JP5386698B2 - 室内位置検出装置 - Google Patents
室内位置検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5386698B2 JP5386698B2 JP2009230990A JP2009230990A JP5386698B2 JP 5386698 B2 JP5386698 B2 JP 5386698B2 JP 2009230990 A JP2009230990 A JP 2009230990A JP 2009230990 A JP2009230990 A JP 2009230990A JP 5386698 B2 JP5386698 B2 JP 5386698B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- information
- magnetic
- frequency
- vector
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
しかしながら、室内においては衛星からの信号が微弱になるため、使用することができない問題があった。
それを解決するためにGPS以外の測位システムとして、特許文献1のごとく携帯電話等の通信システムの基地局の位置を利用して測位を行うものがある。このようなシステムでは、端末装置が複数の基地局から発信される信号を受信できれば、室内においても比較的短時間で測位を行うことができる。しかし、室内等の受信環境の悪い場所での測位にGPSを用いた場合は、特許文献1のような構成としても、受信信号の強度が弱ければ、測位に長時間を要し、電力も大量に消費してしまうという問題があった。また、基地局の位置を利用した測位では、得られる端末装置位置の精度は、良くても数百mのオーダであり、条件が良い場合のGPS測位にはとうてい及ばないという問題があった。
本発明は、請求項1に記載の発明に比べ、簡潔な構成で、GPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。
どちらが良いかは、高感度磁気センサと磁気センサ間の、鉛直方向の磁気ベクトル成分と磁場発生源からの距離に関する関係等を考慮することによって適宜選択される。
これにより、磁場発生源の設置間隔を広げることができ、より省エネルギー、低コストな装置とすることができる。
このように、交流磁場のみを検出できる位置検出センサを、上記のようにMI素子を使用しつつ、所定の電気回路を構成することで、地磁気等の静的磁場成分を検出することなく、本発明の磁場発生源からの変動する交流磁場信号のみを高感度で抽出することができる。
1〜40Hzの周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、室内に通常存在する、交流電源に使用されれる50〜60Hzの周波数を避けているため、所定の周波数の交流信号のみを抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段で、そのノイズをカットすることができ、所定の交流の磁気ベクトル情報のみを抽出できる。また、低周波のため、最終的に強い出力を得ることができ、それにより高精度な位置検出をすることができる。
また、70Hz以上の周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、1〜40Hzの場合と同様に、交流磁場信号のみを抽出できる。また、周波数は大きくなるほど、出力が低下する。通常のモータの回転数は上限は30000回転程度なので、希土類焼結磁石を通常のモータで回転させる場合の磁界の周波数は500Hzとなるが、この周波数においても室内位置検出装置が働くのに必要な出力が得られたので、交流磁気信号の周波数の上限は500Hzとした。
フーリエ変換手段を用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。同時に、最大磁気ベクトル情報に比例した情報をえることが出来る。
フーリエ変換手段を用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。同時に、最大磁気ベクトル情報に比例した情報をえることが出来る。
デジタルバンドパスフィルターを用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。
磁気発生源2は、磁石21とモータ22とからなる。磁石21は細長い棒状の磁石21を用いた。磁石21は中央を境に一方をN極、もう一方はS極に着磁されている。磁石21の長手方向の中央部をモータ軸の端に垂直に取り付ける。ここで磁石21は、(BH)maxが38MGOeであるNd−Fe−B系焼結磁石を用いた。磁石21の寸法は、直径が1cmで長さが6cmのものを使用した。
モータを図1及び図2に示すように壁面の任意の位置に取り付ける。図2は、縦軸が図1における地球座標系e−cにおける鉛直軸Z’であり、横軸が図1における地球座標系e−cにおける北向軸Y’である。モータが所定の回転数で回転すると、図2中の楕円状の線で示されるような磁場が周囲に形成される。なお、楕円状の線は、等磁場強さを示す線である。磁石近傍ほど線が太くなっているのは、磁石近傍ほど磁場強さが強いことを示している。図2において示される高感度磁気センサ4(回路を模式的に表示した)の感磁部を磁場に沿って鉛直軸Z’に沿った方向で、かつ、磁場発生源2の回転中心を含む水平面上で、磁石中心から北向軸に方向の位置に設置した。モータを600rpmで回転させたときの磁場発生源2により形成された磁場を、前記の位置で測定する。その結果、図2中に示すようにZ’軸方向の磁界強さが時間により振動し、10Hzの正弦波が得られる。
磁場発生源2は図1に示すように、室内の3箇所に設置されている。また、図1の場合は、磁場発生源2を部屋の四隅に配置してもよい。
実施例1の位置検出センサ4は、直流信号でありノイズである地磁気を全く検出せず、磁気発生源2が発生した交流の磁気ベクトルに対してのみ高感度な出力を発生することができる。本実施例1のセンサの電子回路は、特願2006−316273号に詳細に示されているので、電気回路図のみを引用して図3に示す。高感度磁気センサ4は、携帯端末3の筐体内部の基板上に固定される。
本発明において、高感度磁気センサ4は磁場発生源2から携帯端末3の距離を測定するために使用される。
3軸磁気センサは、本発明ではMI素子を用いたMIセンサを3軸用に3つ用いた。3軸磁気センサは地磁気の3軸成分を検出するために用いられる。MI素子の代わりにホール素子、MR素子、FGセンサを使用してもよい。更に、3軸成分の地磁気が測れるならば、素子数は2つでも良い。
