JP7141094B2 - 電子コンパスを備える装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子コンパスを校正するための技術に関する。

近年、３軸の磁気センサを有する電子コンパス（以下、単に「電子コンパス」という）を備える装置が広く利用されている。例えば、スマートフォンの多くは電子コンパスを備え、電子コンパスにより測定した方角を地図の表示等に用いている。

電子コンパスが正確に方角を測定するためには、電子コンパスの周辺物に対する着磁による地磁気の方向の測定誤差を打ち消すために磁気センサの出力を補正するためのオフセット値を特定する必要がある。本願において、電子コンパスが備える磁気センサの出力を補正するためのオフセット値の特定を「電子コンパスの校正」と呼ぶ。

電子コンパスの校正に関する技術を開示した特許文献として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、３軸の磁気成分を所定周期で検出し、検出した３軸の磁気成分を各軸の座標成分とする３次元座標空間における距離に基づいて、校正に用いる磁気成分を母集団として選定して蓄積し、校正時に蓄積しておいた磁気成分の母集団を読み出して用いる電子コンパスが記載されている。

特開２０１２－２６４７号公報

電子コンパスの校正の方法として広く用いられている方法として、電子コンパスが備えるＺ軸の磁気センサの測定方向が鉛直方向となるように電子コンパスの姿勢を保ちながら鉛直方向の軸周りに電子コンパスを回転させ、続いて、電子コンパスが備えるＸ軸の磁気センサ（又はＹ軸の磁気センサ）の測定方向が鉛直方向となるように電子コンパスの姿勢を保ちながら鉛直方向の軸周りに電子コンパスを回転させ、それらの回転中に各磁気センサが測定した磁気が最大となる方向及び最小となる方向に基づき、オフセット値を算出する方法がある。以下、この方法を「２姿勢回転方法」と呼ぶ。

装置が電子コンパスを備える場合、その電子コンパスを２姿勢回転方法で校正するためには、電子コンパスを備える装置を２つの異なる姿勢で回転させる必要がある。ただし、電子コンパスを備える装置が大きい場合や重い場合は、電子コンパスの校正のために装置を２つの姿勢で回転させる作業は容易ではない。

本発明は、装置の大きさや重さにかかわらず、当該装置が備える電子コンパスを容易に校正する手段を提供することを目的とする。

上記の課題に鑑み、本発明は、基台と、３軸の磁気センサを有する電子コンパスと、外力を受けて、前記電子コンパスを第１の平面の上で保持する第１の位置と前記電子コンパスを前記第１の平面と交わる第２の平面の上で保持する第２の位置との間を移動し、外力を受けて前記第１の平面と垂直な軸周りに回転する保持部材とを備え、前記保持部材は、外力を受けて前記基台の上で前記第１の平面と垂直な軸周りに回転するターンテーブルと、外力を受けて前記ターンテーブルの上で前記第１の平面に沿った軸周りに回転するベースプレートとを有し、前記電子コンパスは前記ベースプレートに取り付けられている装置を第１の態様として提供する。

第１の態様に係る装置によれば、保持部材を第１の位置に移動して電子コンパスを第１の平面と垂直な軸周りに回転させ、保持部材を第２の位置に移動して電子コンパスを第１の平面と垂直な軸周りに回転させることで、装置の姿勢を変更することなく電子コンパスを２姿勢回転方法で校正することができる。また、第１の態様に係る装置によれば、保持部材に外力を加えて保持部材を第１の平面と垂直な軸周りに回転させることによって、装置全体を回転させることなく、電子コンパスを２姿勢回転方法で校正することができる。従って、装置の大きさや重さにかかわらず、電子コンパスの校正が容易に行われる。

第１の態様に係る装置において、前記保持部材が有する前記ターンテーブルに外力を与えて前記保持部材を前記第１の平面と垂直な軸周りに回転させる回転機構を備える、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様に係る装置によれば、ユーザは保持部材に外力を与えて保持部材を回転させる必要がない。

第２の態様に係る装置において、前記電子コンパスに対する校正のための磁気の測定の
開始と前記回転機構に対する前記保持部材を回転するための動作の開始とを指示し、前記電子コンパスによる校正のための磁気の測定が終了した場合、前記回転機構に対する前記保持部材を回転するための動作の終了を指示する指示装置を備える、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

第３の態様に係る装置によれば、ユーザは電子コンパスに対し校正のための磁気の測定の開始及び終了を指示する必要がない。

第１乃至第３のいずれかの態様に係る装置において、前記保持部材が有する前記ベースプレートに外力を与えて前記保持部材を前記第１の位置と前記第２の位置の間で移動させる移動機構を備える、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

