JP2012251870A - 角速度検出方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1補正部102は、3軸磁気信号α1及び3軸加速度信号β1が入力されて第1補正磁気信号α2及び第1補正加速度信号β2を出力する。第2補正部103は、第1補正磁気信号α2及び第1補正加速度信号β2が入力されて第2補正磁気信号α3及び第2補正加速度信号β3を出力する。回転軸情報演算部104は、第2補正磁気信号α3及び第2補正加速度信号β3が入力されて回転軸情報cを出力する。回転量情報演算部105は、回転軸情報cと第1補正磁気信号α2とが入力されて回転量情報dを出力する。角速度ベクトル情報演算部106は、回転軸情報cと回転量情報dとが入力されて角速度ベクトル情報eを出力する。
【選択図】図5
Description
3軸磁気センサ101aは、任意の3次元空間を構成する3つの軸各々の方向の磁気に応じた磁気センサ信号α1を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子を用いたものなど既存の磁気センサが挙げられるがこれに制限されない。また、測定される磁気としては、地磁気であってもよいし、人為的に発生させた磁場による磁気であってもよい。
3軸加速度センサ101bは、任意の3次元空間を構成する3つの軸各々の方向の加速度に応じた加速度センサ信号β1を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、コイルバネや板バネを用いた機械式加速度センサや、光学式加速度センサや、静電容量型、ピエゾ抵抗型、ガス温度分布型等の半導体式加速度センサなど、既存の加速度センサが挙げられるがこれらに制限されない。
第1補正部102は、磁気センサ信号α1及び/又は加速度センサ信号β1を、例えば、感度やオフセットの観点から補正し、第1補正磁気信号α2及び/又は第1補正加速度信号β2を出力する。第1補正部102によって、磁気センサの感度ばらつきを低減させたり、オフセット量を加減算して正味の磁気及び加速度を示す信号に近づけることにより、高精度に回転軸、回転量及び角速度ベクトル情報を演算することが可能になる。
第2補正部103は、第1補正磁気信号α2や第1補正加速度信号β2のそれぞれからなる一定量の群の分布のバラツキを低減する補正をして出力する機能を有するものである。分布のバラツキを低減する手段としては、例えば、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均などの線形フィルタによる平均化処理や中間値フィルタ、最頻値フィルタなどの非線形フィルタによる選択処理が挙げられるがこれらに限定はされない。
回転軸情報演算部104は、前記3軸磁気データh及び3軸加速度データaに基づいて回転軸情報cを演算する。
回転量情報演算部105は、回転軸情報演算部104により演算された回転軸情報cと、3軸磁気データh及び/又は3軸加速度データaとに基づいて回転量情報dを演算する。
角速度ベクトル情報演算部106は、回転軸情報演算部104により演算された回転軸情報cと、回転量情報演算部105により演算された回転量情報dとに基づいて角速度ベクトル情報eを演算する。
信頼性指標演算部107には、上述した実施例1の角速度ベクトル情報演算部106を構成する要素の出力信号である磁気センサ信号α1、加速度センサ信号β1、第1補正磁気信号α2、第1補正加速度信号β2、第2補正磁気信号α3、第2補正加速度信号β3、回転軸情報c、回転量情報d、角速度ベクトル情報eから信頼性を評価するうえで有効な信号が適宜入力されて信頼性指標fを演算する。
角速度ベクトル情報出力制御部108は、角速度ベクトル情報eと信頼性指標fが入力され、制御角速度ベクトル情報gを出力している。角速度ベクトル情報出力制御部108では、信頼性指標fに基づいて制御角速度ベクトル情報gを出力するか否かを制御したり、制御角速度ベクトル情報gを補正制御したりすることが可能である。
3次元空間内に分布する、各々n(nは3以上)個の点からなる2つの点の集合χおよび集合ρを、互いに平行な第1の平面と第2の平面によって最小二乗当てはめし、前記第1の平面及び前記第2の平面の法線ベクトルを求めるための演算方法を説明する。
前記第1の平面を前記式(2)で表される法線w及びδχを用いて表し、前記第2の平面を前記式(2)で表される法線w及びδρを用いて表すと下記式(4)となる。
3次元空間内の任意の2点間の、任意の回転軸周りの回転量を求めるには、前記任意の2点を前記任意の回転軸に垂直な平面へ射影し、射影された2点と前記任意の回転軸が前記垂直な平面上でなす角を求めれば良い。
角速度ベクトルはその向きが回転軸の向きであり、その大きさが単位時間当たりの回転量であるベクトルである。
次に、上述した実施例3に示した角速度検出装置を用いて本発明の信頼性指標演算方法ついて具体的に説明する。
次に、上述した実施例3に示した角速度検出装置を用いて本発明の制御角速度ベクトル情報の生成方法について具体的に説明する。
U=0.9を用いる。下記式(31)内の角速度ベクトルR及び制御角速度ベクトル情報gに付けられた添え字jは時刻jにおける値である事を示し、添え字j−1は時刻jよりも1つ過去の値である事を示す。