通常、6軸センサ5により、3次元的に方位及び姿勢を検出することができる。ここで姿勢とは、6軸センサ5が固定される携帯端末3のピッチ、ヨー、ロールの絶対角、相対角をいう。本発明において、6軸センサ5は、携帯端末3中の筐体内部の高感度磁気センサ4が固定されている同一基板上に固定される。更に、それぞれの3軸のセンサのX,Y,Z軸の向きをあわせるのが好ましい。このように配置とすると、後に述べる、姿勢行列Eが求めやすい。
また、I/O65には、高感度磁気センサ4と、6軸センサ5と、表示装置8(出力手段)が接続されている。高感度磁気センサ4から、携帯端末3における携帯座標系3−cのお互いに直交するX,Y,Zの3軸方向における交流の磁気ベクトル情報70が入力される。また、6軸センサ5のうち、3軸磁気センサ51からは地磁気ベクトル情報80a、3軸加速度センサ52からは重力加速度ベクトル情報80bが入力される。なお、後に述べる実施例2のブロック図も同様に図4のようにあらわせる。
以下に示すのが、ROM62に記憶されたプログラム26pを用いた本実施例の構成である。
磁場発生源2が形成する交流磁場は、3つの磁場発生源2からの3つの周波数の交流磁場が重なり合った状態で、高感度磁気センサ4によって3軸成分の磁気ベクトル情報70として検出されるので、それぞれの周波数の交流磁場を抽出するための周波数別磁気ベクトル抽出手段90が必要となる。
この周波数別磁気ベクトル抽出手段90には、以下の2種類の方法があり、マイコン6に設けられている。
具体的には、はじめにノイズを含む各周波数の交流磁場が重なり合ってできる交流の3軸成分からなる磁気ベクトル情報70を、それぞれ8Hz、10Hz、12Hzの周波数を通過させる3つのデジタルバンドパスフィルター90aに通すことで、3つの周波数を持つ3軸成分からなる3つ磁気ベクトル情報71へ分離する。
フーリエ変換手段90b(以下、FET90bと記す)の作用を説明する。各周波数の交流磁場が重なり合っている磁気ベクトル情報70は、時間軸と各磁気ベクトル成分等で表現される。この時間軸と各磁気ベクトル成分等の関係からなる交流信号は、FET82でフーリエ変換すると、周波数と磁気ベクトル振幅(最大値)の関係からなる信号となる。
本実施例においては、必要な周波数の8、10、12Hzでピークが得られる。また、それ以外の周波数にいても振幅値が出力される。本実施例においては、それ以外の周波数おける振幅値を0とし、その周波数と磁場強度振幅の関係を逆フーリエ変換することで、3つの周波数を持つ3軸成分からなる3つ最大磁気ベクトル情報71へ分離できる。
この場合は、フーリエ変換手段90bにより周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90と次に述べる周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段91を同時に実施できることとなる、 この両手段はそれぞれ特徴があり、必要に応じて使い分けられる。
これらの手段により、一組の3つの高感度磁気センサ4で、3つの異なる周波数の3軸成分からなる磁場発生源2からの3つの磁気ベクトル情報71の抽出を可能とする。
時間変化する周波数別の3軸成分からなる磁気ベクトル情報71から、周波数別の最大磁気ベクトル情報72を求める必要がある。最大磁気ベクトル情報72は、一義的に特定できるからであり、のちに記載する既知の磁気ベクトル分布に使用されるのも各位置での最大磁気ベクトル情報である。
最大磁気ベクトル情報演算手段91の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系3−cで測定され、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90としてデジタルバンドパスフィルター90aを通過した、所定の時間tでの交流の磁気ベクトル情報71の絶対値を算出する。
そして、例えば、所定の時間Δtの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル信号71の絶対値を演算し、所定の時間内での過去の絶対値と比較し、最大値を求める。最大値となったときの、磁気ベクトル情報72を読み取る。それにより、携帯座標系3−cで検出された所定の周波数別の最大磁気ベクトル情報72を演算することができる。
最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92は、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報72の測定座標系を携帯座標系から、鉛直座標系へ座標変換演算することで、鉛直座標系での最大磁気ベクトル情報73を得るものである。
なぜ、そのような座標変換が必要かというと、本実施例の方式の磁場分布は図2に示すような鉛直座標系の鉛直軸Z’を含む断面において、等磁場強度分布線が、磁石に対して同心円状に分布せず、最大磁気ベクトルの大きさが分かっただけでは、磁場発生源2から高感度磁気センサ間の位置も特定できず、両者間の位置ベクトル(距離)も特定できないという事情があるためである。
そして、それらを特定するためには、以下のステップが必要となる。まず、予め、室内における、それぞれの周波数の磁場発生源2が形成する三次元の最大磁気ベクトル分布を所定の測定座標系を固定して、計算もしくは測定して求め、ROM62に格納しておく。
そして、携帯端末3内の3軸成分を求める高感度磁気センサ4で測定された交流の磁気ベクトル情報70と一致する磁気ベクトルの位置を、既に測定された三次元最大磁気ベクトル分布データをROM62から呼び出し比較参照することにより、携帯端末3の位置情報を決定する。そして、その位置から予め位置情報のある磁場発生源2との間の位置ベクトル(距離)が求まることとなる。
そこで、本実施例では、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報72の測定座標系である携帯座標系3−cを、予め最大磁気ベクトル分布データを測定した測定座標系へ回転により座標変換演算する(以下、座標変換演算手段92と記す)。これにより、座標変換されたことにより測定座標系が一致するため最大磁気ベクトル73と一致する予め測定された最大磁気ベクトルデータを参照することが可能となり、携帯端末3(高感度磁気センサ4)の位置が特定することができる。