第３の態様に係る装置において、前記保持部材が有する前記ベースプレートに外力を与えて前記保持部材を前記第１の位置と前記第２の位置の間で移動させる移動機構を備え、前記指示装置は前記移動機構に対する前記保持部材を移動するための動作を指示する、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

第４又は第５の態様に係る装置によれば、ユーザは保持部材に外力を与えて保持部材を第１の位置と記第２の位置の間で移動させる必要がない。

本願発明に係る装置によれば、装置の大きさや重さにかかわらず、装置が備える電子コンパスを２姿勢回転方法で容易に校正することができる。

一実施形態に係る装置を斜め上方から見た図。 一実施形態に係る、カバーが開かれた状態の装置を上から見た図。 一実施形態に係る装置の筐体が備える電子コンパス、保持部材、基台を斜め上から見た図。 一実施形態に係る装置の筐体が備える電子コンパス、保持部材、基台を斜め上から見た図。 従来技術に係る装置において、電子コンパスに校正を行わせるために装置全体が回転される状態を示した図。 一変形例に係る電子コンパスとその周辺の構成部を斜め上から見た図。 一変形例に係る電子コンパスとその周辺の構成部を斜め上から見た図。 一変形例に係る制御ユニットが行う処理のフローを示した図。 一変形例に係る制御ユニットが行う処理のフローを示した図。

以下に本発明の一実施形態に係る装置１を説明する。図１は、装置１を斜め上方から見た図である。装置１はドローンと通称される無人航空機である。装置１の筐体１０には開閉できるカバー１１が設けられている。

図２は、カバー１１が開かれた状態の装置１を上から見た図である。筐体１０の中には電子コンパス１２と、電子コンパス１２を保持する保持部材１３と、筐体１０に取り付けられ保持部材１３がその上に載せ置かれる基台１４が収容されている。

図３は、筐体１０から取り出した状態の電子コンパス１２、保持部材１３、基台１４を斜め上から見た図である。保持部材１３は板状の部材であるベースプレート１３１と、ヒンジ１３２を備える。ベースプレート１３１には電子コンパス１２が取り付けられている。

ヒンジ１３２は基台１４とベースプレート１３１を連結している。ヒンジ１３２により、ベースプレート１３１は基台１４の平坦面に沿った方向の軸周りに自由に回転することができる。ただし、ヒンジ１３２は所定の大きさ以上のトルクが軸周りに加えられない限り軸周りに回転しないトルクヒンジであり、ベースプレート１３１の平坦面が水平面と交わるようにユーザがヒンジ１３２の軸周りにベースプレート１３１を持ち上げた後にベースプレート１３１から手を離しても、ベースプレート１３１は手を離された位置に留まる。

図４は、ユーザによりベースプレート１３１がヒンジ１３２の軸周りに持ち上げられて、ベースプレート１３１の平坦面と基台１４の平坦面の角度が９０度となった状態を斜め上から見た図である。

図３に示した保持部材１３の位置を「第１の位置」と呼び、図４に示した保持部材１３の位置を「第２の位置」と呼ぶ。また、第１の位置の保持部材１３におけるベースプレート１３１の平坦面を「第１の平面」と呼び、第２の位置の保持部材１３におけるベースプレート１３１の平坦面を「第２の平面」と呼ぶ。この場合、第１の平面は水平面であり、第２の平面は水平面に垂直な平面である。

すなわち、保持部材１３は、外力を受けて、電子コンパス１２を第１の平面の上で保持する第１の位置と、電子コンパス１２を第２の平面の上で保持する第２の位置との間を移動する。

電子コンパス１２は、図３の状態、すなわち、第１の位置の保持部材１３に保持された状態において、図３に示す矢印Ｘの方向の磁気を測定する磁気センサ（以下、「磁気センサＸ」という）と、矢印Ｙの方向の磁気を測定する磁気センサ（以下、「磁気センサＹ」という）と、矢印Ｚの方向の磁気を測定する磁気センサ（以下、「磁気センサＺ」という）を有する。

電子コンパス１２が図４の状態、すなわち、第２の位置の保持部材１３に保持された状態においては、電子コンパス１２が有する磁気センサＸ、磁気センサＹ、磁気センサＺの磁気を測定する方向は、図４の矢印Ｘ、矢印Ｙ、矢印Ｚが示す方向となる。

