JP2004354214A

JP2004354214A - 加速度検出装置及び加速度検出方法

Info

Publication number: JP2004354214A
Application number: JP2003152538A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tosaka; 進登坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】簡単明瞭な方法で加速度検出値に含まるオフセット量を算出でき、正確な加速度検出値の補正を行なう。
【解決手段】まず、１回目のデータ取得作業によって第１の加速度検出値を得る。次に、自転車７０を１８０度反転し、２回目のデータ取得作業によって第２の加速度検出値を得る。そして、１回目と２回目の加速度検出値の平均値よりオフセット値を計算し、これをＥＥＰＲＯＭ２０に記憶する。この後、例えば、自転車の起動後に定期的な動作で加速度センサ１０から加速度Ａ／Ｄ値を取得し、この取得した加速度Ａ／Ｄ値からＥＥＰＲＯＭ３０に格納したオフセット値を減算し、補正後の加速度値を計算する。そして、この加速度値を用いて自転車の傾斜角度を計算し、自転車が走行している斜面の傾斜角度の算出等に用いる。自転車に限らず、２足歩行ロボット等にも適用できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば２足歩行ロボットや電動自転車等の各種移動装置に利用される加速度検出装置及び加速度検出方法に関し、特に加速度検出装置を移動装置側に組み付ける際に生じる微妙な角度誤差による検出誤差を補正して正確な加速度検出を行なうことが可能な加速度検出装置及び加速度検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば２足歩行ロボットや電動自転車において加速度検出装置（以下、加速度センサという）が利用されている。
例えば、２足歩行ロボットでは、足の昇降角度や歩行動作、さらには各姿勢の制御等のための角度検出用に多数の加速度センサが搭載されている。
また、電動自転車では、斜面を走行する際の走行角度の検出用や振動検出用に加速度センサが搭載されている。
なお、加速度センサの具体的な構成としては、例えばある水平軸方向に弾性的に変位可能に支持された可動体の変位を静電容量の変化によって検出する静電検出型センサ等、各種方式のものが提供されている。
【０００３】
ところで、このような加速度センサをロボットや自転車に取り付ける際に、微妙な角度誤差が生じ、その誤差が検出精度に影響し、誤差を含む検出電圧として出力されるという問題がある。なお、この誤差を一般にオフセットという。
そこで、このような加速度検出におけるオフセットを補正する方法としては、例えば所定の計測期間により加速度検出値を累積加算して平均値を取得し、この平均値と加速度センサを使用しない系から得られた計算値との比較により、オフセット量を算出して補正を行なうようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５７５８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は、検出値を累積加算したり、その後の比較演算を行なう処理が煩雑であるとともに、複雑な計算によって得られた補正値が必ずしも正確でない場合があるという課題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、簡単明瞭な方法で加速度検出値に含まるオフセット量を算出でき、正確な加速度検出値の補正を行なうことが可能な加速度検出装置及び加速度検出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、加速度検出を行なう加速度検出部と、前記加速度検出部から出力される加速度検出信号の演算処理を行なう演算部とを有し、前記演算部は、第１の設置状態で前記加速度検出部によって検出される第１の検出値を格納する第１の記憶手段と、前記第１の設置状態から水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態で前記加速度検出部によって検出される第２の検出値を格納する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に格納