPU 1001 führt verschiedene Arten von Verarbeitung gemäß einem im ROM 1002 gespeicherten Programm oder einem Programm, das aus dem herausnehmbaren Speichermedium 1011 wie beispielsweise einer Magnetplatte, einer optischen Platte, einer magnetooptischen Platte und einem in der Speichereinheit 1008 installierten Halbleiterspeicher ausgelesen wird und aus der Speichereinheit 1008 in den RAM 1003 geladen wird, aus. Für die CPU 1001 zum Ausführen verschiedene Arten von Verarbeitung und dergleichen erforderliche Daten sind angemessen im RAM 1003 gespeichert.
• In der wie oben beschrieben konfigurierten Informationsverarbeitungseinrichtung 100 lädt die CPU 1001 zum Beispiel das in der Speichereinheit 1008 gespeicherte Programm über die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 1005 und den Bus 104 in den RAM 1003 und führt das Programm aus, wodurch die oben genannte Verarbeitungsreihe ausgeführt wird.
• Das durch die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 ausgeführte Programm kann auf das herausnehmbare Speichermedium 1011 als ein Paketmedium oder dergleichen aufgezeichnet und bereitgestellt werden. Ferner kann das Programm über ein drahtgebundenes oder drahtloses Übertragungsmedium wie beispielsweise ein lokales Netzwerk, das Internet und digitaler Satellitenfunk bereitgestellt werden.
• In der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann das Programm über die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 1005 in der Speichereinheit 1008 installiert werden, indem das herausnehmbare Speichermedium 1011 auf das Laufwerk 1010 montiert wird. Ferner kann das Programm durch die Kommunikationseinheit 1009 über das drahtgebundene oder drahtlose Übertragungsmedium empfangen werden und in der Speichereinheit 1008 installiert werden. Darüber hinaus kann das Programm im Voraus auf dem ROM 1002 oder der Speicherungseinheit 1008 installiert werden.
• Es sei darauf hingewiesen, dass das durch die Informationsverarbeitungsausrichtung 100 ausgeführte Programm, ein Programm sein kann, das eine Verarbeitung in Zeitreihe in der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Reihenfolge durchführt, oder ein Programm sein kann, das eine Verarbeitung parallel oder zu den erforderlichen Zeitpunkten wie beispielsweise, wenn ein Aufruf erfolgt, durchführt.
• Ferner müssen nicht alle Hardwarekonfigurationen in der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 auf einer Vorrichtung montiert sein, und die Informationsverarbeitungseinrichtung 100 kann durch mehrere Vorrichtungen konfiguriert sein. Ferner kann ein Teil der Hardwarekonfigurationen der Informationsverarbeitungseinrichtung 100 auf mehreren Vorrichtungen montiert sein, die über ein Netzwerk verbunden sind.
• Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen annehmen kann.
• (1) Eine Informationsverarbeitungseinrichtung, aufweisend:
  • eine Erfassungseinheit, die einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung erfasst; und
  • eine Recheneinheit, die einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung schätzt.
• (2) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach (1) oben, wobei die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von einer an einem sich bewegenden Objekt angebrachten magnetischen Detektionseinheit erfasst, und die Recheneinheit einen Bewegungsvektor des sich bewegenden Objekts schätzt.
• (3) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach (2) oben, wobei die magnetische Detektionseinheit mehrere Magnetsensoren aufweist, die Geomagnetismus detektieren, und die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten aus einer Differenz zwischen von den mehreren Magnetsensoren ausgegebenen Magnetstärken erfasst.
• (4) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach (2) oben, wobei die magnetische Detektionseinheit einen Magnetgradientensensor, der den magnetischen Gradienten detektiert, und einen Magnetsensor, der die magnetische Änderung detektiert, aufweist.
• (5) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (4) oben, wobei die Erfassungseinheit und die Recheneinheit an dem sich bewegenden Objekt angebracht sind.
• (6) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (4) oben, wobei die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von dem sich bewegenden Objekt empfängt.
• (7) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (6) oben, wobei die Recheneinheit ferner basierend auf dem Bewegungsvektor ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzt.
• (8) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (3) bis (7) oben, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens zwei Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen eindimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• (9) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (3) bis (7) oben, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens drei Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen zweidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• (10) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (3) bis (7) oben, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens vier Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen dreidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
• (11) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (9) oben, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer Trägheitsmessvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit durch den Bewegungsvektor eine basierend auf der Ausgabe der Trägheitsmessvorrichtung berechnete Geschwindigkeit korrigiert.
• (12) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (9) oben, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung ein sich bewegendes Objekt detektiert wird, ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts, an dem die magnetische Detektionseinheit angebracht ist, basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor schätzt
• (13) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (9) oben, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß miteinander vergleicht, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungssensor geschätzt wird, und schätzt, wo eine Differenz zwischen dem ersten Bewegungsausmaß und dem zweiten Bewegungsausmaß größer als ein Schwellenwert ist, wobei das zweite Bewegungsausmaß ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts ist.
• (14) Die Informationsverarbeitungseinrichtung nach einem von (2) bis (9) oben, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß durch eine Sensorfusionstechnologie integriert, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor geschätzt wird, und ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzt.
• (15) Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, das bei Ausführung durch einen Prozessor einer Informationsverarbeitungseinrichtung bewirkt, dass die Informationsverarbeitungseinrichtung wirkt als:
  • eine Erfassungseinheit, die einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung erfasst; und
  • eine Recheneinheit, die einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung schätzt.
• (16) Ein Informationsverarbeitungsverfahren, aufweisend: Erfassen eines räumlichen magnetischen Gradienten und einer zeitlichen magnetischen Änderung durch eine Erfassungseinheit; und Schätzen eines Bewegungsvektors basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.
• Bezugszeichenliste