ユーザは、例えば、図３の状態で、電子コンパス１２に設けられているボタン（図示略）を押す等の操作によって、電子コンパス１２に、磁気センサＸと磁気センサＹに関する校正のための磁気の測定の開始を指示する。その後、ユーザは、装置１を鉛直方向の軸周りに３６０度以上、回転させる。この場合、ユーザが装置１を回転させると、磁気センサＸと磁気センサＹが水平方向の磁気を測定しながら鉛直方向の軸周りに３６０度以上、回転することになる。

続いて、ユーザは電子コンパス１２に設けられているボタンを押す等の操作によって、電子コンパス１２に磁気センサＸと磁気センサＹに関する校正のための磁気の測定の終了を指示する。この指示に応じて、電子コンパス１２は測定した磁気に基づき磁気センサＸと磁気センサＹのオフセット値を算出する。

続いて、ユーザはベースプレート１３１を持ち上げ、保持部材１３を図４の状態とした後、電子コンパス１２に設けられているボタンを押す等の操作によって、電子コンパス１２に、磁気センサＺに関する校正のための磁気の測定の開始を指示する。その後、ユーザは、装置１を鉛直方向の軸周りに３６０度以上、回転させる。この場合、ユーザが装置１を回転させると、磁気センサＺが水平方向の磁気を測定しながら鉛直方向の軸周りに３６０度以上、回転することになる。

続いて、ユーザは電子コンパス１２に設けられているボタンを押す等の操作によって、電子コンパス１２に、磁気センサＺに関する校正のための磁気の測定の終了を指示する。この指示に応じて、電子コンパス１２は測定した磁気に基づき磁気センサＺのオフセット値を算出する。

その後、ユーザはベースプレート１３１を倒して、保持部材１３を図３の状態に戻した後、カバー１１を閉じる。これにより、２姿勢回転方法による電子コンパス１２の校正が行われる。

従来の装置においては、電子コンパスに磁気センサＸに関する校正を行わせるために、装置全体を図５に示すように水平方向の軸周りに９０度回転させた後、鉛直方向の軸周りに回転させる必要がある。装置が大きい場合や重い場合、この作業は容易ではない。

一方、本実施形態に係る装置１においては、装置１を水平方向の軸周りに９０度回転させる必要はなく、図１に示す状態の装置１を鉛直方向の軸周りに回転させるだけでよい。従って、装置１のユーザは電子コンパスの校正を容易に行うことができる。

［変形例］
上述した実施形態は様々に変形されてよい。以下にそれらの変形の例を示す。

（１）上述した実施形態において、電子コンパス１２の校正のために、ユーザは（ａ）保持部材１３を第１の位置と第２の位置の間で移動させる作業と、（ｂ）電子コンパス１２に校正のための処理の開始及び終了を指示する作業と、（ｃ）装置１全体を鉛直方向の軸周りに回転させる作業とを行う必要がある。これらの（ａ）～（ｃ）の作業の１以上を少なくとも一部を、装置１が行ってもよい。

図６及び図７はこの変形例に係る電子コンパス１２とその周辺の構成部を斜め上から見た図である。図６は保持部材１３が第１の位置にある状態を示しており、図７は保持部材１３が第２の位置にある状態を示している。

この変形例に係る装置１が備える保持部材１３は、ベースプレート１３１とヒンジ１３２に加え、ターンテーブル１３３を有する。ターンテーブル１３３は基台１４の上で鉛直方向の軸周りに自由に回転する板状の部材である。ターンテーブル１３３の側面にはラックが設けられている。この変形例において、ヒンジ１３２はベースプレート１３１とターンテーブル１３３を連結している。そのため、ターンテーブル１３３が回転すると、電子コンパス１２の取り付けられたベースプレート１３１がターンテーブル１３３と共に鉛直方向の軸周りに回転することになる。

この変形例に係る装置１は、さらに、モータ１５、モータ１６、制御ユニット１７、ターンテーブル１３３の回転角度を測定するセンサ（図示略）、ベースプレート１３１の回転角度を測定するセンサ（図示略）を備える。

モータ１５は、ターンテーブル１３３を鉛直方向の軸周りに回転させる。すなわち、モータ１５の回転軸にはピニオンが取り付けられており、ターンテーブル１３３の側面のラックにそのピニオンが噛み合わされている。従って、モータ１５の回転軸が回転すると、ターンテーブル１３３が回転する。モータ１５は、保持部材１３に外力を与え保持部材１３を第１の平面と垂直な軸周りに回転させる回転機構の一例である。なお、図６及び図７の例ではモータ１５はターンテーブル１３３に直接、駆動力を与えるが、モータ１５の駆動力がギアやベルト等の動力伝達系を介してターンテーブル１３３に伝達されてもよい。この場合、回転機構はモータ１５と動力伝達系により構成されることになる。

