JP4189375B2 - 羅針盤のキャリブレーション方法および羅針盤のキャリブレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場の判定と利用に係り、特に、磁場に外乱が作用しているか否かを検査し、その検査結果を利用する方法および装置に関する。

以下、移動可能なロボット（以下、移動ロボットという）（図示せず）に装着されてそのロボットの方位角を認識する磁場羅針盤（以下、羅針盤という）（図示せず）をキャリブレーションする従来のキャリブレーション方法を添付された図面を参照して説明すれば、次の通りである。

一般に、移動ロボットに装着される羅針盤は、そのロボット自身から発生する磁場による自己方位角の歪曲を減らすためにキャリブレーションがなされなければならない。

図１は、直線磁束の環境下で磁場センサーによってセンシングされた磁場値を利用してｘ軸およびｙ軸に形成した円を示す図面である。

移動ロボットに装着される羅針盤は、例えば、互いに直角に配置される二つの磁場センサー（図示せず）を備えている。移動ロボットを３６０度以上に回転させつつ磁場センサーによってセンシングされた磁場値を２次元平面上に投影すれば、図１に示すような円が形成される。このとき、羅針盤の方位角は、図１に示すｘ軸またはｙ軸と円上の座標とがなす角度によって示される。

図２は、直線磁束環境下で磁場センサーによってセンシングされた２進数形態の磁場値を利用してｘ軸およびｙ軸に形成した円を示す図面である。

実際に、磁場センサーによってセンシングされ、デジタルコンピュータが検出する磁場値は２進数形態をとる。したがって、センシングされた正数の磁場値を２次元平面上に投影すれば、図２に示すように円の中心がオフセットを有するものとなることがある。このような円の中心のオフセットは、磁場に外乱が作用することにより惹き起こされることもある。

図３は、磁場に外乱が作用しているとき、磁場センサーによってセンシングされた２進数形態の磁場値を利用してｘ軸およびｙ軸に形成した円を示す図面である。

磁場に外乱が作用する曲線磁束上でセンシングされた２進数形態の磁場値を２次元平面上に投影すれば、図３に示すように円の中心がオフセットを有するとともに円の形態が歪曲される。

ここで、羅針盤をキャリブレーションするというのは、図２または図３に示した円の中心のオフセットや円自体の歪曲を、図１に示した円の形態に変換する作業を意味する。このために、従来のキャリブレーション方法は、１：１対応関数やキャリブレーションパラメータを使用する。しかし、移動ロボットに装備された磁場センサーの場合、その周辺環境がそのロボットの移動によって変わるので、特定の１：１対応関数やキャリブレーションパラメータを使用し続けることができない。

図４は、移動ロボットの走行の例示的な経路を２次元的に示す図面であって、点線は磁束を表す。

一般に、従来のキャリブレーション方法は、キャリブレーションされる羅針盤の現在位置する場所が、直線磁束が優勢に作用する所であると仮定する。例えば、図４に示すように、移動ロボット４に装着された羅針盤は、直線形態の磁束（以下、直線磁束という）が優勢な所定位置２で従来の方法によってキャリブレーションされた後、矢印方向に移動する。このような直線磁束は地球磁場下で現れる。しかし、従来の方法によってキャリブレーションされる羅針盤は、人間の居住環境である室内または周辺に鉄筋コンクリートのような金属の多い室外に位置することもある。この場合、金属や磁性を帯びた物体によって磁場が歪曲されるので、従来の方法が依存する直線磁束優位の仮定が成立しないこともある。

図５は、移動ロボットの走行の他の例示的な経路を２次元的に示す図面である。

直線磁束は、室内または周辺に金属の多い室外で磁場に作用する外乱（外乱磁場）によって曲線磁束に変形されることがある。図５に示すように、曲線磁束内のある位置６で移動ロボット８に装着された羅針盤を従来の方法によってキャリブレーションする場合、羅針盤が正確にキャリブレーションされないことがある。その結果、キャリブレーションされた羅針盤は移動ロボットの方向を必ずしも正確に反映しないことになる。

キャリブレーションのために使われるデータである羅針盤データの歪曲を防止するための従来の方法が特許文献１に開示されている。ここに開示されている従来の方法は、磁場の外乱が疑わしい場合に、一時的に羅針盤の機能を中断させ、移動体自体の磁気徴候が変わるときに羅針盤を再びキャリブレーションする。このような従来の方法は、磁場に外乱が作用する環境下で招来される不正確なキャリブレーションに対する対策を提供するものではない。

羅針盤を装着した移動体が移動するときに変動する周辺磁場を補正してリアルタイムでキャリブレーションする従来の他の方法が特許文献２に開示されている。ここに開示されている従来の方法は、図３に示した円を図１に示したように変化させることができるが、方位角自体が補正できないという問題点を有する。すなわち、図３に示した歪曲された円上のある点を図１に示した円上のある点に１：１対応させることはできるが、対応させた点が正しい方位角であるか否かは保障されない。その結果、リアルタイムでキャリブレーションする従来の方法は、直線磁束よりなる磁場内でキャリブレーションする方法に比べて方位角を正確に獲得できるわけではない。

しかも、磁場に外乱が作用しているか否かを知るためには、高価な磁場計測装置が要求される。このような高価な磁場計測装置を移動ロボットに装着する必要があるということになれば、移動ロボットの実用化に障害となる。
米国特許６,０１４,６１０号明細書 米国特許６,３０１,７９４号明細書

本発明が解決しようとする技術的課題は、磁場に外乱が作用しているか否かを簡単に検査できる磁場の判定方法と、検査された結果によって羅針盤を適切な位置に移動させて、その羅針盤を正確にキャリブレーションできる磁場の利用方法を提供することである。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、磁場に外乱が作用しているか否かを簡単に検査できる磁場判定装置と、検査された結果によって羅針盤を適切な位置に移動させて、その羅針盤を正確にキャリブレーションできる磁場利用装置を提供することである。

前記課題を達成するための本発明による磁場データの利用方法は、（ａ）方向ごとの磁場の大きさを示す磁場データを、空間上の異なる方向にセンサーを回転しつつ時間帯別に測定して、保存する段階と、（ｂ）前記保存された磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの振幅及びオフセットを利用して前記磁場に外乱が作用しているか否かを検査する段階と、（ｃ）前記検査の結果、磁場の外乱が作用していると決定される場合、羅針盤候補位置を決定して前記決定された候補位置に前記羅針盤を移動しつつ、前記（ａ）段階及び（ｂ）段階を繰り返し、磁場の外乱が作用しないと決定される場合、前記（ａ）段階で保存された磁場データを利用して前記羅針盤の方位角をキャリブレーションする段階と、を備える構成である。

前記他の課題を達成するための本発明による磁場データ利用装置は、方向ごとの磁場の大きさを示す磁場データを、空間上でセンサーを回転させることにより経時的に測定する磁場測定部と、前記測定された磁場データを保存する保存部と、前記保存部に保存された前記磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの振幅及びオフセットを利用して前記磁場に外乱が作用しているか否かを検査する磁場外乱検査部と、前記検査の結果、磁場の外乱が作用しないままで、羅針盤の候補位置を決定して前記決定された候補位置に前記羅針盤を移動させる移動部と、磁場の外乱が作用しないと決定される場合、前記保存部に保存された磁場データを利用して前記羅針盤の方位角をキャリブレーションする方位角キャリブレーション部、とを備える構成である。

