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慣性計測装置

索引 慣性計測装置

慣性計測装置(、略称:IMU)は、運動を司る3軸の角度(または角速度)と加速度を検出する装置。INU (inertial navigation unit)、IGU (inertial guidance unit)、IRU (inertial reference unit) とも呼ばれる。 基本的には、3軸のジャイロと3方向の加速度計によって、3次元の角速度と加速度が求められる。信頼性向上のために圧力計、流量計、GPSなど別種類のセンサが搭載されることがある。通常は、搭載する移動体の重心に置く。 主にロボットや自動車など運動体の挙動を計測・制御する用途に使用される。慣性の積分による移動距離の算出に適した高精度なものは潜水艦、航空機やミサイルなどの慣性航法装置(慣性誘導装置、INS)に用いられるが、市販の慣性計測装置では精度が距離の算出に不十分である。自己姿勢や方位を出力し民間航空機の姿勢方位基準装置 (AHRS) 等として用いられる物はINSではなくIMUの一種であるか、またはINS内から一部の信号を利用している。価格による精度の犠牲が著しい。 以前は機械式のジャイロスコープが使用されていたが、近年ではレーザー式や光ファイバー式が使用される。 Category:アビオニクス Category:計測機器 Category:ジャイロスコープ.

16 関係: 加速度加速度計ミサイルリングレーザージャイロスコープロボットジャイロスコープ光ファイバジャイロスコープ積分法角速度航空機重心自動車潜水艦方位慣性慣性航法装置

加速度

加速度(かそくど、acceleration)は、単位時間当たりの速度の変化率。速度がベクトルなので、加速度も同様にベクトルとなる。加速度はベクトルとして平行四辺形の法則で合成や分解ができるのは力や速度の場合と同様であるが、法線加速度、接線加速度に分解されることが多い。法線加速度は向きを変え、接線加速度は速さを変える。 速度を v とすれば、加速度 a は速度の時間 t についての微分であり, と定義される。 平面運動を極座標(r,θ)で表した場合、動径方向・角方向成分はそれぞれ となる。 一般に「減速度(げんそくど)」と言われるのは、負(進行方向と反対)の加速度の事である。また、進行方向を変える(曲がる)のは、進行方向とは異なる方向への加速度を受けるという事である。 遠心力による加速度を遠心加速度という。 物体に加速度がかかることと、力が加わることとは等価である。(運動の第2法則) ちなみに、加速度の単位時間当たりの変化率は、加加速度あるいは躍度とよばれる。.

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加速度計

加速度計(かそくどけい)は、物体の加速度を計測する機器である。 小型の加速度計(加速度センサ)はMEMS技術を用いて作製される。MEMSの加速度センサの場合、質量が小さいため感度は低下するが劇的な小型化が可能になるため、自動車のエアバッグやカーナビゲーションの傾斜計、ゲームのコントローラなどに使われている。精度は測定軸を基準に仕様されるため、軸の方向を筐体の固定面(およびその加工精度)で確定しないと加速度センサが提唱する精度に意味がなくなり、特にプリント基板上に加速度センサが実装されただけの状態では計測用途に適用し難い。.

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ミサイル

ュピター 広くミサイル(missile)として知られる、誘導ミサイルあるいは誘導弾(ゆうどうだん、guided missile)は、目標に向かって誘導を受けるか自律誘導によって自ら進路を変えながら、自らの推進装置によって飛翔していく軍事兵器のことである。.

