世界で初めて角度直接検出型ジャイロセンサーの小型モジュールを開発――高精度と高速応答を両立 東芝

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東芝は2020年1月22日、動作に伴う物体の向きの変化を高精度に検出する角度直接検出型のジャイロセンサーとして、大型の計測制御装置等を必要としない小型モジュールの開発に世界で初めて成功したと発表した。ロボット/無人搬送車/ドローン等、これまで難しかった小型機器への搭載、実証実験ができるという。

同社は、微細な機械構造と電子回路を半導体基板上に集積させるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて、角速度ではなく角度を直接検出でき、高精度で高速応答ができるジャイロセンサー(RIG)を小型化。マイクロコントローラーから制御することで、実証実験に適用できるサイズまでモジュールを小型化した。開発には、デバイス&システム・プラットフォーム開発センターの協力を得ている。

モジュールの小型化により初めて、実際に無人搬送機やドローン等に搭載し、軌道推定や姿勢制御等の実証実験ができる。また、一般的なジャイロセンサーは、機器が回転する角速度(角度の時間変化)を計測し、それを演算して角度を求めるため、応答速度や精度に課題があったが、小型モジュールは機器が回転する角度を直接計測することにより、高精度と高速応答を両立している。開発品は、2021年度以降のサンプル出荷を目指す。

RIGは、地球の自転の角度を計測できるフーコーの振り子と同じ物理的原理に基づき、物体の角度を直接検出できる。RIG動作のためには、検出に用いる振動子を完全に対称な構造にすることが必須条件となるが、製造時の加工誤差のため、非対称性が発生することが課題となっていた。

同社は、この非対称性を独自技術の抵抗型可変ダンパーの導入等で補正し、完全な対称状態とした。また、同社の振動子は独自のドーナツマス構造(ドーナツ型の錘を採用)のため、温度が変化しても縦横の振動特性が等しく変化し、対称性が保たれるため、温度変化による感度への影響が極めて小さくなる。

今回開発したモジュールは、RIG特有の角度を直接検出しつつ、精度とドリフトのいずれの指標でも、同じMEMS技術を用いた民生機器用のジャイロセンサー以上の性能であることを確認できている。今後、更なる性能の改善を見込んでいるという。


同社は2021年度以降を目処に、サンプル出荷ができるレベルまで技術完成度を高めることを目指す。また、このジャイロセンサーを搭載した慣性計測装置(IMU)の開発を進める。

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