3 メモリ
6 回転速度判別手段
7 角速度算出手段
8 出力手段
11 コンピュータ
21 3軸磁気センサ
22 3軸加速度センサ
41 第1回転軸決定手段
42 第2回転軸決定手段
51 第1回転角度算出手段
52 第2回転角度算出手段
101a 3軸磁気センサ
101b 3軸加速度センサ
102 第1補正部
103 第2補正部
104 回転軸情報演算部
105 回転量情報演算部
106 角速度ベクトル情報演算部
107 信頼性指標演算部
108 角速度ベクトル情報出力制御部
110 演算処理部(CPU)
Claims (10)
- 3軸磁気センサが検出した3軸磁気センサ信号に基づく3軸磁気データを取得する磁気データ取得ステップと、
3軸加速度センサが検出した3軸加速度センサ信号に基づく3軸加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、
前記3軸磁気データと、前記3軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記3軸磁気データ及び/又は前記3軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算ステップとを有し、
前記回転軸情報演算ステップは、前記3軸磁気データの分布から求まる第1の平面と前記3軸加速度データの分布から求まる第2の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出方法。 - 前記算出される平面が、前記3軸磁気データの前記第1の平面からの距離の2乗と、前記3軸加速度データの前記第2の平面からの距離の2乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項1に記載の角速度検出方法。
- 前記3軸磁気データ、前記3軸加速度データ、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも1つに基づいて角速度ベクトル情報の信頼性を評価し信頼性指標を演算する信頼性指標演算ステップを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の角速度検出方法。
- 前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とに基づいて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御ステップを有することを特徴とする請求項3に記載の角速度検出方法。
- 3軸磁気センサ信号を出力する3軸磁気センサと、
3軸加速度センサ信号を出力する3軸加速度センサと、
前記3軸磁気センサにより検出された前記3軸磁気センサ信号に基づく3軸磁気データと、前記3軸加速度センサにより検出された前記3軸加速度センサ信号に基づく3軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記3軸磁気データ及び/又は前記3軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算部とを備え、
前記回転軸情報演算部は、前記3軸磁気データの分布から求まる第1の平面と前記3軸加速度データの分布から求まる第2の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出装置。 - 前記第1の平面と第2の平面とが互いに平行となることの条件が、前記磁気データを構成する各信号の前記第1の平面からの距離の2乗と、前記加速度データを構成する各信号の前記第2の平面からの距離の2乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項5に記載の角速度検出装置。
- 前記3軸磁気センサ信号、前記3軸加速度センサ信号、前記第1補正磁気信号、前記第1補正加速度信号、前記第2補正磁気信号、前記第2補正加速度信号、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも1つに基づいて、角速度ベクトル情報の信頼性を評価して信頼性指標を演算する信頼性指標演算部を備えていることを特徴とする請求項5又は6に記載の角速度検出装置。
- 前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とが入力されて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御部を備えていることを特徴とする請求項7に記載の角速度検出装置。
- 前記3軸磁気センサから取得された3軸磁気センサ信号と、前記3軸加速度センサから取得された3軸加速度センサ信号とをコンピュータを用いて請求項1乃至4のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラム。
- 請求項9に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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