その場合、他の2軸は、水平面上に任意に取ることができる。鉛直座標系は、好ましくは、図1の地球座標系e−cのように、水平面上の1軸を北向軸とすることが好ましい。座標変換演算手段92による座標変換が簡単に行えるからである。
また、鉛直座標系は図1の室内座標系r−cのように、水平面上の1軸を部屋の壁に沿った軸とするとよい。この場合は、人間が表示画面により位置を認識しやすい。
本実施例1においては、図1に示す、地球座標系e−cで、予め、周波数別の磁場発生源2による三次元最大磁気ベクトル分布データを計算若しくは測定して求めている。また、6軸センサを電子コンパスとして使用し、いわゆるヘディングアップ機能をもたせることも可能である。
ここで理想的な状態の場合は、このままでよいが、地磁気ベクトル情報80aには、各磁場発生源2からの磁気信号がノイズとして載るので、使用する最小周波数より小さい周波数のみを通過させる、デジタルローパスフィルタ920を通過させると良い。
また、更に、室内のその他の磁場発生源に接近することによるノイズについても、所定の周波数のみをデジタルローパスフィルタ920で通過させることにより対応できる。
また、重力加速度ベクトル情報80bには、人間等の各種の動きによる運動加速度がノイズとして載るので、このノイズについて、所定の周波数以下の周波数をデジタルローパスフィルタ920で通過させることにより対応することができる。
このような、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報は地磁気ベクトル情報81a、各種ノイズを取り除いた重力加速度ベクトル情報は重力加速度ベクトル情報81bとする。
地磁気ベクトル情報81aと重力加速度ベクトル情報81bから、公知の関係式より、地球座標系を構成する地理上の東方向を向く単位ベクトルと、北方向を向く単位ベクトル、鉛直方向上を向く単位ベクトルがもとまる。それらの単位ベクトルを使って、姿勢行列Eが求まる。これらの演算は公知の手段である。
先に求めた、携帯座標系3−cで測定され、所定の周波数別磁気ベクトル抽出手段を通過した、最大磁気ベクトル情報72を、姿勢行列Eを用いて座標変換演算することにより、鉛直座標系の一つである地球座標系e−cでの最大磁気ベクトル情報73を得ることができる。
その後、ROM62に格納されている、予め分かっている磁場発生源2により室内に形成される交流の磁場において測定座標系として選択した地球座標系e−cでの磁気ベクトル分布データ中に、先ほど求めた測定座標系を地球座標系に変換後の最大磁気ベクトル情報73と同一の磁気ベクトルを持つ3次元座標を参照する。これにより、三次元座標が求まる。この三次元座標は、既知の磁気ベクトル分布と測定時の実際の磁気ベクトル分布との差による誤差を含む等のため、その誤差を低減するため、以下の手段を用いる。
それぞれの磁場発生源2から携帯端末3(高感度磁気センサ4)の三次元座標への位置ベクトル情報74をそれぞれ求める(以下、位置ベクトル情報演算手段93と記す)。
更に、3つの位置ベクトル情報74の水平面への正射影ベクトルを求める。それぞれの磁場発生源2からの携帯端末への距離情報75は、それぞれの正射影ベクトルの長さから演算する(以下、距離情報演算手段94と記す)。
3つの磁場発生源2の位置情報76と、3つの磁場発生源2からの携帯端末3への3つの距離情報75より、三角法に基づいて、室内における水平面上の携帯端末3(高感度磁気センサ4)の位置情報77が2次元的に演算され(以下、位置演算手段95と記す)特定される。
本実施例においては、磁場発生源2は床から高さ1mの高さの壁面に取り付けられる。取付位置を床から1m程度としたのは、人間が携帯端末が使用する場合、携帯端末の位置が床から1m程度のためである。
本実施例の高感度磁気センサ4は、携帯端末3が、高さ1m近傍の領域で使用されるため、測定対象磁場ベクトルは、鉛直軸Z’方向のみとする。そのため高感度磁気センサ4は、任意の1軸方向を測定できればよいため、1つでよい。
ここで、前記周波数別磁気ベクトル情報701から、周波数別の最大磁気ベクトル情報702を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段901について説明する。携帯座標系3−cのY軸成分からなる磁気ベクトル情報701は各周波数で時間変化するため、実施例1と同様に、最大磁気ベクトル情報702を求める必要がある。
最大磁気ベクトル情報演算手段901の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系3−cのY軸で測定され、周波数別の所定の時間tでの交流の1軸成分の磁気ベクトル情報701の絶対値を算出する。
そして、所定の時間Δtの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル情報701の絶対値を算出し、一定時間内でのその絶対値の最大値を求める。最大値となった時刻での磁気ベクトル情報702を読み取る。それにより、Y軸で測定され、所定の周波数別の1軸成分の最大磁気ベクトル情報702を算出することができる。
最大磁気ベクトル成分情報演算手段902は、高感度磁気センサ4の測定軸と鉛直軸とのなす角を演算し、前記なす角と各周波数別の最大磁気ベクトル情報702より、所定の高さにおける周波数別の最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算するものである。
実施例2においては、交流磁場について3軸で測定していないため、実施例1のような姿勢行列Eによる座標変換は実施しにくい。そこで、6軸センサ5からの地磁気ベクトル情報80a、重力加速度ベクトル情報80bから、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報81a、重力加速度ベクトル情報81bを用いて、高感度磁気センサ4の1軸の測定軸であるY軸と、高さ1mでの携帯端末3の位置での所定の周波数の磁場発生源2が形成する鉛直下向きである磁気ベクトルとのなす角を、公知の関係式により演算する。
携帯座標系での1軸の最大磁気ベクトル情報702と、先に求めたなす角を用いて、公知の関係式から最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算する(以下、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段902)。
距離情報演算手段903は、前記最大磁場強さ情報703を用い、磁場発生源2から高感度磁気センサ4間の距離情報704を演算するものである。
