JP6407435B2 - 慣性センサ装置 - Google Patents

Description

本願は、出願番号が２０１４１０４４１７６６．３であり、発明の名称が「慣性センサ装置」であり、２０１４年９月２日に中国特許庁へ提出された中国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容が引用結合により本願に記載されている。

本発明は、慣性センサ装置に関し、特に、脚部又は靴に装着される慣性センサのパーソナルナビゲーション装置に関し、室内及び室外の環境に用いられ、慣性ナビゲーション技術分野に属する。

本発明に記載の慣性センサは、加速度計及びジャイロを備え、当然ながら、地磁気センサを更に備えてもよい。

パーソナルナビゲーションシステムは、様々な場合に用いることができる。例えば、軍事作戦又は対戦演習では、軍人の移動を追跡したり案内したり、特別警察の対テロ又は人質救助のプロセスでは、作戦参加メンバーの位置を追跡したり案内したり、火災又は事故現場では、消防隊員の位置を追跡し及び位置決めしたり、人が歩き回ることで室内の地図等を収集したりする。特に、消防隊員に用いられる場合においては、有効的な室内のナビゲーション及び追跡システムが欠けるため、消防隊員達が濃煙の火事現場で迷って失踪して殉職してしまうことも発生している。よって、室内に用いられる位置決めナビゲーションシステムが従来から強く求められており、これらのシステムが軍事作戦、対戦演習、対テロ救助、火事現場救助及び室内の地図作成等の分野にも用いられている。

ＧＰＳのような衛星ナビゲーション技術は、既に室外に幅広く応用されているが、室内に応用されようとする場合、その信号が往々にして使用することができない。室内の環境に応用できるナビゲーションシステムは、往々にして値段が高い又は位置決めの精度が理想的ではない。例えば、建物内に無線周波数標記基地局を設置する方法では、往々にして設置及びメンテナンスの問題によりこれらのシステムの使用の妨げを招いてしまう。また、建物内においては、無線周波数信号は、往々にして遮断、反射、減衰又は多経路効果により位置決めの精度の低下又はカバーする範囲の不足を招いてしまう。また、高層ビルの場合、往々にして三次元位置決めで所在する階の位置を正確に決める必要がある。

もう１つの種類のナビゲーションシステムは、慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）であり、これは、計算ユニット及び慣性測定ユニット（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔであり、ＩＭＵと略称され、加速度計及びジャイロが内部に設置され、地磁気センサを含む場合もある）を用いる設備であり、初期位置、方向及び速度により、他の追加的な参照を必要とせずに、移動物体の位置、方向及び速度を推定し続けるナビゲーション設備である。このようなナビゲーション方法は、ＧＰＳ又は他の無線周波数信号等の外部信号に頼らない。しかしながら、最も大きな問題は、累積誤差が生じてしまうことである。これは、慣性測定ユニットにより測定したのが加速度及び角速度値であり、加速度値が積分されて速度が得られ、再び積分されて運動の距離が得られ、角速度値が積分されて方向の変換量が得られることに由来する。積分の操作により、慣性測定ユニットの測定誤差が絶えずに累積されるので、比較的大きな位置決め累積誤差が生じてしまう。

慣性測定ユニットを脚部又は靴に装着し、人が歩く際、脚部が周期的に地面に対して静止するという特徴を用い、速度ゼロ補正（ＺＵＰＴ）の計算方法を採用することにより、慣性ナビゲーションの累積誤差を大幅に減らすことができる。しかしながら、針路上の累積誤差を無くすことができず、針路上の僅かな偏差でも比較的に長い距離の経過後に比較的大きな誤差になってしまう。例えば、針路上の角度３°の偏差は、１００メートルの距離の経過後に誤差が５．２メートルになってしまい、このような大きな誤差が室内の環境において１つから二つの部屋くらいの誤差に達する。

針路上の偏差が生じる基本的な原因は、慣性センサのジャイロにゼロ点ドリフトが存在することである。ゼロ点ドリフトは、慣性センサに含まれるジャイロの性能を評価するための１つの重要な指標である。ゼロ点ドリフトとは、入力される角速度がゼロである場合、ジャイロの出力がゼロではないことを指す。ＭＥＭＳのジャイロにおいては、その中核のセンサ及びその処理回路の部分が周囲の環境に影響されやすく、例えば、温度、電磁気、振動、ひいては放射能、異常重力、湿度、気圧等さえもジャイロのセンサ及び処理回路の性能に影響を与え、測定の出力精度を影響する。ジャイロの性能を影響するこれらの環境の要素は、殆ど正確に量子化したり研究したりすることが困難であり、さらにこれらの要素による誤差が互いにカップリングしたり重畳したりするため、総合誤差は規則性に欠け、比較的強いランダム性を表し、標準のジャイロによるテスト、キャリブレーション、モデル設定及び補償等の処理方法を厳選してこれらの環境の要素を処理しても、ジャイロの精度の向上が顕著ではない。

現在、ゼロ点ドリフトに対する処理方法の多くは、それに対してモデル設定し、モデルに基づいて補償を行うが、ジャイロのゼロ点ドリフトは、往々にして弱非線形で、非安定で、緩時変であるため、オンラインでリアルタイムでモデルを適合させたりパラメータを認識したりして初めて補償の効果を得ることができ、これはリアルタイムシステムにおいて実現することが困難である。

