(57)【要約】【課題】機械的な動作を介さず、角速度を検出する。【解決手段】２つの移動量検出センサ１０１と１０２は、剛体である車両１００の異なる２点に固定され、各点における移動量を検出する。好適には後輪のそれぞれに設置され各々の車輪がどれだけ回転したかで検出するとよい。検出された移動量は、計算機１０３内の移動量算出機能１０４が積算する。タイマ機能１０５が任意に設定された一定間隔ごとに信号を送り移動量算出機能１０４が単位時間を計測できるようにする。積算された単位時間当たりの移動量は、角速度算出機能１０６に送られて、その移動量差（位相差）等から角速度算出機能１０６は角速度を算出する。【選択図】図１
2008116372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の固定された２点にあって点ごとの移動量を検出する２つの移動量検出センサと、
該２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積して単位時間当たりの移動量をそれぞれ算出する移動量算出手段と、
該移動量算出手段が算出した２点の単位時間当たりの移動量の差から移動体の角速度を算出する角速度算出手段と、
を有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記移動量算出手段が算出した２点の単位時間当たりの移動量をもとに移動体の所定の位置の位置変化を算出する位置変化算出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記所定の位置は、移動体の中心であることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
任意に設定された一定時間ごとに信号を送るタイマ手段を備え、
前記移動量算出手段は、前記単位時間を前記タイマ手段が送る信号を基準にして計ることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記移動量算出手段は、前記角速度算出手段が送出する蓄積移動量消去命令を受けて、蓄積した移動量を消去して、新たに前記２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積し始めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の角速度センサ。
【請求項６】
移動体の固定された２点にあって点ごとの移動量を検出する２つの移動量検出センサから移動量の入力を受ける計算機に、
前記２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積して単位時間当たりの移動量をそれぞれ算出する移動量算出機能と、
該移動量算出機能が算出した２点の単位時間当たりの移動量の差から移動体の角速度を算出する角速度算出機能と、
を実現させることを特徴とする角速度測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定された２点にある移動量検出センサの検出する各移動量から、角速度を算出する角速度センサ及び角速度測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
カー・ナビゲーション・システム（以下、カーナビという）や携帯電話でのナビゲーションサービスなど、位置と方向に関する製品やサービスの需要が高まりつつある。その中で、位置についてはＧＰＳ（Global Positioning Systems）のＦＭ多重電波による補正など確立されつつあるが、方向については、地磁気や振動子などから角速度を検出する仕組みであった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、角速度を検出する仕組み（角速度センサ）の関連技術である角速度検出手段を持つ（例えば段落番号００４０）、自律走行車（実施形態は清掃ロボット）の記載がある。
【０００４】
また、特許文献２に記載の従来技術は、移動体の位置検出システムがその主なものであって、例えば段落番号００４２を参照すると、移動体の移動量情報を移動量検出手段が検出する旨、記載がある。しかしながら移動量検出手段の詳細を検討するべく、その後段を参照しても、角速度センサを検出する旨の記載はあってもその具体的方法については記載がない。
【０００５】
また、他の角速度センサに関する関連技術としては、特許文献３に記載の従来技術がある。これは、音叉振動体を用いた角速度センサである（例えば段落番号００２０参照）。
【０００６】
また、同様に、他の角速度センサに関する関連技術として、特許文献４に記載の従来技術がある。この角速度検出センサは、音叉振動を行う一対の振動梁と、この振動梁のたわみを検出する歪検出手段に基づいて角速度を検出する。
【特許文献１】特開２０００−０６６７２２号公報
【特許文献２】特開２００４−０９６５０１号公報
【特許文献３】特開平０９−２７３９３３号公報
【特許文献４】特開平１１−２５７９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術には、次のような問題点があった。
地磁気や振動子では、機械的な動作が必要となり、耐久性、動作速度の点で現時点では限界があった。
