JP2019078560A - ジャイロセンサのオフセット補正装置、オフセット補正プログラム、歩行者自律航法装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムでジャイロセンサのオフセット値を補正することができるジャイロセンサのオフセット補正装置を提供する。【解決手段】ジャイロセンサ（２）のオフセット補正装置（１）は、加速度センサ（３）と、地磁気センサ（４）と、加速度センサ（３）の出力値と地磁気センサ（４）の出力値とを用いてジャイロセンサ（２）が静止状態であるか否かを判定する静止判定部（１２）と、ジャイロセンサ（２）の出力値を用いてジャイロセンサ（２）のオフセット値を算出する差分計算部（１３）と、静止判定部（１２）にて静止状態であると判定されたジャイロセンサ（２）の出力値を用いて差分計算部（１３）にて算出されたオフセット値をジャイロセンサ（２）の新たなオフセット値とするオフセット値更新部（１４）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロセンサのオフセット補正に関する。

ジャイロセンサは、角速度を検出することができるセンサであり、従来、船や航空機、ロケットの自立航法用途に用いられている。また、近年では、ジャイロセンサの小型省電力化により、スマートフォンやゲームコントローラ、ロボット、デジタルカメラの手ぶれ補正、カーナビなど民生機器にも広く利用されている。中でも民生機器向けのジャイロセンサは振動式ジャイロセンサと呼ばれ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を使用して小型省電力化が進んでいる。

このような振動式ジャイロセンサにはオフセット値が存在するため、オフセット補正（角速度オフセット補正）を行う必要がある。オフセット値が一定であれば問題ないが、振動式ジャイロセンサの場合、ＭＥＭＳを振動させることにより熱が発生し、オフセット値が温度ドリフトする。しかもドリフト量は一定ではなく、個体差および軸によって極性も大きさも異なる。ジャイロセンサにて検出された角速度は積分して用いられるため、正確なオフセット値を求めることが重要になる。

ジャイロセンサのオフセット補正に関する従来技術として、例えば特許文献１，２がある。特許文献１には、ジャイロセンサからの出力値（角速度値）を蓄積し、コーナー位置を特定してコーナーとコーナーの間を直線であると仮定して、当該区間で直線になるように補正値を算出し、蓄積した出力値を再計算する技術が開示されている。特許文献２には、温度に基づいていくつかの補正値候補を生成し、それぞれについて移動動作の方位角を計算して出現頻度のヒストグラムから最適な補正値を選ぶ技術が開示されている。

特開２０１４−９８６１３号公報 国際公開第２０１４/１８５４４４号パンフレット

しかしながら、上述のような従来技術には、以下のような問題がある。

特許文献１に記載の技術によれば、少なくともコーナーから次のコーナーまでの区間の角速度値を蓄積して再計算するため、リアルタイム性に欠ける。また、屋内で通路をまっすぐ歩くことを前提としており、緩やかに曲がっている通路や左右に振れながら進んだ場合には正しいオフセット値を算出できない。

特許文献２に記載の技術によれば、上記同様に角速度値を蓄積する必要がありリアルタイム性に欠ける。また、補正値候補として温度に依存したテーブルを用いるため、機器毎にテーブルを作成する必要がある。さらに、移動方向に０度、±４５度、±９０度、±１３５度、１８０度など制限を設けており、限定された空間内で通路に対してまっすぐ歩くことを前提としている。そのため、必ずしも正確なオフセット値を選択できているとは限らない。

本発明の一態様は、上記課題を鑑みなされたもので、ジャイロセンサの出力値を蓄積して遡って補正するのではなく、リアルタイムでジャイロセンサのオフセット値を補正することができるジャイロセンサのオフセット補正装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、加速度センサと、地磁気センサと、前記加速度センサの出力値と前記地磁気センサの出力値とを用いて前記ジャイロセンサが静止状態であるか否かを判定する静止判定部と、前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部と、前記静止判定部にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサの新たなオフセット値とするオフセット値更新部とを備える。

