JP6972675B2 - Posture evaluation device, posture calculation device, posture measurement system, posture evaluation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、姿勢評価装置、姿勢算出装置、姿勢計測システム、姿勢評価方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a posture evaluation device, a posture calculation device, a posture measurement system, a posture evaluation method, and a program.
角速度センサ、加速度センサ及び磁気センサが搭載されたセンサデバイスを用いて、運動中の物体の姿勢を計測する方法がある。角速度センサの検出結果によれば、ある時刻から次の時刻への姿勢変化が得られる。したがって、この姿勢変化を積算することで、姿勢のトラッキングが可能である。一方で、角速度センサの出力値には、誤差が含まれているため、角速度センサの出力値を積算し続けると、算出される姿勢は徐々に真値から外れていく。このため、角速度に基づき算出される姿勢は適切に補正される必要がある。 There is a method of measuring the posture of a moving object by using a sensor device equipped with an angular velocity sensor, an acceleration sensor and a magnetic sensor. According to the detection result of the angular velocity sensor, the attitude change from one time to the next can be obtained. Therefore, the posture can be tracked by integrating the posture changes. On the other hand, since the output value of the angular velocity sensor includes an error, if the output values of the angular velocity sensor are continuously integrated, the calculated posture gradually deviates from the true value. Therefore, the attitude calculated based on the angular velocity needs to be corrected appropriately.
例えば、特許文献１には、加速度センサによって検出される重力方向及び磁気センサによって検出される地磁気方向と、角速度センサの出力値に基づいて算出される姿勢の重力方向及び地磁気方向との比較により、角速度センサの出力値を補正することについて開示されている。
For example, in
上述のようなセンサデバイスは、スピーカー等の磁性体の存在のために場所によって磁気方向が異なるような環境で使用されることもある。磁気方向の差異を考慮せずに、磁気センサによって検出された磁気方向を姿勢補正に用いると、誤った情報が正しい情報としてユーザに伝わってしまうおそれがある。 The sensor device as described above may be used in an environment where the magnetic direction differs depending on the location due to the presence of a magnetic substance such as a speaker. If the magnetic direction detected by the magnetic sensor is used for the attitude correction without considering the difference in the magnetic direction, erroneous information may be transmitted to the user as correct information.
本発明は、場所によって磁気方向が異なるような環境で使用されても、誤った情報がユーザに伝わってしまうことを防止する、姿勢評価装置、姿勢算出装置、姿勢計測システム、姿勢評価方法及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention is a posture evaluation device, a posture calculation device, a posture measurement system, a posture evaluation method, and a program that prevent erroneous information from being transmitted to the user even when used in an environment where the magnetic direction differs depending on the location. The purpose is to provide.
本発明の一態様によれば、姿勢評価装置は、角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで時間順に取得された角速度値を積算することにより時刻毎のセンサ姿勢を算出し、この算出されたセンサ姿勢の前記時刻毎の地磁気方向成分を取得するセンサ地磁気方向取得部と、
前記センサ地磁気方向取得部で取得された前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記時刻毎に前記磁気センサで取得された参照磁気方向とを比較し、時刻毎に角度差を算出することで、前記参照磁気方向が安定する安定区間を特定する特定部と、
この特定部によって特定された安定区間における前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記参照磁気方向との誤差を評価する姿勢評価部と、
を備え、
前記センサ地磁気方向取得部は、初期値を異ならせて前記時刻毎に複数の地磁気方向成分を算出し、
前記姿勢評価部は、前記特定部によって特定された安定区間における複数の地磁気方向成分のうち、前記参照磁気方向との誤差が最も小さいものについて評価する。
According to one aspect of the present invention, the attitude evaluation device calculates the sensor attitude for each time by integrating the angular velocity values acquired in chronological order by the sensor unit having the angular velocity sensor and the magnetic sensor, and this calculation is performed. A sensor geomagnetic direction acquisition unit that acquires the geomagnetic direction component of the sensor posture for each time, and a sensor geomagnetic direction acquisition unit.
The reference is made by comparing the geomagnetic direction component of the sensor attitude acquired by the sensor geomagnetic direction acquisition unit with the reference magnetic direction acquired by the magnetic sensor at each time and calculating the angle difference for each time. A specific part that specifies a stable section where the magnetic direction is stable,
An attitude evaluation unit that evaluates an error between the geomagnetic direction component of the sensor attitude and the reference magnetic direction in the stable section specified by this specific unit.
Bei to give a,
The sensor geomagnetic direction acquisition unit calculates a plurality of geomagnetic direction components at each time with different initial values.
The attitude evaluation unit evaluates the one having the smallest error from the reference magnetic direction among the plurality of geomagnetic direction components in the stable section specified by the specific unit.
本発明によれば、場所によって磁気方向が異なるような環境で使用されても、誤った情報がユーザに伝わってしまうことを防止する、姿勢評価装置、姿勢算出装置、姿勢計測システム、姿勢評価方法及びプログラムを提供できる。 According to the present invention, a posture evaluation device, a posture calculation device, a posture measurement system, and a posture evaluation method for preventing erroneous information from being transmitted to a user even when used in an environment where the magnetic direction differs depending on the location. And can provide programs.
［システム構成］
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、センサユニットに設けられた角速度センサの検出値に基づいてセンサユニットの姿勢を算出する姿勢計測システムに関する。検出された角速度を時間経過に沿って積算することで、すなわち時間経過に沿って姿勢を回転させてトラッキングしていくことで、センサユニットの姿勢（以下、角速度に基づいて算出されるセンサユニットの姿勢をセンサ姿勢と称する）は高精度で求められ得る。
[System configuration]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment relates to a posture measurement system that calculates the posture of the sensor unit based on the detected value of the angular velocity sensor provided in the sensor unit. By accumulating the detected angular velocities over time, that is, by rotating and tracking the attitude along with the passage of time, the attitude of the sensor unit (hereinafter, calculated based on the angular velocity) of the sensor unit. The posture (referred to as the sensor posture) can be obtained with high accuracy.
すなわち、各時刻のセンサユニットの姿勢をＰi、各時刻の角速度すなわち回転変化をＲiとしたとき、両者の関係は、
Ｐi = Ｒi-1・Ｐi-1
で表される。ここで、初期姿勢Ｐ0は既知である。Ｐi、Ｒiは３×３の回転行列でもよいし、大きさ１のクォータニオンでもよい。
That is, when the attitude of the sensor unit at each time is P i and the angular velocity at each time, that is, the change in rotation is R i , the relationship between the two is
P i = R i-1 · P i-1
It is represented by. Here, the initial posture P 0 is known. P i and R i may be a 3 × 3 rotation matrix or a quaternion having a size of 1.
ただし、角速度センサの検出値は誤差を有している。このため、検出結果を積算すると誤差も蓄積され、算出される姿勢は正しい値から離れていく。そこで本実施形態では、角速度センサとの位置関係が固定された加速度センサ及び磁気センサを用いて計測された重力方向及び磁気方向に基づいて、算出されるセンサユニットの姿勢（センサ姿勢）の誤差が評価され、センサ姿勢が補正される。 However, the detection value of the angular velocity sensor has an error. Therefore, when the detection results are integrated, errors are also accumulated, and the calculated posture deviates from the correct value. Therefore, in the present embodiment, the error of the posture (sensor posture) of the sensor unit calculated based on the gravity direction and the magnetic direction measured by using the acceleration sensor and the magnetic sensor whose positional relationship with the angular velocity sensor is fixed is It is evaluated and the sensor posture is corrected.
