(57)【要約】【課題】静止状態の計測値のオフセット誤差だけでなく旋回状態の計測値の感度誤差も補正し、その計測値の精度を向上させること。【解決手段】ジャイロセンサの補正方法において、移動体が静止状態で、かつジャイロセンサの外界温度Ｔが所定パターンで変化したときのジャイロセンサの計測値を取得し、該ジャイロセンサの計測値に基づいてオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）を算出し、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの移動体の角速度の真値及びジャイロセンサの計測値を取得し、該角速度の真値及びジャイロセンサの計測値と、オフセット誤差係数と、に基づいて感度誤差係数ａ（Ｔ）を算出し、ジャイロセンサの計測値Ｙとオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）および感度誤差係数ａ（Ｔ）とに基づいて式Ｙ＝ａ（Ｔ）・Ｙ１＋ｂ（Ｔ）を用いて、ジャイロセンサの計測値の補正値Ｙ１を算出する。【選択図】図２
2018072137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されるジャイロセンサの補正方法であって、
前記移動体が静止状態で、かつ前記ジャイロセンサの外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記ジャイロセンサが出力する計測値を取得するステップと、
前記取得したジャイロセンサの計測値に基づいて、前記静止状態での外界温度Ｔとジャイロセンサの計測値のオフセット値との関係式であるオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）を算出するステップと、
前記移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記移動体の角速度の真値を取得するステップと、
前記移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記ジャイロセンサの計測値を取得するステップと、
前記取得した角速度の真値と、ジャイロセンサの計測値と、オフセット誤差係数と、に基づいて、前記旋回状態での外界温度Ｔと、前記ジャイロセンサの計測値の感度誤差と、の関係式である感度誤差係数ａ（Ｔ）を算出するステップと、
前記ジャイロセンサの計測値Ｙと、前記算出したオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）および感度誤差係数ａ（Ｔ）と、に基づいて、式Ｙ＝ａ（Ｔ）・Ｙ１＋ｂ（Ｔ）を用いて、前記ジャイロセンサの計測値の補正値Ｙ１を算出するステップと、
を含む、ジャイロセンサの補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサから出力される計測値を補正するジャイロセンサの補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の静止状態におけるジャイロセンサの温度特性を測定し、該測定した温度特性に基づいてジャイロセンサの出力値を補正するジャイロセンサの補正方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０２４６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ジャイロセンサの補正方法においては、移動体の静止状態におけるジャイロセンサの計測値のオフセット誤差を補正するものである。一方で、例えば、移動体の旋回状態では、ジャイロセンサの計測値には、上記オフセット誤差だけでなく、旋回による感度誤差も生じるため、その計測値の精度が低下する虞がある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、静止状態の計測値のオフセット誤差だけでなく旋回状態の計測値の感度誤差も補正し、その計測値の精度を向上させることができるジャイロセンサの補正方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
移動体に搭載されるジャイロセンサの補正方法であって、
