JPH0933279A

JPH0933279A - 距離計

Info

Publication number: JPH0933279A
Application number: JP20833895A
Authority: JP
Inventors: Tsunahisa Suzuki; 維久鈴木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体の静止状態を正確に判別し、正確な距
離を求めることができる距離計を提供する。【解決手段】加速度センサ５によって移動体の移動加
速度を検出し、ジャイロ１によって移動角速度を検出
し、この移動角速度に基づいて、重力加速度補正部８に
より加速度信号の重力加速度補正を行う。この補正後の
データに基づき、移動速度算出部９によってサンプリン
グ時間毎の移動速度データを求め、移動速度値が速度閾
値範囲内のときには静止状態判断部11によって静止状態
と判断し、この静止状態時を除く各サンプリング時間毎
の移動距離を積算して移動体の移動距離を求める。前記
速度閾値範囲は、閾値範囲変更設定部13により、移動体
の起動から停止までの１サイクル毎の移動速度値の最大
値が大きいときには大きく、移動速度値の最大値が小さ
いときには小さく変更設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサを備
えた距離計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、２点間の距離を測定する距離
計として、様々なものが知られており、その一例とし
て、移動体に設置されて、この移動体の移動加速度を検
出する加速度センサを備えた距離計が用いられている。
このような加速度センサを備えた距離計においては、加
速度センサによって検出される加速度検出値の時間積分
処理によってサンプリング時間毎の移動速度を求め、さ
らに、この移動速度値の時間積分処理によってサンプリ
ング時間毎の移動距離を求めて、測定開始から終了まで
の移動体の移動距離を求めるものである。

【０００３】しかしながら、前記加速度センサの検出信
号は、例えば図９の（ａ）に示すように、通常、センサ
オフセット信号や重力加速度成分を有しているため、こ
の加速度信号をそのまま時間積分処理して速度を求める
と、同図の（ｂ）に示すように、前記センサオフセット
信号や重力加速度成分の影響によって、速度が発散して
しまうといった問題があった。

【０００４】そこで、加速度検出信号に含まれる前記セ
ンサオフセット信号や重力加速度成分の影響を受けずに
距離を測定できる距離計の開発が要求され、例えば図５
に示す構成の距離計が提案された。この装置は、加速度
センサ５、ジャイロ１、オフセット除去部４（４ａ，４
ｂ）、ＡＤコンバータ３（３ａ，３ｂ）、ＣＰＵ（Cent
ral Processing Unit ）６を有して構成されており、Ｃ
ＰＵ６は、重力加速度補正部８、移動速度算出部９、静
止状態判断部11、移動距離算出部10を有して構成されて
いる。

【０００５】この装置においては、加速度センサ５と共
に、ジャイロ１（角速度センサ）が移動体に設置されて
おり、ジャイロ１は移動体の移動角速度を検出し、角速
度検出信号をオフセット除去部４ａに加える。

【０００６】オフセット除去部４ａは、ジャイロ１から
加えられる角速度検出信号に含まれているセンサオフセ
ット信号を除去するものであり、オフセット除去した角
速度検出信号をＡＤコンバータ３ａに加える。ＡＤコン
バータ３ａは、オフセット除去部４ａから加えられる角
速度のアナログ信号をデジタル量に変換し、ＣＰＵ６に
加える。

【０００７】また、この装置においては、加速度センサ
５の加速度検出信号がオフセット除去部４ｂに加えられ
るようになっている。オフセット除去部４ｂは、加速度
センサ５に含まれるセンサオフセット信号を除去するも
のであり、センサオフセット信号を除去した加速度検出
信号をＡＤコンバータ３ｂに加える。ＡＤコンバータ３
ｂは、加えられた加速度のアナログ信号をデジタル量に
変換し、ＣＰＵ６の重力加速度補正部８に加える。