ジャイロのゼロ点ドリフトによる針路上の累積誤差への影響を防ぐために、往々にしてＧＰＳ又は地磁気のような他のセンサを用いて針路を検出する必要がある。しかしながら、室内の環境においては、ＧＰＳ信号の場合、建物の妨げにより使えず、地磁気の環境の場合、建物内の鉄材又は他の材質の影響により地磁気の方向が干渉されるため、地磁気センサで針路を決めることが頼りになれない。従って、これらの問題を解決するために、往々にして高性能な慣性測定ユニットを用いる必要があるが、高性能な慣性測定ユニットのサイズ、コスト及び複雑性により、実際の応用環境が制限されてしまう。往々にしてシステムのコストが大幅に増加し、応じて体積も増加し、ひいては体積が実際の応用ニーズを満たせないほど増加することを招いてしまう。例えば、ゼロ点ドリフトが１°／時間より小さいＭＥＭＳのジャイロの値段が数万ＲＭＢと高く、性能のより優れる光ファイバジャイロは、値段がさらに高いだけではなく、体積も大きいため、脚部又は靴に装着するニーズを満たすことができない。

本発明の目的としては、製造コストが低く、体積が小さく、針路誤差を１°／時間以内に抑え、室内のナビゲーションシステムの精度を大幅に高め、従来技術の不備を解消することが可能な慣性センサ装置を提供する。

上述した目的を実現するために、本発明技術案は、次の通りである。
慣性センサ装置は、慣性センサを有する回路基板を備え、その特徴としては、基部と、回転盤と、動力源アセンブリとを更に備え、前記回路基板が回転盤に取り付けられ、前記動力源アセンブリが基部に取り付けられ、回転盤と動力源アセンブリの動力出力軸は、伝動接続し、前記回路基板は、回転盤と共に往復回転し又は連続回転し、前記回転盤は、回転速度が１〜２００ＲＰＭの範囲内であり、運転モードにおいては、当該慣性センサ装置は、可動の監視目標と協働し、慣性センサにより収集された信号をパーソナルナビゲーションシステムに送信し、パーソナルナビゲーションシステムにより、可動の監視目標の現在の地理位置を表示する。

上述した技術案においては、前記動力源アセンブリは、第１の減速装置と、第１のモーターとを備え、前記第１の減速装置及び第１のモーターは、何れも基部に取り付けられ、第１の減速装置及び第１のモーターは、伝動接続し、前記動力出力軸は、第１の減速装置の動力出力軸であり、回転盤は、第１の減速装置の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回路基板は、回転盤と共に往復回転する。

上述した技術案においては、前記回路基板は、第１の無線受電モジュールと、第１の無線通信モジュールと、第１の無線受電コイルと、第１の絶縁シートと、第１のマイクロプロセッサとを更に備え、前記第１の無線受電コイルは、第１の絶縁シートにより回路基板に取り付けられ、第１の無線受電コイルと第１の無線受電モジュールの対応する接続端は、電気的に接続し、前記の第１の無線受電モジュール、第１の無線通信モジュール及び慣性センサは、それぞれ第１のマイクロプロセッサの対応する接続端と電気的に接続する。

上述した技術案においては、第１のハウシングと、第１の電気伝導スリップリングとを更に備え、前記第１のハウシングは、逆さまのＬ型であり、その下部が基部に固定され、第１の電気伝導スリップリングは、第１のハウシングの頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリは、第２の減速装置と、第２のモーターとを備え、前記第２の減速装置及び第２のモーターは、何れも基部に取り付けられ、第２の減速装置及び第２のモーターは、伝動接続し、前記動力出力軸は、第２の減速装置の動力出力軸であり、回転盤は、第２の減速装置の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記第１の電気伝導スリップリングの第１の回転子は、第２の減速装置の動力出力軸と伝動接続する。

上述した技術案においては、第２の電気伝導スリップリングを更に備え、前記第２の電気伝導スリップリングは、基部に取り付けられ、回転盤は、第２の電気伝導スリップリングの第２の回転子とマッチングするように取り付けられ、前記動力源アセンブリは、第３の減速装置と、第３のモーターと、第１の駆動輪とを備え、前記第３の減速装置及び第３のモーターは、何れも基部に取り付けられ、第３の減速装置と第３のモーターは、伝動接続し、前記動力出力軸は、第３の減速装置の動力出力軸であり、第１の駆動輪は、第３の減速装置の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回転盤は、従輪であり、第１の駆動輪は、回転盤と噛み合う。

上述した技術案においては、前記動力源アセンブリは、第４の減速装置と、第４のモーターと、第１の回転軸と、第２の駆動輪とを備え、前記第４の減速装置及び第４のモーターは、何れも基部に取り付けられ、第４の減速装置と第４のモーターは、伝動接続し、前記動力出力軸は、第４の減速装置の動力出力軸であり、第２の駆動輪は、第４の減速装置の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回転盤は、従輪であり、第２の駆動輪は、回転盤と噛み合い、第１の回転軸は、基部とマッチングするように取り付けられ、回転盤は、第１の回転軸の回転とマッチングするように取り付けられ、前記回路基板は、第２の無線受電モジュールと、第２の無線通信モジュールと、第２の無線受電コイルと、第２の絶縁シートと、第２のマイクロプロセッサとを更に備え、前記第２の無線受電コイルは、第２の絶縁シートにより回路基板に取り付けられ、第２の無線受電コイルと第２の無線受電モジュールの対応する接続端は、電気的に接続し、第２の無線受電モジュール、第２の無線通信モジュール及び慣性センサは、それぞれ第２のマイクロプロセッサの対応する接続端と電気的に接続する。

上述した技術案においては、第２のハウシングと、第３の電気伝導スリップリングとを更に備え、前記第２のハウシングは、逆さまのＬ型であり、その下部が基部に固定され、第３の電気伝導スリップリングは、第２のハウシングの頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリは、第５のモーターと、第１の位置決めブロックと、第３の駆動輪と、第１の内歯車と、第２の回転軸とを備え、第５のモーターは、回転盤に設置され、前記動力出力軸は、第５のモーターの動力出力軸であり、第５のモーターの動力出力軸は、回転盤を貫通して第３の駆動輪とマッチングするように取り付けられ、第３の駆動輪は、第１の内歯車の内歯と噛み合い、第１の内歯車及び第１の位置決めブロックは、何れも基部に固定され、第１の位置決めブロックは、第１の内歯車内に位置し、第２の回転軸の一端は、第１の位置決めブロックを貫通して基部とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤及び回路基板は、第２の回転軸に貫通されて第１の位置決めブロックの上表面に設置され、第２の回転軸の他端は、第３の電気伝導スリップリングの第３の回転子とマッチングするように取り付けられる。

