(57)【要約】【課題】ジャイロセンサにおいて、より適切な補正方法を実現する。【解決手段】（ａ）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１００が、移動体の角速度及びジャイロセンサの平均出力値を測定するステップと、（ｂ）演算部２００が、測定された角速度及び平均出力値を利用してジャイロセンサの特性曲線についての情報を算出し、保存部３００が、その算出された情報を保存するステップと、（ｃ）補正部４００が、特性曲線についての情報を利用してジャイロセンサを補正するステップと、を含むジャイロセンサの補正方法。【選択図】図１
2007086076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）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、前記移動体の角速度及び前記ジャイロセンサの平均出力値を測定するステップと、
（ｂ）演算部が、前記測定された角速度及び平均出力値を利用して前記ジャイロセンサの特性曲線についての情報を算出し、保存部が、その算出された情報を保存するステップと、
（ｃ）補正部が、前記特性曲線についての情報を利用して前記ジャイロセンサを補正するステップと、を含むジャイロセンサの補正方法。
【請求項２】
前記補正部が行う（ａ）ステップは、
（ａ１）赤外線受信部を装着した移動体が赤外線送信部を装着したホームベース上で所定角速度で回転する状態で、
（ａ２）前記赤外線受信部が前記赤外線送信部から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻である第１感知時刻を測定するステップと、
（ａ３）前記第１感知時刻以後、前記赤外線受信部が前記赤外線送信部から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻である第２感知時刻を測定するステップと、
（ａ４）前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して前記角速度を測定するステップと、
（ａ５）前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して算出された回転周期の間に前記ジャイロセンサの平均出力値を測定するステップと、
（ａ６）前記測定された角速度と異なる角速度を持つ回転状態で前記（ａ２）ステップないし前記（ａ５）ステップを所定複数回反復して行うことによって、前記複数の角速度及び前記複数の角速度に対応する複数の平均出力値を測定して一つのセット値として算出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項３】
前記補正部が行う（ａ）ステップは、
（ａ７）前記（ａ６）ステップを行った時点の温度値を温度インデックスとして前記算出されたセット値にマッピングするステップと、
（ａ８）前記温度値を含む所定範囲の温度領域内で一定間隔の温度値ごとに前記（ａ２）ステップないし前記（ａ７）ステップを反復して行い、前記実行結果、前記温度インデックス別にセット値を算出するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項４】
前記（ａ１）の状態となる前に、前記測定部が、前記移動体が停止した状態で前記ジャイロセンサの出力値を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項５】
前記停止した状態は、前記移動体が作業を行う直前の状態または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態を含むことを特徴とする請求項４に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項６】
前記複数は、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の定数項を除外した係数の総数であることを特徴とする請求項２に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項７】
前記測定部が行う（ａ）ステップは、
（ａ１）複数のホールセンサを一定間隔で装着した移動体が、前記ホールセンサを感知する永久磁石を装着したホームベース上で所定角速度で回転する状態で、
（ａ２）前記複数のホールセンサのうち第ｎ番目ホールセンサが前記永久磁石を過ぎる瞬間の時刻である第１感知時刻を測定するステップと、
（ａ３）前記第１感知時刻以後、第ｎ＋１番目ホールセンサが前記永久磁石を過ぎる瞬間の時刻である第２感知時刻を測定するステップと、
（ａ４）前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して前記角速度を測定するステップと、
（ａ５）前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して算出された回転周期の間に前記ジャイロセンサの平均出力値を測定するステップと、
（ａ６）前記測定された角速度と異なる角速度を持つ回転状態で前記（ａ２）ステップないし前記（ａ５）ステップを所定複数回反復して行うことによって、前記複数の角速度及び前記複数の角速度に対応する複数の平均出力値を測定して一つのセット値として算出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項８】
前記補正部が行う（ａ）ステップは、
（ａ７）前記（ａ６）ステップを行った時点の温度値を温度インデックスとして前記算出されたセット値にマッピングするステップと、
（ａ８）前記温度値を含む所定範囲の温度領域内で一定間隔の温度値ごとに前記（ａ２）ステップないし前記（ａ７）ステップを反復して行い、前記実行結果、前記温度インデックス別にセット値を算出するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項９】
前記（ａ１）の状態となる前に、前記測定部が、前記移動体が停止した状態で前記ジャイロセンサの出力値を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１０】
前記停止した状態は、前記移動体が作業を行う直前の状態または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態を含むことを特徴とする請求項９に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１１】