本実施形態に係る姿勢計測システム１の構成例の概要を図１に示す。姿勢計測システム１は、センサユニット１０と解析ユニット２０とを含む。本実施形態では、センサユニット１０は、角速度、加速度、磁気方向を検出するセンサを有しており、任意の期間の検出結果を保存する。解析ユニット２０は、センサユニット１０に記録された任意の期間の角速度、加速度、磁気方向に係る情報を読み出して、これらに基づいて解析を行いセンサユニット１０の姿勢を算出する。解析ユニット２０は、姿勢算出装置として機能する。
FIG. 1 shows an outline of a configuration example of the
センサユニット１０は、バスライン１９を介して互いに接続された角速度センサ１１と、加速度センサ１２と、磁気センサ１３と、プロセッサ１４と、random access memory（ＲＡＭ）１５と、フラッシュメモリ１６と、入力装置１７と、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１８とを備える。
The
角速度センサ１１は、例えばＭＥＭＳ角速度センサが３軸方向に設けられた構成を有し、各軸周りの角速度を検出する。加速度センサ１２は、例えばＭＥＭＳ加速度センサが３軸方向に設けられた構成を有し、各軸方向の加速度を検出する。加速度センサ１２の検出結果に基づけば、重力方向が求められる。磁気センサ１３は、例えば３軸磁気センサであり、磁気方向を検出する。
The
プロセッサ１４は、例えばCentral Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）等といった集積回路であり、各種信号処理等を行う。ＲＡＭ１５は、プロセッサ１４の主記憶装置として機能する。フラッシュメモリ１６には、角速度センサ１１、加速度センサ１２、磁気センサ１３により検出され、プロセッサ１４で処理された角速度情報、加速度情報、磁気情報等が記録される。また、フラッシュメモリ１６には、プロセッサ１４で用いられるプログラム、パラメータ等各種情報も記録されている。ＲＡＭ１５及びフラッシュメモリ１６は、これに限らず各種記憶装置に置換され得る。入力装置１７は、例えばスイッチ等、ユーザの入力を受け付ける装置であり、例えばセンサユニット１０の起動や計測の開始及び終了の指示が入力される。Ｉ／Ｆ１８は、センサユニット１０の外部とデータの送受信を行うためのインターフェイスである。
The
解析ユニット２０は、例えばバスライン２９によって互いに接続されたプロセッサ２１と、ＲＡＭ２２と、記録装置２３と、ディスプレイ２４と、入力装置２５と、Ｉ／Ｆ２６とを備える。Ｉ／Ｆ２６は、解析ユニット２０の外部とデータの送受信を行うためのインターフェイスであり、例えばセンサユニット１０と通信を行う。センサユニット１０と解析ユニット２０との間の通信は、有線で行われても、無線で行われてもよい。
The
プロセッサ２１は、例えばＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等といった集積回路であり、各種信号処理等を行う。プロセッサ２１は、センサユニット１０から読み出した、角速度情報、加速度情報、磁気情報に基づいて、センサユニット１０の姿勢を算出する。ＲＡＭ２２は、プロセッサ２１の主記憶装置として機能する。
The
記録装置２３には、プロセッサ２１で用いられるプログラム、パラメータ等各種情報が記録されている。また、記録装置２３には、センサユニット１０から読み出された検出結果、プロセッサ２１で算出されたセンサユニット１０の姿勢等が記録される。ＲＡＭ２２及び記録装置２３は、これに限らず各種記憶装置に置換され得る。ディスプレイ２４は、これに限らないが例えば液晶ディスプレイ等であり、センサユニット１０の姿勢等は、ディスプレイ２４に表示される。入力装置２５は、例えばキーボード、マウス等である。解析ユニット２０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であり得る。
Various information such as programs and parameters used in the
姿勢計測システム１の使用状況の一例を図２に模式的に示す。図２の例において、センサユニット１０は、計測対象である人物９０の腰などの体幹に装着される。この状態で人物９０が運動をする。その結果、センサユニット１０には、人物９０の動きに関わるデータが蓄積される。運動後、解析ユニット２０は、センサユニット１０からデータを読み出し、人物９０の運動を解析する。解析ユニット２０は、解析結果に基づいて、そのディスプレイ２４に、姿勢をアニメーション表示してもよいし、力積、速度等を表示してもよい。姿勢計測システム１によれば、例えば人物９０がダンスをしたときの人物９０の動きが記録される。
FIG. 2 schematically shows an example of the usage status of the
本実施形態では、場所によって磁気方向が異なることがあることが考慮されている。例えば、スピーカー、スチール机等の磁性体の影響を受けて他の場所と磁気方向が異なる場所が存在することがある。このような状況は、姿勢計測システム１が用いられ得るダンス競技等の場面においても生じ得る。図２は、磁気方向を矢印で示している。この例では、磁気方向は、磁性体１１０の影響を受けている。第１の領域１０１では、例えば地磁気に由来する、矢印で示した図中左から右への磁気方向（地磁気方向）を有する磁場が存在する。一方で、磁性体１１０の近傍の第２の領域１０２では、磁性体１１０が存在するために、矢印で示した図中上から下への磁気方向を有する磁場が存在する。以下、地磁気に由来する磁気方向（地磁気方向）及び磁性体の影響による磁気方向を合わせて環境の磁気方向と称する。
In this embodiment, it is considered that the magnetic direction may differ depending on the location. For example, there may be a place where the magnetic direction is different from other places due to the influence of a magnetic material such as a speaker or a steel desk. Such a situation can also occur in a scene such as a dance competition in which the
センサユニット１０を装着した人物９０は、例えば、第１の領域１０１内（図中(1)）から第２の領域１０２内（図中(2)）へと移動し、さらに第１の領域１０１内（図中(3)）へ、第２の領域１０２内（図中(4)）へ等と移動することがある。
For example, the
センサユニット１０が磁気方向が異なる領域間を移動するような場合には、センサユニット１０が存在する位置の磁気方向が変化する。このようなときに、角速度センサ１１の検出値に基づいて算出されたセンサ姿勢の誤差を、磁気センサ１３の検出値を用いて評価すると、評価結果は誤ったものとなることがある。そこで本実施形態では、センサユニット１０が磁気方向が異なる領域間を移動するような場合等、磁気センサ１３で検出される磁気方向が不安定な場合には、磁気センサ１３の検出値を用いたセンサ姿勢の誤差の評価が行われない。
When the
また、上述の説明のように、センサユニット１０を装着した人物９０は、図２における第１の領域１０１にしばらく位置し、さらに図２における第２の領域１０２の中にしばらく位置するといったことも想定される。第１の領域１０１内と第２の領域１０２内では、磁気方向は異なるものの、磁気方向は安定している。このような場合、第１の領域１０１内で検出した磁気センサ１３の検出値と第２の領域１０２内で検出した磁気センサ１３の検出値とのうち何れか一方のみしかセンサ姿勢の誤差の評価に用いられないとすると、長期間誤差の評価が行われない状況が生じ、算出されるセンサ姿勢の誤差が大きくなることが起こり得る。そこで本実施形態では、安定した磁気方向が計測されるときには、各々の環境の磁気方向を利用して、センサ姿勢の誤差の評価が行われる。
Further, as described above, the
なお、センサユニット１０は、人物９０のどこにいくつ装着されてもよい。また、姿勢計測システム１は、人物の運動に関わらず、例えば各種ロボット、機械、自動車、航空機等の運動解析に用いられてもよい。
Any number of
また、ここでは、センサユニット１０は人物９０の運動に支障が出ない程度に小型のものであることを想定しているが、これに限らない。角速度センサ１１と、加速度センサ１２と、磁気センサ１３とは、相対的な位置関係が維持されていれば、互いに離れて配置されていてもよい。
Further, here, it is assumed that the
［システムの動作］
〈概要〉
上述のとおり、姿勢計測システム１が使用される際、まずセンサユニット１０が計測対象に装着される。センサユニット１０は、計測対象の運動中に計測される角速度、加速度、磁気方向をフラッシュメモリ１６に記録する。計測対象である運動の終了後、センサユニット１０と解析ユニット２０とは接続され、解析ユニット２０は、センサユニット１０のフラッシュメモリ１６に記録された運動に係るデータを読み出し、記録装置２３に保存する。その後、解析ユニット２０のプロセッサ２１は、記録装置２３に記録されたデータを用いて、計測期間中のセンサユニット１０の姿勢の変化を解析する。
[System operation]
<Overview>
As described above, when the
角速度センサ１１の出力の積算によって得られるセンサユニット１０の姿勢を上述のとおりセンサ姿勢と称し、センサ姿勢が示す重力方向の成分をセンサ重力方向と称し、センサ姿勢が示す磁気方向の成分をセンサ地磁気方向と称することにする。また、加速度センサ１２の出力に基づいて得られる重力方向を参照重力方向と称し、磁気センサ１３の出力に基づいて得られる磁気方向を参照地磁気方向と称し、参照重力方向及び参照地磁気方向を合わせて参照姿勢と称することにする。参照重力方向の算出には、加速度センサ１２の出力の所定期間の時間平均が用いられることが好ましい。また、参照地磁気方向の算出には、磁気センサ１３の出力の所定期間の時間平均が用いられることが好ましい。
The posture of the
本実施形態で取り扱われる方向等について、図３を参照して説明する。図３に示すように、センサ重力方向と参照重力方向とには、角度θ１に示すような重力方向誤差が生じることがある。同様に、センサ地磁気方向と参照地磁気方向とには、角度θ２に示すような地磁気方向誤差が生じることがある。この重力方向誤差θ１及び地磁気方向誤差θ２を含む参照角度差が小さくなるようにセンサ姿勢の算出は行われる。 The directions and the like handled in this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a gravity direction error as shown in the angle θ1 may occur between the sensor gravity direction and the reference gravity direction. Similarly, a geomagnetic direction error as shown in the angle θ2 may occur between the sensor geomagnetic direction and the reference geomagnetic direction. The sensor attitude is calculated so that the reference angle difference including the gravity direction error θ1 and the geomagnetic direction error θ2 becomes small.
