JP4774522B2 - State estimation device, state estimation method, state estimation program, and computer-readable recording medium - Google Patents

State estimation device, state estimation method, state estimation program, and computer-readable recording medium Download PDF

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Description

本発明は、自動車、船舶等の存在する位置を推定する状態推定装置、状態推定方法、状態推定プログラム、およびコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。  The present invention relates to a state estimation device, a state estimation method, a state estimation program, and a computer-readable recording medium that estimate a position where a car, a ship, or the like exists.

船舶や自動車、航空機など、現在の社会においては、さまざまな移動体が用いられている。移動体については、カーナビや船舶の状態監視など、移動体の状態を計測することが必要になる状況も非常に多い。  In the current society, such as ships, automobiles, and aircraft, various moving bodies are used. There are many situations in which it is necessary to measure the state of a moving object, such as car navigation and ship condition monitoring.

移動体の状態計測手法は、大別すると、デッドレコニング的な手法と、天測航法的な手法との2つに分類される。天測航法的な手法は、GPSやカメラなどの外界センサを用いて大域情報を直接計測する手法であり、デッドレコニング的な手法は、ロータリーエンコーダ、ジャイロセンサ、加速度センサなどの内界センサを用いて、微小変化を連続して計測し、積分を行うことによって、初期状態からの変化量を計測する手法である。  The state measurement method of the moving object is roughly classified into a dead reckoning method and a celestial navigation method. The celestial navigation method is a method of directly measuring global information using an external sensor such as a GPS or a camera. The dead reckoning method is an internal sensor such as a rotary encoder, gyro sensor, or acceleration sensor. This is a technique for measuring the amount of change from the initial state by continuously measuring minute changes and performing integration.

天測航法的な手法は、累積誤差が存在せず、大域的な状態を直接計測できるが、計測値の分散が大きく、サンプリングタイムが長いといった欠点がある。  The method of celestial navigation has no accumulated error and can directly measure the global state, but has the disadvantages of large dispersion of measurement values and long sampling time.

一方、デッドレコニング的な手法は、サンプリングタイムが短く、計測値の分散が小さい。しかし、デッドレコニング的な手法には、大域情報を得るためには初期情報が必要であり、車輪の横滑りなど内界センサで計測できないような外乱に非常に弱く、計測誤差が累積するといった欠点がある。  On the other hand, the dead reckoning method has a short sampling time and a small dispersion of measured values. However, the dead reckoning method requires initial information in order to obtain global information, and is extremely vulnerable to disturbances that cannot be measured by internal sensors such as side skids of wheels, and has the disadvantage of accumulating measurement errors. is there.

このような欠点を克服するために、上述の2つの手法を組み合わせて用いるセンサフュージョンに関する研究が盛んに行われており、代表的な手法としてKalmanフィルタを用いた手法が挙げられる。Kalmanフィルタを用いる手法は、デッドレコニング的な手法および天測航法的な手法による計測値の信頼性を評価する誤差分散行列を利用し、最尤推定法を用いて移動体の状態を推定する。  In order to overcome such drawbacks, research on sensor fusion using a combination of the above-described two methods has been actively conducted. A typical method is a method using a Kalman filter. The method using the Kalman filter uses a maximum likelihood estimation method to estimate the state of a moving object using an error variance matrix that evaluates the reliability of measurement values obtained by a dead reckoning method and a celestial navigation method.

しかしながら、デッドレコニング的な手法は、移動体の移動に応じて誤差が累積するので、誤差分散行列を求めることが困難である。また、Kalmanフィルタを用いる手法は、最尤推定法を用いて移動体の状態を推定するので、デッドレコニング的な手法と天測航法的な手法との間で誤差分散行列の差が大きい場合には、ほとんど効果がない。さらに、初期状態が未知の場合、デッドレコニング的な手法は大域情報を計測できないため、Kalmanフィルタによる推定手法は用いることができない。  However, in the dead reckoning method, since errors accumulate according to the movement of the moving object, it is difficult to obtain an error variance matrix. In addition, since the method using the Kalman filter estimates the state of the moving object using the maximum likelihood estimation method, if the error variance matrix difference between the dead reckoning method and the celestial navigation method is large, , Almost no effect. Furthermore, when the initial state is unknown, the dead reckoning method cannot measure global information, and thus the estimation method using the Kalman filter cannot be used.

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであって、誤差分散行列を必要とせず、初期状態が未知の場合でも使用できる状態推定装置、状態推定方法、状態推定プログラム、およびコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and does not require an error variance matrix and can be used even when the initial state is unknown, a state estimation method, a state estimation program, and a computer-readable It is an object to provide a simple recording medium.

本発明の状態推定装置は、上記課題を解決するために、移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する相対位置測定手段と、移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する絶対位置測定手段と、上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する相対角度測定手段と、上記相対位置および上記絶対位置から、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として算出し、さらに、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する初期角度推定手段と、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する現在角度推定手段と、上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する初期位置推定手段と、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する現在位置推定手段と、を備えていることを特徴としている。  In order to solve the above-described problem, the state estimation apparatus of the present invention includes a relative position measuring unit that measures the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position, and the moving body. Absolute position measuring means for measuring the position of the moving body in the global coordinate system with the coordinate axis fixed regardless of the movement of the absolute position, and the angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system Relative angle measuring means for measuring as an angle, and from the relative position and the absolute position, an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system is calculated as an absolute posture angle. The initial posture angle is estimated on the assumption that the convergence value of the sequence represented by the recurrence formula including the absolute posture angle is equal to the initial posture angle indicating the posture angle of the moving object in the global coordinate system in the initial state. Current angle for estimating an initial angle estimation means and a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system in the current state as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle The estimation means and the convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the estimated initial attitude angle, the relative position, and the absolute position indicate the position of the moving object in the global coordinate system in the initial state. An initial position estimating means for estimating an initial position, a current position indicating a position of the moving object in the current state in the global coordinate system, the relative position, and the estimated initial position It is characterized by comprising current position estimating means for estimating based on the attitude angle and the estimated initial position.

上記構成によれば、誤差分散行列を用いずに、たとえば後述する式(1)を用いて、移動体の現在姿勢角を、現在角度測定手段により求め、さらに移動体の現在位置を現在位置推定手段により求めることができる。よって、本発明によれば、従来のデッドレコニング的な手法とは異なり、相対位置測定手段および相対角度測定手段として実現される内界センサにおける測定誤差の累積に関わらず、移動体の現在位置および現在姿勢角を推定することができる。その上、本発明によれば、Kalmanフィルタを用いる方法とは異なり、デッドレコニング的な手法と天測航法的な手法との間で誤差分散行列の差が大きくなっても、移動体の現在位置および現在姿勢角を推定することができる。  According to the above configuration, the current posture angle of the moving object is obtained by the current angle measuring means, for example, using Equation (1) described later without using the error variance matrix, and the current position of the moving object is estimated as the current position. It can be determined by means. Therefore, according to the present invention, unlike the conventional dead reckoning method, the current position of the moving object and the relative position measurement means and the relative angle measurement means can be obtained regardless of the accumulation of measurement errors in the internal sensor. The current posture angle can be estimated. In addition, according to the present invention, unlike the method using the Kalman filter, even if the difference in error variance matrix increases between the dead reckoning method and the celestial navigation method, The current posture angle can be estimated.

さらに、本発明においては、初期角度推定手段により移動体の初期姿勢角が推定され、さらに初期位置推定手段により移動体の初期位置が推定される。  Further, in the present invention, the initial posture angle of the moving body is estimated by the initial angle estimating means, and the initial position of the moving body is estimated by the initial position estimating means.

すなわち、初期角度推定手段においては、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式(たとえば、後述する式(5))で表現される数列の収束値(θ)が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する。また、初期位置推定手段においては、上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式(たとえば、後述する式(8))で表現される数列の収束値(q)が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する。That is, in the initial angle estimating means, the convergence value (θ o ) of the numerical sequence expressed by a recurrence formula (for example, formula (5) described later) including the relative attitude angle and the absolute attitude angle is The initial posture angle is estimated on the assumption that the moving body is equal to the initial posture angle indicating the posture angle in the global coordinate system. In the initial position estimating means, a convergence value (q of a numerical sequence expressed by a recurrence formula (for example, formula (8) described later) including the estimated initial posture angle, the relative position, and the absolute position is used. The initial position is estimated on the assumption that o ) is equal to the initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state.

よって、本発明によれば、従来のKalmanフィルタを用いる方法とは異なり、初期状態が未知の場合であっても、移動体の現在位置および現在姿勢角を推定することができる。  Therefore, according to the present invention, unlike the method using the conventional Kalman filter, the current position and the current posture angle of the moving object can be estimated even when the initial state is unknown.

また、本発明の状態推定装置は、移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する相対位置測定手段と、移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する絶対位置測定手段と、上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する相対角度測定手段と、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として測定する絶対角度測定手段と、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する初期角度推定手段と、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する現在角度推定手段と、上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する初期位置推定手段と、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する現在位置推定手段と、を備えていることを特徴としている。  In addition, the state estimation apparatus of the present invention includes a relative position measuring unit that measures the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position, regardless of the movement of the moving body. Absolute position measuring means for measuring the position of a moving object in a global coordinate system with a fixed coordinate axis as an absolute position, and a relative angle for measuring an angle formed by the moving object with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative posture angle It is expressed by a recurrence formula including a measuring unit, an absolute angle measuring unit that measures an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system as an absolute posture angle, and the relative posture angle and the absolute posture angle. Assuming that the convergence value of the sequence is equal to the initial posture angle indicating the posture angle of the moving object in the global coordinate system in the initial state, the initial angle estimating means for estimating the initial posture angle, and the movement in the current state Current angle estimation means for estimating a current posture angle indicating a posture angle in the global coordinate system as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle, and the estimated initial posture angle, Estimate the initial position by assuming that the convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the relative position and the absolute position is equal to the initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state. Initial position estimating means, and a current position indicating a position of the moving object in the global coordinate system in the current state as the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position. And current position estimating means for estimating based on the current position.

上記構成によれば、絶対角度測定手段を備えているので、上記作用効果に加えて、移動体の絶対姿勢角を精度良く求めることができる。したがって、本発明において絶対姿勢角に基づき推定される値、すなわち初期姿勢角および初期位置の推定精度が高められ、さらに現在位置および現在姿勢角の推定精度も高められる。  According to the above configuration, since the absolute angle measuring means is provided, the absolute posture angle of the moving body can be obtained with high accuracy in addition to the above-described effects. Therefore, the estimation accuracy of the value estimated based on the absolute posture angle in the present invention, that is, the initial posture angle and the initial position is improved, and the estimation accuracy of the current position and the current posture angle is also increased.