本発明による磁場の判定方法および判定装置は、磁場に外乱が作用しているか否かを高価な磁場計測装置なしに比較的容易に判定できるので、その判定結果を利用することにより、羅針盤を装着した移動体の周囲環境についての磁場情報があらかじめ提供されていない場合にも、移動体が磁場に外乱が作用している環境に位置することを感知して、移動体を外乱磁場が比較的少ないか、または外乱磁場が作用していない場所に移動体自身を移動させて、その移動体に装着された羅針盤をさらに正確にキャリブレーションできる。すなわち、羅針盤をリアルタイムでキャリブレーションせずに最初の一回のキャリブレーションで羅針盤の精度を保障できるので、その固有な機能を行う前にそれに装着された羅針盤をキャリブレーションしなければならない移動体を、外乱磁場の作用する環境、すなわち、室内または磁性体のある室外でも使用可能にする。

以下、本発明による磁場の判定方法を、添付した図面を参照して次のように説明する。

図６は、本発明による磁場の判定方法を説明するためのフローチャートである。図６に示すように、本発明による磁場の判定方法は、磁場データを測定して保存する段階（第１０段階）および磁場に外乱が作用しているか否かを検査する段階（第１２段階）よりなる。

本発明による磁場の判定方法は、まず、磁場データを、空間上のセンサーを回転させて経時的に測定し、その各時点で測定された方向ごとの磁場データを保存する（第１０段階）。ここで、磁場データは、異なる方向の磁場の大きさをそれぞれ表しており、その値は、磁場センサー（以下、センサーという）（図示せず）によって測定することができる。このセンサーには、空間上で異なる方向を向くよう構成された、例えばフラックスゲートセンサーを使用することができる。例えば、２つのセンサーを、互いに直角に向くよう配置することができる。

本発明によれば、前述したセンサーは、磁場データを測定するために、所定の角度以上、望ましくは３６０度またはそれ以上の角度に、回転するよう構成されている。このようなセンサーを、移動ロボットや移動車輌などの移動体（図示せず）に装着される羅針盤（図示せず）に備える場合には、センサーの代りに移動体が回転される。

図７は、第１０段階で測定されて保存される磁場データの例示的な波形図であって、横軸は磁場の大きさを測定した時間を表し、縦軸は磁場の大きさを表す。ここで、磁場の大きさは０より大きい２進データになり、センサーが等速度で回転する場合、横軸はセンサーの回転角度になることもある。

例えば、磁場の大きさを測定するセンサーが２つ存在すると仮定すれば、図７に示すように、経時的に測定された２つの磁場データＲ_xおよびＲ_yが保存されることになる。ここで、２つの磁場データＲ_xおよびＲ_yは近似的に正弦波形の磁場軌跡を形成する。

第１０段階に続いて、保存された磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの磁場軌跡の曲線フィッティングパラメータ（たとえば、「振幅とオフセット」など）を利用して磁場に外乱が作用しているか否かを検査する（第１２段階、図６参照）。

以下、２つの磁場データＲ_xおよびＲ_yが図７のように表現されると仮定して、本発明の磁場の判定方法を例示的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

本発明の一実施例によれば、磁場データＲ_xによって形成される磁場軌跡の振幅Ａ_xおよびオフセットＯ_xを利用して、磁場に外乱が作用しているか否かを、検査することができる。近似的に、振幅Ａ_xは、磁場データＲ_xの最大値と最小値の差の半分で決定され、オフセットＯ_xは、磁場データＲ_xの最大値と最小値との中間値で決定されるものとすることができる。代替的に、振幅Ａ_xを、カイ二乗フィッティングなどの曲線フィッティング手法によって統計上学的に決定してもよい。

本発明の他の実施例によれば、磁場データＲ_yによって形成される磁場軌跡の振幅Ａ_yおよびオフセットＯ_yを利用して磁場に外乱が作用しているか否かを検査することができる。近似的に、振幅Ａ_yは、磁場データＲ_yの最大値と最小値の差の半分で決定され、オフセットＯ_yは、磁場データＲ_yの最大値と最小値との中間値で決定されるものとすることができる。代替的に、振幅Ａ_yは、カイ二乗フィッティングなどの曲線フィッティング手法によって統計学的に決定してもよい。

本発明のさらに他の実施例によれば、磁場データＲ_xおよびＲ_yによって形成される磁場軌跡の振幅Ａ_xおよびＡ_yとオフセットＯ_xおよびＯ_yとを利用して磁場に外乱が作用しているか否かを検査することもできる。

以下、図６に示す第１２段階に対する本発明による実施例について、それぞれ、添付図面を参照して説明する。

図８は、図６に示した第１２段階についての本発明による望ましい一実施例１２Ａを説明するためのフローチャートである。図８に示すように、第１２Ａ段階は、軌跡誤差の平均値と分散値のうち少なくとも一つを求める諸段階（第３０段階〜第３４段階）および平均値や分散値がその閾値を超えるか否かによって磁場に外乱が作用しているか否かを決定する諸段階（第３６段階〜第４０段階）よりなる。

本発明の一実施例によれば、第１０段階で保存された少なくとも一つの磁場データの振幅とオフセットとを利用して少なくとも一つの正弦波状の基準曲線を計算する（第３０段階）。

ここで、θは、図７に示した縦軸の座標を表す。

このように、本発明の一実施例によれば、基準曲線は、第１０段階で保存された磁場データの振幅とオフセットとを曲線フィッティングパラメータとして利用して計算することができる。

本発明の他の実施例によれば、基準曲線は、第１０段階が行われる前に、外乱磁場が作用していない環境で、方向ごとの磁場の大きさを、センサーを回転させながら経時的に測定して求めたものとしてもよい。この場合、図８に示した第１２Ａ段階は、第１０段階を経ずに実行されることになる。

結局、基準曲線は、本発明による磁場の判定方法が実行される前に求めておいてそれを利用することもあり、本発明の実行中に第１０段階で求めることもある。いずれの場合にも、本発明に適用される基準曲線は、地球磁場で観測されるような直線磁束で測定された磁場データにより形成される磁場軌跡とみなされる。

例えば、図６に示した磁場の判定方法が、前述したセンサーを有する羅針盤を装着する移動体に適用される場合、基準曲線は、移動体を製造する会社であらかじめ測定されて設定されていることもあり、移動体が使われる環境で測定された磁場データの振幅およびオフセットから前述した数式（１）または数式（２）のように求められることもある。

第３０段階の後に、第１０段階で測定された磁場データによって形成される磁場軌跡と正弦波状の基準曲線との間の軌跡誤差を求める（第３２段階）。

図９は、基準曲線４２と磁場軌跡４４との間の軌跡誤差５０，５２，５４，５６，５８および５９を例示する図面であって、横軸は時間を、縦軸は磁場の大きさをそれぞれ表す。

第３２段階に続いて、軌跡誤差の平均値と分散値のうち少なくとも一つを求める（第３４段階）。例えば、図９に示す軌跡誤差５０，５２，５４，５６，５８および５９の平均値および／または分散値を求める。

第３４段階に続いて、求めた平均値や分散値がその所定の閾値を超えるか否かを判断する（第３６段階）。例えば、平均値が平均値の閾値を超えるか、および／または分散値が分散値の閾値を超えるかを判断する。

