KR100612836B1 - 자장 이용 방법 및 장치 - Google Patents

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KR100612836B1
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Abstract

자장 이용 방법 및 장치가 개시된다. 이 방법은, 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내는 자장 데이타들을 공간상의 다른 방향들로 센서를 회전하면서 시간대별로 측정하여 저장하는 단계 및 저장된 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 진폭 및 옵셋을 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 자장의 외란의 작용 여부를 고가의 자장 계측 장치 없이 비교적 수월하게 판정할 수 있고, 이로 인해, 나침반을 장착한 이동체의 주위 환경에 대한 자장 정보가 미리 제공되지 않은 경우에도 이동체가 자장의 외란이 작용하는 환경에 위치하는 것을 감지할 수 있어, 이동체를 자장의 외란이 비교적 덜 작용하거나 작용하지 않은 장소로 스스로 이동시켜 그 이동체에 장착된 나침반의 방위각을 좀 더 정확하게 칼리브레이션할 수 있고, 이동에 따라 반복되는 나침반의 방위각을 실시간으로 칼리브레이션할 필요없이 최초의 한 번의 칼리브레이션으로 방위각을 정확히 보장할 수 있고, 그의 고유한 기능을 수행하기 이전에 그에 장착된 나침반의 방위각을 반드시 칼리브레이션해야 하는 이동체가 자장의 외란이 작용하는 환경 즉, 실내 또는 자성체가 있는 실외에서도 사용될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Description

자장 이용 방법 및 장치{Method and apparatus for using magnetic field}
도 1은 직선 자속의 환경하에서 자장 센서들에 의해 센싱된 자장값들을 이용하여 형성한 원을 나타내는 도면이다.
도 2는 직선 자속 환경하에서 자장 센서들에 의해 센싱된 이진수 형태의 자장값들을 이용하여 형성한 원을 나타내는 도면이다.
도 3은 자장의 외란이 작용할 때 자장 센서들에 의해 센싱된 이진수 형태의 자장값들을 이용하여 형성한 원을 나타내는 도면이다.
도 4는 이동 로봇의 주행 모습의 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 이동 로봇의 주행 모습의 다른 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 자장 이용 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 7는 제10 단계에서 측정되어 저장되는 자장 데이타들의 예시적인 파형도들이다.
도 8은 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 9는 기준 곡선과 자장 궤적간의 궤적 오차의 예시적인 도면이다.
도 10는 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 다른 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11은 기준 진폭과 기준 옵셋을 구하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 12은 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 플로우차트이다.
도 13은 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14는 자장의 외란이 작용하는 곡선 자속의 영역내에서 나침반을 부착한 이동체가 이동하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 15은 도 14에 도시된 바와 같이 이동체가 회전할 경우, 제132 단계에서 측정된 자장 데이타의 자장 궤적과 기준 곡선간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명에 의한 자장 이용 장치의 일 실시예의 블럭도이다.
도 17은 도 16에 도시된 자장 외란 검사부의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 블럭도이다.
도 18은 도 16에 도시된 자장 외란 검사부의 본 발명에 의한 다른 실시예의 블럭도이다.
도 19는 도 16에 도시된 자장 외란 검사부의 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 블럭도이다.
도 20은 본 발명에 의한 자장 이용 장치의 다른 실시예의 블럭도이다.
도 21은 후보 위치의 방향을 결정하는 후보 위치 결정부의 본 발명에 의한 일 실시예의 블럭도이다.
도 22는 후보 위치의 이동량을 결정하는 도 20에 도시된 후보 위치 결정부의 본 발명에 의한 다른 실시예의 블럭도이다.
도 23은 이동체의 주행 모습의 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 자장(magnetic field)의 이용에 관한 것으로서, 특히, 자장의 외란(disturbance)의 작용 여부를 검사하고 그 검사 결과를 이용하는 자장의 이용 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 이동 가능한 로봇(이하, 이동 로봇이라 한다.)(미도시)에 장착되어 그 로봇의 방위각을 인식하는 자장 나침반(magnetic compass)(이하, 나침반이라 한다.)(미도시)의 방위각을 칼리브레이션 (calibration)하는 종래의 칼리브레이션 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 이동 로봇에 장착되는 나침반은 그 로봇에서 발생하는 자장으로 인해 자신의 방위각이 왜곡되는 것을 줄이도록 칼리브레이션되어야 한다.
도 1은 직선 자속의 환경하에서 자장 센서들에 의해 센싱된 자장값들을 이용하여 x축 및 y축에 형성한 원을 나타내는 도면이다.
이동 로봇에 장착되는 나침반은 예를 들면 서로 직각으로 배치되는 두 개의 자장 센서들(미도시)을 마련하고 있다. 이동 로봇을 360°이상으로 회전시키면서 자장 센서들에 의해 센싱된 자장값들을 2차원 평면상에 투영하면 도 1에 도시된 바와 같은 원이 형성된다. 이 때, 나침반의 방위각은 도 1에 도시된 x축 또는 y축과 원위의 좌표가 이루는 각도에 해당한다.
도 2는 직선 자속 환경하에서 자장 센서들에 의해 센싱된 이진수 형태의 자장값들을 이용하여 x축 및 y축에 형성한 원을 나타내는 도면이다.
실제로, 자장 센서들에 의해 읽혀지고 디지탈 컴퓨터가 읽은 자장값들은 이진수 형태를 갖는다. 따라서, 센싱된 양수의 자장값들을 2차원 평면상에 투영하면, 도 2에 도시된 바와 같이 중심이 옵셋을 가질 수 있다. 이 때, 도 2에 도시된 중심의 옵셋은 자장의 외란이 작용할 때 야기될 수도 있다.
도 3은 자장의 외란이 작용할 때 자장 센서들에 의해 센싱된 이진수 형태의 자장값들을 이용하여 x축 및 y축에 형성한 원을 나타내는 도면이다.
만일, 자장의 외란이 작용하는 곡선 자속상에서 센싱된 이진수 형태의 자장값들을 2차원 평면상에 투영하면 도 3에 도시된 바와 같이 중심이 옵셋을 가지면서 원의 형태가 왜곡된다.
여기서, 나침반의 방위각을 칼리브레이션한다는 것은 도 2 또는 도 3에 도시된 중심의 왜곡이나 원 자체의 왜곡을 도 1에 도시된 원의 형태로 변환시키는 작업을 의미한다. 이를 위해, 종래의 칼리브레이션 방법은 일대일 대응 함수나 칼리브레이션 파라미터들을 사용한다. 그러나, 이동 로봇의 주위 환경이 그 로봇의 이동 에 따라 변하므로 특정한 일대일 대응 함수나 칼리브레이션 파라미터를 계속 사용할 수 없다.
도 4는 이동 로봇의 주행 모습의 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면으로서, 점선은 자속(magnetic flux)을 나타낸다.
일반적으로 종래의 칼리브레이션 방법은 칼리브레이션될 나침반이 현재 위치한 장소가 직선 자속이 우세하게 작용하는 곳이라고 가정한다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(4))에 장착된 나침반의 방위각은 직선 모양의 자속(이하, 직선 자속이라 한다.)이 우세한 소정 위치(2)에서 종래의 방법에 의해 칼리브레이션된 후, 화살표 방향으로 이동한다. 여기서, 직선 자속은 지구 자기장(Earth's magnetic field)하에서 나타난다. 그러나, 종래의 방법에 의해 칼리브레이션되는 나침반은 사람의 거주 환경인 실내 또는 주위에 철근 콘크리트 따위의 금속이 많은 실외에 위치할 수 있다. 이 경우, 금속 및 자성체를 띈 물체의 의해 자장이 왜곡되므로 종래의 방법이 수행될 때의 가정이 성립하지 않을 수 있다.
도 5는 이동 로봇의 주행 모습의 다른 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면이다.
