JP2010117260A - 姿勢検出装置の補正パラメーター作成方法、姿勢検出装置の補正パラメーター作成用装置及び姿勢検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転板230を上面231が水平になるように設置し(S10)、立方体治具210の面211に、X軸(第1の軸)が面212(第2の面)に垂直になり、Y軸(第2の軸)が面213(第3の面)に垂直になり、Z軸(第3の軸)が面211(第1の面)に垂直になるように、姿勢検出装置1を固定する(S12)。そして、立方体治具の面212、213、211と対向する各面を回転板の上面に順次固定し(S14、S20、S26)、回転板を静止又は所定の角速度で回転させて姿勢検出装置の検出値を取得し(S16、S18、S22、S24、S28、S30)、補正パラメーターを作成する(S32)。
【選択図】図9
Description
前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値を前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸を座標軸とする直交座標系における検出値に補正する補正式の補正パラメーターが記憶された記憶部と、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出信号をデジタル信号に変換する処理を行うA/D変換処理部と、前記デジタル信号の各々と前記補正パラメーターに基づいて前記補正式を計算する処理を行う補正計算処理部と、を含み、前記補正式は、前記補正パラメーターとして前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値を前記直交座標系における各検出値に補正するための第1の補正行列、第2の補正行列及び第3の補正行列を含み、前記第1の補正行列、前記第2の補正行列及び前記第3の補正行列の各々と、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値がA/D変換されたデジタル値をそれぞれ要素として含む行列の各々と、の積により得られる3つの行列の和として与えられることを特徴とする。
1−1.姿勢検出装置の構成
図1は、本実施形態の補正パラメーター作成方法の対象となる姿勢検出装置の構成の一例を示す図である。
図2に示すように、角速度センサーモジュール2において、角速度センサー10a、10b、10cは、検出軸がそれぞれX軸、Y軸、Z軸とほぼ平行になるように絶縁基板80の上に取り付けられ、それぞれ振動子11a、11b、11cがパッケージ82a、82b、82c内に収容されている。パッケージ82a、82b、82cの周囲は樹脂モールド材で覆われている。
図2に示すように、加速度センサーモジュール3は、ベース90、ウエイト100、3つの加速度センサー50a、50b、50cを有する。なお、図2では、図1に示した駆動回路60a、60b、60c及び検出回路70a、70b、70cの図示を省略しているがパッケージ4の中の適当な位置に配置され、検出回路70a、70b、70cからの各検出信号78a、78b、78cは外部出力端子(図示せず)を介して姿勢検出装置1の外部に出力されるようになっている。
2−1.センサー取付角誤差
角速度センサー10a、10b、10cは、理想的には、検出軸がそれぞれX軸、Y軸、Z軸と厳密に平行になるように取り付けられる。同様に、加速度センサー50a、50b、50cは、理想的には、検出軸がそれぞれX軸、Y軸、Z軸と厳密に平行になるように取り付けられる。しかし、角速度センサー10a、10b、10c及び加速度センサー50a、50b、50cをそのように厳密に取り付けるのはコスト面から難しい。そのため、X軸角速度センサー10aは、実際には、図7(A)に示すように、検出軸がY軸回りに微小角Δθ2x、Z軸回りに微小角Δθ3x回ったX’軸と平行になるように取り付けられている。同様に、Y軸角速度センサー10bは、実際には、図7(B)に示すように、検出軸がZ軸回りに微小角Δθ3y、X軸回りに微小角Δθ1y回ったY’軸と平行になるように取り付けられており、Z軸角速度センサー10cは、実際には、図7(C)に示すように、検出軸がX軸回りに微小角Δθ1z、Y軸回りに微小角Δθ2z回ったZ’軸と平行になるように取り付けられている。すなわち、X軸角速度センサー10aのY軸回りの取付角誤差及びZ軸回りの取付角誤差はそれぞれΔθ2x、Δθ3xであり、Y軸角速度センサー10bのZ軸回りの取付角誤差及びX軸回りの取付角誤差はそれぞれΔθ3y、Δθ1yであり、Z軸角速度センサー10cのX軸回りの取付角誤差及びY軸回りの取付角誤差はそれぞれΔθ3z、Δθ1zである。
従来の補正式(1)、補正式(2)における関数行列式(ヤコビアン)はセンサーの取付角誤差を直接的に反映する補正パラメーターではなく、また、補正式(1)、補正式(2)では前回の検出値を元に関数行列式(ヤコビアン)を用いて今回の検出値を類推するため、検出値に何らかの写像を施すと補正値が得られるようになっていない。そのため、補正式(1)、補正式(2)では補正精度を上げるのに限界がある。そこで、以下では、より精度の高い補正について数学的に考察する。
次に、図8に示した補正パラメーター作成用装置200を用いて、補正パラメーター(補正行列)を作成する手順の一例について説明する。
図11は、本実施形態の姿勢検出装置の構成を示す図である。
Claims (8)
- 検出軸が互いに直交する第1の軸、第2の軸及び第3の軸とそれぞれ略平行になるように取り付けられ角速度又は加速度を検出する第1のセンサー、第2のセンサー及び第3のセンサーを含み、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの検出信号に基づいて物体の姿勢を検出する姿勢検出装置の検出値を、前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸を座標軸とする直交座標系における検出値に補正する補正式の補正パラメーターを作成する方法であって、
上面が水平になるように回転板を設置するステップと、
互いに直交する第1の面、第2の面、第3の面を有する直方体形状の治具の前記第1の面に、前記第1の軸が前記第2の面に垂直になり、前記第2の軸が前記第3の面に垂直になり、前記第3の軸が前記第1の面に垂直になるように、前記姿勢検出装置を固定するステップと、
前記治具の前記第2の面と対向する面を前記回転板の前記上面に固定し、前記回転板を静止又は所定の角速度で回転させて前記姿勢検出装置の検出値を取得する第1検出値取得ステップと、
