JPH09264736A - 移動機械に搭載された計測器の信号処理装置 - Google Patents
移動機械に搭載された計測器の信号処理装置Info
- Publication number
- JPH09264736A JPH09264736A JP7346996A JP7346996A JPH09264736A JP H09264736 A JPH09264736 A JP H09264736A JP 7346996 A JP7346996 A JP 7346996A JP 7346996 A JP7346996 A JP 7346996A JP H09264736 A JPH09264736 A JP H09264736A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inclinometer
- crane
- acceleration
- signal processor
- mobile machine
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- Control And Safety Of Cranes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 応答遅れがなく高速な応答が得られる、移動
機械に搭載された計測器の信号処理装置を提供する。 【解決手段】 固有の振動数で振動しながら移動するク
レーンに搭載された傾斜計11の信号処理装置におい
て、前記傾斜計11の出力信号を入力し、前記クレーン
の固有振動に基づいて導出したカルマンフィルタによ
り、前記移動機械の振動による影響を除去した真の計測
値を推定計算する状態推定演算部20を備えた。
機械に搭載された計測器の信号処理装置を提供する。 【解決手段】 固有の振動数で振動しながら移動するク
レーンに搭載された傾斜計11の信号処理装置におい
て、前記傾斜計11の出力信号を入力し、前記クレーン
の固有振動に基づいて導出したカルマンフィルタによ
り、前記移動機械の振動による影響を除去した真の計測
値を推定計算する状態推定演算部20を備えた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固有の振動数で振
動しながら移動する移動機械に搭載された計測器の信号
処理装置に関するものである。
動しながら移動する移動機械に搭載された計測器の信号
処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、従来技術及び本発明に使用する移
動機械をクレーンを例に挙げて説明する。図3はクレー
ンをモデル化して示した全体構成図である。図におい
て、1は門型部3上を走行するトロリ、5はトロリ1に
ロープ7によって吊り下げられた吊り荷、9はトロリ1
に設置されて吊り荷5の位置を計測する位置計測用のT
Vカメラである。TVカメラ9には図4に示すようにT
Vカメラ9の傾斜角を計測する傾斜計11が設置されて
いる。
動機械をクレーンを例に挙げて説明する。図3はクレー
ンをモデル化して示した全体構成図である。図におい
て、1は門型部3上を走行するトロリ、5はトロリ1に
ロープ7によって吊り下げられた吊り荷、9はトロリ1
に設置されて吊り荷5の位置を計測する位置計測用のT
Vカメラである。TVカメラ9には図4に示すようにT
Vカメラ9の傾斜角を計測する傾斜計11が設置されて
いる。
【0003】上記のように構成されたクレーンにおいて
は、TVカメラ9によって吊り荷5の位置を計測して、
正確な位置に荷卸しなどの荷役作業を行う。このとき、
クレーン3の走行位置及びトロリ1の横行位置によりト
ロリ1の傾き角が変わった場合には、傾斜計11によっ
てTVカメラ9の光軸の傾きを測定し、光軸の傾き量を
補正することにより、トロリ1の傾きの影響を除去した
高精度な吊り荷位置の測定ができるのである。そして、
このような傾斜角を測定する傾斜計11には、センサー
として加速度計が用いられるのが一般的である。
は、TVカメラ9によって吊り荷5の位置を計測して、
正確な位置に荷卸しなどの荷役作業を行う。このとき、
クレーン3の走行位置及びトロリ1の横行位置によりト
ロリ1の傾き角が変わった場合には、傾斜計11によっ
てTVカメラ9の光軸の傾きを測定し、光軸の傾き量を
補正することにより、トロリ1の傾きの影響を除去した
高精度な吊り荷位置の測定ができるのである。そして、
このような傾斜角を測定する傾斜計11には、センサー
として加速度計が用いられるのが一般的である。
【0004】図5はこのような加速度計を用いた傾斜計
11の原理を説明する説明図である。以下、図5に基づ
いて傾斜計11の原理を説明する。傾斜計11はその内
部に振り子を有しており、この振り子によって示される
重力加速度の方向を基準として、傾斜計11の傾きを検
出するものである。より具体的には、例えば傾斜計11
が図5に示すようにθ度だけ傾いた場合には、この傾き
により傾斜計11の内部の振り子に加わる加速度のx軸
方向の成分Gxを検出し、これを出力しているのであ
る。
11の原理を説明する説明図である。以下、図5に基づ
いて傾斜計11の原理を説明する。傾斜計11はその内
部に振り子を有しており、この振り子によって示される