직선 자속은 실내 또는 주위에 금속이 많은 실외에서 자장의 외란에 의해 곡선 자속으로 변형될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 곡선 자속내의 어느 위치(6)에서 이동 로봇(8)에 장착된 나침반의 방위각을 종래의 방법에 의해 칼리브레이션할 경우, 나침반의 방위각이 정확하게 칼리브레이션되지 않을 수도 있다. 이 로 인해, 칼리브레이션된 방위각은 이동 로봇의 방향을 정확히 반영하지 않을 수 있다.
칼리브레이션을 위해 사용되는 데이타인 나침반 데이타의 왜곡을 방지하기 위한 종래의 방법이 미국 특허 번호 US6,014,610에 개시되어 있다. 개시된 종래의 방법은 자장의 외란이 의심될 경우 일시적으로 나침반의 기능을 중단시키고, 이동체 자체의 자기 징후(magnetic signature)가 변할 때 나침반의 방위각을 다시 칼리브레이션한다. 이러한 종래의 방법은 자장의 외란이 작용하는 환경하에서 초래될 부정확한 칼리브레이션에 대한 별다른 대책을 제공하지 못하는 문제점을 갖는다.
나침반을 장착한 이동체가 이동할 때 변하는 주위 자장을 보정하여 실시간으로 칼리브레이션하는 종래의 다른 방법이 미국 특허 번호 US6,301,794에 개시되어 있다. 개시된 종래의 방법은 도 3에 도시된 원을 도 1에 도시된 바와 같이 변화시킬 수 있으나, 방위각 자체를 보정할 수 없는 문제점을 갖는다. 즉, 도 3에 도시된 왜곡된 원 상의 어느 점을 도 1에 도시된 원 상의 어느 점으로 일대일 대응시킬 수는 있으나 대응시킨 점이 옳은 방위각인지의 여부를 보장해줄 수 없다. 이로 인하여, 실시간으로 칼리브레이션하는 종래의 방법은 직선 자속으로 이루어진 자장 내에서 칼리브레이션하는 방법보다 방위각을 더 정확하게 획득할 수 없는 문제점을 갖는다.
게다가, 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 알기 위해서는 고가의 자장 계측 장치가 요구된다. 하지만, 고가의 자장 계측 장치를 이동 로봇에 장착할 경우, 이동 로봇의 실용화가 방해되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자장의 외란의 작용 여부를 간단히 검사할 수 있을 뿐만 아니라, 검사된 결과에 따라 나침반을 적절한 위치로 이동시켜 그 나침반의 방위각을 정확하게 칼리브레이션할 수 있는 자장 이용 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 자장의 외란의 작용 여부를 간단히 검사할 수 있을 뿐만 아니라, 검사된 결과에 따라 나침반을 적절한 위치로 이동시켜 그 나침반의 방위각을 정확하게 칼리브레이션할 수 있는 자장 이용 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 자장 이용 방법은, 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내는 자장 데이타들을 공간상의 다른 방향들로 센서를 회전하면서 시간대별로 측정하여 저장하는 단계 및 상기 저장된 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 진폭 및 옵셋을 이용하여 상기 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 자장 이용 장치는, 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내는 자장 데이타들을 공간상의 다른 방향들로 센서를 회전하면서 시간대별로 측정하는 자장 측정부와, 상기 측정된 자장 데이타들을 저장하는 저장부 및 상기 저장부에 저장된 상기 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 진폭 및 옵셋으로부터 상기 자장의 외란이 작 용하는가의 여부를 검사하는 자장 외란 검사부로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 자장 이용 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 자장 이용 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 자장 데이타들을 측정하여 저장하는 단계(제10 단계) 및 자장의 외란 작용 여부를 검사하는 단계(제12 단계)로 이루어진다.
본 발명에 의한 자장 이용 방법은 먼저, 자장 데이타들을 공간상의 다른 방향들로 센서를 회전하면서 시간대별로 측정하고, 측정된 자장 데이타들을 저장한다(제10 단계). 여기서, 자장 데이타들은 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내며, 자장 센서(이하, 센서라 한다.)들(미도시)에 의해 측정될 수 있다. 이 때, 센서들은 공간상에서 서로 다른 방향들에 위치하며, 예를 들면 플럭스 게이트(fluxgate) 센서에 해당한다. 예를 들면, 존재하는 두 개의 센서들은 서로에 대해 직각으로 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전술한 센서들은 자장 데이타들을 측정하기 위해, 소정의 각도 이상으로 회전될 수 있으며, 바람직하게는 360°또는 그 이상의 각도로 회전할 수 있다. 이러한 센서들이 이동 로봇이나 이동 차량 같은 이동체(미도시)에 장착되는 나침반(미도시)에 마련되면, 센서들 대신에 이동체가 회전된다.
도 7는 제10 단계에서 측정되어 저장되는 자장 데이타들의 예시적인 파형도들로서, 횡축은 자장의 크기를 측정한 시간을 나타내고 종축은 자장의 크기를 나타낸다. 여기서, 자장의 크기들은 0보다 큰 이진 데이타가 될 수 있으며, 센서들이 등속도로 회전할 경우 횡축은 센서들의 회전 각도가 될 수도 있다.
예를 들어, 자장의 크기를 측정하는 센서들이 두 개 존재한다고 가정하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 시간대별로 측정된 두 개의 자장 데이타들(Rx 및 Ry)이 저장될 수 있다. 여기서, 두 개의 자장 데이타들(Rx 및 Ry)은 사인파 형태의 자장 궤적을 형성한다.
제10 단계후에, 저장된 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 자장 궤적의 진폭 및 옵셋을 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사한다(제12 단계).
예를 들어, 두 개의 자장 데이타들(Rx 및 Ry)이 도 7와 같이 표현된다고 가정하여, 본 발명의 자장 이용 방법을 예시적으로 설명하지만 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 자장 데이타(Rx)에 의해 형성되는 자장 궤적의 진폭(Ax) 및 옵셋(Ox)을 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사할 수 있다. 여기서, 진폭(Ax)은 자장 데이타(Rx)의 최대값과 최소값의 평균값으로 정해지고, 옵셋(Ox)은 자장 데이타(Rx)의 최대값과 최소값의 중간값으로 정해진다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 자장 데이타(Ry)에 의해 형성되는 자장 궤적의 진폭(Ay) 및 옵셋(Oy)을 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사할 수 있다. 여기서, 진폭(Ay)은 자장 데이타(Ry)의 최대값과 최소값의 평균값으로 정해지고, 옵셋(Oy)은 자장 데이타(Ry)의 최대값과 최소값의 중간값으로 정해진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 자장 데이타들(Rx 및 Ry)에 의해 형성 되는 자장 궤적들의 진폭들(Ax 및 Ay) 및 옵셋들(Ox 및 Oy)을 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사할도 수 있다.
이하, 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 실시예들 각각에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 8은 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(12A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 궤적 오차의 평균값과 분산값중 적어도 하나를 구하는 단계(제30 ~ 제34 단계들) 및 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하는가에 따라 자장의 외란 작용 여부를 결정하는 단계(제36 ~ 제40 단계들)로 이루어진다.
도 8을 참조하면,시예에 의하면, 제10 단계에서 저장된 적어도 하나의 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 이용하여 사인파 형태의 적어도 하나의 기준 곡선을 계산한다(제30 단계). 예를 들면, 도 7의 경우, 자장 데이타(Rx)의 진폭(Ax)과 옵셋(Ox)을 이용하여 사인파 형태의 기준 곡선(
Figure 112003047669054-pat00001
)을 다음 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112003047669054-pat00002
여기서, θ는 도 7에 도시된 종축의 좌표를 나타낸다.
