Inertial sensor correcting device and method, and recording medium on which that method is recorded |
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申请号 | JP2006034681 | 申请日 | 2006-02-13 | 公开(公告)号 | JP2006227008A | 公开(公告)日 | 2006-08-31 |
申请人 | Samsung Electronics Co Ltd; 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd.; | 发明人 | BANG WON-CHUL; KIM DONG-YOON; OH JONG-KOO; CHO SUNG-JUNG; CHO JOON-KEE; CHOI EUN-SEOK; | ||||
摘要 | PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inertial sensor correcting device and method, and a recording medium on which the method is recorded. SOLUTION: This inertial sensor correcting method comprises step (a) for measuring the angular velocity and the acceleration of a moving object, step (b) for extracting zero angular velocity time at which an angular velocity value with respect to an arbitrary axis among measured angular velocity values becomes zero, and step (c) for computing a motion speed value from a measured acceleration value and correcting the computed motion speed value every zero angular velocity time section. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI |
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权利要求 | 動く物体の角速度及び加速度を測定する(a)ステップと、 前記測定された角速度のうち任意の軸に対する角速度が0になるゼロ角速度時間を抽出する(b)ステップと、 前記測定された加速度から運動速度を計算し、前記計算された運動速度を前記ゼロ角速度時間の区間別に補正する(c)ステップと、 を含む慣性センサー補正方法。 前記(c)ステップは、前記測定された加速度から重力加速度成分を除去して運動加速度を抽出する(c−1)ステップと、前記運動加速度を積分して運動速度を計算する(c−2)ステップと、前記計算された運動速度を前記ゼロ角速度時間の区間別に補正する(c−3)ステップとを含む請求項1に記載の慣性センサー補正方法。 前記(c−3)ステップは、前記計算された運動速度から前記ゼロ角速度時間の区間での所定の直線式に基づいて補正するステップを含む請求項2に記載の慣性センサー補正方法。 前記直線式は である請求項3に記載の慣性センサー補正方法。 前記補正された運動速度から運動加速度を計算する(d)ステップと、前記計算された運動加速度を二重積分して前記動く物体の位置を計算する(e)ステップと、を含む請求項1に記載の慣性センサー補正方法。 請求項1〜請求項5のうちいずれか1項による方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムを記録した記録媒体。 空間上で動く物体の角速度及び加速度を測定する慣性センサーモジュールと、 前記測定された加速度を補正するための所定の演算情報及びパラメータを保存する保存モジュールと、 前記演算情報及びパラメータを利用して、前記測定された加速度から運動速度を計算し、前記計算された運動速度を前記測定された角速度のうち任意の軸に対する角速度が0になるゼロ角速度時間の区間別に補正する制御モジュールと、 を備える慣性センサー補正装置。 前記制御モジュールは、前記測定された加速度から重力加速度成分を除去して運動速度を計算する請求項7に記載の慣性センサー補正装置。 前記制御モジュールは、前記計算された運動速度から前記ゼロ角速度時間の区間での所定の直線式に基づいて補正する請求項7に記載の慣性センサー補正装置。 前記直線式は である請求項8に記載の慣性センサー補正装置。 前記制御モジュールは、前記補正された運動速度から運動加速度を計算し、前記計算された運動加速度を二重積分して前記動く物体の位置を計算する請求項9に記載の慣性センサー補正装置。 |