重力加速度の方向を基準として、傾斜計11の傾きを検
出するものである。より具体的には、例えば傾斜計11
が図5に示すようにθ度だけ傾いた場合には、この傾き
により傾斜計11の内部の振り子に加わる加速度のx軸
方向の成分Gxを検出し、これを出力しているのであ
る。
【0005】ところで、クレーンは吊り荷5の位置を移
動させる際に、走行、横行、吊り荷の巻き上げ等の動作
を行う。特に、トロリの横行停止時の衝撃により、クレ
ーンにはクレーン構造自体が持つ約1〜2秒程度の固有
振動数の微小な振動が誘起される。そして、トロリ1は
クレーンの振動をそのまま受けるので、トロリ1に設置
されている傾斜計11には周期的な微小な加速度が外乱
として印加されることになる。図6は傾斜計11に外部
から加速度aが印加された状態の説明図である。傾斜計
11には外部から印加された加速度aと重力の加速度G
が合成された加速度Fが掛けられており、その結果、傾
斜計11は加速度Fのx軸方向の成分Fxを検出するこ
とになる。Fxの加速度は図6に示すように傾斜角θ´
に相当するので、傾斜計11は外部から加速度が加えら
れていない状態では傾斜角θを検出すべきところを、加
速度aが印加されたために傾斜角θ´を検出したことに
なる。
動させる際に、走行、横行、吊り荷の巻き上げ等の動作
を行う。特に、トロリの横行停止時の衝撃により、クレ
ーンにはクレーン構造自体が持つ約1〜2秒程度の固有
振動数の微小な振動が誘起される。そして、トロリ1は
クレーンの振動をそのまま受けるので、トロリ1に設置
されている傾斜計11には周期的な微小な加速度が外乱
として印加されることになる。図6は傾斜計11に外部
から加速度aが印加された状態の説明図である。傾斜計
11には外部から印加された加速度aと重力の加速度G
が合成された加速度Fが掛けられており、その結果、傾
斜計11は加速度Fのx軸方向の成分Fxを検出するこ
とになる。Fxの加速度は図6に示すように傾斜角θ´
に相当するので、傾斜計11は外部から加速度が加えら
れていない状態では傾斜角θを検出すべきところを、加
速度aが印加されたために傾斜角θ´を検出したことに
なる。
【0006】図7は傾斜計11に加速度aが印加された
場合の出力信号の説明図である。図7(a)は、トロリ
1の横行停止直後の傾斜計11の出力を、停止時を0と
して、それ以降のものを示している。この図7(a)か
ら分かるように、傾斜計11の出力は横行停止直後の値
を0としてトロリーの横行停止後θ1 に安定している。
図7(b)は前述したクレーン構造自体が持つ微小な振
動に起因する加速度aの様子を示している。このような
加速度aが生じている状態ではクレーンがトロリ1の横
行方向に1〜2mmの振幅で固有振動している為、この
周期的な加速度aが傾斜計11に外乱として印加される
ことになる。図7(c)は上記の加速度aが印加された
状態の傾斜計11の出力を示している。図7(c)から
分かるように、傾斜計11の出力には、TVカメラ9の
傾斜角情報にクレーンの固有振動により発生した加速度
aが重畳されたものが出力されることになる。
場合の出力信号の説明図である。図7(a)は、トロリ
1の横行停止直後の傾斜計11の出力を、停止時を0と
して、それ以降のものを示している。この図7(a)か
ら分かるように、傾斜計11の出力は横行停止直後の値
を0としてトロリーの横行停止後θ1 に安定している。
図7(b)は前述したクレーン構造自体が持つ微小な振
動に起因する加速度aの様子を示している。このような
加速度aが生じている状態ではクレーンがトロリ1の横
行方向に1〜2mmの振幅で固有振動している為、この
周期的な加速度aが傾斜計11に外乱として印加される
ことになる。図7(c)は上記の加速度aが印加された
状態の傾斜計11の出力を示している。図7(c)から
分かるように、傾斜計11の出力には、TVカメラ9の
傾斜角情報にクレーンの固有振動により発生した加速度
aが重畳されたものが出力されることになる。
【0007】このようなクレーンの固有振動により発生
した傾斜計出力の周期的成分はトロリ1に加えられた加
速度成分であり、TVカメラ9の傾斜角を測定する場合
には外乱でありこれを除去する必要がある。この加速度
aの成分を除去する従来の方法としては、TVカメラ9
の傾斜角が変化しないか、または、変化するとしても固
有振動周期に比べ非常にゆっくりとしていることから、
図8に示すように低閾通過フィルタ(Low-Pass Filter)
を用いて、低周波の出力のみを検出することによってT
Vカメラ9の傾斜角信号の抽出を行っていた。
した傾斜計出力の周期的成分はトロリ1に加えられた加
速度成分であり、TVカメラ9の傾斜角を測定する場合
には外乱でありこれを除去する必要がある。この加速度
aの成分を除去する従来の方法としては、TVカメラ9
の傾斜角が変化しないか、または、変化するとしても固
有振動周期に比べ非常にゆっくりとしていることから、
図8に示すように低閾通過フィルタ(Low-Pass Filter)
を用いて、低周波の出力のみを検出することによってT
Vカメラ9の傾斜角信号の抽出を行っていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
図9に示すように信号が抽出されるまでに大きな位相遅