もし、平均値が平均値の閾値を超えるか、または分散値が分散値の閾値を超えると判断されれば（第３６段階で「はい」）、磁場に外乱が作用していると決定する（第３８段階）。そうでなければ（第３６段階で「いいえ」）、磁場に外乱が作用していないと決定する（第４０段階）。ここで、平均値が平均値の閾値を超えるか、または分散値が分散値の閾値を超えるというのは、磁場軌跡が基準曲線と大きく異なる（離れている）ということを意味する。したがって、現在磁場データが測定した場所が、磁場に外乱が作用している場所であると決定する。

図１０は、図６に示した第１２段階についての本発明による他の実施例１２Ｂを説明するためのフローチャートである。図１０に示すように、第１２Ｂ段階は、振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを利用して磁場に外乱が作用しているか否かを決定する複数の段階（第６２段階〜第６８段階）よりなる。

図１０を参照すれば、まず、振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを求める（第６２段階）。ここで、振幅差とは、第１０段階で保存された磁場データの振幅と基準振幅との差を意味する。また、オフセット差とは、第１０段階で保存された磁場データのオフセットと基準オフセットとの差を意味する。以下、基準振幅および基準オフセットの求め方について、二つの実施例をあげて簡単に説明する。

本発明の一実施例によれば、基準振幅と基準オフセットには、第１０段階が行われる前に磁場に外乱が作用していない環境の他の位置に移動した後に方向ごとの磁場の大きさを、前記センサーを回転させて経時的に測定して求めた基準曲線上の振幅およびオフセットをそれぞれ使用する。

本発明の他の実施例によれば、基準振幅と基準オフセットとは次のように求めたものを使用する。

図１１は、本発明による磁場の判定方法における基準振幅と基準オフセットとを求めるプロセスの一実施例を説明するためのフローチャートである。図１１に示すように、本実施例の基準振幅と基準オフセットを求めるプロセスは、テスト用磁場データを測定して保存する段階（第７８段階）、保存されたテスト用磁場データのうち該当する磁場データを選択する段階（第８０段階）および選択された磁場データのうち相対的に小さな誤差平均値と誤差分散値とを有する磁場データの振幅とオフセットとを基準振幅および基準オフセットとしてそれぞれ決定する段階（第８２段階および第８４段階）よりなる。

図１１を参照すれば、まず、空間上で所定数のテスト用磁場データを測定し、測定されたテスト用磁場データをその空間上の測定位置別に保存する（第７８段階）。ここで、空間とは、本発明による磁場の判定方法が適用される空間を意味する。例えば、本発明による磁場の判定方法が前述したように移動体に適用されれば、移動体が使用される空間上で所定数のテスト用磁場データを測定して保存する。

第７８段階に続いて、前記測定位置別に保存されたテスト用磁場データのうち相互に近似した振幅とオフセットとを有するテスト用磁場データを選択する（第８０段階）。このとき、相互に近似した振幅とオフセットとを有するテスト用磁場データの測定位置がいくつかの位置グループに分類されるようなら、分類された位置グループのうち最も多くの位置を有する（すなわち、互いに振幅とオフセットの近似したテスト用磁場データの数が最も多い）一つの位置グループを選択し、そこからテスト用磁場データを選択する。それは、空間上の特定の地点では、地球磁場が外乱磁場よりずっと大きい可能性があるためである。

第８０段階に続いて、選択されたテスト用磁場データのそれぞれと基準曲線との間の軌跡誤差の平均値および分散値を求める（第８２段階）。軌跡誤差の平均値および分散値をそれぞれ誤差平均値および誤差分散値と称す。誤差平均値と誤差分散値とは、選択されたテスト用磁場データの数だけ求められる。このとき、第８２段階を行うために利用される基準曲線は、図１１に示した方法が行われる前に直線磁束環境下で得られた磁場データから形成したものを用いることができる。

次に、第８２段階で求めた軌跡誤差を相互に比較し、相対的に小さな誤差平均値と誤差分散値とを有するテスト用磁場データの振幅とオフセットとを基準振幅および基準オフセットとしてそれぞれ決定する（第８４段階）。例えば、他のテスト用磁場データに比較して、最も小さな誤差平均値と最も小さな誤差分散値とを有する磁場データの振幅とオフセットとを、基準振幅および基準オフセットとしてそれぞれ決定する。

図１０を再び参照して、第１２Ｂ段階のプロセスの説明に戻る。上述のように第６２段階で振幅差および／またはオフセット差を求めると、次に、その振幅差および／またはオフセット差がその閾値を超えるか否かを判断する（第６４段階）。もし、振幅差が振幅値の閾値を超えるか、および／またはオフセット差がオフセット値の閾値を超えると判断されれば（第６４段階で「はい」）、磁場に外乱が作用していると決定する（第６６段階）。そうでなければ（第６４段階で「いいえ」）、磁場に外乱が作用していないと決定する（第６８段階）。すなわち、振幅差が振幅値の閾値を超えるか、またはオフセット差がオフセット値の閾値を超えると判断されたときは、磁場軌跡が基準曲線と大きく異なっているということを意味する。したがって、振幅差またはオフセット差についての第６４段階の判断が「はい」であった磁場データを測定した場所を、磁場に外乱が作用している場所と決定する（第６６段階）。

図１２は、図６に示した第１２段階についての本発明によるさらに他の実施例１２Ｃのフローチャートである。図１２に示すように、第１２Ｃ段階は、軌跡誤差の平均値や分散値をその閾値と比較する諸段階（第１００段階〜第１０６段階）、振幅差やオフセット差をその閾値と比較する諸段階（第１１０段階および第１１２段階）および磁場に外乱が作用しているか否かを決定する諸段階（第１０８段階および第１１４段階）よりなる。

図１２に示す第１００段階、第１０２段階、第１０４段階および第１０６段階は、それぞれ、図８に示した第３０段階、第３２段階、第３４段階および第３６段階と同じ動作を行う。また、図１２に示す第１０８段階、第１１２段階および第１１４段階は、それぞれ、図１０に示した第６６段階、第６４段階および第６８段階と同じ動作を行う。したがって、第１００段階〜第１０８段階、第１１２段階および第１１４段階についての説明は省略する。

図１０に示した第６２段階は、図６の第１０段階の後に行われるが、図１２に示した第１１０段階は、誤差平均値や誤差分散値がその閾値を超えないとき（第１０６段階で「いいえ」と判断された場合）に行われる。このことを除外すれば、図１２に示した第１１０段階は、図１０に示した第６２段階と同じ動作を行うので、第１１０段階についての説明は省略する。

本発明のさらに他の実施例によれば、図１２に示したものと異なり、第１０段階の後に第１１０段階が行われ、第１１０段階が行われた後に第１１２段階で振幅差および／またはオフセット差がその閾値を超えるか否かを判断する。このとき、振幅差および／またはオフセット差がその閾値を超えると判断されれば、第１０８段階に進む。一方、振幅差および／またはオフセット差がその閾値を超えないと判断されれば、第１１４段階に進む代わりに第１００段階に進む。そして、第１００段階に続いて、第１０２および第１０４段階が行われ、第１０４段階の後に第１０６段階が行われる。第１０６段階で、誤差平均値および／または誤差分散値がその閾値を超えると判断されれば、第１０８段階に進む。しかし、誤差平均値および／または誤差分散値がその閾値を超えないと判断されれば、第１１４段階が行われる。

