JP2001033479A - 慣性測定装置 - Google Patents
慣性測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的に廉価なレートジャイロを使用し、長
時間に亘って測定を実施して高精度な測定結果を得る慣
性測定装置を提供する。 【解決手段】 基準速度と慣性速度の差分をレートジャ
イロの誤差、姿勢角の誤差、速度の誤差としてフィード
バックし、基準速度と慣性速度の差分が大きくなった時
に差分のフィードバックをオフし、基準速度と慣性速度
の差分が小さくなった時に差分のフィードバックを再び
オンする慣性測定装置において、基準速度検出装置の検
出する基準速度と３軸の加速度計と３軸のレートジャイ
ロとから演算された慣性速度の差分が大きくなったと判
定される迄の時間ＴB の間にフィードバックしたフィー
ドバック量を加算したフィードバック戻し量を、フィー
ドバックをオンからオフにする時のフィードバック量か
ら減算する慣性測定装置。
時間に亘って測定を実施して高精度な測定結果を得る慣
性測定装置を提供する。 【解決手段】 基準速度と慣性速度の差分をレートジャ
イロの誤差、姿勢角の誤差、速度の誤差としてフィード
バックし、基準速度と慣性速度の差分が大きくなった時
に差分のフィードバックをオフし、基準速度と慣性速度
の差分が小さくなった時に差分のフィードバックを再び
オンする慣性測定装置において、基準速度検出装置の検
出する基準速度と３軸の加速度計と３軸のレートジャイ
ロとから演算された慣性速度の差分が大きくなったと判
定される迄の時間ＴB の間にフィードバックしたフィー
ドバック量を加算したフィードバック戻し量を、フィー
ドバックをオンからオフにする時のフィードバック量か
ら減算する慣性測定装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、慣性測定装置に
関し、特に、廉価であると共に、小型で、精度良く姿勢
角、速度、位置を検出する慣性測定装置に関する。
関し、特に、廉価であると共に、小型で、精度良く姿勢
角、速度、位置を検出する慣性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の慣性測定装置は、内部に使用する
レートジャイロのバイアス誤差に起因して測定される姿
勢角が時間とともに増加する欠点を有している。この誤
差はレートジャイロが廉価である程顕著に現われる。即
ち、バイアス誤差の小さいジャイロ程高価格であり、外
形寸法も大きくなる。そして、廉価なレートジャイロを
使用して精度よく測定を実施するには、短時間の内に測
定を完了させる必要があった。
レートジャイロのバイアス誤差に起因して測定される姿
勢角が時間とともに増加する欠点を有している。この誤
差はレートジャイロが廉価である程顕著に現われる。即
ち、バイアス誤差の小さいジャイロ程高価格であり、外
形寸法も大きくなる。そして、廉価なレートジャイロを
使用して精度よく測定を実施するには、短時間の内に測
定を完了させる必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した通り、慣性測
定を精度よく実施するには高価な慣性装置を使用するか
或は、廉価なレートジャイロを使用して極く短時問の内
に測定を完了しなければならない。この発明は、比較的
に廉価なレートジャイロを使用し、長時間に亘って測定
を実施して高精度な測定結果を得る上述の問題を解消し
た慣性測定装置を提供するものである。
定を精度よく実施するには高価な慣性装置を使用するか
或は、廉価なレートジャイロを使用して極く短時問の内
に測定を完了しなければならない。この発明は、比較的
に廉価なレートジャイロを使用し、長時間に亘って測定
を実施して高精度な測定結果を得る上述の問題を解消し
た慣性測定装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１：移動体１０の
回転駆動装置３０の回転角度或は回転数に基づいて基準
速度を検出する基準速度検出装置３を有し、移動体１０
の加速度を検出する直交３軸に配置した加速度計２X 、
２Y 、２Z を有し、移動体１０の回転角速度を検出する
直交３軸に配置したレートジャイロ１X 、１Y 、１Z を
有し、基準速度検出装置３を含むこれら７個のセンサの
データに基づいて移動体１０の姿勢角、速度、位置を演
算する演算処理装置４を有し、回転駆動装置３０の回転
に基づいて検出された基準速度に対して３軸の加速度計
と、３軸のレートジャイロから演算された移動体１０の
慣性速度との間の差分をレートジャイロの誤差、姿勢角
の誤差、速度の誤差としてフィードバックし、基準速度
と慣性速度の差分が大きくなった時に差分のフィードバ
ックをオフし、基準速度と慣性速度の差分が小さくなっ
た時に差分のフィードバックを再びオンする慣性測定装
置において、基準速度検出装置３の検出する基準速度お
よび３軸の加速度計と３軸のレートジャイロとから演算
