JP5084419B2 - 磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法,装置および媒体と、これを用いた方位角測定方法、装置および媒体 - Google Patents
磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法,装置および媒体と、これを用いた方位角測定方法、装置および媒体 Download PDFInfo
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Description
第1に、較正品質度と歪み率を導入してコンパスセンサで較正しながら、較正に対する品質および周囲の磁場干渉を知ることができる。
第2に、計算された歪み率と較正品質度によって、コンパスセンサにおいて獲得されたデータの信頼性を判断し、これに基づいて測定された方位角の使用有無を判断することができる。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解できるものである。
本発明の一実施形態に係わるコンパスセンサの較正方法は、データを獲得するステップ(S100)と、データをフィルタリングするステップ(S110)と、データに基づいて楕円形にフィッティングするステップ(S120)と、獲得したデータと楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するステップ(S130)と、歪み率を計算するステップ(S140)と、較正品質度を計算するステップ(S150)とを含める。
原データ値を得た後には原データに関するグラフを作成することができる。周囲環境、センサが装着されている機器などにより誘発される磁場の干渉によって、コンパスセンサによって獲得されるデータの形態は楕円に近接する形態になることができる。理論上磁場の干渉がない場合には、コンパスセンサによって獲得されるデータの形態は真円になることができるが、周囲磁場の影響によって楕円形の分布を有することができる。
コンパスセンサによって感知された原データが有する誤差は次の3つに分類することができる。一般的に誤差の類型はハードアイアン誤差(Hard iron error)と、ソフトアイアン誤差(Soft iron error)と、ゲインミスマッチ(Gain mismatch)とに分けられる。
楕円形の二次多項式は、次の一般式(2)によって示すことができる。
一般式(3)の解を求めるためにラグランジュ乗数法(Lagrange multiplier)を用いて次のようなシステム式を導き出し、解に該当するパラメータベクトルである
楕円スケール因子は、長軸に対する短軸の比を意味するため、先ず楕円の軸の長さを次の一般式(7)によって計算する。
第1に、次のように原データセットの平均を求める方法を用いることができる。
S120で、データスケール因子は長軸に対して短軸の比であって常に1以上となり得る。
または、一般式(10)で定義された用語を用いて、データスケール因子を次の一般式(13)によって計算することができる。
これと同一の方法で、楕円ハードアイアンオフセットに対しては、楕円方程式においてハードアイアンオフセット座標である(Xfc,Yfc)を引くことにより楕円の中心が原点になるようにできる。
例えば、原データに対するソフトアイアン誤差の反対方向への再較正をする式は次の通りである。
例えば、歪み率は次の一般式(17)によって計算することができる。
本発明の一実施形態に係わる磁気の環境を考慮した方位角測定方法はデータを獲得するステップ(S100)と、獲得したデータに基づいて楕円形にフィッティングするステップ(S120)と、獲得したデータまたは楕円関数を円形に変換するステップ(S130)と、歪み率を計算するステップ(S140)と、歪み率によって較正したデータ使用の有無を判断するステップ(S640)、および方位角を計算するステップ(S650)とを含める。
例えば、自律移動ロボットの絶対的方位角は本実験下において142度である。図7で示すようにロボットが走行する位置と環境により周囲の磁気の干渉があるようになり、これにより歪み率が多様に分布できる。歪み率は−10度付近から+30度くらいの分布を示しているが、周囲の磁気の干渉などによっていくらでも変化し得る。
これと共に、歪み率を計算して所定の閾値範囲内にある場合には、移動ロボットの方位角を測定しロボットの移動制御に用いるようにすることができる。
本発明の一実施形態に係わる磁気の環境を考慮した方位角測定方法は、データを獲得するステップ(S100)と、獲得したデータに基づいて楕円形にフィッティングするステップ(S120)と、獲得したデータまたは楕円関数を円形に変換するステップ(S130)と、較正品質度を計算するステップ(S150)と、較正品質度によって較正されたデータの使用有無を判断するステップ(S840)と、方位角を計算するステップ(S650)とを含むことができる。
このように、歪み率と較正品質度両者を両方考慮して両者の範囲が所定の閾値範囲内に属すれば、磁気の環境が方位角を測定するのに問題ないと判断し、方位角を測定することもできる。
本発明の一実施形態に係わるコンパスセンサの較正装置は、データ獲得部900と、データフィルタリング部910と、楕円形フィッティング部920と、コンパス較正部930と、歪み率計算部940と、較正品質度計算部950とを含むことができる。
本発明の一実施形態に係わるコンパスセンサによる方位角測定装置はデータ獲得部900と、楕円形フィッティング部920と、コンパス較正部930と、歪み率計算部940と、較正品質度計算部950と、方位角計算部1000とを含む。
910 データフィルタリング部
920 楕円形フィッティング部
930 コンパス較正部
940 歪み率計算部
950 較正品質度計算部
1000 方位角計算部
Claims (22)
- (a)コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するステップと、
(b)前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングするステップと、
(c)前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するステップと、
(d)前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算するステップと
を含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。 - 前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して、較正品質度を計算するステップをさらに含む、請求項1に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。
- 前記位相差は、
前記獲得されたデータの中心を原点に移動した後に、前記データのy切片に該当する2つの大きさの値の合計に対する前記y値の変化する範囲の比に該当するサイン関数値の角度である、請求項1に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。 - 前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差と、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差と、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差との組合せによって計算される、請求項1に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。 - 前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数との組合せによって決定される、請求項2に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。 - 前記(a)ステップは、
前記獲得されたデータの中で閾値以上の差を有したデータを除去することによってデータをフィルタリングするステップを含む、請求項1に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正方法。 - (a)コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するステップと、
(b)前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングするステップと、
(c)前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するステップと、
(d)前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算するステップと、
(e)前記計算された歪み率が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法。 - (a)コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するステップと、
(b)前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングするステップと、
(c)前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するステップと、
(d)前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して、較正品質度を計算するステップと、
(e)前記計算された較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法。 - (a)コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するステップと、