前述した本発明による磁場の判定方法およびそのさまざまな実施例は、前述したセンサーを備える羅針盤をキャリブレーションする磁場データの利用方法（以下、「磁場の利用方法」という）に適用することができる。ここで、羅針盤は前述した移動体に装着され、空間上で回転し移動するものとして説明する。なお、羅針盤が移動体に装着されない場合、羅針盤自体が回転する。羅針盤が移動体に装着される場合、移動体が回転することもある。

以下、本発明による磁場の利用方法の一例としての、羅針盤をキャリブレーションする方法を添付された図１３を参照して次のように説明する。

図１３は、本発明による磁場の利用方法の一実施例としての羅針盤をキャリブレーションする方法を説明するためのフローチャートである。本実施例の羅針盤をキャリブレーションする方法は、磁場データを測定して保存する段階（第１３０段階および第１３２段階）、磁場に外乱が作用しているか否かを検査する段階（第１３４段階）、磁場に外乱が作用しているときに羅針盤が移動した候補位置を計算する段階（第１３８段階〜第１４４段階）および羅針盤をキャリブレーションする段階（第１３６段階および第１４６段階）よりなる。

図１３に示す第１３２および第１３４段階は、図６に示した第１０および第１２段階にそれぞれ相当し、同じ機能を行うので、これらについての詳細な説明は省略する。したがって、第１２段階についての実施例（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）は第１３４段階にそのまま適用することができる。

本発明による磁場の利用方法は、まず、ループ回数を初期化し（第１３０段階）、第１３２段階で、磁場データを経時的に測定し保存する（第１３２段階）。

第１３４段階で、磁場に外乱が作用していないと決定される（「いいえ」）と、第１３２段階で保存された磁場データのうち少なくとも一つを利用して羅針盤をキャリブレーションする（第１３６段階）。例えば、少なくとも一つの磁場データの振幅とオフセットとをキャリブレーションパラメータとして決定し、その決定されたキャリブレーションパラメータを利用して羅針盤をキャリブレーションする。

一方、第１３４段階で磁場に外乱が作用していると決定される（「はい」）と、ループ回数を調整する（第１３８段階）。そして、第１３８段階で調整されたループ回数が所定値に到達したか否かを判断する（第１４０段階）。

本発明の一実施例によれば、第１３０段階でループ回数を‘０’に初期化し、第１３４段階で磁場に外乱が作用していると判断された場合に第１３８段階でループ回数を‘１’だけ増加させる。そして、第１４０段階でループ回数が所定回数に到達したか否かが判断される。

本発明の他の実施例によれば、第１３０段階でループ回数を所定回数に初期化し、第１３４段階で磁場に外乱が作用していると判断された場合に第１３８段階でループ回数を‘１’だけ減少させる。そして、第１４０段階でループ回数が‘０’という所定値に到達したか否かを判断する。

第１４０段階で、調整されたループ回数が所定値に到達していないと判断された場合（第１４０段階で「いいえ」）には、軌跡誤差の平均値、磁場データの振幅とオフセットおよび基準振幅および基準オフセットを利用して、羅針盤が回転する中心軸の候補位置を決定する（第１４２段階）。第１４２段階で羅針盤の中心軸の候補位置が決定されると、その決定された候補位置にその中心軸が一致するように羅針盤を移動させ（第１４４段階）、第１３２段階に進む。

以下、本発明による磁場の利用方法における候補位置を決定する方法の一例を、添付図面を参照して説明する。

まず、第１３２段階で磁場データを測定する場合に羅針盤を回転させたときの中心軸の位置を、候補位置に移動する方向は、軌跡誤差の平均値が負であれば、羅針盤が示す磁北方向の右側に決定し、軌跡誤差の平均値が正であれば、羅針盤が示す磁北方向の左側に決定する。ここで、軌跡誤差とは、第１３２段階で測定された磁場データから形成された磁場軌跡から基準曲線を減算した結果である。このとき、移動する方向θ_Tは、下記の数式（５）のように表現することができる。

ここで、θ_Nは羅針盤が示す磁北方向を表し、ｎは軌跡誤差の平均値が正である場合には‘０’となり、軌跡誤差の平均値が負である場合には‘１’となる変数であり、θ′は羅針盤の回転角度を表し、例えばπ／２である。

したがって、ｎ＝０である場合、候補位置に移動する方向θ_Tは羅針盤が示す磁北方向θ_Nよりθ′だけ大きい方向、すなわち、逆時計回り方向にθ′を加算した方向になる。一方、ｎ＝１である場合、候補位置に移動する方向θ_Tは羅針盤が示す磁北方向θ_Nよりθ′だけ小さな方向、すなわち、時計回り方向にθ′を加算した方向になる。

図１４は、磁場に外乱が作用している曲線磁束の領域１５２内で、移動体が等速円運動で回転移動する経路を羅針盤位置１５４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６４，１６６または１６８とともに示す図面である。

図１５は、図１４に示すような経路をたどって移動体が回転する場合の、第１３２段階で測定された磁場データの磁場軌跡１９０と基準曲線１９２との関係を示す図面であって、横軸は時間ｔを表し、縦軸は磁場の大きさを表す。

図１４および図１５を参照すれば、移動体が逆時計回り方向に回転する場合、移動体の羅針盤位置１５４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６４，１６６または１６８が示す磁北方向１７０，１７２，１７４，１７６，１７８，１８０，１８２または１８４は曲線磁束の方向と一致することがわかる。したがって、羅針盤が示す磁北方向は、直線磁束の領域１５０内での実際の磁北方向１８６とは異なるものとなる。第１３２段階（図１３参照）で、移動体を図１４に示す回転方向に回転させつつ経時的に、すなわち、第１時間ｔ＝０から第８時間ｔ＝７までの各時点における磁場の大きさを測定すれば、図１５に示すように、磁場データの磁場軌跡１９０を求めることができる。ここで、図１５に示す磁場軌跡１９０は、例えば、磁場データＲ_xまたはＲ_yから求めることができる。

図１５に示したように、磁場軌跡１９０が基準曲線１９２より下側に分布する、すなわち、前述した軌跡誤差の平均値が０より小さいと仮定すれば、羅針盤が示す磁北方向の左側に磁場の外乱（外乱磁場）の原点１５１（図１４参照）があると推定される。羅針盤は、磁場の外乱の原点１５１から遠ざかるように移動させなければならないので、磁場データを測定するときに羅針盤が回転した中心軸をその測定時の位置から候補位置に移動する方向は、羅針盤が示す磁北方向の右側に決定される。

このとき、振幅差およびオフセット差に所定の加重値を下記の数式（６）または（７）のように乗算し、その乗算された結果を羅針盤が移動する移動量ｒ_Tとして決定する。ここで、振幅差とは、磁場データＲ_xまたはＲ_yの振幅Ａ_xまたはＡ_yから基準振幅Ａ_exまたはＡ_eyを減算した結果を意味し、オフセット差とは、磁場データＲ_xまたはＲ_yのオフセットＯ_xまたはＯ_yから基準オフセットＯ_exまたはＯ_eyを減算した結果を意味する。