本発明の一態様によれば、ジャイロセンサの出力値を蓄積して遡って補正するのではなく、リアルタイムでジャイロセンサのオフセット値を補正することができるジャイロセンサのオフセット補正装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る角速度オフセット補正装置のブロック図である。 センサ軸と絶対座標軸の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る差分計算の方法を示した図である。 本発明の実施形態に係る静止判定計算の方法を示した図である。 本発明の実施形態に係るオフセット補正値更新の方法を示した図である。 本発明の実施形態に係るオフセット値補正のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る別の角速度オフセット補正装置のブロック図である。 本発明の別の実施形態に係るカルマンフィルタの計算方法を示した図である。 本発明の別の実施形態に係るオフセット値補正のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る歩行者自律航法装置のブロック図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

（オフセット補正装置１の構成）
図１は、本発明の実施形態に係るオフセット補正装置１のブロック図である。図１に示すように、オフセット補正装置１は、ハードウェアとして、ジャイロセンサ２、加速度センサ３、地磁気センサ４およびマイクロコントローラ１０を備えている。

ジャイロセンサ２は振動式ジャイロセンサであり、角速度を測定して角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を出力する。加速度センサ３は加速度を測定して加速度値（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を出力する。地磁気センサ４は地磁気を測定して地磁気値（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を出力する。ジャイロセンサ２、加速度センサ３および地磁気センサ４は、実施形態３に示す歩行者自律方向装置等の同一装置に搭載されており一体で移動する。

マイクロコントローラ１０には、ジャイロセンサ２から出力された角速度値、加速度センサ３から出力された加速度値、および地磁気センサ４から出力された地磁気値が入力される。マイクロコントローラ１０は、入力されたこれらの値を用いて、ジャイロセンサ２のオフセット値を求め、ジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を更新する。

マイクロコントローラ１０内における処理はソフトウェアで実現され、内部には、姿勢計算部１１、静止判定部１２、差分計算部（オフセット値算出部）１３およびオフセット値更新部１４が構築される。

姿勢計算部１１は、加速度センサ３から出力された加速度値、地磁気センサ４から出力される地磁気値を用いてジャイロセンサ２のオイラー角を算出する。

差分計算部１３は、ジャイロセンサの出力値を用いてジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部である。差分計算部１３は、ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間の変化量と、ジャイロセンサ２の出力値（加速度値）を一定時間積分した値との差、を一定時間で割った値をオフセット値として算出する。

静止判定部１２は、加速度センサ３から出力される加速度値と地磁気センサ４から出力される地磁気値との両方を用いてジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定する。静止判定部１２は、加速度値と地磁気値とを用いて求められたジャイロセンサ２のオイラー角を用い、一定時間におけるオイラー角の変化量からジャイロセンサ２の静止状態を判定する。

オフセット値更新部１４は、ジャイロセンサ２のオフセット値を更新するものである。オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にて静止状態であると判定されたジャイロセンサ２の出力値を用いて差分計算部１３にて算出されたオフセット値をジャイロセンサ２の新たなオフセット値とする。

（姿勢計算部１１のオイラー角の計算）
図２は、センサ軸と絶対座標軸との関係を示す図である。図２を用いて姿勢計算部１１によるオイラー角の計算方法を説明する。図２に示すように、オイラー角は３つの角度の組で表され、センサＸ（sensor-Ｘ）軸周りの回転をロール角（roll）、センサＹ（sensor-Ｙ）軸周りの回転をピッチ角（pitch）、センサＺ（sensor-Ｚ）軸周りの回転をヨー角（yaw）とする。加速度値が垂直方向下を指すことを利用して、次式のように、加速度値（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を用いて第１オイラー角（roll，pitch，yaw）を計算することができる。

姿勢計算部１１は、ヨー角については地磁気値を用いても算出する。地磁気値が磁北を指すことを利用して、地磁気値よりヨー角を求めることができる。但し、磁北方向は垂直下向きの成分をもつ（伏角）ので、ＸＹ平面に写像して計算する。地磁気値（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を用いてヨー角（yaw）を求める式を以下に示す。