(b)前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングするステップと、
(c)前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するステップと、
(d)前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算するとともに、前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して較正品質度を計算するステップと、
(e)計算された前記歪み率及び前記較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算され、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法。 - コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するデータ獲得部と、
前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングする楕円形フィッティング部と、
前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するコンパス較正部と、
前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算する歪み率計算部
を含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。 - 前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して、較正品質度を計算する較正品質度計算部をさらに含む、請求項10に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。
- 前記位相差は、
前記獲得されたデータの中心を原点に移動した後に、前記データのy切片に該当する2つの大きさの値の合計に対する前記y値の変化する範囲の比に該当するサイン関数値の角度である、請求項10に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。 - 前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差と、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差と、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差との組合せによって計算される、請求項10に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。 - 前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数との組合せによって決定される、請求項11に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。 - 前記データ獲得部は、
前記獲得されたデータのうち閾値以上の差を有するデータを除去することによってデータをフィルタリングするデータフィルタリング部を含む、請求項10に記載の磁気の環境を考慮したコンパスセンサの較正装置。 - コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するデータ獲得部と、
前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングする楕円形フィッティング部と、
前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を原点が中心となる円形に変換するコンパス較正部と、
前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算する歪み率計算部と、
前記計算された歪み率が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算する方位角計算部とを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定装置。 - コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するデータ獲得部と、
前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングする楕円形フィッティング部と、
前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するコンパス較正部と、
前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して、較正品質度を計算する較正品質度計算部と、
前記計算された較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算する方位角計算部とを含み、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定装置。 - コンパスセンサを360度回転させつつ、2軸磁気力界からなるコンパスセンサによって獲得された磁気力データを獲得するデータ獲得部と、
前記獲得されたデータによって生成された形態を楕円関数でフィッティングする楕円形フィッティング部と、
前記獲得されたデータ及び前記フィッティングした楕円関数を、原点が中心となる円形に変換するコンパス較正部と、
前記楕円関数または前記獲得されたデータの主軸が横軸に対して傾いた角度を用いて磁場の歪み程度を示す歪み率を計算するとともに、前記獲得されたデータと前記フィッティングした楕円関数とを比較して較正品質度を計算する歪みおよび較正品質度計算部と、
計算された前記歪み率及び前記較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算する方位角計算部とを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算され、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気の環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定装置。 - (a)コンパスセンサによって獲得した磁気力データを楕円関数でフィッティングするステップと、
(b)前記獲得したデータと前記楕円関数を原点が中心となる円形に変換するステップと、
(c)前記楕円関数または前記獲得したデータの主軸が横軸に対して傾く角度を利用して磁気場が歪む程度を示す歪み率を計算するステップと
を含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気環境を考慮したコンパスセンサの較正方法を遂行するための少なくとも一つのプロセッサを制御するコンピュータが判読可能な命令語を保存するコンピュータ判読可能媒体。 - (a)コンパスセンサによって獲得した磁気力データを楕円係数でフィッティングするステップと、
(b)前記獲得したデータと前記楕円関数を原点が中心となる円形に変換するステップと、
(c)前記楕円関数および前記獲得したデータの主軸が横軸に対して傾く角度を利用して磁気場が歪む程度を示す歪み率を計算するステップと、
(d)前記計算した歪み率が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算される、磁気環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法を遂行するための少なくとも一つのプロセッサを制御するコンピュータが判読可能な命令語を保存するコンピュータ判読可能媒体。 - (a)コンパスセンサによって獲得した磁気力データを楕円係数でフィッティングするステップと、
(b)前記獲得したデータと前記楕円関数を原点が中心となる円形に変換するステップと、
(c)前記獲得したデータと前記楕円関数とを比較して較正品質度を計算するステップと、
(d)前記計算した較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法を遂行するための少なくとも一つのプロセッサを制御するコンピュータが判読可能な命令語を保存するコンピュータ判読可能媒体。 - (a)コンパスセンサによって獲得した磁気力データを楕円係数でフィッティングするステップと、
(b)前記獲得したデータと前記楕円関数を原点が中心となる円形に変換するステップと、
(c)前記楕円関数または前記獲得したデータの主軸が横軸に対して傾く角度を利用して磁気場が歪む程度を示す歪み率を計算するとともに、前記獲得したデータと前記楕円関数とを比較して較正品質度を計算するステップと、
(d)計算した前記歪み率及び前記較正品質度が所定の閾値範囲内にある場合に、較正されたコンパスセンサデータによって方位角を計算するステップとを含み、
前記歪み率は、
前記獲得されたデータにおいて横軸に対して主軸が傾いた角度であるデータソフトアイアン誤差、前記フィッティングした楕円において横軸に対して長軸が傾いた角度である楕円ソフトアイアン誤差、または、前記獲得されたデータのx軸及びy軸の位相差のうちいずれか1つによって計算され、
前記較正品質度は、
前記獲得されたデータが360度方向に均一に獲得されたかを測定する均一度係数と、前記獲得されたデータがなす面積と前記フィッティングした楕円の面積との比を示す面積比係数と、前記獲得されたデータの分散値と前記フィッティングした楕円に対する分散値との比を示すフィッティング係数とのうち、いずれか1つによって決定される、磁気環境を考慮したコンパスセンサの方位角測定方法を遂行するための少なくとも一つのプロセッサを制御するコンピュータが判読可能な命令語を保存するコンピュータ判読可能媒体。
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