上述した技術案においては、前記動力源アセンブリは、第６のモーターと、第２の位置決めブロックと、第４の駆動輪と、第２の内歯車と、第３の回転軸とを備え、第６のモーターは、回転盤に設置され、前記動力出力軸は、第６のモーターの動力出力軸であり、第６のモーターの動力出力軸は、回転盤を貫通して第４の駆動輪とマッチングするように取り付けられ、第４の駆動輪は、第２の内歯車の内歯と噛み合い、第２の内歯車及び第２の位置決めブロックは、何れも基部に固定され、第２の位置決めブロックは、第２の内歯車内に位置し、第３の回転軸の一端は、第２の位置決めブロックを貫通して基部１とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤及び回路基板は、第３の回転軸に貫通されて第２の位置決めブロックの上表面に設置され、前記回路基板は、第３の無線受電モジュールと、第３の無線通信モジュールと、第３の無線受電コイルと、第３の絶縁シートと、第３のマイクロプロセッサとを更に備え、前記第３の無線受電コイルは、第３の絶縁シートにより回路基板に取り付けられ、第３の無線受電コイルと第３の無線受電モジュールの対応する接続端は、電気的に接続し、前記第３の無線受電モジュール、第３の無線通信モジュール及び慣性センサは、それぞれ第３のマイクロプロセッサの対応する接続端と電気的に接続する。

本発明は、次の有益な効果を有する：使用時、発明を使用者の脚部又は靴に装着し、動力源アセンブリに直流を供給する。本発明は運転モードにおいて、前記回路板の慣性センサ（ジャイロ）は、回転盤と共に往復回転又は連続回転する。本発明の慣性センサは、運転モードにおいて回転するため、慣性センサの感知軸の方向が周期的に変わることで、感知軸における誤差がナビゲーション系において周期的に変わり、例えば、回転盤による回転角度は、１８０℃の差がある２つの位置においては、慣性センサの感知軸の方向のゼロ点ドリフトは、大きさがほぼ同じであり、方向が逆であり、このようなゼロ点ドリフトの積分即ち針路の偏差は相殺する。よって、異なる方向の等価デバイスによるシステムのナビゲーション誤差が互いに相殺し、慣性センサのゼロ点ドリフトの大部分が調整され、針路の誤差を大幅に下げることができる。故に、本発明は、製造コストが低く、体積が小さいだけでなく、ナビゲーションの誤差を１°／時間以内に抑えることができ、室内のナビゲーションシステムの精度を大幅に高め、本発明の目的を実現することができる。

本発明の実施例における技術案をより分かりやすく説明するために、以下、実施例を説明する際に必要とする図面について簡単に紹介する。当然ながら、これらの図面は、本発明の一部の実施例に過ぎない。当業者は、如何なる創造性のある労働をせず、これらの図面から他の図面を得ることができる。

本発明の実施例１の構造模式図であり、そのうちの１１が回路基板４から引き出された第１のリード線である。 図１の左側面図である。 図１の俯瞰図である。 図１のＡ−Ａにおける断面模式図である。 本発明の実施例２の構造模式図である。 図５の左側面図である。 図５の俯瞰図である。 図５のＢ−Ｂにおける断面模式図である。 図５の回路基板の回路原理模式図である。 本発明の実施例３の構造模式図である。 図１０の左側面図である。 図１０の俯瞰図である。 図１０のＣ−Ｃにおける断面模式図である。 図１０の立体模式図であり、そのうち、１１が回路基板４から引き出された第１のリード線であり、１２が回路基板４から引き出された第２のリード線である。 本発明の実施例４の構造模式図であり、そのうち、１１が回路基板４から引き出された第１のリード線である。 図１５の左側面図である。 図１５の俯瞰図である。 図１５のＤ−Ｄにおける断面模式図である。 本発明の実施例５の構造模式図である。 図１９の左側面図である。 図１９の俯瞰図である。 図１９のＥ―Ｅにおける断面模式図である。 図１９の回路基板の回路原理模式図である。 本発明の実施例６の構造模式図である。 図２４の左側面図であり、そのうち、１１が回路基板４から引き出された第１のリード線であり、１２が回路基板４から引き出された第２のリード線である。 図２４の俯瞰図である。 図２４のＦ―Ｆにおける断面模式図である。 本発明の実施例７の構造模式図である。 図２８の左側面図である。 図２８の俯瞰図である。 図２８のＧ―Ｇにおける断面模式図である。 図２８の回路基板の回路原理模式図である。 従来技術において静止する慣性センサの運転軌道図である。 本発明の運転モードにおいて回転する慣性センサの運転軌道図である。 慣性センサのジャイロが静止した状態で、感知軸のＸ方向において、ゼロ点ドリフトの誤差が時間に伴って変化する曲線図である。 慣性センサのジャイロが静止した状態で、感知軸のＸ方向において、オフセット角の推定値が時間に伴って変化する曲線図である。 慣性センサのジャイロが回転した状態で、感知軸のＸ方向において、ゼロ点ドリフトの誤差が時間に伴って変化する曲線図である。 慣性センサのジャイロが回転した状態で、感知軸のＸ方向において、オフセット角の推定値が時間に伴って変化する曲線図である。

