(57)【要約】【課題】ローコスト、簡素、コンパクトでありながらも、高精度での計測を可能な角度変化計測方法および装置を提供する【解決手段】角速度検出センサ２から順次出力される角速度値ｒを積分演算して、角度変化値ｄを順次算出し、順次算出される角度変化値ｄを積算して合計角度変化量Ｄｔを得るにあたり、この合計角度Ｄｔの積算に際して演算装置３から順次出力される角度変化値ｄのうち所定時間内に変化したものであって且つその変化が所定閾値以下のものを無効値として積算しないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度検出センサから順次出力される角速度値を積分演算して、角度変化値を順次算出し、
前記順次算出される角度変化値を積算して合計角度変化量を得る方法であって、
前記積算に際して前記順次出力される角度変化値のうち所定時間内に変化したものであって且つその変化が所定閾値以下のものを無効値として積算しないようにする、
ことを特徴とする角速度検出センサを用いた角度変化計測方法。
【請求項２】
測定対象に取り付けられる角速度検出センサと、
前記角速度検出センサから順次出力される角速度値を積分演算して、角度変化値を順次算出し、この角度変化値を順次出力する演算手段と、
前記演算装置から順次出力される角度変化値を積算し合計角度変化量として出力するとともに、前記積算の際に前記演算装置から順次出力される角度変化値のうち所定時間内に変化したものであって且つその変化が所定閾値以下のものを無効値として積算しないように構成したドリフト無効化手段とを備えた、
ことを特徴とする角度変化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度検出センサを用いて角度変化を計測する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レートジャイロのように角速度を検出するセンサを用いた角度変化の計測は、測定対象に角速度検出センサを取り付け、この角速度検出センサから順次出力される角速度値を順次積分演算し、角度変化値を順次算出し、これを必要時間分積算することにより可能となる。
【０００３】
かかる角度変化の計測においては、周知のように、角速度検出センサ固有の特性である自己ドリフトが積分演算されることによる、計測誤差の経時的増大が問題となっており、事前計測に基づくドリフト補償、他のセンサとの組み合わせ・対比、定期的補正など多数の技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術は、ローコスト、簡素、コンパクト、高精度を同時に満足するものが無かった。
【０００５】
そこで、本発明の主たる課題は、ローコスト、簡素、コンパクトでありながらも、高精度での計測を可能な角度変化計測方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
角速度検出センサから順次出力される角速度値を積分演算して、角度変化値を順次算出し、
前記順次算出される角度変化値を積算して合計角度変化量を得る方法であって、
前記積算に際して前記順次出力される角度変化値のうち所定時間内に変化したものであって且つその変化が所定閾値以下のものを無効値として積算しないようにする、
ことを特徴とする角速度検出センサを用いた角度変化計測方法。
【０００７】
＜請求項２記載の発明＞
測定対象に取り付けられる角速度検出センサと、
前記角速度検出センサから順次出力される角速度値を積分演算して、角度変化値を順次算出し、この角度変化値を順次出力する演算手段と、
前記演算装置から順次出力される角度変化値を積算し合計角度変化量として出力するとともに、前記積算の際に前記演算装置から順次出力される角度変化値のうち所定時間内に変化したものであって且つその変化が所定閾値以下のものを無効値として積算しないように構成したドリフト無効化手段とを備えた、
ことを特徴とする角度変化検出装置。
【０００８】
（作用効果）
本発明者らは、鋭意研究の結果、角度変化値を積算（合算）し合計角度変化量を得るに際し、角度変化値が極短時間の間に変化しなおかつその変化が僅かなときには、角速度検出センサが静止状態にあるものとみなせることを発見し、本発明をなすに至ったものである。
【０００９】
すなわち本発明は、実際には角速度検出センサが静止状態にあるにも関わらず、角速度検出センサの正常範囲の出力変動等が積分演算されてしまうような状態を、予め静止状態とみなすようにしておき、この状態に合致するような角度変化値を無効値として合計角度変化量の積算に算入しないようにしたものである。これによって、積分演算までを行う既存の角速度検出センサの構成をそのまま使用しながら、これに本発明のドリフト無効化機能を追加するだけで、正確な計測が可能となるのである。よって、本発明によれば、ローコスト、簡素、コンパクトでありながらも、正確な計測が可能となるのである。
【００１０】
本発明における無効値の条件は、所定時間内に変化したものであることおよびその変化が所定閾値以下のものであること、の両方である。前者の条件は、計測実態に照らせば変化することがないような極短時間の間に角度変化が発生した場合を意味し、後者の条件は計測実態に照らせば変化することがないような僅かな値の角度変化が発生した場合を意味するものである。
【００１１】
本発明の無効値の条件としてこれら２つの条件を課したのは、いずれか一方の条件を満足しただけでは、角速度検出センサが静止状態にあるとみなして良いか否かを正確に判断できないからである。すなわち、計測実態に照らせば変化することがないような極短時間の間に角度が変化したとしても、その変化量が大きい場合には角速度検出センサの正常範囲の出力変動によらないことは明らかであり、不測の変化ではあるものの計測すべき変化が起きている可能性も十分に考えられる。
