サーボ加速度計本装置の加速度検出用に内蔵するセンサはサーボ加速度計でありその原理を図に示す図サーボ加速度計の構造図において加速度が方向から印加された場合 Hinge に繋がった Forcer Coil 部分が加速度方向に変

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えみえいさか
5 years ago
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4-3-3- サーボ加速度計本装置の加速度検出用に内蔵するセンサはサーボ加速度計でありその原理を図 4-3-3- に示す図 4-3-3-3 サーボ加速度計の構造図 4-3-3-3 において加速度が方向から印加された場合 Hinge に繋がった Forcer Coil 部分が加速度方向に変位し Capacitive Pickoff によりその変位が検出されるこの検出された変位を

1 サーボ加速度計本装置の加速度検出用に内蔵するセンサはサーボ加速度計でありその原理を図に示す図サーボ加速度計の構造図において加速度が方向から印加された場合 Hinge に繋がった Forcer Coil 部分が加速度方向に変位し Capacitive Pickoff によりその変位が検出されるこの検出された変位を Servo Amplifier にて電流指令に変えて Forcer Coil に電流を流すとその回りに構成された Iron Flux Path とのローレンツ力で Capacitive Pickoff が零になるように変位する Capacitive Pickoff が零になったところで加速度と電流値が釣り合うことになりその時の電流値を読み出すと加速度出力になるこの加速度計は Pickup が常に零になるように制御されるのでスケールファクタ誤差が少なく (Zero Effect) 高精度な加速度出力を得ることが出来る純慣性による位置誤差上記のようなセンサを用いても純慣性においては誤差が発生するこの誤差の発生は通常 84 分 ( シューラー周期 ) で振動し大きな度差になるが今回の運用方法ではこの大きな誤差にならないように運用方法で工夫している一般に慣性航法装置の位置誤差に関しては運用時間の短い範囲において誤差の基本式をフーリエ級数展開により次式のように近似することが出来るこの近似式が成立するのは計測時間が純慣性のみで 4 分以下である

2 1 1 δ p gt + 6 Bgt 3 = δθ δ ( 式 -3-3-) 1 δ v gt + Bgt δ B = δθ δ ( 式 ) δ p : 位置誤差 ( 各軸毎 )(m) δθ : 姿勢角誤差 (rad) g : 重力加速度 (9.8m/s ) t : 計測時間 (sec) : ジャイロバイアス (rad/sec) δ v : 速度誤差 (m/sec) この式に数値を代入する前に慣性センサの誤差について記述すると表のようになる表慣性センサの性能項目ジャイロ加速度計バイアス 0.03 deg/h 300 μg スケールファクタ 150 ppm 300 ppm ランダムウォーク deg/h ( 値は1σ) 現在計測時間 (ZUPT 間隔 ) を 30 秒とすると上記表の値を式と式にそれぞれ代入すると δp = δθgt 1 + δbgt 6 1 = π = となり時間が 30 秒程度であれば殆どが加速度計バイアスの精度であることが分かるこの場合その精度は1σで 1.3m であるまたその場合の速度誤差については下式のように δv = δθgt + δbgt = π = 同様に加速度計の誤差になるこの場合加速度計の誤差は姿勢角誤差 ( 加速度バイアス誤差 ) を時間積分しただけであり補正することが出来そうであるそこで純慣性により計測された速度を慣性装置を停止させた時の速度誤差として認識しそれまでに得られた位置データ ( 速度データの積分値 ) を再計算することで高精度な位置データを求めているグラフで書くと図になる

3 誤差位置誤差速度誤差 ΔV ZUPT 時間位置誤差図位置誤差 / 速度誤差のトレンド純慣性による位置誤差の補正上記のように慣性装置の位置誤差の発生はその主要成分は誤差のトレンドが決まっておりこの特性を利用して位置誤差を補正することができる図のにおいて ZUPT 時間においては慣性装置の誤差はΔV で表されるもちろんこの速度誤差を積分したものが位置誤差として表されるそこで ZUPT 間隔毎にデータを記録しておいてその誤差を割り戻して再計算することによりこの速度誤差分の位置誤差は除去できることになる計測開始計測データ計測データ計測データ計測データ ZUPT ZUPT ZUPT ZUPT 補正されたデータ計測データ (ZUPT 済 ) 計測データ (ZUPT 済 ) 計測データ計測データ CUPT 補正されたデータ計測データ (CUPT 済 )