本発明の目的、技術案及びメリットをより明確にするために、以下、図面を参照しながら、本発明の実施例をより詳しく説明する。

実施例１
図１，２，３，４に示すように、慣性センサ装置は、慣性センサ４−３を有する回路基板４を備え、基部１と、回転盤３と、動力源アセンブリＤＺとを更に備え、前記回路基板４が回転盤３に取り付けられ、前記動力源アセンブリＤＺが基部１に取り付けられ、回転盤３と動力源アセンブリＤＺの動力出力軸６は、伝動接続し、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転し又は連続回転し、前記回転盤３は、回転速度が１〜２００ＲＰＭの範囲内である。運転モードにおいては、当該慣性センサ装置は、可動の監視目標と協働し、慣性センサ４−３により収集された信号をパーソナルナビゲーションシステムに送信し、パーソナルナビゲーションシステムにより、可動の監視目標の現在の地理位置を表示する。本発明による慣性センサは、脚部又は靴に装着され、室内及び室外の環境に用いることができる。

前記動力源アセンブリＤＺは、第１の減速装置７−１と、第１のモーター８−１とを備え、前記第１の減速装置７−１及び第１のモーター８−１は、何れも基部１に取り付けられ、第１の減速装置７−１及び第１のモーター８−１は、伝動接続し、前記動力出力軸６は、第１の減速装置７−１の動力出力軸であり、回転盤３は、第１の減速装置７−１の動力出力軸に被装するように取り付けられ、回路基板４から引き出されるリード線が巻きつくことを防止するために、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転する。

前記回路基板４は、回転盤３に粘着し、又は、回路基板４は、凸台貫通孔配合により回転盤３に固定接続しても良く、又は、回路基板４は、回転盤３と鋲締めても良い。当然ながら、これに限らず、他の方法でマッチングするように取り付けても良い。

実施例１の運転モードにおいては、第１のモーター８−１は、第１の減速装置７−１の動力出力軸が回転するように駆動する。回転盤３は、第１の減速装置７−１の動力出力軸に被装しているので、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転することができる。

実施例２
図５，６，７，８，９に示すように、実施例２と実施例１の違いは、次の通りである：前記回路基板４は、第１の無線受電モジュール４−１１と、第１の無線通信モジュール４−２１と、第１の無線受電コイル４−４１と、第１の絶縁シート４−５１と、第１のマイクロプロセッサ４−６１とを更に備え、前記第１の無線受電コイル４−４１は、第１の絶縁シート４−５１により回路基板４に取り付けられ、第１の無線受電コイル４−４１と第１の無線受電モジュール４−１１の対応する接続端は、電気的に接続し、前記の第１の無線受電モジュール４−１１、第１の無線通信モジュール４−２１及び慣性センサ４−３は、それぞれ第１のマイクロプロセッサ４−６１の対応する接続端と電気的に接続する。実施例２の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例２においては、回路基板４の各モジュールは、無線方式で通信する。従って、回路基板４から引き出されるリード線が巻きつくことを防止することができ、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転することができる。

実施例２の運転モードにおいては、前記のモーター８−１は、第１の減速装置７−１の動力出力軸が回転するように駆動する。従って、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転することができる。前記回路基板４には、第１の無線受電モジュール４−１１と、第１の無線通信モジュール４−２１と、第１の無線受電コイル４−４１と、第１の絶縁シート４−５１と、第１のマイクロプロセッサ４−６１とが更に設置されている。第１の無線受電コイル４−４１は、電磁気感応方式で外部の電磁波エネルギーを受信して第１の無線受電モジュール４−１１に入力し、第１の無線受電モジュール４−１１は、感応信号を直流電圧に変換して慣性センサ４−３、第１の無線通信モジュール４−２１及び第１のマイクロプロセッサ４−６１に出力し、前記第１のマイクロプロセッサ４−６１により慣性センサ４−３の測定値を読み取り、第１の無線通信モジュール４−２１に送信し、第１の無線通信モジュール４−２１は、無線の方式で測定値を外部の受信装置に送信する。無線によるこのような給電及び通信方式では、連続回転する際にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

実施例３
図１０，１１，１２，１３，１４に示すように、実施例３と実施例１の違いは、次の通りである：第１のハウシング２−１と、第１の電気伝導スリップリング５−１とを更に備え、前記第１のハウシング２−１は、逆さまのＬ型であり、その下部が基部１に固定され、第１の電気伝導スリップリング５−１は、第１のハウシング２−１の頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリＤＺは、第２の減速装置７−２と、第２のモーター８−２とを備え、前記第２の減速装置７−２及び第２のモーター８−２は、何れも基部１に取り付けられ、第２の減速装置７−２及び第２のモーター８−２は、伝動接続し、前記動力出力軸６は、第２の減速装置７−２の動力出力軸であり、回転盤３は、第２の減速装置７−２の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記第１の電気伝導スリップリング５−１の第１の回転子５−１−１は、第２の減速装置７−２の動力出力軸と伝動接続する。実施例３の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例３の運転モードにおいては、前記第２のモーター８−２は、第２の減速装置７−２の動力出力軸が回転するように駆動する。回転盤３は、第２の減速装置７−２の動力出力軸に被装するように取り付けられているので、前記回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転することができる。第１の電気伝導スリップリング５−１の固定子は、第１のハウシング２−１と固定接続し、第１の電気伝導スリップリング５−１の第１の回転子５−１−１は、動力出力軸６に被装するように接続され、第２のリード線１２は、回路基板４に接続され、第１の電気伝導スリップリング５−１の第１の回転子５−１−１と固定子との間の電気伝導リングがブラシとスライド接触することにより、第１のリード線１１と第２のリード線１２を電気的に接続する。よって、第１のリード線１１により慣性センサ４−３に対して給電したりデータを転送したりすることで、連続回転において電流及び電気信号の転送を実現し、連続回転時にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