モータ１６は、ベースプレート１３１をヒンジ１３２の軸周りに回転させる。例えば、ヒンジ１３２のベースプレート１３１側のプレート（羽）に連結された軸を取り囲む筒状部材（軸筒）の外側面にはラックが設けられており、モータ１６の回転軸に取り付けられているピニオンと噛み合わされている。従って、モータ１６の回転軸が回転すると、ベースプレート１３１が回転する。モータ１６は、保持部材１３に外力を与え保持部材１３を第１の位置と第２の位置の間で移動させる移動機構の一例である。なお、図６及び図７の例ではモータ１６はヒンジ１３２を直接、駆動力を与えるが、モータ１６の駆動力がギアやベルト等の動力伝達系を介してヒンジ１３２に伝達されてもよい。この場合、移動機構はモータ１６と動力伝達系により構成されることになる。

制御ユニット１７は、電子コンパス１２に対する校正のための磁気の測定の開始及び終了の指示と、モータ１５及びモータ１６に対する運転の開始及び終了を指示する指示装置である。

図８Ａ及び図８Ｂは、制御ユニット１７が行う処理のフローを示した図である。制御ユニット１７は、例えばユーザによる指示や装置１が備えるセンサによる所定のイベントの検知等をトリガに、図８のフローに従う処理を行う。

まず、制御ユニット１７は、電子コンパス１２に対し、磁気センサＸと磁気センサＹに関する校正のための磁気の測定の開始を指示する（ステップＳ１０１）。続いて、制御ユニット１７は、モータ１５に運転の開始を指示する（ステップＳ１０２）。続いて、制御ユニット１７は、ターンテーブル１３３の回転角度を測定するセンサから出力される測定結果を示す信号に基づき、ターンテーブル１３３が３６０度回転したか否かを継続的に判定する（ステップＳ１０３）。制御ユニット１７は、ターンテーブル１３３が３６０度回転したと判定した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、モータ１５に運転の終了を指示する（ステップＳ１０４）。続いて、制御ユニット１７は、電子コンパス１２に対し、磁気センサＸと磁気センサＹに関する校正のための磁気の測定の終了を指示する（ステップＳ１０５）。この指示に応じて、電子コンパス１２は磁気センサＸと磁気センサＹのオフセット値を算出する。

続いて、制御ユニット１７は、モータ１６に運転の開始を指示する（ステップＳ２０１）。この場合、制御ユニット１７がモータ１６に与える指示は、ベースプレート１３１を第１の位置から第２の位置へ移動させる方向へ回転軸を回転する指示である。続いて、制御ユニット１７は、ベースプレート１３１の回転角度を測定するセンサから出力される測定結果を示す信号に基づき、ベースプレート１３１が９０度回転したか否かを継続的に判定する（ステップＳ２０２）。制御ユニット１７は、ベースプレート１３１が９０度回転したと判定した場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、モータ１６に運転の終了を指示する（ステップＳ２０３）。

続いて、制御ユニット１７は、電子コンパス１２に対し、磁気センサＺに関する校正のための磁気の測定の開始を指示する（ステップＳ３０１）。続いて、制御ユニット１７は、モータ１５に運転の開始を指示する（ステップＳ３０２）。続いて、制御ユニット１７は、ターンテーブル１３３の回転角度を測定するセンサから出力される測定結果を示す信号に基づき、ターンテーブル１３３が３６０度回転したか否かを継続的に判定する（ステップＳ３０３）。制御ユニット１７は、ターンテーブル１３３が３６０度回転したと判定した場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、モータ１５に運転の終了を指示する（ステップＳ３０４）。続いて、制御ユニット１７は、電子コンパス１２に対し、磁気センサＺに関する校正のための磁気の測定の終了を指示する（ステップＳ３０５）。この指示に応じて、電子コンパス１２は磁気センサＺのオフセット値を算出する。

