(57)【要約】【課題】本発明は、路面凹凸の計測精度を向上できる路面凹凸計測装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明による路面凹凸計測装置は、車輪１１により路面５上を走行できる無人走行体１と、無人走行体１に搭載されたジャイロ２と、無人走行体１が走行した際にジャイロ２によって検出された角速度に基づいて算出される無人走行体１の姿勢角変化を路面５の凹凸として得る演算手段４とを備えている。演算手段４は、無人走行体１が静止されているときのジャイロ２の出力である静止時ジャイロ出力を記憶するとともに、無人走行体１が走行している際のジャイロ２の出力から静止時ジャイロ出力を差し引いて路面５の凹凸の計測に用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪により路面上を走行できる無人走行体と、
前記無人走行体に搭載されたジャイロと、
前記無人走行体が走行した際に前記ジャイロによって検出された角速度に基づいて算出される前記無人走行体の姿勢角変化を路面の凹凸として得る演算手段と
を備え、
前記演算手段は、前記無人走行体が静止されているときの前記ジャイロの出力である静止時ジャイロ出力を記憶するとともに、前記無人走行体が走行している際の前記ジャイロの出力から前記静止時ジャイロ出力を差し引いて前記路面の凹凸の計測に用いる
ことを特徴とする路面凹凸計測装置。
【請求項２】
前記無人走行体に搭載された加速度計をさらに備え、
前記演算手段は、第１静止状態に前記無人走行体をおいたときに前記加速度によって測定される加速度をＡＣＣ１とし、第１静止状態から方位角を１８０°回転させた第２静止状態に前記無人走行体をおいたときに前記加速度によって測定される加速度をＡＣＣ２とし、重力加速度をｇとしたときに、{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２で表される前記加速度計の搭載誤差角θｅを記憶するとともに、前記無人走行体が走行している際の前記加速度計の加速度及び前記ジャイロの出力を用いて求められる姿勢角を前記搭載誤差角θｅで補正する
ことを特徴とする請求項１記載の路面凹凸計測装置。
【請求項３】
車輪により路面上を走行できる無人走行体と、
前記無人走行体に搭載された加速度計及びジャイロと、
前記無人走行体が走行した際に前記加速度計によって検出された加速度に基づいて算出される前記無人走行体の姿勢角変化を路面の凹凸として得る演算手段と
を備え、
前記演算手段は、第１静止状態に前記無人走行体をおいたときに前記加速度によって測定される加速度をＡＣＣ１とし、第１静止状態から方位角を１８０°回転させた第２静止状態に前記無人走行体をおいたときに前記加速度によって測定される加速度をＡＣＣ２とし、重力加速度をｇとしたときに、{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２で表される前記加速度計の搭載誤差角θｅを記憶するとともに、前記無人走行体が走行している際の前記加速度計の加速度及び前記ジャイロの出力を用いて求められる姿勢角を前記搭載誤差角θｅで補正する
ことを特徴とする路面凹凸計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面の凹凸を計測する路面凹凸計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種の路面凹凸計測装置としては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来構成では、車輪により路面上を走行できる無人走行体にジャイロ及び加速度計を搭載し、これらジャイロ及び加速度計の出力に基づいて算出される無人走行体の姿勢角変化を路面の凹凸として計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８６６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の路面凹凸計測装置において、ＭＥＭＳジャイロ等の比較的安価なジャイロを用いた場合、ジャイロのオフセット誤差が路面凹凸の計測に悪影響を及ぼす。オフセット誤差とは、無人走行体が静止されているにも拘わらず無人走行体が変位しているかのように誤って検出される角速度である。また、基準軸に対して加速度計がずれて設置されることもあり、その搭載誤差角も路面凹凸の計測に悪影響を及ぼす。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、路面凹凸の計測精度を向上できる路面凹凸計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る路面凹凸計測装置は、車輪により路面上を走行できる無人走行体と、無人走行体に搭載されたジャイロと、無人走行体が走行した際にジャイロによって検出された角速度に基づいて算出される無人走行体の姿勢角変化を路面の凹凸として得る演算手段とを備え、演算手段は、無人走行体が静止されているときのジャイロの出力である静止時ジャイロ出力を記憶するとともに、無人走行体が走行している際のジャイロの出力から静止時ジャイロ出力を差し引いて路面の凹凸の計測に用いる。