実施例４
図１５，１６，１７，１８に示すように、実施例４と実施例１の違いは、次の通りである：第２の電気伝導スリップリング５−２を更に備え、前記第２の電気伝導スリップリング５−２は、基部１に取り付けられ、回転盤３は、第２の電気伝導スリップリング５−２の第２の回転子５−２−１とマッチングするように取り付けられ、前記動力源アセンブリＤＺは、第３の減速装置７−３と、第３のモーター８−３と、第１の駆動輪９−１とを備え、前記第３の減速装置７−３及び第３のモーター８−３は、何れも基部１に取り付けられ、第３の減速装置７−３及び第３のモーター８−３は、伝動接続し、前記動力出力軸６は、第３の減速装置７−３の動力出力軸であり、第１の駆動輪９−１は、第３の減速装置７−３の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回転盤３は、従輪であり、第１の駆動輪９−１は、回転盤３と噛み合う。実施例４の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例４の運転モードにおいては、前記第３のモーター８−３は、第３の減速装置７−３の動力出力軸が回転するように駆動することで、第１の駆動輪９−１が回転する。回転盤３は、従輪であり、第１の駆動輪９−１と回転盤３は、噛み合うので、回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転する。第２の電気伝導スリップリング５−２の固定子は、基部１と固定接続し、第２の電気伝導スリップリング５−２の回転子５−２−１は、回転盤３に被装するように接続し、第２のリード線１２は、回路基板４に接続し、第２の電気伝導スリップリング５−２の第１の回転子５−２−１と固定子との間の電気伝導リングがブラシとスライド接触することにより、第１のリード線１１と第２のリード線１２を電気的に接続する。よって、第１のリード線１１により慣性センサ４−３に対して給電したりデータを転送したりすることで、連続回転において電流及び電気信号の転送を実現し、連続回転時にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

実施例５
図１９，２０，２１，２２，２３に示すように、実施例５と実施例１の違いは、次の通りである：前記動力源アセンブリＤＺは、第４の減速装置７−４と、第４のモーター８−４と、第１の回転軸６−１と、第２の駆動輪９−２とを備え、前記第４の減速装置７−４及び第４のモーター８−４は、何れも基部１に取り付けられ、第４の減速装置７−４と第４のモーター８−４は、伝動接続し、前記動力出力軸６は、第４の減速装置７−４の動力出力軸であり、第２の駆動輪９−２は、第４の減速装置７−４の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回転盤３は、従輪であり、第２の駆動輪９−２は、回転盤３と噛み合い、第１の回転軸６−１は、基部１とマッチングするように取り付けられ、回転盤３は、第１の回転軸６−１の回転とマッチングするように取り付けられ、前記回路基板４は、第２の無線受電モジュール４−１２と、第２の無線通信モジュール４−２２と、第２の無線受電コイル４−４２と、第２の絶縁シート４−５２と、第２のマイクロプロセッサ４−６２とを更に備え、前記第２の無線受電コイル４−４２は、第２の絶縁シート４−５２により回路基板４に取り付けられ、第２の無線受電コイル４−４２と第２の無線受電モジュール４−１２の対応する接続端は、電気的に接続し、第２の無線受電モジュール４−１２、第２の無線通信モジュール４−２２及び慣性センサ４−３は、それぞれ第２のマイクロプロセッサ４−６２の対応する接続端と電気的に接続する。実施例５の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例５の運転モードにおいては、前記第４のモーター８−４は、第４の減速装置８−４の動力出力軸が回転するように駆動することで、第２の駆動輪９−２が回転する。回転盤３は、従輪であり、第２の駆動輪９−２と回転盤３は、噛み合うので、回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転する。回路基板４には、第２の無線受電モジュール４−１２と、第２の無線通信モジュール４−２２と、第２の無線受電コイル４−４２と、第２の絶縁シート４−５２と、第２のマイクロプロセッサ４−６２とが更に設置されている。第２の無線受電コイル４−４２は、電磁気感応方式で外部の電磁感応信号を受信して第２の無線受電モジュール４−１２に入力し、第２の無線受電モジュール４−１２は、感応信号を直流電圧に変換して慣性センサ４−３、第２の無線通信モジュール４−２２及び第２のマイクロプロセッサ４−６２に出力し、前記第２のマイクロプロセッサ４−６２により慣性センサ４−３の測定値を読み取り、第２の無線通信モジュール４−２２に送信し、第２の無線通信モジュール４−２２は、無線の方式で測定値を外部の受信装置に送信する。無線によるこのような給電及び通信方式では、連続回転する際にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

実施例６
図２４，２５，２６，２７に示すように、実施例６と実施例１の違いは、次の通りである：第２のハウシング２−２と、第３の電気伝導スリップリング５−３とを更に備え、前記第２のハウシング２−２は、逆さまのＬ型であり、その下部が基部１に固定され、第３の電気伝導スリップリング５−３は、第２のハウシング２−２の頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリＤＺは、第５のモーター８−５と、第１の位置決めブロック１２−１と、第３の駆動輪９−３と、第１の内歯車１０−１と、第２の回転軸６−２とを備え、第５のモーター８−５は、回転盤３に設置され、前記動力出力軸６は、第５のモーター８−５の動力出力軸であり、第５のモーター８−５の動力出力軸は、回転盤３を貫通して第３の駆動輪９−３とマッチングするように取り付けられ、第３の駆動輪９−３は、第１の内歯車１０−１の内歯と噛み合い、第１の内歯車１０−１及び第１の位置決めブロック１２−１は、何れも基部１に固定され、第１の位置決めブロック１２−１は、第１の内歯車１０−１内に位置し、第２の回転軸６−２の一端は、第１の位置決めブロック１２−１を貫通して基部１とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤３及び回路基板４は、第２の回転軸６−２に貫通されて第１の位置決めブロック１２−１の上表面に設置され、第２の回転軸６−２の他端は、第３の電気伝導スリップリング５−３の第３の回転子５−３−１とマッチングするように取り付けられる。実施例６の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例６の運転モードにおいては、前記第５のモーター８−５は、動力出力軸が回転するように駆動することで、第３の駆動輪９−３が回転する。第５のモーター８−５の動力出力軸は、回転盤３を貫通して第３の駆動輪９−３とマッチングするように取り付けられ、第３の駆動輪９−３が第１の内歯車１０−１の内歯と噛み合うので、回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転する。第３の電気伝導スリップリング５−３の固定子は、第２のハウシング２−２と固定接続し、第３の電気伝導スリップリング５−３の回転子５−３−１は、動力の第２の回転軸６−２に被装するように接続し、第２のリード線１２は、回路基板４に接続し、第３の電気伝導スリップリング５−３の回転子５−３−１と固定子との間の電気伝導リングがブラシとスライド接触することにより、第１のリード線１１と第２のリード線１２を電気的に接続する。よって、第１のリード線１１により慣性センサ４−３に対して給電したりデータを転送したりすることで、連続回転において電流及び電気信号の転送を実現し、連続回転時にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