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说明书全文 | 本発明は、慣性センサーを補正する装置及び方法と、その方法が記録された記録媒体に関する。 一般的に 慣性センサーは、物体の位置変化を計算するために加速度を測定する加速度センサーと、物体の回転角変化を計算するために角速度を測定する角速度センサー(いわゆる、'ジャイロスコープ')とをいう。 例えば、加速度センサーのオフセットは、加速度が加わっていない状態での加速度センサーの出力をいうが、この値は理想的に0にする必要がある。 しかし、このようなオフセットは、加速度センサーの具現において、物理的な限界によって若干の誤差が発生し、時間または温度によって少しずつ変化することもある。 そのように徐々に変化する加速度センサーのオフセットの値をドリフトという。 加速度センサーのオフセットにおけるドリフトは、加速度が加わったときにも影響を及ぼすので、加速度センサーから出る出力のうちどの程度がドリフトによる影響であり、どの程度が加わった加速度による影響であるかを正確に区分し難い。 そして、図1Bは、x軸、y軸それぞれに対する経時的な位置変化をグラフで示しており、図1Cは、x軸、y軸それぞれに対する経時的な速度変化をグラフで示しており、図1Dは、x軸、y軸それぞれに対する経時的な加速度変化をグラフで示している。 図1Dと図2Dとを比較すれば、あまり差がないが、それぞれを1回積分した図1Cと図2Cとを比較すれば、x軸に対しては1ないし2秒(Sec)、y軸に対しては2ないし3秒(Sec)区間で若干の差があるということが分かる。 しかし、図1Cと図2Cとをそれぞれ1回積分した図1Bと図2Bとを比較すれば、差がさらに大きくなることが分かる。 すなわち、ドリフトが存在していることから、加速度から位置を求めるために2回積分すると、多くのエラーが発生するということが分かる。 図3Aは、ドリフトが存在している場合と存在していない場合との移動軌跡を比較するさらに他のグラフであり、例えば、空間上に数字'2'を描いた場合を表しているが、ドリフトが存在している場合とそうでない場合とにおいて大きな差があることを表している。 図3Bでは、図3Aに図示された移動軌跡をそれぞれx、y、z軸に分けて比較している。 前述したように、ドリフトのような要素によって慣性センサーを利用して移動軌跡を追跡する場合には、多くの誤差が発生する。 さらに他の方法として、特許文献1に開示された方法がある。 ここでは、所定の方法により動く物体の速度が0になることを感知し、速度が0である度に加速度の積分値が0になるように、あらゆる時間に対する速度グラフから任意の1次式を引くことにより、物体の位置変化を追跡している。 それを図4Bで示しているが、時間Tで物体の速度が0になったことを感知すると、0からTまでのあらゆる時間区間に対して補正前の速度グラフから所定の1次式に基づいて補正した速度グラフを得る。 前述のような方法は、速度が0になる情報を利用して速度または加速度を補正するが、この時、速度が0ということは、あらゆる軸方向に対して動きのないことをいう。 すなわち、前述のような方法では、あらゆる軸方向に対する速度が0になって初めて補正を行うため、依然として多くのエラーが累積される。 したがって、必ずしもあらゆる軸方向に対して動く物体の速度が0になる時間を感知しなくても、慣性センサーの誤差を最小化できるように補正する方法が必要となった。 本発明は、前記問題点を鑑みてなされたものであり、本発明は、慣性センサーを利用して任意の軸に対する角速度が0になる時間を感知することによって、加速度を補正する方法を提供するところに目的がある。 前記目的を達成するために、本発明の実施形態によって慣性センサーを補正する装置は、空間上で動く物体の角速度及び加速度を測定する慣性センサーモジュールと、前記測定された加速度を補正するための所定の演算情報及びパラメータを保存する保存モジュールと、前記演算情報及びパラメータを利用して、前記測定された加速度から運動速度を計算し、前記計算された運動速度を前記測定された角速度のうち任意の軸に対する角速度が0になるゼロ角速度時間の区間別に補正する制御モジュールとを備える。 また、前記目的を達成するために、本発明の実施形態によって慣性センサーを補正する方法は、動く物体の角速度及び加速度を測定する(a)ステップと、前記測定された角速度のうち任意の軸に対する角速度が0になるゼロ角速度時間を抽出する(b)ステップと、前記測定された加速度から運動速度を計算し、前記計算された運動速度を前記ゼロ角速度時間の区間別に補正する(c)ステップとを含む。 本発明によれば、慣性センサーを利用して任意の軸に対する角速度が0になる時間を感知し、感知された時間ごとに測定された運動速度を補正することによって、例えば移動軌跡を追跡する性能を向上させることができ、これによってさらに長時間の移動軌跡を追跡できる。 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例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例に限定されるものではなく、この実施例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例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範ちゅうを完全に報せるために提供されるものであり、本発明は請求項及び発明の詳細な説明により定義されるだけである。 一方、明細書全体に亘って同一の参照符号は同一の構成要素を示す。 以下、本発明の実施形態による慣性センサーを補正する装置及び方法を説明するためのブロック図または処理フローチャートについての図面を参考にして本発明について説明する。 この時、フローチャートの各ブロックとフロ−チャートの組合わせはコンピュータプログラムインストラクションにより実行可能であることが理解できるであろう。 これらコンピュータプログラムインストラクションは、汎用コンピュータ、特殊コンピュータまたはその他のプログラマブルデータプロセッシング装備のプロセッサーに搭載されうるので、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータプロセッシング装備のプロセッサーを通じて実行されるそのインストラクションがフローチャートのブロックで説明された機能を行う手段を生成するように構成できる。 