前記複数は、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の定数項を除外した係数の総数であることを特徴とする請求項７に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１２】
前記測定部が行う（ａ）ステップは、前記移動体の内部に備わった回転モータの回転軸に前記ジャイロセンサを装着して前記角速度及び前記平均出力値を測定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１３】
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ１）演算部が、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の係数を前記温度インデックス別に算出されたセット値を利用して演算するステップと、
（ｂ２）演算部が、前記係数を利用して前記特性方程式についての情報を温度インデックス別に算出するステップと、
（ｂ３）保存部が、前記算出された特性方程式についての情報を保存するステップと、を含むことを特徴とする請求項３または８に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１４】
前記保存部が行う（ｂ３）ステップは、前記特性方程式についての情報が同一温度を温度インデックスとして重複保存されている場合には、時間的に最も最近に保存された特性方程式についての情報にアップデートするステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１５】
前記補正部が行う（ｃ）ステップは、
（ｃ１）前記ジャイロセンサの出力値を測定するステップと、
（ｃ２）前記保存された特性曲線についての情報を利用して前記測定された出力値を角速度で変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１６】
前記補正部が行う（ｃ）ステップは、
（ｃ１）現在温度を測定し、前記現在温度と最も近い値を持つ温度を温度インデックスとする特性方程式についての情報を検出するステップと、
（ｃ２）前記現在温度で前記ジャイロセンサの出力値を測定するステップと、
（ｃ３）前記検出された特性方程式についての情報を利用して前記出力値を角速度に変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のジャイロセンサの補正方法。
【請求項１７】
（ｃ４）所定温度以上の温度変化が発生した場合には、前記補正部が、前記（ｃ１）ステップないし前記（ｃ３）ステップを反復して行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の補正方法。
【請求項１８】
ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態で、前記移動体の角速度及び前記ジャイロセンサの平均出力値を測定する測定部と、
前記測定された角速度及び平均出力値を利用して前記ジャイロセンサの特性曲線についての情報を算出する演算部と、
前記算出された情報を保存する保存部と、
前記特性曲線についての情報を利用して前記ジャイロセンサを補正する補正部と、を備えるジャイロセンサの補正装置。
【請求項１９】
前記測定部は、赤外線受信部を装着した移動体が、赤外線送信部を装着したホームベース上で所定角速度で回転する状態で、前記赤外線受信部が、前記赤外線送信部から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻である第１感知時刻及び前記第１感知時刻以後の赤外線を感知する瞬間の時刻である第２感知時刻を測定し、前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して前記角速度を測定し、前記差を利用して算出された回転周期間のジャイロセンサの平均出力値を測定し、前記測定された角速度と異なる値を持つ複数の回転状態で、複数の角速度及び前記複数の角速度に対応する複数の平均出力値を測定して一つのセット値として算出することを特徴とする請求項１８に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２０】
前記測定部は、前記算出されたセット値に対して前記算出された時点の温度値を温度インデックスとし、前記温度値を含む所定範囲の温度領域内で一定間隔の温度値ごとにセット値を算出することを特徴とする請求項１９に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２１】
前記測定部は、前記移動体が停止した状態で前記ジャイロセンサの出力値を測定することを特徴とする請求項１９に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２２】
前記停止した状態は、前記移動体が作業を行う直前の状態または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態を含むことを特徴とする請求項２１に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２３】
前記複数は、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の定数項を除外した係数の総数であることを特徴とする請求項１９に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２４】
前記測定部は、複数のホールセンサを一定間隔で装着した移動体が、前記ホールセンサを感知する永久磁石を装着したホームベース上で所定角速度で回転する状態で、前記複数のホールセンサのうち第ｎ番目ホールセンサが前記永久磁石を過ぎる瞬間の時刻である第１感知時刻及び前記第１感知時刻以後の第ｎ＋１番目ホールセンサが前記永久磁石を過ぎる瞬間の時刻である第２感知時刻を測定し、前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して前記角速度を測定し、前記差を利用して算出された回転周期の間のジャイロセンサの平均出力値を測定し、前記測定された角速度と異なる値を持つ複数の回転状態で、複数の角速度及び前記複数の角速度に対応する複数の平均出力値を測定して一つのセット値として算出することを特徴とする請求項１８に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２５】