加速度値を用いて求めたヨー角（yaw）と区別するために、地磁気値を用いて求めたヨー角はヨー角（yaw_m）と記載する。また、以降、加速度値を用いて算出されたオイラー角を第１オイラー角と称し、加速度値を用いて算出されたロール角（roll），ピッチ角（pitch）と、地磁気値を用いて求めたヨー角（yaw_m）とを含むオイラー角（roll，pitch，yaw_m）を第２オイラー角と称する。

（差分計算部１３の差分計算）
図３は、差分計算部１３による差分計算の方法を示す図である。図３に示すように、差分計算部１３は、ジャイロセンサ２から出力される角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまで積分してオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を求める。また、差分計算部１３は、姿勢計算部１１にて算出された第１オイラー角（roll，pitch，yaw）を用いて、時刻ｔの時の第１オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）を求める。

求めたオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）とオイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）とは、ジャイロセンサ２にオフセット（角速度オフセット）がなければ一致すが、オフセットがあるために差が生じる。ここで、Δｔは短い時間であるため、その間のオフセット値は一定であると仮定して上記の差をΔｔで割った値をオフセット値とできる。上記Δｔは、例えば１００ｍｓである。

つまり、差分計算部１３は、オイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）と第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）との差を求め、求めた差（Ｗｘ−Δroll，Ｗｙ−Δpitch，Ｗｚ−Δyaw）をΔｔで割った値（（Ｗｘ−Δroll）/Δｔ，（Ｗｙ−Δpitch）/Δｔ，（Ｗｚ−Δyaw）/Δｔ）をオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）とする。

（静止判定部の静止判定計算）
図４は、静止判定部１２による静止判定計算の方法を示す図である。図４に示すように、静止判定部１２は、姿勢計算部１１において算出された第２オイラー角（roll，pitch，yaw_m）を用いて、時刻ｔの時の第２オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw_ｍ）を求める。そして、静止判定部１２は、求めた差分（Δroll，Δpitch，Δyaw_ｍ）が十分に小さい場合、ジャイロセンサ２は静止状態であると判定する。求めた差分が例えば１°である場合に、十分に小さいと判定する。

（オフセット値更新部の更新方法）
図５は、オフセット値更新部１４によるオフセット値更新の方法を示す図である。図５に示すように、オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にてジャイロセンサ２が静止状態であると判定されると、姿勢計算部１１にて算出されたオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を用いてジャイロセンサ２のオフセット値を更新する。静止状態でないと判定された時は、オフセット値の更新は行わない。

（オフセット値補正の処理手順）
図６は、オフセット補正装置１におけるオフセット値補正のフローチャートである。図６に示すように、マイクロコントローラ１０は、加速度センサ３から出力される加速度値を用いた第１オイラー角と、地磁気センサ４から出力される地磁気値を用いて求めたヨー角（yaw_ｍ）を含む第２オイラー角とを算出する（Ｓ１、Ｓ２）。Ｓ１、Ｓ２の順は逆でも同時でもよい。

次に、マイクロコントローラ１０は、時刻ｔの時の第１オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）と、ジャイロセンサ２から出力される角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまで積分してオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を求める（Ｓ３，Ｓ４）。Ｓ３、Ｓ４の順は逆でも同時でもよい。次に、マイクロコントローラ１０は、Ｓ３、Ｓ４で求めたオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）と第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）との差を求め、求めた差をΔｔで割った値をオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）とする（Ｓ５）。

次に、マイクロコントローラ１０は、時刻ｔの時の第２オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw_ｍ）を求め（Ｓ６）、求めた第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw_ｍ）が十分に小さいか否かを判定する（Ｓ７）。
Ｓ７において、十分に小さい場合に、静止状態であると判定し、Ｓ８に進んでＳ５で算出されたオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を用いてジャイロセンサ２のオフセット値を更新し、Ｓ１に戻る。一方、Ｓ７において、十分に小さくない場合は、静止状態ではないと判定し、Ｓ８に進むことなくＳ１に戻る。

なお、Ｓ６は、上記Ｓ３−Ｓ５よりも先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。また、Ｓ６、Ｓ７を先に行い、Ｓ７で静止状態であると判定した場合に、Ｓ３−Ｓ５を行い、Ｓ８に進んでもよい。