された慣性速度の差分が大きくなったと判定されるまで
の時間ＴB の間にフィードバックしたフィードバック量
を加算したフィードバック戻し量を、フィードバックを
オンからオフにする時のフィードバック量から減算する
慣性測定装置を構成した。
回転駆動装置３０の回転角度或は回転数に基づいて基準
速度を検出する基準速度検出装置３を有し、移動体１０
の加速度を検出する直交３軸に配置した加速度計２X 、
２Y 、２Z を有し、移動体１０の回転角速度を検出する
直交３軸に配置したレートジャイロ１X 、１Y 、１Z を
有し、基準速度検出装置３を含むこれら７個のセンサの
データに基づいて移動体１０の姿勢角、速度、位置を演
算する演算処理装置４を有し、回転駆動装置３０の回転
に基づいて検出された基準速度に対して３軸の加速度計
と、３軸のレートジャイロから演算された移動体１０の
慣性速度との間の差分をレートジャイロの誤差、姿勢角
の誤差、速度の誤差としてフィードバックし、基準速度
と慣性速度の差分が大きくなった時に差分のフィードバ
ックをオフし、基準速度と慣性速度の差分が小さくなっ
た時に差分のフィードバックを再びオンする慣性測定装
置において、基準速度検出装置３の検出する基準速度お
よび３軸の加速度計と３軸のレートジャイロとから演算
された慣性速度の差分が大きくなったと判定されるまで
の時間ＴB の間にフィードバックしたフィードバック量
を加算したフィードバック戻し量を、フィードバックを
オンからオフにする時のフィードバック量から減算する
慣性測定装置を構成した。
【０００５】そして、請求項２：請求項１に記載される
慣性測定装置において、基準速度検出装置３の検出する
基準速度および３軸の加速度計と３軸のレートジャイロ
とから演算された慣性速度の差分が大きくなったと判定
されるまでの時間ＴB の間にフィードバックしたフィー
ドバック量を加算し、極性反転して出力するフィードバ
ック戻し量演算部５３を具備し、慣性速度と基準速度の
差分をレート入力部である加算部４０に帰還する積分回
路４９を具備し、フィードバックをオンからオフにする
ときにオンしてフィードバック戻し量演算部５３の出力
を積分回路４９に印加するフィードバック量戻しスイッ
チ５２を具備する慣性測定装置を構成した。
慣性測定装置において、基準速度検出装置３の検出する
基準速度および３軸の加速度計と３軸のレートジャイロ
とから演算された慣性速度の差分が大きくなったと判定
されるまでの時間ＴB の間にフィードバックしたフィー
ドバック量を加算し、極性反転して出力するフィードバ
ック戻し量演算部５３を具備し、慣性速度と基準速度の
差分をレート入力部である加算部４０に帰還する積分回
路４９を具備し、フィードバックをオンからオフにする
ときにオンしてフィードバック戻し量演算部５３の出力
を積分回路４９に印加するフィードバック量戻しスイッ
チ５２を具備する慣性測定装置を構成した。
【０００６】また、請求項３：請求項１および請求項２
の内の何れかに記載される慣性測定装置において、基準
速度と慣性速度の差分が大きくなったと判定されるまで
の時間ＴB は、基準速度と慣性速度の差分が微小閾値Ｖ
J1を超えてから、フィードバックをオンからオフにする
閾値ＶJ に達する迄の時間である慣性測定装置を構成し
た。
の内の何れかに記載される慣性測定装置において、基準
速度と慣性速度の差分が大きくなったと判定されるまで
の時間ＴB は、基準速度と慣性速度の差分が微小閾値Ｖ
J1を超えてから、フィードバックをオンからオフにする
閾値ＶJ に達する迄の時間である慣性測定装置を構成し
た。
【０００７】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１を参
照して説明する。図１において、１０は移動体である車
両を示す。この車両１０は、回転駆動装置である車軸３
０により車輪を介して駆動走行せしめられる。車両１０
には、以下において説明される慣性装置が載置されてい
る。
照して説明する。図１において、１０は移動体である車
両を示す。この車両１０は、回転駆動装置である車軸３
０により車輪を介して駆動走行せしめられる。車両１０
には、以下において説明される慣性装置が載置されてい
る。
【０００８】１X は車両１０の矢印により示される前方
を入力軸とするレートを検出するジャイロを示す。１Y
は車両１０の矢印により示される右方を入力軸とするレ
ートを検出するジャイロを示す。１Z は車両１０の矢印
により示される下方を入力軸とするレートを検出するジ
ャイロを示す。
を入力軸とするレートを検出するジャイロを示す。１Y
は車両１０の矢印により示される右方を入力軸とするレ
ートを検出するジャイロを示す。１Z は車両１０の矢印
により示される下方を入力軸とするレートを検出するジ
ャイロを示す。
【０００９】２X は車両１０の矢印により示される前方
を入力軸とする加速度を検出する加速度計を示す。２Y
は車両１０の矢印により示される右方を入力軸とする加
速度を検出する加速度計を示す。２Z は車両１０の矢印