前述のように、1m高さの磁場発生源2が形成する交流磁場により、同じ高さの水平面上での鉛直方向を向く磁場ベクトルの絶対値は磁石中心からの距離rの関数で表される。
よって、上記の関数に、先に求めた最大磁気ベクトル73の絶対値を代入することにより、それぞれの磁場発生源2からの高感度磁気センサ4(携帯端末3)への水平面上の二次元の距離情報704が求まる。そのため、本実施例の装置は、高感度磁気センサ4を2つ省略した上に、実施例1の位置ベクトル情報演算手段93に相当するものは不要となる。
位置情報演算手段904は、実施例1と同様に、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報705と前記3つ距離情報704を用いて高感度磁気センサ4の室内の水平面上の位置情報706を演算するものである。床から1m位置での水平面上の3つの磁場発生源2からの携帯端末3への3つの距離より、三角法により、前記水平面上の携帯端末の位置が2次元的に特定される。
実施例1と同じ高感度磁気センサ4によって、磁気発生源2から6mの地点で10nT磁場強さが検出された。磁気発生源2から5mの付近では、距離1mの変化に対し10nTの磁場強度の差を与えることがわかる。高感度磁気センサ4が少なくとも0.5nTの磁気分解能を持つので、位置検出センサの位置分解能は50mmという高い性能を持つ。本緒元の高感度磁気センサを使用する場合は、室内のノイズ磁場が3から4nTなので、磁場発生源2同士の設置間隔は5m程度が望ましい。これらの設置間隔は、センサ感度の上昇等で10m、それ以上に広げることができる。
本実施例において室内移動体はロボットである。6軸センサについては、実施例1と同様であり、高感度磁気センサ4は、実施例1と同様であり、実施例2と同様に1軸で使用する。
また、3軸加速度センサに対する運動加速度等のノイズは、0036にあるように、実施例1と同様にデジタルローパスフィルタを用いた。
マイコン6にメモリされた1軸の高感度磁気センサ4の任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報700から、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を求める最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段1000は、実施例2の0046〜0048に示される、周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段900、最大磁気ベクトル情報算出手段901、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段902のステップと同様である。
マイコン6にメモリされた3軸磁気センサ51の携帯座標系3−cで検出された磁気ベクトル情報70から、地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報73を求める地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報演算手段1100は、実施例1の0029〜0032及び0036〜0038に示される、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90、周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段91、最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92のステップと同様である。
鉛直軸成分情報メモリ手段1200は、1軸高感度磁気センサ4からの出力に基づく任意の周波数における前記最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703をメモリし、前記最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報703と同じ周波数における3軸磁気センサ51の出力に基づく地球座標系における最大磁気ベクトル情報73の鉛直軸成分情報73’を算出しマイコン6のROM62にメモリする。
本実施例の特徴である、位置情報演算選択手段1300は、地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報73’の値が所定の値よりも大きい場合には、後述する第一位置情報演算手段1400を選択し、前記地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が所定の値以下の場合には第二位置情報演算手段1500を選択する。
ここでは、所定の値を500nTとした。最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が500nTより大きければ、MIセンサからなる3軸磁気センサ51では、十分な感度が得られる磁場発生源2からの距離であり、磁場発生源2を含む水平面から鉛直方向の変位により磁気ベクトルの回転が大きくなり始める距離に相当する。本実施例では、磁場発生源2からの距離は2m程度である。よって、磁気ベクトル情報を測定する3軸磁気センサ51を使用する第一位置情報演算手段1400を選択する。
逆に、最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が500nT以下であれば、MIセンサからなる3軸磁気センサ51では、十分な感度が得られない磁場発生源2からの距離であり、磁場発生源2を含む水平面から鉛直方向の変位により磁気ベクトルの回転がほとんどない距離である。よって、その距離で十分な感度を有する高感度磁気センサ4で1軸の磁気ベクトル成分を使用する第二位置情報演算手段1500を選択する。
位置情報演算選択手段1300により選択された時に、地球座標系e−cにおける任意の周波数の最大磁気ベクトル情報73から、水平面上の携帯端末3の位置情報77を得る第一位置情報演算手段1400は、実施例1の0039〜0041に示される、位置ベクトル情報演算手段93、距離情報演算手段94、三角法に基づく位置演算手段95のステップと同様である。
位置情報演算選択手段1300により選択された時に、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703から、水平面上の携帯端末3の位置情報706を得る第二位置情報演算手段1500は、実施例2の0041〜0042に示される、距離情報演算手段903と、位置演情報演算手段904のステップと同様である。