なお、この問題点は、上記の特許文献１から４のいずれにおいても解決されていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、機械的な動作を介さず角速度変化を検出する仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、移動体の固定された２点にあって点ごとの移動量を検出する２つの移動量検出センサと、該２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積して単位時間当たりの移動量をそれぞれ算出する移動量算出手段と、該移動量算出手段が算出した２点の単位時間当たりの移動量の差から移動体の角速度を算出する角速度算出手段と、を有することを特徴とする角速度センサである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の角速度センサにおいて、前記移動量算出手段が算出した２点の単位時間当たりの移動量をもとに移動体の所定の位置の位置変化を算出する位置変化算出手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の角速度センサにおいて、前記所定の位置は、移動体の中心であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の角速度センサにおいて、任意に設定された一定時間ごとに信号を送るタイマ手段を備え、前記移動量算出手段は、前記単位時間を前記タイマ手段が送る信号を基準にして計ることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の角速度センサにおいて、前記移動量算出手段は、前記角速度算出手段が送出する蓄積移動量消去命令を受けて、蓄積した移動量を消去して、新たに前記２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積し始めることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、移動体の固定された２点にあって点ごとの移動量を検出する２つの移動量検出センサから移動量の入力を受ける計算機に、前記２つの移動量検出センサからの移動量を蓄積して単位時間当たりの移動量をそれぞれ算出する移動量算出機能と、該移動量算出機能が算出した２点の単位時間当たりの移動量の差から移動体の角速度を算出する角速度算出機能と、を実現させることを特徴とする角速度測定プログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、機械的な動作を介さず角速度変化を検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
下記の第１から第３の実施形態のいずれも、本発明の好適な実施の形態であるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００１７】
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に該当する角速度センサを搭載した車両１００の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、車両１００は、移動量を検出する移動量検出センサ１０１と１０２が後輪車軸上に固定して設置されている。移動量検出センサ１０１は左後輪に、移動量検出センサ１０２は右後輪に、それぞれ設置されている。そして、車両１００は、これら移動量検出センサ１０１と１０２と、これらに接続される計算機１０３とを有する構成である。
【００１９】
移動量検出センサ１０１と１０２は、車輪がどれだけ回転したかを検出する方式とする（ＡＢＳセンサ、車速センサの類）。
【００２０】
計算機１０３は、移動量検出センサ１０１と１０２が検出した移動量を蓄積し、単位時間あたりの移動量を算出する移動量算出機能１０４と、移動量算出機能１０４に任意に設定された一定時間ごとに信号を送るタイマ機能１０５と、移動量算出機能１０４の算出した移動量から角速度を算出して外部機器１０７へ送出する角速度算出機能１０６と、を有して構成される。
【００２１】
外部機器１０７は、カーナビなどが好適である。外部機器１０７は、角速度算出機能１０６から送出された角速度を積分することで角度を算出する。
例えば、角度：θ、角速度：θVとすると、次式で角度を算出する。
θ＝∫（θV）ｄｔ
【００２２】
本実施形態は、以上の構成を有し、以下の動作をする。
本実施形態の動作を説明するにあたって、図２と図３を参照する。
【００２３】
図２は、本実施形態に該当する角速度センサを搭載した車両１００の動作を説明するための図である。
図２において、車両１００は、１単位時間の間（好適には１秒）に、図中αの位置からβの位置まで移動したとする。このとき、車両１００は、前輪が操舵され右前方向に移動している。
【００２４】
また、図２において、点Ｏは回転の中心軸、点Ａ１は移動量検出センサ１０１が移動量を検出している点、点Ａ２は移動量検出センサ１０２が移動量を検出している点、Ａ３は車両１００がβの位置にあるときの点Ａ１の位置、Ａ４は車両１００がβの位置にあるときの点Ａ２の位置である。
【００２５】
そして、線分Ａ１Ａ２の長さをＲｔ［ｍ］、線分ＯＡ１と線分ＯＡ３のなす角をθ［ｒａｄ］、弧Ａ１Ａ３の長さをｌ１［ｍ］、弧Ａ２Ａ４の長さをｌ２［ｍ］とする。
【００２６】