또한, 자장 데이타(Ry)의 진폭(Ay)과 옵셋(Oy)을 이용하여 사인파 형태의 기준 곡선(
Figure 112003047669054-pat00003
)을 다음 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112003047669054-pat00004
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기준 곡선은 제10 단계에서 저장된 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 이용하여 계산될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기준 곡선은 제10 단계가 수행되기 이전에 자장의 외란이 작용하지 않는 환경에서, 자장의 크기를 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정하여 구해질 수도 있다. 이 경우, 도 8에 도시된 제12A 단계는 제10 단계를 마련하지 않는다.
결국, 기준 곡선은 본 발명에 의한 자장 이용 방법이 수행되기 이전에 구해질 수도 있고, 본 발명이 수행되는 동안 제10 단계에서 구해질 수도 있다. 어느 경우이든지간에 본 발명에 적용되는 기준 곡선은 지구 자(기)장과 같은 직선 자속에서 측정된 자장 데이타로 형성되는 자장 궤적으로서 간주될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 자장 이용 방법이 전술한 센서들을 갖는 나침반을 장착하는 이동체에 적용될 경우, 기준 곡선은 이동체를 제조하는 회사에서 미리 측정되어 구해질 수도 있고 이동체가 사용되는 환경에서 측정된 자장 데이타의 진폭 및 옵셋으로부터 전술한 수학식 1 또는 2와 같이 구해질 수도 있다.
제30 단계후에, 제10 단계에서 측정된 자장 데이타에 의해 형성되는 자장 궤적과 사인파 형태의 기준 곡선간의 궤적 오차를 구한다(제32 단계).
도 9는 기준 곡선(42)와 자장 궤적(44)간의 궤적 오차(50, 52, 54, 56, 58 및 59)의 예시적인 도면으로서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 자장의 크기를 각각 나타낸다.
예를 들면, 자장 데이타들이 도 7와 같이 표현되고 기준 곡선이 전술한 수학식 1과 같이 표현될 경우, 자장 데이타(Rx)에 의해 형성되는 자장 궤적과 전술한 수학식 1과 같이 표현될 수 있는 기준 곡선(
Figure 112003047669054-pat00005
)간의 궤적 오차(ex)(50, 52, 54, 56, 58 및 59)를 다음 수학식 3과 같이 구한다.
Figure 112003047669054-pat00006
또는, 자장 데이타(Ry)에 의해 형성되는 자장 궤적과 전술한 수학식 2와 같이 표현될 수 있는 기준 곡선(
Figure 112003047669054-pat00007
)간의 궤적 오차(ey)(50, 52, 54, 56, 58 및 59)를 다음 수학식 4와 같이 구한다.
Figure 112003047669054-pat00008
제32 단계후에, 궤적 오차의 평균값과 분산값중 적어도 하나를 구한다(제34 단계). 예를 들어, 도 9에 도시된 궤적 오차(50, 52, 54, 56, 58 및 59)의 평균값또는/및 분산을 구한다.
제34 단계후에, 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하는가를 판단한다(제36 단계). 예컨대, 평균값이 평균 한도값을 초과하는가 및/또는 분산값이 분산 한도값을 초과하는가를 판단한다.
만일, 평균값이 평균 한도값을 초과하거나 분산값이 분산 한도값을 초과한다고 판단되면, 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정한다(제38 단계). 그렇지 않으면, 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정한다(제40 단계). 여기서, 평균값이 평균 한도값을 초과하거나 분산값이 분산 한도값을 초과한다는 것은 자장 궤적이 기준 곡선과 크게 다르다는 것을 의미한다. 따라서, 자장 데이타가 현재 측정된 장소는 자장의 외란이 작용하는 장소인 것으로 결정한다.
도 10는 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 다른 실시예(12B)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 진폭차 및 옵셋차중 적어도 하나를 이용하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 결정하는 단계(제62 ~ 제68 단계들)로 이루어진다.
도 10을 참조하면, 진폭 차 및 옵셋 차중 적어도 하나를 구한다(제62 단계). 여기서, 진폭 차란, 제10 단계에서 저장된 자장 데이타의 진폭과 기준 진폭간의 차를 의미한다. 또한, 옵셋 차란, 제10 단계에서 저장된 자장 데이타의 옵셋과 기준 옵셋간의 차를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기준 진폭과 기준 옵셋은 제10 단계가 수행되기 이전에 자장의 외란이 작용하지 않은 환경에서, 다른 위치들로 이동후에 자장의 크기를 시간대별로 측정하여 구해지는 기준 곡선상의 진폭 및 옵셋에 해당할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기준 진폭과 기준 옵셋은 다음과 같이 구 해질 수 있다.
도 11은 기준 진폭과 기준 옵셋을 구하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트로서, 테스트용 자장 데이타들을 측정하여 저장하는 단계(제78 단계), 저장된 테스트용 자장 데이타들중 해당하는 자장 데이타들을 선택하는 단계(제80 단계) 및 선택된 자장 데이타들중 평균값과 분산값이 모두 적은 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 기준 진폭과 기준 옵셋으로서 각각 결정하는 단계(제82 및 제84 단계들)로 이루어진다.
도 11을 참조하면, 공간상에서 테스트용 자장 데이타들을 소정 개수만큼 측정하고, 측정된 테스트용 자장 데이타들을 측정된 위치별로 저장한다(제78 단계). 여기서, 공간이란, 본 발명에 의한 자장 이용 방법이 적용되는 공간을 의미한다. 예를 들어, 본 발명에 의한 자장 이용 방법이 전술한 바와 같이 이동체에 적용된다면, 이동체가 사용되는 공간상에서 테스트용 자장 데이타들을 소정 개수만큼 측정하여 저장한다.
제78 단계후에, 측정된 위치별로 저장된 테스트용 자장 데이타들중 서로 비슷한 진폭과 옵셋을 갖는 테스트용 자장 데이타들을 선택한다(제80 단계). 이 때, 서로 비슷한 진폭과 옵셋을 갖는 테스트용 자장 데이타들의 측정된 위치들의 제1 그룹과 제2 그룹이 있다면, 제1 그룹과 제2 그룹중 자장 데이타를 많이 갖는 위치들의 그룹의 자장 데이타들을 선택한다. 왜냐하면, 지구 자기장은 어느 공간상에서나 자장의 외란보다 많이 분포할 가능성이 있기 때문이다.
제80 단계후에, 선택된 자장 데이타들 각각과 기준 곡선간의 궤적 오차의 평 균값 및 분산값을 구한다(제82 단계). 따라서, 선택된 자장 데이타들의 개수만큼의 평균값들과 그와 동일한 개수만큼의 분산값이 구해진다. 이 때, 제82 단계를 수행하기 위해 이용되는 기준 곡선은, 도 11에 도시된 방법이 수행되기 이전에 직선 자속 환경하에서 얻어진 자장 데이타로부터 형성될 수 있다.
제82 단계에서 구한 평균값과 분산값들중에서 상대적으로 적은 평균값과 분산값을 갖는 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 기준 진폭과 기준 옵셋으로서 각각 결정한다(제84 단계). 예컨대, 다른 자장 데이타에 비교하여, 비교적 적은 평균값과 비교적 적은 분산값을 갖는 자장 데이타의 진폭 및 옵셋을 기준 진폭과 기준 옵셋으로서 각각 결정한다.
한편, 제62 단계후에, 진폭 차 또는 옵셋 차가 그의 한도값을 초과하는가를 판단한다(제64 단계). 만일, 진폭 차가 진폭 한도값을 초과하거나 옵셋 차가 옵셋 한도값을 초과한다고 판단되면, 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정한다(제66 단계). 그렇지 않으면, 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정한다(제68 단계). 즉, 진폭 차가 진폭 한도값을 초과하거나 옵셋 차가 옵셋 한도값을 초과한다고 판단되면 자장 궤적이 기준 곡선과 크게 다르다는 것을 의미한다. 따라서, 자장 데이타를 현재 측정한 장소가 자장의 외란이 작용하는 장소인 것으로 결정한다(제66 단계).