実施例７
図２８，２９，３０，３１，３２に示すように、実施例７と実施例１の違いは、次の通りである：前記動力源アセンブリＤＺは、第６のモーター８−６と、第２の位置決めブロック１２−２と、第４の駆動輪９−４と、第２の内歯車１０−２と、第３の回転軸６−３とを備え、第６のモーター８−６は、回転盤３に設置され、前記動力出力軸６は、第６のモーター８−６の動力出力軸であり、第６のモーター８−６の動力出力軸は、回転盤３を貫通して第４の駆動輪９−４とマッチングするように取り付けられ、第４の駆動輪９−４は、第２の内歯車１０−２の内歯と噛み合い、第２の内歯車１０−２及び第２の位置決めブロック１２−２は、何れも基部１に固定され、第２の位置決めブロック１２−２は、第２の内歯車１０−２内に位置し、第３の回転軸６−３の一端は、第２の位置決めブロック１２−２を貫通して基部１とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤３及び回路基板４は、第３の回転軸６−３に貫通されて第２の位置決めブロック１２−２の上表面に設置され、前記回路基板４は、第３の無線受電モジュール４−１３と、第３の無線通信モジュール４−２３と、第３の無線受電コイル４−４３と、第３の絶縁シート４−５３と、第３のマイクロプロセッサ４−６３とを更に備え、前記第３の無線受電コイル４−４３は、第３の絶縁シート４−５３により回路基板４に取り付けられ、第３の無線受電コイル４−４３と第３の無線受電モジュール４−１３の対応する接続端は、電気的に接続し、前記第３の無線受電モジュール４−１３、第３の無線通信モジュール４−２３及び慣性センサ４−３は、それぞれ第３のマイクロプロセッサ４−６３の対応する接続端と電気的に接続する。実施例７の他の構造は、実施例１の構造と全く同じである。

実施例７の運転モードにおいては、前記第６のモーター８−６は、動力出力軸が回転するように駆動することで、第４の駆動輪９−４が回転する。第６のモーター８−６の動力出力軸は、回転盤３を貫通して第４の駆動輪９−４とマッチングするように取り付けられ、第４の駆動輪９−４が第２の内歯車１０−２の内歯と噛み合うので、回路基板４は、回転盤３と共に往復回転又は連続回転する。前記回路基板４には、第３の無線受電モジュール４−１３と、第３の無線通信モジュール４−２３と、第３の無線受電コイル４−４３と、第３の絶縁シート４−５３と、第３のマイクロプロセッサ４−６３とが更に設置されている。第３の無線受電コイル４−４３は、電磁気感応方式で外部の電磁感応信号を受信して第３の無線受電モジュール４−１３に入力し、第３の無線受電モジュール４−１３は、感応信号を直流電圧に変換して慣性センサ４−３、第３の無線通信モジュール４−２３及び第３のマイクロプロセッサ４−６３に出力し、前記第３のマイクロプロセッサ４−６３により慣性センサ４−３の測定値を読み取り、第３の無線通信モジュール４−２３に送信し、第３の無線通信モジュール４−２３は、無線の方式で測定値を外部の受信装置に送信する。無線によるこのような給電及び通信方式では、連続回転する際にリード線が巻きつくという問題を避けることができる。

前記無線受電モジュールとしては、型番がＢＱ５１０１３であり、ＴＩ社により製造された無線受電モジュール、又は、型番がＩＤＴＰ９０２１であり、ＩＤＴ社により製造された無線受電モジュールを優先して選択する。無線通信モジュールとしては、型番がＨＭ−０６であり、Ｊｉｎａｎ Ｈｕａｍａｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたブルートゥース（登録商標）モジュール、又は、型番がＨＣ−０６Ｈであり、Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ＨＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたブルートゥースモジュール、又は、型番がＺＭ２４１０であり、Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｚｈｉｙｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｃｏ．，ｌｔｄにより製造されたＺｉｇＢｅｅモジュールである無線通信モジュールを優先して選択する。前記マイクロプロセッサとしては、型番がＳＴＭ３２Ｆ０５１であり、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社により製造されたマイクロプロセッサ、又は、型番がＬＰＣ１１１４であり、ＮＸＰ社により製造されたマイクロプロセッサ、又は、型番がＭＳＰ４３０Ｆ１４９であり、ＴＩ社により製造されたマイクロプロセッサを優先して選択する。前記慣性センサは、型番がＭＰＵ６０５０であり、ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ社により製造された慣性センサ、又は、型番がＬＳＭ３３０Ｄであり、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社により製造された慣性センサ、又は、型番がＩＴＧ３２０５であり、ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ社により製造されたジャイロと型番がＡＤＸＬ３４５であり、ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ社により製造された加速度計を組み合わせた慣性センサを優先して選択する。

前記電気伝導スリップリングとしては、型番がＬＰＭＳ−０６Ａであり、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｊｉｎｐａｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたマイクロ電気伝導スリップリング、又は、型番がＭＭＣ１８２であり、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｍｏｆｌｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたマイクロ電気伝導スリップリングを優先して選択する。

当然ながら、上述した各モジュールに用いられる型番は、これらに限らず、他の型番のモジュールを用いても良い。前記絶縁シートは、無線受電コイルと回路基板との間にクロストークが生じることを防止する。