前記測定部は、前記算出されたセット値に対して前記算出された時点の温度値を温度インデックスとし、前記温度値を含む所定範囲の温度領域内で一定間隔の温度値ごとにセット値を算出することを特徴とする請求項２４に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２６】
前記測定部は、前記移動体が停止した状態で前記ジャイロセンサの出力値を測定することを特徴とする請求項２４に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２７】
前記停止した状態は、前記移動体が作業を行う直前の状態または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態を含むことを特徴とする請求項２６に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２８】
前記複数は、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の定数項を除外した係数の総数であることを特徴とする請求項２４に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項２９】
前記測定部は、前記移動体の内部に備わった回転モータの回転軸に前記ジャイロセンサを装着して前記角速度及び前記平均出力値を測定することを特徴とする請求項１８に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項３０】
前記演算部は、ジャイロセンサの出力値を独立変数とし、角速度を従属変数とするジャイロセンサの特性方程式の係数を、前記温度インデックス別に算出されたセット値を利用して演算し、前記係数を利用して前記特性方程式についての情報を温度インデックス別に算出することを特徴とする請求項２０または２５に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項３１】
前記保存部は、前記特性方程式についての情報が同一温度を温度インデックスとして重複保存されている場合には、時間的に最も最近に保存された特性方程式についての情報にアップデートして保存することを特徴とする請求項３０に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項３２】
前記補正部は、前記ジャイロセンサの出力値を測定し、前記測定された出力値を、前記保存された特性曲線についての情報を利用して角速度で変換することを特徴とする請求項１８に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項３３】
前記補正部は、測定された現在温度と最も近い値を持つ温度を温度インデックスとする特性方程式についての情報を検出し、前記現在温度で測定されたジャイロセンサの出力値を、前記検出された特性方程式についての情報を利用して角速度で変換することを特徴とする請求項３０に記載のジャイロセンサの補正装置。
【請求項３４】
前記補正部は、所定温度以上の温度変化が発生した場合には、前記変化が発生した時点の温度を再測定し、前記再測定された温度と最も近い値を持つ温度を温度インデックスとする特性方程式についての情報を検出することによって、ジャイロセンサの出力値を角速度に変換することを特徴とする請求項３３に記載のジャイロセンサの補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサの補正方法及び補正装置に係り、さらに詳細には、ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態での角速度及びジャイロセンサの平均出力値を測定して得られたデータを利用してジャイロセンサを補正する、ジャイロセンサの補正方法及び補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明で使われるジャイロセンサは慣性センサの一種である。慣性センサは、慣性航法システムを構成するために加速度及び角速度を測定して、システムにその情報を提供するセンサであり、加速度計とジャイロスコープ（または、ジャイロセンサ）とに大別できる。加速度計は、運動体の加速度を測定する計測機器である。ジャイロセンサは、回転運動の角速度を測定するセンサである。角変位または角速度情報を提供するジャイロセンサは昔から、小さくは模型飛行機の姿勢維持から、大きくは船舶、航空機及び誘導武器の誘導調整のための慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に至るまで多様な分野に活用されている。つまり、ジャイロセンサは、自動車、船舶、工場自動化、海洋探査及び宇宙開発に至るまで産業全分野にわたって活用されており、性能向上、小型軽量化、コストダウンのための技術開発を繰り返して発展し続けてきた。
【０００３】
一方、ジャイロセンサは、コストの側面から見ると、高価型ジャイロセンサと安価型ジャイロセンサとに大別できる。高価型ジャイロセンサの場合、性能は優秀であるが、コストが高いために掃除ロボットのような安価型移動体に適用するには限界が存在する。したがって、安価型ジャイロセンサを掃除ロボットのような移動体に適用する必要があるが、安価型ジャイロセンサを掃除ロボットなどに適用して満足するほどの性能を奏するためにはジャイロセンサの正確度を向上させるための補正が必要である。
【０００４】
まず、ジャイロセンサの量産段階で補正を行う方法があるが、もし、ジャイロセンサを量産する過程で補正を行えば、生産コストが上昇してセンサごとにいちいち補正を行い難くなる。特に、安価型ジャイロセンサを生産する段階で最初の一回のみ補正を行えば、長時間の間に環境変化によってセンサ及び回路の特性が変わってセンサの正確度が低下するという問題がある（エージング問題）。
【０００５】
このような問題を解決するために、既存の移動ロボット内でリアルタイムでジャイロを補正する技術である特許文献１が開示されている。この発明は、ジャイロセンサが停止した状態でのオフセット値を補正してロボット掃除機の方向誤差を補償（補正）することによって、ジャイロセンサのオフセット変化による方向誤差を最小化させた発明である。しかし、この発明は、停止状態でとりあえずジャイロセンサのオフセットのみを補正し、ジャイロ特性方程式に基づいた特性曲線自体を補正しないために、ジャイロセンサの正確度を向上させるには限界がある。