도 12은 도 6에 도시된 제12 단계에 대한 본 발명에 의한 또 다른 실시예(12C)의 플로우차트로서, 궤적 오차의 평균값이나 분산값을 그의 한도값과 비교하는 단계(제100 ~ 제106 단계들), 진폭 차나 옵셋 차를 그의 한도값과 비교하 는 단계(제110 및 제112 단계들) 및 자장의 외란 작용 여부를 결정하는 단계(제108 및 제114 단계들)로 이루어진다.
도 12에 도시된 제100, 제102, 제104 및 제106 단계들 각각은 도 8에 도시된 제30, 제32, 제34 및 제36 단계들과 동일한 동작을 한다. 또한, 도 12에 도시된 제108, 제112 및 제114 단계들 각각은 도 10에 도시된 제66, 제64 및 제68 단계들과 동일한 동작을 한다. 따라서, 제100 ~ 제108 단계들, 제112 및 제114 단계들에 대한 설명은 생략한다.
도 10에 도시된 제62 단계는 제10 단계후에 수행되는 반면, 도 12에 도시된 제110 단계는 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하지 않을 때 수행된다. 이를 제외하면, 도 12에 도시된 제110 단계는 도 10에 도시된 제62 단계와 동일한 동작을 수행하므로, 제110 단계에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 도 12에 도시된 바와 달리, 제10 단계후에 제110 단계가 수행되고, 제110 단계가 수행된 후 제112 단계에서 진폭 차 또는 옵셋 차가 그의 한도값을 초과하는가를 판단한다. 이 때, 진폭 차 또는 옵셋 차가 그의 한도값을 초과한다고 판단되면, 제108 단계로 진행한다. 그러나, 진폭 차 또는 옵셋 차가 그의 한도값을 초과하지 않는다고 판단되면, 제114 단계로 진행하는 대신에 제100 단계로 진행할 수 있다. 이 때, 제100 단계후에, 제102 및 제104 단계들이 수행되고, 제104 단계후에 제106 단계가 수행된다. 이 때, 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과한다고 판단되면 제108 단계로 진행한다. 그러나, 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하지 않는다고 판단되면, 제114 단계가 수행된 다.
전술한 본 발명에 의한 자장 이용 방법 및 그의 실시예들은 전술한 센서들을 마련하는 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는데 적용될 수 있다. 여기서, 나침반은 전술한 이동체에 장착될 수 있으며, 공간상의 다른 위치들로 회전 가능한다. 이 때, 나침반이 이동체에 장착되지 않을 경우 나침반 자체가 회전하고, 나침반이 이동체에 마련되어 장착될 경우 이동체가 회전할 수도 있다.
이하, 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법을 첨부된 도 13을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 13은 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트로서, 자장 데이타들을 측정하여 저장하는 단계(제130 및 제132 단계들), 자장의 외란이 작용하는가를 검사하는 단계(제134 단계), 자장의 외란이 작용할 때 후보 위치를 계산하여 나침반을 이동시키는 단계(제138 ~ 제144 단계들) 및 방위각을 칼리브레이션하는 단계(제136 및 제146 단계들)로 이루어진다.
도 13에 도시된 제132 및 제134 단계들은 도 6에 도시된 제10 및 제12 단계들에 각각 해당하며, 동일한 기능을 수행하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 따라서, 제12 단계에 대한 실시예들이 제134 단계에 그대로 적용될 수 있다.
본 발명에 의한 자장 이용 방법은 먼저, 루프(loop) 횟수를 초기화시키고, 제132 단계로 진행한다(제130 단계).
제134 단계에서, 자장의 외란이 작용하지 않는다고 결정될 때, 제132 단계에 서 저장된 자장 데이타들중 적어도 하나를 이용하여 나침반의 방위각을 칼리브레이션한다(제136 단계). 예컨대, 적어도 하나의 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 칼리브레이션 파라미터로 결정하고, 결정된 칼리브레이션 파라미터를 이용하여 나침반의 방위각을 칼리브레이션한다.
그러나, 제134 단계에서 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 루프 횟수를 조정한다(제138 단계). 제138 단계후에, 조정된 루프 횟수가 소정값에 도달하였는가를 판단한다(제140 단계).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제130 단계에서 루프 횟수를 '0'으로 초기화시키고, 자장의 외란이 작용할 때 제138 단계에서 루프 횟수를 '1'만큼 증가시키며, 제140 단계에서 루프 횟수가 소정 횟수라는 소정값에 도달하였는가를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제130 단계에서 루프 횟수를 소정 횟수로 초기화시키고, 자장의 외란이 작용할 때 제138 단계에서 루프 횟수를 '1'만큼 감소시키며, 제140 단계에서 루프 횟수가 '0'이라는 소정값에 도달하였는가를 판단할 수 있다.
만일, 조정된 루프 횟수가 소정값에 도달하지 않았다고 판단되면, 나침반이 회전할 중심축의 후보 위치를 궤적 오차의 평균값, 자장 데이타의 진폭과 옵셋 및 기준 진폭 및 기준 옵셋을 이용하여 결정한다(제142 단계). 제142 단계후에, 결정된 후보 위치에 상응하여 나침반을 이동시키고 제132 단계로 진행한다(제144 단계).
이하, 후보 위치를 결정하는 본 발명에 의한 자장 이용 방법에 대해 다음과 같이 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
먼저, 제132 단계에서 자장 데이타들을 측정할 때 나침반을 회전시킨 중심축으로부터 후보 위치로 이동할 방향은, 궤적 오차의 평균값이 음이면 나침반이 가리키는 자북 방향의 오른쪽으로 결정하고, 궤적 오차의 평균값이 양이면 나침반이 가리키는 자북 방향의 왼쪽으로 결정한다. 여기서, 궤적 오차란, 제132 단계에서 측정된 자장 데이타로부터 형성된 자장 궤적에서 기준 곡선을 감산한 결과이다. 이 때, 이동할 방향(θT)은 다음 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003047669054-pat00009
여기서, θN은 나침반이 가리키는 자북 방향을 나타내고, n은 궤적 오차의 평균값이 양수일 경우에는 '0'으로 되고 궤적 오차의 평균값이 음수일 경우에는 '1'로 되는 변수이고, θ'는 나침반을 이동시킬 방향의 각도량을 나타내며 예를 들면 π/2가 될 수 있다.
따라서, n=0일 경우 후보 위치로 이동할 방향(θT)은 나침반이 가리키는 자북 방향(θN)보다 θ' 큰 방향 즉, 반시계 방향으로 θ' 더한 방향이 된다. 그러나, n=1일 경우 후보 위치로 이동할 방향(θT)은 나침반이 가리키는 자북 방향(θN)보다 θ' 작은 방향 즉, 시계 방향으로 θ' 더한 방향이 된다.
도 14는 자장의 외란이 작용하는 곡선 자속의 영역(152)내에서 나침반(154, 156, 158, 160, 162, 164, 166 또는 168)을 부착한 이동체가 이동하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 15은 도 14에 도시된 바와 같이 이동체가 회전할 경우, 제132 단계에서 측정된 자장 데이타의 자장 궤적(190)과 기준 곡선(192)간의 관계를 나타내는 도면으로서, 횡축은 시간(t)을 나타내고 종축은 자장의 크기를 각각 나타낸다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 이동체가 반시계 방향으로 회전할 경우, 이동체의 나침반(154, 156, 158, 160, 162, 164, 166 또는 168)이 가리키는 자북 방향(170, 172, 174, 176, 178, 180, 182 또는 184)은 곡선 자속의 방향과 일치한다. 이와 같이, 나침반이 가리키는 자북 방향은 직선 자속의 영역(150)내에서의 실제 자북 방향(186)과 다르다. 제132 단계에서, 이동체를 도 14에 도시된 회전 방향으로 회전시키면서 시간대별로 즉, 시간 t=0에서 시간 t=7까지 자장의 크기를 측정하면, 도 15에 도시된 바와 같이, 자장 데이타의 자장 궤적(190)이 구해질 수 있다. 여기서, 도 15에 도시된 자장 궤적(190)은 예를 들면, 자장 데이타(Rx 또는 Ry)로부터 구해질 수 있고 기준 곡선(192)은 전술한
Figure 112003047669054-pat00010
또는
Figure 112003047669054-pat00011
가 될 수 있다.
