JP2018205059A - Inertial measurement device and acceleration data processing structure thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は慣性計測装置およびその加速度データ処理構造に係り、特に、姿勢角演算に使用する加速度センサデータの処理技術に関するものである。 The present invention relates to an inertial measurement device and an acceleration data processing structure thereof, and more particularly to a technique for processing acceleration sensor data used for posture angle calculation.
従来、慣性計測装置において加速度センサに入力された振動成分の除去は、ローパスフィルタを設定し、信号を減衰させることにより行われている。すなわち、取得される加速度出力は、ローパスフィルタによって信号が減衰されたものである。 Conventionally, in the inertial measurement device, the vibration component input to the acceleration sensor is removed by setting a low-pass filter and attenuating the signal. That is, the acquired acceleration output is a signal whose signal has been attenuated by the low-pass filter.
加速度センサにおける振動成分除去技術については従来、特許出願等もなされている。たとえば後掲特許文献１には、ドリフト誤差の補正精度の向上を図ることができる加速度センサとして、停車状態から走行状態へ移行する際の加速度センサ信号に含まれる車体振動成分を除去する振動成分除去手段と、振動成分除去後の加速度センサ信号に基づく補正値により加速度センサ信号のゼロ点位置を補正するゼロ点補正手段とからなる装置が開示されている。ここでも振動成分除去手段としては、検知された複数の加速度センサ信号に対するフィルタ処理が挙げられている。 Conventionally, patent applications and the like have been made for the vibration component removal technology in the acceleration sensor. For example, in Patent Document 1 listed later, as an acceleration sensor capable of improving drift error correction accuracy, a vibration component removal that removes a vehicle body vibration component included in an acceleration sensor signal when shifting from a stopped state to a traveling state. And a zero point correcting unit that corrects the zero point position of the acceleration sensor signal with a correction value based on the acceleration sensor signal after the vibration component is removed. Here, as the vibration component removing means, a filtering process for a plurality of detected acceleration sensor signals is cited.
さて、慣性計測装置では、重力の分力を用いて姿勢角を算出するが、振動などにより重力以外の加速度が入力されると、姿勢角に誤差が生じる。したがって、振動成分の除去が必要である。しかし、従来技術のようなローパスフィルタ設定による振動除去方法では、応答性が悪化し、速い動きの加速度の変動に追従しにくくなる。応答性を悪化させることなく振動成分を除去できる技術が望まれる。 In the inertial measurement device, the posture angle is calculated using the gravitational force of the gravity. However, when acceleration other than gravity is input due to vibration or the like, an error occurs in the posture angle. Therefore, it is necessary to remove the vibration component. However, in the vibration removal method using the low-pass filter setting as in the prior art, the responsiveness is deteriorated and it becomes difficult to follow the fluctuation of the acceleration of the fast movement. A technique capable of removing vibration components without deteriorating responsiveness is desired.
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、応答性を悪化させることなく振動成分を除去した加速度データを得ることを可能とする、慣性計測装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an inertial measurement device that eliminates the problems of the prior art and obtains acceleration data from which vibration components are removed without deteriorating responsiveness. is there.
本願発明者は上記課題について検討した結果、加速度センサの他に振動センサを搭載し、振動センサによって得られた振動成分を加速度出力から除算することによって解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。 As a result of studying the above problems, the inventor of the present application has found that it is possible to solve the problem by mounting a vibration sensor in addition to the acceleration sensor and dividing the vibration component obtained by the vibration sensor from the acceleration output. It came to be completed. That is, the invention claimed in the present application, or at least the disclosed invention, as means for solving the above-described problems is as follows.
〔１〕 振動センサ（ＡＣ加速度センサ）と、ＤＣ加速度センサに入力された振動成分を除去する演算を行う演算処理部とからなることを特徴とする、慣性計測装置の加速度データ処理構造。
〔２〕 〔１〕に記載の加速度データ処理構造と、ＤＣ加速度センサと備えていることを特徴とする、慣性計測装置。
〔３〕 ジャイロセンサを備えていることを特徴とする、〔２〕に記載の慣性計測装置。
[1] An acceleration data processing structure of an inertial measurement device, comprising: a vibration sensor (AC acceleration sensor); and an arithmetic processing unit that performs an operation for removing a vibration component input to the DC acceleration sensor.
[2] An inertial measurement device comprising the acceleration data processing structure according to [1] and a DC acceleration sensor.
[3] The inertial measurement device according to [2], further including a gyro sensor.
本発明の慣性計測装置およびその加速度データ処理構造は上述のように構成されるため、これらによれば、応答性を悪化させることなく、振動成分が除去された安定した加速度データを得ることができる。すなわち、加速度センサの出力から振動センサの出力を除算することで、ローパスフィルタを設定した場合よりも応答性が低下せず、安定した加速度データが得られ、そのデータから姿勢角を演算した場合に、振動による誤差を十分に抑制することができる。 Since the inertial measurement device and the acceleration data processing structure thereof according to the present invention are configured as described above, according to these, stable acceleration data from which vibration components are removed can be obtained without deteriorating responsiveness. . In other words, by dividing the output of the vibration sensor from the output of the acceleration sensor, responsiveness is not degraded compared to the case of setting a low-pass filter, and stable acceleration data is obtained, and the attitude angle is calculated from the data. The error due to vibration can be sufficiently suppressed.