（実施形態の効果）
以上のように、本実施形態に係るオフセット補正装置１においては、加速度センサ３から出力される加速度値と地磁気センサ４から出力される地磁気値とを用いてジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定し、ジャイロセンサ２が静止状態である場合に、静止状態のジャイロセンサ２から出力される角速度値を用いてジャイロセンサのオフセット値を求め、オフセット値を補正する。

これにより、ジャイロセンサ２の出力値を蓄積することなく、リアルタイムにジャイロセンサのオフセット値を補正することができる。

上記構成においては、静止判定部１２は、地磁気値を用いて算出されたヨー角（yaw_m）を含む第２オイラー角を用いてジャイロセンサ２の静止状態を判定する。加速度値より求めたヨー角（yaw）では、垂直軸に対しての回転動作を検出することができないが、静止判定には地磁気値より求めたヨー角(yaw)を用いているので、精度の高い静止判定が可能となる。

また、上記構成において、差分計算部１３は、ジャイロセンサ２の出力値を用いてジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を算出するにあたり、ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量と、ジャイロセンサの出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差、を一定時間（Δｔ）で割った値をジャイロセンサ２のオフセット値として算出している。

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであるが実際にはノイズが含まれており、静止状態のジャイロセンサからの出力値＝オフセット値とはならない。上記構成のように、オイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量とジャイロセンサの出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差をとることで、ノイズ成分を除くことができる。

また、絶対座標（重力方向上下、東西南北）に対する装置のオイラー角を使用せずにセンサ軸の座標系を使用しているため、上記差を一定時間（Δｔ）で割ることで、ジャイロセンサのオフセット値を求めることができる。

さらに、上記構成において、差分計算部１３は、角速度値より算出された第１オイラー角を用いているので、オフセット値を精度良く算出することができる。つまり、地磁気センサの出力値（地磁気値）は地磁気が弱いためＳ/Ｎが悪く、これに対し、加速度センサの出力値（加速度値）は重力加速度が大きいためＳ/Ｎが高い。したがって、地磁気値を使わずに加速度値のみを用いたオイラー角にてオフセット値を算出することが望ましい。

なお、図１においては、オフセット値を設定できるジャイロセンサ２を用いた構成を記載している。しかしながら、そのような機能を有していないジャイロセンサの場合は、オフセット値のフィードバックをマイクロコントローラ１０においてソフト的に行う構成とすればよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図７は、本実施形態に係るオフセット補正装置１’のブロック図である。図７に示すように、オフセット補正装置１’は、マイクロコントローラ１０’が、オフセット値算出部として、差分計算部１３に代えてカルマンフィルタ部１５を備えている。この点が実施形態１のオフセット補正装置１’と相違する。

（カルマンフィルタ部１５の計算方法）
図８は、カルマンフィルタ部１５の計算方法を示す図である。図８に示すように、カルマンフィルタ部１５は、ジャイロセンサ２の出力値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）から状態方程式を生成し、次に生成した状態方程式と第１オイラー角(roll，pitch，yaw)とを用いて観測方程式を生成し、推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)とオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を計算する。

以下に、カルマンフィルタ部１５におけるＸ軸周り（roll）の計算について説明する。なお、Ｙ軸周り（pitch）、Ｚ軸周り（yaw）についても同様である。

時刻ｔにおける状態ｘ_ｔを下記のように定義する。

時刻ｔ＋Δｔの状態方程式を下記に示す。下記式中のＱは状態ノイズである。

また、観測方程式は下記の通りである。下記式中のＲは観測ノイズである。

カルマンフィルタ部１５の計算を下記に示す。なお、下記式中のＩは単位行列である。

推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)は、図７のオフセット値更新部１４からジャイロセンサ２へのフィードバックを行わない代わりに、オフセットを考慮したオイラー角として使用することができる。