【０００８】重力加速度補正部８は加速度センサによっ
て検出される加速度検出値から重力の加速度成分を除去
する重力補正を行う。この重力補正は、ジャイロ１によ
って検出される角速度検出信号に基づいて行われるもの
であり、この角速度検出信号を時間積分処理して角度デ
ータに変換し、この角度データに基づいて角速度検出信
号に重畳する重力加速度成分を取り除くものである。こ
の重力加速度補正を行うと、図９の（ａ）に示した加速
度検出信号は、例えば図６の（ａ），（ｂ）に示す加速
度信号波形となる。そして、重力加速度補正部８は、上
記のように重力加速度補正した加速度信号を移動速度算
出部９に加える。

【０００９】移動速度算出部９は、重力加速度補正部８
から加えられる加速度検出値の時間積分処理によってサ
ンプリング時間毎の移動速度を算出するものである。こ
の移動速度算出に際し、例えば図６の（ａ），（ｂ）に
示すように、移動速度算出用の閾値の上限値＋α_refと
−α_refとを設定し、加速度信号が−α_refから＋α
_refまでの範囲内のときには、同図の（ｃ）に示すよう
に、加速度信号の積分を行わず、加速度信号が−α_ref
から＋α_refまでの加速度閾値範囲から外れるときにの
み、前記時間積分処理を行ってサンプリング時間毎の移
動速度の算出を行うようにしている。

【００１０】それというのは、移動体が静止状態にある
ときや等速移動しているときには、そのときの加速度信
号は理論的にはゼロとなるはずであるが、実際には、信
号のドリフト等により多少の誤差が生じて加速度検出信
号がゼロとはならないことが多いために、前記加速度閾
値の上限および下限値を与え、この加速度閾値の範囲内
でゼロから多少ずれた加速度検出値の積分処理を行わな
いことにより、ドリフト等による誤差の影響を受けない
ようにしているのである。

【００１１】移動速度算出部９によって求められたサン
プリング時間毎の移動速度値は、静止状態判断部11と移
動距離算出部10とに加えられる。

【００１２】静止状態判断部11には、移動体が静止状態
か否かを判断するための速度閾値範囲が与えられてい
る。この速度閾値範囲は、例えば予め実験等により求め
て与えられるものであり、通常、図７に示すように、ゼ
ロ近辺の値（例えば−Ｖ_refから＋Ｖ_refまでの値）と
して与えられる。静止状態判断部11は、移動速度算出部
９で算出した移動速度値が前記速度閾値範囲内のときに
は静止状態と判断するものであり、移動速度値が閾値範
囲内であり、移動体が静止状態であると判断したときに
は、移動速度算出部９に速度データキャンセル信号を加
えて、そのときの速度データを強制的にゼロとする。

【００１３】なお、移動体が静止状態にあるときには、
移動体の移動速度値はゼロになるはずであるが、前記加
速度信号と同様に、信号のドリフト等により生じる誤差
や計算上の誤差によって、移動体が静止しているにもか
かわらず移動速度値がゼロとはならないことが多いため
に、前記速度閾値範囲を与えて、移動速度算出部９で算
出した移動速度値が設定される速度閾値範囲内のときに
は、移動体が静止状態であると判断し、そのときの速度
データを強制的にゼロとなるようにしている。

【００１４】移動距離算出部10は、移動速度算出部９で
算出した移動速度値の時間積分処理によってサンプリン
グ時間毎の移動距離を算出し、測定開始位置から測定終
了位置までの距離を、静止状態判断部11により判別され
た静止状態時を除く各サンプリング毎の移動距離を積算
して求めるものである。この提案の装置においては、静
止状態判断部11により移動体が静止状態と判断されたと
きには、そのときの速度データが強制的にゼロとされる
ために、移動距離算出部10は、必然的に静止状態時を除
く各サンプリング毎の移動距離を積算して、測定開始位
置から測定終了位置までの距離を求めることになる。