本実施形態では、解析ユニット２０は、角速度センサ１１で取得された角速度履歴値と、加速度センサ１２で取得された参照重力方向履歴値と、磁気センサ１３で取得された参照地磁気方向履歴値とを取得する。解析ユニット２０のプロセッサ２１で行われる本実施形態に係る姿勢算出処理について説明する。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る姿勢算出処理について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。 The posture calculation process according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップＳ１０１において、プロセッサ２１は、磁場安定区間ラベリング処理を行う。磁場安定区間ラベリング処理では、プロセッサ２１は、センサユニット１０によって記録されたデータについて、磁気方向が安定している時系列的な区間と不安定な時系列的な区間とを特定する。センサユニット１０が同一の磁気方向を有する磁場が存在する場所に居続けたときに得られたデータは、安定区間として特定される。一方、ある磁場が存在する場所から異なる磁場が存在する場所へと移動したときに得られたデータは、不安定区間として特定される。さらに、プロセッサ２１は、磁気方向が安定している安定区間について、それぞれ区間ラベルを付す。また、安定区間の各々についてセンサ姿勢を利用して環境の磁気方向を決定する。
In step S101, the
ステップＳ１０２において、プロセッサ２１は、磁気データベース（ＤＢ）作成処理を行う。磁気ＤＢ作成処理では、プロセッサ２１は、磁場安定区間ラベリング処理で区間ラベルが付された各々の安定区間について、同一の磁気方向に係る区間には同一の磁気ラベルを付与する。
In step S102, the
ステップＳ１０３において、プロセッサ２１は、姿勢推定・誤差評価処理を行う。姿勢推定・誤差評価処理では、プロセッサ２１は、センサユニット１０によって記録されたデータに基づいて、各時刻のセンサユニット１０の姿勢であるセンサ姿勢を算出する。すなわち、プロセッサ２１は、角速度センサ１１で取得された角速度を積算することで、センサ姿勢を順に回転させて、センサ姿勢を算出する。さらに、プロセッサ２１は、算出されたセンサ姿勢の重力方向成分であるセンサ重力方向と、加速度センサ１２を用いて取得された参照重力方向とを比較して、誤差を評価する。また、プロセッサ２１は、算出されたセンサ姿勢の地磁気方向成分であるセンサ地磁気方向と、磁気センサ１３を用いて取得された参照地磁気方向とを比較して、誤差を評価する。地磁気方向の誤差の評価において、プロセッサ２１は、磁気ラベルを利用し、環境の磁気方向を考慮する。プロセッサ２１は、この誤差の評価結果を利用して、センサ姿勢の補正を行う。
In step S103, the
このように、プロセッサ２１を含む解析ユニット２０は、センサユニット１０で取得された、角速度値の履歴値を取得する角速度取得部としての機能と、参照地磁気方向の履歴値を取得する磁気方向取得部としての機能と、センサ地磁気方向を算出する方向算出部としての機能と、センサ地磁気方向の履歴値と参照地磁気方向の履歴値とに基づいて、磁気センサで検出された環境の磁気方向の履歴を決定する環境磁気方向決定部としての機能と、決定された環境の磁気方向の履歴と参照地磁気方向の履歴値とを補正のために用いながら、角速度値を順次に積算することでセンサユニット１０の姿勢を算出する姿勢算出部としての機能とを備える。
As described above, the
〈磁場安定区間ラベリング処理〉
ステップＳ１０１で行われる磁場安定区間ラベリング処理について図５に示すフローチャートを参照して説明する。
<Magnetic field stable section labeling process>
The magnetic field stable section labeling process performed in step S101 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップＳ２０１において、プロセッサ２１は、センサユニット１０を用いて記録された、角速度データ及び磁気データを取得する。以下のステップＳ２０２乃至ステップＳ２０６の処理において、プロセッサ２１は、得られた角速度を時間順に積算してセンサ姿勢を回転させることで、各時刻のセンサ姿勢を算出する。ここで、プロセッサ２１は、定期的に参照地磁気方向をセンサ地磁気方向の初期値として、所定の期間だけセンサ姿勢を回転させた後に求まったセンサ地磁気方向と、その時点における参照地磁気方向とを比較する。
In step S201, the
すなわち、ステップＳ２０２において、プロセッサ２１は、センサ姿勢をリセットする。このとき、プロセッサ２１は、初期値として、センサ姿勢の地磁気方向を磁気センサ１３を用いて得られた参照地磁気方向に設定する。また、プロセッサ２１は、角速度を積算してセンサ姿勢を回転させた回数示す積算回数を０に設定する。
That is, in step S202, the
ステップＳ２０３において、プロセッサ２１は、センサ姿勢に計算対象としている角速度を積算することでセンサ姿勢を加速度の分だけ回転させて、計算対象としている時点のセンサ姿勢を算出する。プロセッサ２１は、この角速度の積算の度に積算回数を１だけ増加させる。
In step S203, the
ステップＳ２０４において、プロセッサ２１は、積算回数が所定の第１の閾値よりも小さいか否かを判定する。第１の閾値は任意に設定され得る。積算回数が第１の閾値よりも小さいとき、処理はステップＳ２０５に進む。
In step S204, the
ステップＳ２０５において、プロセッサ２１は、次のデータがあるか否かを判定する。次のデータがあるとき、処理はステップＳ２０３に戻る。その結果、角速度データに基づいて時間経過の順にセンサ姿勢が算出される。なお、ステップＳ２０５において、次のデータがないと判定されたとき、処理はステップＳ２１１に進む。
In step S205, the
ステップＳ２０４において、積算回数が第１の閾値よりも小さくないと判定されたとき、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０３の繰り返し処理の対象となった期間、すなわちセンサ姿勢がリセットされてから角速度が繰り返し積算された期間を安定性評価区間とする。 When it is determined in step S204 that the number of integrations is not smaller than the first threshold value, the process proceeds to step S206. The period subject to the repeated processing in step S203, that is, the period in which the angular velocity is repeatedly integrated after the sensor attitude is reset is defined as the stability evaluation section.