図９は、オフセット補正装置１’におけるオフセット値補正のフローチャートである。図６のフローチャートにおけるＳ３−Ｓ５に代えて、Ｓ１１、Ｓ１２を実施する。Ｓ１１では、ジャイロセンサ２の出力値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）から状態方程式を生成する。Ｓ１２では、生成した状態方程式と第１オイラー角(roll，pitch，yaw)とを用いて観測方程式を生成し、推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)とオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を計算する。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（歩行者自律航法装置７の構成）
図１０は、本実施形態に係る歩行者自律航法装置７の構成を示す。歩行者自律航法装置７は、ハードウェアとして、ジャイロセンサ２、加速度センサ３、地磁気センサ４、マイクロコントローラ２０を備えている。マイクロコントローラ２０内の処理はソフトウェアで実現されている。マイクロコントローラ２０の内部には、角速度オフセット補正部２１、第２姿勢計算部２２、歩行動作検出部２３、移動方向推定部２４、歩幅推定部２５、座標推定部２６が構築される。

前述した実施形態１、２のオフセット補正装置１，１’におけるマイクロコントローラ１０，１０’の機能は、角速度オフセット補正部２１に備えられている。第２姿勢計算部２２は、角速度オフセット補正部２１にてリアルタイムにオフセット値が補正されるジャイロセンサ２の角速度値を元に、当該歩行者自律航法装置７の姿勢（オイラー角、クォータニオン）を求める。

歩行動作検出部２３は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢とジャイロセンサ２の角速度値より歩行動作を検出する。移動方向推定部２４は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢とジャイロセンサ２から出力される角速度値より歩いていく方向を推定する。

歩幅推定部２５は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢と加速度センサ３から出力される加速度値より１歩の歩幅を推定する。

座標推定部２６は、移動方向推定部２４にて推定された歩行方向と歩幅推定部２５にて推定された歩幅から座標を推定し、歩行の軌跡を計算する。

歩行者自律航法装置７は、スマートフォンやタブレット、ロボット、行動ロガーに搭載される。

〔ソフトウェアによる実現例〕
オフセット補正装置１，１’における、差分計算部１３、姿勢計算部１１、静止判定部１２、オフセット値更新部１４、カルマンフィルタ部１５、および歩行者自律航法装置７における、角速度オフセット補正部２１、第２姿勢計算部２２、歩行動作検出部２３、移動方向推定部２４、歩幅推定部２５、座標推定部２６は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、オフセット補正装置１，１’、歩行者自律航法装置７は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれた値信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、ジャイロセンサ２のオフセット補正装置１、１’であって、加速度センサ３と、地磁気センサ４と、前記加速度センサ３の出力値と前記地磁気センサ４の出力値とを用いて前記ジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定する静止判定部１２と、前記ジャイロセンサ２の出力値を用いて前記ジャイロセンサ２のオフセット値を算出するオフセット値算出部（差分計算部１３、カルマンフィルタ部１５）と、前記静止判定部１２にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサ２の出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサ２の新たなオフセット値とするオフセット値更新部１４とを備えている。

上記構成によれば、静止判定部１２は、加速度センサ３の出力値（加速度値）と地磁気センサ４の出力値（地磁気値）とを用いてジャイロセンサ２の静止状態を判定する。加速度値より重力方向の変化を検出することができ、地磁気値より水平方向の変化を検出することができる。重力方向および水平方向共に変化が無い場合、ジャイロセンサ２は静止状態であると判定することができる。

オフセット値算出部は、ジャイロセンサ２の出力値を用いてジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を算出する。オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にて静止状態であると判定されたジャイロセンサ２から出力される角速度値を用いて算出されたオフセット値をジャイロセンサ２の新たなオフセット値としてオフセット値を更新する。

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであり、静止状態のジャイロセンサ２からの出力値を用いてオフセット値を算出できる。

これにより、ジャイロセンサ２の出力値を蓄積することなく、リアルタイムにジャイロセンサ２のオフセット値を補正することができる。

本発明の態様２に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様１において、前記オフセット値算出部は、前記ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間の変化量と、前記ジャイロセンサ２の出力値を前記一定時間積分した値との差、を前記一定時間で割った値を前記オフセット値として算出する構成である。