前記治具の前記第3の面と対向する面を前記回転板の前記上面に固定し、前記回転板を静止又は所定の角速度で回転させて前記姿勢検出装置の検出値を取得する第2検出値取得ステップと、
前記治具の前記第1の面と対向する面を前記回転板の前記上面に固定し、前記回転板を静止又は所定の角速度で回転させて前記姿勢検出装置の検出値を取得する第3検出値取得ステップと、
取得した検出値に基づいて、前記補正パラメーターを作成する補正パラメーター作成ステップと、を含むことを特徴とする姿勢検出装置の補正パラメーター作成方法。 - 請求項1において、
前記補正式は、
前記補正パラメーターとして前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値を前記直交座標系における各検出値に補正するための第1の補正行列、第2の補正行列及び第3の補正行列を含み、前記第1の補正行列、前記第2の補正行列及び前記第3の補正行列の各々と、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値がA/D変換されたデジタル値をそれぞれ要素として含む行列の各々と、の積により得られる3つの行列の和として与えられることを特徴とする姿勢検出装置の補正パラメーター作成方法。 - 請求項2において、
前記第1の補正行列、前記第2の補正行列及び前記第3の補正行列は、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出軸をそれぞれ前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸に変換する回転行列の逆行列であることを特徴とする姿勢検出装置の補正パラメーター作成方法。 - 請求項2又は3において、
前記補正パラメーター作成ステップは、
前記第1検出値取得ステップにおいて取得した前記検出値に基づいて、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの前記第1の軸回りの各取付角誤差を算出するステップと、
前記第2検出値取得ステップにおいて取得した前記検出値に基づいて、前記第1のセンサー及び前記第3のセンサーの前記第2の軸回りの各取付角誤差を算出するステップと、
前記第3検出値取得ステップにおいて取得した前記検出値に基づいて、前記第1のセンサー及び前記第2のセンサーの前記第3の軸回りの各取付角誤差を算出するステップと、
前記第1のセンサーの前記第2の軸回りの前記取付角誤差及び前記第3の軸回りの前記取付角誤差に基づいて、前記第1の補正行列を作成するステップと、
前記第2のセンサーの前記第1の軸回りの前記取付角誤差及び前記第3の軸回りの前記取付角誤差に基づいて、前記第2の補正行列を作成するステップと、
前記第3のセンサーの前記第1の軸回りの前記取付角誤差及び前記第2の軸回りの前記取付角誤差に基づいて、前記第3の補正行列を作成するステップと、を含むことを特徴とする姿勢検出装置の補正パラメーター作成方法。 - 検出軸が互いに直交する第1の軸、第2の軸及び第3の軸とそれぞれ略平行になるように取り付けられ角速度又は加速度を検出する第1のセンサー、第2のセンサー及び第3のセンサーを含み、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの検出信号に基づいて物体の姿勢を検出する姿勢検出装置の検出値を、前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸を座標軸とする直交座標系における検出値に補正する補正式の補正パラメーターを作成するために使用される補正パラメーター作成用装置であって、
互いに直交する第1の面、第2の面、第3の面を有し、前記第1の面に、前記第1の軸が前記第2の面に垂直になり、前記第2の軸が前記第3の面に垂直になり、前記第3の軸が前記第1の面に垂直になるように前記姿勢検出装置を固定可能な直方体形状の治具と、
上面に、前記治具の前記第1の面、前記第2の面、前記第2の面とそれぞれ対向する面のいずれかを固定可能な回転板と、
前記回転板を所定の角速度で回転させる回転制御部と、を含むことを特徴とする姿勢検出装置の補正パラメーター作成用装置。 - 検出軸が互いに直交する第1の軸、第2の軸及び第3の軸とそれぞれ略平行になるように取り付けられ角速度又は加速度を検出する第1のセンサー、第2のセンサー及び第3のセンサーと、
前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値を前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸を座標軸とする直交座標系における検出値に補正する補正式の補正パラメーターが記憶された記憶部と、
前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出信号をデジタル信号に変換する処理を行うA/D変換処理部と、
前記デジタル信号の各々と前記補正パラメーターに基づいて前記補正式を計算する処理を行う補正計算処理部と、を含み、
前記補正式は、
前記補正パラメーターとして前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値を前記直交座標系における各検出値に補正するための第1の補正行列、第2の補正行列及び第3の補正行列を含み、前記第1の補正行列、前記第2の補正行列及び前記第3の補正行列の各々と、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出値がA/D変換されたデジタル値をそれぞれ要素として含む行列の各々と、の積により得られる3つの行列の和として与えられることを特徴とする姿勢検出装置。 - 請求項6において、
前記第1の補正行列、前記第2の補正行列及び前記第3の補正行列は、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各検出軸をそれぞれ前記第1の軸、前記第2の軸及び前記第3の軸に変換する回転行列の逆行列であることを特徴とする姿勢検出装置。 - 請求項6又は7において、
所定の周期で、前記第1のセンサー、前記第2のセンサー及び前記第3のセンサーの各前記検出信号のいずれか1つを順次選択する処理を行う信号選択処理部を含み、
前記A/D変換処理部は、
前記信号選択処理部が選択した検出値を順次A/D変換処理するA/D変換回路を含むことを特徴とする姿勢検出装置。
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