また、本発明の状態推定方法は、移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する第1ステップと、移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する第2ステップと、上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する第3ステップと、上記相対位置および上記絶対位置から、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として算出し、さらに、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する第4ステップと、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する第5ステップと、上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する第6ステップと、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する第7ステップと、を備えていることを特徴としている。  Further, the state estimation method of the present invention includes a first step of measuring the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position, and the coordinate axis regardless of the movement of the moving body. A second step of measuring the position of the moving body in the global coordinate system in which is fixed as an absolute position, and a third step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative attitude angle; The angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system is calculated as an absolute posture angle from the relative position and the absolute position, and further, a recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle. Assuming that the convergence value of the expressed sequence is equal to the initial posture angle indicating the posture angle of the moving body in the global coordinate system in the initial state, the fourth step of estimating the initial posture angle and the current state A fifth step of estimating a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle; and the estimated initial posture Assuming that the convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the angle, the relative position, and the absolute position is equal to the initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state, the initial position And a current position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the current state, the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position, And a seventh step of estimating based on the above.

上記構成の状態推定方法によれば、第1ステップから第7ステップまでにより、本発明の状態推定装置と同様の作用が実現されているので、本発明の状態推定装置と同様の作用効果を得ることができる。  According to the state estimation method having the above configuration, the same effects as those of the state estimation device of the present invention are obtained by the first step to the seventh step. be able to.

また、本発明の状態推定方法は、移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する第1ステップと、移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する第2ステップと、上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する第3ステップと、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として測定する第4ステップと、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する第5ステップと、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する第6ステップと、上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する第7ステップと、現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する第8ステップと、を備えている構成であってもよい。  Further, the state estimation method of the present invention includes a first step of measuring the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position, and the coordinate axis regardless of the movement of the moving body. A second step of measuring the position of the moving body in the global coordinate system in which is fixed as an absolute position, and a third step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative attitude angle; A fourth step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system as an absolute posture angle, and a convergence value of a numerical sequence expressed by a recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle Is assumed to be equal to the initial posture angle indicating the posture angle in the global coordinate system of the moving body in the initial state, and the fifth step of estimating the initial posture angle, and in the global coordinate system of the mobile body in the current state A sixth step of estimating a current posture angle indicating a posture angle of the current position as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle; the estimated initial posture angle; the relative position; and the absolute position. A seventh step of estimating an initial position on the assumption that a convergence value of a numerical sequence expressed by a recurrence formula including is equal to an initial position indicating a position of the moving body in the initial state in the global coordinate system; An eighth step of estimating a current position indicating a position of the moving body in the global coordinate system in a state based on the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position; The structure provided may be sufficient.

上記構成の状態推定方法によれば、第1ステップから第8ステップまでにより、本発明の状態推定装置と同様の作用が実現されているので、本発明の状態推定装置と同様の作用効果を得ることができる。  According to the state estimation method having the above configuration, the same operation as the state estimation device of the present invention is realized by the first step to the eighth step, so the same effect as the state estimation device of the present invention is obtained. be able to.

本発明の一実施形態に係る状態推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state estimation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 移動体の状態を表現する変数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the variable expressing the state of a moving body. 局所座標系および大域座標系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a local coordinate system and a global coordinate system. 局所情報を補完するタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the timing which complements local information. 移動体が大域座標内を(xg,n−k,yg,n−k)から(xg,n,yg,n)まで移動し、局所座標系内を(xl,n−k,yl,n−k)から(xl,n,yl,n)まで移動した状態を示す図である。The moving body moves in the global coordinates from ( xg, nk , yg , nk ) to ( xg, n , yg , n ), and in the local coordinate system (x1 , nk). , Y l, nk ) to (x l, n , y l, n ). 本発明の効果確認実験で使用したシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the system used by the effect confirmation experiment of this invention. 図6のシステムで用いた二輪車両型ロボットの斜視図である。It is a perspective view of the two-wheeled vehicle type robot used with the system of FIG. 図6のシステムで用いた二輪車両型ロボットの底面図である。It is a bottom view of the two-wheeled vehicle type robot used with the system of FIG. 図6のシステムにおけるビジョンシステムが、二輪車両型ロボットについて計測した2点の位置と、姿勢角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of 2 points | pieces which the vision system in the system of FIG. 6 measured about the two-wheeled vehicle type robot, and an attitude angle. 本発明の効果確認実験で得られる値(x,y,θ)のそれぞれに関する推定値を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated value regarding each of the value (x, y, (theta)) obtained by the effect confirmation experiment of this invention. 本発明の効果確認実験で得られる値(x)に関し、初期状態の推定値を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated value of an initial state regarding the value (x) obtained by the effect confirmation experiment of this invention. 本発明の効果確認実験で得られる値(y)に関し、初期状態の推定値を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated value of an initial state regarding the value (y) obtained by the effect confirmation experiment of this invention. 本発明の効果確認実験で得られる値(θ)に関し、初期状態の推定値を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated value of an initial state regarding the value ((theta)) obtained by the effect confirmation experiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 状態推定装置
2 相対位置測定部(相対位置測定手段)
3 絶対位置測定部(絶対位置測定手段)
4 相対角度測定部(相対角度測定手段)
5 絶対角度測定部(絶対角度測定手段)
6 初期角度推定部(初期角度推定手段)
7 現在角度推定部(現在角度推定手段)
8 初期位置推定部(初期位置推定手段)
9 現在位置推定部(現在位置推定手段)
1 State Estimation Device 2 Relative Position Measuring Unit (Relative Position Measuring Means)
3 Absolute position measuring unit (Absolute position measuring means)
4 Relative angle measuring unit (relative angle measuring means)
5 Absolute angle measuring unit (Absolute angle measuring means)
6 Initial angle estimation unit (initial angle estimation means)
7 Current angle estimation unit (current angle estimation means)
8 Initial position estimation unit (initial position estimation means)
9 Current position estimation unit (current position estimation means)

〔1.状態推定装置の構成〕
本発明の一実施形態に係る状態推定装置の構成について、図1を用いて説明する。図1に示すように、状態推定装置1は、相対位置測定部2と、絶対位置測定部3と、相対角度測定部4と、絶対角度測定部5と、初期角度推定部6と、現在角度推定部7と、初期位置推定部8と、現在位置推定部9とを備えている。
[1. Configuration of state estimation device]
A configuration of a state estimation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the state estimation device 1 includes a relative position measurement unit 2, an absolute position measurement unit 3, a relative angle measurement unit 4, an absolute angle measurement unit 5, an initial angle estimation unit 6, and a current angle. An estimation unit 7, an initial position estimation unit 8, and a current position estimation unit 9 are provided.

相対位置測定部2および相対角度測定部4は、いわゆる内界センサにより実現される。ここで、内界センサとは、移動体の相対位置および相対的な姿勢角(相対姿勢角)を測定するセンサである。すなわち、相対位置測定部2は、内界センサが相対位置を測定する機能を表現したものであり、相対角度測定部4は、内界センサが相対姿勢角を測定する機能を表現したものである。  The relative position measuring unit 2 and the relative angle measuring unit 4 are realized by so-called internal sensors. Here, the internal sensor is a sensor that measures the relative position and the relative posture angle (relative posture angle) of the moving body. That is, the relative position measuring unit 2 represents the function of the inner world sensor to measure the relative position, and the relative angle measuring unit 4 represents the function of the inner world sensor to measure the relative posture angle. .

内界センサは、たとえば、オドメトリを用いるセンサ、加速度センサ、またはジャイロセンサにより実現可能であり、一般的に、(1)測定誤差が小さい、(2)サンプリングレートが高い、(3)初期値が未知の場合には使えない、(4)測定誤差が累積するといった4つの特性を有している。  The internal sensor can be realized by, for example, a sensor using odometry, an acceleration sensor, or a gyro sensor. Generally, (1) a measurement error is small, (2) a sampling rate is high, and (3) an initial value is It has four characteristics that it cannot be used when it is unknown, and (4) measurement errors accumulate.

また、絶対位置測定部3および絶対角度測定部5は、いわゆる外界センサにより実現される。ここで、外界センサとは、移動体の絶対的な位置(絶対位置)または絶対的な姿勢角(絶対姿勢角)を測定するものである。  The absolute position measuring unit 3 and the absolute angle measuring unit 5 are realized by so-called external sensors. Here, the external sensor measures the absolute position (absolute position) or the absolute posture angle (absolute posture angle) of the moving body.

たとえば、外界センサの一例であるGPSセンサは、移動体の絶対位置を測定できるので、絶対位置測定部3として利用可能である。また、外界センサの一例である地磁気センサは、移動体の絶対姿勢角を測定できるので、絶対角度測定部5として利用可能である。さらに、ビジョンシステム、ランドマークセンサ、およびレンジファインダは、移動体の絶対位置および絶対姿勢角を測定できるので、絶対位置測定部3および絶対角度測定部5として利用可能である。  For example, a GPS sensor, which is an example of an external sensor, can be used as the absolute position measuring unit 3 because it can measure the absolute position of a moving body. Further, a geomagnetic sensor, which is an example of an external sensor, can be used as the absolute angle measuring unit 5 because it can measure the absolute posture angle of the moving body. Furthermore, the vision system, the landmark sensor, and the range finder can be used as the absolute position measuring unit 3 and the absolute angle measuring unit 5 because they can measure the absolute position and the absolute posture angle of the moving body.

なお、たとえば緯度や経度のように、移動体の状態に関わらず移動体の位置を特定しえるパラメータが、「絶対位置」に相当する。また、たとえば地軸に対する角度のように、移動体の状態に関わらず移動体の姿勢角を特定しえるパラメータが、「絶対姿勢角」に相当する。  A parameter that can specify the position of the moving object regardless of the state of the moving object, such as latitude and longitude, corresponds to the “absolute position”. Further, a parameter that can specify the posture angle of the moving body regardless of the state of the moving body, such as an angle with respect to the ground axis, corresponds to the “absolute posture angle”.

初期角度推定部6は、相対角度測定部4から得られる移動体の相対姿勢角、および絶対角度測定部5から得られる移動体の絶対姿勢角に基づき、移動体の初期状態における絶対姿勢角を推定するものである。初期角度推定部6における演算処理に関しては後述する。  The initial angle estimation unit 6 calculates the absolute posture angle in the initial state of the moving body based on the relative posture angle of the moving body obtained from the relative angle measuring unit 4 and the absolute posture angle of the moving body obtained from the absolute angle measuring unit 5. To be estimated. The calculation process in the initial angle estimation unit 6 will be described later.