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００４−００６２０３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする技術的課題は、ジャイロセンサが装着された移動体を回転させて回転角速度と平均出力値とを測定し、これに基づいてジャイロセンサの特性方程式についての情報を算出して保存した後、保存された情報を利用して実際に移動体の位置推定時にジャイロセンサの特性方程式をリアルタイム補正することによって、移動体の角速度を求めることができるジャイロセンサの補正方法及び補正装置を提供するところにある。
【０００７】
また、本発明が解決しようとする技術的課題は、温度によって微細に変わるジャイロセンサの特性曲線による正確度の減少を補償できるジャイロセンサの補正方法及び補正装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するための本発明のジャイロセンサの補正方法は、（ａ）ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態で、前記移動体の角速度及び前記ジャイロセンサの平均出力値を測定するステップと、（ｂ）前記測定された角速度及び平均出力値を利用して前記ジャイロセンサの特性曲線についての情報を算出して保存するステップと、（ｃ）前記特性曲線についての情報を利用して前記ジャイロセンサを補正するステップと、を含む。
【０００９】
前述した目的を達成するための本発明のジャイロセンサの補正装置は、ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態で、前記移動体の角速度及び前記ジャイロセンサの平均出力値を測定する測定部と、前記測定された角速度及び平均出力値を利用して前記ジャイロセンサの特性曲線についての情報を算出する演算部と、前記算出された情報を保存する保存部と、前記特性曲線についての情報を利用して前記ジャイロセンサを補正する補正部と、を備える。
本発明に関するその他の具体的な事項は、以下の詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、次のような効果が一つまたはそれ以上存在する。
リアルタイムで移動体の位置推定に利用されるジャイロセンサの特性方程式についての情報を検索してジャイロ出力値を角速度で変換することによって、ジャイロセンサのオフセットだけでなく特性曲線自体を補正するために、ジャイロセンサの角速度測定の正確度を向上させることができる。
【００１１】
また、低コストでジャイロセンサの正確度を向上させることができるので、掃除ロボットのような移動体に本発明を適用できる。
また、持続的な補正が可能であるので、長時間の使用により発生しうるジャイロセンサの誤差問題（エージング問題）を解決できる。
また、ジャイロセンサの生産過程で精密な補正ステップを経ないので、コストダウンができ、温度の変化に関係なくジャイロセンサの正確度を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の利点及び特徴、そしてこれを達成する方法は添付された図面に基づいて詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、この実施形態から外れて多様な形に具現でき、本明細書で説明する実施形態は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で当業者に発明の概念を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項により定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
【００１３】
以下、本発明の望ましい実施形態によりあらかじめ定義された、ジャイロセンサの補正方法及び補正装置を説明するためのブロック図またはフローチャートを参照してさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるジャイロセンサの補正装置のブロック構成を示す図面である。図１に記載の補正装置は、角速度とジャイロ出力値とを測定する測定部１００、特性曲線についての情報を算出する演算部２００、前記特性曲線についての情報を保存する保存部３００、及びジャイロセンサを補正する補正部４００を備えている。
【００１４】
測定部１００は、前記ジャイロセンサの特性曲線を表すｎ次関数形態の特性方程式を求めるために、ジャイロセンサが装着された移動体の回転角速度及び前記移動体に装着されたジャイロセンサの出力値を測定する。前記特性方程式の独立変数はジャイロ出力値（ｍＶ）であり、従属変数は角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）であるが、ここで求められた角速度値及び出力値は、特性方程式の係数を求めるためのデータとなる。
前記回転角速度（ω）は、前記移動体の固定位置で測定される回転周期Ｔを利用して算出できる（ω＝２π／Ｔ）。前記回転周期を測定する方法としては、赤外線送受信を利用する方式と磁場を感知するホールセンサを利用する方式とを使用できる。
【００１５】
まず、赤外線送受信を利用した方式の場合を説明する。赤外線受信部を装着した移動体が、赤外線送信部を装着したホームベース上で一定の角速度で回転する状態を想定する。これを示したものが図７であるが、図７は、本発明の一実施形態による赤外線を利用した移動体７１０の角速度を測定する方法を例示した図面である（適宜図１参照）。
赤外線受信部７１１を装着した移動体７１０が赤外線送信部７２１を装着したホームベース７２０上で、開始状態７３０で回転し始めて回転状態７４０を経て一定の角速度で回転すると、測定部１００は、前記回転状態７４０で赤外線受信部７１１が赤外線送信部７２１から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻である第１感知時刻をまず測定する。そして、前記第１感知時刻以後移動体７１０がさらに１回転した後に、赤外線受信部７１１が赤外線送信部７２１から放出された赤外線を再び感知する瞬間の時刻である第２感知時刻を測定する。前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を演算して回転周期Ｔを求め、前記回転周期Ｔから前記回転角速度（ω）を求める。