された第１の検出値と前記第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出する第１の算出手段と、前記第１の算出手段によって算出されたオフセット値を格納する第３の記憶手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、加速度の検出対象となる移動体に加速度検出部を含む加速度検出装置を搭載して加速度検出を行なう加速度検出方法であって、前記移動体を第１の設置状態に設置して前記加速度検出部による加速度検出を行ない、その第１の検出値を第１の記憶手段に格納する工程と、前記移動体を前記第１の設置状態から水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態に変位させる工程と、前記移動体を第２の設置状態に設置した後、前記加速度検出部による加速度検出を行ない、その第２の検出値を第２の記憶手段に格納する工程と、前記第１の記憶手段に格納された第１の検出値と前記第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出して第３の記憶手段に格納する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の加速度検出装置及び加速度検出方法では、加速度の検出対象となる移動体に加速度検出装置を搭載して加速度検出を行なうシステムにおいて、予め加速度検出装置のオフセットを補正するために、移動体を第１の設置状態に設置して加速度検出部による加速度検出を行ない、その第１の検出値を第１の記憶手段に格納し、次に、移動体を第１の設置状態から水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態に変位させた後、再び加速度検出部による加速度検出を行ない、その第２の検出値を第２の記憶手段に格納する。そして、第１の記憶手段に格納された第１の検出値と第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出して第３の記憶手段に格納しておく。この後、移動体の実際の稼働時に、加速度検出部による加速度検出を行なうとともに、第３の記憶手段に格納したオフセット値を読み出し、加速度検出部による加速検出値をオフセット値を用いて補正し、正しい加速度を得て移動体の制御を行なう。例えば、２足歩行ロボットの歩行動作や電動自転車の傾斜角度検出等に用いることができ、これらの制御を正確な加速度値に基づいて適正に行なうことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による加速度検出装置及び加速度検出方法の実施の形態例について説明する。
なお、以下の例は本発明の加速度検出装置を電動アシスト自転車に搭載する場合を中心に説明する。
図１は本発明の実施の形態例による加速度検出装置のシステム構成を示すブロック図である。
図示のように、この加速度検出装置は、加速度の検出を行なう加速度センサ１０と、各種の演算処理や制御を行なうマイコン２０と、不揮発性記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ３０とを有し、本例では電動アシスト自転車の車体内に組み込まれ、この自転車の傾斜角度を検出するものである。
【００１１】
加速度センサ１０は、マイコン２０の制御に基づいて加速度の検出を行ない、その検出値をマイコン２０に出力するものである。この加速度センサの具体的構成としては、例えば水平軸方向に弾性的に変位可能に支持された可動体の変位を静電容量の変化によって検出する静電検出型のものを用いることができるが、これに限定されるものではなく、種々の方式のものを用いることができる。また、１軸方向の加速度センサに限らず、水平方向のＸ−Ｙ２軸方向の加速度を検出する構成であってもよい。
マイコン２０は、本発明に関する主要な演算処理として、まず電動アシスト自転車の出荷前の段階で、加速度センサ１０から出力される加速度検出値から加速度センサ１０の取り付け角度誤差に基づくオフセット値を算出し、ＥＥＰＲＯＭ３０に格納し、出荷後の実稼働時には、加速度センサ１０から出力値をオフセット値で補正して正確な加速度を算出する処理を行なう。
