(57)【要約】      （修正有）【課題】ボタン操作等の手操作を要することなく、誤差が低減された位置計測を行なうことを可能とする慣性センサユニットを提供する。【解決手段】モード切替え型慣性センサユニットは、静止時の慣性センサ２による計測値の平均値を取得してバイアス除去に用いるための平均値取得モードＡと、動作時の慣性センサ計測値から位置出力するための位置演算モードＢが設定されている。モードＡ、Ｂは、規則的に切替えられるが、動作開始時Ｓから動作停止時Ｅが判断されて、所定時間経過時Ｐまでの間は、位置演算モードＢから平均値取得モードＡへの切替えがなされないように設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置計測を行う慣性センサユニットであって、静止時の慣性センサ計測値の平均値を取得してバイアス除去に用いるための平均値取得モードと、動作時の慣性センサ計測値から位置出力するための位置演算モードが設定されており、両モードは規則的に切替えられるが、動作開始から動作停止が判断されて所定時間経過するまでの間は該位置演算モードから該平均値取得モードへの切替えがなされないように設定されていることを特徴とする、モード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項２】
前記動作停止が判断されて所定時間経過した後は、前記平均値取得モード―位置演算モードの切替えが再開するように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項３】
前記両モードの規則的な切替えは、一定時間間隔にてなされることを特徴とする、請求項１または２に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項４】
前記動作停止の判断は、本慣性センサユニットを構成する加速度センサを用いて、動作―静止の判定に閾値を設けることによってなされることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項５】
前記両モードの切替えを表示する表示部が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項６】
前記表示部は前記各モードに対応する点灯手段であることを特徴とする、請求項５に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニットを用いた位置計測方法であって、該モード自動切替え型完成センサユニットが前記位置演算モードの時に計測対象の動作を開始して位置計測を行なうことを特徴とする、位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモード自動切替え型慣性センサユニットおよび位置計測方法に係り、特に、慣性センサを使用した位置計測技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
慣性センサを用いて位置計測する場合、下記のような方法が従来から行なわれている。
（従来法１）
１）センサの平均値を取得し、バイアス除去を行なう。
２）動作を行ない、位置を出力する。
なお、１）、２）の間は継続して位置演算モードが保持される。
【０００３】
（従来法２）
１）センサのバイアス成分を除去するために動作開始前にある時間静止させ、センサの平均値を取得する（平均値取得モード）。
２）スイッチやボタン操作等の適宜の切替え手段により、平均値取得モードから位置演算モードに移行する。
３）１）で求めた平均値からバイアスを除去し、位置演算を行なう。
４）上記切替え手段により、位置演算モードから再び平均値取得モードに移行する。
以降、これを繰り返す。
【０００４】
（従来法３）
１）平均値取得モードで、センサの平均値を取得する。
２）加速度センサの値を読取り、動作状態か静止状態かを判定する。
３）動作状態と判定した場合は、位置演算モードに移行する。
４）静止状態と判定したら、平均値取得モードに移行する。
以降、これを繰り返す。
【０００５】
慣性センサによる位置計測技術に関連しては従来、技術的な提案も多くなされている。たとえば後掲特許文献１には、ジャイロセンサにおける補正方法として、ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態で、測定部が移動体の角速度とジャイロセンサの平均出力値を測定するステップ、演算部がこれら測定値からジャイロセンサの特性曲線の情報を算出するステップ、保存部がその情報を保存するステップ、補正部がその情報からジャイロセンサを補正するステップからなる方法が開示されている。
【０００６】
また特許文献２には、加速度バイアスを推定する方法として、３軸の加速度センサの姿勢を変化させ、加速度センサの姿勢と加速度センサの出力値との複数の組合せを用いて加速度センサのバイアスを推定するという方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−８６０７６号公報「ジャイロセンサの補正方法及び補正装置」