現在角度推定部7は、相対角度測定部4から得られる移動体の相対姿勢角、および初期角度推定部6により推定された移動体の初期状態における絶対姿勢角に基づき、移動体の現在の状態における絶対姿勢角を推定するものである。現在角度推定部7における演算処理に関しては後述する。  The current angle estimation unit 7 is based on the relative posture angle of the moving body obtained from the relative angle measurement unit 4 and the absolute posture angle in the initial state of the moving body estimated by the initial angle estimation unit 6. The absolute posture angle at is estimated. The calculation processing in the current angle estimation unit 7 will be described later.

初期位置推定部8は、相対位置測定部2から得られる移動体の相対位置、および絶対位置測定部3から得られる移動体の絶対位置に基づき、移動体の初期状態における絶対位置を推定するものである。初期位置推定部8における演算処理に関しては後述する。  The initial position estimating unit 8 estimates the absolute position of the moving body in the initial state based on the relative position of the moving body obtained from the relative position measuring unit 2 and the absolute position of the moving body obtained from the absolute position measuring unit 3. It is. The calculation processing in the initial position estimation unit 8 will be described later.

現在位置推定部9は、初期位置推定部8により推定された移動体の初期状態における絶対位置、および相対位置測定部2から得られる移動体の相対位置に基づき、移動体の現在の状態における絶対位置を推定するものである。現在位置推定部9における演算処理に関しては後述する。  Based on the absolute position of the moving body in the initial state estimated by the initial position estimating section 8 and the relative position of the moving body obtained from the relative position measuring section 2, the current position estimating section 9 The position is estimated. The calculation processing in the current position estimation unit 9 will be described later.

以上の構成により、状態推定装置1は、初期状態における移動体の絶対位置および絶対姿勢角を推定するとともに、その絶対位置および絶対姿勢角を用いて、現在の状態における移動体の絶対位置および絶対姿勢角を推定するものである。以下、状態推定装置1を構成する各ブロックの演算処理の詳細を説明する。  With the above configuration, the state estimation device 1 estimates the absolute position and absolute posture angle of the moving body in the initial state, and uses the absolute position and absolute posture angle to determine the absolute position and absolute position of the moving body in the current state. The posture angle is estimated. Hereinafter, the details of the arithmetic processing of each block constituting the state estimation device 1 will be described.

〔2.移動体の状態を表現する変数の説明および前提条件〕
ある座標系上を運動する移動体を一意に表現するためには、位置および姿勢角を表す3つの状態変数(x,y,θ)が必要となる。ここで、図2に示すように、位置q=[x,y]は移動体の中心を表し,姿勢角θは移動体と座標軸との相対角度を示すものとする。今、ある与えられた大域座標系Σにおいて、現在の移動体の状態を示す(q,θ)を、状態推定装置1により推定することを考える。
[2. (Explanation and preconditions of variables expressing the state of the moving object)
In order to uniquely represent a moving object that moves on a certain coordinate system, three state variables (x, y, θ) representing a position and a posture angle are required. Here, as shown in FIG. 2, the position q = [x, y] T represents the center of the moving body, and the attitude angle θ represents the relative angle between the moving body and the coordinate axis. Now, in the global coordinate system sigma G given in, indicating the current state of the moving object (q g, θ g), considering that estimated by the state estimating apparatus 1.

さらに、状態推定装置1により(q,θ)を推定するための前提条件として、以下のことを仮定する。Further, the following is assumed as a precondition for estimating (q g , θ g ) by the state estimation device 1.

(1)初期状態における移動体の座標を示すqおよびθは未知である。(1) q o and θ o indicating the coordinates of the moving object in the initial state are unknown.

(2)局所情報qおよびθは、デッドレコニング的な手法で計測した初期状態からの変化量とし、外乱以外の誤差は生じないとする。(2) It is assumed that the local information q l and θ l are amounts of change from the initial state measured by a dead reckoning method, and no error other than disturbance occurs.

(3)大域情報qおよびθは、天測航法的な手法で計測した現在位置および姿勢角とし、計測値に平均0のホワイトノイズが付加しているとする。(3) It is assumed that the global information q g and θ g are the current position and the attitude angle measured by a celestial navigation method, and white noise with an average of 0 is added to the measured value.

このような前提条件では、初期状態のqおよびθが未知であるため、デッドレコニング的な手法では大域情報が計測できない。また,天測航法的な手法は、ホワイトノイズが付加しているため、計測値の分散が大きく、この手法のみを用いることは好ましくない。さらに、初期状態のqおよびθが未知であるため、Kalmanフィルタを用いることができない。Under such a precondition, since the initial state q o and θ o are unknown, global information cannot be measured by a dead reckoning method. In addition, since the celestial navigation method adds white noise, the dispersion of measured values is large, and it is not preferable to use only this method. Furthermore, since the initial state q o and θ o are unknown, the Kalman filter cannot be used.

これらの問題は、本実施形態の状態推定装置1により実現される初期状態オブザーバを用いて大域情報を推定することで、解決される。以下、初期状態オブザーバについて具体的に説明する。  These problems are solved by estimating global information using an initial state observer realized by the state estimation device 1 of the present embodiment. Hereinafter, the initial state observer will be specifically described.

〔3.初期状態オブザーバを用いた(q,θ)の推定〕
まず、図3に示すように、局所座標Σを定義する。大域座標系Σでの移動体の状態(q,θ)は、次に示す(1)式によって表現できる。
[3. (Estimation of (q g , θ g ) using initial state observer)
First, as shown in FIG. 3, to define a local coordinate sigma L. State of the mobile body in the global coordinate system Σ G (q g, θ g ) can be expressed by the following equation (1).

Figure 0004774522
ここで、q(=[x,y)およびθはそれぞれ大域座標系Σでの位置と姿勢角を表し、q(=[x,y)およびθは、それぞれ局所座標系Σでの位置および姿勢角を表すものである。また、q(=[x,y)およびθは、それぞれ大域座標系Σでの初期状態における移動体の位置と姿勢角を表すものである。
Figure 0004774522
Here, q g (= [x g , y g ] T ) and θ g represent the position and posture angle in the global coordinate system Σ G , respectively, q l (= [x l , y l ] T ) and θ l is to represent the position and the posture angle of the local coordinate system sigma L. Further, q o (= [x o , y o] T) and theta o are those respectively representing the position and attitude angle of the mobile body in the initial state of the global coordinate system sigma G.

本明細書では、局所座標系Σでの移動体の位置,姿勢角を、局所情報といい、局所座標系Σでの移動体の位置および姿勢角のそれぞれが、「相対位置」、「相対姿勢角」に対応している。また、大域座標系Σでの位置,姿勢角を大域情報といい、大域座標系Σでの位置および姿勢角のそれぞれが、「絶対位置」、「絶対姿勢角」に対応している。なお、T(x)は、以下のように示される姿勢変換行列である。In this specification, the position of the moving body in the local coordinate system sigma L, the attitude angle, referred to as local information, each of the position and orientation angle of the mobile object in the local coordinate system sigma L, "relative position", " It corresponds to “relative attitude angle”. The position in the global coordinate system sigma G, refers to the attitude angle and the global information, respectively of the position and orientation angle of the global coordinate system sigma G corresponds to the "absolute position", "absolute posture angle". T (x) is an attitude transformation matrix shown as follows.

Figure 0004774522
もし、デッドレコニング的な手法で計測した局所情報q,θに誤差が生じなければ、移動体の初期状態q,θを推定し、座標変換式(1)式を用いることで大域情報(q,θ)を推定することができる。
Figure 0004774522
If there is no error in the local information q l , θ l measured by the dead reckoning method, the initial state q o , θ o of the moving body is estimated, and the global transformation is performed by using the coordinate transformation equation (1). Information (q g , θ g ) can be estimated.

〔4.初期位置オブザーバの導出〕
以下では、初期位置(初期状態における位置)qが未知、初期姿勢角(初期状態における姿勢角)θが既知である条件のもとに、移動体の初期位置を推定するオブザーバを導出する。
[4. Derivation of initial position observer)
In the following, an observer for estimating the initial position of the moving object is derived under the condition that the initial position (position in the initial state) q o is unknown and the initial posture angle (posture angle in the initial state) θ o is known. .

まず、局所情報と大域情報から初期位置を推定するオブザーバを導出するためにつぎの補題を与える。  First, the following lemma is given to derive an observer that estimates the initial position from local information and global information.

(補題2.1)図2に示す移動体、および図3に示す局所座標系Σと大域座標系Σについて考える。移動体の初期位置qが既知であるとし、下記の式(2)で示される離散時間オブザーバを与える。Think (Lemma 2.1) mobile body shown in FIG. 2, and the local coordinate system shown in FIG. 3 for sigma L and the global coordinate system sigma G. Assuming that the initial position q o of the moving object is known, a discrete time observer represented by the following equation (2) is given.

Figure 0004774522
ここで、
Figure 0004774522
here,

Figure 0004774522
は、qの推定値であり、単に「qob,n」と記載する場合もある。また、K:=diag(k,k)とする。
Figure 0004774522
Is an estimated value of q o , and may be simply described as “q ob, n ”. Also, K: = diag (k x , k y ).

この式(2)で示されるオブザーバは、0<k<2かつ0<k<2を満たすならば、n→∞のとき、qob,n→qとなる。If the observer shown in this equation (2) satisfies 0 <k x <2 and 0 <k y <2 , then n ob is q ob, n → q o .

(証明)
式(2)の両辺からqを引くと、以下のようになる。
(Proof)
Subtracting q o from both sides of equation (2) yields:

Figure 0004774522
したがって、−1<1−k<1かつ−1<1−k<1を満たすならば、n→∞のとき、qob,n→qとなる。
Figure 0004774522
Therefore, if -1 <1-k x <1 and -1 <1-k y <1, then q ob, n → q o when n → ∞.

以上により、補題2.1を証明できる。さらに、補題2.1を用いると、初期位置オブザーバに関するつぎの補題2.2を得ることができる。  Thus, Lemma 2.1 can be proved. Furthermore, if Lemma 2.1 is used, the following Lemma 2.2 regarding the initial position observer can be obtained.

(補題2.2)図2に示す移動体、および図3に示す局所座標系Σと大域座標系Σについて考える。移動体の初期位置qが未知であり、初期姿勢角θが既知であるとして、以下の式(3)で示される離散時間オブザーバを与える。(Lemma 2.2) mobile body shown in FIG. 2, and consider the local coordinate system sigma L and the global coordinate system sigma G shown in FIG. Assuming that the initial position q o of the moving body is unknown and the initial posture angle θ o is known, a discrete time observer represented by the following equation (3) is given.

Figure 0004774522
このオブザーバは、0<k<2かつ0<k<2を満たすならば、n→∞のとき、qob,n→qとなる。
Figure 0004774522
If this observer satisfies 0 <k x <2 and 0 <k y <2, then when n → ∞, q ob, n → q o .