ここで、ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃およびｋ₄は所定の加重値を表す。

一方、ループ回数が所定値に到達したと判断された場合（図１３の第１４０段階で「はい」）には、図１３に示した磁場の利用方法で、第１３２段階が行われたループ回数分保存された磁場データのうち、基準振幅、基準オフセット、平均値および分散値のうち少なくとも一つを利用して選択した少なくとも一つの磁場データを利用して羅針盤の方位角をキャリブレーションする（第１４６段階）。ここで、「ループ回数が所定値に到達した」というのは、所定値に該当する回数だけ移動体を移動させつつ磁場に外乱が作用しない所を探そうとしたが、発見できなかったということを意味する。すなわち、第１３２段階を反復する間に測定されて保存された複数の磁場データのうち、いくつかの評価基準から相対的に小さな値を有する磁場データを選択し、その選択した磁場データを利用して羅針盤をキャリブレーションする（第１４６段階）。最高の優先順位を有する第１評価基準は振幅と基準振幅の差であり、第２評価基準はオフセットと基準オフセットの差であり、第３（最後）の評価基準は基準曲線と磁場軌跡との間の軌跡誤差の平均値および分散値である。例えば、磁場データそれぞれに対して下記の数式（８）で値Ｂを計算し、最も小さな値Ｂを有する磁場データを利用して羅針盤をキャリブレーションすることもできる。

ここで、ｋ₅、ｋ₆、ｋ₇およびｋ₈は所定の加重値であって、ｋ₅＞ｋ₆＞ｋ₇＞ｋ₈である。

図１３に示した磁場の利用方法は、第１３０、第１３８、第１４０および第１４６段階がないものとすることもできる。この場合、本発明による磁場の利用方法は、磁場に外乱が作用していないときにのみ羅針盤をキャリブレーションする（第１３６段階）。

結局、前述した本発明による磁場の利用方法は、移動体の方位角の認識に使われる羅針盤をキャリブレーションするのに利用することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明による磁場判定装置の構成および動作を説明する。

図１６は、本発明による磁場判定装置の一実施例のブロック図である。本実施例の磁場利用装置は、磁場測定部２００と、保存部２０２と、磁場外乱検査部２０４とから構成される。

図１６に示す磁場判定装置は、図６に示した磁場の判定方法を実行する役割を行う。

図６および図１６に示すように、本実施例の磁場判定装置は、第１０段階を行うために、磁場測定部２００および保存部２０２を備える。ここで、磁場測定部２００は、磁場データを、空間上の他の位置にセンサーを回転移動させて経時的に測定する。また、保存部２０２は、磁場測定部２００で測定された磁場データを保存する。

第１２段階を行うために、磁場外乱検査部２０４は、保存部２０２に保存された磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの磁場軌跡の振幅およびオフセットから磁場に外乱が作用しているか否かを検査し、その検査結果を、出力端子ＯＵＴ１を通じて出力する。

図１７は、図１６に示した磁場外乱検査部２０４の、本発明による望ましい一実施例２０４Ａのブロック図である。本実施例の磁場外乱検査部２０４は、基準曲線計算部２１０と、誤差計算部２１２と、平均及び分散計算部２１４と、第１比較部２１６と、第１磁場外乱作用決定部２１８とから構成される。

図１７に示す磁場外乱検査部２０４Ａは、図８に示した第１２Ａ段階を実行する役割を行う。

図８および図１７に示すように、第３０段階を行うために、基準曲線計算部２１０は、保存部２０２から入力端子ＩＮ１を通じて入力した磁場データの振幅とオフセットとから基準曲線を、例えば前述した数式（１）または数式（２）によって計算し、計算された基準曲線を誤差計算部２１２に出力する。

このとき、図８に示した第１２Ａ段階が、前述したように第３０段階を有するものとはせず、磁場に外乱が作用していない環境で磁場の大きさを、他の位置に回転移動しつつ経時的に測定して、基準曲線を本発明による磁場の判定方法が行われる前に求めるものと仮定する。この場合、図１７に示す磁場外乱検査部２０４Ａは、基準曲線計算部２１０を備えず、誤差計算部２１２は、所定の基準曲線を、入力端子ＩＮ２を通じて入力されるものとする。

第３２段階を行うために、誤差計算部２１２は、入力端子ＩＮ１を通じて保存部２０２から入力した磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つと少なくとも一つの正弦波状の基準曲線との間の軌跡誤差を計算し、その計算された軌跡誤差を平均及び分散計算部２１４に出力する。このとき、誤差計算部２１２は、基準曲線を基準曲線計算部２１０から入力するものとしてもよく、前述したように入力端子ＩＮ２を通じて所定の基準曲線を入力するものとしてもよい。

第３４段階を行うために、平均及び分散計算部２１４は、誤差計算部２１２から入力した軌跡誤差の平均値および分散値のうち少なくとも一つを計算し、その計算された平均値および分散値のうち少なくとも一つを第１比較部２１６に出力する。

第３６段階を行うために、第１比較部２１６は、平均及び分散計算部２１４から入力した計算された平均値および／または計算された分散値を、その閾値と比較し、その比較した結果を第１磁場外乱作用決定部２１８に出力する。

第３８段階および第４０段階を行うために、第１磁場外乱作用決定部２１８は、第１比較部２１６で比較された結果にしたがって磁場に外乱が作用しているか否かを決定し、その決定された結果を、出力端子ＯＵＴ２を通じて出力する。例えば、第１比較部２１６で比較された結果を通じて平均値が平均値の閾値を超えるか、または分散値が分散値の閾値を超えると認識されれば、第１磁場外乱作用決定部２１８は、磁場に外乱が作用していると決定する。そうでなければ、第１磁場外乱決定部２１８は磁場に外乱が作用していないと決定する。

図１８は、図１６に示した磁場外乱検査部２０４の本発明による他の実施例２０４Ｂを示すブロック図である。本実施例の磁場外乱検査部２０４Ｂは、データ減算部２２０と、第２比較部２２２と、第２磁場外乱作用決定部２２４とから構成される。

図１８に示す磁場外乱検査部２０４Ｂは、図１０に示した第１２Ｂ段階を実行する役割を行う。

図１０および図１８を参照すれば、第６２段階を行うために、データ減算部２２０は、振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを生成し、生成された振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを第２比較部２２２に出力する。すなわち、データ減算部２２０は、保存部２０２から入力端子ＩＮ３を通じて入力した磁場データの振幅から入力端子ＩＮ４を通じて入力した基準振幅を減算して振幅差を生成する。また、データ減算部２２０は、保存部２０２から入力端子ＩＮ３を通じて入力した磁場データのオフセットから入力端子ＩＮ４を通じて入力した基準オフセットを減算してオフセット差を生成する。

第６４段階を行うために、第２比較部２２２は、データ減算部２２０から振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを入力し、入力した振幅差やオフセット差をその閾値と比較し、その比較された結果を第２磁場外乱作用決定部２２４に出力する。

第６６段階および第６８段階を行うために、第２磁場外乱作用決定部２２４は、第２比較部２２２で比較された結果にしたがって、磁場に外乱が作用しているか否かを決定し、その決定された結果を、出力端子ＯＵＴ３を通じて出力する。例えば、第２比較部２２２から入力した比較結果を通じて振幅差が振幅値の閾値を超えるか、またはオフセット差がオフセット値の閾値を超えると認識されれば、第２磁場外乱作用決定部２２４は、磁場に外乱が作用していると決定する。そうでなければ、第２磁場外乱作用決定部２２４は、磁場に外乱が作用していないと決定する。

