具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一个实施例。在本说明书中出现的构成元件中，具有相同功能的那些将由相同的附图标记表示，并且在冗余的情况下将省略它们的说明。以下，作为编程学习材料，说明实施本发明的控制系统，该编程学习材料是将印刷了命令名的卡按预定方向排列，以创建用于进行动手练习的程序(以下，称为“动手练习程序”)，通过自推进装置读取排列的卡。利用这种编程学习材料，自推进装置根据所读取的程序穿过迷宫。

图1是描述作为本发明一个实施例的控制系统的示例的视图。图2是示出实施本发明的控制系统的硬件配置示例的视图。本发明的控制系统包括设备控制装置10、滑架20a、20b、控制器17、以及盒18。滑架(carriage)20a、20b是具有相机24的进行设备，具有相同的功能。在以下描述中，滑架20a和20b将被称为滑架20，其中没有特别需要区分两个滑架。设备控制装置10以无线方式控制滑架20。控制器17是获取由用户执行的操作的输入装置，并且通过线缆连接到设备控制装置10。图3是描述了滑架20的示例的视图。图3示出了从下方观察的滑架20。滑架20进一步包括电源开关250、开关222和两个轮子254。

设备控制装置10包括处理器11、存储部分12、通信部分13和输入输出部分14。滑架20包括处理器21、存储部分22、通信部分23、相机24和两个马达25。设备控制装置10可以是用于控制目的专用装置或通用计算机。

处理器11根据存储在存储部分12中的程序进行工作，控制通信部分13和输入输出部分14。处理器21根据存储在存储部分22中的程序进行工作，控制通信部分23、相机24和马达25。这些程序通过存储在计算机可读存储介质(例如盒18中的闪存)来提供。或者，这些程序可以经由诸如因特网的网络来提供。

存储部分12包括动态随机存取存储器(DRAM)和闪存，其结合在设备控制装置10中和盒18中的闪存中。存储部分22包括DRAM和闪存。存储部分12和22存储上述程序。此外，存储部分12和22存储从处理器11和21以及从通信部分13和23输入的信息和操作结果。

通信部分13和23包括用于与其它设备通信的集成电路和天线。通信部分13和23具有例如通过蓝牙(注册商标)协议彼此通信的功能。在处理器11和21的控制下，通信部分13和23将从其它装置接收的信息输入到处理器11和21以及存储部分12和22，并将信息发送到其它装置。优选地，通信部分13可以具有经由诸如局域网(LAN)的网络与其它装置通信的功能。

输入/输出部分14包括用于从诸如控制器17的输入设备获取信息的电路和用于控制诸如声音输出设备和图像显示设备的输出设备的电路。输入/输出部分14从输入设备获取输入信号，将该输入信号转换为信息，并且输入该信息到处理器11和存储部分12。此外，输入/输出部分14在处理器11的控制下使扬声器输出声音，使显示装置输出图像。

马达25是通常所说的伺服马达，其旋转方向、旋转量和旋转速度由处理器21控制。两个马达25各分配一个轮子254，并且每个马达25驱动所分配的轮子254。

被布置成对滑架20的下侧成像的相机24捕获印刷在其上放置滑架20的纸张31(见图4)上的图案。在本实施例中，纸张31被印刷有在红外频率域中可识别的图案。相机24捕获纸张上的这种红外敏感图像。

图4是描述了其上放置滑架20的纸张31的示例的视图。图4给出了以书的形式提供多页纸张31的示例。每页纸张31都印有用户可见的图像和可以由相机24捕获的图案。在图4的示例中，由5×5个正方形形成的迷宫构成用户可见的图像。迷宫被布置用于编程学习目的。使用者创建简化的动手练习程序，根据创建的动手练习程序使滑架20从迷宫的起始正方形33a移动。在图4的示例中，使用由盒18提供的程序，控制系统以不在不可通过的正方形33i上行进的方式控制滑架20。当滑架20经过普通方格33n和动作方格33q到达目标方格33b时，设备控制装置10输出表示用户已经成功创建练习程序的声音。