(証明)式(1)より、つぎの式(4)を得る。  (Proof) From the equation (1), the following equation (4) is obtained.

Figure 0004774522
また、式(3)および式(4)より、以下の方程式を導くことができる。
Figure 0004774522
Further, the following equations can be derived from the equations (3) and (4).

Figure 0004774522
よって、補題2.1より、−1<1−k<1かつ−1<1−k<1を満たすなら,n→∞のとき、qob,n→qとなる。
Figure 0004774522
Thus, from Lemma 2.1, if -1 <1-k x <1 and -1 <1-k y <1, then q ob, n → q o when n → ∞.

〔5.初期姿勢角が未知の場合への拡張〕
初期位置qおよび初期姿勢角θが未知の場合について考える。まず、つぎに示す初期姿勢角オブザーバに関する命題を与える。
[5. (Extension when initial posture angle is unknown)
Consider the case where the initial position q o and the initial posture angle θ o are unknown. First, we give the following proposition about the initial attitude angle observer.

(命題2.1)図2に示す移動体、および図3に示す局所座標系Σと大域座標系Σについて考える。移動体の初期姿勢角θが未知であるとし、以下の式(5)で示される離散時間オブザーバを与える。Think (Proposition 2.1) mobile body shown in FIG. 2, and the local coordinate system shown in FIG. 3 for sigma L and the global coordinate system sigma G. Assuming that the initial posture angle θ o of the moving object is unknown, a discrete time observer represented by the following equation (5) is given.

Figure 0004774522
ここで、
Figure 0004774522
here,

Figure 0004774522
は、θの推定値であり、単に「θob,n」と記載する場合もある。
Figure 0004774522
Is an estimated value of θ o , and may be simply described as “θ ob, n ”.

また、θl,nは局所座標系Σにおける姿勢角であり、θg,nは大域座標系Σにおける姿勢角である。 Further, θ l, n is the attitude angle in the local coordinate system Σ L, θ g, n is the attitude angle in the global coordinate system sigma G.

さらに、式(5)においては、θl,n+θob,n−θg,nの値について、−π<θl,n+θob,n−θg,n≦πの範囲に正規化されているとする。Further, in the equation (5), θ l, n + θ ob, n -θ g, for values of n, -π <θ l, n + θ ob, n -θ g, normalized to the range of n ≦ [pi Suppose that

このとき、0<kθ<2を満たすならば、n→∞のとき、θob,n→θとなる。At this time, if 0 <k θ <2 is satisfied, θ ob, n → θ 0 when n → ∞.

(命題2.1の証明)
式(5)の両辺からθを引き、θg,n=θl,n+θを式(5)に代入すると、下式を得ることができる。
(Proof of Proposition 2.1)
Subtracting θ 0 from both sides of equation (5) and substituting θ g, n = θ l, n + θ 0 into equation (5) yields the following equation.

Figure 0004774522
さらに、θob,n−θ=eθ,nを用いると、下式(6)を得ることができる。
Figure 0004774522
Furthermore, when θ ob, n −θ o = e θ, n is used, the following equation (6) can be obtained.

Figure 0004774522
この式(6)に対して、
Figure 0004774522
For this equation (6),

Figure 0004774522
はLyapunov関数となるから、n→∞のときeθ,n→0となるので、n→∞のときθob,n→θとなる(命題2.1の証明終わり)。
Figure 0004774522
Since it becomes a Lyapunov function, since e θ, n → 0 when n → ∞, θ ob, n → θ 0 when n → ∞ (end of proof of Proposition 2.1).

そして、命題2.1を用いると、初期状態オブザーバに関して次の定理2.1を得ることができる。  Then, by using the proposition 2.1, the following theorem 2.1 can be obtained with respect to the initial state observer.

(定理2.1)図2に示す移動体、および図3に示す局所座標系Σと大域座標系Σについて考える。移動体の初期位置qおよび移動体の初期姿勢角θが未知であるとし、式(5)および以下の式(8)で示される離散時間オブザーバを与える。Think (Theorem 2.1) mobile body shown in FIG. 2, and the local coordinate system shown in FIG. 3 for sigma L and the global coordinate system sigma G. Assume that the initial position q o of the moving body and the initial posture angle θ o of the moving body are unknown, and a discrete-time observer represented by Expression (5) and the following Expression (8) is given.

Figure 0004774522
ここで、
Figure 0004774522
here,

Figure 0004774522
は、qの推定値であり、単に「qob,n」と記載する場合もある。また、ql,nは局所座標系Σでの移動体の位置を示すものであり、qg,nは、大域座標系Σでの移動体の位置を示すものであり、K:=diag(k,k)とする。
Figure 0004774522
Is an estimated value of q o , and may be simply described as “q ob, n ”. Further, q l, n is indicates the position of the movable body in the local coordinate system sigma L, q g, n is for indicating the position of the moving object in the global coordinate system Σ G, K: = Let diag (k x , k y ).

この式(8)で示されるオブザーバは、ql,nが有界で、0<k<2かつ0<k<2であるならば、n→∞のときqob,n→qとなる。The observer shown in this equation (8) is such that q l, n is bounded, and if 0 <k x <2 and 0 <k y <2, q ob, n → q o when n → ∞. It becomes.

(証明)
式(8)の両辺から、qを引き、式(8)にqg,n=T(θ)ql,n+qを代入する。さらにε=qob,n−qと置くと、以下の式(9)が得られる。
(Proof)
Q o is subtracted from both sides of Equation (8), and q g, n = T (θ o ) q l, n + q o is substituted into Equation (8). Further, when ε n = q ob, n −q o , the following equation (9) is obtained.

Figure 0004774522
さらに、式(10)に示すzを与える。
Figure 0004774522
Furthermore, z shown in Formula (10) is given.

Figure 0004774522
zの性質として、ql,nが有界であるとの仮定および命題2.1より、n→∞のときz→0となる。このzを用いると、式(9)は下式(11)に変形できる。
Figure 0004774522
As the property of z, from the assumption that q l, n is bounded and Proposition 2.1, z → 0 when n → ∞. Using this z, equation (9) can be transformed into the following equation (11).

Figure 0004774522
と変形できる。ここで、zおよび状態qを入力とみなすと、式(11)は離散時間ISS(input−to−state stable)となり、式(11)は漸近安定となる。
Figure 0004774522
And can be transformed. Here, when z and the state q are regarded as inputs, Expression (11) becomes a discrete time ISS (input-to-state table), and Expression (11) becomes asymptotically stable.

ゆえに,ql,nが有界で、0<k<2かつ0<k<2であるならば、n→0のとき、(qob,n,θob,n)→(q,θ)となる。Therefore, if q l, n is bounded and 0 <k x <2 and 0 <k y <2, then when n → 0, (q obs, n , θ obs, n ) → (q o , Θ o ).

〔6.装置構成とオブザーバとの関係〕
本実施形態における状態推定装置1(図1参照)は、上述した初期状態オブザーバ式(5)および式(8)を用いて、移動体の初期状態を推定し、さらに式(1)を用いることによって、移動体の現在の状態における絶対位置および絶対姿勢角を推定するものである。以下、その詳細について説明する。
[6. (Relation between equipment configuration and observer)
The state estimation device 1 (see FIG. 1) in the present embodiment estimates the initial state of the moving object using the above-described initial state observer equation (5) and equation (8), and further uses equation (1). Thus, the absolute position and the absolute posture angle in the current state of the moving body are estimated. The details will be described below.

まず、状態推定装置1における初期角度推定部6の処理について説明する。初期角度推定部6は、上述した初期状態オブザーバを示す式(5)を用いて、移動体の初期状態における絶対姿勢角を演算する。  First, the process of the initial angle estimation unit 6 in the state estimation device 1 will be described. The initial angle estimation unit 6 calculates the absolute posture angle in the initial state of the moving body using the equation (5) indicating the initial state observer described above.

すなわち、相対角度測定部4により、上述した初期状態オブザーバを示す式(5)におけるθl,nが取得される。さらに、絶対角度測定部5により、式(5)におけるθg,nが取得される。したがって、初期角度推定部6は、式(5)にθl,nおよびθg,nを代入するとともに、θob,0として、絶対角度測定部5から得られる絶対姿勢角を推定値として用いることで、θob,nの収束値であるθを推定することができる。That is, the relative angle measurement unit 4 obtains θ l, n in the equation (5) indicating the above-described initial state observer. Furthermore, θ g, n in Expression (5) is acquired by the absolute angle measurement unit 5. Therefore, the initial angle estimation unit 6 substitutes θ l, n and θ g, n into equation (5), and uses the absolute attitude angle obtained from the absolute angle measurement unit 5 as an estimated value as θ ob, 0. Thus, θ o which is the convergence value of θ ob, n can be estimated.

次に、現在角度推定部7における処理について説明する。現在角度推定部7は、上述した式(1)を用いて、移動体の現在の状態における絶対姿勢角を推定する。すなわち、現在角度推定部7は、式(1)におけるθとして、相対角度測定部4から得られるθl,nを代入し、さらに、式(1)におけるθとして、初期角度推定部6により推定されたものを代入する。これにより、現在角度推定部7は、移動体の現在の状態における絶対姿勢角を示すθを演算することができる。Next, processing in the current angle estimation unit 7 will be described. The current angle estimation unit 7 estimates the absolute posture angle in the current state of the moving body using the above-described equation (1). That is, the current angle estimator 7, as theta l in the formula (1), by substituting theta l, n obtained from the relative angle measuring unit 4, Furthermore, as theta o in the formula (1), the initial angle estimation section 6 Substitute the one estimated by. Thereby, the current angle estimation unit 7 can calculate θ g indicating the absolute posture angle in the current state of the moving body.

次に、初期位置推定部8における処理について説明する、初期位置推定部8は、上述した初期状態オブザーバを示す式(8)を用いて、移動体の初期状態における絶対位置を演算する。  Next, the process in the initial position estimation unit 8 will be described. The initial position estimation unit 8 calculates the absolute position in the initial state of the moving object using the above-described equation (8) indicating the initial state observer.

すなわち、初期角度推定部6により、式(8)におけるθob,nの収束値であるθが演算される。さらに、式(8)におけるql,nは相対位置測定部2から取得でき、qg,nは絶対位置測定部3から取得できる。したがって、初期位置推定部8は、式(8)にql,nおよびqg,nを代入するとともに、qob,0として、絶対位置測定部3から得られる絶対位置を推定値として用いることで、qを推定することができる。That is, the initial angle estimation unit 6 calculates θ o which is the convergence value of θ ob, n in Equation (8). Furthermore, q l, n in equation (8) can be acquired from the relative position measurement unit 2, and q g, n can be acquired from the absolute position measurement unit 3. Therefore, the initial position estimating unit 8 substitutes q l, n and q g, n into the equation (8), and uses the absolute position obtained from the absolute position measuring unit 3 as the estimated value as q ob, 0. Thus, q o can be estimated.