【００１２】
また、計測実態に照らせば変化することがないような僅かな変化が取得値に生じたとしても、その変化が計測実態に照らして正常とみなせる時間をもって生じている場合には角速度検出センサの角度変化が確実に生じており、これを加味しないのは逆効果であり、正確な計測は行い難くなる。
【００１３】
このため、本発明では上記両条件を満足したときに、初めて角速度検出センサが静止状態にあるとみなして、積分演算結果を無効扱いすることにしているのである。かくして、本発明によれば、角速度検出センサが静止しているとみなして良い状態を正確に判別し、当該状態における角度変化値を合計角度変化量の積算に算入せずに、角度変化量を計測できるため、角速度検出センサの自己ドリフトの影響を効果的に回避できるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る角度変化検出装置例１の装置構成を示している。この装置例１は、本発明に従って測定対象に取り付けられる角速度検出センサ２と、演算装置３と、ドリフト無効化装置４とから構成されており、次のように動作するようになっている。
【００１５】
すなわち、角速度検出センサ２からは、検出された角速度値ｒが演算手段３に対して順次出力されており、演算装置３では順次角速度値ｒが積分演算され、角度変化値ｄが順次算出される。この角度変化値ｄは演算装置３から本発明のドリフト無効化装置４に対して順次出力される。
【００１６】
ドリフト無効化装置４では、演算装置３から入力された角度変化値ｄが順次積算され、合計角度変化量Ｄｔが求められ、この合計角度変化量Ｄｔが、例えばコンピュータ等の外部装置に対して順次出力される。特徴的には、このドリフト無効装置４は予め無効入力間隔（本発明の所定時間に相当）および角度変化閾値（本発明の所定閾値に相当）を設定できるようになっており、これらによって、積算して良い角度変化値と、積算しない角度変化値（すなわち無効値）とを判別し、前者のみの積算結果を出力するようになっている。
【００１７】
より詳細には図２に示すように、ドリフト無効装置４は、角度変化値ｄの入力間隔ｔを計測し、これと予め設定された無効入力間隔ｔｘとを比較し、角度変化値の入力間隔ｔが無効入力間隔ｔｘよりも長い場合には、次に、入力された角度変化値ｄを予め設定された無効変化閾値ｄｘと比較する。
【００１８】
その結果、角度変化値ｄが閾値ｄｘより大きいときにのみ、有効値として取り扱う。これ以外の場合、角度変化値の入力間隔ｔが無効入力間隔ｔｘ以下のとき、或いは角度変化値の入力間隔ｔが無効入力間隔ｔｘよりも長いが、角度変化値ｄが閾値ｄｘ以下のときには、この角度変化値ｄを積算せずに次の角度変化値の入力待ちとなる。
【００１９】
他方、有効値と判別された角度変化値は、それ以前の有効値に積算され、合計角度変化量Ｄｔが算出される。そして、この角度変化量Ｄｔがドリフト無効装置から外部装置等に出力される。
【００２０】
かくして、実際には角速度検出センサ２が静止状態にあるにも関わらず、角速度検出センサ２の正常範囲の出力変動等が積分演算されてしまうような状態のみを判別し、この状態に合致するような角度変化値ｄを無効値として合計角度変化量Ｄｔの積算に算入しないようにすることができ、正確な計測が可能となるのである。しかも、この形態によれば、積分演算までを含むような既存の角速度検出センサの構成をそのまま使用しながら、これに本発明のドリフト無効化機能を追加するだけで、正確な計測が可能となるのである。よって、本発明によれば、ローコスト、簡素、コンパクトでありながらも、正確な計測が可能となる。
【００２１】
他方、以上の説明からも明らかなように、本発明は、角速度検出センサ２の検出角速度値ｒを積分演算して得られる角度変化値ｄを更に積算することを前提とするものである。よって、極僅かな時間間隔で又は略連続的に合計角度変化量を計測する場合よりも、長時間（例：５分以上）の時間間隔をおいて合計角度変化量を計測するような場合に特に好適である。
【００２２】
また本発明の対象とする角速度検出センサとしては、機械式ジャイロ（スピニングジャイロ）、流体式ジャイロ、光学式ジャイロ（光ファイバー）、光学式ジャイロ（リングレーザー）、振動ジャイロ等を挙げることができる。
【００２３】
＜実施例＞
本発明に係るドリフト無効化機能を含む計測装置と、ドリフト無効化機能を有しない従来型の計測装置とを用い、同条件での角度計測実験を行った。その結果を図３に示す。この結果から、本発明によるドリフト無効化機能により高精度での角度計測が可能となることが判明した。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ローコスト、簡素、コンパクトでありながらも、高精度での計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角度計測装置の概要図である。
【図２】本発明に係るドリフト無効化処理のフローである。
【図３】角度計測実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…角度計測装置、２…角速度検出センサ、３…演算装置、４…ドリフト無効化装置。
【図１】
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【図２】
2004020227.tif 000004
【図３】
2004020227.tif 000005