【００１５】以上のような距離計によれば、加速度検出
信号に含まれるセンサオフセット信号や重力加速度の補
正が行われ、しかも、加速度信号の検出値αが加速度閾
値範囲から外れる（｜α｜＞α_ref）ときにのみ加速度
検出値の積分処理を行って移動速度値を求め、この移動
速度値Ｖが速度閾値範囲から外れる（｜Ｖ｜＞Ｖ_ref）
ときにのみ移動速度値の積分処理を行って移動体の移動
距離算出を行うことにより、信号のドリフト等による誤
差や計算上の誤差の影響を受けることなく、移動体の移
動距離を求めることができるとされている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、移動体は、
通常、起動から停止までの１サイクル毎の移動の際に、
移動速度値が上昇していき、その後、停止するまでに減
速するために、移動速度値は、一度、速度閾値範囲を越
え、その後、再び速度閾値範囲内となるはずである。し
かしながら、図５に示した距離計においては、速度閾値
範囲は予め与えられた固定（一定）の値であるために、
例えば、図８の（ａ）に示すように、移動体が速度閾値
範囲内の低速で移動を行ったとき（｜Ｖ｜＜Ｖ_refのと
き）には、移動速度値が速度閾値範囲を一度も越えない
ことがあり、そうすると、静止状態判断部11が、移動体
は静止状態であると判断してしまう。そのため、このよ
うに、｜Ｖ｜がＶ_refを一度も越えなければ、移動体は
静止したままであると判断され、それにより、この距離
計を用いての移動距離の算出を行うことができなかっ
た。

【００１７】また、図８の（ａ）に示したように、移動
速度値の全てが予め与えられた速度閾値範囲内に入らな
いまでも、移動体が低速で移動するときには、移動速度
値の多くが速度閾値範囲内となり、そうすると、そのと
きは、全て、静止状態判断部11によって移動体が静止状
態であると判断されてしまい、速度データが強制的にゼ
ロとされてしまうために、正確に移動距離を求めること
はできない。

【００１８】そこで、静止状態判断部11に予め与える速
度閾値範囲を小さくし、Ｖ_refの値を小さくすることが
考えられるが、速度閾値範囲を小さくしすぎると、加速
度αの積分誤差等により、同図の（ｂ）に示すように、
一度速度閾値範囲を越えた移動速度値が、その後、速度
閾値範囲内に入らなくなることがある。そうすると、移
動体が静止しているにもかかわらず、静止状態判断部11
は、移動体の静止状態判断を行わずに、運動継続状態と
判断してしまうために、その分も含めた距離の積算が移
動距離算出部10によって行われ、距離が発散しまうとい
った問題があった。

【００１９】さらに、移動体は起動から停止までの１サ
イクル毎の移動速度値が常に同じ値であるとは限らず、
１サイクル毎に異なる移動速度で移動を行うことが多い
ため、予め与えられた速度閾値範囲内であるか否かによ
って移動体の静止状態を正確に判断することは難しく、
移動体の静止状態判断が正確に行えずに移動距離を求め
ると、移動体の移動距離を正確に求めることはできなか
った。

【００２０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、移動体の運動と静止状態
との判断を正確に行い、それにより、移動体の移動距離
を正確に求めることができる距離計を提供することにあ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成により、課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、本発明は、移動体に設
置されて該移動体の移動加速度を検出する加速度センサ
と、該加速度センサによって検出される加速度検出値の
積分処理によってサンプリング時間毎の移動速度を算出
する移動速度算出部と、該移動速度算出部で算出した移
動速度値が設定される速度閾値範囲内のときには静止状
態と判断する静止状態判断部と、前記移動速度算出部で
算出した移動速度値の積分処理によってサンプリング時
間毎の移動距離を算出し、測定開始位置から測定終了位
置までの距離を前記静止状態判断部により判別された静
止状態時を除く各サンプリング時間毎の移動距離を積算
して求める移動距離算出部を有する距離計であって、前
記移動体の起動から停止までの１サイクル毎の移動速度
値の最大値に対応させて移動速度値の最大値が大きくな
るにつれて前記速度閾値範囲を大きく設定し移動速度値
の最大値が小さくなるにつれて前記速度閾値範囲を小さ
く設定する閾値範囲変更設定部が設けられていることを
特徴として構成されている。