4 上記のように補正演算を行うのはペンコンピュータであり処理が完了すると修正された位置データを本体に送信することにより慣性装置はその修正された値を初期値として計算を行うまたペンコンピュータがこれらの補正演算を行っている間本体は静止しているのでアライメント動作を行っているこれは初期のアライメントと同様な精の方位角を計測するアルゴリズムで純慣性で発生した誤差を再度初期状態に戻す操作であるこの補正操作を概念的に書くとのようになる

6 4-3-6 本装置の運用手順本装置は適切な運用手順によって規定された精度の位置を検出することができる準備 1 電子タグの位置情報の準備運用する場所に設置した電子タグの位置データを高精度に計測しそれぞれの値をペンコンピュータにある CUPT ファイルに保存するバッテリの充電それぞれの機器はバッテリにより駆動されるので十分に充電されていることを確認しておく起動 1 ペンコンピュータの起動ペンコンピュータを起動しその中の敷地測量装置のアイコンを起動する初期値の設定敷地測量の動作画面の中の初期値設定のアイコンを起動し設定画面を表示し以下のデータを入力する初期緯度 / 経度 / 高度 CUPT 位置データ (CUPT 番号を入力した場合その位置データが表示されるかどうか確認 ) これらのデータが入力完了した場合は初期設定画面を終了する 3 本体の電源投入本体の電源スイッチを ON にする数秒するとリングレーザージャイロ特有のディザー音が聞こえるのでその音を確認すると同時に敷地測量画面のステータスが起動中に変りその後アライメント中に変ることを確認する尚電源を投入してからアライメント完了ステータスに変るまで本体を動かさないこと 4 敷地測量画面の左下に通信アイコンの右側に受信している電子タグの番号が表示されるもし電子タグが受信可能レベルにある状態でこの受信表示がない場合は再度敷地測量プログラムを再起動し再度初期設定を行う 5 無線 LAN へのデータ送信は敷地測量設定画面の左下の接続アイコンをクリックする無線 LAN の起動がかかると敷地測量画面の右下の現在位置データが毎秒 FTP ファイルで送信を開始する万一受信側が検出した場合はこのアイコンが切断に変るので運用中には通信状態をモニターすること計測 1 敷地測量画面のステータスがアライメント完了になった場合は計測モードに移行で

7 きることである敷地測量画面の計測開始アイコンを選択するアイコンが計測終了に変ることを確認すると同時にステータスも計測中に変ることを確認するコマンドステータスの確認はシリアルデータを使っているので必ずステータスが変ってから移動を開始すること 3 以降計測終了アイコンを選択すると計測が終了するので注意すること ( 再度計測開始することは可能である ) ZUPT 1 停止できる状況になった場合は ZUPT アイコンを選択するステータスはアライメント中になり ZUPT アイコンは選択できなくなるこのときできるだけ動かないように注意するペンコンピュータが ZUPT 処理を終えると計測再開アイコンがアクティブになるので移動する準備ができたところで計測再開アイコンを選択するこの場合もステータスが計測中になるまでは移動を開始しないように注意すること CUPT 1 CUPT 地点に到達した時は CUPT アイコンを選択するこのとき受信している電子タグ ID 番号が敷地測量画面の CUPT 位置の番号と一致していることを確認するステータスはアライメント中になり CUPT アイコンは選択できなくなる CUPT 処理の場合はまずその地点で ZUPT 処理を行い次に CUPT 処理を行うので出来るだけ動かないように注意するペンコンピュータが CUPT 処理を終えると計測再開アイコンがアクティブになるので移動する準備が出来たところで計測再開アイコンを選択するこの場合もステータスが計測中になるまでは移動を開始しないように注意すること終了 1 終了するときは計測終了アイコンを選択するペンコンピュータが終了のための処理を行うとプログラムの終了アイコンがアクティブになりプログラムを終了することが出来るその際無線 LAN 送信用の切断アイコンを選択し通信を終了させておく