なお、このようなマイコン２０は、加速度検出装置に専用のモジュールとして設けたものに限定されないものである。例えば、オフセット値の演算処理には、電動アシスト自転車内の他のコントローラに設けられるマイコン、あるいは測定用に外部接続される情報処理装置（パーソナルコンピュータ）内のマイコンを用いてもよい。また、実稼働中の演算処理には、電動アシスト自転車内の他のコントローラに設けられるマイコンを用いてもよい。
【００１２】
次に、このような加速度検出装置を用いて取り付け角度誤差に基づくオフセット値の算出方法について説明する。
図２は本例の加速度センサによって加速度を検出している様子を示す側面図であり、プリント基板４０上に加速度センサ１０を実装した状態で加速度のオフセット量を求める場合を示している。
ここで図２（Ａ）は水平な状態に配置された加速度センサ１０によって加速度を検出している様子を示し、図２（Ｂ）は角度θだけ傾斜した状態に配置された加速度センサ１０によって加速度を検出している様子を示している。図示のように、加速度センサ１０はプリント基板４０に実装され、このプリント基板４０には上述したマイコン２０等が配置されているものとする。
図２（Ａ）に示す状態では、重力方向（矢印Ａ）と加速度検出方向（矢印Ｂ）が直交しているため、オフセットのない状態での検出ができるが、図２（Ｂ）に示す状態では、重力方向（矢印Ａ）に対して加速度検出方向（矢印Ｂ）が角度θだけずれていることから、オフセット量Ａｃｃ分の誤差を有する。
【００１３】
そこで、このようなオフセット量を求める方法として、図３に示すように、同じ傾斜状態で、加速度センサ１０を水平方向に１８０°反転させ、それぞれの設置状態で静止状態（加速度＝０）で加速度検出を行ない、両方の検出値の平均値を取ることにより、オフセット値を求めることが可能となる。
なお、加速度センサ１０の出力は電圧信号であり、ここではオフセット電圧を求めることになる。
まず、図３（Ａ）に示す第１の設置状態で静止状態で加速度検出を行ない、第１の検出値としてＥＥＰＲＯＭ３０に格納する。次に、加速度センサ１０を水平方向に１８０°反転させ、図３（Ｂ）に示す第２の設置状態に変位させ、静止状態で加速度検出を行ない、第２の検出値としてＥＥＰＲＯＭ３０に格納する。
これら２つの検出信号は、オフセット量に応じた絶対値レベルの信号として出力されるものであるので、この２つの値の加算値はオフセット量の２倍した値となる。そこで、この加算値を２で割る（すなわち、２つの検出値の平均値を求める）ことにより、オフセット量に応じた値を得ることが可能である。
したがって、この２つの加速度検出値から平均値を求め、これをオフセット値としてＥＥＰＲＯＭ３０に格納しておく。
【００１４】
この後、電動アシスト自転車の実際の稼働時には、加速度センサ１０によって加速度の検出を行なう場合に、その検出値をＥＥＰＲＯＭ３０に格納しておいたオフセット値によって補正し、補正後の値を正確な加速度値として採用する。
これにより、加速度センサ１０の組み付け角度誤差等にかかわらず、正確な加速度検出を行なうことができ、電動アシスト自転車の適正な制御を行なうことが可能となる。
【００１５】
次に、電動アシスト自転車に搭載する加速度センサのオフセット量算出処理と稼働時の動作に関し、さらに具体的な例を説明する。
まず、本例では加速度センサ１０を電動アシスト自転車に組み込む前に、加速度センサ１０をプリント基板４０に実装した状態でオフセット値の測定を行ない、初期調整を行なう。
図４は初期調整作業を行なう装置構成を示す説明図である。
図示のように、この初期調整作業では、簡易定盤５０の上に調整用治具ブロック６０を配置し、この調整用治具ブロック６０に加速度センサ１０を搭載したプリント基板４０を配置している。
調整用治具ブロック６０は簡易定盤５０上で水平方向に１８０°回転できる構成となっており、図４（Ａ）に示す第１の状態で加速度検出を行なった後、図４（Ｂ）に示すように調整用治具ブロック６０を１８０°回転させた第２の状態で加速度検出を行なう。
そして、２つの検出値によってプリント基板４０に対する加速度センサ１０のオフセット値を検出し、加速度センサ１０の取り付け状態を微調整し、できるだけ誤差のない状態で固定する。
【００１６】
この後、プリント基板４０を電動アシスト自転車に組み込み、そのオフセット量を測定する。
図５はオフセット量測定時に用いる自転車の固定治具を示す説明図である。図５（Ｂ）に示すように、本例では電動アシスト自転車７０の前輪７１と後輪７２を垂直に支持する２つの治具８０をフロア９０に設置している。各治具８０は、図５（Ａ）に示すように、前輪７１または後輪７２のタイヤ７３が嵌合する溝部８１を有し、自転車７０を直立状態で固定している。