続いて、制御ユニット１７は、モータ１６に運転の開始を指示する（ステップＳ４０１）。この場合、制御ユニット１７がモータ１６に与える指示は、ベースプレート１３１を第２の位置から第１の位置へ移動させる方向へ回転軸を回転する指示である。続いて、制御ユニット１７は、ベースプレート１３１の回転角度を測定するセンサから出力される測定結果を示す信号に基づき、ベースプレート１３１が９０度回転したか否かを継続的に判定する（ステップＳ４０２）。制御ユニット１７は、ベースプレート１３１が９０度回転したと判定した場合（ステップＳ４０２；Ｙｅｓ）、モータ１６に運転の終了を指示する（ステップＳ４０３）。

なお、この変形例に係る装置１は、保持部材１３を回転させる回転機構と保持部材１３を第１の位置と第２の位置の間で移動させる移動機構の両方を備えるものとしたが、装置１がこれらの一方のみを備えてもよい。例えば、装置１が回転機構を備え移動機構を備えない場合、ユーザはベースプレート１３１を起こしたり倒したりする作業を手動で行う必要があるが、装置１を回転させる作業を行う必要がない。

さらに、装置１が、保持部材１３を回転させる回転機構と保持部材１３を第１の位置と第２の位置の間で移動させる移動機構のいずれも備えない構成であってもよい。この場合、ユーザはベースプレート１３１を起こしたり倒したりする作業と、ターンテーブル１３３を回転させる作業を手動で行う必要があるが、装置１全体を回転させる作業を行う必要がない。

（２）装置１の種類は無人航空機に限られない。装置１の種類は、３軸磁気センサを有する電子コンパスを備える装置であれば、例えば船舶など、どのような種類の装置であってもよい。

（３）上述した実施形態においては、保持部材１３が第１の位置の状態で保持部材１３を鉛直方向の軸周りに回転し、磁気センサＸと磁気センサＹに関するオフセット値を算出した後、保持部材１３が第２の位置の状態で保持部材１３を鉛直方向の軸周りに回転し、磁気センサＺに関するオフセット値を算出するものとした。これに代えて、保持部材１３が第２の位置の状態で保持部材１３を鉛直方向の軸周りに回転し、磁気センサＺに関するオフセット値を算出した後、保持部材１３が第１の位置の状態で保持部材１３を鉛直方向の軸周りに回転し、磁気センサＸと磁気センサＹに関するオフセット値を算出してもよい。また、磁気センサＹに関するオフセット値の算出は、保持部材１３が第２の位置の状態で鉛直方向の軸周りに回転する際に測定された磁気に基づき算出されてもよい。

（４）上述した実施形態においては、第１の平面を水平面としたが、第１の平面は必ずしも水平面でなくてよい。また、上述した実施形態においては、第２の平面を第１の平面と垂直な平面としたが、第１の平面と第２の平面は９０度以外の角度で交わってもよい。

１…装置、１０…筐体、１１…カバー、１２…電子コンパス、１３…保持部材、１４…基台、１５…モータ、１６…モータ、１７…制御ユニット、１３１…ベースプレート、１３２…ヒンジ、１３３…ターンテーブル。

Claims (5)

1. 基台と、
   ３軸の磁気センサを有する電子コンパスと、
   外力を受けて、前記電子コンパスを第１の平面の上で保持する第１の位置と前記電子コンパスを前記第１の平面と交わる第２の平面の上で保持する第２の位置との間を移動し、外力を受けて前記第１の平面と垂直な軸周りに回転する保持部材と
   を備え、
   前記保持部材は、外力を受けて前記基台の上で前記第１の平面と垂直な軸周りに回転するターンテーブルと、外力を受けて前記ターンテーブルの上で前記第１の平面に沿った軸周りに回転するベースプレートとを有し、前記電子コンパスは前記ベースプレートに取り付けられている
   装置。
2. 前記保持部材が有する前記ターンテーブルに外力を与えて前記保持部材を前記第１の平面と垂直な軸周りに回転させる回転機構
   を備える請求項１に記載の装置。
3. 前記電子コンパスに対する校正のための磁気の測定の開始と前記回転機構に対する前記保持部材を回転するための動作の開始とを指示し、前記電子コンパスによる校正のための磁気の測定が終了した場合、前記回転機構に対する前記保持部材を回転するための動作の終了を指示する指示装置
   を備える請求項２に記載の装置。
4. 前記保持部材が有する前記ベースプレートに外力を与えて前記保持部材を前記第１の位置と前記第２の位置の間で移動させる移動機構
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記保持部材が有する前記ベースプレートに外力を与えて前記保持部材を前記第１の位置と前記第２の位置の間で移動させる移動機構を備え、
   前記指示装置は前記移動機構に対する前記保持部材を移動するための動作を指示する
   請求項３に記載の装置。

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