図１９は、図１６に示した磁場外乱検査部２０４の本発明によるさらに他の実施例２０４Ｃを示すブロック図である。本実施例の磁場外乱検査部２０４Ｃは、基準曲線計算部２３０と、誤差計算部２３２と、平均及び分散計算部２３４と、第１比較部２３６と、第１磁場外乱検査部２３８と、データ減算部２４０と、第２比較部２４２と第２磁場外乱作用決定部２４４とより構成される。

図１９に示す磁場外乱検査部２０４Ｃは、図１２に示した第１２Ｃ段階を実行する役割を行う。

図１２および図１９を参照すれば、第１００段階、第１０２段階、第１０４段階および第１０６段階をそれぞれ行う図１９に示す基準曲線計算部２３０、誤差計算部２３２、平均及び分散計算部２３４および第１比較部２３６は、図１７に示した基準曲線計算部２１０、誤差計算部２１２、平均及び分散計算部２１４および第１比較部２１６にそれぞれ該当し、同じ機能を行うので、その詳細な説明は省略する。ここで、第１０８段階を行うために、第１磁場外乱検査部２３８は、第１比較部２３６で比較された結果を通じて平均値や分散値がその閾値を超えると認識されるとき、磁場に外乱が作用していると決定する。また、第１磁場外乱検査部２３８は、第１比較部２３６で比較された結果を通じて平均値や分散値がその閾値を超えないと認識されるとき、磁場に外乱が作用していないと決定する代わりに、データ減算部２４０が第１１０段階を行うように動作させることを除けば、第１磁場外乱検査部２１８と同じ動作を行う。

また、第１１０段階および第１１２段階をそれぞれ行うデータ減算部２４０および第２比較部２４２は、図１８に示したデータ減算部２２０および第２比較部２２２と同じ機能を行うので、それについての詳細な説明は省略する。但し、データ減算部２４０は、図１８に示したデータ減算部２２０とは異なり、第１磁場外乱作用決定部２３８で磁場に外乱が作用していないと決定されるときに第１１０段階を行う。このとき、第２磁場外乱作用決定部２４４は、第２比較部２４２で比較された結果を通じて振幅差またはオフセット差がその閾値を超えないと認識されるとき、磁場に外乱が作用していないと決定して第１１４段階を行うことを除ければ、第２磁場外乱検査部２２４（図１８参照）と同じ動作を行う。このとき、第２磁場外乱作用決定部２４４は、決定された結果を、出力端子ＯＵＴ４を通じて出力する。

本発明によれば、平均値の閾値、分散値の閾値、振幅値の閾値およびオフセット値の閾値は、それぞれ実験的に求めることが可能である。

以下、図１６に示した磁場判定装置を利用して羅針盤をキャリブレーションする本発明の磁場データ利用装置（以下、「磁場利用装置」という）の実施例の構成および動作を、添付図面を参照して、説明する。

図２０は、本発明による磁場利用装置の他の実施例のブロック図である。本実施例の磁場利用装置は、磁場測定部３００と、保存部３０２と、磁場外乱検査部３０４と、ループ回数調整部３０６と、第３比較部３０８と、候補位置決定部３１０と、移動制御部３１２と、第１羅針盤キャリブレーション部３１４と、第２羅針盤キャリブレーション部３１６とにより構成される。
なお、本実施例における移動部とは、候補位置決定部３１０および移動制御部３１２とを含んでいる。

図２０に示す磁場利用装置は、図１３に示した磁場の利用方法を実行する役割を行う。

図１３および図２０を参照すれば、磁場測定部３００、保存部３０２および磁場外乱検査部３０４は、図１６に示した磁場測定部２００、保存部２０２および磁場保存外乱検査部２０４と同じ役割を行うので、これらについての説明は省略する。例えば、磁場測定部３００および保存部３０２は第１３２段階を行い、磁場外乱検査部３０４は第１３４段階を行う。

ループ回数調整部３０６は、第１３０段階および第１３８段階を実行する役割を行う。すなわち、第１３０段階を行うために、ループ回数調整部３０６は、最初にループ回数を初期化する。第１３８段階を行うために、ループ回数調整部３０６は、磁場外乱検査部３０４で磁場に外乱が作用していると決定されたとき、ループ回数を調整し、その調整されたループ回数を第３比較部３０８に出力する。

第１４０段階を行うために、第３比較部３０８は、ループ回数調整部３０６から入力したループ回数と所定値とを比較し、その比較された結果を候補位置決定部３１０に出力する。

第１４２段階を行うために、第３比較部３０８で比較された結果にしたがって、候補位置決定部３１０は、羅針盤が回転する中心軸の候補位置を、保存部３０２から入力した磁場データの振幅とオフセット、磁場外乱検査部３０４から入力した平均値、入力端子ＩＮ８を通じて入力した基準振幅および基準オフセットから決定し、その決定された結果を移動制御部３１２に出力する。

第１４４段階を行うために、移動制御部３１２は、候補位置決定部３１０から入力した決定された候補位置にその中心軸が一致するように羅針盤を移動させる制御信号を、出力端子ＯＵＴ５を通じて出力する。したがって、出力端子ＯＵＴ５を通じて出力される制御信号に応答して羅針盤または羅針盤を装着した移動体が候補位置情報に含まれた方向および移動量だけ移動する。

第１３６段階を行うために、第１羅針盤キャリブレーション部３１４は、磁場外乱検査部３０４で検査された結果を通じて磁場に外乱が作用していないと認識されるとき、保存部３０２に保存された磁場データのうち少なくとも一つから羅針盤の方位角をキャリブレーションし、そのキャリブレーションされた結果を、出力端子ＯＵＴ６を通じて出力する。

第１４６段階を行うために、第２羅針盤キャリブレーション部３１６は、第３比較部３０８から入力した比較結果を通じてループ回数が所定値に到達したと認識された場合には、保存部３０２に入力した磁場データのうち、前述したように適切な磁場データを選択し、その選択された磁場データによって羅針盤をキャリブレーションし、そのキャリブレーションされた結果を、出力端子ＯＵＴ７を通じて出力する。ここで、例えば、前述した数式（８）と同じ方法によって適切な磁場データを選択することができる。磁場データを選択するために、第２羅針盤キャリブレーション部３１６は、入力端子ＩＮ８を通じて入力した基準振幅および基準オフセットと、磁場外乱検査部３０４から入力した平均値および分散値のうち少なくとも一つを利用することができる。

もし、図１３に示した磁場の利用方法が第１３０段階、第１３８段階、第１４０段階および第１４６段階を有するものではない場合、図２０に示す磁場利用装置は、ループ回数調整部３０６、第３比較部３０８および第２羅針盤キャリブレーション部３１６を備えない。この場合、候補位置決定部３１０は、磁場外乱検査部３０４で磁場に外乱が作用していると決定されるとき、羅針盤が回転する中心軸の候補位置を決定する。

図２１は、候補位置の方向を決定する候補位置決定部３１０の本発明による一実施例のブロック図である。本実施例の候補位置決定部３１０は、符号検査部３３０および方向情報決定部３３２により構成される。