100

Informationsverarbeitungseinrichtung

110

magnetische Detektionseinheit

111

Magnetsensor

112

Magnetgradientensensor

120

Informationsverarbeitungseinheit

121

Erfassungseinheit

122

Recheneinheit

130

IMU

140

optische Positionsbestimmungsvorrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2018063679 [0004]

Claims (16)

1. Informationsverarbeitungseinrichtung, umfassend: eine Erfassungseinheit, die einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung erfasst; und eine Recheneinheit, die einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung schätzt.
2. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von einer an einem sich bewegenden Objekt angebrachten magnetischen Detektionseinheit erfasst, und die Recheneinheit einen Bewegungsvektor des sich bewegenden Objekts schätzt.
3. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die magnetische Detektionseinheit mehrere Magnetsensoren aufweist, die Geomagnetismus detektieren, und die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten aus einer Differenz zwischen von den mehreren Magnetsensoren ausgegebenen Magnetstärken erfasst.
4. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die magnetische Detektionseinheit einen Magnetgradientensensor, der den magnetischen Gradienten detektiert, und einen Magnetsensor, der die magnetische Änderung detektiert, aufweist.
5. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit und die Recheneinheit an dem sich bewegenden Objekt angebracht sind.
6. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit den magnetischen Gradienten und die magnetische Änderung von dem sich bewegenden Objekt empfängt.
7. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Recheneinheit ferner basierend auf dem Bewegungsvektor ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzt.
8. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens zwei Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen eindimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
9. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens drei Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen zweidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
10. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die magnetische Detektionseinheit mindestens vier Magnetsensoren aufweist, und die Recheneinheit einen dreidimensionalen Bewegungsvektor schätzt.
11. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer Trägheitsmessvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit durch den Bewegungsvektor eine basierend auf der Ausgabe der Trägheitsmessvorrichtung berechnete Geschwindigkeit korrigiert.
12. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit, wenn durch die optische Positionsbestimmungsvorrichtung ein sich bewegendes Objekt detektiert wird, ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts, an dem die magnetische Detektionseinheit angebracht ist, basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor schätzt.
13. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß miteinander vergleicht, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungssensor geschätzt wird, und schätzt, wo eine Differenz zwischen dem ersten Bewegungsausmaß und dem zweiten Bewegungsausmaß größer als ein Schwellenwert ist, wobei das zweite Bewegungsausmaß ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts ist.
14. Informationsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit ferner eine Ausgabe einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung erfasst, und die Recheneinheit ein erstes Bewegungsausmaß und ein zweites Bewegungsausmaß durch eine Sensorfusionstechnologie integriert, wobei das erste Bewegungsausmaß basierend auf einer Ausgabe der optischen Positionsbestimmungsvorrichtung geschätzt wird, wobei das zweite Bewegungsausmaß basierend auf dem basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung berechneten Bewegungsvektor geschätzt wird, und ein Bewegungsausmaß des sich bewegenden Objekts schätzt.
15. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, das bei Ausführung durch einen Prozessor einer Informationsverarbeitungseinrichtung bewirkt, dass die Informationsverarbeitungseinrichtung wirkt als: eine Erfassungseinheit, die einen räumlichen magnetischen Gradienten und eine zeitliche magnetische Änderung erfasst; und eine Recheneinheit, die einen Bewegungsvektor basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung schätzt.
16. Informationsverarbeitungsverfahren, umfassend: Erfassen eines räumlichen magnetischen Gradienten und einer zeitlichen magnetischen Änderung durch eine Erfassungseinheit; und Schätzen eines Bewegungsvektors basierend auf dem magnetischen Gradienten und der magnetischen Änderung.

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