【００２２】上記構成の本発明において、静止状態判断
部により、移動速度算出部で算出した移動速度値が速度
閾値範囲内のときには静止状態と判断されるが、本発明
においては、閾値範囲変更設定部が設けられており、こ
の閾値範囲変更設定部によって、移動体の起動から停止
までの１サイクル毎の移動速度値の最大値に対応させ
て、移動速度の最大値が大きくなるにつれて前記速度閾
値範囲が大きく設定され、移動速度の最大値が小さくな
るにつれて前記速度閾値範囲が小さく設定される。

【００２３】そのため、速度閾値範囲を固定（一定）の
値としたときと異なり、本発明においては、移動体が低
速運動していても、速度閾値範囲を越えないことはな
く、そのため、静止状態であると過って判断されること
はないし、、移動体が高速移動を行った後に静止状態と
なったときに、信号のドリフト等の誤差により、移動速
度値が略ゼロとならなくても移動速度値が速度閾値範囲
内とならないことはなく、そのため、移動継続中である
と過って判断されたりすることもなくなる。

【００２４】このように、本発明においては、移動体の
起動から停止までの１サイクル毎の移動速度値の最大値
に対応させて上記のように閾値範囲を変更することによ
り、移動体の運動と静止状態との判断が正確に行えるよ
うになり、それにより正確な移動距離を求められるよう
にするといった上記課題が解決される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る距離計の一
実施形態例の要部構成がブロック図により示されてい
る。本実施形態例が図５に示した従来例と異なる特徴的
なことは、ＣＰＵ６に、閾値範囲変更設定部13を設け
て、移動体の運動と静止状態との判別をする基準となる
速度閾値範囲を変更できるようにしたことである。

【００２６】なお、本実施形態例においては、オフセッ
ト除去部４とＡＤコンバータ３との間に、カットオフ周
波数がＡＤコンバータ３のナイキスト周波数であるロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）２を設けており、圧電セラミッ
クを用いたジャイロ（振動ジャイロ）１の出力を、オフ
セット除去部４ａ、ＬＰＦ２を介してＡＤコンバータ３
ａに入射し、また、加速度センサ５の出力を、オフセッ
ト除去部４ｂ、ＬＰＦ２を順に介してＡＤコンバータ３
に加えるようにしている。

【００２７】本実施形態例において特徴的な閾値範囲変
更設定部13は、移動速度算出部９によって算出した移動
速度値を取り込み、移動体の起動から停止までの１サイ
クル毎の移動速度値の最大値に対応させて、移動速度値
の最大値が大きくなるにつれて、静止状態判断部11に与
える速度閾値範囲を大きく設定し、移動速度値の最大値
が小さくなるにつれて前記速度閾値範囲を小さく設定す
るものである。

【００２８】例えば、移動速度算出部９により算出し
た、移動体の起動から停止までの１サイクルの移動速度
値の速度データが、図２の特性線Ｐに示すようなデータ
であるときに、図３に示すように、この特性線Ｐの移動
速度値の最大値Ｖ_maxを求める。そして、速度閾値範囲
（−Ｖ_refから＋Ｖ_refまで）の｜Ｖ_ref｜を、例えば
次式（１）により求める。

【００２９】Ｖ_ref＝ａ・Ｖ_max・・・・・（１）

【００３０】なお、式（１）におけるａは、予め実験等
により求められる定数であり、０＜ａ＜１の適宜の値
（例えば0.1 ）に設定される。

【００３１】また、前記移動速度算出部９によって求め
られた１サイクルの速度データが、図２の特性線Ｑに示
すようなデータのときにも、前記と同様にして、特性線
Ｑの移動速度値の最大値Ｖ_max′を求め、この特性線Ｑ
に示すデータに対応する速度閾値範囲の｜Ｖ_ref′｜
も、前記と同様にして求めて設定する。このように、本
実施形態例においては、例えば、前記式（１）等を用い
て、移動体の起動から停止までの１サイクル毎の移動速
度値の最大値に定数ａを掛けて速度閾値範囲の絶対値を
設定することにより、移動速度値の最大値が大きくなる
につれて速度閾値範囲を大きく設定し、移動速度値の最
大値が小さくなるにつれて速度閾値範囲を小さく設定す
るようにしている。