本発明における電気伝導スリップリングは、集電リングとも言われ、又は、回転ジョイント、回転電気インターフェース、スリップリング、コレクターリング、リフローリング、コイル、整流子、カップリングとも言われ、コンタクトスライド接続応用カテゴリーに属し、２つの相対回転機構の画像、データ信号及び動力伝達を実現するための精密送電装置である。

電気伝導スリップリングは、電気伝導リングのスライド接触、静電結合又は電磁結合を用い、静止構造と回転構造との間に電気信号及び電気エネルギーを伝送するための精密送電装置であり、無制限的な、連続的な又は断続的な３６０°の回転を提供し、多経路の回転動力、データ及び信号を提供することを求める全ての機械電力システムに幅広く用いられる。システム構造を大幅に簡素化し、リード線が回転プロセスにおいて挫き傷めることを避ける。

図３３及び図３４は、ユーザが同一のリング状の路線に沿って歩く際、ユーザの脚部又は靴に装着される、静止する慣性センサ及び回転する慣性センサによるそれぞれの動作軌道図であり、当該リング状の路線の出発点及び終了点が同じ位置にあり、一周の長さが約４００メートルである。

図３３に示すように、従来技術における静止する慣性センサは、ゼロ点ドリフトの誤差の影響により、推定針路と実際針路の誤差が時間の経過につれて絶えずに累積して大きくなり、最終の軌跡点と出発位置は、比較的な大きな誤差を有するようになる。図３４に示すように、本発明の慣性センサは、運転モードにおいて回転するので、多くの部分のゼロ点ドリフトの誤差が無くなり、推定針路と実際針路の誤差は、比較的小さい範囲に抑えられ、最終の軌跡点と出発位置は、ほぼ一致する。よって、ナビゲーションの精度を大幅に高めることができる。

慣性センサのジャイロが静止する場合、感知軸のＸ方向におけるゼロ点ドリフトの誤差が時間の経過につれて変化する曲線図（図３５に示すように）及び感知軸のＸ方向の推定するオフセット角が時間の経過につれて変化する曲線図（図３６に示すように）から分かるように、とても小さいゼロ点ドリフトの誤差（０．０１度／秒〜０．０２度／秒）であっても、積分後のＸ方向の推定するオフセット角が時間の経過につれて絶えずに広がり、１０００秒の時間が経つと、オフセット角が１５°になってしまう。

慣性センサのジャイロが回転する場合、感知軸のＸ方向におけるゼロ点ドリフトの誤差が時間の経過につれて変化する曲線図（図３７に示すように）及びＸ方向の推定するオフセット角が時間の経過につれて変化する曲線図（図３８に示すように）から分かるように、感知軸のゼロ点ドリフトの誤差の大きさ及び方向が周期的に変わることによって、積分後のＸ方向の推定するオフセット角が０．１°以内に抑えられる。

本発明による慣性センサに含まれるジャイロとしては、一般的なＭＥＭＳのジャイロを用いるだけで、１°／時間の針路精度に達することができ、パーソナルナビゲーションシステムに長時間の針路位置決め精度を提供することができ、ナビゲーションの精度が大幅に向上する。回転構造は、コストが比較的低いため、高価の高精度のジャイロの使用を避け、システムのコストが大幅に低下する。

上述した内容は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限せず、本発明の精神及び原則から逸脱しなければ、行われた如何なる補正、等価置換、改良等は、何れも本発明の保護請求の範囲に属する。

Claims (1)