により示される下方を入力軸とする加速度を検出する加
速度計を示す。
を入力軸とする加速度を検出する加速度計を示す。２Y
は車両１０の矢印により示される右方を入力軸とする加
速度を検出する加速度計を示す。２Z は車両１０の矢印
により示される下方を入力軸とする加速度を検出する加
速度計を示す。
【００１０】以上の３個のジャイロ１X 、１Y 、および
１Z の３本の入力軸は互いに直交している。そして、３
個の加速度計２X 、２Y 、および２Z の３本の入力軸は
互いに直交している。また、ジャイロ１X の入力軸と加
速度計２X の入力軸は互いに平行である。ジャイロ１Y
の入力軸と加速度計２Y の入力軸は互に平行である。ジ
ャイロ１Z の入力軸と加速度計２Z の入力軸は互に平行
である。
１Z の３本の入力軸は互いに直交している。そして、３
個の加速度計２X 、２Y 、および２Z の３本の入力軸は
互いに直交している。また、ジャイロ１X の入力軸と加
速度計２X の入力軸は互いに平行である。ジャイロ１Y
の入力軸と加速度計２Y の入力軸は互に平行である。ジ
ャイロ１Z の入力軸と加速度計２Z の入力軸は互に平行
である。
【００１１】３は車両１０の車軸３０に取り付けられる
ロータリエンコーダその他の基準速度検出装置であり、
車両１０の進行方向の速度を検出する。４は演算処理部
を示す。演算処理部４は、３個の加速度計と３個のジャ
イロと基準速度検出装置より成る合計７個のセンサとの
間のインタフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算処
理出力するインタフェースより成る。この演算処理部４
は、ジャイロ１、加速度計２、基準速度検出装置３より
成る合計７個のセンサの出力するデータを入力し、これ
ら入力データに基づいてストラップダウン型の慣性演
算、基準速度のフィードバック制御、その他の演算処理
を実行する。
ロータリエンコーダその他の基準速度検出装置であり、
車両１０の進行方向の速度を検出する。４は演算処理部
を示す。演算処理部４は、３個の加速度計と３個のジャ
イロと基準速度検出装置より成る合計７個のセンサとの
間のインタフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算処
理出力するインタフェースより成る。この演算処理部４
は、ジャイロ１、加速度計２、基準速度検出装置３より
成る合計７個のセンサの出力するデータを入力し、これ
ら入力データに基づいてストラップダウン型の慣性演
算、基準速度のフィードバック制御、その他の演算処理
を実行する。
【００１２】図２および図３を参照して慣性演算とフィ
ードバック制御を説明する。図２において、先ず、レー
ト入力部を構成する加算部４０に対して左端からジャイ
ロ１Y により検出されたレートが入力される。このレー
トは加算部４０から積分回路４１に入力し積分され、姿
勢角が得られる。４２は姿勢角に重力加速度Ｇ＝９. ８
［ｍ／ｓ2 ］を積算する積算部である。この姿勢角だけ
進行方向に関して入力軸が傾斜した加速度計２X で検出
された加速度の内の重力を含んだ成分が（Ｇ×姿勢角）
によりキャンセルされ、加算部４３から前方加速度とし
て出力された後、積分回路４４に入力して積分され、慣
性装置の慣性速度が得られる。この慣性速度は、一方に
おいて、積分回路４６に入力して積分され、前方位置を
知ることができる。この慣性速度は、ジャイロ１Y の検
出するレートに誤差があると、積算補正される姿勢角に
誤差が含まれることになるので、２回積分されることに
より発散する。ここで、この慣性速度は、他方におい
て、加算器４５の一方の端子に入力され、これから他方
の端子に入力される基準速度検出装置の検出する基準速
度を減算して両者の差分を求める。
ードバック制御を説明する。図２において、先ず、レー
ト入力部を構成する加算部４０に対して左端からジャイ
ロ１Y により検出されたレートが入力される。このレー
トは加算部４０から積分回路４１に入力し積分され、姿
勢角が得られる。４２は姿勢角に重力加速度Ｇ＝９. ８
［ｍ／ｓ2 ］を積算する積算部である。この姿勢角だけ
進行方向に関して入力軸が傾斜した加速度計２X で検出
された加速度の内の重力を含んだ成分が（Ｇ×姿勢角）
によりキャンセルされ、加算部４３から前方加速度とし
て出力された後、積分回路４４に入力して積分され、慣
性装置の慣性速度が得られる。この慣性速度は、一方に
おいて、積分回路４６に入力して積分され、前方位置を
知ることができる。この慣性速度は、ジャイロ１Y の検
出するレートに誤差があると、積算補正される姿勢角に
誤差が含まれることになるので、２回積分されることに
より発散する。ここで、この慣性速度は、他方におい
て、加算器４５の一方の端子に入力され、これから他方
の端子に入力される基準速度検出装置の検出する基準速
度を減算して両者の差分を求める。
【００１３】ところで、ジャイロレートに誤差:δω[ra
d／sec ]が含まれていると、速度誤差δＶ（ｔ）［ｍ／