【００１６】
前記角速度の値を変化させつつ該当角速度ごとに回転周期Ｔを求めねばならないが、後述するジャイロセンサの特性方程式が第ｎ次関数であると仮定したので、前記方程式の係数の数はｎ＋１個となる。このうち、オフセットに該当する定数項は、ジャイロセンサが装着された移動体７１０が回転を止めた停止状態（ω＝０である状態）７５０でのジャイロセンサ出力値を測定することによって求める。移動体７１０が停止した状態の望ましい例としては、前記移動体が掃除のような作業を行う直前の状態、または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態が考えられる。
したがって、前記定数項を除外した係数の数であるｎ回ほど角速度を異ならせて反復測定することによって、ｎ個の回転周期Ｔを得て、ω＝２π／Ｔという式を利用してｎ個の角速度（ω）を求める。
【００１７】
また、測定部１００は、前記第１感知時刻から前記第２感知時刻までの間の回転周期の間に、前記ジャイロセンサの出力値を積分して平均出力値を求める。前記ｎ回ほどの角速度を測定しつつ前記平均出力値もｎ回ほど測定することによって、ｎ個の角速度及び前記ｎ個の角速度に対応する数の平均出力値を一つのセットとして設定する。前記設定されたセットは、前記特性方程式の係数を求めるための資料として活用される。
【００１８】
次いで、磁場を感知するホールセンサを利用する方式を利用して角速度と平均出力値とを測定する過程を説明する。複数のホールセンサを一定間隔で装着した移動体が、前記ホールセンサを感知する永久磁石を装着したホームベース上で所定の一定角速度で回転する状態を想定する。これを示したものが図８であるが、図８は、本発明の一実施形態によるホールセンサを利用した移動体の角速度を測定する方法を例示した図面である（適宜図１参照）。
【００１９】
測定部１００は、前記複数のホールセンサのうち、第ｎ番目ホールセンサ７１２＿ｎが前記ホームベース７２０の永久磁石７２２を過ぎる瞬間の時刻である第１感知時刻、及び前記第１感知時刻以後に第ｎ＋１番目ホールセンサ７１２＿ｎ＋１が前記永久磁石７２２を過ぎる瞬間の時刻である第２感知時刻を測定する。前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を演算して回転周期Ｔを求め、前記回転周期Ｔから角速度（ω）を求める。
【００２０】
そして、前記角速度の値を変化させつつ該当角速度ごとに回転周期Ｔを求めねばならないが、前記特性方程式の係数のうち定数項を除外した係数の数であるｎ回ほど角速度を異ならせて反復測定することによって、ｎ個の回転周期Ｔを得て、ω＝２π／Ｔという式を利用してｎ個の角速度（ω）を求める。また、測定部１００は、前記第１感知時刻から前記第２感知時刻までの前記ジャイロセンサの出力値を積分して平均出力値を求める。なお、ｎ個の角速度及び前記ｎ個の角速度に対応するｎ個の平均出力値を一つのセットとして設定せねばならないが、このような過程については、前述した最初の方式である赤外線送受信を利用した方式と同一であるので、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００２１】
一方、前記ジャイロ特性方程式による特性曲線を示す図６を参照すれば、ジャイロセンサの特性方程式は、下記の式（１）の通りである。
Ｆ（ｘ）＝Ｃ０＋Ｃ１ｘ＋Ｃ２ｘ２＋…＋Ｃｎｘｎ・・・（１）
ここで、独立変数ｘは、前記ジャイロセンサの出力値（ｍＶ単位）を表し、関数値Ｆ（ｘ）は、角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）を表し、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎは、ジャイロ特性方程式の係数を表す。第ｎ次関数グラフであるので、その係数は一般的にｎ＋１個になり、ｎ＋１個の係数を求めるためにはｎ＋１個の座標値が必要である。実験で求められたジャイロセンサの平均出力値（ｘ）と、前述した２つの方式（赤外線送受信方式とホールセンサとを利用した方式）により求められた回転周期を利用して算出した角速度（Ｆ（ｘ））値とをｎ＋１個の順序対で集めて、一つのセットとして設定する。
それ以外にも、前記移動体の内部に備わった回転モータの回転軸にジャイロセンサを装着して、前記角速度と前記平均出力値とのセットを算出してもよい。
【００２２】
演算部２００は、前述した方式により算出された角速度値と平均出力値とを利用して前記ジャイロセンサの特性曲線についてのデータを算出する。すなわち、前記式（１）で表現されているｎ次特性方程式の係数のうち定数項であるＣ０を除外した残りの係数であるＣ１、Ｃ２、…、Ｃｎを求めるために、ｎ個の角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）とｎ個の平均出力値（ｍＶ）との順序対セットを前記特性方程式に代入して連立方程式を解く。前記のような方式により算出された係数についてのデータを保存部３００が保存し、補正部４００では、前記保存されたデータを利用してジャイロ出力値を角速度に変換することによってリアルタイム補正を行う。
【００２３】
しかし、前記ジャイロセンサの補正において、ジャイロセンサが作動する現在の温度によって前記特性方程式の係数の値が変わりうるという点を反映する必要がある。この場合には、温度別に特性方程式をそれぞれ算出して保存する必要がある。以下、温度によって変化する複数の特性方程式を算出して保存する過程について説明する。
測定部１００では、前記算出された角速度と平均出力値とのセット値について、前記セット値が算出された時点の現在温度値をインデックスで表示し、前記現在温度値を含む所定範囲の温度領域内で所定間隔の温度ごとにセット値を算出せねばならない。すなわち、測定部１００は、所定範囲の温度領域内で所定間隔の温度ごとにｎ個の角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）とｎ個の平均出力値（ｍＶ）との順序対セットを算出して、算出された時点の各温度とマッピングさせる。
【００２４】
ここで、前記所定範囲の温度領域は、前記移動体が作動できる環境の温度範囲であって、摂氏−１０℃〜摂氏４０℃範囲の温度範囲が望ましいが、必ずしも前記温度範囲に限定されるものではない。また、前記所定間隔の温度は、例えば、摂氏２℃の間隔ごとに測定できる。なぜなら、温度によって前記ジャイロ出力値（ｘ）が影響を受けるために、多様なデータを得るために稠密な間隔を持ついろいろな温度値ごとに、ｎ個の角速度とｎ個の平均出力値とを一つのセットとして求めねばならないためである。
