JPH0231108A - 姿勢角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、周期的に揺動する物体の姿勢角を検出する
装置に関し、特に小形で安価且つ長寿命で信頼性の高い
姿勢角検出装置に関するものである。

し従来の技術］ 従来より、この種の装置としては、バーチカルジャイロ
又はペンシュラム（振り子）を用いて物体の姿勢角を検
出するものがある。

しかし、バーチカルジャイロは、回転体の回転軸を垂直
に保持して２次元の自由度を持たせるため、ジンバル等
の高精度の機械部品を必要とし、又、地球の自転に従っ
て回転軸を常に重力方向に追従（フォローアツプ）させ
るため、直立性の起立回路を必要とする。従って、寸法
や重量が大きく且つ構造が複雑となるため、信頼性が悪
く、又、寿命や価格の点で問題があった。

一方、高速回転する回転体に代わって重力振り子が取り
付けられるペンシュラムは、寿命や価格の点では問題と
ならないが、物体が旋回したときに、旋回加速度の影響
を直接性能に受けるため、旋回動作を含む物体の姿勢角
検出装置としては適当でない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の姿勢角検出装置は以上のように、バーチカルジャ
イロやペンシュラム等により姿勢角を検出しているので
、信頼性が悪く高価となる上、構造上の理由から揺動物
体の姿勢角を適切に検出できないという問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、小形で安価、且つ長寿命で信頼性の高い姿勢
角検出装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る姿勢角検出装置は、物体からの角速度入
力を角速度検出信号に変換する角速度センサと、角速度
検出信号を積分して姿勢角信号を出力する積分回路と、
姿勢角信号を平均化処理して角度誤差信号を出力する平
均値回路と、角度誤差信号を微分して角速度誤差信号を
出力する微分回路と、角速度検出信号と角速度誤差信号
との差をとって積分回路に入力するための減算器とを備
えたものである。

［作用］ この発明においては、小形で簡単な構成の角速度センサ
により角速度検出信号を得て、この角速度検出信号に基
づく姿勢角信号を平均化して積分回路の入力側に帰還し
、姿勢角信号に含まれるドリフト誤差やオフセット誤差
を補正する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

図において、（１）は船舶等の周期的に揺動する物体（
図示せず）に搭載されたガスレートセンサ等の角速度セ
ンサであり、物体からの角速度入力Ａを角速度検出信号
Ｂに変換している。尚、角速度センサ（１）は、必要に
応じて、物体の航走方向及び航走方向に直交する方向の
少なくとも一方に検出軸が配設されていることは言うま
でもない。

（２）は角速度検出信号Ｂを積分して姿勢角信号θを出
力する積分回路、（３）は姿勢角信号θを平均化処理し
て角度誤差信号Ｃを出力する平均値回路、（４）は角度
誤差信号Ｃを微分して角速度誤差信号りを出力する微分
回路、（５）は角速度検出信号Ｂと角速度誤差信号りと
の差をとって積分回路（２）に入力するための減算器で
ある。

第２図は姿勢角信号θ及び角度誤差信号Ｃを示す波形図
であり、Ｔｏは物体の揺動周期である。又、Ｔ、は角度
誤差信号Ｃがオフセット誤差Δθにほぼ一致するまでの
時間であり、揺動周期Ｔ０と比べて十分長い時間（ここ
では、揺動周期Ｔ０の６倍）に設定されている。第３図
はオフセット誤差Δθを補正するときに検出される姿勢
角信号θを示す波形図である。

次に、第２図及び第３図を参照しながら、第１図に示し
たこの発明の一実施例の動作について説明する。

流体中を浮遊又は流体上を航走している物体は、任意の
振幅及び周期で際限なく揺動し続けるので、物体の角速
度入力Ａに応じた角速度検出信号Ｂは例えば正弦波形と
なっている。

ここで、第１図の姿勢角検出装置を投入して電源電圧を
印加すると、積分回路（２）はｒ□、にリセットされた
後、角速度検出信号Ｂの積分を開始する。

このとき、積分回路（２）の起動タイミングが揺動振幅
の最小時であった場合、姿勢角信号θは第２図のように
なり、オフセット誤差Δθ（破線参照）を含んでいる。

一方、平均値回路（３）は、姿勢角信号θを積分して平
均値を求めると共に演算処理を行ない角度誤差信号Ｃを
出力する。この角速度誤差信号Ｃは、第２図の一点鎖線
で示すように時間Ｔの経過と共に徐々に姿勢角信号θの
振動中心に接近し、揺動周期Ｔ０より十分長い（例えば
、６倍の）時間Ｔ、経過後には、はぼオフセット誤差Δ
θと一致する。

次に、角度誤差信号Ｃは、微分回路（４）により角速度
検出信号Ｂに対応した角速度誤差信号りに変換され、減
算器（５）に入力される。減算器（５）は、角速度検出
信号Ｂがら角速度誤差信号りを減算し、オフセット誤差
Δθを補正した角速度検出信号を積分回路（２）に入力
する。

従って、積分回路（２）がら出力される姿勢角信号θは
、オフセット誤差Δθが次第に補正され、時間Ｔ、経過
後には、第３図のようにほぼ完全に補正された波形とな
る。

以下、角速度センサ（１）及び積分回路（２）にドリフ
ト誤差が生じても、平均値回路（３）及び微分回路（４
）が角速度誤差信号りを帰還しているので、姿勢角信号
θは常に自動的に補正され、オフセット誤差Δθなどを
含まない波形となる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、小形で軽量な角速度セ
ンサを物体に搭載し、角速度センサからの角速度検出信
号を積分して姿勢角信号を出力する積分回路と、姿勢角
信号を平均化処理して角度誤差信号を出力する平均値回
路と、角度誤差信号を微分して角速度誤差信号を出力す
る微分回路と、角速度検出信号と角速度誤差信号との差
をとって積分回路に入力するための減算器とを設け、姿
勢角信号を平均化して積分回路の入力側に帰還すること
により、ドリフト誤差やオフセット誤差を補正するよう
にしたので、小形で安価且つ長寿命で信頼性の高い姿勢
角検出装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図。 第２図はオフセット誤差を含む姿勢角信号を示す波形図
、第３図は補正時の姿勢角信号を示す波形図である。 （１）・・・角速度センサ　　（２）・・・積分回路（
３）・・・平均値回路　　　（４）・・・微分回路（５
）・・・減算器　　　　　Ａ・・・角速度入力Ｂ・・・
角速度検出信号　　Ｃ・・・角度誤差信号Ｄ・・・角速
度誤差信号　　θ・・・姿勢角信号向、図中、同一符号
は同−又は相当部分を示す。 第　１図 第２図 千４４眼ＩＳｌ［緩り１０仄）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体からの角速度入力を角速度検出信号に変換する角速
   度センサと、前記角速度検出信号を積分して姿勢角信号
   を出力する積分回路と、前記姿勢角信号を平均化処理し
   て角度誤差信号を出力する平均値回路と、前記角度誤差
   信号を微分して角速度誤差信号を出力する微分回路と、
   前記角速度検出信号と前記角速度誤差信号との差をとっ
   て前記積分回路に入力するための減算器とを備えた姿勢
   角検出装置。