sec］は、次式の通りとなる。 δＶ（ｔ）＝δωＧ×ｔ2 ／２ ここで、図２の如くフィードバックループを組むことに
より、姿勢角と速度誤差δＶ（ｔ）の発散を抑制するこ
とができる。５０はオン／オフを切り替える切り替えス
イッチを示す。この切り替えスイッチ５０は、加算器４
５の出力する慣性速度と基準速度の差分に応じてオン／
オフ切り替えられる。
d／sec ]が含まれていると、速度誤差δＶ（ｔ）［ｍ／
sec］は、次式の通りとなる。 δＶ（ｔ）＝δωＧ×ｔ2 ／２ ここで、図２の如くフィードバックループを組むことに
より、姿勢角と速度誤差δＶ（ｔ）の発散を抑制するこ
とができる。５０はオン／オフを切り替える切り替えス
イッチを示す。この切り替えスイッチ５０は、加算器４
５の出力する慣性速度と基準速度の差分に応じてオン／
オフ切り替えられる。
【００１４】４７は加算器４５の出力する慣性速度と基
準速度の差分にゲインＫv を乗算して加算部４３に帰還
するフィードバックである。４８は慣性速度と基準速度
の差分にゲインＫe を乗算して加算部４０に帰還するフ
ィードバックである。４９は慣性速度と基準速度の差分
を積算しゲインＫw を乗算して加算部４０に帰還する積
分回路である。この帰還積分回路４９の出力はジャイロ
のバイアス誤差の推定値となる量であり、切り替えスイ
ッチ５０により差分のフィードバックをオフにしてもバ
イアスが安定している間は精度よく測定をすることがで
きる。
準速度の差分にゲインＫv を乗算して加算部４３に帰還
するフィードバックである。４８は慣性速度と基準速度
の差分にゲインＫe を乗算して加算部４０に帰還するフ
ィードバックである。４９は慣性速度と基準速度の差分
を積算しゲインＫw を乗算して加算部４０に帰還する積
分回路である。この帰還積分回路４９の出力はジャイロ
のバイアス誤差の推定値となる量であり、切り替えスイ
ッチ５０により差分のフィードバックをオフにしてもバ
イアスが安定している間は精度よく測定をすることがで
きる。
【００１５】図３において、５１は速度差分判定部であ
り、慣性速度と基準速度の差分が一定範囲、即ち、閾値
ＶJ を超えたと判定した時に、この判定出力により切り
替えスイッチ５０をオフに解放すると同時に、モメンタ
リスイッチより成るフィードバック量戻しスイッチ５２
を一瞬間だけオンに閉成する。５３はフィードバック戻
し量演算部であり、ＴB 秒分差分格納バッファ５３１お
よび合計＆極性反転演算部５３２より成る。ここで、Ｔ
B とは、基準速度と慣性速度の差分が微小閾値ＶJ1を超
えてから、フィードバックをオンからオフにする閾値Ｖ
J に達する迄の時間をいう。このＴB 秒分差分格納バッ
ファ５３１はＴ B 秒に亘って離散的に多数回実行されて
いたフィードバックの各フィードバック量のそれぞれを
格納するバッファである。そして、合計＆極性反転演算
部５３２は、ＴB 秒分差分格納バッファ５３１に格納さ
れている各フィードバック量をすべて加算したフィード
バック戻し量を演算し、この加算されたフィードバック
戻し量の極性を反転して出力する演算部である。
り、慣性速度と基準速度の差分が一定範囲、即ち、閾値
ＶJ を超えたと判定した時に、この判定出力により切り
替えスイッチ５０をオフに解放すると同時に、モメンタ
リスイッチより成るフィードバック量戻しスイッチ５２
を一瞬間だけオンに閉成する。５３はフィードバック戻
し量演算部であり、ＴB 秒分差分格納バッファ５３１お
よび合計＆極性反転演算部５３２より成る。ここで、Ｔ
B とは、基準速度と慣性速度の差分が微小閾値ＶJ1を超
えてから、フィードバックをオンからオフにする閾値Ｖ
J に達する迄の時間をいう。このＴB 秒分差分格納バッ
ファ５３１はＴ B 秒に亘って離散的に多数回実行されて
いたフィードバックの各フィードバック量のそれぞれを
格納するバッファである。そして、合計＆極性反転演算
部５３２は、ＴB 秒分差分格納バッファ５３１に格納さ
れている各フィードバック量をすべて加算したフィード
バック戻し量を演算し、この加算されたフィードバック
戻し量の極性を反転して出力する演算部である。
【００１６】フィードバック４７、フィードバック４
８、および帰還積分回路４９は切り替えスイッチ５０を
介して加算器４５の出力に接続し、フィードバック戻し
量演算部５３も切り替えスイッチ５０を介して加算器４
５の出力に接続している。そして、フィードバック４
７、フィードバック４８、および帰還積分回路４９のそ
れぞれは、フィードバック量戻しスイッチ５２を介して
フィードバック戻し量演算部５３の出力に接続してい
る。
８、および帰還積分回路４９は切り替えスイッチ５０を
介して加算器４５の出力に接続し、フィードバック戻し
量演算部５３も切り替えスイッチ５０を介して加算器４
５の出力に接続している。そして、フィードバック４
７、フィードバック４８、および帰還積分回路４９のそ
れぞれは、フィードバック量戻しスイッチ５２を介して
フィードバック戻し量演算部５３の出力に接続してい
る。
【００１７】図４をも参照して、慣性測定装置の動作を