これらコンピュータプログラムインストラクションは特定方式で機能を具現するために、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータプロセッシング装備を指向できるコンピュータ利用可能またはコンピュータ判読可能メモリに保存することも可能なので、そのコンピュータ利用可能またはコンピュータ判読可能メモリに保存されたインストラクションはフローチャートのブロックで説明された機能を行うインストラクション手段を内包する製造品目として生産することも可能である。 コンピュータプログラムインストラクションはコンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備上に搭載することも可能なので、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータプロセッシング装備上で一連の動作段階が実行されてコンピュータで実行されるプロセスを生成し、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータプロセッシング装備を行うインストラクションはフローチャートのブロックで説明された機能を実行するための段階を提供することも可能である。 また、各ブロックは特定の論理的機能を行うための1つ以上の実行可能なインストラクションを含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を示すことができる。 また、いくつかの代替実行例では、ブロックで言及された機能を異なる順序で処理するように構成できる。 例えば、連続して図示されている2つのブロックは、実質的に同時に行われてもよく、またはそのブロックが該当する機能によって逆順に行われてもよい。 図6は、本発明の実施による基本的な概念を示す例示図である。 例えば、時計回り方向に図7に示すような円を描く場合に、x軸に最小限2回の方向転換が発生し、y軸には最小限1回の方向転換が発生する。 したがって、710及び730位置では、y軸に対する角速度が0になってx軸に対する速度が0になり、720位置では、x軸に対する角速度が0になってy軸に対する速度が0になる。 まず慣性センサーで角速度及び加速度を測定する(S810)。
cはcosφを表す。 すなわち、相対座標系での運動加速度 bから相対座標系での重力加速度を引くことによって得られる。
測定された加速度から運動加速度を抽出した後、抽出した運動加速度を積分して運動速度を計算する(S840)。 ここで、v(t)(1010)は、S840ステップで計算された運動速度を表し、t 1及びt 2は、S820ステップで感知された角速度のゼロ角速度時間を表す。 c (t)(1030)は、S840ステップで計算された運動速度v(t)(1010)から数式3により表現される直線l(t)(1020)を引くことによって得られる。 それを数式4で表している。 byは、S810及びS820ステップで測定されたy軸に対する角速度を表し、v bmxは、S840ステップで計算されたx軸に対する運動速度を表し、v c bmxは、S850ステップで補正されたx軸に対する運動速度を表す。 また、w bxは、S810及びS820ステップで測定されたx軸に対する角速度を表し、v bmyは、S840ステップで計算されたy軸に対する運動速度を表し、v c bmyは、S850ステップで補正されたy軸に対する運動速度を表す。 S850ステップで運動速度が補正されると、望ましい実施形態として補正された運動速度を利用して移動軌跡を計算できる(S860)。 bは、S850ステップで補正された運動速度を1回微分した相対座標系での補正された加速度を表す。 結局、絶対座標での位置P nは、次の数式6により表現できる。 図12A及び図12Bによる実験は、直径が約20cmである円を4.48秒間5回重複して描いた場合に開始点と終了点との距離を比較しているが、図12Aの場合には、前記距離が約55cm、図12Bの場合には、約13cmであり、本発明によれば、誤差が約41cmに減ったことが分かる。 また、本発明によれば、軌跡にあっても顕著に向上したことが分かる。 図13Aないし図13Cは、本発明の実施による慣性センサー補正方法を利用して物体の移動軌跡推定に対するさらに他の実験結果を示すグラフであり、図13A〜図13Cに図示されたそれぞれのグラフのうち上段に位置したグラフは、前記米国特許第6,292,751号明細書に開示された方法による実験結果を示し、下段のグラフは、本発明の実施による実験結果を示しており、図13Aでは'Leading'という文字を、図13Bでは'the'という文字を、図13Cでは'next'という文字を表している。 図13A〜図13Cから分かるように、本発明を利用すれば、移動軌跡追跡においてさらに向上した性能を表すということが分かる。 図14は、本発明の実施によって慣性センサーを補正する装置を示すブロック図であり、慣性センサー補正装置1400は、慣性センサーモジュール1420、制御モジュール1440、保存モジュール1460を備える。 このとき、慣性センサー補正装置1400は、物体の移動軌跡を推定するために使われうる。 以下、慣性センサー補正装置1400を構成するそれぞれのモジュール間の動作を説明すれば、次の通りである。 一方、慣性センサー補正装置1400は、空間上で動くロボットに搭載されてロボットが移動する移動軌跡を追跡するか、またはペンに搭載されて、ユーザが空間上においてペンで任意の字を書く時にペンの移動軌跡を追跡して、ユーザが書いた文字を認識するシステムに適用できる。 本発明は、慣性センサーを補正する装置の関連技術分野に好適に用いられる。 1400 慣性センサー補正装置1420 慣性センサーモジュール1440 制御モジュール1460 保存モジュール |