前記移動体が静止状態で、かつ前記ジャイロセンサの外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記ジャイロセンサが出力する計測値を取得するステップと、
前記取得したジャイロセンサの計測値に基づいて、前記静止状態での外界温度Ｔとジャイロセンサの計測値のオフセット値との関係式であるオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）を算出するステップと、
前記移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記移動体の角速度の真値を取得するステップと、
前記移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの前記ジャイロセンサの計測値を取得するステップと、
前記取得した角速度の真値と、ジャイロセンサの計測値と、オフセット誤差係数と、に基づいて、前記旋回状態での外界温度Ｔと、前記ジャイロセンサの計測値の感度誤差と、の関係式である感度誤差係数ａ（Ｔ）を算出するステップと、
前記ジャイロセンサの計測値Ｙと、前記算出したオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）および感度誤差係数ａ（Ｔ）と、に基づいて、式Ｙ＝ａ（Ｔ）・Ｙ１＋ｂ（Ｔ）を用いて、前記ジャイロセンサの計測値の補正値Ｙ１を算出するステップと、
を含む、ジャイロセンサの補正方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、静止状態の計測値のオフセット誤差だけでなく旋回状態の計測値の感度誤差も補正し、その計測値の精度を向上させることができるジャイロセンサの補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るジャイロセンサ補正装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るジャイロセンサの補正方法のフローを示すフローチャートである。
【図３】外界温度Ｔとオフセット誤差係数（オフセット値）ｂ（Ｔ）との関係の一例を示す図である。
【図４】外界温度Ｔと感度誤差係数ａ（Ｔ）との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係るジャイロ補正装置は、例えば、移動型ロボットなどの移動体に搭載されるジャイロセンサの計測値を補正する。移動体は、ジャイロセンサの計測値に基づいて自己位置推定を行う。
【００１０】
ところで、移動体の自己位置推定には、ジャイロセンサの計測値の精度が重要であるが、ジャイロセンサの計測値は、外界温度変化による温度誤差（以下、オフセット誤差）だけでなく、移動体の旋回による感度誤差も含んでいる。オフセット誤差は、温度により誤差特性が変化するものである。感度誤差は、移動体の旋回によって誤差特性が変化するものである。
【００１１】
本実施形態に係るジャイロセンサ補正装置１は、ジャイロセンサの静止状態の計測値のオフセット誤差だけでなく旋回状態の計測値の感度誤差も高精度に補正できる。これにより、ジャイロセンサの計測値の精度を向上させることができる。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るジャイロセンサ補正装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
ジャイロセンサ補正装置１は、移動体に搭載されたジャイロセンサ２と、外界温度を検出する温度センサ３と、演算処理を行う演算部４と、演算結果などを記憶する記憶部５と、ジャイロセンサ２とは別に移動体の角速度を検出する角速度センサ６と、を備える。
【００１３】
ジャイロセンサ２は、移動体の角速度を検出する。ジャイロセンサ２は、例えば、圧電セラミックを使用した圧電型振動ジャイロ、メカジャイロ、光ファイバジャイロ、ガスレートジャイロなどである。ジャイロセンサ２は、演算部４に接続されており、計測値を演算部４に出力する。
【００１４】
温度センサ３は、ジャイロセンサ２の周辺の外界温度を検出する。温度センサ３は演算部４に接続されており、検出した外界温度を演算部４に出力する。
演算部４は、ジャイロセンサ２からの計測値と、温度センサ３からの外界温度と、に基づいて、後述する演算処理を行って、ジャイロセンサ２の計測値に含まれる上記感度誤差及びオフセット誤差を補正する。
【００１５】