図２１に示すように、符号決定部３３０は、入力端子ＩＮ９を通じて磁場外乱検査部３０４から入力した平均値の符号を検査し、その検査された結果を方向情報決定部３３２に出力する。このとき、方向情報決定部３３２は、磁場測定部３００で磁場データを測定するとき、羅針盤が回転する中心軸を候補位置に移動する方向についての方向情報を、符号検査部３３０で検査された結果にしたがって決定し、その決定された方向情報を候補位置情報に含めて出力端子ＯＵＴ８を通じて移動制御部３１２に出力する。ここで、平均値とは、前述したように、磁場軌跡から基準曲線を減算した結果である軌跡誤差の平均に相当する。

図２２は、候補位置の移動量を決定する図２０に示した候補位置決定部３１０の本発明による他の実施例のブロック図である。本実施例の候補位置決定部３１０は、乗算部３５０より構成される。

図２２に示す乗算部３５０は、磁場外乱検査部３０４から入力した振幅差およびオフセット差に所定加重値を前述した数式（６）または（７）により乗算し、羅針盤が移動する移動量として乗算された結果を候補位置情報に含めて出力端子ＯＵＴ９を通じて移動制御部３１２に出力する。

図２３は、移動体の走行の例示的な経路を２次元的に示す図面であって、点線は磁束を表す。

前述した本発明による磁場の利用方法および装置によって羅針盤をキャリブレーションする場合、最初に、移動体４００が曲線磁束領域に位置すると感知する。そして、曲線磁束に位置すると感知された移動体４００を、直線磁束が存在する位置４０４に移動させる。そして、直線磁束領域に移動した移動体４０２に装着された羅針盤を任意の直線磁束上の位置４０４でキャリブレーションする。

本発明は、磁場が利用される分野、例えば、ロボットの方位検出などに適用可能である。

直線磁束の環境下で磁場センサーによってセンシングされた磁場値を利用して形成した円を示す図面である。 直線磁束環境下で磁場センサーによってセンシングされた２進数形態の磁場値を利用して形成した円を示す図面である。 磁場に外乱が作用しているとき、磁場センサーによってセンシングされた２進数形態の磁場値を利用して形成した円を示す図面である。 移動ロボットの走行の例示的な経路を２次元的に示す図面である。 移動ロボットの走行の他の例示的な経路を２次元的に示す図面である。 本発明による磁場の判定方法を説明するためのフローチャートである。 第１０段階で測定されて保存される磁場データの例示的な波形図である。 図６に示す第１２段階に対する本発明による望ましい一実施例を説明するためのフローチャートである。 基準曲線と磁場軌跡との間の軌跡誤差を例示的に示す図面である。 図６に示す第１２段階に対する本発明による他の実施例を説明するためのフローチャートである。 本発明による磁場の判定方法における基準振幅と基準オフセットとを求める方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。 図６に示す第１２段階に対する本発明によるさらに他の実施例のフローチャートである。 本発明による磁場の利用方法の一実施例としての羅針盤をキャリブレーションする方法を説明するためのフローチャートである。 磁場に外乱が作用している曲線磁束の領域内で回転移動体が移動する経路と羅針盤の位置を示す図面である。 図１４に示すように移動体が回転する場合の、第１３２段階で測定された磁場データの磁場軌跡と基準曲線との間の関係を示す図面である。 本発明による磁場判定装置の一実施例のブロック図である。 図１６に示す磁場外乱検査部の本発明による望ましい一実施例のブロック図である。 図１６に示す磁場外乱検査部の本発明による他の実施例のブロック図である。 図１６に示す磁場外乱検査部の本発明によるさらに他の実施例のブロック図である。 本発明による磁場利用装置の他の実施例のブロック図である。 候補位置の方向を決定する候補位置決定部の本発明による一実施例のブロック図である。 候補位置の移動量を決定する図２０に示す候補位置決定部の本発明による他の実施例のブロック図である。 移動体の走行の例示的な経路を２次元的に示す図面である。

Claims (21)

1. センサーを有する羅針盤のキャリブレーション装置を用いた羅針盤のキャリブレーション方法であって、
   （ａ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、方向ごとの磁場の大きさを示す磁場データを前記センサーを回転しつつ経時的に測定して、前記測定された磁場データを保存する段階と、
   （ｂ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記保存された磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの振幅及びオフセットを利用して前記磁場に外乱が作用しているか否かを検査する段階と、
   （ｃ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記検査の結果、磁場の外乱が作用していると決定される場合、羅針盤候補位置を決定して前記決定された候補位置に前記羅針盤を移動しつつ、前記（ａ）段階及び（ｂ）段階を繰り返し、
   前記羅針盤のキャリブレーション装置が、磁場の外乱が作用しないと決定される場合、前記（ａ）段階で保存された磁場データを利用して前記羅針盤の方位角をキャリブレーションする段階と、を備えることを特徴とする羅針盤のキャリブレーション方法。
   