만일, 도 15에 도시된 바와 같이 자장 궤적(190)이 기준 곡선(192)보다 아래쪽에 분포한다고 가정하자. 즉, 전술한 궤환 오차의 평균값이 0보다 작다고 가정하면, 나침반이 가리키는 자북 방향의 왼쪽에 자장의 외란의 중심(151)이 있다. 따라서, 나침반을 자장의 외란의 중심(151)으로부터 멀어지도록 이동시켜야 한다. 이를 위해, 자장 데이타들을 측정할 때 나침반이 회전한 중심축으로부터 후보 위치로 이 동할 방향은, 나침반이 가리키는 자북 방향의 오른쪽으로 결정된다.
이 때, 진폭 차 및 옵셋 차에 소정 가중치들을 다음 수학식 6과 같이 승산하고, 승산된 결과를 나침반이 이동할 이동량(rT)으로서 결정할 수 있으며, 결정된 이동량(rT)은 후보 위치에 포함된다. 여기서, 진폭 차란 자장 데이타(Rx 또는 Ry)의 진폭(Ax 또는 Ay)으로부터 기준 진폭(Aex 또는 Aey)을 감산한 결과를 의미하고, 옵셋 차란 자장 데이타(Rx 또는 Ry)의 옵셋(Ox 또는 Oy)으로부터 기준 옵셋(Oex 또는 Oey)을 감산한 결과를 의미한다.
Figure 112003047669054-pat00012
Figure 112003047669054-pat00013
또는
여기서, k1, k2, k3 및 k4들은 소정 가중치들을 나타낸다.
한편, 루프 횟수가 소정값보다 큰 것으로 판단되면, 도 13에 도시된 자장 이용 방법에서 제132 단계가 수행된 횟수 만큼 저장된 자장 데이타들중에서, 기준 진폭. 기준 옵셋, 평균값 및 분산값들중 적어도 하나를 이용하여 선택한 적어도 하나의 자장 데이타를 이용하여 나침반의 방위각을 칼리브레이션한다(제146 단계). 여기서, 루프 횟수가 소정값보다 크다는 것은 소정값에 해당하는 횟수만큼 이동체를 이동해가면서 자장의 외란이 작용하지 않은 곳을 찾았으나 발견하지 못했다는 것을 의미한다. 즉, 제132 단계가 반복되는 동안에 측정되어 저장된 다수개의 자장 데이타들중에서, 기준 진폭과의 차이, 기준 옵셋과의 차이, 기준 곡선과의 궤적 오차의 평균값 및 분산값 순으로 우선순위를 두면서 되도록 상대적으로 작은 값을 갖는 자장 데이타를 선택하고, 선택한 자장 데이타를 이용하여 나침반을 칼리브레이션한다(제146 단계). 예컨대, 자장 데이타들 각각에 대해서 다음 수학식 7과 같은 값(B)을 계산하고, 가장 큰 값(B)을 갖는 자장 데이타를 이용하여 나침반을 칼리브레이션할 수도 있다.
Figure 112003047669054-pat00014
여기서, k5, k6, k7 및 k8들은 소정 가중치들로서, k 5〉k6〉k7〉k8이다.
도 13에 도시된 자장 이용 방법은 제130, 제138, 제140 및 제146 단계들을 마련하지 않을 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 의한 자장 이용 방법은 자장의 외란이 작용하지 않을 때만 나침반의 방위각을 칼리브레이션한다(제136 단계).
결국, 전술한 본 발명에 의한 자장 이용 방법은 이동체의 방위각을 인식하는데 사용되는 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 데에 이용될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 자장 이용 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 16은 본 발명에 의한 자장 이용 장치의 일 실시예의 블럭도로서, 자장 측정부(200), 저장부(202) 및 자장 외란 검사부(204)로 구성된다.
도 16에 도시된 자장 이용 장치는 도 6에 도시된 자장 이용 방법을 수행하는 역할을 한다.
도 6 및 도 16을 참조하면, 제10 단계를 수행하기 위해, 자장 측정부(200)와 저장부(202)가 마련된다. 여기서, 자장 측정부(200)는 자장 데이타들을 공간상의 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정한다. 이 때, 저장부(202)는 자장 측정부(200)에서 측정된 자장 데이타들을 저장한다.
제12 단계를 수행하기 위해, 자장 외란 검사부(204)는 저장부(202)에 저장된 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 자장 궤적의 진폭 및 옵셋으로부터 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사하고, 검사된 결과를 출력단자 OUT1을 통해 출력한다.
도 17은 도 16에 도시된 자장 외란 검사부(204)의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(204A)의 블럭도로서, 기준 곡선 계산부(210), 오차 계산부(212), 평균 및 분산 계산부(214), 제1 비교부(216) 및 제1 자장 외란 여부 결정부(218)로 구성된다.
도 17에 도시된 자장 외란 검사부(204A)는 도 8에 도시된 제12A 단계를 수행하는 역할을 한다.
도 8 및 도 17을 참조하면, 제30 단계를 수행하기 위해 기준 곡선 계산부(210)는 저장부(202)로부터 입력단자 IN1을 통해 입력한 자장 데이타의 진폭과 옵셋으로부터 기준 곡선을 예를 들면 전술한 수학식 1 또는 2와 같이 계산하고, 계산된 기준 곡선을 오차 계산부(212)로 출력한다.
이 때, 도 8에 도시된 제12A 단계가 전술한 바와 같이 제30 단계를 마련하지 않고, 자장의 외란이 작용하지 않는 환경에서 자장의 크기를 다른 위치들로 회전하 면서 시간대별로 측정하여 기준 곡선을 본 발명에 의한 자장 이용 방법이 수행되기 이전에 구한다고 하자. 이 경우, 도 17에 도시된 자장 외란 검사부(204A)는 기준 곡선 계산부(210)를 마련하지 않고, 오차 계산부(212)는 사전에 구해진 기준 곡선을 입력단자 IN2를 통해 입력할 수 있다.
제32 단계를 수행하기 위해, 오차 계산부(212)는 입력단자 IN1을 통해 저장부(202)로부터 입력한 자장 데이타에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나와 사인파 형태의 적어도 하나의 기준 곡선간의 궤적 오차를 계산하고, 계산된 궤적 오차를 평균 및 분산 계산부(214)로 출력한다. 이 때, 오차 계산부(212)는 기준 곡선을 기준 곡선 계산부(210)로부터 입력할 수도 있고 전술한 바와 같이 입력단자 IN2를 통해 입력할 수도 있다.
제34 단계를 수행하기 위해, 평균 및 분산 계산부(214)는 오차 계산부(212)로부터 입력한 궤적 오차의 평균값 및 분산값중 적어도 하나를 계산하고, 계산된 평균값 및 분산값중 적어도 하나를 제1 비교부(216)로 출력한다.
제36 단계를 수행하기 위해, 제1 비교부(216)는 평균 및 분산 계산부(214)로부터 입력한 계산된 평균값 또는 계산된 분산값을 그의 한도값과 비교하고, 비교된 결과를 제1 자장 외란 여부 결정부(218)로 출력한다.