そのことを利用して、本実施例では、ある程度距離が近くなり、磁気ベクトルの傾斜の測定が必要な領域では、3軸磁気センサ51により磁気ベクトルを求める。ここで、3軸の高感度磁気センサ4を使わなくて良い理由は、磁場発生源からのセンサまでの距離が近いため、センサ感度が比較的低くても十分な信号が得られるからである。その後は、3軸磁気センサ51を用いて、実施例1と同様に、地球座標系における最大磁気ベクトル情報73を演算する。その後、その情報から上記のように最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’を算出する。
逆に、十分に距離が離れた領域では、磁気ベクトルの傾斜の測定が不要なため、一軸高感度磁気センサを用いた。その後は、実施例2と同様に、1軸での高感度磁気センサ4に基づき、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算している。
所定の値以下の場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が遠すぎ、3軸センサ51は使用できないと判断して、一軸の高感度磁気センサ4よりの最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を用いて、第二位置情報演算手段1500により位置情報706を演算する。
これにより、ロボットの移動に伴い携帯される携帯端末の高さ方向の位置が変動するような用途において、実施例2では、1軸高感度磁気センサでは、磁場発生源に近づくほど測定精度が低下する可能性があったが、実施例3のように構成することにより、携帯端末が磁場発生源に近づいても、十分な精度で、かつ、簡便な構成でGPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。
所定の値より大きい場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が近く3軸磁気センサ51からの値を使用しうると判断し、3軸磁気センサ51からの地球座標系e−cにおける任意の周波数の最大磁気ベクトル情報73を用いて、第一位置情報演算手段により位置情報を演算する。所定の値以下の場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が遠すぎ、3軸磁気センサ51は使用できないと判断して、一軸の高感度磁気センサ4よりの最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を用いて、第二位置情報演算手段により位置情報を演算することとなる。基本的には、同様の効果を達成することが出来る。
どちらが良いかは、高感度磁気センサと磁気センサ間の、鉛直方向の磁気ベクトル成分と磁場発生源からの距離に関する関係によって適宜選択される。
5:6軸センサ 51:3軸磁気センサ 52:3軸加速度センサ 6:マイコン
90:周波数別磁気ベクトル情報抽出手段
91:周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段
92:最大磁気ベクトル情報の座標変換手段
90a:デジタルローパスフィルタ
90b:フーリエ変換手段
93:位置ベクトル情報演算手段
94:距離情報演算手段
95:三角法に基づく位置演算手段
900:周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段
901:最大磁気ベクトル情報演算手段
902:最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段
903:距離情報演算手段
904:位置演情報演算手段
920:デジタルローパスフィルタ
1000:最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段
1100:鉛直座標系(地球座標系)における最大磁気ベクトル情報演算手段
1200:鉛直軸成分情報メモリ手段
1300:位置情報演算選択手段
1400:第一位置情報演算手段
1500:第二位置情報演算手段
Claims (10)
- 室内に設置させるお互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、
室内移動体に携帯される携帯端末に載置され、携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、
携帯端末に載置され、前記3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、
前記高感度磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、
前記最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、
前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる室内位置検出装置 - 室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、
室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、
携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、
前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル成分情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、
高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける姿勢補正した鉛直軸での周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する鉛直軸成分情報演算手段と、
前記最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、
からなる室内位置検出装置 - 室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、
室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における磁気ベクトル情報を検出する3軸磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する3軸加速度センサとからなる6軸センサと、