そこで、この治具８０によって自転車７０を固定した状態で、加速度センサ１０による第１の検出値の測定を行なってマイコン２０の内部メモリまたはＥＥＰＲＯＭ３０に記憶し、その後、自転車７０を１８０°反転させた状態で、加速度センサ１０による第２の検出値の測定を行なってマイコン２０の内部メモリまたはＥＥＰＲＯＭ３０に記憶し、これらの検出値に基づいてマイコン２０がオフセット値の計算を行ない、その計算結果をＥＥＰＲＯＭ３０に記憶する。
【００１７】
なお、このような一連の作業において、自転車７０に設けられたのキー操作入力部（図示せず）から適宜キー入力を行ない、加速度センサ１０及びマイコン２０に外部キー操作信号を送って加速度検出の実行を指示することで、システムが調整モードに入り、それぞれの検出処理と演算処理を順番に実行させていくことになる。また、システム側からは作業の進行を示す表示を表示部（図示せず）に順次出力していき、作業者に通知するようになっている。そして、最終的には処理が完了したことを表示する。
また、上述した処理の一部を外部のパソコンを接続して行なうことも可能であり、この場合の手順も基本的に同様のものとなる。
また、実際の測定は、例えば標準体重（６０ｋｇ）の重り、または実際に人が乗り、空気圧一定、環境温度もある程度管理して行なうことが考えられる。
また、フロア９０は、厳格な水平面である必要はなく、ある程度の水平度があればよい。また、上述のような固定用の治具を用いずに自転車を固定して測定を行なうことも可能である。
【００１８】
図６は以上のようなオフセット値を算出する際の動作を示すフローチャートである。
まず、１回目のデータ取得作業によって第１の加速度検出値を得る（ステップＳ１）。
次に、自転車７０を１８０度反転し（ステップＳ２）、２回目のデータ取得作業によって第２の加速度検出値を得る（ステップＳ３）。
そして、１回目と２回目の加速度検出値の平均値よりオフセット値を計算し（ステップＳ４）、これをＥＥＰＲＯＭ２０に記憶する（ステップＳ５）。
【００１９】
図７は図６に示す動作で得られたオフセット値を用いた加速度検出動作（オフセット補正動作）を示すフローチャートである。本例では、加速度センサ１０がアナログ出力であり、これをＡ／Ｄ変換してマイコン２０で演算処理する例を示している。
例えば、自転車の起動後に定期的な動作で加速度センサ１０から加速度Ａ／Ｄ値を取得し（ステップＳ１１）、この取得した加速度Ａ／Ｄ値からＥＥＰＲＯＭ３０に格納したオフセット値を減算し、補正後の加速度値を計算する（ステップＳ１２）。そして、この加速度値を用いて自転車の傾斜角度を計算し、自転車が走行している斜面の傾斜角度の算出等に用いる。
【００２０】
なお、以上は本発明の加速度センサを電動アシスト自転車に搭載した例を説明したが、このような加速度センサの用途は極めて広範であり、例えば上述した２足歩行ロボットやその他の移動装置に幅広く応用できるものである。
また、上述の例では加速度の検出値やオフセット値の計算結果をＥＥＰＲＯＭに格納する例を説明したが、この場合の記憶手段としてはバッテリによってバックアップされた不揮発性のメモリ素子であればよく、ＥＥＰＲＯＭには限定されないものである。また、このような不揮発性メモリに記憶する必要があるのは、最終的なオフセット値だけであり、第１、第２の加速度検出値は演算のために一時的に格納するものであればよく、マイコン２０内のＲＡＭや外部パソコンのメモリを適宜利用できるものである。
また、本発明でいう１８０°反転とは、オフセット電圧の測定に十分な精度を得ることが可能な範囲であればよく、厳格な意味で１８０°である必要はなく、ある程度の誤差を許容するものとする。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の加速度検出装置及び加速度検出方法によれば、移動体（加速度検出装置）を第１の設置状態に設置して加速度検出を行なった第１の検出値と、水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態に設置して加速度検出を行なった第２の検出値の平均値からオフセット値を算出するようにしたことから、簡単明瞭な方法で加速度検出値に含まるオフセット量を求めることができ、正確な加速度検出値の補正を行なうことができる。