下面更详细地解释印刷在纸张31上的图案。在每页纸张31上，预定尺寸(例如，0.2平方毫米)的单元图案均以矩阵图案排列。每个单元图案是其中对图案所放置的位置的坐标进行编码的图像。预先确定要编码为图案的数据的大小。要编码的坐标的最大值和最小值(即，坐标空间的尺寸)由数据的大小和单位图案布置的间隔来定义。每页纸张31被分配了与坐标空间中的纸张31的尺寸相对应的区域。

在本实施例的控制系统下，滑架20上的相机24捕获印刷在纸张31上的单元图案。滑架20或设备控制装置10解码所捕获的单元图案以获得坐标。这使得可以识别滑架20在纸张31上的位置。此外，滑架20或设备控制装置10从由相机24捕获的图像中的每个单元图案获取坐标，并且基于捕获的图像中的多个单元图案的位置和获取的坐标，计算滑架20的方向。

本实施例使用印刷在纸张31上的图案，以便以高精度识别纸张31上的滑架20的位置，而不依赖于诸如立体相机的其它装置。

下面说明由用户在创建要由控制系统读取的程序时使用的卡。图5是描述了被排列的多个命令卡40的示例的视图。图6是说明命令卡40的形状的平面图。

命令卡40有各种类型，例如指示程序开始的命令卡40a、指示程序结束的命令卡40b、指示普通命令的命令卡40i、指示后续重复的命令卡40d、指示重复结束的命令卡40f和附加卡40e。命令卡40d具有在平面图中与附加卡40e的形状大致相同的开口。附加卡40e被装配到该开口中。这里，附加卡40e指示重复的次数。如图5和6所示，在命令卡40上定义了在命令卡40排列的方向(即，读取方向)上延伸的基准线45。尽管在图5和6的示例中没有明确地印刷，基准线45指示了命令卡40的区域，滑架20在其中(特别是这些区域的中心)行进。

每个命令卡40包括第一端部，其被配置为在读取方向上与另一个命令卡40相邻；以及第二端部，其被配置在第一端部的相对侧上并且与另一命令卡40相邻。第一端部设置有定位部41a，并且第二端部设置有定位部41b。

在图5和图6的示例中，在俯视观察下，定位部41a为凸部，定位部41b为凹部。定位部41a和41b分别与第一端部和第二端部大致重叠。基准线45与定位部41a和41b之间具有预定的位置关系。更具体地说，不管命令卡40的类型如何，在一方面定位部41a和41b中的特定点(例如，突出部的顶部和凹部的最深点)与另一方面基准线45之间存在恒定的距离。

命令卡40在其第一端部和第二端部之间具有区域。在图6的示例中，命令卡40具有由上平行四边形和下平行四边形形成的形状，上平行四边形的底边与下平行四边形的顶边连接。基准线45位于这两个平行四边形彼此连接的位置处或附近。

此外，命令卡40的上表面被可见地印刷有以与基准线45重叠的方式延伸并且构成粗线的记号46(阴影区域)。与纸张31一样，命令卡40的上表面印有图案，其中卡在坐标空间中的坐标被编码。单元图案排列在命令卡40上。单元图案是其中编码有放置该单元图案的位置的坐标的图像。分配给图案的坐标将在后面详细讨论。

在定位部41a和41b中，凹部和凸部可以交替地位于相对的位置。定位部41a和41b可以被成形为以彼此接合的方式凹陷和突出。与命令卡40d一样，第一端部或第二端部(例如图5中的下侧)可以设置有定位部41a和41b。命令卡40d以这样的方式成形，如图6所示连接的两个平行四边形在不同于定位部分41a和41b的端部(图6中的上部)处补充有一个区域。所述附加区域可以包括从所述读取方向上的所述第一端部突出的区域。以避免与其它类型的命令卡40发生干扰的方式提供突出区域。

定位部41a被调节为与邻近第一端部的另一命令卡40的定位部41b接合，从而在与读取方向相交的方向上将另一命令卡40保持在适当位置。而且，定位部分41b被调节为与邻近第二端部的另一命令卡40的定位部分41a接合，从而将另一命令卡40保持在适当位置。此外，调节标记46以使用户更容易识别在与读取方向交叉的方向上的任何位置位移，从而将相邻命令卡40保持在适当位置。或者，可以允许存在定位部分41a和41b的形状或仅存在标记46。