ステップＳ２０６において、プロセッサ２１は、センサ姿勢の地磁気方向成分であるセンサ地磁気方向を算出する。プロセッサ２１は、算出したセンサ地磁気方向と、磁気センサ１３を用いて取得された参照地磁気方向とを比較し、それらの角度差を算出する。安定性評価区間の最初においてセンサ地磁気方向は参照地磁気方向に設定されているので、算出される角度差は、安定性評価区間におけるセンサ地磁気方向の変化量と参照地磁気方向の変化量との差とも表現され得る。
In step S206, the
ステップＳ２０７において、プロセッサ２１は、算出された角度差が、所定の第２の閾値以下であるか否かを判定する。第２の閾値は任意に設定され得る。角度差が第２の閾値以下であるとき、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８において、プロセッサ２１は、対象としている安定性評価区間を安定区間として登録し、その結果を一時記憶する。その後、処理はステップＳ２１０に進む。
In step S207, the
ステップＳ２０７において算出された角度差が第２の閾値より大きいと判定されたとき、処理はステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９において、プロセッサ２１は、対象としている安定性評価区間を不安定区間として登録し、その結果を一時記憶する。また、プロセッサ２１は、不安定区間の最初及び最後のセンサ地磁気方向と、不安定区間の最初及び最後の参照地磁気方向とを一時記憶する。これらの方向を用いれば、後述するように不安定区間の前後の安定区間における環境の磁気方向を決定することができる。ステップＳ２０９の処理の後、処理はステップＳ２１０に進む。
When it is determined that the angle difference calculated in step S207 is larger than the second threshold value, the process proceeds to step S209. In step S209, the
ステップＳ２１０において、プロセッサ２１は、次のデータがあるか否かを判定する。次のデータがあるとき、処理はステップＳ２０２に戻る。すなわち、上述の処理が繰り返され、ステップＳ２０８又はステップＳ２０９で登録された後の所定の期間が安定区間又は不安定区間として登録される。
In step S210, the
ステップＳ２１０で次のデータがないと判定されたとき、処理はステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１において、プロセッサ２１は、安定区間に順に区間ラベルを付する。プロセッサ２１は、ラベル付けした安定区間の情報と、不安定区間の情報とを、記録装置２３に記録する。また、プロセッサ２１は、連続する不安定区間の最初及び最後のセンサ地磁気方向と、連続する不安定区間の最初及び最後の参照地磁気方向とを用いて、連続する不安定区間の前後の安定区間における環境の磁気方向を決定する。プロセッサ２１は、安定区間ごとに求まった環境の磁気方向を、当該安定区間においてセンサユニット１０が位置した領域の環境の磁気方向として、区間ラベルと共に記録装置２３に記録する。以上で、磁場安定区間ラベリング処理は終了する。
When it is determined in step S210 that there is no next data, the process proceeds to step S211. In step S211 the
区間ラベルの概要について、図６を参照して説明する。積算回数が第１の閾値に達する毎に、すなわち安定性評価区間毎に、当該安定性評価区間の安定又は不安定が判定される。図６において横軸は時間を示す。ここでは、時間は安定性評価区間毎に区切られているので、図６の横軸には、安定性評価区間毎に順に１から２５までの番号を示した。図６の縦軸は、安定性を示し、１から２５までの各区間が安定（１）であるか不安定（０）であるかを示している。図６の例では、１乃至４の区間は安定であり、５及び６の区間は不安定であり、７乃至１０の区間は安定であり、１１及び１２の区間は不安定であり、１３乃至１９の区間は安定であり、２０及び２１の区間は不安定であり、２２乃至２５の区間は安定となっている。
The outline of the section label will be described with reference to FIG. The stability or instability of the stability evaluation section is determined each time the number of integrations reaches the first threshold value, that is, for each stability evaluation section. In FIG. 6, the horizontal axis indicates time. Here, since the time is divided into stability evaluation sections, the horizontal axis of FIG. 6 shows numbers from 1 to 25 in order for each stability evaluation section. The vertical axis of FIG. 6 indicates stability, and indicates whether each section from 1 to 25 is stable (1) or unstable (0). In the example of FIG. 6, the
プロセッサ２１は、安定な区間に順に区間ラベルを付与するので、図６の例では、プロセッサ２１は、１乃至４の安定区間には区間ラベル（１）を付与し、７乃至１０の安定区間には区間ラベル（２）を付与し、１３乃至１９の安定区間には区間ラベル（３）を付与し、２２乃至２５の安定区間には区間ラベル（４）を付与する。
Since the
また図６には、不安定区間の前後で変化した磁気方向が示されている。すなわち、５及び６の不安定区間の前の区間ラベル（１）における磁気方向と後の区間ラベル（２）における磁気方向とは＋９０度異なることが示されている。したがって、区間ラベル（１）の環境の磁気方向を０度としたとき、区間ラベル（２）の環境の磁気方向は９０度となる。同様に、１１及び１２の不安定区間の前の区間ラベル（２）における磁気方向と後の区間ラベル（３）における磁気方向とは−９０度異なることが示されている。したがって、区間ラベル（１）の磁気方向を０度としたとき、区間ラベル（３）の環境の磁気方向は０度となる。同様に、２０及び２１の不安定区間の前の区間ラベル（３）における磁気方向と後の区間ラベル（４）における磁気方向とは＋９０度異なることが示されている。したがって、区間ラベル（１）の磁気方向を０度としたとき、区間ラベル（４）の環境の磁気方向は９０度となる。
Further, FIG. 6 shows the magnetic direction changed before and after the unstable section. That is, it is shown that the magnetic direction in the section label (1) before the
〈磁気ＤＢ作成処理〉
ステップＳ１０２で行われる磁気ＤＢ作成処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。磁気ＤＢ作成処理では、磁場安定区間ラベリング処理でラベリングされた各々の安定区間について、磁気ラベルが付される。磁気ＤＢ作成処理では、同一の磁気方向を示す安定区間には、同一の磁気ラベルが付される。
<Magnetic DB creation process>
The magnetic DB creation process performed in step S102 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 7. In the magnetic DB creation process, a magnetic label is attached to each stable section labeled in the magnetic field stable section labeling process. In the magnetic DB creation process, the same magnetic label is attached to the stable section indicating the same magnetic direction.
ステップＳ３０１において、プロセッサ２１は、最初の区間ラベルが付された安定区間を新しい磁気ラベルに登録する。一例として、図６に示されるようなラベル付けがされた区間ラベルに基づいて作成される磁気ＤＢの例を図８に示す。例えばステップＳ３０１では、磁気ＤＢにおいて新しい磁気ラベルＭ１が作成され、磁気ラベルＭ１に対応する区間ラベルとして区間ラベル（１）が登録される。区間ラベル（１）が登録される最初の磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向を０度とする。
In step S301, the
ステップＳ３０２において、プロセッサ２１は、次の区間ラベルに係る情報を取得する。ステップＳ３０３において、プロセッサ２１は、取得された区間ラベルの磁気方向と磁気ＤＢに登録された磁気ラベルの環境の磁気方向とを比較し、それら磁気方向の角度差が最小となる磁気ラベルを選択する。
In step S302, the
ステップＳ３０４において、プロセッサ２１は、選択された磁気ラベルの環境の磁気方向と区間ラベルの磁気方向との角度差が、第３の閾値以下であるか否かを判定する。第３の閾値は任意に設定され得る。角度差が第３の閾値以下でないと判定されたとき、処理はステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５において、プロセッサ２１は、磁気ＤＢにおいて新しい磁気ラベルを作成し、当該新しい磁気ラベルに対象としている区間ラベルを登録する。その後、処理はステップＳ３０７に進む。
In step S304, the
例えば図８に示す例では、磁気ラベルＭ１のみが存在し、磁気ラベルＭ１に区間ラベル（１）のみが登録されている状態で、区間ラベル（２）が処理対象とされたとする。このとき、磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向である０度と区間ラベル（２）の磁気方向である９０度とでは、角度差が９０度ある。このような場合に角度差が第３の閾値より大きいと判定される。ステップＳ３０５において、新しい磁気ラベルＭ２が作成され、磁気ラベルＭ２に対応する区間ラベルとして区間ラベル（２）が登録される。 For example, in the example shown in FIG. 8, it is assumed that only the magnetic label M1 exists and only the section label (1) is registered in the magnetic label M1 and the section label (2) is the processing target. At this time, there is an angle difference of 90 degrees between 0 degrees, which is the magnetic direction of the environment of the magnetic label M1, and 90 degrees, which is the magnetic direction of the section label (2). In such a case, it is determined that the angle difference is larger than the third threshold value. In step S305, a new magnetic label M2 is created, and the section label (2) is registered as the section label corresponding to the magnetic label M2.
ステップＳ３０４において、角度差が第３の閾値以下であると判定されたとき、処理はステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６において、プロセッサ２１は、処理対象としている区間ラベルをステップＳ３０３で選択した磁気ラベルに登録する。その後、処理はステップＳ３０７に進む。
When it is determined in step S304 that the angle difference is equal to or less than the third threshold value, the process proceeds to step S306. In step S306, the
例えば図８に示す例では、磁気ＤＢには磁気ラベルＭ１と磁気ラベルＭ２とが存在し、区間ラベル（３）が処理対象とされたとする。このとき、磁気ラベルＭ１が選択され（ステップＳ３０３）、磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向（０度）と区間ラベル（３）の磁気方向（０度）との角度差は０度になり、角度差は第３の閾値よりも小さいと判定される（ステップＳ３０４）。このとき、ステップＳ３０６において、磁気ＤＢの磁気ラベルＭ１に対応する区間ラベルとして区間ラベル（３）が登録される。 For example, in the example shown in FIG. 8, it is assumed that the magnetic label M1 and the magnetic label M2 exist in the magnetic DB, and the section label (3) is the processing target. At this time, the magnetic label M1 is selected (step S303), and the angle difference between the magnetic direction (0 degree) of the environment of the magnetic label M1 and the magnetic direction (0 degree) of the section label (3) becomes 0 degree, and the angle becomes 0 degrees. The difference is determined to be less than the third threshold (step S304). At this time, in step S306, the section label (3) is registered as the section label corresponding to the magnetic label M1 of the magnetic DB.