記憶部５は、ジャイロセンサ２の計測値、温度センサ３の外界温度、演算部４の演算結果などを適宜、記憶する。記憶部５は、例えば、後述のメモリなどにより構成されている。
【００１６】
角速度センサ６は、移動体に設けられている。角度度センサ６により検出された角速度は、例えば、温度補正等の誤差補正が行われ、その精度が保証されている。角速度センサ６は、移動体の角速度を検出し、検出した角速度を演算部４に出力する。
【００１７】
ジャイロセンサ補正装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、それぞれ、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００１８】
図２は本実施形態に係るジャイロセンサの補正方法のフローを示すフローチャートである。
まず、本実施形態に係るジャイロセンサ２の補正方法において、ジャイロセンサ補正装置１は、（Ａ）ジャイロセンサ２の計測値を補正するためのジャイロセンサ誤差補正モデル（下記（１）式）の係数ａ（Ｔ）、及びｂ（Ｔ）を生成する。その後、ジャイロセンサ補正装置１は、（Ｂ）その生成した係数ａ（Ｔ）、ｂ（Ｔ）及びジャイロセンサ誤差補正モデル（１）式を用いて、ジャイロセンサ２の計測値を補正する。
Ｙ＝ａ（Ｔ）・Ｙ１＋ｂ（Ｔ）    （１）式
【００１９】
上記ジャイロセンサ誤差補正モデル（１）式は、予め記憶部５に記憶されている。Ｙはジャイロセンサ２の計測値であり、Ｙ１はジャイロセンサ２の計測値の補正値である。
【００２０】
（Ａ）ジャイロセンサ誤差補正モデルの係数ａ（Ｔ）、ｂ（Ｔ）の生成
演算部４は、移動体が静止状態であり、かつ、外界温度Ｔが所定パターンで（例えば、一様に）変化したときのジャイロセンサ２の計測値を、オフセット値として取得し、記憶部５に記憶させる（ステップＳ１０１）。ここで、移動体は静止状態であることから、本来であればジャイロセンサ２の計測値は０になるはずだが、オフセット値を含むため０にはならない。ジャイロセンサ２の計測値＝ジャイロセンサ２のオフセット値となる。このジャイロセンサ２のオフセット値は、外界温度Ｔに応じて変化するため、演算部４は、外界温度Ｔに対応させてジャイロセンサ２のオフセット値を記憶部５に記憶させる。
【００２１】
図３は、外界温度Ｔとオフセット誤差係数（オフセット値）ｂ（Ｔ）との関係の一例を示す図である。演算部４は、記憶部５に記憶した外界温度Ｔと、外界温度Ｔに対応したジャイロセンサ２のオフセット値と、に基づいて、例えば、図３に示す如く、最小二乗法などを用いて、静止状態におけるジャイロセンサ２の計測値のオフセット値と外界温度Ｔとの関係式であるｂ（Ｔ）＝ａ２Ｔ＋ｂ２の係数ａ２及びｂ２を算出する（ステップＳ１０２）。上記式において、ｂ（Ｔ）は、ジャイロセンサ２のオフセット値であり、ジャイロセンサ誤差補正モデルの係数となる。このため、このオフセット値を、以降、オフセット誤差係数ｂ（Ｔ）と称す。
【００２２】
演算部４は、算出した係数ａ２及びｂ２を上記式に代入した該式ｂ（Ｔ）＝ａ２Ｔ＋ｂ２  （２）式を記憶部５に記憶させる。
続いて、演算部４は、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの移動体の角速度の真値を取得する（ステップＳ１０３）。演算部４は、例えば、ジャイロセンサ２とは別の角速度センサ６から出力される高精度なセンサ値を角速度の真値として取得する。なお、ストップウォッチなどの計測器を用いて角速度の真値を算出し、演算部４に算出した角速度の真値を入力するようにしてもよい。
【００２３】
上記移動体の旋回は、例えば、演算部４が移動体の制御部に動作信号を送信することで自動的に動作させてもよく、ユーザが移動体の制御部に対し動作指示を行ってもよく、さらに、ユーザの手で移動体を旋回させてもよい。
同時に、演算部４は、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの、ジャイロセンサ２の計測値を取得する（ステップＳ１０４）。
【００２４】
演算部４は、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの、角速度の真値と、ジャイロセンサ２の計測値と、オフセット誤差係数ｂ（Ｔ）と、に基づいて、旋回状態での外界温度Ｔと、旋回によるジャイロセンサ２の計測値の感度誤差と、の関係式である感度誤差ａ（Ｔ）を算出する（ステップＳ１０５）。