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明加速度データ処理構造および慣性計測装置の基本構成を示すブロック図である。図示するように本加速度データ処理構造５は、慣性計測装置１０における加速度データ処理のためのものであって、振動センサ（ＡＣ加速度センサ）２と、ＤＣ加速度センサ１に入力された振動成分を除去する演算を行う演算処理部３とからなることを、主たる構成とする。図示するように演算処理部３としては、姿勢角演算のために慣性計測装置１０に設けられているＭＰＵ等を用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the acceleration data processing structure and inertial measurement apparatus of the present invention. As shown in the figure, this acceleration data processing structure 5 is for acceleration data processing in the inertial measurement device 10 and removes vibration components input to the vibration sensor (AC acceleration sensor) 2 and the DC acceleration sensor 1. The main configuration is that it includes the arithmetic processing unit 3 that performs the arithmetic operation. As shown in the figure, as the arithmetic processing unit 3, an MPU or the like provided in the inertial measurement apparatus 10 for posture angle calculation can be used.
振動センサ（ＡＣ加速度センサ）２は、振動子の振動により角速度や加速度等を検出するセンサであり、帯域にある入力加速度に応答する加速度センサである。静止または等速度運動状態での加速度を検出できる静的加速度（ＤＣ成分）を検出するＤＣ加速度センサに対し、加速度の時間的変化を検出する動的加速度（ＡＣ成分）を検出する。振動検出では、振動によって発生する慣性力や加速度の変化が、振動センサ（ＡＣ加速度センサ）２によって検知される。 The vibration sensor (AC acceleration sensor) 2 is a sensor that detects angular velocity, acceleration, and the like by vibration of a vibrator, and is an acceleration sensor that responds to input acceleration in a band. A dynamic acceleration (AC component) for detecting a temporal change in acceleration is detected with respect to a DC acceleration sensor that detects a static acceleration (DC component) capable of detecting acceleration in a stationary or constant velocity motion state. In vibration detection, a change in inertia force or acceleration caused by vibration is detected by a vibration sensor (AC acceleration sensor) 2.
図２は、図１の加速度データ処理構造における作用を示す説明図である。図示するように本発明加速度データ処理構造５によれば、ＤＣ加速度センサ１に入力された振動成分は、演算処理部３において、振動センサ２により検知された振動センサ出力（ＡＣ加速度信号）が除算されることによって除去され、振動成分の除去された加速度データが得られる。すなわち演算処理部３では、下式の演算がなされて、振動成分の除去された加速度データが出力される。
ＤＣ加速度信号（振動成分を含み得る） − ＡＣ加速度信号（振動成分）
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the acceleration data processing structure of FIG. As shown in the figure, according to the acceleration data processing structure 5 of the present invention, the vibration component input to the DC acceleration sensor 1 is divided by the vibration sensor output (AC acceleration signal) detected by the vibration sensor 2 in the arithmetic processing unit 3. Thus, acceleration data from which vibration components are removed is obtained. That is, the arithmetic processing unit 3 performs the following calculation and outputs acceleration data from which vibration components are removed.
DC acceleration signal (may contain vibration component)-AC acceleration signal (vibration component)
本発明ではこのように、ＤＣ加速度センサ１によって得られた加速度出力（ＤＣ加速度信号）中の振動成分を振動センサ（ＡＣ加速度センサ）２により検知して演算処理部３にて除算することで、従来のローパスフィルタを用いる方式よりも、速い応答を保ったままで、振動成分を除去し、誤差を抑制することができる。 In the present invention, the vibration component in the acceleration output (DC acceleration signal) obtained by the DC acceleration sensor 1 is thus detected by the vibration sensor (AC acceleration sensor) 2 and divided by the arithmetic processing unit 3. The vibration component can be removed and the error can be suppressed while maintaining a faster response than a method using a conventional low-pass filter.
なお、加速度データ処理構造５と、ＤＣ加速度センサ１と備えてなる慣性計測装置１０自体も、本発明の範囲内である。
図３は、本発明慣性計測装置の別の構成を示すブロック図である。図示するように本発明慣性計測装置３１０は、ジャイロセンサ３４を備えた構成としてもよい。
Note that the inertial measurement device 10 itself provided with the acceleration data processing structure 5 and the DC acceleration sensor 1 is also within the scope of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing another configuration of the inertial measurement device of the present invention. As shown in the figure, the inertial measurement device 310 of the present invention may be configured to include a gyro sensor 34.
本発明の慣性計測装置およびその加速度データ処理構造によれば、応答性を悪化させることなく、振動成分が除去された安定した加速度データを得ることができる。したがって、慣性計測装置の製造、使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。 According to the inertial measurement device and its acceleration data processing structure of the present invention, stable acceleration data from which vibration components are removed can be obtained without deteriorating responsiveness. Therefore, the invention is highly industrially applicable in the field of manufacturing and use of inertial measuring devices and in all related fields.
１、３１…ＤＣ加速度センサ
２、３２…振動センサ（ＡＣ加速度センサ）
３、３３…演算処理部
５、３５…加速度データ処理構造
１０、３１０…慣性計測装置
３４…ジャイロセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 ... DC acceleration sensor 2, 32 ... Vibration sensor (AC acceleration sensor)
3, 33 ... arithmetic processing units 5, 35 ... acceleration data processing structure 10, 310 ... inertia measurement device 34 ... gyro sensor
Claims (3)
The inertial measurement device according to claim 2, further comprising a gyro sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017109125A JP2018205059A (en) | 2017-06-01 | 2017-06-01 | Inertial measurement device and acceleration data processing structure thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017109125A JP2018205059A (en) | 2017-06-01 | 2017-06-01 | Inertial measurement device and acceleration data processing structure thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018205059A true JP2018205059A (en) | 2018-12-27 |
Family
ID=64955679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017109125A Pending JP2018205059A (en) | 2017-06-01 | 2017-06-01 | Inertial measurement device and acceleration data processing structure thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018205059A (en) |
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2017
- 2017-06-01 JP JP2017109125A patent/JP2018205059A/en active Pending
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