ステップＳ３０７において、プロセッサ２１は、次の区間ラベルがあるか否かを判定する。次の区間ラベルがあるとき、処理はステップＳ３０２に戻り、上述の処理が繰り返される。このようにして、全ての区間ラベルを対象とした処理により、必要な磁気ラベルが作成され、各々の区間ラベルが何れかの磁気ラベルに登録される。ステップＳ３０７において、次の区間ラベルがないと判定されたとき、磁気ＤＢ作成処理は終了する。
In step S307, the
以上のような磁気ＤＢ作成処理により、例えば図８に示すような磁気ＤＢが作成される。図８に示す例では、磁気ラベルとして、Ｍ１とＭ２との２つが登録されている。磁気ラベルの数は、計測に応じて１つ又は３つ以上になり得る。図８に示す例では、磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向は０度であり、磁気ラベルＭ１には区間ラベル（１）及び（３）が登録される。また、磁気ラベルＭ２の環境の磁気方向は９０度であり、磁気ラベルＭ２には区間ラベル（２）及び（４）が登録される。 By the magnetic DB creation process as described above, for example, the magnetic DB as shown in FIG. 8 is created. In the example shown in FIG. 8, two magnetic labels, M1 and M2, are registered. The number of magnetic labels can be one or more, depending on the measurement. In the example shown in FIG. 8, the magnetic direction of the environment of the magnetic label M1 is 0 degrees, and the section labels (1) and (3) are registered in the magnetic label M1. Further, the magnetic direction of the environment of the magnetic label M2 is 90 degrees, and the section labels (2) and (4) are registered in the magnetic label M2.
〈姿勢推定・誤差評価処理〉
ステップＳ１０３で行われる姿勢推定・誤差評価処理について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。姿勢推定・誤差評価処理では、センサ姿勢が算出される。また、姿勢推定・誤差評価処理では、センサ姿勢の算出の際に、誤差の評価が行われる。
<Posture estimation / error evaluation processing>
The posture estimation / error evaluation process performed in step S103 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the attitude estimation / error evaluation process, the sensor attitude is calculated. Further, in the attitude estimation / error evaluation process, the error is evaluated when the sensor attitude is calculated.
姿勢推定・誤差評価処理の演算結果の概要の一部の例を図１０に示す。図１０の例は、図６及び図８に示した区間ラベル及び磁気ラベルに対応した例を示す。ただし、データは間引かれて示されている。図１０には、センサユニット１０で取得されたデータの順を示す時刻ｔと、各データに対応付けられた磁気ラベルと、磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向（０度）を基準としたセンサ姿勢に係る第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１と、磁気ラベルＭ２の環境の磁気方向（９０度）を基準としたセンサ姿勢に係る第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２と、磁気センサ１３で取得された参照地磁気方向と、センサ地磁気方向と参照地磁気方向との差である評価値とが示されている。評価値は、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１と第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２とのうち磁気ラベルに対応する方と、参照地磁気方向との差である。これらの値の他にも、センサ重力方向及び参照重力方向のデータも併せて記録される。
FIG. 10 shows a partial example of the outline of the calculation result of the posture estimation / error evaluation process. The example of FIG. 10 shows an example corresponding to the section label and the magnetic label shown in FIGS. 6 and 8. However, the data is decimated and shown. In FIG. 10, the time t indicating the order of the data acquired by the
ステップＳ４０１において、プロセッサ２１は、処理対象を最初のデータに設定する。すなわち、処理対象の時刻ｔを１に設定する。プロセッサ２１は、時刻ｔに係るデータを取得し、初期値の設定を行う。
In step S401, the
例えば図１０に示すように、時刻ｔ＝１のときとして、磁気ＤＢに基づいて、磁気ラベルとしてＭ１が設定される。また、磁気ラベルＭ１の環境の磁気方向（０度）を基準とした第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１として、初期値である０度が設定される。また、磁気ラベルＭ２の環境の磁気方向（９０度）を基準とした第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２として、初期値である９０°が設定される。また、参照地磁気方向として、初期値である０度が設定される。時刻ｔ＝１においては、磁気ラベルがＭ１であるので、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１の値と参照地磁気方向の値との差である０が評価値となる。この他、センサ重力方向及び参照重力方向の初期値も設定される。 For example, as shown in FIG. 10, when the time t = 1, M1 is set as the magnetic label based on the magnetic DB. Further, the initial value of 0 degrees is set as the first sensor geomagnetic direction SM1 with respect to the magnetic direction (0 degrees) of the environment of the magnetic label M1. Further, 90 °, which is an initial value, is set as the second sensor geomagnetic direction SM2 based on the magnetic direction (90 degrees) of the environment of the magnetic label M2. Further, the initial value of 0 degrees is set as the reference geomagnetic direction. At time t = 1, since the magnetic label is M1, 0, which is the difference between the value in the first sensor geomagnetic direction SM1 and the value in the reference geomagnetic direction, is the evaluation value. In addition, the initial values of the sensor gravity direction and the reference gravity direction are also set.
ステップＳ４０２において、プロセッサ２１は、時刻ｔを１進めて、ｔ＝ｔ＋１とする。さらに新たに設定した時刻ｔに対応する情報を処理対象として取得する。
In step S402, the
ステップＳ４０３において、プロセッサ２１は、各磁気ラベルに係るセンサ姿勢について角速度センサ１１で得られた角速度を積算することで、回転後のセンサ姿勢を算出する。
In step S403, the
例えば図１０に示す例では、時刻ｔ＝２のデータとして、磁気ＤＢに基づいて磁気ラベルはＭ１であると特定される。また、磁気ラベルＭ１を基準とする第１のセンサ姿勢が算出され、その地磁気方向である第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１が算出される。図１０に示す例では、時刻ｔ＝２における第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１は８度であると算出されている。同様に、磁気ラベルＭ２を基準とする第２のセンサ姿勢が算出され、その地磁気方向である第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２が算出される。図１０に示す例では、時刻ｔ＝２における第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２は９８度であると算出されている。なお、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１と第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２とは、初期値が９０度ずれているので図１０に示すように以降も９０度ずれている。図１０に示す例では、時刻ｔ＝２における参照地磁気方向は７度であると特定されている。 For example, in the example shown in FIG. 10, the magnetic label is specified to be M1 based on the magnetic DB as the data at time t = 2. Further, the first sensor posture with reference to the magnetic label M1 is calculated, and the first sensor geomagnetic direction SM1 which is the geomagnetic direction thereof is calculated. In the example shown in FIG. 10, the first sensor geomagnetic direction SM1 at time t = 2 is calculated to be 8 degrees. Similarly, the second sensor attitude with respect to the magnetic label M2 is calculated, and the second sensor geomagnetic direction SM2, which is the geomagnetic direction thereof, is calculated. In the example shown in FIG. 10, the second sensor geomagnetic direction SM2 at time t = 2 is calculated to be 98 degrees. Since the initial values of the first sensor geomagnetic direction SM1 and the second sensor geomagnetic direction SM2 deviate by 90 degrees, they are deviated by 90 degrees thereafter as shown in FIG. In the example shown in FIG. 10, the reference geomagnetic direction at time t = 2 is specified to be 7 degrees.
ステップＳ４０４において、プロセッサ２１は、現在の処理対象のデータが安定区間のデータであるか否かを判定する。処理対象データが安定区間のデータでないと判定されたとき、処理はステップＳ４０８に進む。一方、処理対象データが安定区間のデータであると判定されたとき、処理はステップＳ４０５に進む。
In step S404, the
ステップＳ４０５において、プロセッサ２１は、評価値を算出する。評価値は、上述のとおり、現在の磁気ラベルと一致するセンサ地磁気方向と参照地磁気方向との角度差である。例えば図１０に示す例では、時刻ｔ＝２において、データは安定区間のデータであり、磁気ラベルがＭ１である。したがって、評価値は、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１の値と参照地磁気方向の値との差である−１度と算出されている。
In step S405, the
ステップＳ４０６において、プロセッサ２１は、評価値が第４の閾値よりも大きいか否かを判定する。第４の閾値は任意に設定され得る。評価値が第４の閾値よりも大きくないとき、処理はステップＳ４０８に進む。一方、評価値が第４の閾値よりも大きいとき、処理はステップＳ４０７に進む。
In step S406, the
ステップＳ４０７において、プロセッサ２１は、センサ姿勢をリセットする。すなわち、プロセッサ２１は、例えば第１のセンサ姿勢又は第２のセンサ姿勢といった磁気ラベルに応じたセンサ姿勢の値を、加速度センサ１２及び磁気センサ１３の検出結果に基づいて決定する。その後、処理はステップＳ４０８に進む。
In step S407, the
ステップＳ４０８において、プロセッサ２１は、次のデータがあるか否かを判定する。次のデータがあるとき、処理はステップＳ４０２に戻り、上述の処理が繰り返される。
In step S408, the
例えば、時刻ｔ＝３，４と進み、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１が４度，１度と算出され、第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２が９４度，９１度と算出される。このとき、参照地磁気方向は、５度，３度と特定される。時刻ｔ＝３，４においては、磁気ラベルがＭ１に対応するので、評価値は、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１を用いて１度，２度と算出される。 For example, at time t = 3, 4, the first sensor geomagnetic direction SM1 is calculated as 4 degrees and 1 degree, and the second sensor geomagnetic direction SM2 is calculated as 94 degrees and 91 degrees. At this time, the reference geomagnetic direction is specified as 5 degrees and 3 degrees. At time t = 3 and 4, since the magnetic label corresponds to M1, the evaluation value is calculated as 1 degree and 2 degrees using the first sensor geomagnetic direction SM1.