したがって、このオフセット値を用いて移動体の実際の稼働時に加速度検出値を補正し、正しい加速度を得て移動体の制御を行なうことが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例における加速度センサのシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す加速度センサに生じるオフセットの原理について説明する側面図である。
【図３】図１に示す加速度センサのオフセット検出方法を説明する側面図である。
【図４】図１に示す加速度センサの初期調整作業を行なう構成を説明する平面図及び断面図である。
【図５】図１に示す加速度センサを電動アシスト自転車に組み込んだ状態でオフセット量の測定を行なうための構成を示す側面図である。
【図６】図１に示す加速度センサにおけるオフセット量の測定動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す加速度センサにおける加速度検出値のオフセット補正動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０……加速度センサ、２０……マイコン、３０……ＥＥＰＲＯＭ、４０……プリント基板、５０……簡易定盤、６０……調整用治具ブロック、７０……自転車、８０……自転車固定用治具。

Claims

加速度検出を行なう加速度検出部と、
前記加速度検出部から出力される加速度検出信号の演算処理を行なう演算部とを有し、
前記演算部は、第１の設置状態で前記加速度検出部によって検出される第１の検出値を格納する第１の記憶手段と、
前記第１の設置状態から水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態で前記加速度検出部によって検出される第２の検出値を格納する第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段に格納された第１の検出値と前記第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出する第１の算出手段と、
前記第１の算出手段によって算出されたオフセット値を格納する第３の記憶手段と、
を有することを特徴とする加速度検出装置。
前記演算部は前記第３の記憶手段に格納されたオフセット値に基づいて前記加速度検出部で検出される加速度検出値を補正する第２の算出手段を有することを特徴とする請求項１記載の加速度検出装置。
外部キー操作信号を入力する入力手段を有し、前記演算部は前記入力手段から入力される第１の指示入力に基づいて前記第１の検出値を第１の記憶手段に格納するとともに、その後の第２の指示入力に基づいて前記第２の検出値を第２の記憶手段に格納することを特徴とする請求項１記載の加速度検出装置。
加速度の検出対象となる移動体に加速度検出部を含む加速度検出装置を搭載して加速度検出を行なう加速度検出方法であって、
前記移動体を第１の設置状態に設置して前記加速度検出部による加速度検出を行ない、その第１の検出値を第１の記憶手段に格納する工程と、
前記移動体を前記第１の設置状態から水平方向に１８０°反転させた第２の設置状態に変位させる工程と、
前記移動体を第２の設置状態に設置した後、前記加速度検出部による加速度検出を行ない、その第２の検出値を第２の記憶手段に格納する工程と、
前記第１の記憶手段に格納された第１の検出値と前記第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出して第３の記憶手段に格納する工程と、
を有することを特徴とする加速度検出方法。
前記移動体の稼働時に前記第３の記憶手段に格納されたオフセット値に基づいて前記加速度検出部で検出される加速度検出値を補正する工程を有することを特徴とする請求項４記載の加速度検出方法。
前記第１の検出値の検出、前記移動体の変位、及び前記第２の検出値の検出の各処理を略水平な移動体設置面を有する支持台上で行なうことを特徴とする請求項４記載の加速度検出方法。
少なくとも前記第１の記憶手段に格納された第１の検出値と前記第２の記憶手段に格納された第２の検出値の平均値からオフセット値を算出する処理を外部の情報処理装置によって行なうことを特徴とする請求項４記載の加速度検出方法。
前記第１の検出値の検出、及び前記第２の検出値の検出の各処理を外部キー操作信号を入力することにより行なうことを特徴とする請求項４記載の加速度検出方法。