【００２５】
前記のように一定間隔を持つ多様な温度値を温度インデックスとしてセット値を算出した後には、演算部２００が前記セット値を利用して温度別に特性方程式を算出する。具体的には、一つのセットで算出されたｎ個の角速度とｎ個の平均出力値とを利用して前記ジャイロ特性方程式の係数Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎを求め、前記求められた係数と前述した過程で求められた定数項であるＣ０とを利用して、前記特性方程式についてのデータを前記各温度を温度インデックスとして算出する。
【００２６】
保存部３００は、前記のような方式で算出された特性方程式についての情報を温度インデックス別にマッチングして保存するか、前記特性方程式の係数セットＣ０、Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎ自体を保存する。前記特性方程式についてのデータが同じ温度を温度インデックスとして重複マッチングされて保存されている場合には、保存部３００は、同じ温度のうち時間的にさらに最近に保存された特性方程式についてのデータにアップデートして保存する。
【００２７】
補正部４００は、前記移動体が実際に作業の実行中に特性曲線をリアルタイムで補正する必要がある場合に、前記測定部１００により測定された前記ジャイロセンサの出力値を前記保存部３００に保存された特性方程式に代入して角速度に変換する。これにより、ジャイロセンサはリアルタイムで補正されうる。前記ジャイロセンサを補正するためには、ジャイロセンサの特性モデルをまず調べる必要があるところ、前記特性モデルは下記の式（２）の通りである。
<ωｚ>＝(１＋Ｓｚ)ωｚ+Ｍｘωｘ+Ｍｙωｙ+Ｂｆｚ+Ｂｇｘａｘ+Ｂｇｙａｙ+Ｂｇｚａｚ+ｎｚ・・（２）
前記式（２）の左辺<ωｚ>は、移動ロボットのｚ軸を回転軸とする場合において、右辺の式で表現される各種因子が反映されたジャイロ出力を表す。右辺の最後の項ｎｚは、経時的にランダムに変わるバイアスであって、実質的に補正できない項である。右辺の２番目項と３番目項とを合わせたＸＹカップリング（Ｍｘωｘ＋Ｍｙωｙ）は、ｘ軸とｙ軸との回転により発生する誤差であって、実際の回転軸であるｚ軸の影響に比べて小さいので、一般的に無視できる。また、５番目項から７番目項までの項の和であるｇ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ（Ｂｇｘａｘ＋Ｂｇｙａｙ＋Ｂｇｚａｚ）は、ジャイロセンサに作用する加速度により発生する誤差であって、その影響が小さいので無視できる。
【００２８】
右辺の４番目項Ｂｆｚは、経時的に変わらない一定のバイアスであるが、温度と相関関係を持って変わるために温度による補正を行う必要があり、角速度が０である停止状態で補正する。このバイアスは、前述した前記式（１）のジャイロ特性方程式での定数項であるＣ０により表現される。最後に、右辺の最初項である（１＋Ｓｚ）ωｚにおいてＳｚは、角速度とジャイロ出力値との相関関係を表すスケーリング因子であって、角速度によってその値が微細に変わり、温度によっても影響を受ける。このスケーリング因子は、前述した前記式（１）のジャイロ特性方程式で定数項Ｃ０を除外した残りの係数Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎにより表現される。
【００２９】
前記式（２）の右辺から最初項と４番目項とが補正の対象になるが、前記定数項を算出する過程については前述したので、ここではジャイロセンサの出力による角速度の補正について説明する（適宜図１，６，７及び８参照）。
まず、温度インデックス別に特性方程式が保存されている場合には、移動体７１０がジャイロセンサを利用して位置を推定する時点で現在温度を測定し、前記測定された温度に該当する温度を温度インデックスとして、保存されている特性方程式についてのデータがあるかどうかを保存部３００のデータベースで検索する。前記検索結果、該当データが存在する場合には、その特性方程式についてのデータを検出し、前記該当データが存在していない場合には、前記測定された温度に最も近い値を持つ温度を温度インデックスとする特性方程式についての情報を検出する。または、前記測定された温度に最も近接した上下の温度に該当する二つの特性方程式を検出し、内挿技法を利用して前記測定された温度に該当する特性方程式を抽出できる。
【００３０】
測定部１００が前記現在温度で作業中である移動体７１０のジャイロ出力値を測定する場合には、補正部４００は、前記ジャイロ出力値を前記検出された特性方程式についてのデータを利用して角速度に変換する。これにより、前記ジャイロセンサの特性曲線がリアルタイムで適切に補正される。もし、所定温度以上の温度変化が発生した場合には、再び温度変化による特性方程式の変化が発生するので、これを補正せねばならない。この場合には、再び新たな温度による特性方程式を検出し、これを利用して出力値を再び代入して新たな角速度値に変換せねばならない。ここで、前記所定温度以上の温度変化は摂氏２℃以上の温度変化であることが望ましい。
【００３１】
一方、前記のような本発明の図１で示す構成要素として、“部”という用語は、ソフトウェアまたはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）または注文型半導体（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ；ＡＳＩＣ）のようなハードウェア構成要素を意味し、モジュールは所定の役割を行う。しかし、モジュールはソフトウェアまたはハードウェアに限定されるものではない。モジュールは、アドレッシング可能な保存媒体に存在すべく構成されても良く、１つまたはそれ以上のプロセッサーを実行させるように構成されても良い。したがって、一例としてモジュールは、ソフトウェア構成要素、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素及びタスク構成要素のような構成要素と、プロセス、関数、属性、プロシージャ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバー、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、及び変数を含む。構成要素とモジュールから提供される機能は、より少数の構成要素及びモジュールで結合されるか、追加的な構成要素とモジュールにさらに分離されうる。あるいは、構成要素及びモジュールは通信システム内の１つまたはそれ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）を再生させるように具現されることもある。