時刻ｔ＝５，６のデータは不安定区間のデータである。このため、磁気ラベルが不定となる。不安定区間においても、角速度センサ検出値に基づいて第１のセンサ姿勢及び第２のセンサ姿勢は算出される。しかしながら、評価値の算出は行われない。不安定区間では、磁気方向が変化しているので、磁気センサ１３によって検出される参照地磁気方向の信頼性が低い。信頼性が低い参照地磁気方向を用いて評価値が算出されると、センサ姿勢の信頼度について誤った判断をするおそれがある。本実施形態によれば、不安定区間においては評価値の算出及びそれを用いた評価が行われないので、誤った結論が導き出されることが回避され得る。
The data at time t = 5 and 6 is the data of the unstable section. Therefore, the magnetic label becomes indefinite. Even in the unstable section, the first sensor posture and the second sensor posture are calculated based on the angular velocity sensor detection value. However, the evaluation value is not calculated. Since the magnetic direction changes in the unstable section, the reliability of the reference geomagnetic direction detected by the
図１０の例において、時刻ｔが７乃至１０のとき、磁気ラベルはＭ２となっている。この期間においては、第１のセンサ地磁気方向ＳＭ１ではなく第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２が評価値の算出に用いられる。このように、磁気方向に応じた評価値算出が行われることで、妥当な評価値が得られる。 In the example of FIG. 10, when the time t is 7 to 10, the magnetic label is M2. In this period, the second sensor geomagnetic direction SM2 is used to calculate the evaluation value instead of the first sensor geomagnetic direction SM1. By calculating the evaluation value according to the magnetic direction in this way, an appropriate evaluation value can be obtained.
図１０の例においては、時刻ｔが１乃至３０の区間において、評価値が徐々に増加している。これは、角速度センサ１１によって検出された角速度を積算することによって算出されるセンサ姿勢に誤差が蓄積されていることを示す。例えば、時刻ｔ＝３１の処理において、ステップＳ４０５で算出される評価値が第４の閾値よりも大きくなると、ステップＳ４０６の判定の結果、処理はステップＳ４０７に進む。このとき、ステップＳ４０７においてセンサ姿勢がリセットされる。すなわち、時刻ｔ＝３１において磁気ラベルはＭ２となっているので、第２のセンサ姿勢が加速度センサ１２及び磁気センサ１３の出力によって決定される。例えば図１０に示すように、第２のセンサ地磁気方向ＳＭ２は、磁気センサ１３によって検出された参照地磁気方向の値に設定され、３８度となっている。このとき、評価値も０となる。すなわち、センサ姿勢が補正される。以下上述の場合と同様に、第１のセンサ姿勢及び第２のセンサ姿勢の算出が行われる。また、磁気ラベルに応じた評価値の算出が行われる。
In the example of FIG. 10, the evaluation value is gradually increased in the section where the time t is 1 to 30. This indicates that an error is accumulated in the sensor attitude calculated by integrating the angular velocities detected by the
図１０の例では、姿勢推定・誤差評価処理により、角速度センサ１１によって検出された角速度を積算することで算出される第１のセンサ姿勢及び第２のセンサ姿勢が得られる。第１のセンサ姿勢と第２のセンサ姿勢とは、センサ地磁気方向の初期値が違うのみであり、相対的には何れも同じ姿勢を示している。第１のセンサ姿勢と第２のセンサ姿勢とのうち何れかを参照することで、ユーザは十分に精度のよいセンサ姿勢を得ることができる。
In the example of FIG. 10, the first sensor attitude and the second sensor attitude calculated by integrating the angular velocities detected by the
［姿勢計測システムの特長］
本実施形態によれば、角速度センサ１１を用いて検出された角速度を積算し、センサ姿勢を回転させることで、正確なセンサ姿勢が算出される。さらに本実施形態では、センサ姿勢に誤差が蓄積されたときには、センサ姿勢は、加速度センサ１２及び磁気センサ１３の検出値に基づいて再設定される。ここで、磁気センサ１３の検出結果は、磁気方向が安定しているときに取得されたデータのみが用いられる。また、磁気方向が安定しているとき、複数の環境の磁気方向が登録された磁気ＤＢを参照して、各々の環境の磁気方向に応じたセンサ姿勢の評価がなされる。すなわち、複数の環境の磁気方向に基づいてセンサ姿勢の評価及びセンサ姿勢の補正が行われ得る。したがって、得られるセンサ姿勢の信頼度は高い。また、同一の磁気方向とみなされる安定区間が統一されることで、少ない演算量で適切なセンサ姿勢の算出が行われ得る。
[Features of posture measurement system]
According to this embodiment, an accurate sensor posture is calculated by integrating the angular velocities detected by using the
［変形例］
以下、上述の姿勢計測システム１のいくつかの変形例について説明する。
[Modification example]
Hereinafter, some modifications of the above-mentioned
上述の実施形態では、センサ姿勢を算出するセンサ姿勢算出装置として説明したが、角速度センサ１１で取得された各速度値に基づいて算出したセンサ姿勢を評価するセンサ姿勢評価装置としてもよい。
In the above-described embodiment, the sensor posture calculation device for calculating the sensor posture has been described, but the sensor posture evaluation device for evaluating the sensor posture calculated based on each speed value acquired by the
上述の実施形態では、センサ姿勢は、重力方向及び磁気方向に変化する例を示したが、例えば、重力方向の回転方向に制限が設けられている場合、センサ姿勢は磁気方向のみに変化し得る。例えば、重力方向に維持される回転軸周りにのみ回転する系においては、磁気方向についてのみ各種データを取得し、各種演算が行われればよい。必要な軸についてのみ演算が行われることで、演算量が削減され得る。なお、上述の実施形態のように３軸について演算が行われれば、どのような姿勢であっても算出され得る。 In the above-described embodiment, the sensor posture changes in the gravitational direction and the magnetic direction. However, for example, when the rotation direction in the gravitational direction is restricted, the sensor posture can change only in the magnetic direction. .. For example, in a system that rotates only around a rotation axis maintained in the direction of gravity, it is sufficient to acquire various data only in the magnetic direction and perform various calculations. The amount of calculation can be reduced by performing the calculation only on the necessary axes. It should be noted that if the calculation is performed on the three axes as in the above-described embodiment, the calculation can be performed in any posture.
また、上述の実施形態は、センサユニット１０と別体として設けられている解析ユニット２０がセンサ姿勢の算出を行う場合である。しかしながらこれに限らない。センサ姿勢の算出は、計測対象に取り付けられるセンサユニット１０のプロセッサ１４で行われてもよい。すなわち、検出データに基づいてセンサ姿勢を算出する姿勢算出装置は、センサユニット１０に組み込まれていてもよく、その場合、磁気方向が安定している安定区間において、磁気センサ１３で取得された磁気方向を環境の磁気方向として決定し、角速度センサ１１で取得された角速度値と環境の磁気方向に基づいて、センサ姿勢を算出してもよい。また、センサユニット１０で算出されたセンサ姿勢が、センサユニット１０の外部のＰＣ等に出力されてもよい。
Further, the above-described embodiment is a case where the
上述の実施形態では、磁場安定区間ラベリング処理で積算回数が所定の回数に達したときにセンサ地磁気方向と参照地磁気方向との角度差が評価されて安定区間又は不安定区間の登録が行われる。このような方法は、少ない演算量で安定区間及び不安定区間を特定することに効を奏する。しかしながら、これに限らない。センサ地磁気方向と参照地磁気方向とは時間経過に従って連続的に比較され、センサ地磁気方向と参照地磁気方向との差が急激に大きくなった期間が不安定区間として特定されてもよい。このような方法によれば、磁気方向の変化がどのようなタイミングで生じても、精度よく安定区間及び不安定区間を特定することができる。 In the above-described embodiment, when the number of integrations reaches a predetermined number in the magnetic field stable section labeling process, the angle difference between the sensor geomagnetic direction and the reference geomagnetic direction is evaluated, and the stable section or the unstable section is registered. Such a method is effective in specifying a stable section and an unstable section with a small amount of calculation. However, it is not limited to this. The sensor geomagnetic direction and the reference geomagnetic direction are continuously compared with the passage of time, and the period in which the difference between the sensor geomagnetic direction and the reference geomagnetic direction suddenly increases may be specified as an unstable section. According to such a method, the stable section and the unstable section can be accurately specified regardless of the timing of the change in the magnetic direction.