携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、
マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、地磁気ベクトル情報を抽出する地磁気ベクトル情報抽出手段と、
マイコンにメモリされた前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、
高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける周波数別の姿勢補正した鉛直軸での最大磁気ベクトル成分情報を演算する鉛直軸成分情報演算手段と、
マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、からなる鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記1軸高感度磁気センサからの出力に基づく任意の周波数における前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報をメモリし、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報と同じ周波数における前記3軸磁気センサの出力に基づく鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報を算出しメモリする鉛直軸成分情報メモリ手段と、
前記鉛直座標系における最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報の値が所定の値よりも大きい場合には第一位置情報演算手段を選択し、前記鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報の値が所定の値以下の場合には第二位置情報演算手段を選択する、位置情報演算選択手段と、
位置情報演算選択手段により選択された時に、前記鉛直座標系における任意の周波数の最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から3軸磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、
前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる第一位置情報演算手段と、
位置情報演算選択手段により選択された時に、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる第二位置情報演算手段と、
からなることを特徴とする室内位置検出装置 - 前記磁場発生源が、モータを用いて希土類焼結磁石を回転させることを特徴とする請求項1−3に記載の室内位置検出装置
- 高感度磁気センサは、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する磁気インピーダンス素子からなると伴に、前記磁気インピーダンス素子の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅する高感度磁気センサからなることを特徴とする請求項1−4に記載の室内位置検出装置
- 磁場発生源の発生する交流磁場の周波数が1〜40Hz、若しくは、70〜500Hzからなることを特徴とする請求項1−4記載の室内位置検出装置
- 周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、最大磁気ベクトル情報演算手段とがフーリエ変換手段であることを特徴とする請求項1若しくは請求項3に記載の室内位置検出装置
- 周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、最大磁気ベクトル成分情報演算手段とがフーリエ変換手段であることを特徴とする請求項2若しくは請求項3に記載の室内位置検出装置
- 周波数別磁気ベクトル情報抽出手段が、デジタルバンドパスフィルターであることを特徴とする請求項1若しくは請求項3に記載の室内位置検出装置
- 周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段が、デジタルバンドパスフィルターであることを特徴とする請求項2若しくは請求項3に記載の室内位置検出装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009230990A JP5386698B2 (ja) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 室内位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009230990A JP5386698B2 (ja) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 室内位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011059091A JP2011059091A (ja) | 2011-03-24 |
JP5386698B2 true JP5386698B2 (ja) | 2014-01-15 |
Family
ID=43946874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009230990A Active JP5386698B2 (ja) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 室内位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5386698B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9976856B2 (en) | 2014-07-02 | 2018-05-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | User terminal, method and location tracking system for receiving unique identifier using magnetic field |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI124744B (fi) | 2012-05-03 | 2015-01-15 | Indooratlas Oy | Sisämagneettikenttien hyödyntäminen tiedon hankkimiseksi kannettavien laitteiden keskinäisistä liikkeistä sisällä |