本实施例还以这样的方式设置，即不仅简单地防止命令卡40未对准，而且允许滑架在对准的命令卡40上移动而不偏离它。以下说明该布置。

图7是描述由控制系统实现的功能的框图。该控制系统在功能上包括当前位置获取部分51、开始控制部分52、行进控制部分53、动手练习程序执行部分54和卡信息存储部分61。当前位置获取部分51、开始控制部分52和行进控制部分53主要由设备控制装置10中的处理器11执行存储在存储部分12中的程序来实现，以便经由通信部分13控制滑架20。此外，当前位置获取部分51的部分或全部功能由滑架20中的处理器21执行存储在存储部分22中的程序并经由通信部分23与设备控制装置10交换数据来实现，从而控制相机24和马达25。卡信息存储部分61是由设备控制装置10中的存储部分12实现的一种数据库，该数据库存储关于命令卡40的信息。

当前位置获取部51从由相机24捕获的图像中获取坐标被编码的图案。给定由图案指示的坐标，当前位置获取部分51获取滑架20所处的坐标以及滑架20的方向。

开始控制部分52从当前位置获取部分51获取指示滑架20第一次被放置的位置的坐标。然后，开始控制部分52以这样的方式调整滑架20的位置和方向，使得可以正确地读入排列的命令卡40的序列。

行进控制部分53通过依次连续读取命令卡40来控制滑架20行进的方向。

动手练习程序执行部54执行由读取的命令卡40的序列指定的动手练习程序，以控制放置在纸张31上的滑架20的操作。

图8是描述读取命令卡40的处理的典型过程的流程图。首先，当前位置获取部分51基于相机24捕获的图案获取滑架20的当前坐标和方向(步骤S101)。

接着，开始控制部52确定当前的坐标和方向是否在滑架20自推进以读取动手练习程序的容许的范围内(步骤S102)。在当前坐标和方向不在容许范围内的情况下(步骤S02中的否)，开始控制部分52将滑架20移动到适当的位置和方向(步骤S103)。更具体地，开始控制部分52可以控制滑架20中的马达25，以使滑架20自推进到适当的位置和方向。或者，开始控制部52可以向用户输出提示用户手动重新定位滑架20的声音。在当前坐标和方向在容许范围内的情况下(步骤S102中的是)，跳过步骤S103。

接着，行进控制部分53使滑架20在设置方向行进(步骤S104)。设置方向最初是读取方向，但是将通过稍后讨论的处理来校正。当前位置获取部分51从由相机24捕获的图像中识别出坐标被编码的图案。给定由该模式指示的坐标，当前位置获取部分51获取滑架20所处的当前位置P的坐标(x，y)和滑架20的方向(步骤S105)。然后，行进控制部分53确定在一方面由当前位置获取部分51先前获得的先前位置PP与另一方面当前位置P之间是否存在大于预定阈值的坐标差(步骤S106)。预定阈值大于当前位置P的测量间隔所能行进的最大距离，但小于命令卡40在读取方向上的最小长度。在先前位置PP和当前位置P之间的坐标差大于预定阈值的情况下(步骤S106中的是)，行进控制部分53确定滑架20已经从给定的命令卡40移动到另一个命令卡40上。行进控制部分53从当前位置P确定命令卡40的类型，即，由当前位置P的坐标指示的动手练习程序的命令。行进控制部分53将所确定的命令卡40的类型存储到存储器中(步骤S107)。在先前位置PP和当前位置P之间的坐标差小于预定阈值的情况下(步骤S106中的否)，行进控制部分53确定放置了滑架20的命令卡40没有改变，并且跳过步骤S107。