最後に、現在位置推定部9における処理について説明する。現在位置推定部9は、式(1)を用いて、移動体の現在の状態における絶対位置を推定する。すなわち、現在位置推定部9は、式(1)におけるθとして初期角度推定部6により推定されたものを代入し、qとして相対位置測定部2から得られるql,nを代入し、qとして初期位置推定部8により推定されたものを代入する。これにより、現在位置推定部9は、移動体の現在の状態における絶対位置を示すqを演算することができる。Finally, processing in the current position estimation unit 9 will be described. The current position estimation unit 9 estimates the absolute position of the moving object in the current state using Expression (1). That is, the current position estimation unit 9, the initial angle estimation unit 6 by substituting those estimated, q l obtained from the relative position measuring section 2 as q l, substituting n as theta o in the formula (1), substituting those estimated by the initial position estimation unit 8 as q O. Thereby, the current position estimating unit 9 can calculate q g indicating the absolute position of the moving object in the current state.

このようにして、状態推定装置1は、移動体の初期状態(θ,q)を推定し、さらに、移動体の現在の状態における絶対位置(q)をおよび絶対姿勢角(θ)を推定することができる。さらに、式(5)および式(8)は、ローパスフィルタとして機能し、高周波ノイズを除去することができる。In this way, the state estimation device 1 estimates the initial state (θ o , q o ) of the moving body, and further calculates the absolute position (q g ) and the absolute attitude angle (θ g ) in the current state of the moving body. ) Can be estimated. Furthermore, Expression (5) and Expression (8) function as a low-pass filter and can remove high-frequency noise.

〔7.計測誤差の影響〕
以下、計測値に生じる誤差の影響について説明する。今、時刻kにおいて横滑りなどにより位置にΔq、姿勢角にΔθの外乱が生じたとする。このとき、時刻k以降の局所情報の推定値は、つぎの式(12)で表される。
[7. (Influence of measurement error)
Hereinafter, the influence of the error that occurs in the measurement value will be described. Now, it is assumed that a disturbance of Δq l at the position and Δθ l at the posture angle occurs due to skidding or the like at time k. At this time, the estimated value of local information after time k is expressed by the following equation (12).

Figure 0004774522
ただし、n≧kである。
Figure 0004774522
However, n ≧ k.

なお、式(12)における左辺の値が局所情報の推定値を示しており、右辺における  Note that the value on the left side in equation (12) indicates the estimated value of the local information,

Figure 0004774522
および
Figure 0004774522
and

Figure 0004774522
の値が、局所情報の計測値を示している。
Figure 0004774522
The value of indicates the measured value of the local information.

この局所情報に生じた誤差が初期状態の推定値に与える影響を考えるためにつぎの補題を与える。  The following lemma is given in order to consider the effect of the error in the local information on the estimated value of the initial state.

(補題2.3)式(5)および(8)で示した初期状態オブザーバについて考える。時刻kにおいて位置にΔq、姿勢角にΔθの外乱が生じたとする。このとき、初期状態オブザーバは、n→∞のとき(qob,n,θob,n)→(q+T(θ)ql,n−T(θ+Δθ)(ql,n+Δq),θ+Δθ)となる。(Lemma 2.3) Consider the initial state observer shown in equations (5) and (8). Δq l to the position at time k, and disturbance of Δθ l has occurred in the attitude angle. At this time, when n → ∞, (q obs, n , θ obs, n ) → (q o + T (θ o ) q l, n− T (θ o + Δθ l ) (q l, n + Δq l ), θ o + Δθ l ).

(証明)まず、時刻k以降の初期姿勢角オブザーバ式(5)について考える。式(12)より、  (Proof) First, consider the initial attitude angle observer formula (5) after time k. From equation (12)

Figure 0004774522
となる。命題2.1より、n→∞のとき、θob,n→θl,n+Δθlとなる。
Figure 0004774522
It becomes. From Proposition 2.1, when n → ∞, θ ob, n → θ l, n + Δθl .

続いて初期位置オブザーバについて考える。今、初期状態の姿勢角の推定値θob,nが、θl,n+Δθに収束したとする。Next, consider the initial position observer. Now, it is assumed that the estimated value θ ob, n of the posture angle in the initial state has converged to θ l, n + Δθ l .

このとき、初期位置オブザーバは、  At this time, the initial position observer is

Figure 0004774522
となる。したがって、定理2.1より、n→∞のとき、qob,n→q+T(θ)ql,n−T(θ+Δθ)(ql,n+Δq)となる。
Figure 0004774522
It becomes. Therefore, according to Theorem 2.1, when n → ∞, q ob, n → q o + T (θ o ) q l, n− T (θ o + Δθ l ) (q l, n + Δq l ).

そして、補題2.3より、初期状態オブザーバを用いた大域情報の推定値に関して、つぎの定理2.2が成り立つ。  From Lemma 2.3, the following Theorem 2.2 holds for the estimated value of global information using the initial state observer.

(定理2.2)図2に示す移動体、図3に示す局所座標系Σ・大域座標系Σ,および初期状態オブザーバ(式(5)および(8))について考える。時刻kにおいて位置にΔql,姿勢角にΔθlの外乱が生じたとする。つぎに示すg,nθg,nを与える。(Theorem 2.2) Consider the moving body shown in FIG. 2, the local coordinate system Σ L and the global coordinate system Σ G shown in FIG. 3, and the initial state observer (equations (5) and (8)). Assume that a disturbance having a position Δql and a posture angle Δθl has occurred at time k. The following ~ qg , n , ~ θg , n are given.

Figure 0004774522
ここで、g,n,およびθg,nのそれぞれは、大域情報q,θの推定値である。このとき、n→∞ならば(g,nθg,n)→(qg,n,θg,n)となる。
Figure 0004774522
Here, each of the ~ q g, n, and ~ theta g, n, is an estimate of the global information q g, theta g. In this case, n → ∞ if (~ q g, n, ~ θ g, n) → (q g, n, θ g, n) to become.

(証明)補題2.3より、n→∞のとき、(qob,n,θ)→(q+T(θ)ql,n−T(θ+Δθ)(q,n+Δq),θ+Δθ)となる。これを座標変換のために式(13)に代入すると、(Proof) According to Lemma 2.3, when n → ∞, (q obs, n , θ o ) → (q o + T (θ o ) q l, n− T (θ o + Δθ l ) (q l , n + Δq l ), θ o + Δθ l ). Substituting this into equation (13) for coordinate transformation,

Figure 0004774522
となる。
Figure 0004774522
It becomes.

定理2.2は、初期状態オブザーバを使用することで局所情報に生じた誤差の影響を打ち消すことができることを示している。つまり、初期状態オブザーバは、ローパスフィルタとして機能し、高周波ノイズを除去することができる。  Theorem 2.2 shows that the use of the initial state observer can negate the effect of errors in local information. That is, the initial state observer functions as a low-pass filter and can remove high-frequency noise.

さらに換言すれば、本実施形態の状態推定装置1においては、相対位置測定部2から取得されるql,n、または相対角度測定部4から取得されるθl,nに誤差が生じても、式(5)、式(8)、および式(13)を用いることにより、移動体の現在位置(qg,n,θg,n)を推定できる。In other words, in the state estimation device 1 of the present embodiment, even if an error occurs in q l, n acquired from the relative position measurement unit 2 or θ l, n acquired from the relative angle measurement unit 4. By using the equations (5), (8), and (13), the current position (q g, n , θ g, n ) of the moving object can be estimated.

〔8.初期状態オブザーバの更新タイミングについて〕
式(5)および式(8)で示される初期状態オブザーバの更新、すなわち式(5)または式(8)を用いて初期状態における移動体の絶対位置や、絶対姿勢角を算出するためには、相対位置、相対姿勢角、絶対位置、および絶対姿勢角について、同時刻のものが必要である。
[8. Regarding the update timing of the initial state observer)
In order to calculate the absolute position and the absolute attitude angle of the moving body in the initial state using the update of the initial state observer expressed by the equations (5) and (8), that is, the equation (5) or the equation (8). The relative position, the relative attitude angle, the absolute position, and the absolute attitude angle need to be the same time.

しかしながら、図4に示すように、外界センサの測定タイミングに対して、内界センサの測定タイミングは、その周期が短い。したがって、初期状態オブザーバを用いて初期状態を推定するタイミングを外界センサの測定タイミングと一致させると、そのタイミングにおける相対位置および相対姿勢角が得られない場合がある。  However, as shown in FIG. 4, the cycle of the measurement timing of the internal sensor is shorter than the measurement timing of the external sensor. Therefore, if the timing for estimating the initial state using the initial state observer is matched with the measurement timing of the external sensor, the relative position and the relative attitude angle at that timing may not be obtained.

そこで、初期状態オブザーバを用いて移動体の初期状態を推定するタイミングにおいて、内界センサから得られる相対位置および相対姿勢角を補完することが好ましい。以下、その補完の手順について説明する。なお、相対姿勢角の補完は、相対角度測定部4により行われ、相対位置の補完は、相対位置測定部2により行われる。  Therefore, it is preferable to complement the relative position and the relative attitude angle obtained from the internal sensor at the timing of estimating the initial state of the moving body using the initial state observer. Hereinafter, the procedure of the complement is demonstrated. The relative attitude angle is complemented by the relative angle measuring unit 4, and the relative position is complemented by the relative position measuring unit 2.

〔8−1.前提条件〕
測定条件を以下のように考える。
[8-1. (Prerequisite)
Consider the measurement conditions as follows.

まず、nサンプル時の絶対位置・姿勢の測定値を、以下のように記載する。  First, the absolute position / posture measurement values for n samples are described as follows.

Figure 0004774522
なお、これらの絶対位置・姿勢の測定値は、単に「xg,n」「θg,n」と記載する場合もある。
Figure 0004774522
Note that these absolute position / posture measurement values may be simply described as “x g, n ” and “θ g, n ”.

また、nサンプル時の絶対位置・姿勢を取得した時刻を、tg,nとして記載する。The time when the absolute position / orientation at the time of n samples is acquired is described as tg, n .

さらに、mサンプル時の絶対位置・姿勢の測定値を、以下のように記載する。  Furthermore, the absolute position / posture measurement values for m samples are described as follows.

Figure 0004774522
なお、これらの絶対位置・姿勢の測定値は、単に「xl,m」「θl,m」と記載する場合もある。また、mサンプル時の絶対位置・姿勢を取得した時刻を、tl,mとして記載する。
Figure 0004774522
Note that the absolute position / posture measurement values may be simply described as “x l, m ” and “θ l, m ”. The time when the absolute position / orientation at the time of m samples is acquired is described as t l, m .