説明する。車両１０が車輪のタイヤの滑り易い路上を走
行する様な時に、車両１０は一定速度で走行しているに
もかかわらず、タイヤがスリップして回転数が一時的に
増加する場合を考える。この場合、図４において◆によ
りプロットされる曲線により示されるが如き基準速度と
慣性速度の差分を発生する。即ち、基準速度と慣性速度
の差分は通常は殆ど０に収斂しているのであるが、基準
速度検出装置３の検出する基準速度に以上の誤差が含ま
れると、この様な大きな差分を発生する場合がある。こ
の差分が発生しているにも関わらず慣性測定装置が切り
替えスイッチ５０をオンのままフィードバックを持続し
て動作すると、慣性装置の発生する慣性速度は図４にお
いて△によりプロットされる結果１の曲線により示され
る変化をする。
説明する。車両１０が車輪のタイヤの滑り易い路上を走
行する様な時に、車両１０は一定速度で走行しているに
もかかわらず、タイヤがスリップして回転数が一時的に
増加する場合を考える。この場合、図４において◆によ
りプロットされる曲線により示されるが如き基準速度と
慣性速度の差分を発生する。即ち、基準速度と慣性速度
の差分は通常は殆ど０に収斂しているのであるが、基準
速度検出装置３の検出する基準速度に以上の誤差が含ま
れると、この様な大きな差分を発生する場合がある。こ
の差分が発生しているにも関わらず慣性測定装置が切り
替えスイッチ５０をオンのままフィードバックを持続し
て動作すると、慣性装置の発生する慣性速度は図４にお
いて△によりプロットされる結果１の曲線により示され
る変化をする。
【００１８】ここで、基準速度と慣性速度の差分の閾値
ＶJ を設定し、差分が閾値ＶJ を超えた時、これに応答
して切り替えスイッチ５０をオフに切り替え、フィード
バックをオフにした時の慣性装置の慣性速度は、図４に
おいて▲によりプロットされる効果１の曲線により示さ
れる変化をする。この効果１の曲線は、差分が存在して
も切り替えスイッチ５０をオンのままフィードバックを
継続した結果１の曲線と比較して速度誤差は大きく減少
している。
ＶJ を設定し、差分が閾値ＶJ を超えた時、これに応答
して切り替えスイッチ５０をオフに切り替え、フィード
バックをオフにした時の慣性装置の慣性速度は、図４に
おいて▲によりプロットされる効果１の曲線により示さ
れる変化をする。この効果１の曲線は、差分が存在して
も切り替えスイッチ５０をオンのままフィードバックを
継続した結果１の曲線と比較して速度誤差は大きく減少
している。
【００１９】ところで、この発明の慣性測定装置は、速
度差分判定部５１が慣性速度と基準速度の差分が一定範
囲である閾値ＶJ を超えたと判定した時、この判定出力
により切り替えスイッチ５０をオフに解放すると同時
に、モメンタリスイッチより成るフィードバック量戻し
スイッチ５２を一瞬間だけオンする。切り替えスイッチ
５０がオフしたことにより差分のフィードバックはオフ
とされる。そして、フィードバック量戻しスイッチ５２
がオンした瞬間、合計＆極性反転演算部５３２は極性の
反転したフィードバック戻し量を出力する。即ち、切り
替えスイッチ５０がオフした瞬間、極性の反転したフィ
ードバック減算が合計＆極性反転演算部５３２から、フ
ィードバック４７を介して加算部４３にフィードバック
され、フィードバック４８を介して加算部４０にフィー
ドバックされ、帰還積分回路４９を介して加算部４０に
フィードバックされる。これにより、慣性測定装置は、
この瞬間、ＴB 秒における差分に対応する補正を実行し
た、即ち、フィードバックをオンからオフにする時のフ
ィードバック量から、基準速度検出装置３の検出する基
準速度と３軸の加速度計と３軸のレートジャイロとから
演算された慣性速度の差分が大きくなったと判定される
までの時間ＴB の間にフィードバックしたフィードバッ
ク量を減算した結果である一定のフィードバック量を帰
還積分回路４９を介して加算部４０にフィードバックし
た状態の慣性速度を発生する。この帰還積分回路４９の
出力はジャイロのバイアス誤差の推定値となる量であ
り、切り替えスイッチ５０によえう差分のフィードバッ
クをオフにしてもバイアスが安定している間は精度よく
測定をすることができる。そして、この瞬間以降暫くの
間、差分は閾値ＶJ を超えた状態を持続するので切り替
えスイッチ５０はオフを持続する。そして、ＴB 秒分差
分格納バッファ５３１および合計＆極性反転演算部５３
１の双方はそ値を０にクリアされ、慣性測定装置は先の
一定のフィードバック量を付与された状態の純慣性測定
状態を継続する。差分が閾値ＶJ ’に低下したところ
で、速度差分判定部５１は出力を消滅して切り替えスイ
ッチ５０はオンに復帰し、慣性測定装置は通常のフィー
ドバック動作状態に復帰する。この場合の慣性速度は、
図４において○によりプロットされる効果２の曲線によ
り示されの変化をする。効果２の曲線は、効果１の曲線
と比較して、速度誤差は更に減少している。
度差分判定部５１が慣性速度と基準速度の差分が一定範
囲である閾値ＶJ を超えたと判定した時、この判定出力