제38 및 제40 단계들을 수행하기 위해, 제1 자장 외란 여부 결정부(218)는 제1 비교부(216)에서 비교된 결과에 응답하여 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 결정하고, 결정된 결과를 출력단자 OUT2를 통해 출력한다. 예컨대, 제1 비교부(216)에서 비교된 결과를 통해 평균값이 평균 한도값을 초과하거나 분산값이 분산 한도값을 초과하는 것으로 인식되면, 제1 자장 외란 여부 결정부(218)는 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정한다. 그렇지 않으면, 제1 자장 외란 결정부(218)는 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정한다.
도 18은 도 16에 도시된 자장 외란 검사부(204)의 본 발명에 의한 다른 실시예(204B)의 블럭도로서, 데이타 차감부(220), 제2 비교부(222) 및 제2 자장 외란 여부 결정부(224)로 구성된다.
도 18에 도시된 자장 외란 검사부(204B)는 도 10에 도시된 제12B 단계를 수행하는 역할을 한다.
도 10 및 도 18을 참조하면, 제62 단계를 수행하기 위해, 데이타 차감부(220)는 진폭 차 및 옵셋 차중 적어도 하나를 생성하고, 생성된 진폭 차 및 옵셋 차중 적어도 하나를 제2 비교부(222)로 출력한다. 즉, 데이타 차감부(220)는 저장부(202)로부터 입력단자 IN3을 통해 입력한 자장 데이타의 진폭으로부터 입력단자 IN4를 통해 입력한 기준 진폭을 차감하여 진폭 차를 생성한다. 또한, 데이타 차감부(220)는 저장부(202)로부터 입력단자 IN3을 통해 입력한 자장 데이타의 옵셋으로부터 입력단자 IN4를 통해 입력한 기준 옵셋을 차감하여 옵셋 차를 생성한다.
제64 단계를 수행하기 위해, 제2 비교부(222)는 데이타 차감부(220)로부터 진폭 차 및 옵셋 차중 적어도 하나를 입력하고, 입력한 진폭 차나 옵셋 차를 그의 한도값과 비교하며, 비교된 결과를 제2 자장 외란 여부 결정부(224)로 출력한다.
제66 및 제68 단계들을 수행하기 위해, 제2 자장 외란 여부 결정부(224)는 제2 비교부(222)에서 비교된 결과에 응답하여, 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 결정하고, 결정된 결과를 출력단자 OUT3을 통해 출력한다. 예컨대, 제2 비교부(222)로부터 입력한 비교된 결과를 통해 진폭 차가 진폭 한도값을 초과하거나 옵셋 차가 옵셋 한도값을 초과하는 것으로 인식되면, 제2 자장 외란 여부 결정부(224)는 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정한다. 그렇지 않으면, 제2 자장 외란 여부 결정부(224)는 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정한다.
도 19는 도 16에 도시된 자장 외란 검사부(204)의 본 발명에 의한 또 다른 실시예(204C)의 블럭도로서, 기준 곡선 계산부(230), 오차 계산부(232), 평균 및 분산 계산부(234), 제1 비교부(236), 제1 자장 외란 여부 검사부(238), 데이타 차감부(240), 제2 비교부(242) 및 제2 자장 외란 여부 결정부(244)로 구성된다.
도 19에 도시된 자장 외란 검사부(204C)는 도 12에 도시된 제12C 단계를 수행하는 역할을 한다.
도 12 및 도 19를 참조하면, 제100, 제102, 제104 및 제106 단계들을 각각 수행하는 도 19에 도시된 기준 곡선 계산부(230), 오차 계산부(232), 평균 및 분산 계산부(234) 및 제1 비교부(236)는 도 17에 도시된 기준 곡선 계산부(210), 오차 계산부(212), 평균 및 분산 계산부(214) 및 제1 비교부(216)에 각각 해당하며 동일한 기능을 수행하므로 설명을 생략한다. 여기서, 제108 단계를 수행하기 위해, 제1 자장 외란 여부 겸사부(238)는 제1 비교부(236)에서 비교된 결과를 통해 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하는 것으로 인식될 때, 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정한다. 또한, 제1 자장 외란 여부 겸사부(238)는 제1 비교부(236)에서 비교된 결과를 통해 평균값이나 분산값이 그의 한도값을 초과하지 않은 것으로 인 식될 때, 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정하는 대신에 데이타 차감부(240)가 제110 단계를 수행하도록 동작시키는 것을 제외하면, 제1 자장 외란 여부 검사부(218)와 동일한 동작을 수행한다.
또한, 제110 및 제112 단계들을 각각 수행하는 데이타 차감부(240) 및 제2 비교부(242)는 도 18에 도시된 데이타 차감부(220) 및 제2 비교부(222)와 동일한 기능을 수행하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 데이타 차감부(240)는 도 18에 도시된 데이타 차감부(220)와 달리, 제1 자장 외란 여부 결정부(238)에서 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정될 때 제110 단계를 수행한다. 이 때, 제2 자장 외란 여부 결정부(244)는 제2 비교부(242)에서 비교된 결과를 통해 진폭 차 또는 옵셋 차가 그의 한도값을 초과하지 않은 것으로 인식될 때, 자장의 외란이 작용하지 않은 것으로 결정하여 제114 단계를 수행하는 것을 제외하면, 제2 자장 외란 여부 검사부(224)와 동일한 동작을 수행한다. 이 때, 제2 자장 외란 여부 결정부(244)는 결정된 결과를 출력단자 OUT4를 통해 출력한다.
본 발명에 의하면, 평균 한도값, 분산 한도값, 진폭 한도값 및 옵셋 한도값들 각각은 실험적으로 구해질 수 있다.
이하, 도 16에 도시된 자장 이용 장치를 이용하여 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 본 발명의 자장 이용 장치의 실시예의 구성 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 20은 본 발명에 의한 자장 이용 장치의 다른 실시예의 블럭도로서, 자장 측정부(300), 저장부(302), 자장 외란 검사부(304), 루프 횟수 조정부(306), 제3 비교부(308), 후보 위치 결정부(310), 이동 제어부(312), 제1 및 제2 방위각 칼리브레이션부들(314 및 316)로 구성된다.
도 20에 도시된 자장 이용 장치는 도 13에 도시된 자장 이용 방법을 수행하는 역할을 한다.
도 13 및 도 20을 참조하면, 자장 측정부(300), 저장부(302) 및 자장 외란 검사부(304)는 도 16에 도시된 자장 측정부(200), 저장부(202) 및 저장 외란 검사부(204)와 동일한 역할을 수행하므로 이들에 대한 설명은 생략한다. 예컨대, 자장 측정부(300) 및 저장부(302)는 제132 단계를 수행하고, 자장 외란 검사부(304)는 제134 단계를 수행한다.
루프 횟수 조정부(306)는 제130 및 제138 단계들을 수행하는 역할을 한다. 즉, 제130 단계를 수행하기 위해, 루프 횟수 조정부(306)는 초기에 루프 횟수를 초기화시킨다. 제138 단계를 수행하기 위해, 루프 횟수 조정부(306)는 자장 외란 검사부(304)에서 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 루프 횟수를 조정하고, 조정된 루프 횟수를 제3 비교부(308)로 출력한다.
제140 단계를 수행하기 위해, 제3 비교부(308)는 루프 횟수 조정부(306)로부터 입력한 루프 횟수와 소정값을 비교하고, 비교된 결과를 후보 위치 결정부(310)로 출력한다.
제142 단계를 수행하기 위해, 제3 비교부(308)에서 비교된 결과에 응답하여, 후보 위치 결정부(310)는 나침반이 회전할 중심축의 후보 위치를 저장부(302)로부터 입력한 자장 데이타의 진폭과 옵셋, 자장 외란 검사부(304)로부터 입력한 평균 값, 입력단자 IN8을 통해 입력한 기준 진폭 및 기준 옵셋으로부터 결정하고, 결정된 결과를 이동 제어부(312)로 출력한다.