图9是描述相对于坐标空间分配命令卡40的示例的视图。尽管图9为了简化说明的目的示出了命令卡40的图像，但是指示命令卡40相对于坐标空间的分配的信息只需将区域与命令卡40的类型(命令)相关联。此外，实际命令卡40的形状不需要被存储为指示它们的分配的信息。例如，指示分配的信息可以是将包围命令卡40的矩形区域与该区域所指示的该命令卡40的类型相关联的信息。图9中的虚线表示对应于每个命令卡40的基准线45。基准线45的y坐标根据命令卡40而变化。在坐标空间中，所有的命令卡40可以在y方向上以基准线45为中心的直线排列。在这种情况下，基准线45的y坐标保持不变。如图9所示，在坐标空间中分配给每个命令卡40的坐标指示其相对于基准线45的位置关系。

如图9所示，多个命令卡40中的每一个都被分配了其在坐标空间中的坐标。此外，除了指示程序开始的命令卡40a、指示程序结束的命令卡40b、指示普通命令的命令卡40i、指示后续重复的命令卡40d、指示重复结束的命令卡40f和附加卡40e之外，图9还示出了指示条件分支的命令卡40k、指示条件分支结束的命令卡40m、指示未满足条件情况下的分支的命令卡40n和指示详细条件的附加卡40p和40q。

在步骤S107的处理终止之后，或者在步骤S106中确定位置之间的差等于或小于阈值之后，行进控制部分53从当前位置P的坐标获取指示基准线45的参数β。更具体地，行进控制部分53确定当前位置P所属的命令卡40的区域，并且获取与所确定的区域相对应的基准线45的参数β(这里，y坐标)。

然后，行进控制部分53基于当前位置P和参数β获得目标位置T(x+α，β)的坐标。进行控制部分53基于目标位置T和当前位置P来设置行进方向。

图10是解释控制滑架20的方法的视图。图10描述了坐标空间中的当前位置P和目标位置T。y坐标为β的虚线对应于基准线45。行进控制部分53计算朝向目标位置T的方向。然后行进控制部分53根据一方面在步骤S105中获取的当前方向与另一方面计算出的方向之间的差，改变表示驱动轮子254的两个马达25的旋转量的参数。这设置了滑架20将行进的方向。

如上所述，本实施例使用印刷有图案的命令卡40，在所述图案中编码有指示相对于基准线45的位置关系的坐标。使用命令卡40，基于一方面由滑架20的相机24捕获的每个命令卡40的图案所指示的坐标与另一方面该命令卡40的基准线45之间的位置关系，该实施例控制滑架20，使得滑架20不会偏离基准线45。因为一方面每个命令卡40的定位部分41a和41b与另一方面基准线45之间的位置关系保持不变，所以防止了与每个命令卡40相对应的基准线45的任何位置偏移。这减少了在顺序读取命令卡40的过程中，当从一个命令卡40移动到与其相邻的另一个命令卡时，滑架20变得不稳定和偏离命令卡40的可能性。

这里，控制系统从其读取图案的卡不必是命令卡。图11是描述了被排列的路线卡49的示例的视图。在图11的示例中，使用从路线卡49a到路线卡49i的9种类型的路线卡49创建一个路线。滑架20沿着该路线行进。每个路线卡49都是正方形的。

如同命令卡40一样，图11中的路线卡49b、49d、49e、49f和49h每个都被可视地印刷，具有在滑架20的读取方向延伸的标记46。每个路线卡49b、49d、49e、49f和49h包括第一端部，其被配置为在读取方向上与另一路线卡49相邻；以及第二端部，其被配置在第一端部的相对侧上并且与另一路线卡49相邻。在第一和第二端部处，标记46被调节以在与读取方向相交的方向上将其它教程卡49保持在适当位置。第一和第二端部处的标记46对应于定位部41a和41b。基准线45和标记46之间具有预定的位置关系。更具体地说，在一方面的第一端部分处的标记46中的特定点和第二端部部分处的标记46中的特定点(例如，标记46的端部部分的中心)与另一方面基准线45之间存在恒定距离，而与路线卡49无关。