8 4-4. 電子タグによる位置補正システム概要自律型の位置推定などにおいて位置推定誤差の蓄積が避けられない場合何らかの位置補正手法が必要であるそのような補正手法の一つに位置座標が既知である点において位置座標の初期化を行うという手法が挙げられる (CUPT : Coordinate Updates) そこでこの既知の位置座標をどのように得るかが問題になるが電子タグを利用することにより容易に実現可能であるすなわちあらかじめ座標が分かっている場所例えば建物内における非常灯などに電子タグを設置しこの電子タグが発信している固有の ID を利用者が持つタグ受信機で受信することによりタグ受信機が現在いる位置座標を推定しようという方法である概要を図に示すタグIDを受信受信したタグ ID に該当する位置座標を検索受信機の現在の位置座標が判明テーブル ( タグ ID 位置座標 ) 蓄積した位置推定誤差の補正図電子タグを用いた位置補正の概要電子タグを利用することにより利用者は特別な操作をすることなしに既知の位置座標を取得することができるこのような位置補正手法を利用することで自律型の位置推定において避けられない誤差の蓄積を電子タグが設置された位置において補正することが可能である

RFID タグ ( 写真左 ) と RFID タグ受信機 ( 写真右 ) RFID タグは自らの識別情報である ID

9 利用したハードウェア利用したハードウェアは RF Code 社のビーコンタイプの RFID(Radio Frequency Identification : 電波を利用した非接触個体識別 ) タグとその受信機であるスパイダー Ⅲ A リーダーである図に装置の外形を示す図 RFID タグ ( 写真左 ) と RFID タグ受信機 ( 写真右 ) RFID タグは自らの識別情報である ID をあらかじめ設定された周期で定期的に電波を利用して通知するタグ受信機はデュアルチャンネル RF 受信機でタグの送信周波数に合わせてタグから送られるタグ ID データを受信するように設計されているちなみに使用する電波の周波数は MHz である

4-5. ウェアラブルセンサを利用した位置特定補助システム 4-3 で述べた慣性航法装置による位置特定システムは現時点では装置の価格や大きさの点で大きな課題があるそのために ZUPT や CUPT 等の補正方法が必要になるしかし ZUPT のためにたびたび静止するのは手間がかかる実際には慣性航法装置に外部から移動速度ベクトルを与えることができれば ZUPT

10 4-5. ウェアラブルセンサを利用した位置特定補助システム 4-3 で述べた慣性航法装置による位置特定システムは現時点では装置の価格や大きさの点で大きな課題があるそのために ZUPT や CUPT 等の補正方法が必要になるしかし ZUPT のためにたびたび静止するのは手間がかかる実際には慣性航法装置に外部から移動速度ベクトルを与えることができれば ZUPT と同様の原理で補正をすることができる移動速度などを得る方法として身体に小型センサを装着して身体の動揺特性や四肢の変化などを捉える方法などが考えられるこうした方法は身体の移動速度ばかりでなく隊員の状況をも把握することを可能にする本研究で構想するウェラブルセンサシステムを示したものが図であるこのように四肢に傾斜角度を計測するセンサを取り付けることで四肢の動きを把握しそれをもとに身体の移動量や姿勢を推定できると考えられる図スケルトンモデルと世界座標図 4-4- 傾斜を測定するセンサボックス

ＩＭＵシュミレータインストール方法

ＩＭＵシュミレータインストール方法 IMU Simulator for Motioncoder GPS アプリケーション説明 IMU Simulator インストール方法 1 添付ファイルの setup.exe をクリックします 2 インストール先のフォルダを指定します 3 デスクトップにショートカットを作成するか選択します 4 インストールが開始されます 5 インストール完了ダイアログボックスが表示され閉じるボタンで終了します