제144 단계를 수행하기 위해, 이동 제어부(312)는 후보 위치 결정부(310)로부터 입력한 결정된 후보 위치에 상응하여 나침반을 이동시키는 제어 신호를 출력단자 OUT5를 통해 출력한다. 따라서, 출력단자 OUT5를 통해 출력되는 제어 신호에 응답하여 나침반 또는 나침반을 장착한 이동체가 후보 위치에 포함된 방향과 이동량만큼 이동한다.
제136 단계를 수행하기 위해, 제1 방위각 칼리브레이션부(314)는 자장 외란 검사부(304)에서 검사된 결과를 통해 자장의 외란이 작용하지 않는다고 인식될 때, 저장부(302)에 저장된 자장 데이타들중 적어도 하나로부터 나침반의 방위각을 칼리브레이션하고, 칼리브레이션된 결과를 출력단자 OUT6을 통해 출력한다.
제146 단계를 수행하기 위해, 제2 방위각 칼리브레이션부(316)는 제3 비교부(308)로부터 입력한 비교된 결과를 통해 루프 횟수가 소정값에 도달하였다고 인식되면, 저장부(302)로 입력한 자장 데이타들중에서, 전술한 바와 같이 적절한 자장 데이타를 선택하고, 선택된 자장 데이타에 의해 나침반의 방위각을 칼리브레이션하며, 칼리브레이션된 결과를 출력단자 OUT7을 통해 출력한다. 여기서, 예를 들면 전술한 수학식 7과 같은 방법에 의해 적절한 자장 데이타가 선택될 수 있다. 이를 위해, 자장 데이타를 선택하기 위해, 제2 방위각 칼리브레이션부(316)는 입력단자 IN8을 통해 입력한 기준 진폭 및 기준 옵셋과, 자장 외란 검사부(304)로부터 입력한 평균값 및 분산값중 적어도 하나(322)를 이용할 수 있다.
만일, 도 13에 도시된 자장 이용 방법이 제130, 제138, 제140 및 제146 단계를 마련하지 않을 경우, 도 20에 도시된 자장 이용 장치는 루프 횟수 조정부(306), 제3 비교부(308) 및 제2 방위각 칼리브레이션부(316)를 마련하지 않는다. 이 경우, 후보 위치 결정부(310)는 자장 외란 검사부(304)에서 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 나침반이 회전할 중심축의 후보 위치를 결정한다.
도 21은 후보 위치의 방향을 결정하는 후보 위치 결정부(310)의 본 발명에 의한 일 실시예의 블럭도로서, 부호 검사부(330) 및 방향 정보 결정부(332)로 구성된다.
도 21을 참조하면, 부호 결정부(330)는 입력단자 IN9를 통해 자장 외란 검사부(304)로부터 입력한 평균값의 부호를 검사하고, 검사된 결과를 방향 정보 결정부(332)로 출력한다. 이 때, 방향 정보 결정부(332)는 자장 측정부(300)에서 자장 데이타들을 측정할 때 나침반이 회전한 중심축으로부터 후보 위치로 이동할 방향에 대한 방향 정보를 부호 검사부(330)에서 검사된 결과에 응답하여 결정하고, 결정된 방향 정보를 후보 위치에 포함시켜 출력단자 OUT8을 통해 이동 제어부(312)로 출력한다. 여기서, 평균값이란 전술한 바와 같이, 자장 궤적으로부터 기준 곡선을 감산한 결과인 궤적 오차의 평균에 해당한다.
도 22는 후보 위치의 이동량을 결정하는 도 20에 도시된 후보 위치 결정부(310)의 본 발명에 의한 다른 실시예의 블럭도로서, 승산부(350)로 구성된다.
도 22에 도시된 승산부(350)는 자장 외란 검사부(304)로부터 입력한 진폭 차 및 옵셋 차에 소정 가중치들을 전술한 수학식 6과 같이 승산하고, 나침반이 이동할 이동량으로서 승산된 결과를 후보 위치에 포함시켜 출력단자 OUT9를 통해 이동 제어부(312)로 출력한다.
도 23은 이동체의 주행 모습의 예시적인 모습을 2차원적으로 나타내는 도면으로서, 점선은 자속을 나타낸다.
전술한 본 발명에 의한 자장 이용 방법 및 장치에 의해 나침반의 방위각을 칼리브레이션할 경우, 이동체(400)가 최초에 곡선 자속에 위치하는 것을 감지한다. 이 때, 곡선 자속에 위치하는 것으로 감지된 이동체(400)를 직선 자속이 존재하는 위치(404)로 이동시킨다. 이 때, 직선 자속으로 이동된 이동체(402)의 방위각을 임의의 직선 자속상의 위치(404)에서 칼리브레이션한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자장 이용 방법 및 장치는 자장의 외란의 작용 여부를 고가의 자장 계측 장치 없이 비교적 수월하게 판정할 수 있고, 이로 인해, 나침반을 장착한 이동체의 주위 환경에 대한 자장 정보가 미리 제공되지 않은 경우에도 이동체가 자장의 외란이 작용하는 환경에 위치하는 것을 감지할 수 있어, 이동체를 자장의 외란이 비교적 덜 작용하거나 작용하지 않은 장소로 스스로 이동시켜 그 이동체에 장착된 나침반의 방위각을 좀 더 정확하게 칼리브레이션할 수 있고, 이동에 따라 반복되는 나침반의 방위각을 실시간으로 칼리브레이션할 필요없이 최초의 한 번의 칼리브레이션으로 방위각을 정확히 보장할 수 있고, 그의 고유한 기능을 수행하기 이전에 그에 장착된 나침반의 방위각을 반드시 칼리브레이션해야 하는 이동체가 자장의 외란이 작용하는 환경 즉, 실내 또는 자성체가 있는 실외에서도 사용될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (23)

  1. (a) 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내는 자장 데이타들을 공간상의 다른 방향들로 센서를 회전하면서 시간대별로 측정하여 저장하는 단계;
    (b) 상기 저장된 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 진폭 및 옵셋을 이용하여 상기 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사하는 단계;
    (c) 상기 검사 결과 자장의 외란이 작용하지 않을 때까지, 나침반의 후보 위치를 결정하여 상기 결정된 후보 위치로 상기 나침반을 이동시키며 상기 (a)단계 및 (b)단계를 반복하는 단계;
    (d) 자장의 외란이 작용하지 않는 경우, 상기 (a)단계에서 저장된 자장 데이터들을 이용하여 상기 나침반의 방위각을 칼리블레이션하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 자장 궤적들중 상기 적어도 하나와 사인파 형태의 적어도 하나의 기준 곡선간의 궤적 오차를 구하는 단계;
    (b2) 상기 궤적 오차의 평균값과 분산값중 적어도 하나를 구하는 단계;
    (b3) 상기 평균값이나 상기 분산값이 평균 한도값이나 분산 한도값을 초과하는가를 판단하는 단계; 및
    (b4) 상기 평균값이 상기 평균 한도값을 초과하거나 상기 분산값이 상기 분산 한도값을 초과한다고 판단되면, 상기 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준 곡선은
    상기 (a) 단계가 수행되기 이전에 상기 자장의 외란이 작용하지 않는 환경에서 상기 자장의 크기를 상기 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정하여 구해지는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b5) 상기 (a) 단계에서 저장된 상기 자장 데이타의 상기 진폭과 상기 옵셋을 이용하여 상기 기준 곡선을 계산하고, 상기 (b1) 단계로 진행하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  5. 제1 또는 제2 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b6) 상기 (a) 단계에서 저장된 상기 자장 데이타의 진폭 및 옵셋과 기준 진폭 및 기준 옵셋간의 진폭 차 및 옵셋 차중 적어도 하나를 구하는 단계;
    (b7) 진폭 차 또는 상기 옵셋 차가 진폭 한도값 또는 옵셋 한도값을 초과하는가를 판단하는 단계; 및
    (b8) 상기 진폭 차가 상기 진폭 한도값을 초과하거나 상기 옵셋 차가 상기 옵셋 한도값을 초과한다고 판단되면, 상기 자장의 외란이 작용하는 것으로 결정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 기준 진폭과 상기 기준 옵셋을 구하는 상기 자장 이용 방법은,
    상기 (a) 단계가 수행되기 이전에 상기 자장의 외란이 작용하지 않은 환경에서 상기 자장의 크기를 상기 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정하여 구해지는 기준 곡선상의 진폭 및 옵셋에 해당하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 기준 진폭과 상기 기준 옵셋을 구하는 자장 이용 방법은,
