JP4203463B2

JP4203463B2 - 移動体の方位角補正装置及び方法

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Publication number: JP4203463B2
Application number: JP2004330852A
Authority: JP
Inventors: 雄權; 營輔沈; 慶植盧; 相彦崔; 宇燮韓
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: JP2005148072A; US7421792B2; KR100561849B1; US20050155240A1; KR20050046298A

Description

本発明は電子羅針盤の方位角補正に係り、特に、電子羅針盤を装着した移動体を回転させずに、移動体の方位角を補正するための装置及び方法に関する。

現在、知能型車両、移動ロボット、無人飛行機などの移動体の進行方向を認識するために磁気抵抗素子や、磁気抵抗素子のような磁気センサーよりなる電子羅針盤が広く使用されている。ところが、電子羅針盤の周囲に近接して金属成分の物質が位置すれば、これら物質が地球磁場を撹乱させるために、方位角エラーが発生する。

移動体が進行方向を誤って判断することを防止するために、一定の時間毎または時刻毎に移動体の回転状態を調べて３６０°回転された場合、磁気センサーから磁場強度の測定値を得て磁場データを求めて電子羅針盤の方位角を補正していた（以下ではこのような補正をする時間または時刻を補正時間と呼ぶ）。したがって、方位角が補正されていない場合には、方位角エラーにより影響を受けた方向値に基づく誤った方向に移動する可能性があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、磁気センサーに装着されたモーターを回転させることによって、電子羅針盤を有する移動体を回転させずに、移動体の方位角を補正するための装置及び方法を提供するところにある。

前記の技術的課題を解決するために、本発明による移動体の方位角補正装置は、モーターと、移動体に設置され、前記モーターにより回転しつつ相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、前記モーターの駆動を制御し、前記磁場測定部で得られた磁場データを利用して実際の磁場軌跡を形成し、形成された前記実際の磁場軌跡を利用して予め貯蔵された理論的な磁場軌跡の方位角と前記実際の磁場軌跡の方位角との対応を示す補正パラメータを生成し、生成された前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する制御部と、を含み、前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値及び実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値と、
前記実際の磁場軌跡と予め貯蔵された理論的な磁場軌跡とから形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分及びＹ軸オフセット成分と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するために本発明による移動体の方位角補正方法は、モーターと、移動体に設置され、前記モーターにより回転しつつ相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、前記モーターの駆動を制御し、前記移動体の方位角を補正する制御部と、を含む移動体の方位角補正装置が前記移動体の方位角を補正する移動体の方位角補正方法であって、（ａ）前記制御部が、前記磁場データを利用して実際の磁場軌跡を形成する段階と、（ｂ）前記制御部が、前記（ａ）段階で形成された前記実際の磁場軌跡を利用して予め貯蔵された理論的な磁場軌跡の方位角と前記実際の磁場軌跡の方位角との対応を示す補正パラメータを生成する段階と、（ｃ）前記制御部が、前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階と、を含み、前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値及び実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値と、前記実際の磁場軌跡と予め貯蔵された理論的な磁場軌跡とから形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分及びＹ軸オフセット成分と、を含むことを特徴とする。

前記移動体の方位角補正方法は、望ましくはコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体で実現できる。

本発明によれば補正時間毎に磁気センサーに装着されたモーターを回転させることによって電子羅針盤を有する移動体を回転させずに移動体の方位角を補正できる。その結果、移動体が停止しているか、移動体の回転のない場合にも方位角を補正できる。

以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例についてより詳細に説明する。

図１は、互いに直角に配置された一対の磁気センサーを３６０°回転させることによって形成される磁場軌跡を示したものである。地球磁場のみが存在する直線磁束環境の下では磁気センサーによってセンシングされた磁場強度を２次元平面上に投影して得られる磁場軌跡はＨ１のように完全な円の形態を有する。しかし、地球磁場だけでなく、外部磁場が存在する、すなわち磁場の外乱が作用する曲線磁束環境の下で磁場軌跡はＨ２のように所定のオフセット磁場Ｈ_osにより中心がＰ１からＰ２に移動した歪曲された円の形態になる。オフセット磁界Ｈ_osをｘ軸とｙ軸とに分解すれば、ｘ軸オフセット成分Ｈ_ox及びｙ軸オフセット成分Ｈ_oyになる。羅針盤の方位角はｘ軸またはｙ軸と円の上の座標がなす角度に該当する。