【００３２】上記以外の本実施形態例の構成は従来例と
同様に構成されており、次に、本実施形態例の動作につ
いて説明する。本実施形態例の距離計においても、従来
例と同様に、加速度センサ５によって検出される加速度
信号の時間積分処理によってサンプリング時間毎の移動
速度の算出が行われ、このとき、ジャイロ１によって検
出される角速度検出信号に基づいて、従来例と同様に、
重力加速度補正部８による重力加速度の補正が行われ
る。また、オフセット除去部４によるセンサオフセット
信号の除去も行われる。

【００３３】そして、本実施形態例においても、移動速
度算出部９により算出される移動速度値が、静止状態判
断部11に与えられる速度閾値範囲内のときには静止状態
と判断され、移動距離算出部10によって、前記判別され
た静止状態時を除く各サンプリング時間毎の移動距離の
積算が行われるが、本実施形態例においては、静止状態
判断部11に与えられる速度閾値範囲が、移動体の起動か
ら停止までの１サイクル毎の移動速度値の最大値に対応
させて、図３に示したように、前記式（１）を用いて変
更設定される。

【００３４】例えば、同図に示すように、特性線Ｐのよ
うに、移動速度値の最大値が大きいときには速度閾値範
囲が大きく設定され、特性線Ｑのように、移動速度値の
最大値が小さいときには速度閾値範囲が小さく設定され
ることになる。

【００３５】そのため、本実施形態例においては、静止
状態判断部11に予め固定（一定）の速度閾値を与えて、
移動速度値が、この固定の速度閾値範囲内のときには静
止状態と判断していた従来例と異なり、例えば図８の
（ａ）に示したように、移動体が低速で移動しているに
もかかわらず、移動速度値が一度も速度閾値範囲を越え
ることがないために静止状態であると過って判断され
て、距離の算出ができなかったり、同図の（ｂ）に示す
ように、信号のドリフトや計算誤差により、静止状態で
あるにもかかわらず移動速度値が速度閾値を越えるため
に移動継続中であると判断されて、過って移動距離が求
められたりすることはない。

【００３６】そして、閾値範囲変更設定部13により変更
設定した速度閾値範囲内か否かによって、静止状態判断
部11により静止状態時の判別を行い、移動距離算出部10
によって、この静止状態時を除く各サンプリング時間毎
の移動距離を積算することにより、例えば、図４に示す
ように、移動体の移動時間に対応した移動距離が正確に
算出される。

【００３７】本実施形態例によれば、上記のように、移
動体の起動から停止までの１サイクル毎の移動速度値の
最大値に対応させて速度閾値範囲を変更設定することに
より、たとえ、移動体の前記１サイクル毎の移動速度が
様々に変更されても、その移動速度値に対応させて、移
動体の静止状態の判別を正確に行うことができるように
なり、それにより、非常に正確に移動体の移動距離を求
めることができる。

【００３８】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、
上記実施形態例は、ジャイロ１として、圧電セラミック
を使用した振動ジャイロにより形成したが、ジャイロ１
は必ずしも圧電セラミックを使用した振動ジャイロとす
るとは限らず、様々なジャイロ（角速度センサ）により
構成することができる。

【００３９】また、ジャイロ１は省略することもでき
る。ただし、ジャイロ１等の角速度センサを設けて、加
速度センサ５の重力加速度を補正することにより、重力
加速度成分の影響を受けることなく正確に距離を求める
ことができる距離計とすることができるために、ジャイ
ロ１等の角速度センサおよび重力加速度補正部８を設け
ることが望ましい。