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであるが実際にはノイズが含まれており、静止状態のジャイロセンサ２からの出力値＝オフセット値とはならない。上記構成のように、オイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量とジャイロセンサ２の出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差をとることで、ノイズ成分を除くことができる。

また、絶対座標（重力方向上下、東西南北）に対する装置のオイラー角を使用せずにセンサ軸の座標系を使用しているため、上記差を一定時間（Δｔ）で割ることで、ジャイロセンサ２のオフセット値を求めることができる。

本発明の態様３に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様１において、前記オフセット値算出部はカルマンフィルタ部１５を有し、前記ジャイロセンサ２から出力される角速度値から状態方程式を生成し、該状態方程式と前記ジャイロセンサ２のオイラー角とを用いて観測方程式を生成し、該観測方程式を用いて前記オフセット値を算出する構成である。

上記態様２と同様に、ジャイロセンサ２の出力値のノイズ成分を除いてオフセット値を算出できる。

本発明の態様４に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様２，３において、オフセット値算出部は、前記加速度センサ３の出力値を用いて前記ジャイロセンサ２のオイラー角を算出する構成である。

地磁気センサ４の出力値（地磁気値）は地磁気が弱いためＳ/Ｎが悪い。これに対し、加速度センサ３の出力値（加速度値）は重力加速度が大きいためＳ/Ｎが高い。上記構成によれば、地磁気センサ４の出力値は使わずに加速度センサ３の出力値のみをオイラー角の計算に使用しているので、オフセット値を精度良く算出することができる。

本発明の態様５に係る歩行者自律航法装置は、上記態様１から４のジャイロセンサのオフセット補正装置を備える構成である。

上記構成によれば、リアルタイムで角速度オフセット値を補正できるため、携帯型省電力の歩行者自立航法装置を実現できる。

本発明の各態様に係るオフセット補正装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記オフセット補正装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記オフセット補正装置をコンピュータにて実現させるオフセット補正装置のオフセット補正プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、１’ オフセット補正装置
２ ジャイロセンサ
３ 加速度センサ
４ 地磁気センサ
７ 歩行者自律航法装置
１０、１０’、２０ マイクロコントローラ
１１ 姿勢計算部
１２ 静止判定部
１３ 差分計算部（オフセット値算出部）
１４ オフセット値更新部
１５ カルマンフィルタ部（オフセット値算出部）
２１ 角速度オフセット補正部
２２ 第２姿勢計算部
２３ 歩行動作検出部
２４ 移動方向推定部
２５ 歩幅推定部
２６ 座標推定部

Claims (7)

1. ジャイロセンサのオフセット補正装置であって、
   加速度センサと、
   地磁気センサと、
   前記加速度センサの出力値と前記地磁気センサの出力値とを用いて前記ジャイロセンサが静止状態であるか否かを判定する静止判定部と、
   前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
   前記静止判定部にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサの新たなオフセット値とするオフセット値更新部と
   を備えることを特徴とするオフセット補正装置。
2. 前記オフセット値算出部は、前記ジャイロセンサのオイラー角の一定時間の変化量と、前記ジャイロセンサの出力値を前記一定時間積分した値との差、を前記一定時間で割った値を前記オフセット値として算出することを特徴とする請求項１に記載のオフセット補正装置。
3. 前記オフセット値算出部はカルマンフィルタ部を有し、前記ジャイロセンサから出力される角速度値から状態方程式を生成し、該状態方程式と前記ジャイロセンサのオイラー角とを用いて観測方程式を生成し、該観測方程式を用いて前記オフセット値を算出することを特徴とする請求項１に記載のオフセット補正装置。
4. オフセット値算出部は、前記加速度センサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオイラー角を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載のオフセット補正装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のジャイロセンサのオフセット補正装置を備えることを特徴とする歩行者自律航法装置。
6. 請求項１から４の何れか１項に記載のジャイロセンサのオフセット補正装置としてコンピュータを機能させるためのオフセット補正プログラムであって、上記静止判定部、上記オフセット値算出部および上記オフセット値更新部としてコンピュータを機能させるためのオフセット補正プログラム。
7. 請求項６に記載のオフセット補正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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