図２は、本発明の一実施例である移動体の方位角補正装置の構成を示すブロック図であって、磁場測定部２１０、モーター２３０、制御部２５０及び貯蔵部２７０よりなる。

図２を参照すれば、磁場測定部２１０は２軸磁気検出器素子または磁気抵抗素子のような磁気センサーよりなる。磁場測定部２１０をモーター２３０により一定な回転速度で補正時間毎に３６０°以上回転させることによって、磁場測定部２１０は実際の磁場軌跡を生成するために相異なる方向での磁場の強度を示す磁場を測定し磁場データを得る。

モーター２３０は、磁場測定部２１０を回転させるためのものであって、磁場測定部２１０に影響を与えない超音波モーターなどの磁場の弱いモーターを使用することが望ましい。モーター２３０により磁場測定部２１０を回転させることによって、磁場測定部２１０が取り付けられた移動体を回転させるのと同じ効果を得られる。

制御部２５０は、直線磁束環境下でモーター２３０を回転させて得られた図１のＨ１のような理論により得られる磁場軌跡を貯蔵しており、補正時間毎にモーター２３０を駆動させる。制御部２５０は、モーター２３０により磁場測定部２１０が回転しつつ全体角度３６０°に対して順次に得られる一定角度間隔の磁場データを利用して図１のＨ２のような実際の磁場軌跡を形成する。一定角度間隔はモーター２３０に装着されたエンコーダを利用して調節できる。制御部２５０は、実際の磁場軌跡上のそれぞれの座標と理論的な磁場軌跡上の座標を対応付ける補正テーブルまたは実際の磁場軌跡と理論的な磁場軌跡上に位置する磁場軌跡間に一対一対応を実現できる補正パラメータを生成して貯蔵部２７０に貯蔵する。この時、補正テーブルまたは補正パラメータは補正時間毎に更新することが可能である。一方、各補正時間で測定されたオフセット磁場が所定の閾値以上である回数に基づいて補正テーブルまたは補正パラメータの更新する必要があるかどうかを決定する。例えば、現在の補正時間で補正テーブルまたは補正パラメータを更新すると決定されれば、次の補正時間に至るまでの間に、サンプリング時間毎に磁場測定部２１０を通じて測定された移動体の方位角は、更新された補正テーブルまたは補正パラメータを用いて補正され、補正後の移動体の方位角が出力されることとなる。一方、現在の補正時間において、補正テーブルまたは補正パラメータを更新しないことが決定されれば、次の補正時間になるまで所定のサンプリング時間毎に磁場測定部２１０を通じて測定された移動体の方位角を以前の補正時間で使われた補正テーブルまたは補正パラメータを利用して補正して移動体の補正された方位角を出力する。

ここで、補正テーブルは、図１のＨ１のような理論的な磁場軌跡として求められる方位角Ｐｔと図１のＨ２のような実際の磁場軌跡として求められる方位角Ｐａとをそれぞれ対応させたものである。一方、本発明の補正テーブルは補正パラメータに置き代えられ、補正パラメータは、次の数式１でＡ_x、Ｈ_ox、Ａ_y、Ｈ_oyを意味する。

ただし、ここで、Ｈ_cx、Ｈ_cyはそれぞれ補正された磁界のｘ成分、ｙ成分、Ｈ_x、Ｈ_yはそれぞれ実際の磁場軌跡のｘ成分、ｙ成分、Ｈ_ox、Ｈ_oyはそれぞれオフセット磁場のｘ成分、ｙ成分、Ａ_x、Ａ_yはそれぞれ実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値、実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値
を意味する。前記数式１を用いて補正された方位角はａｒｃｔａｎ（Ｈ_cx／Ｈ_cy）なる数学計算により求められる。

図３は、本発明による移動体の方位角補正方法を説明するフローチャートであって、図１及び図２と結び付けて説明する。

３２０段階では、モーター２３０の駆動により磁場測定部２１０を回転させつつ磁場測定部２１０により全体角度３６０°に対して補正時間毎に相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果である磁場データを得る。ここではモーター２３０を３６０°以上駆動させると仮定する。

３３０段階では、３２０段階で測定された磁場強度により形成される実際の磁場軌跡と理論的な磁場軌跡からオフセット磁場Ｈ_osを求め、オフセット磁場Ｈ_osのＸ軸オフセット成分Ｈ_oxとＹ軸オフセット成分Ｈ_oyの強度と以前の補正時間までに累積されたカウント値を利用して決定される補正フラッグをチェックする。これについては図４を参照して後述する。