により切り替えスイッチ５０をオフに解放すると同時
に、モメンタリスイッチより成るフィードバック量戻し
スイッチ５２を一瞬間だけオンする。切り替えスイッチ
５０がオフしたことにより差分のフィードバックはオフ
とされる。そして、フィードバック量戻しスイッチ５２
がオンした瞬間、合計＆極性反転演算部５３２は極性の
反転したフィードバック戻し量を出力する。即ち、切り
替えスイッチ５０がオフした瞬間、極性の反転したフィ
ードバック減算が合計＆極性反転演算部５３２から、フ
ィードバック４７を介して加算部４３にフィードバック
され、フィードバック４８を介して加算部４０にフィー
ドバックされ、帰還積分回路４９を介して加算部４０に
フィードバックされる。これにより、慣性測定装置は、
この瞬間、ＴB 秒における差分に対応する補正を実行し
た、即ち、フィードバックをオンからオフにする時のフ
ィードバック量から、基準速度検出装置３の検出する基
準速度と３軸の加速度計と３軸のレートジャイロとから
演算された慣性速度の差分が大きくなったと判定される
までの時間ＴB の間にフィードバックしたフィードバッ
ク量を減算した結果である一定のフィードバック量を帰
還積分回路４９を介して加算部４０にフィードバックし
た状態の慣性速度を発生する。この帰還積分回路４９の
出力はジャイロのバイアス誤差の推定値となる量であ
り、切り替えスイッチ５０によえう差分のフィードバッ
クをオフにしてもバイアスが安定している間は精度よく
測定をすることができる。そして、この瞬間以降暫くの
間、差分は閾値ＶJ を超えた状態を持続するので切り替
えスイッチ５０はオフを持続する。そして、ＴB 秒分差
分格納バッファ５３１および合計＆極性反転演算部５３
１の双方はそ値を０にクリアされ、慣性測定装置は先の
一定のフィードバック量を付与された状態の純慣性測定
状態を継続する。差分が閾値ＶJ ’に低下したところ
で、速度差分判定部５１は出力を消滅して切り替えスイ
ッチ５０はオンに復帰し、慣性測定装置は通常のフィー
ドバック動作状態に復帰する。この場合の慣性速度は、
図４において○によりプロットされる効果２の曲線によ
り示されの変化をする。効果２の曲線は、効果１の曲線
と比較して、速度誤差は更に減少している。
【００２０】基準速度と慣性速度の差分を判定する閾値
ＶJ 、ＶJ ’、フイードバツクをオンからオフに切り替
える時にフィードバックしている基準速度の誤差分を戻
す時間ＴB は、慣性測定装置に使用するセンサの性能と
基準速度の誤差の特性の関係に基づいて決定する。
ＶJ 、ＶJ ’、フイードバツクをオンからオフに切り替
える時にフィードバックしている基準速度の誤差分を戻
す時間ＴB は、慣性測定装置に使用するセンサの性能と
基準速度の誤差の特性の関係に基づいて決定する。
【００２１】
【発明の効果】以上の通りであって、慣性装置に基準速
度検出装置の検出する基準速度を入力し、慣性速度と基
準速度の差分を慣性測定装置の内部においてレート誤
差、姿勢角誤差、速度誤差としてフィードバックするの
で、姿勢角の誤差および速度の誤差が発散しない。従っ
て、長時間に亘って測定することができ、比較的に安価
なセンサを使用しても高精度の測定を実施することがで
きる。車軸を基準速度の検出に使用する場合、車輪のス
リップに起因して基準速度に誤差が発生すればこれは慣
性装置の誤差となるが、慣性装置の検出速度と基準速度
の間の差が或る閾値より大きくなることによりこれを慣
性測定装置内で基準速度検出装置が基準速度の誤差発生
状態にあるものと判断して、慣性装置と基準速度との間
の誤差のフィードハックをオフにすることにより、基準
速度を利用しない慣性装置のみによる純慣性測定状態と
する。これにより、基準速度検出装置の検出する基準速
度に一時的に異常が発生しても、これによる影響を軽減
して高精度の測定をすることができる。フィードバック
がオフの状態、即ち、純慣性測定状態で誤差が未だに小
さい内に、慣性装置の検出速度と基準速度検出装置の検
出する基準速度の間の差か再び或る閾値より小さくなれ
ば、基準速度が正常に戻ったものと認識し、慣性装置と
基準速度との間の誤差のフィードバックをオンに復帰す
ることにより長時間に亘って精度の良い測定を継続して
実行することができる。
度検出装置の検出する基準速度を入力し、慣性速度と基
準速度の差分を慣性測定装置の内部においてレート誤
差、姿勢角誤差、速度誤差としてフィードバックするの
で、姿勢角の誤差および速度の誤差が発散しない。従っ
て、長時間に亘って測定することができ、比較的に安価
なセンサを使用しても高精度の測定を実施することがで
きる。車軸を基準速度の検出に使用する場合、車輪のス
リップに起因して基準速度に誤差が発生すればこれは慣
性装置の誤差となるが、慣性装置の検出速度と基準速度
の間の差が或る閾値より大きくなることによりこれを慣
性測定装置内で基準速度検出装置が基準速度の誤差発生
状態にあるものと判断して、慣性装置と基準速度との間
の誤差のフィードハックをオフにすることにより、基準