【特許文献２】特開２０１３−２０５１６４号公報「加速度バイアス推定方法及び計測装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記各従来法にはそれぞれ、下記のような問題があった。
（従来法１）
２）の動作が１）の後にすぐ行なわれずに時間経過してしまった場合、位置ドリフトが発生し、誤差が大きくなってしまうこと。
（従来法２）
ボタン等の操作が必要であること。
（従来法３）
動作と静止の状態判定のため加速度センサに閾値を設けるが、完全静止から閾値までの動作分が位置演算に反映されずに誤差となってしまうこと。つまり、閾値に達するまでの動作については演算が行なわれず、これが位置誤差となってしまう。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、ボタン操作等の手操作を要することなく、誤差が低減された位置計測を行なうことを可能とする、慣性センサユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は上記課題について検討した結果、バイアス除去のためのセンサの平均モードと位置演算モードを交互に自動で切替える構成とし、その切替えをＬＥＤや画面表示等によって表示することとし、測定では動作モードでセンサを動かすことにより少ない誤差で位置演算を行なえることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１１】
〔１〕  位置計測を行う慣性センサユニットであって、静止時の慣性センサ計測値の平均値を取得してバイアス除去に用いるための平均値取得モードと、動作時の慣性センサ計測値から位置出力するための位置演算モードが設定されており、両モードは規則的に切替えられるが、動作開始から動作停止が判断されて所定時間経過するまでの間は該位置演算モードから該平均値取得モードへの切替えがなされないように設定されていることを特徴とする、モード自動切替え型慣性センサユニット。
〔２〕  前記動作停止が判断されて所定時間経過した後は、前記平均値取得モード―位置演算モードの切替えが再開するように設定されていることを特徴とする、〔１〕に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
〔３〕  前記両モードの規則的な切替えは、一定時間間隔にてなされることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
【００１２】
〔４〕  前記動作停止の判断は、本慣性センサユニットを構成する加速度センサを用いて、動作―静止の判定に閾値を設けることによってなされることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
〔５〕  前記両モードの切替えを表示する表示部が設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
〔６〕  前記表示部は前記各モードに対応する点灯手段であることを特徴とする、〔５〕に記載のモード自動切替え型慣性センサユニット。
〔７〕  〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載のモード自動切替え型慣性センサユニットを用いた位置計測方法であって、該モード自動切替え型完成センサユニットが前記位置演算モードの時に計測対象の動作を開始して位置計測を行なうことを特徴とする、位置計測方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモード自動切替え型慣性センサユニットおよび位置計測方法は上述のように構成されるため、これらによれば、ボタン操作等の手操作を要することなく、誤差の少ない位置計測を行なうことができる、本発明慣性センサユニットでは、動作モード＝位置演算モードとなっており、しかもモード判別はＬＥＤ等の表示によりわかりやすいため、位置計測操作も簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの作用を示す説明図である。
【図３】本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの作用を示す説明図である。
【図４】本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの基本構成を示すブロック図である。また、図２、３は本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの作用を示す説明図である。なお、図２、３において時間は左から右へと経過し、前者は通常時（非動作時）、後者は移動時（動作時）における  作用を示す。これらに示すように本モード切替え型慣性センサユニット１０は、静止時の慣性センサ２による計測値の平均値を取得してバイアス除去に用いるための平均値取得モードＡと、動作時の慣性センサ計測値から位置出力するための位置演算モードＢが設定されており、両モードＡ、Ｂは規則的に切替えられるが、動作開始時Ｓから動作停止時Ｅが判断されて所定時間経過時Ｐまでの間は位置演算モードＢから平均値取得モードＡへの切替えがなされないように設定されていることを、主たる構成とする。
【００１６】
