[发明专利]角速度传感器的零点校正装置和方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及角速度传感器，尤其涉及设置在诸如机器人等移动体内的角速度传感器的零点校正。

背景技术

[0002]加速度传感器和横摆率传感器用于诸如机器人等移动体的姿态控制。当三个正交轴分别为x轴、y轴和z轴时，轴的方向上的加速度通过三个加速度传感器检测得到，而关于轴的横摆率通过三个横摆率传感器检测得到。关于轴的角度，或者姿态角(侧倾角、俯仰角和横摆角)，通过对横摆率传感器的输出进行时间积分来获取。

[0003]公开号为2004-268730的日本专利申请公开了一种通过使用由陀螺传感器输出的加速度数据和姿态数据进行姿态控制的技术。

[0004]然而，由于姿态角通过角速度的积分建立，角速度传感器的偏移和漂移被逐渐累积。因此，如果偏移等过大，那么姿态角逐渐形成一个随时间增加和偏离的非常大的值。这可以通过使用偏移和漂移小的角速度传感器来轻易地避免。然而，这种角速度传感器大、重且昂贵。

发明内容

[0005]本发明的目的是提供一种能够检测移动体的姿态角同时能够避免积分误差的累积，并且采取简单结构而无需使用昂贵的高精度角速度传感器的装置和方法。

[0006]本发明的第一方案涉及设置在移动体内的角速度传感器的零点校正装置。所述零点校正装置包括：检测器件，其检测移动体的静止状态；计算器件，其计算在静止状态期间角速度传感器的输出值的平均值；以及校正器件，其将角速度传感器的零点校正到平均值。

[0007]在所述零点校正装置中，检测到设置有角速度传感器的移动体的静止状态，并且静止状态期间角速度传感器的输出值用于校正角速度传感器的零点。由于在移动体的静止状态期间，原则上角速度传感器的输出值应该为零，在静止状态期间从传感器输出的输出值形成零点偏移。因此，零点通过静止状态期间角速度传感器的输出值的平均值来进行校正，从而避免通过角速度的积分所获取的姿态角的误差累积。

[0008]移动体的静止状态可以通过来自角速度传感器的输出的变化宽度和设置在同一移动体内的加速度传感器的输出的变化宽度中的至少一个来检测。由于理想的是静止状态持续至少一定时间以确保零点校正良好的精确性，所以零点可以通过在持续至少预定判定时间的静止状态期间传感器输出值的平均值来进行校正。

[0009]本发明的第二方案涉及设置在移动体内的角速度传感器的零点校正方法。所述方法包括判定移动体是否处于静止状态的步骤；计算在所述静止状态期间所述角速度传感器的输出值的平均值的步骤；以及将所述角速度传感器的零点校正到所述平均值的步骤。

[0010]根据本发明，可以校正角速度传感器的零点，避免积分误差的累积，并且在采用简单结构的同时检测移动体的姿态角。

附图说明

[0011]通过下文中参照附图对示例性实施例的描述，本发明上述和其他的目的、特征和优点将变得明显，其中相同或相应的部分将由相同的附图标记表示，并且其中：

图1为一个实施例的结构框图；

图2为示出校正值计算方法的时间图；

图3为示出改进的校正值计算方法的时间图；

图4为示出进一步改进的校正值计算方法的时间图；

图5为示出进一步改进的校正值计算方法的时间图；

图6为示出进一步改进的校正值计算方法的时间图；

图7为另一个实施例的结构框图；

图8A和图8B示出又一个实施例的结构框图。

具体实施方式

[0012]下文将参照附图对本发明的实施例进行说明。

[0013]<第一实施例>

图1示出该实施例的结构框图。角速度传感器10设置在诸如机器人等移动体内的预定位置上，并且检测移动体的角速度。例如，角速度传感器10采用xyz正交坐标系作为传感器坐标系，并且检测关于轴，即，x轴、y轴和z轴的角速度。角速度传感器10将检测到的角速度输出到第一比较器12。

[0014]第一比较器12在量值上将输入角速度的变化宽度(波动宽度)与预定范围进行比较。该预定范围由第一给定器14设定。第一给定器14可设定固定范围作为预定范围。如图1所示，也可以提供将寄存器16设定的范围设定为预定范围的结构，使用者可以通过使用输入单元18在寄存器16中设定理想的范围。第一比较器12将角速度的变化宽度与预定范围在量值上的比较结果输出到静止判定器20。例如，当角速度的变化宽度在预定范围内时，第一比较器12将信号HI输出到静止判定器20，而当角速度的变化宽度超过预定范围时，第一比较器12将信号LOW输出到静止判定器20。