JP6167747B2 - バイアス算出方法及びバイアス算出装置 - Google Patents
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Description
加速度センサーとジャイロセンサーとを有するセンサー部の前記加速度センサーのバイアスを算出するバイアス算出装置であって、前記加速度センサーの第1軸及び第2軸がなす平面を鉛直方向に対して略垂直にした状態で、前記鉛直方向を軸中心にして前記センサー部を回転させる旨の報知を行う報知制御部と、前記センサー部の検出値を用いて前記加速度センサーの前記第1軸及び前記第2軸のバイアスを算出するバイアス算出部と、を備えたバイアス算出装置を構成しても良い。
図1は、本実施形態における位置算出装置1の構成図である。この位置算出装置1は、ユーザー20の腰部に装着して利用される小型の電子機器であり、慣性航法演算を行うことで当該装置の位置を算出することができる。位置算出装置1には、操作スイッチ3やディスプレイ5、スピーカー7等が設けられているとともに、IMU(Inertial Measurement Unit)10と、CPU(Central Processing Unit)やメモリーを実装した制御装置とを内蔵している。
本実施形態において、加速度センサー12の出力は温度補償されていることとする。すなわち、加速度センサー12の出力には、ゼロ点バイアスやスケールファクター、二次感度といった温度の依存する成分(温度依存成分)が含まれる。これらの温度依存成分の温度特性が加速度センサー12の製造段階において求められ、補償される。なお、温度補償は、加速度センサー12の内部で行っても良いし、外部で行っても良い。すなわち、加速度センサー12内部に温度補償用の回路部を設けて、加速度センサー12の出力値が既に温度補償されているものとしても良いし、加速度センサー12とは別の処理回路部が加速度センサー12の出力値を温度補償(より正確には補正)することとしても良い。いずれにせよ、本実施形態においては、加速度センサー12で検出され、温度補償された後の値を、加速度センサー12の検出値として説明する。
先ず、静止時における加速度センサー12のバイアスの推定について説明する。静止時には、加速度センサー12には重力のみが作用する。また、推定する加速度センサー12の各検出軸(X,Y,Z軸)のバイアス値を、ba=(bax,bay,baz)、とする。
そこで、本実施形態は、加速度センサー12を、Z軸を回転軸として軸回転(鉛直方向を軸中心に回転させる)させることで、X,Y軸のバイアス値bax,bayを算出する。上述のように、静止時には、鉛直下向きの重力のみが作用する。加速度センサー12を回転させた場合、Z軸と回転軸とがほぼ一致する場合、重力以外の回転力を無視できるため、静止時と同様に、鉛直下向きの重力のみが作用しているとみなすことができる。具体的には、図1に示すように、ユーザー20は、Z軸を鉛直下向きに略一致させて位置算出装置1を装着した状態で、矢印22が示すように、腰を左右方向(水平方向)に回転させる動作を行う。
本実施形態の加速度バイアスbaの算出原理を用いた実験結果を説明する。図2は、被験者が、IMU(を含む装置)を腰部に装着して腰回転動作を行った場合の実験結果である。本実験の1回の腰回転動作は、腰を一方向(例えば右方向)にひねり、次いで反対方向(例えば左方向)にひねり、正面を向くところまでを含んでいる。正面を向いた後はそのまま静止した。図2では、横軸を時刻t、縦軸を加速度センサー12のX,Y軸のバイアス値bax,bayとしている。時刻t=25〜32の期間が、腰回転中の期間に相当する。
図3は、位置算出装置1の機能構成を示すブロック図である。図3によれば、位置算出装置1は、センサー部10と、操作部110と、表示部120と、音出力部130と、時計部140と、処理部200と、記憶部300とを備えて構成される。
図6は、加速度バイアス推定処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、位置算出処理に先立ち、加速度バイアス算出部210が、加速度バイアス算出プログラム312に従って実行する処理である。例えば、初期設定として実行したり、校正を必要とする任意のタイミングで実行する処理である。
このように、本実施形態によれば、IMU10を有する位置算出装置1をユーザー20の腰部に装着し、ユーザー20が、左右方向に腰回転するといった簡易な動作で、加速度センサー12のバイアス値b=(bax,bay,baz)を算出することができる。位置算出装置1は、加速度センサー12のZ軸を鉛直下向きに向け、X−Y平面が略水平となるように、ユーザー20に装着すればよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能な形態は、上述した実施形態に限らない。
Claims (8)
- 加速度センサーとジャイロセンサーとを有するセンサー部を、前記加速度センサーの第1軸及び第2軸がなす平面を鉛直方向に対して略垂直にした状態で、前記鉛直方向を軸中心に回転させることと、
前記回転中に得られた前記センサー部の検出値を用いて前記加速度センサーの前記第1軸及び前記第2軸のバイアスを算出することと、
を含む加速度バイアス算出方法。 - 前記バイアスを算出することは、
前記バイアスを未知数として前記センサー部の姿勢を前記検出値を用いて表した瞬時成立条件を、前記回転中に複数算出することと、
複数の前記瞬時成立条件を用いて前記バイアスを算定することと、
を含む請求項1に記載の加速度バイアス算出方法。 - 前記センサー部の検出値を用いて前記センサー部の姿勢角を判定することを更に含み、
前記瞬時成立条件を算出することは、前記検出値と、前記姿勢角と、重力加速度とを用いて前記瞬時成立条件を算出することである、
請求項2に記載の加速度バイアス算出方法。 - 前記姿勢角を判定することは、前記センサー部を静止させた状態での前記加速度センサーの検出値と、重力加速度とを用いて初期の姿勢角を判定することと、従前に判定した姿勢角を前記ジャイロセンサーの検出値を用いて更新することで複数の前記姿勢における姿勢角を判定することとを含む、
請求項3に記載の加速度バイアス算出方法。 - 前記バイアスを算定することは、複数の前記瞬時成立条件を用いた所定の近似計算を行って前記バイアスを算定することである、
請求項2〜4の何れか一項に記載の加速度バイアス算出方法。 - 前記回転させることは、前記第1軸と前記鉛直方向に対して垂直な水平面とがなす角度と、前記第2軸と前記水平面とがなす角度との和が10度以下の状態で、前記センサー部を回転させることである、
請求項1〜5の何れか一項に記載の加速度バイアス算出方法。 - 前記センサー部は、ユーザーの胴体部、頭部、或いは脚部に装着されて用いられる、
請求項1〜6の何れか一項に記載の加速度バイアス算出方法。 - 加速度センサーとジャイロセンサーとを有するセンサー部の前記加速度センサーのバイアスを算出するバイアス算出装置であって、
前記加速度センサーの第1軸及び第2軸がなす平面を鉛直方向に対して略垂直にした状態で、前記鉛直方向を軸中心にして前記センサー部を回転させる旨の報知を行う報知制御部と、
前記回転中に得られた前記センサー部の検出値を用いて前記加速度センサーの前記第1軸及び前記第2軸のバイアスを算出するバイアス算出部と、
を備えたバイアス算出装置。
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