ここで、nサンプル時の絶対位置・姿勢が測定された瞬間を考える。相対位置・姿勢はmサンプルまで取得されているとする。このとき、以下の2つの状態を記載できる。  Here, consider the moment when the absolute position and orientation at the time of n samples are measured. Assume that the relative position and orientation are acquired up to m samples. At this time, the following two states can be described.

状態1.tg,n≦tl,m
状態2.tg,n>tl,m
状態1.の場合、すでに得られている相対位置・姿勢より前の時間の絶対位置を取得していることになり、状態2.の場合にはもっとも新しい相対位置・姿勢を取得した時間より新しい情報がえられたことになるため、この2つの状態を別々に扱うことで、精度を高めることができる。なお、状態1.の場合、
l,m−k−1<tg,n≦tl,m−k
を満たす整数k≧0が存在する。
State 1. t g, n ≦ t 1, m
State 2. t g, n > t l, m
State 1. In the case of (2), the absolute position at the time before the relative position / posture that has already been obtained is acquired. In this case, since new information is obtained from the time when the newest relative position / posture is acquired, the accuracy can be improved by separately treating these two states. In addition, state 1. in the case of,
t l, m−k−1 <t g, n ≦ t l, m−k
There exists an integer k ≧ 0 that satisfies

〔8−2.tg,n≦tl,mの場合の補完〕
この場合、相対位置・姿勢を簡単に補完することができる。補完方法は様々な方法が考えられるが、本実施形態では、(1)オドメトリ、(2)拡張オドメトリ、および(3)線形補完のそれぞれを用いる補完方法について説明する。
[8-2. Complementation when t g, n ≦ t 1, m ]
In this case, the relative position / posture can be complemented easily. Although various methods are conceivable, in the present embodiment, a complementing method using (1) odometry, (2) extended odometry, and (3) linear interpolation will be described.

〔8−2−1.オドメトリを用いた補完〕
オドメトリを用いる場合、m−k−1サンプル時の姿勢角速度ωl,m−k−1,および並進速度vl,m−k−1が既知であるとする。
[8-2-1. Completion using odometry)
When using odometry, it is assumed that the attitude angular velocity ω l, m-k-1 and the translation velocity v l, m-k-1 at the time of m−k−1 samples are known.

このとき,tg,nにおける相対的な位置(相対位置)・姿勢xl,n,yl,n,θl,nは、以下のように書ける。At this time, the relative position (relative position) and orientation x l, n , y l, n , θ l, n at t g, n can be written as follows.

Figure 0004774522
〔8−2−2.拡張オドメトリを用いた補完〕
拡張オドメトリを用いる場合、特別な情報は必要としない。この場合、(1)θl,m−k−1=θl,m−kの場合、および(2)θl,m−k−1≠θl,m−kの場合に分けて補完する。
Figure 0004774522
[8-2-2. Completion using extended odometry)
No special information is required when using extended odometry. In this case, the complement is divided into (1) θ l, m−k−1 = θ l, m−k , and (2) θ l, m−k−1 ≠ θ l, m−k. .

先ず、θl,m−k−1=θl,m−kの場合は、以下のように補完する。First, in the case of θ l, m−k−1 = θ l, m−k , complementation is performed as follows.

Figure 0004774522
また、θl,m−k−1≠θl,m−kの場合は、以下のようにまず角度を補完する。
Figure 0004774522
When θ l, m−k−1 ≠ θ l, m−k , the angle is first complemented as follows.

Figure 0004774522
さらに、位置の補完のために、次のようなra,n,rb,n,rを考える。
Figure 0004774522
Furthermore, because of the complementary position, consider following r a, n, r b, n, the r n.

Figure 0004774522
このとき、xl,n,yl,nは次のようになる。
Figure 0004774522
At this time, x l, n , y l, n is as follows.

Figure 0004774522
〔8−2−3.線形補完〕
l,n,yl,n,θl,nの線形補完は、下式に基づき行われる。
Figure 0004774522
[8-2-3. (Linear completion)
Linear interpolation of x l, n , y l, n , θ l, n is performed based on the following equation.

Figure 0004774522
〔8−3.tg,n>tl,mの場合の補完〕
この場合、前節と若干異なり、(1)オドメトリを用いる補完、(2)拡張オドメトリを用いる補完、(3)速度・角速度が得られない場合の補完、および(4)線形補完について説明する。
Figure 0004774522
[8-3. Complementation for t g, n > t l, m ]
In this case, slightly different from the previous section, (1) complement using odometry, (2) complement using extended odometry, (3) complement when speed / angular velocity cannot be obtained, and (4) linear complement will be described.

〔8−3−1.オドメトリを用いた補完〕
オドメトリを用いる場合、mサンプル時の姿勢角速度ωl,m,および並進速度vl,mが取得可能であるとする。
[8-3-1. Completion using odometry)
When odometry is used, it is assumed that the attitude angular velocity ω l, m and the translation velocity v l, m at m samples can be acquired.

このとき、tg,nにおける相対位置・姿勢xl,n,yl,n,θl,nは、以下のように書ける。At this time, the relative positions and orientations x l, n , y l, n and θ l, n at t g, n can be written as follows.

Figure 0004774522
〔8−3−2.拡張オドメトリを用いた補完〕
拡張オドメトリを用いる場合も、mサンプル時の姿勢角速度ωl,m,および並進速度vl,mが取得可能であるとする。
Figure 0004774522
[8-3-2. Completion using extended odometry)
Also in the case of using extended odometry, it is assumed that the attitude angular velocity ω l, m and the translation velocity v l, m at the time of m samples can be acquired.

拡張オドメトリを用いる場合には、角度を以下のように補完する。  When using extended odometry, the angle is complemented as follows:

Figure 0004774522
さらに、以下のような変数δl,nを考える。
Figure 0004774522
Further, consider the following variables δ l, n .

δl,n=ωl,m(tg,n−tl,m)
このとき、xl,nおよびyl,nは、以下のようにして求める。
δ l, n = ω 1, m (t g, n −t l, m)
At this time, x l, n and y l, n are obtained as follows.

Figure 0004774522
〔8−3−3.速度・角速度が得られない場合〕
この場合、(1)θl,m−1=θl,mの場合と、(2)θl,m−1≠θl,mの場合とに分けて説明する。
Figure 0004774522
[8-3-3. (If speed / angular velocity cannot be obtained)
In this case, the description will be divided into (1) θ l, m−1 = θ l, m and (2) θ l, m−1 ≠ θ l, m .

まず、θl,m−1=θl,mの場合は、下式に基づき、xl,n,yl,n,θl,nを補完する。First, in the case of θ l, m−1 = θ l, m , x l, n , y l, n , θ l, n are complemented based on the following equation.

Figure 0004774522
また、θl,m−1≠θl,mの場合は、以下のように、まず角度を補完する。
Figure 0004774522
When θ l, m−1 ≠ θ l, m , the angle is first complemented as follows.

Figure 0004774522
さらに、位置を補完するために、以下に示すra,n,rb,n,rを考える。
Figure 0004774522
Furthermore, in order to complement the position, consider the following r a, n , r b, n , r n .

Figure 0004774522
このとき、xl,n,yl,nは次のようになる。
Figure 0004774522
At this time, x l, n , y l, n is as follows.

Figure 0004774522
〔8−3−4.線形補完〕
線形補完は、下式に基づき行われる。
Figure 0004774522
[8-3-4. (Linear completion)
Linear interpolation is performed based on the following equation.

Figure 0004774522
〔9.絶対角度測定部がない場合〕
本実施形態の状態推定装置1においては、絶対角度測定部5は必須の構成ではない。すなわち、状態推定装置1において絶対角度測定部5を省略しても、後述するように、移動体の初期状態を推定することは可能である。
Figure 0004774522
[9. (When there is no absolute angle measurement unit)
In the state estimation device 1 of the present embodiment, the absolute angle measurement unit 5 is not an essential configuration. That is, even if the absolute angle measurement unit 5 is omitted in the state estimation device 1, as described later, it is possible to estimate the initial state of the moving body.

先ず、図5に示すように、移動体が大域座標内を(xg,n−k,yg,n−k)から(xg,n,yg,n)まで移動し、局所座標系内を(xl,n−k,yl,n−k)から(xl,n,yl,n)まで移動したとする。この場合、移動後の状態における移動体の相対姿勢角θl,nおよび絶対姿勢角θg,nは、下式のように表現される。First, as shown in FIG. 5, the moving object moves in the global coordinates from ( xg, nk , yg , nk ) to ( xg, n , yg , n ), and the local coordinate system. the inner (x l, n-k, y l, n-k) from the moved (x l, n, y l , n) to. In this case, the relative posture angle θ l, n and the absolute posture angle θ g, n of the moving body in the state after movement are expressed as the following equations.

θl,n=arg((xl,n−xl,n−k)+i(yl,n−yl,n−k))
θg,n=arg((xg,n−xg,n−k)+i(yg,n−yg,n−k))
さらに、上述の式(5)で表現される初期角度オブザーバを、下式のように記述することで、初期状態における移動体のθを演算することができる。
θ l, n = arg (( x l, n -x l, n-k) + i (y l, n -y l, n-k))
θ g, n = arg ((x g, n −x g, n−k ) + i (y g, n −y g, n−k ))
Furthermore, by describing the initial angle observer expressed by the above equation (5) as the following equation, θ o of the moving body in the initial state can be calculated.

θob,n+1=θob,n−kθ(θg,n−θl,n
ここで、θを演算するにあたり、必要なパラメータは(xg,n−k,yg,n−k)および(xg,n,yg,n)である。これらのパラメータは、相対位置測定部2および絶対位置測定部3(図1参照)から得られるものである。そして、相対角度測定部4および絶対角度測定部5から得られるパラメータは、θを演算するために用いられていない。
θ ob, n + 1 = θ ob, n −k θg, n −θ l, n )
Here, in calculating θ o , necessary parameters are (x g, n−k , y g, n−k ) and (x g, n , y g, n ). These parameters are obtained from the relative position measuring unit 2 and the absolute position measuring unit 3 (see FIG. 1). The parameters obtained from the relative angle measurement unit 4 and the absolute angle measurement unit 5 are not used to calculate θo .