３４０段階では、補正テーブルまたは補正パラメータの更新が必要であるか否かを補正フラッグを参照して決定する。補正テーブルまたは補正パラメータの更新が必要である場合、すなわち、補正フラッグが「１」である場合には３５０段階において理論的方位角と３２０段階において測定された実際の方位角を用いて現在の補正時間で補正テーブルを更新して貯蔵部２７０に貯蔵する。

３６０段階では、サンプリング時間毎に磁場測定部２１０から提供される磁場データを利用して移動体の方位角を求める。この時の移動体の方位角は地球磁場だけでなく、外部磁場の影響を受けた方位角を意味するものである。モーター２３０が回転した角度はエンコーダ（図示せず）から分かるので、回転された磁気センサーで測定された磁場強度の磁場データから磁気センサーの方位角を求め、モーター２３０が回転した角度を磁気センサーの方位角から除去すれば、移動体の方位角を計算できる。

３７０段階では、貯蔵部２７０に貯蔵されている以前の補正時間で使用した補正テーブルまたは補正パラメータまたは３５０段階で更新された補正テーブルまたは補正パラメータを参照して、３６０段階で求められた実際の方位角に対応する補正された方位角が出力される。ここで、補正された方位角は地球磁場の影響のみを受けた方位角を意味するものである。

３８０段階では、次の補正時間になったか否かを判断し、その補正時間になった場合、３２０段階に復帰する。逆に、次の補正時間になっていない場合、３６０段階に復帰する。

図４は、図３において、３３０段階の詳細な動作を説明するフローチャートである。

４１０段階では、モーター２３０の３６０゜の回転により形成される、例えば、図１のＨ２のような実際の磁場軌跡と、例えば、図１のＨ１のような理論的な磁場軌跡からオフセット磁場Ｈ_osを算出し、オフセット磁場Ｈ_osを分解してＸ軸オフセット成分Ｈ_oxとＹ軸オフセット成分Ｈ_oyを算出する。

４２０段階では、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxと第１閾値Ｔｈ１とを比較し、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より小さいか、同じ場合には、４３０段階に進み、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より大きい場合には、４４０段階でカウント値を１増加させる。ここで、カウント値は磁界のＸ軸とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つの成分が対応する閾値より大きいと判断される補正時間のあった回数を累積カウントした数を意味する。

４３０段階では、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyと第２閾値Ｔｈ２とを比較し、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より小さいか、同じ場合には、４５０段階で補正フラッグとして「０」に設定する。一方、４３０段階での比較結果、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より大きい場合には、４４０段階でカウント値を１増加させる。

４６０段階では、４４０段階で得られたカウント値を第３閾値Ｔｈ３と比較して、カウント値が第３閾値と同一であれば、４７０段階でカウント値をリセットさせた後、４８０段階で補正フラッグを「１」に設定する。

すなわち、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より大きいか、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より大きい場合に、カウント値を１増加させ、カウント値が第３閾値Ｔｈ３と同じである場合、以前の補正テーブルまたは補正パラメータを更新し、更新された補正テーブルまたは補正パラメータを利用して移動体の補正された方位角が得られるようにする。Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より小さいか、同じであり、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より小さいか、同じ場合、以前の補正テーブルまたは補正パラメータをそのまま利用して移動体の補正された方位角が得られるようにする。

また、本発明はコンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されるコンピュータプログラムコードとして実現することも可能である。コンピュータ読み取り可能な記録媒体はコンピュータシステムによって読取れるデータが保存される全種の記録装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ保存装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態で実現されるものも含む。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体はネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータが読取れるコードが保存されて実行されうる。そして、本発明を実現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは本発明の属する技術分野のプログラマーにより容易に推論されうる。

以上、図面と明細書で最適の実施例が開示された。ここで、特定な用語が使われたが、これはただ本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味の限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能である点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲、さらに本発明の詳細な説明、に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は知能型車両、移動ロボット、無人飛行機などの電子羅針盤を具備した移動体に広く適用されて移動体を別途に回転させずに補正時間毎に、あるいは一定条件を満足する場合、補正テーブルを更新して移動体の補正された方位角を提供することができる。

互いに直角に配置された一対の磁気センサーを装着した移動体を３６０゜回転させることによって形成される磁場を示した図面である。本発明による移動体の方位角補正装置の一実施例による構成を示したブロック図である。本発明による移動体の方位角補正方法の動作を説明するフローチャートである。図３において３３０段階の細部的な動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