【００３２】
さらに、図２を参照してジャイロセンサの補正方法の全体的なフローを説明し、図３ないし図５を参照して、各ステップについて具体的に説明する（適宜図１，６，７及び８参照）。図２は、本発明の一実施形態によるジャイロセンサの補正方法のフローチャートであり、図３は、角速度と出力値を測定する方法を示す図面であり（図２のＳ２１０に相当）、図４は、特性方程式を算出して保存する方法を示す図面であり、図５は、ジャイロセンサを補正する方法のフローチャートである。
【００３３】
まず、最初のステップとして、図２で測定部１００は、ジャイロセンサが装着された移動体が回転する状態で、前記移動体の角速度と前記ジャイロセンサの平均出力値とを測定する（Ｓ２１０）。ここで、前記角速度（ω）は、前述したように、前記移動体の固定位置で測定される回転周期Ｔを利用して算出される（ω＝２π／Ｔ）。このような回転周期Ｔ及び前記回転周期間の平均出力値を求める過程を、図３を参照して説明する。
【００３４】
赤外線送受信方式の場合には、赤外線受信部７１１を装着した移動体７１０が、赤外線送信部７２１を装着したホームベース７２０上で一定の角速度で回転し、ホールセンサを利用した方式の場合には、複数のホールセンサを一定間隔で装着した移動体７１０が、前記ホールセンサを感知する永久磁石７２２を装着したホームベース７２０上で一定角速度で回転する（Ｓ２１１）。
【００３５】
測定部１００は、赤外線受信部７１１が前記赤外線送信部７２１から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻、または複数のホールセンサのうち第ｎ番目ホールセンサ７１２＿ｎが前記永久磁石７２２を過ぎる瞬間の時刻である第１感知時刻を測定する（Ｓ２１２）。そして、測定部１００は、前記第１感知時刻以後に回転し続けてさらに１回転した時点で、前記赤外線受信部７１１が前記赤外線送信部７２１から放出された赤外線を感知する瞬間の時刻、または第ｎ＋１番目ホールセンサ７１２＿ｎ＋１が前記永久磁石７２２を過ぎる瞬間の時刻である第２感知時刻を測定する（Ｓ２１２）。
【００３６】
次いで、前記移動体７１０は、図７の右下図のように回転を停止する。測定部１００は、前記第１感知時刻と前記第２感知時刻との差を利用して移動体７１０が一回り回転するのにかかる時間の回転周期Ｔを求めることができ、このような回転周期Ｔから角速度（ω）を測定（算出）する（Ｓ２１３）。測定部１００は、前記第１感知時刻から前記第２感知時刻までの間の回転周期に測定されたジャイロ出力値を積分して平均出力値を測定する（Ｓ２１４）。
【００３７】
前記角速度（ω）を異ならせて前記の過程を反復して行うが、前述した特性方程式の次数がｎ次であり、特性方程式の係数はＣ０、Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎのようにいずれもｎ＋１個になるので、ｎ＋１個の回転周期Ｆ（ｘ）とジャイロ出力値ｘとが必要である。ところが、定数項であるＣ０は、移動体７１０が停止した状態でジャイロセンサの出力値を測定することによってあらかじめ算出されたので、測定部１００は、前記過程をｎ回反復実行したかどうかを判断する（Ｓ２１５）。もし、ｎ回を満たせなかったならば、測定部１００は、角速度を変更して（Ｓ２１６）、前記Ｓ２１１から前記Ｓ２１４の過程を再び反復する。もし、ｎ回行ったならば、測定部１００は、ｎ個の回転周期から求められたｎ個の角速度を求めることができ、同様にｎ個の角速度に対応するｎ個のジャイロセンサの平均出力値を求めて一つのセットとして算出できる（Ｓ２１７）。
【００３８】
一方、温度を温度インデックスとする複数のセット値を求めようとする場合には、測定部１００は、前記のように求められたｎ＋１個の角速度とジャイロ出力値とを一つのセットとし、所定範囲の温度領域内で一定間隔の温度ごとに前記過程を反復して行って得られるそれぞれのセットを前記実行時点の各温度とマッピングさせることによって、温度インデックス別にセット値を算出する（Ｓ２１８）。すなわち、マッピングされた温度が一種のインデックス役割を行う。ここで、前記所定範囲の温度領域は、摂氏−１０℃〜摂氏４０℃範囲の温度領域が望ましく、前記所定間隔の温度は摂氏２℃間隔が望ましい。既に言及したように、温度によって前記ジャイロ出力値が影響を受けるために、多様な温度での特性方程式についてのデータを得るためには、稠密な温度間隔を持ついろいろな温度値ごとに、ｎ＋１個の角速度とｎ＋１個のジャイロ出力値とを一つのセットとするデータを算出せねばならないためである。
【００３９】
一方、前記ｎ＋１個の係数のうちオフセットである定数値を求めるためには、移動体７１０が０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］、すなわち、回転を停止した状態７５０で前記ジャイロセンサの出力値を測定すればいいので、図３のＳ２１５過程ではｎ回を行ったかどうかを判断すればよい。移動体７１０が停止した状態の望ましい例には、前記移動体が掃除のような作業を行う直前の状態または前記作業を行ってホームベースに帰還した直後の状態になりうる。
【００４０】
図２に戻って、第２のステップとして、演算部２００は、測定された角速度と平均出力値とを利用して前記ジャイロセンサの特性方程式（特性曲線）についての情報を算出する（Ｓ２２０）。第３のステップとして、保存部３００が前記情報をデータベースに保存する（Ｓ２３０）。前記第２のステップと第３のステップについては、図４を参照する（図４のＳ２２１，Ｓ２２２が図２のＳ２２０に相当。図４のＳ２３１〜Ｓ２３３が図２のＳ２３０に相当。）。図４に示すように、演算部２００は、特性方程式に対する係数を演算して特性方程式を求め（Ｓ２２１）、温度インデックス別に多くの特性方程式が必要な場合には、各温度ごとに特性方程式を求めることができる、つまり、特性方程式を温度インデックスでマッピングして算出することができる（Ｓ２２２）。保存部３００は、前記特性方程式についてのデータを保存する（Ｓ２３１）。保存部３００は、前記特性方程式についてのデータが同じ温度を温度インデックスとして重複保存されている場合であるかどうかを判断し（Ｓ２３２）、重複保存された場合でなければ（「いいえ」）Ｓ２３１の過程を行い、重複保存された場合ならば（「はい」）時間的に最も最近に保存された特性方程式についてのデータにアップデートする（Ｓ２３３）。