よって、初期状態における移動体の姿勢角を推定するためには、相対角度測定部4および絶対角度測定部5は省略可能であり、上式の(xg,n−k,yg,n−k)および(xg,n,yg,n)を用いた演算を初期角度推定部6にて実行すればよいといえる。ただし、現在状態における移動体の絶対姿勢角を推定するのであれば、式(1)におけるθが必要となるので、相対角度測定部4が必要となる。Therefore, in order to estimate the posture angle of the moving body in the initial state, the relative angle measuring unit 4 and the absolute angle measuring unit 5 can be omitted, and the above formula (x g, nk , y g, n− It can be said that the initial angle estimator 6 may perform an operation using k ) and ( xg, n , yg , n ). However, if the absolute posture angle of the moving body in the current state is estimated, θ 1 in equation (1) is required, and therefore the relative angle measurement unit 4 is required.

なお、移動体が移動しない場合、すなわち(xl,n−xl,n−k,yl,n−yl,n−k)=(0,0)かつ(xg,n−xg,n−k,yg,n−yg,n−k)=(0,0)の場合には、上述のようにθl,nおよびθg,nを求めることができないが、現在位置は推定可能である。また、以下のように初期位置推定部と相対位置測定部を更新することで推定精度が向上する。When the moving body does not move, that is, (x1 , n− x1 , n−k , y1, n− y1 , n−k ) = (0,0) and ( xg, n− xg). , N−k , y g, n− y g, n−k ) = (0, 0), θ l, n and θ g, n cannot be obtained as described above, but the current position Can be estimated. In addition, the estimation accuracy is improved by updating the initial position estimation unit and the relative position measurement unit as follows.

ob,n+1=T(θob,n)x+xob,n=0
〔10.検証実験〕
前述した状態推定装置1の有効性の確認を行うため、二輪車両型ロボットを用いた制御実験を行った。本実験では、デッドレコニング的な手法として改良型オドメトリを用い、天測航法的な手法としてCCDカメラを用いた位置計測システムを用いる。
x ob, n + 1 = T (θ ob, n ) x l + x ob, n x l = 0
[10. (Verification experiment)
In order to confirm the effectiveness of the state estimation apparatus 1 described above, a control experiment using a two-wheeled vehicle type robot was performed. In this experiment, an improved odometry is used as a dead reckoning technique, and a position measurement system using a CCD camera is used as a celestial navigation technique.

〔10−1.実験装置〕
本実験で使用したシステムの構成を図6に示す。図6に示すように、本実験で用いたシステムにおいては、移動体として二輪車両型ロボットを用い、そのロボットの移動をPCで制御しつつ、ビジョンシステム(イメージプロセッサおよびCCDカメラから構成される)にて測定した。
[10-1. Experimental device〕
The system configuration used in this experiment is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the system used in this experiment, a two-wheeled vehicle type robot is used as a moving body, and the vision system (comprised of an image processor and a CCD camera) is controlled by a PC. Measured with

また、本実験で使用した二輪車両型ロボットの構成を図7(a)および図7(b)に示す。図7(a)および図7(b)に示すように、二輪車両型ロボットは、両輪にそれぞれDCモータとロータリーエンコーダが取り付けられており、各車輪の角度がそれぞれ独立して計測できる。また、二輪車両型ロボットはデスクトップ型のPCで制御されており、本実験でのサンプリングタイムは約9[msec]である。  The configuration of the two-wheeled vehicle type robot used in this experiment is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the two-wheeled vehicle type robot has a DC motor and a rotary encoder attached to both wheels, and the angles of the wheels can be measured independently. The two-wheeled vehicle type robot is controlled by a desktop PC, and the sampling time in this experiment is about 9 [msec].

本実験で使用するビジョンシステムのサンプリングタイムは約17[msec]である。また、ビジョンシステムではロボットの姿勢角を直接計測できないため、図8に示すように2点の位置を計測し、下式を用いて姿勢角を演算する。  The sampling time of the vision system used in this experiment is about 17 [msec]. Further, since the posture angle of the robot cannot be directly measured in the vision system, the positions of two points are measured as shown in FIG. 8, and the posture angle is calculated using the following equation.

Figure 0004774522
なお、ビジョンシステムの原点における計測値の誤差平均および誤差分散を、表1に示す。
Figure 0004774522
Table 1 shows the error average and error variance of the measured values at the origin of the vision system.

Figure 0004774522
〔10−2.実験手法〕
初期状態(x[cm],y[cm],θ[rad])=(5.00,−10.00,0.00)から、目標状態(x[cm],y[cm],θ[rad])=(0.00,0.00,0.00)へと、二輪車両型ロボットの移動を制御した。さらに、その制御則として、同次有限時間整定制御則を用い、180秒間の制御を行った。
Figure 0004774522
[10-2. Experimental method)
From the initial state (x [cm], y [cm], θ [rad]) = (5.00, −10.00, 0.00), the target state (x r [cm], y r [cm], The movement of the two-wheeled vehicle robot was controlled to θ r [rad]) = (0.00, 0.00, 0.00). Further, as the control law, a homogeneous finite time settling control law was used, and the control was performed for 180 seconds.

なお、二輪車両型ロボットの初期状態をビジョンシステムで計測した値を、初期状態オブザーバの初期値として用い、オブザーバゲイン(k,k,kθ)は(0.0007,0.0007,0.0007)とする。さらに、二輪車両型ロボットが最終的に移動した地点(最終地点)に対し、本実施形態の状態推定装置で推定した推定値、およびノギスと分度器を用いて計測した実測値を記録する。A value obtained by measuring the initial state of the two-wheeled vehicle type robot with the vision system is used as the initial value of the initial state observer, and the observer gains (k x , k y , k θ ) are (0.0007, 0.0007, 0). .0007). Furthermore, the estimated value estimated by the state estimation device of the present embodiment and the actually measured value measured using a caliper and a protractor are recorded for the point (final point) where the two-wheeled vehicle robot finally moved.

なお、本実験では初期状態オブザーバの更新は、ビジョンシステムのサンプリングタイムと同期して行っている。理論上は推定値の更新には同時刻の局所情報と大域情報が必要であるため、今回のように天測航法的な手法とデッドレコニング的な手法のサンプリングタイムが違う場合、オブザーバの推定値に影響を与える。本実験では、簡略化のため、サンプリングタイムの違いによる影響は十分小さいと仮定し、特別の補完はしていない。  In this experiment, the initial state observer is updated in synchronization with the sampling time of the vision system. Theoretically, updating the estimated value requires local information and global information at the same time, so if the sampling time of the astronomical navigation method and the dead reckoning method are different as in this case, the estimated value of the observer Influence. In this experiment, for the sake of simplification, it is assumed that the influence due to the difference in sampling time is sufficiently small, and no special interpolation is performed.

〔10−3.実験結果〕
大域情報の推定値を図9に、初期状態の推定値を図10〜図12に示す。また、最終地点における大域情報の推定値および実測値を表2に、実測値と推定値の誤差平均および誤差分散を表3に示す。
[10-3. Experimental result〕
The estimated value of global information is shown in FIG. 9, and the estimated value of the initial state is shown in FIGS. Table 2 shows estimated values and measured values of global information at the final point, and Table 3 shows error averages and error variances of the measured values and estimated values.

Figure 0004774522
Figure 0004774522

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図10より、xob,nは制御開始から約80秒後に5.12[cm]に収束し、約120秒後から別の値に収束し始めていることが確認できる。また、図9を参照すると、約120秒後においてロボットが再び動いており、移動した際に横滑りなどの外乱が生じたと推測できる。同じことがyob,nおよびθob,nについてもいえる。
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From FIG. 10, it can be confirmed that x ob, n converges to 5.12 [cm] after about 80 seconds from the start of control, and begins to converge to another value after about 120 seconds. In addition, referring to FIG. 9, it can be estimated that a disturbance such as skidding occurred when the robot moved again after about 120 seconds and moved. The same is true for yob, n and θob, n .

〔11.補足〕
最後に、状態推定装置1の各ブロック、特に初期角度推定部6、現在角度推定部7、初期位置推定部8、および現在位置推定部9は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
[11. Supplement)
Finally, each block of the state estimation device 1, particularly the initial angle estimation unit 6, the current angle estimation unit 7, the initial position estimation unit 8, and the current position estimation unit 9 may be configured by hardware logic, As described above, it may be realized by software using a CPU.

すなわち、状態推定装置1は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである状態推定装置1の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記状態推定装置1に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。  That is, the state estimation device 1 includes a CPU (central processing unit) that executes instructions of a control program that implements each function, a ROM (read only memory) that stores the program, and a RAM (random access memory) that expands the program. And a storage device (recording medium) such as a memory for storing the program and various data. An object of the present invention is a recording medium on which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program of the state estimation device 1 which is software for realizing the above-described functions is recorded so as to be readable by a computer. This can also be achieved by supplying the state estimation apparatus 1 and reading and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。  Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a disk system including a magnetic disk such as a flexible disk / hard disk and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R, and an IC card. A card system such as an optical card (including a memory card) or a semiconductor memory system such as a mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM can be used.

また、状態推定装置1を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。  Moreover, the state estimation apparatus 1 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication A net or the like is available. Further, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.

本発明は、相対姿勢角や相対位置に生じた誤差に影響を受けず、移動体の初期位置や初期姿勢角が未知の場合でも、移動体の現在位置および現在姿勢角を推定できるという特徴をもつ。また、Kalmanフィルタを利用する手法と違い,計測値の誤差分散行列が不要であるため、誤差分散を求めることが難しい場合でも問題なく利用できる。  The present invention is characterized in that the current position and the current posture angle of the moving object can be estimated even when the initial position and the initial posture angle of the moving object are unknown, without being affected by the relative posture angle and the error generated in the relative position. Have. In addition, unlike the method using the Kalman filter, an error variance matrix of measurement values is unnecessary, so that it can be used without any problem even when it is difficult to obtain error variance.

さらに、本発明の状態推定装置は、上記相対角度測定手段が、上記絶対角度測定手段が絶対角度を測定するタイミングにおいて既に測定された相対姿勢角を補完し、その補完された相対姿勢角を、上記初期角度推定手段に出力することが好ましい。  Further, in the state estimation device of the present invention, the relative angle measuring means supplements the relative attitude angle already measured at the timing when the absolute angle measuring means measures the absolute angle, and the complemented relative attitude angle is It is preferable to output to the initial angle estimating means.

すなわち、初期角度推定手段が初期姿勢角を推定するタイミングにおいては、移動体の相対姿勢角および絶対姿勢角に関し、同時刻の値が揃っていることが好ましい。しかしながら、一般的に、絶対角度測定手段が絶対姿勢角を測定する周期は、相対角度測定手段が相対姿勢角を測定する周期に比べると長いので、初期姿勢角が推定されるタイミングにおいて、相対姿勢角が得られない場合もある。  In other words, at the timing when the initial angle estimation means estimates the initial posture angle, it is preferable that the values at the same time are aligned with respect to the relative posture angle and the absolute posture angle of the moving body. However, in general, the cycle in which the absolute angle measurement unit measures the absolute posture angle is longer than the cycle in which the relative angle measurement unit measures the relative posture angle. In some cases, corners cannot be obtained.