れを生じてしまうため、制御系の応答性が大幅に低下し
てしまうという問題点があった。
図9に示すように信号が抽出されるまでに大きな位相遅
れを生じてしまうため、制御系の応答性が大幅に低下し
てしまうという問題点があった。
【0009】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、応答遅れがなく、高速な応答が得ら
れる移動機械に搭載された計測器の信号処理装置を提供
することを目的としている。
されたものであり、応答遅れがなく、高速な応答が得ら
れる移動機械に搭載された計測器の信号処理装置を提供
することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る移動機械に
搭載された計測器の信号処理装置は、計測器の出力信号
を入力し、移動機械の固有振動に基づいて導出したカル
マンフィルタにより、移動機械の振動による影響を除去
した真の計測値を推定計算する演算手段を備えたもので
ある。
搭載された計測器の信号処理装置は、計測器の出力信号
を入力し、移動機械の固有振動に基づいて導出したカル
マンフィルタにより、移動機械の振動による影響を除去
した真の計測値を推定計算する演算手段を備えたもので
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明においては、傾斜計での測
定量が移動機械の固有振動数に比べ異なった特性をもっ
ている場合(非常にゆっくりとしか変化しない場合を含
む)には、移動機械の機械的構造の動特性を状態方程式
を用いて表し、また、移動機械に装備された傾斜計から
得られる信号の観測方程式を構成し、これらの式で表さ
れる測定対象を線形動的システムとして扱い、カルマン
フィルタを用いて傾斜計の信号処理を行うというもので
ある。
定量が移動機械の固有振動数に比べ異なった特性をもっ
ている場合(非常にゆっくりとしか変化しない場合を含
む)には、移動機械の機械的構造の動特性を状態方程式
を用いて表し、また、移動機械に装備された傾斜計から
得られる信号の観測方程式を構成し、これらの式で表さ
れる測定対象を線形動的システムとして扱い、カルマン
フィルタを用いて傾斜計の信号処理を行うというもので
ある。
【0012】そこで、具体的な実施の形態を説明する前
提として、図1に示すクレーンのモデルにおけるカルマ
ンフィルタを構成する状態方程式と観測方程式について
説明する。クレーンの横行方向の固有振動の周波数を
ω、角速度をx1 、クレーンの固有振動の角度変化をx
2 、TVカメラ9の傾きをx3 で表すと以下の状態方程
式が得られる。
提として、図1に示すクレーンのモデルにおけるカルマ
ンフィルタを構成する状態方程式と観測方程式について
説明する。クレーンの横行方向の固有振動の周波数を
ω、角速度をx1 、クレーンの固有振動の角度変化をx
2 、TVカメラ9の傾きをx3 で表すと以下の状態方程
式が得られる。
【0013】
【数1】
【0014】ここで、
【数2】
【0015】と置けば、 dX/dt=AX …(4) と表すことができる。一方、傾斜計11に現れる出力
は、クレーン本体の傾斜による重力加速度の成分と、ク
レーンの固有振動により生じる加速度成分の合成成分で
あることから、観測方程式は次の(5)式のようにな
る。
は、クレーン本体の傾斜による重力加速度の成分と、ク
レーンの固有振動により生じる加速度成分の合成成分で
あることから、観測方程式は次の(5)式のようにな
る。
【0016】
【数3】
【0017】ここで C=[0 1 1] …(6) と置けば、(5)式は次の様に表せる。 y=CX …(7)
【0018】ここで、情報処理の簡便上、状態方程式お
よび観測方程式を同一のサンプリングタイムΔで離散化
すると、クレーンの状態方程式(1)は次に示す(8)
式で表される。 Xt+1 =AdXt …(8) ここで、離散化したときの行列式Adは次の(9)式で
与えられる。
よび観測方程式を同一のサンプリングタイムΔで離散化
すると、クレーンの状態方程式(1)は次に示す(8)
式で表される。 Xt+1 =AdXt …(8) ここで、離散化したときの行列式Adは次の(9)式で
与えられる。
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】従って、離散化した場合の状態推定式は、
時刻tでのXの推定値をX(ハット)とおきカルマンフ
ィルタのゲインをKとすれば次の(15)式で表され
る。
時刻tでのXの推定値をX(ハット)とおきカルマンフ
ィルタのゲインをKとすれば次の(15)式で表され
る。
【0022】
【数6】
【0023】なお、カルマンフィルタのゲインKは推定
値の収束特性を考慮しながら極配置法のアルゴリズムに
よって容易に求めることが出来る(参考書:コロナ社、
現代制御シリーズ、ディジタルコントール、吉田勝久
著)。
値の収束特性を考慮しながら極配置法のアルゴリズムに
よって容易に求めることが出来る(参考書:コロナ社、
現代制御シリーズ、ディジタルコントール、吉田勝久
著)。
【0024】次に、上記のようにして構成したカルマン
フィルタを用いた具体的な実施の形態を説明する。図1
は、本発明の一実施の形態である傾斜計の信号処理装置