また、上述の実施形態では、参照地磁気方向が、センサ姿勢の誤差の評価と、センサ姿勢をリセットするときの基準とに用いられる例を示した。しかしながら、これに限らない。磁気方向の変化が考慮された参照地磁気方向は、算出されるセンサ姿勢の精度を向上させるために種々の方法で用いられ得る。例えば、参照地磁気方向に基づいて角速度センサ１１の出力値が補正されてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example is shown in which the reference geomagnetic direction is used as a reference for evaluating the error of the sensor posture and resetting the sensor posture. However, it is not limited to this. The reference geomagnetic direction, which takes into account changes in the magnetic direction, can be used in various ways to improve the accuracy of the calculated sensor orientation. For example, the output value of the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. In addition, each embodiment may be carried out in combination as appropriate, in which case the combined effect can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by a combination selected from a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, if the problem can be solved and the effect is obtained, the configuration in which the constituent elements are deleted can be extracted as an invention.
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記姿勢算出部により算出された前記センサユニットの姿勢を評価する姿勢評価部と、
を備える姿勢評価装置。
［２］
前記角速度センサで取得された前記角速度値の履歴値を取得する角速度取得部と、
前記磁気センサで取得された参照地磁気方向の履歴値を取得する磁気方向取得部と、
前記角速度値を順次に積算することで得られるセンサ姿勢の地磁気方向成分であるセンサ地磁気方向を算出する方向算出部と、を備え、
前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向と前記参照地磁気方向とを比較することで、前記磁気センサが検出した前記環境の磁気方向が安定している安定区間を特定する、
［１］に記載の姿勢評価装置。
［３］
前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向の履歴値と前記参照地磁気方向の履歴値とに基づいて、前記磁気センサで検出された前記環境の磁気方向の履歴を決定する、
［２］に記載の姿勢評価装置。
［４］
前記姿勢算出部は、前記角速度センサで取得された前記角速度値を順次に積算することで前記センサユニットの姿勢を算出する、
［２］又は［３］に記載の姿勢評価装置。
［５］
前記姿勢算出部は、前記環境の磁気方向の履歴と前記参照地磁気方向の履歴値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を補正する、
［３］に記載の姿勢評価装置。
［６］
前記姿勢評価部は、前記安定区間と特定されなかった区間では、前記センサユニットの姿勢を評価しない、
［２］に記載の姿勢評価装置。
［７］
前記環境磁気方向決定部は、互いに異なる前記安定区間についての前記環境の磁気方向を比較して、互いの前記環境の磁気方向が所定の範囲内であるとき、当該環境の磁気方向を同一のものとする、
［２］乃至［６］のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
［８］
前記環境磁気方向決定部は、前記安定区間と前記安定区間との間の前記環境の磁気方向が不安定である区間において算出された前記センサ地磁気方向の変化に基づいて、前記安定区間の前記環境の磁気方向を決定する、
［２］乃至［７］のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
［９］
前記環境磁気方向決定部は、所定期間における前記センサ地磁気方向の変化量と前記参照地磁気方向の変化量との差が所定値以下であるとき、前記所定期間を前記安定区間とする、
［２］乃至［８］のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
［１０］
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記角速度センサで取得された角速度値と、前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
を備える姿勢算出装置。
［１１］
［１］乃至［９］のうち何れか一に記載の姿勢評価装置と、
前記センサユニットと
を備える姿勢計測システム。
［１２］
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
を備える姿勢評価方法。
［１３］
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
をコンピュータに実行させる姿勢評価プログラム。
The inventions described in the original claims of the present application are described below.
[1]
A detection value acquisition unit that acquires detection values acquired by a sensor unit having an angular velocity sensor and a magnetic sensor,
A posture calculation unit that calculates the posture of the sensor unit based on the angular velocity value acquired by the angular velocity sensor, and
An environmental magnetic direction determining unit that determines the magnetic direction acquired by the magnetic sensor as the magnetic direction of the environment in a stable section in which the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is stable.
A posture evaluation unit that evaluates the posture of the sensor unit calculated by the posture calculation unit based on the magnetic direction of the environment determined by the environmental magnetic direction determination unit.
Posture evaluation device equipped with.
[2]
An angular velocity acquisition unit that acquires a historical value of the angular velocity value acquired by the angular velocity sensor, and an angular velocity acquisition unit.
A magnetic direction acquisition unit that acquires historical values in the reference geomagnetic direction acquired by the magnetic sensor, and a magnetic direction acquisition unit.
It is provided with a direction calculation unit for calculating the sensor geomagnetic direction, which is a geomagnetic direction component of the sensor attitude obtained by sequentially integrating the angular velocity values.
The environmental magnetic direction determining unit identifies a stable section in which the magnetic direction of the environment is stable detected by the magnetic sensor by comparing the sensor geomagnetic direction with the reference geomagnetic direction.
The posture evaluation device according to [1].
[3]
The environmental magnetic direction determining unit determines the history of the magnetic direction of the environment detected by the magnetic sensor based on the historical value of the sensor geomagnetic direction and the historical value of the reference geomagnetic direction.
The posture evaluation device according to [2].
[4]
The posture calculation unit calculates the posture of the sensor unit by sequentially integrating the angular velocity values acquired by the angular velocity sensor.
The posture evaluation device according to [2] or [3].
[5]
The posture calculation unit corrects the posture of the sensor unit based on the history of the magnetic direction of the environment and the history value of the reference geomagnetic direction.
The posture evaluation device according to [3].
[6]
The posture evaluation unit does not evaluate the posture of the sensor unit in the section not specified as the stable section.
The posture evaluation device according to [2].
[7]
The environmental magnetic direction determining unit compares the magnetic directions of the environment for the stable sections that are different from each other, and when the magnetic directions of the environment are within a predetermined range, the magnetic directions of the environment are the same. ,
The posture evaluation device according to any one of [2] to [6].
[8]
The environmental magnetic direction determination unit determines the environment of the stable section based on the change in the geomagnetic direction of the sensor calculated in the section where the magnetic direction of the environment is unstable between the stable section and the stable section. Determines the magnetic direction of
The posture evaluation device according to any one of [2] to [7].
[9]
When the difference between the amount of change in the sensor geomagnetic direction and the amount of change in the reference geomagnetic direction in a predetermined period is equal to or less than a predetermined value, the environmental magnetic direction determining unit sets the predetermined period as the stable section.
The posture evaluation device according to any one of [2] to [8].
[10]
A detection value acquisition unit that acquires detection values acquired by a sensor unit having an angular velocity sensor and a magnetic sensor,
An environmental magnetic direction determining unit that determines the magnetic direction acquired by the magnetic sensor as the magnetic direction of the environment in a stable section in which the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is stable.
A posture calculation unit that calculates the posture of the sensor unit based on the angular velocity value acquired by the angular velocity sensor and the magnetic direction of the environment determined by the environmental magnetic direction determination unit.
Posture calculation device.
[11]
The posture evaluation device according to any one of [1] to [9] and the posture evaluation device.
Posture measurement system including the sensor unit.
[12]
Acquiring the detected value acquired by the sensor unit having the angular velocity sensor and the magnetic sensor,
To calculate the attitude of the sensor unit based on the angular velocity value acquired by the angular velocity sensor,
In the stable section where the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is stable, the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is determined as the magnetic direction of the environment.
To evaluate the calculated attitude of the sensor unit based on the determined magnetic direction of the environment.
Posture evaluation method.
[13]
Acquiring the detected value acquired by the sensor unit having the angular velocity sensor and the magnetic sensor,
To calculate the attitude of the sensor unit based on the angular velocity value acquired by the angular velocity sensor,
In the stable section where the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is stable, the magnetic direction acquired by the magnetic sensor is determined as the magnetic direction of the environment.
To evaluate the calculated attitude of the sensor unit based on the determined magnetic direction of the environment.