【０００７】
また、本発明に係る路面凹凸計測装置は、車輪により路面上を走行できる無人走行体と、無人走行体に搭載された加速度計及びジャイロと、無人走行体が走行した際に加速度計によって検出された加速度に基づいて算出される無人走行体の姿勢角変化を路面の凹凸として得る演算手段とを備え、演算手段は、第１静止状態に無人走行体をおいたときに加速度によって測定される加速度をＡＣＣ１とし、第１静止状態から方位角を１８０°回転させた第２静止状態に無人走行体をおいたときに加速度によって測定される加速度をＡＣＣ２とし、重力加速度をｇとしたときに、{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２で表される加速度計の搭載誤差角θｅを記憶するとともに、無人走行体が走行している際の加速度計の加速度及びジャイロの出力を用いて求められる姿勢角を搭載誤差角θｅで補正する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の路面凹凸計測装置によれば、演算手段は、無人走行体が走行している際のジャイロの出力から静止時ジャイロ出力を差し引いて路面の凹凸の計測に用いるか、又は無人走行体が走行している際の加速度計の加速度を用いて求められる姿勢角を搭載誤差角θｅで補正するので、路面凹凸の計測精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による路面凹凸計測装置を示す構成図である。
【図２】図１の無人走行体が静止されているときの加速度計の出力に基づいて求められる検出角度を示す説明図である。
【図３】図１の無人走行体を第１静止状態においたときの水平面と加速度計の検出軸との間の第１ずれ角を示す説明図である。
【図４】図１の無人走行体を第２静止状態においたときの水平面と加速度計の検出軸との間の第２ずれ角を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による路面凹凸計測装置を示す構成図である。図において、路面凹凸計測装置には、無人走行体１、ジャイロ２、加速度計３及び演算手段４が含まれている。
【００１１】
無人走行体１には、走行体本体１０、複数の車輪１１及び取手１２が含まれている。走行体本体１０は、ジャイロ２及び加速度計３が搭載される躯体である。車輪１１は、走行体本体１０の下部に取り付けられている。取手１２は、走行体本体１０の後部から上方に突出されている。無人走行体１は、作業者が取手１２を押すことで、作業者が乗車することなく、車輪１１により路面５上を走行できるように構成されている。すなわち、無人走行体１とは作業者が乗車しない走行体である。車輪１１の回転軸は、走行体本体１０の下部に設けられた軸支体１０ａに回転自在に支持されている。軸支体１０ａは走行体本体１０に対して固定されており、無人走行体１は直線状にしか走行できないように構成されている。
【００１２】
ジャイロ２及び加速度計３は、無人走行体１に搭載されている。ジャイロ２は互いに直交する３軸回りの角速度を検出し、加速度計３はその３軸に沿う方向の加速度を検出する。
【００１３】
演算手段４は、ジャイロ２及び加速度計３に有線又は無線で接続されたコンピュータであり、無人走行体１が走行した際にジャイロ２によって検出された角速度、及び無人走行体１が走行した際に加速度計３によって検出された加速度に基づいて算出される無人走行体１の姿勢角（ピッチ角及びロール角）変化を路面５の凹凸として得る。図１では無人走行体１から離れた位置に演算手段４が設けられているように示しているが、演算手段４は無人走行体１に搭載されていてもよい。
【００１４】
演算手段４は、オフセットキャンセル機能及びボアサイト補正処理機能を有している。オフセットキャンセル機能とは、無人走行体１が静止されているにも拘わらず無人走行体１が変位しているかのようにジャイロ２によって誤って検出される角速度を打ち消そうとするものである。すなわち、演算手段４は、無人走行体１が静止されているときのジャイロ２の出力である静止時ジャイロ出力を記憶するとともに、無人走行体１が走行している際のジャイロ２の出力から静止時ジャイロ出力を差し引いて路面の凹凸の計測に用いる。演算手段４は、外部から記憶指令が入力された際に、無人走行体１が静止されていると判断して、そのときのジャイロ２の出力を静止時ジャイロ出力として記憶する。
【００１５】