のブロック図である。図において、11は図3に示した
TVカメラ9に設置された傾斜計、20は傾斜計11の
出力を入力として、予め求めておいた遷移行列、観測行
列等の定数を用いて、カルマンフィルタによりTVカメ
ラ9の光軸傾斜角の状態推定を行うための状態推定演算
部、21は前もって計算しておいた遷移行列、観測行列
等の定数を保持するための定数記憶部である。
フィルタを用いた具体的な実施の形態を説明する。図1
は、本発明の一実施の形態である傾斜計の信号処理装置
のブロック図である。図において、11は図3に示した
TVカメラ9に設置された傾斜計、20は傾斜計11の
出力を入力として、予め求めておいた遷移行列、観測行
列等の定数を用いて、カルマンフィルタによりTVカメ
ラ9の光軸傾斜角の状態推定を行うための状態推定演算
部、21は前もって計算しておいた遷移行列、観測行列
等の定数を保持するための定数記憶部である。
【0025】図2は状態推定演算部20において実行さ
れる処理のフローチャ一トである。以下、図1及び図2
に基づいて状態推定演算部20の処理を説明する。この
処理が起動されると、状態推定演算部20は、まず初期
値として状態量の推定値、カルマンゲイン及び固定振動
数を設定し、カウンタnを0にリセットする(S1)。
なお、以降の処理は、一定の周期Δで繰り返し実行され
る。次に、傾斜計11の出力の取り込みを行い、yn に
その時点における傾斜計11の測定値a(t) を代入する
(S2)。次に、傾斜計11の出力値yn と数6で示し
た状態推定式(式(15))から予測推定値Xn+1 (ハッ
ト)を演算する(S3)。次に、求められたXn の中か
らTVカメラ9の傾斜角の推定値であるx3 (ハット)
を出力する(S4)。
れる処理のフローチャ一トである。以下、図1及び図2
に基づいて状態推定演算部20の処理を説明する。この
処理が起動されると、状態推定演算部20は、まず初期
値として状態量の推定値、カルマンゲイン及び固定振動
数を設定し、カウンタnを0にリセットする(S1)。
なお、以降の処理は、一定の周期Δで繰り返し実行され
る。次に、傾斜計11の出力の取り込みを行い、yn に
その時点における傾斜計11の測定値a(t) を代入する
(S2)。次に、傾斜計11の出力値yn と数6で示し
た状態推定式(式(15))から予測推定値Xn+1 (ハッ
ト)を演算する(S3)。次に、求められたXn の中か
らTVカメラ9の傾斜角の推定値であるx3 (ハット)
を出力する(S4)。
【0026】次に、カウンタnをn+1に進める(S
5)。以降、傾斜計11の出力の取り込み処理であるS
2に戻って、同様の処理を繰り返し実行する。このよう
な処理を一定周期毎に繰り返し実行することにより、傾
斜計11から出力される傾斜角信号からTVカメラ9の
光軸の傾きを計算することができる。
5)。以降、傾斜計11の出力の取り込み処理であるS
2に戻って、同様の処理を繰り返し実行する。このよう
な処理を一定周期毎に繰り返し実行することにより、傾
斜計11から出力される傾斜角信号からTVカメラ9の
光軸の傾きを計算することができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、移動機械の固有振動に基づいて導出したカルマンフ
ィルタにより、移動機械に取り付けられた計測器の信号
から移動機械の固有振動による影響を除去した真の計測
値を推定計算するようにしたので、移動機械の固有振動
による短周期成分が重畳された信号が入力されても、応
答性がよく真の計測値を迅速に得ることができる。ま
た、構成が簡単であることから、低コスト化を図ること
ができる。
は、移動機械の固有振動に基づいて導出したカルマンフ
ィルタにより、移動機械に取り付けられた計測器の信号
から移動機械の固有振動による影響を除去した真の計測
値を推定計算するようにしたので、移動機械の固有振動
による短周期成分が重畳された信号が入力されても、応
答性がよく真の計測値を迅速に得ることができる。ま
た、構成が簡単であることから、低コスト化を図ること
ができる。
【図1】本発明の一実施の形態である傾斜計の信号処理
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態である信号処理装置にお
ける状態推定演算部において実行される処理のフローチ
ャ一トである。
ける状態推定演算部において実行される処理のフローチ
ャ一トである。
【図3】クレーンをモデル化して示した全体構成図であ
る。
る。
【図4】位置計測用のTVカメラの外観の説明図であ
る。
る。
【図5】傾斜計の原理を説明する説明図である。
【図6】傾斜計に外部から加速度aが印加された状態の
説明図である。
説明図である。
【図7】傾斜計11に加速度aが印加された場合の出力
信号の説明図である。
信号の説明図である。
【図8】従来の信号処理装置のブロック図である。
【図9】従来の信号処理装置による出力信号の説明図で
ある。
ある。
11 傾斜計 20 状態推定演算部 21 常数記憶部
Claims (1)
- 【請求項1】 固有の振動数で振動しながら移動する移
動機械に搭載された計測器の信号処理装置において、 前記計測器の出力信号を入力し、前記移動機械の固有振
動に基づいて導出したカルマンフィルタにより、前記移