【００２５】
例えば、演算部４は、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの、（ジャイロセンサ２の計測値）から（オフセット誤差係数ｂ（Ｔ））を減算し、その演算結果と角速度の真値との比を算出した感度誤差ａ（Ｔ）を算出する。この感度誤差ａ（Ｔ）は、ジャイロセンサ誤差補正モデルの係数となるため、この感度誤差ａ（Ｔ）を、以降、感度誤差係数ａ（Ｔ）と称す。
【００２６】
ここで、簡易に、移動体が所定速度で旋回したときの、ジャイロセンサ２の計測値と角速度の真値との比から、この感度誤差係数ａ（Ｔ）を得たい。しかし、ジャイロセンサ２の計測値には、上述の如く、オフセット誤差が含まれているため、まず、（ジャイロセンサ２の計測値）から（オフセット誤差係数ｂ（Ｔ））を減算してから、その演算結果と角速度の真値との比を算出している。
ａ（Ｔ）（感度誤差係数）＝（（ジャイロセンサ２の計測値）−（オフセット誤差係数ｂ（Ｔ）））／（角速度の真値）
【００２７】
演算部４は、算出した感度誤差係数ａ（Ｔ）と、外界温度Ｔと、を対応させて記憶部５に記憶させる。
図４は、外界温度Ｔと感度誤差係数ａ（Ｔ）との関係の一例を示す図である。演算部４は、記憶部５に記憶された感度誤差係数ａ（Ｔ）と、対応する外界温度Ｔと、に基づいて、例えば、図４に示す如く、最小二乗法などを用いて、旋回状態における感度誤差係数ａ（Ｔ）と外界温度Ｔとの関係式（ａ（Ｔ）＝ａ１Ｔ＋ｂ１）の係数ａ１及びｂ１を算出する。
【００２８】
演算部４は、算出した係数ａ１及びｂ１を上記関係式に代入した該式ａ（Ｔ）＝ａ１Ｔ＋ｂ１  （３）式を記憶部５に記憶させる。
【００２９】
（Ｂ）ジャイロセンサ誤差補正モデルによる計測値の補正
演算部４は、外界センサからの外界温度Ｔと、記憶部５に記憶された（２）式及び（３）式とに基づいて、感度誤差係数ａ（Ｔ）及びオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）を算出する。演算部４は、算出した感度誤差係数ａ（Ｔ）及びオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）と、ジャイロセンサ２の計測値Ｙと、に基づいて、記憶部５のジャイロセンサ誤差補正モデル（１）式を用いて、ジャイロセンサ２の計測値の補正値Ｙ１を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、演算部４は、ジャイロセンサ２の計測値の補正値Ｙ１を移動体の制御部などに出力する。制御部は、ジャイロセンサ２の計測値の補正値Ｙ１に基づいて、高精度の自己位置推定を行うことができる。
【００３０】
以上、本実施形態において、移動体が静止状態で、かつジャイロセンサ２の外界温度Ｔが所定パターンで変化したときのジャイロセンサ２が出力する計測値を取得し、取得したジャイロセンサ２の計測値に基づいて、静止状態での外界温度Ｔとジャイロセンサ２の計測値のオフセット値との関係式であるオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）を算出する。次に、移動体が所定速度で旋回し、かつ外界温度Ｔが所定パターンで変化したときの移動体の角速度の真値、およびジャイロセンサ２の計測値を取得する。その後、取得した角速度の真値と、ジャイロセンサ２の計測値と、オフセット誤差係数と、に基づいて、旋回状態での外界温度Ｔと、ジャイロセンサ２の計測値の感度誤差と、の関係式である感度誤差係数ａ（Ｔ）を算出し、ジャイロセンサ２の計測値Ｙと、算出したオフセット誤差係数ｂ（Ｔ）および感度誤差係数ａ（Ｔ）と、に基づいて、式Ｙ＝ａ（Ｔ）・Ｙ１＋ｂ（Ｔ）を用いて、ジャイロセンサ２の計測値の補正値Ｙ１を算出する。これにより、ジャイロセンサの静止状態の計測値のオフセット誤差だけでなく旋回状態の計測値の感度誤差も補正できる。これにより、ジャイロセンサの計測値の精度を向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ジャイロセンサ補正装置、２  ジャイロセンサ、３  温度センサ、４  演算部、５記憶部、６  角速度センサ６
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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