IN2013MU02571A (ja) * | 2013-08-05 | 2015-06-12 | Tata Consultancy Services Ltd | |
US10849205B2 (en) | 2015-10-14 | 2020-11-24 | Current Lighting Solutions, Llc | Luminaire having a beacon and a directional antenna |
KR101895555B1 (ko) * | 2016-10-05 | 2018-09-05 | 최옥재 | 자기장을 이용한 비콘 접근방향 산출방법 및 이를 이용한 출입 관리 및 결제시스템 |
EP4027876A4 (en) | 2019-09-09 | 2022-10-05 | Magnisity Ltd | MAGNETIC FLEXIBLE CATHETER TRACKING SYSTEM AND METHODS USING DIGITAL MAGNETOMETERS |
CN114295145B (zh) * | 2021-11-17 | 2024-03-22 | 中国民航管理干部学院 | 一种基于车载发射平台的捷联惯导系统轨迹发生器设计方法 |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03141927A (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-17 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気共鳴映像法 |
US5357437A (en) * | 1992-07-01 | 1994-10-18 | Westinghouse Electric Corporation | Magnetic marker position fixing system for underwater vehicles |
JP3432825B2 (ja) * | 1992-08-14 | 2003-08-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | 位置決定システム |
JP2613177B2 (ja) * | 1994-06-01 | 1997-05-21 | 永一 坂東 | 人体用の立体変位センサー |
ES2210662T3 (es) * | 1994-08-19 | 2004-07-01 | Biosense, Inc. | Sistemas medicos de diagnosis, de tratamiento y de imagen. |
US5612864A (en) * | 1995-06-20 | 1997-03-18 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for determining the position of a work implement |
JPH11201709A (ja) * | 1998-01-09 | 1999-07-30 | Kdd | 位置測定方法および装置 |
JP3732335B2 (ja) * | 1998-02-18 | 2006-01-05 | 株式会社リコー | 画像入力装置及び画像入力方法 |
JP2000134537A (ja) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Ricoh Co Ltd | 画像入力装置及びその方法 |
JP2002106286A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-04-10 | Nkk Corp | 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 |
JP2003090872A (ja) * | 2001-09-18 | 2003-03-28 | Fujitsu Ltd | 位置測定装置、それを備えた端末及び位置測定方法 |
JP2004219076A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-08-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gps受信機 |
JP4230249B2 (ja) * | 2003-02-28 | 2009-02-25 | アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社 | スロットル開度検知装置 |
JP2005283284A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Osaka Gas Co Ltd | 三次元配置状態測定方法 |
CN100571623C (zh) * | 2004-03-31 | 2009-12-23 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 活体内三维运动测定装置及其方法 |
CN100510623C (zh) * | 2004-07-15 | 2009-07-08 | 阿莫善斯有限公司 | 移动终端装置 |
JP2008509754A (ja) * | 2004-08-12 | 2008-04-03 | ハンセン メディカル,インク. | ロボット制御脈管内組織注入システム |
JP4652886B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2011-03-16 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | 位置推定装置および位置推定方法 |