このとき、線分Ａ１Ａ２の長さは、移動量検出センサ１０１と１０２の間の距離であり、弧Ａ１Ａ３の長さは、移動量検出センサ１０１の移動量、弧Ａ２Ａ４の長さは移動量検出センサ１０２の移動量である。
【００２７】
また、線分ＯＡ１と線分ＯＡ３のなす角：θは、１単位時間あたりに車両１００の移動した角度であるから、１単位時間あたりの角速度になる。
そこで、θを求める手順を含む、本実施形態の動作を、図３を参照して説明する。
【００２８】
図３は、本実施形態の動作手順を示すタイミングチャート図である。
図３において、図１の各ブロックが行う動作手順は矢印付きのブロックで示されている。また、矢印はデータの流れを示している。
【００２９】
図３のステップＳ３０１において、移動量検出センサ１０１は、移動量（弧Ａ１Ａ３の長さ：ｌ１［ｍ］）を、移動量算出機能１０４に送出する。同時に、ステップＳ３０２において、移動量検出センサ１０２は、移動量（弧Ａ２Ａ４の長さ：ｌ２［ｍ］）を、移動量算出機能１０４に送出する。
【００３０】
移動量算出機能１０４は、移動量を蓄積し続ける（ステップＳ３０３）。
このとき、タイマ機能１０５は、一定時間ごとに信号を送出している（ステップＳ３０４）。
タイマ機能１０５の送出する信号を受け取った移動量算出機能１０４は、蓄積された移動量（ｌ１とｌ２）を、角速度算出機能１０６に送出する（ステップＳ３０５）。
【００３１】
ステップＳ３０６において、角速度算出機能１０６は、次式の計算により角速度θ［ｒａｄ／ｓ（ラジアン毎秒）］を算出する。
θ＝（ｌ２−ｌ１）／Ｒｔ
【００３２】
なお、本例では車両１００が時計回りをする場合を例にとって説明したが、反時計回りをする場合も考慮に入れると、次式でθは算出される。ただし、「ａｂｓ（）」は、絶対値を求める関数である。
θ＝ａｂｓ（ｌ２−ｌ１）／Ｒｔ
【００３３】
なお、角速度の単位をラジアン毎秒（弧度法による）ではなく、角度毎秒（度数法による）で求めるとすると、角速度：θdeg［°／ｓ］は、次式によって算出される（ただし、πは円周率）。
θdeg＝（１８０＊（ｌ２−ｌ１））／（π＊Ｒｔ）
【００３４】
角速度を算出した後、ステップＳ３０７において、角速度算出機能１０６は、移動量算出機能１０４に蓄積された移動量ｌ１とｌ２を消去する。
その後、ステップＳ３０８において、角速度算出機能１０６は、算出した角速度θ［ラジアン毎秒］を外部機器１０７に送信する。なお、上記のステップＳ３０６で角速度の単位を角度毎秒で求めた場合はθdeg［°／ｓ］を送信する。
【００３５】
外部機器１０７で、例えば次式のように角速度θを積分すれば、任意の時間ｔ［ｓ］で車両１００が回転軸Ｏを中心に回転移動した角度：θ１［ｒａｄ］が算出できる。
θ１＝∫（θ）ｄｔ  （ｔの変化は任意）
【００３６】
本実施形態を、上記のように構成し、また、動作させることによって、以下のような効果が得られる。
第１の効果は、磁気方位センサ、ガスレートセンサによる角速度検出手段に比べてレスポンスがよいことにある。
その理由は、磁気方位センサ、ガスレートセンサのように絶対位置を示す固定針が、地磁気やガスなどで中空の物体が完全に固定されないため、速い動作に追従できないためである。
【００３７】
第２の効果は、振動に強いことである。
その理由は、移動量検出センサに光学式のセンサを利用すれば、機械的なセンサが省かれるためである。
第３の効果は、新たなセンサの追加が不要なことである。
その理由は、ＡＢＳセンサを利用して移動量（弧の長さ）を検出することができるためである。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において第１の実施形態と共通する部分については同じ番号を付し、混同の虞がない限り説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の構成は、計算機１０３で移動体である車両１００の中心点の移動量を算出し、その移動量を外部機器１０７へと送出する位置変化算出機能１０８が、第１の実施形態に追加されている点で、第１の実施形態の構成と異なる。
このように構成することによって、角速度θだけでなく、その物体の中心が移動した量も算出することができる。
【００４０】
図４は、本実施形態の構成を示すブロック図である。
図４において、位置変化算出機能１０８は、計算機１０３の一機能として構成され、移動量算出機能１０４からデータ（移動量検出センサ１０１が検出した移動量等）を受け取って、車両１００の中心点の位置変化を算出し外部機器１０７へと算出結果を送出する。
【００４１】
本実施形態は、以上のように構成され、以下のように動作する。
本実施形態の動作を説明するにあたって、図５と図６を参照する。
【００４２】
図５は、本実施形態の角速度及び中心移動距離測定動作を説明するための図（その１）である。
図５において、車両１００は、１単位時間の間（好適には１秒）に、図中αの位置からβの位置まで移動したとする。このとき、車両１００は、前輪が操舵され右前方向に移動している。
【００４３】
また、図５において、点Ｃ１は車両１００がαの位置にあるときの中心を示す点、点Ｃ２は車両１００がβの位置にあるときの点Ｃ１の位置を示す点である。なお、その他の部分については第１の実施形態と同じである。
【００４４】
車両１００が１単位時間でαの位置からβの位置まで移動したとすると、線分ＯＡ１と線分ＯＡ３のなす角をθ［ｒａｄ］は、角速度そのものになる。
また、点Ｃ１からＣ２への位置変化（好適には、線分Ｃ１Ｃ２の長さ：Ｄ［ｍ］）を算出すると、角速度測定の誤差を較正するための有力な手段になる。
そこで、θを求める手順とＤを求める手順を含む、本実施形態の動作を、図６を参照して説明する。
【００４５】
図６は、本実施形態の動作手順を示すタイミングチャート図である。
図６において、図４の各ブロックが行う動作手順は矢印付きのブロックで示されている。また、矢印はデータの流れを示している。
【００４６】
図６において、ステップＳ３０１からステップＳ３０８については、図３とほぼ同じであるので説明を省略する。なお、図６のステップＳ３０５において、図３と同様に算出された移動量は、位置変化算出機能１０８にも伝えられる。
【００４７】
ステップＳ６０１において、位置変化算出機能１０８は、計算により車両１００の中心が起こした位置変化を算出する。
【００４８】
当該位置変化を上記のように、線分Ｃ１Ｃ２の長さ：Ｄ［ｍ］とした場合、点Ｃ２は点Ｏを中心として点Ｃ１からθ［ｒａｄ］回転した点であるから、次式によって算出される。
Ｄ＝２＊ＯＣ１＊ｓｉｎ（θ／２）
【００４９】
また、位置変化を、弧度法ではなく度数法で求めた場合、Ｄは次式によって算出される。
Ｄ＝√（２＊（（Ｒｔ（２＊ｌ２＋ｌ１）／（２＊ｌ２−ｌ１）））2＊（１−ｃｏｓ（１８０＊（ｌ２−ｌ１）／（π＊Ｒｔ））））
【００５０】
また、位置変化を、車両１００の中心の移動量とした場合、当該移動量は、図５の例であれば、弧Ｃ１Ｃ２の長さである。車両１００は剛体であり、点Ａ１、Ａ２、Ｃ１は定点であるので、点Ａ１、Ａ２、Ｃ１の位置相関関係は一定である。したがって、弧Ｃ１Ｃ２の長さも単純な計算によって求めることができる。例えば、車両１００が図５のような長方形であれば、Ｃ１は線分Ａ１Ａ２の中点で交差する線分Ａ１Ａ２の法線上にあるから、弧Ｃ１Ｃ２の長さは、（ｌ２＋ｌ１）／２である。
【００５１】
さて、図６に戻って、位置変化算出機能１０８は、ステップＳ６０１において中心の位置変化の算出を終えると、ステップＳ６０２において算出した中心の位置変化を外部機器１０７に送信する。
【００５２】
ステップＳ６０２とステップＳ３０８の後、外部機器１０７は、ステップＳ３０８において角速度算出機能１０６が得た角速度を、ステップＳ６０２において位置変化算出機能１０８が得た中心の位置変化によって、較正する。
【００５３】
また、外部機器１０７がカーナビとして機能していれば、移動量検出センサ１０１と１０２による車両１００の移動量と、カーナビである外部機器１０７の提供するＧＰＳによる位置情報との差が大きいときは、角速度算出機能１０６からの出力を無視することにより、角速度の大きな誤差を解消することができる。
【００５４】
また、本実施形態は、図７に例を示すように、移動量検出センサ１０１と１０２が移動量の検出を行う定点を後輪ではない、その他の定点に置いても、実施可能である。
【００５５】
〔第３の実施形態〕
また、本発明は、上記第１又は第２の実施形態のいずれにおいても、次のような直列的付加要素をもった構成で、実施できる。
当該構成は、上記第１又は第２の実施形態のいずれかにおいて、タイマ機能１０５が移動量算出機能１０４に信号を送達すると、移動量算出機能１０４は移動量蓄積をはじめ、次に同様の信号の送達があると蓄積した移動量の消去を行う。
【００５６】
図３において、移動量算出機能１０４は、上記のタイマ機能１０５からの信号による蓄積移動量消去か、又は、ステップＳ３０７の角速度算出機能１０６の命令によって蓄積移動量消去かのいずれかを行う。タイマ機能１０５による信号送出が、ステップＳ３０７よりも早く行われる設定した場合、本実施形態は、タイマ機能１０５が設定する信号送出の間隔（タイムスパン）によって移動量蓄積が行われる量を、調節することができる。したがって、上記の構成によれば、タイマを利用し、タイマの信号送出間隔を可変にしているので、角速度の精度を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る車両１００の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る車両１００の角速度測定動作を説明するための図である。
【図３】本発明の好適な実施形態に係る車両１００の動作手順を示すタイミングチャート図である。
【図４】本発明の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施形態の角速度及び中心移動距離測定動作を説明するための図（その１）である。
【図６】本発明の他の実施形態の動作手順を示すタイミングチャート図である。
【図７】本発明の他の実施形態の角速度及び中心移動距離測定動作を説明するための図（その２）である。
【符号の説明】
【００５８】
１００    車両
１０１    移動量検出センサ
１０２    移動量検出センサ
１０３    計算機
１０４    移動量算出機能
１０５    タイマ機能
１０６    角速度算出機能
１０７    外部機器
１０８    位置変化算出機能
【図１】
2008116372.tif 000003
【図２】
2008116372.tif 000004
【図３】
2008116372.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008116372.tif 000007
【図６】
2008116372.tif 000008
【図７】
2008116372.tif 000009