【００４０】さらに、上記実施形態例では、閾値範囲変
更設定部13による閾値設定は、前記式（１）を用いて行
ったが、閾値範囲の設定は必ずしも式（１）を用いて行
うとは限らず、移動体の起動から停止までの１サイクル
毎の移動速度値の最大値に対応させて、移動速度値の最
大値が大きくなるにつれて、速度閾値範囲を大きく設定
し、移動速度値の最大値が小さくなるにつれて速度閾値
範囲を小さく設定すればよい。例えば、上記実施形態例
では、速度閾値範囲を±Ｖ_refの範囲内としたが、速度
閾値範囲を−Ｖ_ref１から＋Ｖ_ref２とするといったよ
うに、マイナス（−）側の閾値範囲の絶対値とプラス
（＋）側の閾値範囲の絶対値とを異なる値としてもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、移動体の静止状態の判
断に際し、移動体の起動から停止までの１サイクル毎の
移動速度値の最大値に対応させて、移動速度値の最大値
が大きくなるにつれて速度閾値範囲を大きく設定し、移
動速度値の最大値が小さくなるにつれて速度閾値範囲を
小さく設定し、移動速度値がこの可変設定される閾値範
囲内のときには静止状態と判断するようにしたものであ
るから、固定（一定）の速度閾値範囲を基準として静止
状態を判断する従来の距離計と異なり、移動体の移動速
度値に対応させて正確に静止状態の判別を行うことがで
きる。

【００４２】そのため、移動体の移動加速度を加速度セ
ンサによって検出し、その値を積分してサンプリング時
間毎の移動速度を求め、さらに移動速度値を積分処理し
てサンプリング時間毎の移動距離を求め、前記のように
して正確に判別した静止状態時を除く各サンプリング時
間毎の移動距離を積算することにより、正確に移動体の
移動距離を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る距離計の一実施形態例の要部構成
を示すブロック図である。

【図２】上記実施形態例の距離計によって求められる速
度データの一例を示すグラフである。

【図３】上記実施形態例における閾値範囲変更設定部に
よる閾値範囲設定動作の説明図である。

【図４】上記実施形態例の距離計によって求められる距
離データの一例を示すグラフである。

【図５】従来の加速度センサを用いた距離計の一例を示
すブロック説明図である。

【図６】重力補正した加速度データと、この加速度デー
タを用いて移動速度データを算出する動作の説明図であ
る。

【図７】図６の加速度データから求められる移動速度デ
ータを示すグラフである。

【図８】従来の距離計における問題点を示す説明図であ
る。

【図９】重力補正前の加速度データ（ａ）と、この加速
度データを用いて求めた移動速度データ（ｂ）を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ジャイロ５加速度センサ８重力加速度補正部９移動速度算出部 10 移動距離算出部 11 静止状態判断部 13 閾値範囲変更設定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体に設置されて該移動体の移動加速
度を検出する加速度センサと、該加速度センサによって
検出される加速度検出値の積分処理によってサンプリン
グ時間毎の移動速度を算出する移動速度算出部と、該移
動速度算出部で算出した移動速度値が設定される速度閾
値範囲内のときには静止状態と判断する静止状態判断部
と、前記移動速度算出部で算出した移動速度値の積分処
理によってサンプリング時間毎の移動距離を算出し、測
定開始位置から測定終了位置までの距離を前記静止状態
判断部により判別された静止状態時を除く各サンプリン
グ時間毎の移動距離を積算して求める移動距離算出部を
有する距離計であって、前記移動体の起動から停止まで
の１サイクル毎の移動速度値の最大値に対応させて移動
速度値の最大値が大きくなるにつれて前記速度閾値範囲
を大きく設定し移動速度値の最大値が小さくなるにつれ
て前記速度閾値範囲を小さく設定する閾値範囲変更設定
部が設けられていることを特徴とする距離計。