WO2007131503A2 (de) * | 2006-05-16 | 2007-11-22 | Triple Sensor Technologies Gmbh | Anordnung zur berührungslosen definierten bewegung mindestens eines magnetischen körpers |
US8326402B2 (en) * | 2006-08-21 | 2012-12-04 | Biosense Webster, Inc. | Distortion-immune position tracking using frequency extrapolation |
CN101606037B (zh) * | 2007-02-09 | 2011-05-18 | 旭化成微电子株式会社 | 空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置 |
JP5131729B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2013-01-30 | 大成建設株式会社 | 地中位置検知方法 |
JP4961623B2 (ja) * | 2007-07-23 | 2012-06-27 | アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社 | 磁気センサ |
JP2009060181A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-19 | Nakagawa Kenkyusho:Kk | 位置情報取得システム及び受信端末 |
JP2009067086A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-04-02 | Sharp Corp | 羽ばたきロボットシステム |
JP2011033609A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Aichi Micro Intelligent Corp | 室内位置検出装置 |
-
2009
- 2009-09-07 JP JP2009230990A patent/JP5386698B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9976856B2 (en) | 2014-07-02 | 2018-05-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | User terminal, method and location tracking system for receiving unique identifier using magnetic field |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011059091A (ja) | 2011-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5386698B2 (ja) | 室内位置検出装置 | |
JP2011033609A (ja) | 室内位置検出装置 | |
AU2020205220B2 (en) | IMU calibration | |
CN109813336B (zh) | 惯性测量单元标定方法 | |
JP4252555B2 (ja) | 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置 | |
US6789043B1 (en) | Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements | |
JPWO2006035505A1 (ja) | 磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置 | |
JP2007113993A (ja) | 磁気コンパス | |
JP2006226810A (ja) | 方位計測装置 | |
JP5086225B2 (ja) | 磁気方位センサのキャリブレーション装置、方法およびプログラム | |
KR101210394B1 (ko) | 지자기 검지장치 | |
JP2008241675A (ja) | 電子コンパス | |
JP2017166895A (ja) | 電子機器及びセンサ較正方法、センサ較正プログラム | |
Dai et al. | A three-axis magnetic sensor array system for permanent magnet tracking | |
CN103454661B (zh) | 一种基于gps与测距测角技术的定位系统 | |
CN109633541B (zh) | 一种磁源定位装置及磁源定位方法 | |
CN116211278A (zh) | 磁定位方法及磁定位装置 | |
JP5475873B2 (ja) | 地磁気検知装置 | |
KR101352245B1 (ko) | Mems 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치 | |
JP5498209B2 (ja) | 磁界検知装置 | |
Klingbeil et al. | Magnetic field sensor calibration for attitude determination | |
KR100674194B1 (ko) | 자기 센서의 제어 방법, 제어 장치 및 휴대 단말 장치 | |
KR20170092356A (ko) | 3축 지자기 센서의 방위각 보정 시스템 | |
KR101948017B1 (ko) | 3차원 좌표 획득 방법 | |
Blankenbach et al. | Magnetic Indoor Local Positioning System |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120514 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130418 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130910 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5386698 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |