CN107923741B - 运算装置、运算方法及非易失性的计算机可读存储介质 - Google Patents

运算装置、运算方法及非易失性的计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够以简单的动作求出人体模型所需的对象部位的长度的运算装置、运算方法及非易失性的计算机可读存储介质。运算装置使穿戴装置开始测定对象部位的测定。在开始测定对象部位的测定后，安装有穿戴装置的作业者例如进行手臂的旋转等动作。运算装置经时地多次取得测定信息，并根据所取得的测定信息运算人体模型。在运算人体模型时，根据经时地取得的多个测定信息，使用最小平方法等数学方法近似地求出将从旋转中心至运算对象部位为止的长度作为半径的圆或球，由此执行求出运算对象部位的长度的运算。而且，运算装置将所算出的人体模型记录在人体模型记录部中。

Description

运算装置、运算方法及非易失性的计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及一种根据对人体的测定对象部位进行测定的结果，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算装置，使用此种运算装置的运算方法，以及包括用以实现此种运算装置的运算程序的非易失性的计算机可读存储介质。
背景技术
在工厂等各种作业现场中，产业用机器人等机械与人进行协调作业。为了人与机械安全地进行协调作业，使用传感器检测人的动作的动作感应(motion sensing)等技术正受到瞩目。
例如，当使用惯性传感器进行人的动作感应时，表示被测定者的身体的形状的信息被预先记录为事先对人体的形状进行模式化所得的人体模型。而且，当被测定者进行动作时，根据利用相同的惯性传感器测定身体的结果与事先记录的人体模型，对被测定者的动作进行运算。例如，在专利文献1中揭示有一种根据事先存储的人体模型，对人体模型的适宜的动作进行分析的运动指导装置。在专利文献1中，为了利用传感器测定动作，被测定者安装传感器模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-27629号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，为了进行对应于事先记录的人体模型的感应，必须在符合于所记录的人体模型的位置上安装传感器，但根据体型来调整安装位置是困难的。另外，若在作业前安装传感器模块，随时取得应作为人体模型的信息，并对人体模型进行运算并加以记录，则复杂的动作的要求会导致作业可行性的下降。进而，若不进行安装位置的调整及事前的与人体模型相关的信息的取得，而使用规定的人体模型，则对动作进行运算的精度下降。再者，在专利文献1中，关于此种事前取得人体模型的技术，未进行充分的揭示。
本发明是鉴于所述情况而成者，其主要的目的在于提供一种能够以比较简单的动作求出对象部位的长度的运算装置。
另外，本发明的另一目的在于提供一种使用本发明的运算装置的运算方法。
另外，本发明的又一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括用以实现本发明的运算装置的运算程序。
解决问题的技术手段
为了解决所述课题，本申请记载的运算装置，是根据对人体的测定对象部位进行测定的结果，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算装置，包括：状态信息取得部，取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置、或位置及姿势的状态的状态信息；以及运算部，根据所述状态信息取得部所取得的所述状态信息，将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算。
另外，在所述运算装置中，所述运算部包括：将从第一旋转中心至所述测定对象部位为止作为第一运算对象部位来对长度进行运算的部件；将从位于所述第一旋转中心及所述测定对象部位之间的第二旋转中心至所述测定对象部位为止作为第二运算对象部位来对长度进行运算的部件；以及根据所述第一运算对象部位及所述第二运算对象部位的长度的差，将从所述第一旋转中心至所述第二旋转中心为止作为第三运算对象部位来对长度进行运算的部件。
另外，在所述运算装置中，所述运算部根据所述状态信息，近似地求出将从所述旋转中心至所述运算对象部位为止的长度作为半径的圆或球，以对所述运算对象部位的长度进行运算。
另外，在所述运算装置中，所述运算部根据表示所述测定对象部位的位置的所述状态信息，通过最小平方法来对所述运算对象部位的长度进行运算。
另外，在所述运算装置中，所述旋转中心为关节。
另外，在所述运算装置中，所述运算部根据运算的结果而生成与所述人体的形状相关的人体模型。
另外，在所述运算装置中，包括测定信息取得部，所述测定信息取得部取得对所述人体的测定对象部位进行测定的结果即速度、加速度、角速度、角加速度、压力及磁力中的至少一者作为测定信息，所述状态信息取得部通过根据所述测定信息取得部所取得的测定信息，进行运算来取得所述人体的测定对象部位的状态信息。
进而，本申请记载的运算方法，是根据对人体的测定对象部位进行测定的结果，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算方法，包括：状态信息取得部取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置、或位置及姿势的状态的状态信息的步骤；以及运算部根据所述状态信息取得部所取得的所述状态信息，将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算的步骤。
进而，本申请记载的运算程序，是使计算机根据对人体的测定对象部位进行测定的测定信息，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算程序，使计算机执行如下的步骤：取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置、或位置及姿势的状态的状态信息的步骤；以及根据所取得的所述状态信息，将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算的步骤。
本申请记载的运算装置、运算方法及运算程序根据对测定对象部位进行测定的结果，将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算。
发明的效果
本发明对人体的测定对象部位进行测定，并根据所测定的结果，将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象来对长度进行运算。由此，可使人体的动作近似于圆周运动等运动，并将运算对象的长度作为其半径来进行运算，因此仅通过被测定者进行简单的运动，便取得例如可进行对于能够用作人体模型的运算对象的运算等优异的效果。
附图说明
图1是概念性地表示使用本申请记载的运算装置的系统的一例的说明图。
图2是表示本申请记载的运算装置及穿戴装置的硬件构成的一例的方块图。
图3是表示本申请记载的运算装置及穿戴装置的功能构成的一例的功能方块图。
图4是表示在使用本申请记载的运算装置的运算方法中进行了模型化的人体的一部分的概念图。
图5是表示本申请记载的运算装置的第一运算处理的一例的流程图。
图6是表示本申请记载的运算装置的第二运算处理的一例的流程图。
符号的说明
1：运算装置；
10：控制部；
10a：状态信息取得部；
10b：人体模型运算部；
10c：人体动作运算部；
11：记录部；
11a：人体模型记录部；
12：测定信息取得部；
2：机器人(作业机器人)；
3：穿戴装置；
PG：运算程序；
l1、l2：长度；
p0：肩关节；
p1：肘关节；
ps：手腕附近的测定对象部位；
p0-x0y0z0、p1-x1y1z1：相对坐标系；
S101～S107、S201～S204：步骤。
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。再者，以下的实施方式是将本发明具体化的一例，并非限定本发明的技术范围的性质者。
＜概要＞
首先，对使用本申请记载的运算装置的系统的概要进行说明。图1是概念性地表示使用本申请记载的运算装置1的系统的一例的说明图。本申请记载的运算装置1例如在机器人2与作业者进行协调作业的工厂自动化(Factory Automation，FA)系统等系统中，用于与作业者相关的人体模型的运算，所述机器人2是按照规定的控制命令进行作业的作业机器人(以下称为机器人)2。作业者在身体的各种测定对象部位，例如头部、上臂、前臂、胸部、腹部、大腿、小腿等测定对象部位上安装具备加速度传感器、陀螺传感器等各种惯性传感器的穿戴装置3。具备各种惯性传感器的穿戴装置3测定对象者的身体的测定对象部位，并输出表示所测定的结果的各种测定信息。作为安装在穿戴装置3上的传感器，除加速度传感器、陀螺传感器等惯性传感器以外，可使用磁力传感器、压力传感器等传感器。再者，在图1中，为了容易理解，在安装有穿戴装置3的作业者中，利用白色圆圈来表示惯性传感器所在的部位。
运算装置1通过取得分别从穿戴装置3及机器人2中输出的各种信息，及检测作业者的动作的动作感应等技术，来支援作业者与机器人2的协调作业。在动作感应时，需要事先对作业者的形状进行模式化所得的人体模型。运算装置1从作业者所安装的穿戴装置3取得对测定对象部位进行测定的测定信息，执行对于人体模型的构筑所需的作业者的运算对象部位的运算，并对作为人体模型用的信息的形状信息进行运算。运算装置1使用控制机器人2的控制用计算机等计算机来构成，通过无线或有线的通信方法而与穿戴装置3及机器人2可通信地进行连接，并进行各种信息及信号的通信。再者，运算装置1也能够以如下方式设计：与穿戴装置3及机器人2分开，以离线方式进行后述的人体模型的运算。
＜装置构成＞
继而，以运算装置1为主对本申请记载的各种装置的构成进行说明。图2是表示本申请记载的运算装置1及穿戴装置3的硬件构成的一例的方块图。运算装置1包括控制部10及记录部11，还包括测定信息取得部12作为与穿戴装置3的接口(interface)。
控制部10是使用中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)等的处理器及寄存器(register)等存储器来构成，通过执行各种命令来控制整个装置，另外，对机器人2输出控制命令。
记录部11包括只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可抹除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)等非易失存储器，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等易失存储器，以及硬盘驱动器、半导体存储器等记录媒体，其记录各种程序及信息等数据。另外，在记录部11的记录区域中记录有使控制用计算机等计算机作为本发明的运算装置1发挥功能的运算程序PG。