1. 回路基板（４）と前記回路基板（４）上に配された慣性センサ（４−３）とを備える慣性センサ装置であって、
   基部（１）と、回転盤（３）と、動力源アセンブリ（ＤＺ）とを更に備え、
   前記回路基板（４）が前記回転盤（３）に取り付けられ、
   前記動力源アセンブリ（ＤＺ）が前記基部（１）に取り付けられ、
   前記回転盤（３）は、前記動力源アセンブリ（ＤＺ）の動力出力軸（６）に伝動接続し、
   前記回路基板（４）は、前記回転盤（３）と共に回転速度が１〜２００ＲＰＭの範囲内で往復回転又は連続回転し、
   前記慣性センサ装置は、運転モードにおいては、可動の監視目標に取り付けられ、前記慣性センサ（４−３）により収集された信号は、前記可動の監視目標の現在の地理位置を表示するために、パーソナルナビゲーションシステムに送信され、
   第１のハウジング（２−１）と、第１の電気伝導スリップリング（５−１）とを更に備え、前記第１のハウジング（２−１）は、逆さまのＬ型であり、前記第１のハウジング（２−１）の下部が前記基部（１）に固定され、前記第１の電気伝導スリップリング（５−１）は、前記第１のハウジング（２−１）の頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリ（ＤＺ）は、第２の減速装置（７−２）と、第２のモーター（８−２）とを備え、前記第２の減速装置（７−２）及び前記第２のモーター（８−２）は、何れも前記基部（１）に取り付けられ、前記第２の減速装置（７−２）及び前記第２のモーター（８−２）は、伝動接続し、前記動力出力軸（６）は、前記第２の減速装置（７−２）の動力出力軸であり、前記回転盤（３）は、前記第２の減速装置（７−２）の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記第１の電気伝導スリップリング（５−１）の第１の回転子（５−１−１）は、前記第２の減速装置（７−２）の動力出力軸と伝動接続し、又は、
   第２のハウジング（２−２）と、第３の電気伝導スリップリング（５−３）とを更に備え、前記第２のハウジング（２−２）は、逆さまのＬ型であり、前記第２のハウジング（２−２）の下部が前記基部（１）に固定され、前記第３の電気伝導スリップリング（５−３）は、前記第２のハウジング（２−２）の頂部に取り付けられ、前記動力源アセンブリ（ＤＺ）は、第５のモーター（８−５）と、第１の位置決めブロック（１２−１）と、第３の駆動輪（９−３）と、第１の内歯車（１０−１）と、第２の回転軸（６−２）とを備え、前記第５のモーター（８−５）は、前記回転盤（３）に設置され、前記動力出力軸（６）は、前記第５のモーター（８−５）の動力出力軸であり、前記第５のモーター（８−５）の動力出力軸は、前記回転盤（３）を貫通して前記第３の駆動輪（９−３）とマッチングするように取り付けられ、前記第３の駆動輪（９−３）は、前記第１の内歯車（１０−１）の内歯と噛み合い、前記第１の内歯車（１０−１）及び前記第１の位置決めブロック（１２−１）は、何れも前記基部（１）に固定され、前記第１の位置決めブロック（１２−１）は、前記第１の内歯車（１０−１）内に位置し、前記第２の回転軸（６−２）の一端は、前記第１の位置決めブロック（１２−１）を貫通して前記基部（１）とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤（３）及び前記回路基板（４）は、前記第２の回転軸（６−２）に貫通されて前記第１の位置決めブロック（１２−１）の上表面に設置され、前記第２の回転軸（６−２）の他端は、前記第３の電気伝導スリップリング（５−３）の第３の回転子（５−３−１）とマッチングするように取り付けられ、又は、
   前記回路基板（４）は、第１の無線受電モジュール（４−１１）と、第１の無線通信モジュール（４−２１）と、第１の無線受電コイル（４−４１）と、第１の絶縁シート（４−５１）と、第１のマイクロプロセッサ（４−６１）とを更に備え、前記第１の無線受電コイル（４−４１）は、前記第１の絶縁シート（４−５１）により前記回路基板（４）に取り付けられ、前記第１の無線受電コイル（４−４１）と前記第１の無線受電モジュール（４−１１）の対応する接続端は、電気的に接続し、前記第１の無線受電モジュール（４−１１）、前記第１の無線通信モジュール（４−２１）及び前記慣性センサ（４−３）は、それぞれ前記第１のマイクロプロセッサ（４−６１）の対応する接続端と電気的に接続し、又は、
   前記動力源アセンブリ（ＤＺ）は、第４の減速装置（７−４）と、第４のモーター（８−４）と、第１の回転軸（６−１）と、第２の駆動輪（９−２）とを備え、前記第４の減速装置（７−４）及び前記第４のモーター（８−４）は、何れも前記基部（１）に取り付けられ、前記第４の減速装置（７−４）と前記第４のモーター（８−４）は、伝動接続し、前記動力出力軸（６）は、前記第４の減速装置（７−４）の動力出力軸であり、前記第２の駆動輪（９−２）は、前記第４の減速装置（７−４）の動力出力軸に被装するように取り付けられ、前記回転盤（３）は、従輪であり、前記第２の駆動輪（９−２）は、前記回転盤（３）と噛み合い、前記第１の回転軸（６−１）は、前記基部（１）とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤（３）は、前記第１の回転軸（６−１）の回転とマッチングするように取り付けられ、前記回路基板（４）は、第２の無線受電モジュール（４−１２）と、第２の無線通信モジュール（４−２２）と、第２の無線受電コイル（４−４２）と、第２の絶縁シート（４−５２）と、第２のマイクロプロセッサ（４−６２）とを更に備え、前記第２の無線受電コイル（４−４２）は、前記第２の絶縁シート（４−５２）により前記回路基板（４）に取り付けられ、前記第２の無線受電コイル（４−４２）と前記第２の無線受電モジュール（４−１２）の対応する接続端は、電気的に接続し、前記第２の無線受電モジュール（４−１２）、前記第２の無線通信モジュール（４−２２）及び前記慣性センサ（４−３）は、それぞれ前記第２のマイクロプロセッサ（４−６２）の対応する接続端と電気的に接続し、又は、
   前記動力源アセンブリ（ＤＺ）は、第６のモーター（８−６）と、第２の位置決めブロック（１２−２）と、第４の駆動輪（９−４）と、第２の内歯車（１０−２）と、第３の回転軸（６−３）とを備え、前記第６のモーター（８−６）は、前記回転盤（３）に設置され、前記動力出力軸（６）は、前記第６のモーター（８−６）の動力出力軸であり、前記第６のモーター（８−６）の動力出力軸は、前記回転盤（３）を貫通して前記第４の駆動輪（９−４）とマッチングするように取り付けられ、前記第４の駆動輪（９−４）は、前記第２の内歯車（１０−２）の内歯と噛み合い、前記第２の内歯車（１０−２）及び前記第２の位置決めブロック（１２−２）は、何れも前記基部（１）に固定され、前記第２の位置決めブロック（１２−２）は、前記第２の内歯車（１０−２）内に位置し、前記第３の回転軸（６−３）の一端は、前記第２の位置決めブロック（１２−２）を貫通して前記基部（１）とマッチングするように取り付けられ、前記回転盤（３）及び前記回路基板（４）は、前記第３の回転軸（６−３）を貫通して前記第２の位置決めブロック（１２−２）の上表面に設置され、前記回路基板（４）は、第３の無線受電モジュール（４−１３）と、第３の無線通信モジュール（４−２３）と、第３の無線受電コイル（４−４３）と、第３の絶縁シート（４−５３）と、第３のマイクロプロセッサ（４−６３）とを更に備え、前記第３の無線受電コイル（４−４３）は、前記第３の絶縁シート（４−５３）により前記回路基板（４）に取り付けられ、前記第３の無線受電コイル（４−４３）と前記第３の無線受電モジュール（４−１３）の対応する接続端は、電気的に接続し、前記第３の無線受電モジュール（４−１３）、前記第３の無線通信モジュール（４−２３）及び前記慣性センサ（４−３）は、それぞれ前記第３のマイクロプロセッサ（４−６３）の対応する接続端と電気的に接続することを特徴とする慣性センサ装置。