速度を利用しない慣性装置のみによる純慣性測定状態と
する。これにより、基準速度検出装置の検出する基準速
度に一時的に異常が発生しても、これによる影響を軽減
して高精度の測定をすることができる。フィードバック
がオフの状態、即ち、純慣性測定状態で誤差が未だに小
さい内に、慣性装置の検出速度と基準速度検出装置の検
出する基準速度の間の差か再び或る閾値より小さくなれ
ば、基準速度が正常に戻ったものと認識し、慣性装置と
基準速度との間の誤差のフィードバックをオンに復帰す
ることにより長時間に亘って精度の良い測定を継続して
実行することができる。
【００２２】この発明は、基準速度検出装置の検出する
基準速度と慣性装置の出力する慣性速度の差分が或る閾
値以上になった時、基準速度検出装置が基準速度の誤差
発生状態にあるものと判断するが、判断の直前までの基
準速度と慣性速度の差分が閾値に達する過程における差
分による慣性装置に対する誤ったフィードバック量を減
算するフィードバック戻し量演算部を具備することによ
り、フィードバックをオフする時のフィードバック量を
未だ精度の比較的良好な状態における一定のフィードバ
ック量に戻して慣性測定装置のオフ状態の動作を実行し
て、高精度の測定を実施することができる。
基準速度と慣性装置の出力する慣性速度の差分が或る閾
値以上になった時、基準速度検出装置が基準速度の誤差
発生状態にあるものと判断するが、判断の直前までの基
準速度と慣性速度の差分が閾値に達する過程における差
分による慣性装置に対する誤ったフィードバック量を減
算するフィードバック戻し量演算部を具備することによ
り、フィードバックをオフする時のフィードバック量を
未だ精度の比較的良好な状態における一定のフィードバ
ック量に戻して慣性測定装置のオフ状態の動作を実行し
て、高精度の測定を実施することができる。
【図１】慣性測定装置を説明する図。
【図２】実施例を説明するブロック図。
【図３】図２の一部を詳細に説明する図。
【図４】基準速度と慣性速度の差分と慣性速度を説明す
る図。
る図。
１X 、１Y 、１Z ジャイロ ２X 、２Y 、２Z 加速度計 ３ 基準速度検出装置 ４ 演算処理部 １０ 車両 ３０ 車軸 ４０ 加算部 ４１ 積分回路 ４２ 積算部 ４３ 加算部 ４４ 積分回路 ４５ 加算器 ４６ 積分回路 ４７ フィードバック ４８ フィードバック ４９ 帰還積分回路 ５０ 切り替えスイッチ ５１ 速度差分判定部 ５２ フィードバック量戻しスイッチ ５３ フィードバック戻し量演算部 ５３１ ＴB 秒分差分格納バッファ ５３２ 合計＆極性反転演算部
Claims (3)
- 【請求項１】 移動体の回転駆動装置の回転角度或いは
回転数に基づいて基準速度を検出する基準速度検出装置
を有し、移動体の加速度を検出する直交３軸に配置した
加速度計を有し、移動体の回転角速度を検出する直交３
軸に配置したレートジャイロを有し、基準速度検出装置
を含むこれら７個のセンサのデータに基づいて移動体の
姿勢角、速度、位置を演算する演算処理装置を有し、回
転駆動装置の回転に基づいて検出された基準速度に対し
て３軸の加速度計と、３軸のレートジャイロから演算さ
れた移動体の慣性速度との間の差分をレートジャイロの
誤差、姿勢角の誤差、速度の誤差としてフィードバック
し、基準速度と慣性速度の差分が大きくなった時に差分
のフィードバックをオフし、基準速度と慣性速度の差分
が小さくなった時に差分のフィードバックを再びオンす
る慣性測定装置において、 基準速度検出装置の検出する基準速度と３軸の加速度計
および３軸のレートジャイロとから演算された慣性速度
の差分が大きくなったと判定されるまでの時間ＴB の間
にフィードバックしたフィードバック量を加算したフィ
ードバック戻し量を、フィードバックをオンからオフに
する時のフィードバック量から減算することを特徴とす
る慣性測定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載される慣性測定装置にお
いて、 基準速度検出装置の検出する基準速度および３軸の加速
度計と３軸のレートジャイロとから演算された慣性速度
の差分が大きくなったと判定されるまでの時間の間にフ
ィードバックしたフィードバック量を加算し、極性反転
して出力するフィードバック戻し量演算部を具備し、 慣性速度と基準速度の差分をレート入力部である加算部
に帰還する積分回路を具備し、 フィードバックをオンからオフにする時にオンしてフィ
ードバック戻し量演算部の出力を積分回路に印加するフ
ィードバック量戻しスイッチを具備することを特徴とす
る慣性測定装置。 - 【請求項３】 請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される慣性測定装置において、 基準速度と慣性速度の差分が大きくなったと判定される
までの時間は、基準速度と慣性速度の差分が微小閾値を
超えてから、フィードバックをオンからオフにする閾値