ボアサイト補正処理機能とは、基準軸に対する加速度計３の搭載ずれを補正しようとするものである。演算手段４は、{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２で表される加速度計３の搭載誤差角θｅを記憶するとともに、無人走行体１が走行している際の加速度計３の加速度を用いて求められる姿勢角を搭載誤差角θｅで補正する。なお、ＡＣＣ１は第１静止状態に無人走行体１をおいたときに加速度計３によって測定される加速度であり、ＡＣＣ２は第１静止状態から方位角を１８０°回転させた第２静止状態に無人走行体１をおいたときに加速度計３によって測定される加速度であり、ｇは重力加速度である。演算手段４は、外部から記憶指令が入力された際に加速度計３の加速度ＡＣＣ１，２を記憶して、その加速度ＡＣＣ１，２から算出される搭載誤差角θｅを記憶する。
【００１６】
次に、図２〜図４を用いてボアサイト補正処理機能についてより詳しく説明する。図２は、図１の無人走行体１が静止されているときの加速度計３の出力に基づいて求められる検出角度θを示す説明図である。図２に示すように、無人走行体１が静止されているとき、加速度計３には重力加速度ｇが作用する。このとき、加速度計３の検出軸と水平方向とのずれ角をθとした場合、加速度計３によって検出される加速度ＡＣＣは以下の式１のように表すことができる。
ＡＣＣ＝ｇ×ｓｉｎθ・・・式１
この式１を変形することにより、ずれ角θを下記の式２のように表すことができる。
θ＝ｓｉｎ−１（ＡＣＣ／ｇ）・・・式２
【００１７】
図３は図１の無人走行体１を第１静止状態においたときの水平面と加速度計３の検出軸との間の第１ずれ角θ１を示す説明図であり、図４は図１の無人走行体１を第２静止状態においたときの水平面と加速度計３の検出軸との間の第２ずれ角θ２を示す説明図である。
【００１８】
図３，４に示すように、無人走行体１が載置されている路面５は水平面と平行とは限らない。すなわち、加速度計３によって検出される加速度ＡＣＣの出力に基づいて求められるずれ角θには、搭載誤差角θｅだけでなく、路面５と水平面との間のずれ角θｔも含まれている。
【００１９】
以下のように、無人走行体１を図３，４に示す第１及び第２静止状態においた際の加速度計３の検出加速度ＡＣＣ１，２から搭載誤差角θｅを求めることができる。図３のような状況においては、加速度計３の検出加速度ＡＣＣ１の出力に基づいて求められる第１ずれ角θ１は、搭載誤差角θｅに路面５と水平面との間のずれ角θｔを加算した角度となる。
θ１＝ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＝θｅ＋θｔ・・・式３
【００２０】
一方、図４のように無人走行体１の方位向きを第１静止状態から１８０°回転させた際の加速度計３の検出加速度ＡＣＣ２の出力に基づいて求められる第２ずれ角θ２は、搭載誤差角θｅから路面５と水平面との間のずれ角θｔを減算した角度となる。
θ２＝ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）＝θｅ−θｔ・・・式４
【００２１】
式３，４に示される第１ずれ角θ１と第２ずれ角θ２との加算式は、以下の式５のように表される。
θ１＋θ２＝ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）＝２θｅ・・・式５
この式５を搭載誤差角θｅについて整理することで、搭載誤差角θｅを表す{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２が得られる。上述のように、演算手段４は、{ｓｉｎ−１（ＡＣＣ１／ｇ）＋ｓｉｎ−１（ＡＣＣ２／ｇ）}／２で表される加速度計３の搭載誤差角θｅを記憶しており、無人走行体１が走行している際の加速度計３の加速度を用いて求められる姿勢角を搭載誤差角θｅで補正する。
【００２２】
このような路面凹凸計測装置では、演算手段４は、無人走行体１が走行している際のジャイロ２の出力から静止時ジャイロ出力を差し引いて路面の凹凸の計測に用いるので、ジャイロ２のオフセット誤差を打ち消すことができ、路面凹凸の計測精度を向上できる。
【００２３】
また、演算手段４は、無人走行体１が走行している際の加速度計３の加速度を用いて求められる姿勢角を搭載誤差角θｅで補正するので、搭載誤差角θｅを打ち消すことができ、路面凹凸の計測精度を向上できる。
【００２４】
なお、実施の形態では、演算手段４はオフセットキャンセル機能とボアサイト補正機能との両方を有しているように説明したが、演算手段４はオフセットキャンセル機能及びボアサイト補正機能のいずれか一方のみを行ってもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１  無人走行体
１１  車輪
２  ジャイロ
３  加速度計
４  演算手段
５  路面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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