動機械の振動による影響を除去した真の計測値を推定計
算する演算手段を備えたことを特徴とする移動機械に搭
載された計測器の信号処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07346996A JP3277802B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | クレーン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07346996A JP3277802B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | クレーン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09264736A true JPH09264736A (ja) | 1997-10-07 |
JP3277802B2 JP3277802B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=13519172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07346996A Expired - Fee Related JP3277802B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | クレーン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3277802B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007161394A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 協調搬送方法および協調搬送装置 |
JP2019156609A (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御方法 |
WO2020022181A1 (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御システム |
JP2020019622A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社タダノ | クレーン |
JP2022014976A (ja) * | 2020-07-08 | 2022-01-21 | 株式会社三井E&Sマシナリー | 制御システムおよび走行体 |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP07346996A patent/JP3277802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007161394A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 協調搬送方法および協調搬送装置 |
JP2019156609A (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御方法 |
WO2019177021A1 (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御方法 |
CN111819148A (zh) * | 2018-03-15 | 2020-10-23 | 株式会社多田野 | 起重机及起重机的控制方法 |
US11718510B2 (en) | 2018-03-15 | 2023-08-08 | Tadano Ltd. | Crane and crane control method |
WO2020022181A1 (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御システム |
JP2020015589A (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 株式会社タダノ | クレーンおよびクレーンの制御システム |
CN112424110A (zh) * | 2018-07-25 | 2021-02-26 | 株式会社多田野 | 起重机以及起重机的控制系统 |
JP2020019622A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社タダノ | クレーン |
WO2020026867A1 (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社タダノ | クレーン |
JP2022014976A (ja) * | 2020-07-08 | 2022-01-21 | 株式会社三井E&Sマシナリー | 制御システムおよび走行体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3277802B2 (ja) | 2002-04-22 |
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