に達する迄の時間であることを特徴とする慣性測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11211490A JP2001033479A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 慣性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11211490A JP2001033479A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 慣性測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033479A true JP2001033479A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16606824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11211490A Withdrawn JP2001033479A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 慣性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001033479A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778924B2 (en) * | 2001-11-06 | 2004-08-17 | Honeywell International Inc. | Self-calibrating inertial measurement system method and apparatus |
| JP2006105598A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-20 | Honda Motor Co Ltd | 加速度・角速度センサユニット |
| KR101239864B1 (ko) * | 2010-04-13 | 2013-03-18 | 위드로봇 주식회사 | 다중 센서를 이용한 항법시스템 및 그 제공방법 |
| US9120228B2 (en) | 2012-01-20 | 2015-09-01 | Seiko Epson Corporation | Method of controlling robot and robot |
| JP2016223798A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 多摩川精機株式会社 | 姿勢検出装置及び姿勢検出方法 |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP11211490A patent/JP2001033479A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778924B2 (en) * | 2001-11-06 | 2004-08-17 | Honeywell International Inc. | Self-calibrating inertial measurement system method and apparatus |
| US6968281B2 (en) | 2001-11-06 | 2005-11-22 | Honeywell International, Inc. | Method for calibrating an inertial measurement unit |
| JP2006105598A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-20 | Honda Motor Co Ltd | 加速度・角速度センサユニット |
| KR101239864B1 (ko) * | 2010-04-13 | 2013-03-18 | 위드로봇 주식회사 | 다중 센서를 이용한 항법시스템 및 그 제공방법 |
| US9120228B2 (en) | 2012-01-20 | 2015-09-01 | Seiko Epson Corporation | Method of controlling robot and robot |
| US10239204B2 (en) | 2012-01-20 | 2019-03-26 | Seiko Epson Corporation | Method of controlling robot and robot |
| JP2016223798A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 多摩川精機株式会社 | 姿勢検出装置及び姿勢検出方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061003 |