另外，路线卡49a、49c、49g和49i各印刷有从构成路线卡49的正方形的一边的中心垂直延伸并弯曲一半以到达与该边相连的另一边的中心的标记46。这里，通过后面讨论的过程使滑架20大致沿着标记46移动。因此，在路线卡49a、49c、49g和49i上，标记46也在滑架20的读取方向上延伸。第二端部对应于滑架20进入给定路线卡49所通过的位置，而第一端部对应于滑架20移动到另一路线卡49所通过的位置。为此，在路线卡49a、49c、49g和49i上，第二端部对应于正方形的一边，而第一端部对应于与该边相连的另一边。同样在第一路线卡49a、49c、49g和49i上，在第一和第二端部的标记46分别对应于定位部分41a和41b。基准线45和标记46之间具有预定的位置关系。

如同命令卡40一样，路线卡49的上表面印刷有图案，其中卡在坐标空间中的坐标被编码。图12是描述相对于坐标空间分配路线卡49的示例的视图。如图12所示，以铺设坐标空间的方式为路线卡49分配其区域。基准线45是为每个路线卡49定义的。此外，标记46弯曲的路线卡49a、49c、49g和49i的上表面每个都被弯曲边界部分划分成区域48a和区域48b。在区域48a和48b的每一个中提供线性基准线45。这些基准线45在区域48a和48b之间的边界处彼此连接。

如图11所示，可以使用相同类型的多个路线卡49(在图11的示例中的路线卡49a、49c及49e)。如在图11和12中可以看到的，与如果连续的坐标区域被分配给整个路线相比，排列路线卡49可以使得创建路线所需的坐标区域的尺寸更小。

下面，对图11和图12的示例，说明行进控制部分53执行的处理，重点是与图8的之前示例的不同点。在当前示例中，开始位置没有明确定义。因此，不是执行步骤S102和S103的处理，行进控制部分53基于当前坐标和方向设置滑架20的初始行进方向。

在步骤S106中，行进控制部分53不仅在先前位置PP和当前位置P的坐标之差大于阈值的情况下，而且在滑架20的先前方向和其当前方向的差大于方向阈值的情况下，确定滑架20已移动到其他的路线卡49上。方向阈值大于90度。

在步骤S107中，行进控制部分53确定路线卡49的类型。行进控制部分53不仅把确定的路线卡49的类型加到存储器中，而且基于当前位置P的坐标获取滑架20的前进方向。更具体地说，基于当前位置P的坐标，行进控制部分53确定比另一端部更靠近当前位置P的路线卡49的第一或第二端部是入口侧。然后，行进控制部分53判断滑架20从入口侧端部朝向目标侧端部前进。

在图11和12的示例中，在某些情况下，相同类型的路线卡49被首尾相连地排列。特别地，在图11中的其中路线卡49e在垂直方向上连续排列的分段中，指定坐标区域的底边被做成彼此相邻。在这种情况下，不能仅使用坐标的变化量来感测从先前路线卡49e到下一路线卡49e的滑架移动。在这种情况下，通过检测在坐标空间中的滑架20的方向的差异，仍然可以感测到下一路线卡49上的移动。

在步骤S108和S109中，行进控制部分53根据路线卡49的类型和当前位置P获取基准线。更具体地，在诸如路线卡49b的直线路线卡49的情况下，行进控制部分53获取基准线45的中心位置及其延伸方向。在诸如行进方向改变的路线卡49a、49c、49g和49i之类的路线卡49的情况下，行进控制部分53确定当前位置P是在区域48a中还是在区域48b中，并且根据所确定的区域，获取基准线45的中心位置及其在该区域内的延伸方向。然后，基于滑架20的前进方向和当前位置的坐标，行进控制部分53以目标位置处于滑架20沿着基准线45或其延长线从当前位置移动得更靠近目标侧端部的方向上的方式计算目标位置。

上述步骤允许滑架20读取路线的轮廓。这里，行进控制部分53可以确定滑架20是否正在读取放置在重叠位置的给定的路线卡49。在重叠的情况下，路线是电路路线的可能性高。在确定重叠之后，行进控制部分53可以基于读取的路线计算滑架20将沿着其在路线卡49上更有效地移动的路线，并且执行控制以使滑架20沿着计算的路线行进。优选地，行进控制部分53可以允许越来越多的路线卡49在行进期间被布置在滑架20的前面。

应当注意，代替布置路线卡49，可以印刷与排列的路线卡49类似的图案。在这种情况下，仍然可以获得有效地使用坐标空间的有利效果。