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リングレーザージャイロスコープ

リングレーザージャイロスコープ(ring laser gyroscope, RLG)は、ジャイロスコープの一種。光学リング内で回転によって生じる光路差によって生じるレーザー光の干渉を検出することで角変移を検出する。サニャック効果の一例である。 リングレーザージャイロの最初の実験はアメリカ海軍のMacekとDavisによって1963年に実演された。世界規模で多くの企業や機関によって技術開発が進められ、その高い確度(0.01°/hour)と可動部を持たないことでもたらされる高信頼性により、現在では慣性航法装置に搭載されている。 RLGは慣性航法装置の(それぞれの1つの自由度)基幹を司る。従来の回転式ジャイロスコープに比して装置が小型軽量で可動部を有さず、摩擦がなく固有ドリフトがない優位性を持つ。機械式ジャイロスコープは定期的な部品を交換を要するがRLGは事実上消耗せず、航空機に使用されている。 RLGは機械式ジャイロよりも正確であるが、超低速回転時にはロックイン(lock-in)と呼ばれる現象の影響を受け、回転を正しく検出できなくなる。超低速回転時、順方向、反回転方向のレーザー光の周波数が極めて近接する。双方の光がクロストークにより他方の光路に入りレーザ発振部に到達すると、レーザ発振のインジェクションロッキングが起き、ファイバーの上にできる定在波が角変位に反応せず固定化されてしまう。 これを防ぐには、強制ディザリングが有効である。 強制ディザリングでは、機械式スプリングの共振を利用し、レーザキャビティを回転方向に前後に振動させる。 通常、振動数400Hz、最大瞬間角速度 1秒(1/3600度)毎秒を用いる。しかし、このディザリングによってもロックインを完全に防ぐことはできない。ディザリングの振動の方向が変わるたびに、回転速度がほとんど0になる時間帯があり、このとき短い時間ながらもロックインが発生する。外部の回転の変動がこのタイミングと同期することにより、微小なロックインによる誤差が蓄積し大きな誤差となる可能性がある。この誤差は、400Hzの振動波形にノイズをいれることにより緩和することができるKnowing Machines, Donald MacKenzie, The MIT Press, (1991).

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ロボット

ボット(robot)は、人の代わりに何等かの作業を自律的に行う装置、もしくは機械のこと。 主に以下に大別することが可能である。.

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ジャイロスコープ

ャイロスコープ(gyroscope)とは、物体の角度(姿勢)や角速度あるいは角加速度を検出する計測器ないし装置。ジャイロと略されることもある(ジャイロセンサと呼ばれることもある)。.

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光ファイバジャイロスコープ

光ファイバジャイロスコープ(ひかりファイバジャイロスコープ、FOG)は光の干渉を利用して機械的な回転を検出するジャイロスコープである。 センサはコイル状に巻かれた光ファイバである。 互いに反対方向から光ファイバ内に入射した光がサニャック効果により回転時に反対方向の光よりも光路長が長くなるため位相の重なりにより明暗ができることによって干渉縞を生じる。 1970年代初頭の通信用の低損失のシングルモード光ファイバの開発によりサニャック効果を利用した光学式ジャイロスコープが開発された。外部のレーザーダイオード光源から光束を分割して時計回りと反時計回りに環状に幾重にも巻かれた光ファイバ内に入射する。 端面で反射した光束がコイル内に戻るのを防止するために反射防止されている。数百メートルの長さのパスが用意されている。最初のFOGは1976年、アメリカのValiとShorthillによって実演された。受動的干渉計型のFOG又はIFOGの開発と受動的リング発振型のFOG若しくはRFOGの両形式の開発は多くの会社と世界中の研究者が携わった。 FOGは可動部が無く、機械式ジャイロスコープと比較して信頼性が高い。 FOGよりも高分解能が要求される用途においてはリングレーザージャイロスコープが用いられる。 難加工性の超低膨張素材に高精度な加工が必要なリングレーザージャイロに比べて製造コストが安い。本体に封入されたガスに外部からエネルギーを加える事による誘導放射でレーザー発振するレーザージャイロに比べて低消費電力の半導体レーザーを使用できるので消費電力が少なく、UAVのように搭載エネルギー源の限られる用途において有利である。 JAXAのM-Vロケットの慣性誘導装置に使用されていた。.

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積分法

積分法(せきぶんほう、integral calculus)は、微分法と共に微分積分学で対を成す主要な分野である。 実数直線上の区間 [a, b] 上で定義される実変数 x の関数 f の定積分 (独: bestimmte Integral, 英: definite integral, 仏: intégrale définie) は、略式的に言えば f のグラフと x-軸、および x.