【００４１】
前記特性方程式の係数Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎは、いずれもｎ＋１個であって、温度によって変わる特性を持つので、それぞれの温度ごとにｎ＋１個のジャイロセンサの平均出力値と角速度とを一つのセットとして前記特性方程式に代入すれば、各係数が多様な温度別に求められる。このように求められた係数のセットに基づいて一つの特性方程式を求めて保存し、また多様な温度に対してそれぞれの特性方程式に対する係数についてのデータをデータベース化できる。
【００４２】
図２に戻って、最後の第４のステップとして、補正部４００は、前記特性曲線についての情報を利用して前記ジャイロセンサを補正する（Ｓ２４０）。このような補正過程を図５を参照して説明する（図２のＳ２４０に相当）。図５では、温度インデックス別に保存された特性方程式についての情報を利用して補正する過程を説明する。しかし、本発明の権利範囲は、温度インデックス別に保存された特性方程式を利用して補正する技術に限定されず、温度インデックスと関係なく補正できるということは前述した通りである。ただし、説明の便宜上、図５では、温度インデックス別に保存された特性方程式を利用して補正する過程を説明する。
【００４３】
補正部４００は、前記ジャイロセンサを利用して移動体の位置を推定する時、保存部３００に記録された特性方程式についてのデータに基づいてリアルタイム補正せねばならないので、移動体の移動中に自身の位置を推定しつつ現在温度を測定し（Ｓ２４１）、測定温度に該当する温度を温度インデックスとして保存されている特性方程式についてのデータが保存部３００に存在しているかどうかを判断する（Ｓ２４２）。前記測定温度に該当する特性方程式についてのデータが存在する場合には（Ｓ２４２で「はい」）、前記温度を温度インデックスとして保存されている特性方程式についてのデータを検出する（Ｓ２４３）。測定温度に該当する特性方程式についてのデータが存在していない場合には（Ｓ２４２で「いいえ」）、測定温度に最も近接した温度に該当する二つの特性方程式についてのデータを検出する（Ｓ２４４）。これは、二つの特性方程式を持って内挿技法を利用して、該当する測定温度に相応する特性方程式を求めることができるためである。
【００４４】
そして、ジャイロセンサを利用して移動体の現位置を推定するために、前記温度で前記ジャイロセンサの出力値を測定部１００が測定し（Ｓ２４５）、前記ジャイロセンサの出力値を、前記検出された特性方程式を利用して角速度に変換することによって（Ｓ２４６）、リアルタイムでジャイロセンサの補正された値を求めることができる。
補正部４００は、所定温度以上の温度変化が発生したかどうかを判断し（Ｓ２４７）、所定温度以上の温度変化が発生した場合には（「はい」）、Ｓ２４１過程から再び行う。しかし、温度変化が発生していないか、または所定温度以下の微細な変化のみ発生した場合には（Ｓ２４７で「いいえ」）、保存部３００で特性方程式を検出せずに、Ｓ２４５過程に戻ってジャイロセンサの出力値を測定する過程を再び行う。ここで、所定温度以上の温度変化とは、摂氏２℃以上の温度変化を意味することが望ましい。なぜなら、前述したように、保存部３００に温度別に保存されている特性方程式が摂氏２℃間隔で保存されているためである。
【００４５】
一方、前述した本発明の一実施形態によるジャイロセンサの補正装置の権利範囲は、前記のような方法をコンピュータで行うためのプログラムコードを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体にも及ぶということは、当業者に明らかである。
【００４６】
以上、添付図を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で当業者ならば本発明の技術的思想や必須特徴を離脱しない範囲内でいろいろな置換、変形及び変更が可能なので他の具体的な形に実施されうるということが理解できるであろう。したがって、前述した実施形態はあらゆる面で例示的なものであり、限定的なものと理解してはならない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって現れ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導かれるあらゆる変更または変形された形が本発明の範囲に含まれると解釈せねばならない。すなわち、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態によるジャイロセンサの補正装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるジャイロセンサの補正方法のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態によって角速度と出力値を測定する方法のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態によって特性方程式を算出して保存する方法のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態によってジャイロセンサを補正する方法のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態によるジャイロ特性方程式による特性曲線を示す図面である。
【図７】本発明の一実施形態による赤外線を利用した移動体の角速度を測定する方法を例示した図面である。
【図８】本発明の一実施形態によるホールセンサを利用した移動体の角速度を測定する方法を例示した図面である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    測定部
２００    演算部
３００    保存部
４００    補正部
【図１】
2007086076.tif 000003
【図２】
2007086076.tif 000004
【図３】
2007086076.tif 000005
【図４】
2007086076.tif 000006
【図５】
2007086076.tif 000007
【図６】
2007086076.tif 000008
【図７】
2007086076.tif 000009
【図８】
2007086076.tif 000010