Posture evaluation program that causes the computer to execute.
１…姿勢計測システム、１０…センサユニット、１１…角速度センサ、１２…加速度センサ、１３…磁気センサ、１４…プロセッサ、１５…ＲＡＭ、１６…フラッシュメモリ、１７…入力装置、１８…インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、１９…バスライン、２０…解析ユニット、２１…プロセッサ、２２…ＲＡＭ、２３…記録装置、２４…ディスプレイ、２５…入力装置、２６…インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、２９…バスライン。 1 ... Attitude measurement system, 10 ... Sensor unit, 11 ... Angle speed sensor, 12 ... Acceleration sensor, 13 ... Magnetic sensor, 14 ... Processor, 15 ... RAM, 16 ... Flash memory, 17 ... Input device, 18 ... Interface (I / F), 19 ... Bus line, 20 ... Analysis unit, 21 ... Processor, 22 ... RAM, 23 ... Recording device, 24 ... Display, 25 ... Input device, 26 ... Interface (I / F), 29 ... Bus line.
Claims (7)
前記センサ地磁気方向取得部で取得された前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記時刻毎に前記磁気センサで取得された参照磁気方向とを比較して前記時刻毎に角度差を算出することで、前記参照磁気方向が安定する安定区間を特定する特定部と、
この特定部によって特定された安定区間における前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記参照磁気方向との誤差を評価する姿勢評価部と、
を備え、
前記センサ地磁気方向取得部は、初期値を異ならせて前記時刻毎に複数の地磁気方向成分を算出し、
前記姿勢評価部は、前記特定部によって特定された安定区間における複数の地磁気方向成分のうち、前記参照磁気方向との誤差が最も小さいものについて評価する姿勢評価装置。 A sensor that calculates the sensor posture for each time by integrating the angular velocity values acquired in chronological order by a sensor unit having an angular velocity sensor and a magnetic sensor, and acquires the geomagnetic direction component of the calculated sensor posture for each time. Geomagnetic direction acquisition unit and
By comparing the geomagnetic direction component of the sensor posture acquired by the sensor geomagnetic direction acquisition unit with the reference magnetic direction acquired by the magnetic sensor at each time, the angle difference is calculated at each time. A specific part that specifies a stable section where the reference magnetic direction is stable, and
An attitude evaluation unit that evaluates an error between the geomagnetic direction component of the sensor attitude and the reference magnetic direction in the stable section specified by this specific unit.
Bei to give a,
The sensor geomagnetic direction acquisition unit calculates a plurality of geomagnetic direction components at each time with different initial values.
The posture evaluation unit is a posture evaluation device that evaluates a plurality of geomagnetic direction components in a stable section specified by the specific unit with the smallest error from the reference magnetic direction.
請求項１に記載の姿勢評価装置。 The posture evaluation device according to claim 1, further comprising a correction unit that corrects the posture of the sensor unit based on the evaluation value by the posture evaluation unit.
請求項１に記載の姿勢評価装置。 The posture evaluation unit does not evaluate the posture of the sensor unit in the section not specified as the stable section.
The posture evaluation device according to claim 1.
前記センサ地磁気方向取得部で取得された前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記時刻毎に前記磁気センサで取得された参照磁気方向とを比較し、時刻毎に角度差を算出することで、前記参照磁気方向が安定する安定区間を特定する特定部と、The reference is made by comparing the geomagnetic direction component of the sensor attitude acquired by the sensor geomagnetic direction acquisition unit with the reference magnetic direction acquired by the magnetic sensor at each time and calculating the angle difference for each time. A specific part that specifies a stable section where the magnetic direction is stable,
この特定部によって特定された安定区間における前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記参照磁気方向との誤差を評価する姿勢評価部と、An attitude evaluation unit that evaluates an error between the geomagnetic direction component of the sensor attitude and the reference magnetic direction in the stable section specified by this specific unit.
前記姿勢評価部による評価値に基づいて前記センサユニットの姿勢を補正する補正部と、A correction unit that corrects the posture of the sensor unit based on the evaluation value by the posture evaluation unit, and a correction unit.
を備え、Equipped with
前記センサ地磁気方向取得部は、初期値を異ならせて前記時刻毎に複数の地磁気方向成分を算出し、The sensor geomagnetic direction acquisition unit calculates a plurality of geomagnetic direction components at each time with different initial values.
前記姿勢評価部は、前記特定部によって特定された安定区間における複数の地磁気方向成分のうち、前記参照磁気方向との誤差が最も小さいものについて評価する姿勢算出装置。The posture evaluation unit is a posture calculation device that evaluates a plurality of geomagnetic direction components in a stable section specified by the specific unit with the smallest error from the reference magnetic direction.
前記センサユニットとWith the sensor unit
を備える姿勢計測システム。Posture measurement system equipped with.
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで時間順に取得された角速度値を積算することにより時刻毎のセンサ姿勢を算出し、この算出されたセンサ姿勢の前記時刻毎の地磁気方向成分を取得するセンサ地磁気方向取得ステップと、A sensor that calculates the sensor posture for each time by integrating the angular velocity values acquired in chronological order by a sensor unit having an angular velocity sensor and a magnetic sensor, and acquires the geomagnetic direction component of the calculated sensor posture for each time. Geomagnetic direction acquisition step and
前記センサ地磁気方向取得ステップにて取得された前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記時刻毎に前記磁気センサで取得された参照磁気方向とを比較し、時刻毎に角度差を算出することで、前記参照磁気方向が安定する安定区間を特定する特定ステップと、The geomagnetic direction component of the sensor attitude acquired in the sensor geomagnetic direction acquisition step is compared with the reference magnetic direction acquired by the magnetic sensor at each time, and the angle difference is calculated for each time. A specific step to identify a stable section where the reference magnetic direction is stable, and
この特定ステップにて特定された安定区間における前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記参照磁気方向との誤差を評価する姿勢評価ステップと、A posture evaluation step for evaluating an error between the geomagnetic direction component of the sensor posture and the reference magnetic direction in the stable section specified in this specific step, and
を含み、Including
前記センサ地磁気方向取得ステップは、初期値を異ならせて前記時刻毎に複数の地磁気方向成分を算出し、In the sensor geomagnetic direction acquisition step, a plurality of geomagnetic direction components are calculated for each time with different initial values.
前記姿勢評価ステップは、前記特定ステップにて特定された安定区間における複数の地磁気方向成分のうち、前記参照磁気方向との誤差が最も小さいものについて評価する姿勢評価方法。The posture evaluation step is a posture evaluation method for evaluating a plurality of geomagnetic direction components in a stable section specified in the specific step, which have the smallest error from the reference magnetic direction.
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで時間順に取得された角速度値を積算することにより時刻毎のセンサ姿勢を算出し、この算出されたセンサ姿勢の前記時刻毎の地磁気方向成分を取得するセンサ地磁気方向取得機能、A sensor that calculates the sensor posture for each time by integrating the angular velocity values acquired in chronological order by a sensor unit having an angular velocity sensor and a magnetic sensor, and acquires the geomagnetic direction component of the calculated sensor posture for each time. Geomagnetic direction acquisition function,
前記センサ地磁気方向取得機能で取得された前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記時刻毎に前記磁気センサで取得された参照磁気方向とを比較し、時刻毎に角度差を算出することで、前記参照磁気方向が安定する安定区間を特定する特定機能、The reference is made by comparing the geomagnetic direction component of the sensor attitude acquired by the sensor geomagnetic direction acquisition function with the reference magnetic direction acquired by the magnetic sensor at each time and calculating the angle difference for each time. Specific function to specify the stable section where the magnetic direction is stable,
この特定機能によって特定された安定区間における前記センサ姿勢の地磁気方向成分と前記参照磁気方向との誤差を評価する姿勢評価機能、A posture evaluation function for evaluating an error between the geomagnetic direction component of the sensor posture and the reference magnetic direction in the stable section specified by this specific function.
を実現させ、Realized,
前記センサ地磁気方向取得機能は、初期値を異ならせて前記時刻毎に複数の地磁気方向成分を算出し、The sensor geomagnetic direction acquisition function calculates a plurality of geomagnetic direction components at each time with different initial values.
前記姿勢評価機能は、前記特定機能によって特定された安定区間における複数の地磁気方向成分のうち、前記参照磁気方向との誤差が最も小さいものについて評価する姿勢評価プログラム。The posture evaluation function is a posture evaluation program that evaluates a plurality of geomagnetic direction components in a stable section specified by the specific function with the smallest error from the reference magnetic direction.
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