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角速度

運動学において、角速度(かくそくど、angular velocity)は、ある点をまわる回転運動の速度を、単位時間に進む角度によって表わした物理量である。言い換えれば角速度とは、原点と物体を結ぶ線分、すなわち動径が向く角度の時間変化量である。特に等速円運動する物体の角速度は、物体の速度を円の半径で割ったものとして与えられる。従って角速度の量の次元物理学などの文献においては、文脈上紛れがない限り、単に「次元」と呼ばれる。は、通常の並進運動の速度とは異なり速度の次元は長さ L に時間 T の逆数を掛けた L⋅T−1 である。、時間の逆数 T−1 となる。.

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航空機

航空機(こうくうき、aircraftブリタニカ百科事典「航空機」)は、大気中を飛行する機械の総称である広辞苑 第五版 p.889「航空機」。.

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重心

重心(じゅうしん、center of gravity)は、力学において、空間的広がりをもって質量が分布するような系において、その質量に対して他の物体から働く万有引力(重力)の合力の作用点である。重力が一様であれば、質量中心(しつりょうちゅうしん、center of mass)と同じであるためしばしば混同されており、本来は異なるのだが、当記事でも基本的には用語を混同したまま説明する(人工衛星の安定に関してなど、これらを区別して行う必要がある議論を除いて、一般にはほぼ100%混同されているためである)。 一様重力下で、質量分布も一様である(または図形の頂点に等質量が凝集している)ときの重心は幾何学的な意味での「重心」(幾何学的中心、)と一致する。より一般の状況における重心はの項を参照せよ。.

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自動車

特殊作業車の例(ダンプカー) 自動車(じどうしゃ、car, automobile)とは、原動機の動力によって車輪を回転させ、軌条や架線を用いずに路上を走る車のこと。.

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潜水艦

潜水艦(せんすいかん、Submarine、U-Boot、潛艇)は、水中航行可能な軍艦である。.

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方位

十二支の方位盤(大阪天満宮で撮影) 河原町駅) 方位(ほうい)とは、ある地点における水平面内の方向を、基準となる一定の方向との関係で表した物。または、基準となるべき幾つかの方向に付けた名称である。方角(ほうがく)もほぼ同義である。.

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慣性

慣性(かんせい、英語:inertia)とは、ある物体が外力を受けないとき、その物体の運動状態は慣性系に対して変わらないという性質を表す。惰性ともいう。 静止している物体に力が働かないとき、その物体は慣性系に対し静止を続ける。運動する物体に力が働かないとき、その物体は慣性系に対し運動状態を変えず、等速直線運動を続ける。これは慣性の法則(運動の第1法則)として知られている。 力が働いているときではニュートンの運動方程式より 慣性が大きければ、同じ力 \vec を加えても加速度 \vec は小さくなる。これは質量 \boldsymbol が大きいということである。この質量 \boldsymbol は、各物体の慣性の大小を表す量であり、慣性質量と呼ばれる。 物体の回転を考えるときにも、回転のしやすさの大小(慣性モーメント)として、広い意味での慣性を定義することが出来る。 アイザック・ニュートンは慣性を定式化することにより、鳥が何故、地球の表面から取り残されないのか、地球が何故止まらないで動き続けているのか、という地動説の疑問に答え、地動説の正しさを証明させた。.

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慣性航法装置

慣性航法装置(かんせいこうほうそうち、Inertial Navigation System, INS)は、潜水艦、航空機やミサイルなどに搭載される装置で、外部から電波による支援を得ることなく、搭載するセンサ(慣性計測装置、Inertial Measurement Unit, IMU、Inertial Navigation Unit; INU, Inertial Guidance Unit; IGU, Inertial Reference Unit; IRUなども使用される)のみによって自らの位置や速度を算出する。慣性誘導装置(Inertial Guidance System, IGS)、慣性基準装置(Inertial Reference System, IRS)などとも呼ばれる。.

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