2. 前記（ｂ）段階は、
   （ｂ１）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記少なくとも一つの磁場軌跡と少なくとも一つの正弦波状の基準曲線との間の軌跡誤差を求める段階と、
   （ｂ２）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記軌跡誤差の平均値と分散値のうち少なくとも一つを求める段階と、
   （ｂ３）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記平均値および／または前記分散値がそれぞれ平均値の閾値または分散値の閾値を超えるか否かを判断する段階と、
   （ｂ４）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記平均値が前記平均値の閾値を超えるか、または前記分散値が前記分散値の閾値を超えると判断された場合に、前記磁場に外乱が作用していると決定する段階と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
3. 前記少なくとも一つの正弦波状の基準曲線は、
   前記（ａ）段階が行われる前に、前記磁場に外乱が作用していない環境で前記方向ごとの磁場の大きさを、前記センサーを回転させて経時的に測定することにより、
   求めることを特徴とする請求項２に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
4. 前記（ｂ）段階は、
   （ｂ５）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ａ）段階で保存された前記磁場データの振幅とオフセットとを前記曲線フィッティングパラメータとして利用して、前記少なくとも一つの正弦波状の基準曲線を計算し、前記（ｂ１）段階に進む段階をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
5. 前記（ｂ）段階は、
   （ｂ６）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ａ）段階で保存された前記磁場データの振幅およびオフセットと基準振幅および基準オフセットとの間の振幅差およびオフセット差のうち少なくとも一つを求める段階と、
   （ｂ７）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、（ｂ６）段階で求めた振幅差またはオフセット差が振幅値の閾値またはオフセット値の閾値を超えるか否かを判断する段階と、
   （ｂ８）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記振幅差が前記振幅値の閾値を超えるか、または前記オフセット差が前記オフセット値の閾値を超えると判断された場合に、前記磁場に外乱が作用していると決定する段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
6. 前記基準振幅と前記基準オフセットとは、
   前記（ａ）段階が行われる前に、前記磁場に外乱が作用していない環境で前記方向ごとの磁場の大きさを、前記センサーを回転させて経時的に測定して求めた基準曲線の振幅およびオフセットであることを特徴とする請求項５に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
7. 前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記基準振幅と前記基準オフセットとを求める段階を含み、
   前記基準振幅と前記基準オフセットとを求める段階は、
   （ｅ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、空間上で所定数のテスト用磁場データを測定して保存する段階と、
   （ｆ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ｅ）段階で保存された所定数のテスト用磁場データのうち互いに近似した振幅とオフセットとを有するテスト用磁場データを選択する段階と、
   （ｇ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記選択された磁場データのそれぞれによって形成される磁場軌跡と前記基準曲線との間の軌跡誤差の平均値および分散値を誤差平均値および誤差分散値としてそれぞれ求める段階と、
   （ｈ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ｇ）段階で求めた誤差平均値と誤差分散値のうち相対的に小さな誤差平均値と誤差分散値とを有するテスト用磁場データの振幅およびオフセットを前記基準振幅および前記基準オフセットとしてそれぞれ決定する段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
8. 前記（ｃ）段階は、
   前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記羅針盤の候補位置を前記磁場データの振幅と位相、前記平均値、前記基準振幅及び前記基準オフセットを利用して決定することを特徴とする請求項５に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
9. 前記羅針盤のキャリブレーション方法は、
   （ｉ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、ループ回数を初期化させ、前記（ａ）段階に進む段階と、
   （ｊ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ｂ）段階で前記磁場に外乱が作用していると決定された場合に、前記ループ回数を調整する段階と、
   （ｋ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記ループ回数が所定値に到達したか否かを判断し、前記ループ回数が前記所定値に到達しなかったと判断された場合に、前記（ｃ）段階に進む段階と、
   （ｌ）前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記ループ回数が前記所定値に到達したと判断された場合に、前記（ａ）段階で保存された前記磁場データのうち、前記基準振幅、前記基準オフセット、前記平均値および前記分散値のうち少なくとも一つを利用して選択した少なくとも一つの磁場データを利用して前記羅針盤をキャリブレーションする段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
10. 前記（ｃ）段階は、前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記（ａ）段階で前記磁場データを測定するときに前記羅針盤が回転した中心軸から前記候補位置に移動する方向を、前記平均値が負であれば、前記羅針盤が指す磁北方向の右側に決定し、前記平均値が正であれば、前記磁北方向の左側に決定し、
    前記平均値は、前記磁場軌跡から前記基準曲線を減算した結果である前記軌跡誤差の平均であることを特徴とする請求項８に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
11. 前記（ｃ）段階は、
    前記羅針盤のキャリブレーション装置が、前記振幅差および前記オフセット差に所定加重値を乗算し、前記乗算された結果を前記羅針盤が移動する移動量として決定し、決定された移動量を前記候補位置情報に含めることを特徴とする請求項８に記載の羅針盤のキャリブレーション方法。
12. 方向ごとの磁場の大きさを示す磁場データを、空間上でセンサーを回転させることにより経時的に測定する磁場測定部と、
    前記測定された磁場データを保存する保存部と、
    前記保存部に保存された前記磁場データによって形成される磁場軌跡のうち少なくとも一つの振幅及びオフセットを利用して前記磁場に外乱が作用しているか否かを検査する磁場外乱検査部と、
    前記検査の結果、磁場の外乱が作用すると決定される場合、羅針盤の候補位置を決定して前記決定された候補位置に前記羅針盤を移動させる移動部と、
    磁場の外乱が作用しないと決定される場合、前記保存部に保存された磁場データを利用して前記羅針盤の方位角をキャリブレーションする方位角キャリブレーション部、とを備えることを特徴とする羅針盤のキャリブレーション装置。
13. 前記磁場外乱検査部は、
    前記少なくとも一つの磁場軌跡と少なくとも一つの正弦波状の基準曲線との間の軌跡誤差を計算する誤差計算部と、
    前記軌跡誤差の平均値および分散値のうち少なくとも一つを計算する平均および分散計算部と、
    前記計算された平均値および前記計算された分散値のうち少なくとも一つを平均値の閾値および分散値の閾値とそれぞれ比較する第１比較部と、
    前記第１比較部で比較された結果にしたがって前記磁場に外乱が作用しているか否かを決定する第１磁場外乱作用決定部と、を備えることを特徴とする請求項１２に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
14. 前記少なくとも一つの正弦波状の基準曲線は、
    前記磁場に外乱が作用していない環境で前記方向ごとの磁場の大きさを、前記センサーを回転させて経時的に測定して求めることを特徴とする請求項１３に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
15. 前記磁場外乱検査部は、
    前記保存部に保存された前記磁場データの振幅とオフセットとを前記曲線フィッティングパラメータとして前記少なくとも一つの正弦波状の基準曲線を計算する基準曲線計算部をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
16. 前記磁場外乱検査部は、
    前記保存部に保存された前記磁場データの振幅およびオフセットから基準振幅および基準オフセットをそれぞれ減算した結果である振幅差およびオフセット差を少なくとも一つ生成するデータ減算部と、
    前記振幅差および前記オフセット差のうち少なくとも一つと振幅値の閾値およびオフセット値の閾値とを比較する第２比較部と、
    前記第２比較部で比較された結果にしたがって、前記磁場に外乱が作用しているか否かを決定する第２磁場外乱作用決定部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
17. 方向ごとの磁場の大きさをセンシングするセンサーを備えた、空間上で回転可能な羅針盤を、請求項１２ないし請求項１６のいずれか一項に記載の磁場の判定装置の判定結果を利用してキャリブレーションする磁場利用装置であって、
    前記磁場外乱検査部で前記磁場に外乱が作用していないと決定された場合に、前記保存部に保存された前記磁場データのうち少なくとも一つから前記羅針盤をキャリブレーションする第１羅針盤キャリブレーション部を備えることを特徴とする羅針盤のキャリブレーション装置。
18. 前記移動部は、
    前記磁場外乱検査部で前記磁場に外乱が作用していると決定された場合に、前記羅針盤が回転する中心軸の候補位置を前記保存部から入力した前記磁場データ、前記平均値、前記基準振幅および前記基準オフセットから決定する候補位置決定部と、
    前記決定された候補位置にその中心軸が一致するように前記羅針盤を移動させる制御信号を発生させる移動制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
19. 前記磁場利用装置は、
    前記磁場外乱検査部で前記磁場に外乱が作用していると決定された場合に、ループ回数を調整するループ回数調整部と、
    前記ループ回数と所定値とを比較する第３比較部と、
    前記第３比較部で比較された結果にしたがって、前記保存部に保存された前記磁場データのうち、前記基準振幅、前記基準オフセット、前記平均値および前記分散値のうち少なくとも一つを利用して磁場データを選択し、選択された磁場データによって前記羅針盤をキャリブレーションする第２羅針盤キャリブレーション部と、をさらに備え、
    前記候補位置決定部は、前記第３比較部で比較された結果にしたがって動作することを特徴とする請求項１８に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
20. 前記候補位置決定部は、
    前記平均値の符号を検査する符号検査部と、
    前記保存部で前記磁場データを測定するとき、前記羅針盤が回転した中心軸から前記候補位置に移動する方向についての方向情報を前記符号検査部で検査された結果にしたがって決定し、前記決定された方向情報を前記候補位置情報に含めて出力する方向情報決定部と、を備え、
    前記平均値は、前記磁場軌跡から前記基準曲線を減算した結果である前記軌跡誤差の平均であることを特徴とする請求項１８に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。
21. 前記候補位置決定部は、
    前記振幅差および前記オフセット差に所定加重値を乗算し、前記羅針盤が移動する移動量として前記乗算された結果を前記候補位置情報に含めて出力する乗算部をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の羅針盤のキャリブレーション装置。

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