２１０磁場測定部
２３０モーター
２５０制御部
２７０貯蔵部

Claims

モーターと、
移動体に設置され、前記モーターにより回転しつつ相異なる方向での磁場の強度を測定
しその結果を磁場データとする磁場測定部と、
前記モーターの駆動を制御し、前記磁場測定部で得られた磁場データを利用して実際の
磁場軌跡を形成し、形成された前記実際の磁場軌跡を利用して予め貯蔵された理論的な磁
場軌跡の方位角と前記実際の磁場軌跡の方位角との対応を示す補正パラメータを生成し、
生成された前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する制御部と、
を含み、
前記補正パラメータは、
前記磁場データによって形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値及び実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値と、
前記実際の磁場軌跡と予め貯蔵された理論的な磁場軌跡とから形成された、実際の磁場
軌跡のＸ軸オフセット成分及びＹ軸オフセット成分と、
を含む
ことを特徴とする移動体の方位角補正装置。
前記モーターは超音波モーターであることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位
角補正装置。
前記制御部は、前記補正パラメータを補正時間毎に更新することを特徴とする請求項１
に記載の移動体の方位角補正装置。
前記制御部は、各補正時間で形成された実際の磁場軌跡の前記Ｘ軸オフセット成分が第
１閾値より大きい、又は、各補正時間で形成された実際の磁場軌跡の前記Ｙ軸オフセット
成分が第２閾値より大きい、と判断される補正時間の累積回数が第３閾値に該当すれば、
前記補正パラメータを更新することを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装
置。
モーターと、移動体に設置され、前記モーターにより回転しつつ相異なる方向での磁場
の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、前記モーターの駆動を制御し
、前記移動体の方位角を補正する制御部と、を含む移動体の方位角補正装置が前記移動体
の方位角を補正する移動体の方位角補正方法であって、
（ａ）前記制御部が、前記磁場データを利用して実際の磁場軌跡を形成する段階と、
（ｂ）前記制御部が、前記（ａ）段階で形成された前記実際の磁場軌跡を利用して予め貯
蔵された理論的な磁場軌跡の方位角と前記実際の磁場軌跡の方位角との対応を示す補正パ
ラメータを生成する段階と、
（ｃ）前記制御部が、前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階
と、
を含み、
前記補正パラメータは、
前記磁場データによって形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値及び実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値と、
前記実際の磁場軌跡と予め貯蔵された理論的な磁場軌跡とから形成された、実際の磁場
軌跡のＸ軸オフセット成分及びＹ軸オフセット成分と、
を含む
ことを特徴とする移動体の方位角補正方法。
前記制御部は、前記補正パラメータを補正時間毎に更新することを特徴とする請求項５に記載の移動体の方位角補正方法。
前記制御部は、各補正時間で形成された実際の磁場軌跡の前記Ｘ軸オフセット成分が第
１閾値より大きい、又は、各補正時間で形成された実際の磁場軌跡の前記Ｙ軸オフセット
成分が第２閾値より大きい、と判断される補正時間の累積回数が第３閾値に該当すれば、
前記補正パラメータを更新することを特徴とする請求項５に記載の移動体の方位角補正方
法。
モーターと、移動体に設置され、前記モーターにより回転しつつ相異なる方向での磁場
の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、前記モーターの駆動を制御し
、前記移動体の方位角を補正するコンピュータと、を含む移動体の方位角補正装置に前記
移動体の方位角を補正させるため、
（ａ）前記磁場データを利用して実際の磁場軌跡を形成する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階で形成された前記実際の磁場軌跡を利用して予め貯蔵された理論的
な磁場軌跡の方位角と前記実際の磁場軌跡の方位角との対応を示す補正パラメータを生成
する段階と、
（ｃ）前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階と、
を含み、
前記補正パラメータは、
前記磁場データによって形成された、実際の磁場軌跡のＸ軸成分の最大値からＸ軸成分の最小値を引いた数値及び実際の磁場軌跡のＹ軸成分の最大値からＹ軸成分の最小値を引いた数値と、
前記実際の磁場軌跡と予め貯蔵された理論的な磁場軌跡とから形成された、実際の磁場
軌跡のＸ軸オフセット成分及びＹ軸オフセット成分と、
を含む
移動体の方位角補正方法をコンピュータに実行させる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。