かかる構成により本モード切替え型慣性センサユニット１０では、通常時は平均値取得モードＡと位置演算モードＢとが交互に規則的に切替えられる状態が継続して維持されており、平均値取得モードＡの時にはバイアス除去用として静止時の慣性センサ２による計測値の平均値が常時取得されている。そして、位置演算モードＢの時に計測対象の動作が開始されると、その動作開始時Ｓの時点から、演算処理部１では、慣性センサ２による計測値から位置演算がなされ、得られた位置出力が位置出力部３に出力されることが、継続してなされる。
【００１７】
その間、位置演算モードＢが維持され、動作停止時Ｅが判断されて所定時間経過時Ｐまでの間は位置演算モードＢから平均値取得モードＡへの切替えがなされず、それを経過した後は平均値取得モードＡに切替えられ、以降、両モードＡ、Ｂの交互切替え、すなわち平均値取得モードＡ―位置演算モードＢの規則的な切替えが再開され、通常時の状態へと戻る。そして、次の移動時（動作開始）となるまで平均値取得モードＢが維持される。
【００１８】
なお、両モードＡ、Ｂの規則的な切替えは、図示するように一定時間間隔にてなされるように設定するものとすることができる。つまり、いずれのモードでもたとえば５秒間維持される、等の設定である。もっとも本発明はこれに限定されず、明確な一定の規則で両モードＡ、Ｂが切替えられる設定であればよい。たとえば、平均値取得モードＡは６秒間、位置演算モードＢは４秒間と設定する、等である。
【００１９】
また、動作停止の判断は、本慣性センサユニット１０を構成する慣性センサ２中の加速度センサを用い、動作―静止の判定に閾値を設けることによって行なうことができる。少なくとも、移動時（位置演算モードＢ）の間は演算処理部１が加速度センサをモニタし続け、動作停止と判断した後、所定時間経過時Ｐまで演算を継続することとする。  動作停止時Ｅ後も演算継続する所定時間は限定されないが、たとえば５秒間など、数秒程度の設定とすることができる。
【００２０】
本発明モード切替え型慣性センサユニット１０は、両モードＡ、Ｂの切替えを表示するための表示部４が設けられた構成とすることができる。これにより、現在のモードが平均値取得モードＡ、位置演算モードＢのいずれのモードであるかが容易にわかり、移動（動作）の開始を間違いなく行なうことができ、また通常時における両モードＡ、Ｂの切替えが正常になされているか否かを確認することができる。表示部４による表示は、両モードＡ、Ｂの切替え時点を表示する形式でもよいが、現在のモードを、当該モードの間継続して表示する形式である方がより望ましい。
【００２１】
表示部４による表示方法としては、視覚情報または聴覚情報として表示する方法が認識しやすい。特に視覚情報として表示する方法として、各モードＡ、Ｂに対応する点灯手段を好適に用いることができる。たとえば、点灯手段としてＬＥＤを用い、たとえば平均値取得モードＡの時には赤色の、位置演算モードＢの時には青色の各ＬＥＤが点灯するようにする、等である。この場合、使用者は、青色ＬＥＤが点灯したことを確認して動作を開始することで、適正な位置演算結果を取得することができる。
【００２２】
なお、以上説明したモード自動切替え型慣性センサユニットを用い、位置演算モードの時に計測対象の動作を開始して位置計測を行なう位置計測方法もまた、本発明の範囲内である。
【００２３】
図４は、本発明モード自動切替え型慣性センサユニットの実施例を示すブロック図である。慣性センサを構成するＸ、Ｙ、Ｚの角速度センサ４２Ｘ、４２Ｙ、４２Ｚ、およびＸ、Ｙ、ＺＩＰファイルの加速度センサ４５Ｘ、４５Ｙ、４５Ｚにより計測された値は、演算処理部４１（ＭＰＵ）による位置演算に供され、位置出力部４３に位置計測結果が出力される。また演算処理部４１では平均値取得モードと位置演算モードの切替えも設定、制御され、両モードの切替えは表示部４４において表示される。なお表示部４４としては、上述のＬＥＤ等の点灯手段の他、モニタなども使用可能である。いずれにしても視認できる表示が好適に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のモード自動切替え型慣性センサユニットおよび位置計測方法によれば、ボタン操作等の手操作を要することなく位置計測を行なうことができ、しかも位置演算誤差を最小限とすることができる。したがって、センサ製造・利用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００２５】
１、４１…演算処理部
２…慣性センサ
３、４３…位置出力部
４、４４…表示部
１０、４１０…モード切替え型慣性センサユニット
４２Ｘ、４２Ｙ、４２Ｚ…角速度センサ
４５Ｘ、４５Ｙ、４５Ｚ…加速度センサ
Ａ…平均値取得モード
Ｂ…位置演算モード
Ｅ…動作停止時
Ｐ…所定時間経過時
Ｓ…動作開始時
【図１】
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【図２】
2019060727.tif 000004
【図３】
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【図４】
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