    공간상에서 테스트용 자장 데이타들을 소정개수만큼 측정하여 저장하는 단계;
    상기 저장된 상기 테스트용 자장 데이타들중 서로 비슷한 진폭과 옵셋을 갖는 테스트용 자장 데이타들을 선택하는 단계;
    상기 선택된 자장 데이타들 각각과 상기 기준 곡선간의 궤적 오차의 평균값 및 분산값을 구하는 단계; 및
    상기 평균값과 분산값들중에서 상대적으로 적은 평균값과 분산값을 갖는 자장 데이타의 진폭과 옵셋을 상기 기준 진폭과 상기 기준 옵셋으로서 각각 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서, 상기 (c)단계는
    상기 (b) 단계에서 상기 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 상기 나침반이 회전할 중심축의 후보 위치를 상기 자장 데이타의 진폭과 위상, 상기 평균값, 상기 기준 진폭 및 상기 기준 옵셋을 이용하여 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 후보 위치에 상응하여 상기 나침반을 이동시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 (c)단계는
    루프 횟수를 초기화시키고 상기 (a) 단계로 진행하는 단계;
    상기 (b) 단계에서 상기 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 상기 루프 횟수를 조정하는 단계; 및
    상기 루프 횟수가 소정값에 도달하였는가를 판단하고, 상기 루프 횟수가 상기 소정값에 도달하지 않았다고 판단되면 상기 후보 위치 결정 단계로 진행하는 단계를 포함하고,
    상기 (d)단계는
    상기 루프 횟수가 상기 소정값에 도달하였다고 판단되면, 상기 (a) 단계에서 저장된 상기 자장 데이타들중에서, 상기 기준 진폭. 상기 기준 옵셋, 상기 평균값 및 상기 분산값들중 적어도 하나를 이용하여 선택한 적어도 하나의 자장 데이타를 이용하여 상기 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 후보위치 결정단계는
    상기 나침반이 회전한 중심축으로부터 상기 후보 위치로 이동할 방향을, 상기 평균값이 음이면 상기 나침반이 가리키는 자북 방향의 오른쪽으로 결정하고, 상기 평균값이 양이면 상기 자북 방향의 왼쪽으로 결정하며,
    상기 평균값은 상기 자장 궤적으로부터 상기 기준 곡선을 감산한 결과인 상기 궤적 오차의 평균에 해당하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  13. 제10 항에 있어서, 상기 후보위치 결정단계는
    상기 진폭차 및 상기 옵셋차에 소정 가중치들을 승산하고, 상기 승산된 결과를 상기 나침반이 이동할 이동량으로서 결정하고, 결정된 이동량을 상기 후보 위치에 포함시키는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  14. 서로 다른 방향들에서의 자장의 크기들을 각각 나타내는 자장 데이타들을 공간상의 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정하는 자장 측정부;
    상기 측정된 자장 데이타들을 저장하는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 상기 자장 데이타들에 의해 형성되는 자장 궤적들중 적어도 하나의 진폭 및 옵셋으로부터 상기 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 검사하는 자장 외란 검사부;
    상기 검사결과 외란이 작용하는 경우, 외란이 작용하지 않을 때까지 나침반의 후보 위치를 결정하여 상기 결정된 후보 위치로 상기 나침반을 이동시키는 이동 제어부; 및
    외란이 작용하지 않는 경우, 상기 저장부에 저장된 자장 데이터들을 이용하여 상기 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 방위각 칼리브레이션부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 자장 외란 검사부는
    상기 자장 궤적들중 상기 적어도 하나와 사인파 형태의 적어도 하나의 기준 곡선간의 궤적 오차를 계산하는 오차 계산부;
    상기 궤적 오차의 평균값 및 분산값중 적어도 하나를 계산하는 평균 및 분산 계산부;
    상기 계산된 평균값 및 상기 계산된 분산값중 적어도 하나를 평균 한도값 및 분산 한도값과 각각 비교하는 제1 비교부; 및
    상기 제1 비교부에서 비교된 결과에 응답하여 상기 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 결정하는 제1 자장 외란 여부 결정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준 곡선은
    상기 자장의 외란이 작용하지 않는 환경에서 상기 자장의 크기를 상기 다른 위치들로 회전하면서 시간대별로 측정하여 사전에 구해지는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 자장 외란 검사부는
    상기 저장부에 저장된 상기 자장 데이타의 상기 진폭과 상기 옵셋으로부터 상기 기준 곡선을 계산하는 기준 곡선 계산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  18. 제14 항 또는 제15 항에 있어서, 상기 자장 외란 검사부는
    상기 저장부에 저장된 상기 자장 데이타의 진폭 및 옵셋으로부터 기준 진폭 및 기준 옵셋을 각각 차감한 결과인 진폭 차 및 옵셋 차를 적어도 하나 생성하는 데이타 차감부;
    진폭 차 및 상기 옵셋 차중 적어도 하나와 진폭 한도값 및 옵셋 한도값을 비교하는 제2 비교부; 및
    상기 제2 비교부에서 비교된 결과에 응답하여, 상기 자장의 외란이 작용하는가의 여부를 결정하는 제2 자장 외란 여부 결정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 방법.
  19. 삭제
  20. 제14 항에 있어서, 상기 이동 제어부는
    상기 자장 외란 검사부에서 상기 자장의 외란이 작용한다고 결정될 때, 상기 나침반이 회전할 중심축의 후보 위치를 상기 저장부로부터 입력한 상기 자장 데이타 및 상기 자장 데이터의 평균값, 기준 진폭 및 기준 옵셋으로부터 결정하는 후보 위치 결정부; 및
    상기 결정된 후보 위치에 상응하여 상기 나침반을 이동시키는 제어 신호를 발생하는 신호발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  21. 제14 항에 있어서, 상기 칼리브레이션부는
    상기 저장부에 저장된 상기 자장 데이타들중에서, 상기 기준 진폭. 상기 기준 옵셋, 상기 평균값 및 상기 분산값들중 적어도 하나를 이용하여 자장 데이타를 선택하고, 선택된 자장 데이타에 의해 상기 나침반의 방위각을 칼리브레이션하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 후보 위치 결정부는
    상기 평균값의 부호를 검사하는 부호 검사부; 및
    상기 저장부에서 상기 자장 데이타들을 측정할 때 상기 나침반이 회전한 중심축으로부터 상기 후보 위치로 이동할 방향에 대한 방향 정보를 상기 부호 검사부에서 검사된 결과에 응답하여 결정하고, 상기 결정된 방향 정보를 상기 후보 위치에 포함시켜 출력하는 방향 정보 결정부를 구비하고,
    상기 평균값은 상기 자장 궤적으로부터 상기 기준 곡선을 감산한 결과인 상기 궤적 오차의 평균에 해당하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
  23. 제20 항에 있어서, 상기 후보 위치 결정부는
    상기 진폭차 및 상기 옵셋차에 소정 가중치들을 승산하고, 상기 나침반이 이동할 이동량으로서 상기 승산된 결과를 상기 후보 위치에 포함시켜 출력하는 승산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자장 이용 장치.
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