そこで、上記構成においては、相対角度測定手段が、補完された相対姿勢角を、初期角度推定手段に出力する。よって、初期姿勢角が推定されるタイミングにおける相対姿勢角が、相対角度測定手段により測定されていない場合でも、補完された相対姿勢角を、相対姿勢角の測定値に替えて用いることで、初期姿勢角を推定することができる。  Therefore, in the above configuration, the relative angle measurement unit outputs the complemented relative posture angle to the initial angle estimation unit. Therefore, even when the relative posture angle at the timing at which the initial posture angle is estimated is not measured by the relative angle measuring means, the complemented relative posture angle can be used instead of the measured value of the relative posture angle to The posture angle can be estimated.

さらに、本発明の状態推定装置は、上記相対位置測定手段が、上記絶対位置測定手段が絶対位置を測定するタイミングにおいて既に測定された相対位置を補完し、その補完された相対位置を、上記初期位置推定手段に出力することが好ましい。  Further, in the state estimation device according to the present invention, the relative position measuring unit supplements the relative position already measured at the timing when the absolute position measuring unit measures the absolute position, and the complemented relative position is set as the initial position. It is preferable to output to the position estimation means.

すなわち、初期位置推定手段が初期位置を推定するタイミングにおいては、移動体の相対位置および絶対位置に関し、同時刻の値が揃っていることが好ましい。しかしながら、一般的に、絶対位置測定手段が絶対位置を測定する周期は、相対位置測定手段が相対位置を測定する周期に比べると長いので、初期位置が推定されるタイミングにおいて、相対位置が得られない場合もある。  In other words, at the timing when the initial position estimating means estimates the initial position, it is preferable that the values at the same time are aligned with respect to the relative position and the absolute position of the moving body. However, in general, the cycle in which the absolute position measuring unit measures the absolute position is longer than the cycle in which the relative position measuring unit measures the relative position. Therefore, the relative position is obtained at the timing when the initial position is estimated. There may be no.

そこで、上記構成においては、相対位置測定手段が、補完された相対位置を、初期位置推定手段に出力する。よって、初期位置が推定されるタイミングにおける相対位置が、相対位置測定手段により測定されていない場合でも、補完された相対位置を、相対位置の測定値に替えて用いることで、初期位置を推定することができる。  Therefore, in the above configuration, the relative position measuring means outputs the complemented relative position to the initial position estimating means. Therefore, even if the relative position at the timing at which the initial position is estimated is not measured by the relative position measuring unit, the initial position is estimated by using the complemented relative position instead of the measured value of the relative position. be able to.

なお、上記構成の状態推定方法における一部のステップをしてコンピュータに実行させる状態推定プログラムにより、コンピュータを用いて本発明の状態推定装置と同様の作用効果を得ることができる。さらに、上記状態推定プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記状態推定プログラムを実行させることができる。  It should be noted that the same effects as those of the state estimation apparatus of the present invention can be obtained using a computer by a state estimation program that causes a computer to execute some steps in the state estimation method configured as described above. Furthermore, by storing the state estimation program in a computer-readable recording medium, the state estimation program can be executed on any computer.

本発明によれば、たとえば自動車や船舶である移動体の現在位置および現在姿勢角を、初期位置や初期姿勢角が未知である場合にも推定できる。  According to the present invention, it is possible to estimate the current position and the current posture angle of a mobile object such as an automobile or a ship even when the initial position and the initial posture angle are unknown.

Claims (8)

移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する相対位置測定手段と、
移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する絶対位置測定手段と、
上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する相対角度測定手段と、
上記相対位置および上記絶対位置から、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として算出し、さらに、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する初期角度推定手段と、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する現在角度推定手段と、
上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する初期位置推定手段と、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する現在位置推定手段と、を備えていることを特徴とする状態推定装置。
Relative position measuring means for measuring the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position;
Absolute position measuring means for measuring the position of the moving body in the global coordinate system in which the coordinate axis is fixed irrespective of the movement of the moving body as an absolute position;
A relative angle measuring means for measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative posture angle;
From the relative position and the absolute position, an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system is calculated as an absolute posture angle, and further expressed by a recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle. Initial angle estimation means for estimating the initial posture angle, assuming that the convergence value of the numerical sequence is equal to the initial posture angle indicating the posture angle in the global coordinate system of the moving object in the initial state,
Current angle estimation means for estimating a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system in a current state as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle;
The convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the estimated initial posture angle, the relative position, and the absolute position is an initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state. An initial position estimating means for estimating an initial position as being equal;
Current position estimating means for estimating a current position indicating a position of the moving body in the global coordinate system in a current state based on the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position And a state estimation device.
移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する相対位置測定手段と、
移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する絶対位置測定手段と、
上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する相対角度測定手段と、
上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として測定する絶対角度測定手段と、
上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する初期角度推定手段と、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する現在角度推定手段と、
上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する初期位置推定手段と、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する現在位置推定手段と、を備えていることを特徴とする状態推定装置。
Relative position measuring means for measuring the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body as a relative position;
Absolute position measuring means for measuring the position of the moving body in the global coordinate system in which the coordinate axis is fixed irrespective of the movement of the moving body as an absolute position;
A relative angle measuring means for measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative posture angle;
Absolute angle measuring means for measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system as an absolute posture angle;
Assuming that the convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle is equal to the initial posture angle indicating the posture angle of the moving body in the global coordinate system in the initial state, An initial angle estimating means for estimating a posture angle;
Current angle estimation means for estimating a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system in a current state as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle;
The convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the estimated initial posture angle, the relative position, and the absolute position is an initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state. An initial position estimating means for estimating an initial position as being equal;
Current position estimating means for estimating a current position indicating a position of the moving body in the global coordinate system in a current state based on the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position And a state estimation device.
上記相対角度測定手段は、上記絶対角度測定手段が絶対角度を測定するタイミングにおいて既に測定された相対姿勢角を補完し、その補完された相対姿勢角を、上記初期角度推定手段に出力することを特徴とする請求項2に記載の状態推定装置。  The relative angle measuring means supplements the relative attitude angle already measured at the timing when the absolute angle measuring means measures the absolute angle, and outputs the complemented relative attitude angle to the initial angle estimating means. The state estimation apparatus according to claim 2, wherein 上記相対位置測定手段は、上記絶対位置測定手段が絶対位置を測定するタイミングにおいて既に測定された相対位置を補完し、その補完された相対位置を、上記初期位置推定手段に出力することを特徴とする請求項1または2に記載の状態推定装置。  The relative position measuring means complements the relative position already measured at the timing when the absolute position measuring means measures the absolute position, and outputs the complemented relative position to the initial position estimating means. The state estimation apparatus according to claim 1 or 2. 移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する第1ステップと、
移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する第2ステップと、
上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する第3ステップと、
上記相対位置および上記絶対位置から、上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として算出し、さらに、上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する第4ステップと、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する第5ステップと、
上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する第6ステップと、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する第7ステップと、を備えていることを特徴とする状態推定方法。
A first step of measuring, as a relative position, the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body;
A second step of measuring, as an absolute position, the position of the moving body in the global coordinate system in which the coordinate axes are fixed regardless of the movement of the moving body;
A third step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative posture angle;
From the relative position and the absolute position, an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system is calculated as an absolute posture angle, and further expressed by a recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle. A fourth step of estimating the initial posture angle, assuming that the convergence value of the sequence is equal to the initial posture angle indicating the posture angle in the global coordinate system of the moving body in the initial state;
A fifth step of estimating a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system in the current state as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle;
The convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the estimated initial posture angle, the relative position, and the absolute position is an initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state. A sixth step for estimating the initial position as being equal;
A seventh step of estimating a current position indicating a position of the moving body in the current state in the global coordinate system based on the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position; A state estimation method comprising:
移動体の移動に応じて座標軸が変化する局所座標系における移動体の位置を、相対位置として測定する第1ステップと、
移動体の移動とは無関係に座標軸が固定された大域座標系における移動体の位置を、絶対位置として測定する第2ステップと、
上記局所座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、相対姿勢角として測定する第3ステップと、
上記大域座標系の座標軸に対して移動体がなす角を、絶対姿勢角として測定する第4ステップと、
上記相対姿勢角および上記絶対姿勢角を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す初期姿勢角に等しいものとして、初期姿勢角を推定する第5ステップと、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での姿勢角を示す現在姿勢角を、上記相対姿勢角と、上記推定された初期姿勢角との和として推定する第6ステップと、
上記推定された初期姿勢角、上記相対位置、および上記絶対位置を含む漸化式で表現される数列の収束値が、初期状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す初期位置に等しいものとして、初期位置を推定する第7ステップと、
現在の状態における移動体の上記大域座標系内での位置を示す現在位置を、上記相対位置と、上記推定された初期姿勢角と、上記推定された初期位置とに基づき推定する第8ステップと、を備えていることを特徴とする状態推定方法。
A first step of measuring, as a relative position, the position of the moving body in the local coordinate system in which the coordinate axis changes according to the movement of the moving body;
A second step of measuring, as an absolute position, the position of the moving body in the global coordinate system in which the coordinate axes are fixed regardless of the movement of the moving body;
A third step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the local coordinate system as a relative posture angle;
A fourth step of measuring an angle formed by the moving body with respect to the coordinate axis of the global coordinate system as an absolute posture angle;
Assuming that the convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the relative posture angle and the absolute posture angle is equal to the initial posture angle indicating the posture angle of the moving body in the global coordinate system in the initial state, A fifth step of estimating a posture angle;
A sixth step of estimating a current posture angle indicating a posture angle of the moving body in the global coordinate system in the current state as a sum of the relative posture angle and the estimated initial posture angle;
The convergence value of the numerical sequence expressed by the recurrence formula including the estimated initial posture angle, the relative position, and the absolute position is an initial position indicating the position of the moving body in the global coordinate system in the initial state. A seventh step to estimate the initial position as being equal;
An eighth step of estimating a current position indicating a position of the mobile body in the current state in the global coordinate system based on the relative position, the estimated initial attitude angle, and the estimated initial position; A state estimation method comprising:
請求項5に記載の状態推定方法における第4ステップから第7ステップまで、または請求項6に記載の状態推定方法における第5ステップから第8ステップまでを、コンピュータに実行させることを特徴とする状態推定プログラム。  A state that causes a computer to execute from the fourth step to the seventh step in the state estimation method according to claim 5, or from the fifth step to the eighth step in the state estimation method according to claim 6. Estimation program. 請求項7に記載の状態推定プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。  A computer-readable recording medium on which the state estimation program according to claim 7 is recorded.
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