进而，记录部11的记录区域的一部分用作记录对作业者的身体的形状进行模式化所得的人体模型的人体模型记录部11a等数据库。所谓人体模型，是指使用上臂、前臂、大腿、小腿等各种部位的长度等数值对作业者的身体进行模式化所得的数值模型。在人体模型记录部11a中，对应用以确定作业者的作业者确定信息(作业者标识(Identification，ID))来记录与多个作业者相关的人体模型。再者，也可以不将运算装置1所具备的记录部11的记录区域的一部分用作人体模型记录部11a，而将记录各种信息的服务器计算机等记录装置连接在运算装置1上，并将连接在运算装置1上的记录装置的记录区域的一部分用作人体模型记录部11a等数据库。即，人体模型记录部11a等数据库只要可让运算装置1所具备的控制部10来接入，且为可记录及可读取的状态，则可设计成各种形态。
测定信息取得部12是从穿戴装置3中取得表示所测定的结果的测定信息等各种信息的接口。
而且，控制用计算机等计算机读取记录在记录部11中的各种程序，例如运算程序PG，并通过控制部10的控制来执行所读取的运算程序PG中所含有的状态信息的取得、基于状态信息对运算对象部位进行运算等各种步骤，由此作为运算装置1发挥功能。
穿戴装置3包括使用加速度传感器、陀螺传感器等检测与动作相关的信息的传感器类的测定部，以及输出部等各种构成。作为安装在穿戴装置3中的传感器，除加速度传感器、陀螺传感器以外，可使用磁力传感器、压力传感器等各种传感器。而且，穿戴装置3通过测定部来测定速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量，并将所测定的结果作为表示与作业者的动作相关的测定结果的第一手数据等测定信息，从输出部朝运算装置1中输出。运算装置1通过测定信息取得部12来取得表示速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量的测定信息，并根据所取得的测定信息取得表示测定对象部位的状态的位置信息、姿势信息等状态信息。例如，对加速度传感器所测定的加速度进行二次积分，由此可算出位置信息。再者，基于表示速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量的测定信息的位置信息、姿势信息等状态信息的算出可由穿戴装置3及运算装置1的任一者进行运算。
图3是表示本申请记载的运算装置1及穿戴装置3的功能构成的一例的功能方块图。运算装置1通过执行运算程序PG等各种程序，而实现根据控制部10的控制，执行状态信息取得部10a、人体模型运算部10b、人体动作运算部10c等的各种运算的功能。再者，实现所述各种功能的各种运算部也可以通过作为使用大规模集成电路(Large ScaleIntegration，LSI)、超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)等半导体芯片的各专用的电路而实现。
状态信息取得部10a根据测定信息取得部12从穿戴装置3中取得的表示速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量的测定信息，通过运算来求出并取得测定对象部位的位置信息、姿势信息等状态信息。再者，当穿戴装置3根据测定信息对位置信息、姿势信息等状态信息进行运算，且运算装置1取得状态信息时，状态信息取得部10a直接将所取得的状态信息作为用于以后的运算的信息而取得。
人体模型运算部10b根据状态信息取得部10a所取得的位置信息、姿势信息等各种状态信息，执行算出对作业者的身体的形状进行模式化所得的人体模型的运算。
人体动作运算部10c根据状态信息取得部10a所取得的状态信息及记录在人体模型记录部11a中的人体模型，执行算出作业者的手、脚等身体的运算对象部位的动作状态的运算。动作状态例如作为运算对象部位的位置、动作方向、规定时间后的预测位置、预测动作方向等信息来算出。
＜运算＞
继而，对运算方法进行说明。图4是表示在使用本申请记载的运算装置1的运算方法中进行了模型化的人体的一部分的概念图。在本申请中例示的运算方法中，经时地测定对作业者的测定对象部位进行测定的测定信息，并基于根据所取得的测定信息进行运算的状态信息，将从成为旋转中心的位置至测定对象部位为止的旋转半径的长度作为运算对象。成为旋转中心的位置是肩关节、肘关节、桡腕关节(手腕)、大腿关节、膝关节、踝关节(脚踝)等关节，以及腰、颈等部位。成为测定对象部位的位置是对应于穿戴装置3的惯性传感器的所述头部、上臂、前臂、胸部、腹部、大腿、小腿等部位。在图4中，表示将肩关节及肘关节作为旋转中心，将前臂的手腕附近作为测定对象部位的例子。
在图4中，将以肩关节p0为原点的上臂的相对坐标系作为p0-x0y0z0来表示，将以肘关节p1为原点的前臂的相对坐标系作为p1-x1y1z1来表示。再者，各个坐标系为正交坐标系。另外，相对于任意地采用的绝对坐标系的原点，肩关节、肘关节、测定对象部位的位置信息分别作为p0(xp0,yp0,zp0)、p1(xp1,yp1,zp1)、ps(xS,yS,zS)来表示。上臂的长度作为从肩关节p0至肘关节p1为止的长度l1来表示。从肘关节p1至手腕附近的测定对象部位ps为止作为长度l2来表示。当测定对象部位的位置为手腕附近时，长度l2近似于前臂的长度。而且，当进行以肩为中心使手臂旋转的动作时，基于根据测定对象部位的测定信息进行运算的状态信息，从为旋转中心的肩关节p0至手腕附近的测定对象部位ps为止的长度(l1+l2)作为旋转半径而成为运算对象。另外，当进行以肘为中心使前臂旋转的动作时，基于根据测定对象部位的测定信息进行运算的状态信息，从为旋转中心的肘关节p1至手腕附近的测定对象部位ps为止的近似于前臂的长度l2作为旋转半径而成为运算对象。进而，对作为前述运算结果的长度的差进行运算，由此由从肩关节p0至肘关节p1为止所表示的上臂的长度l1成为运算对象。再者，此处作为相对于旋转中心进行旋转的动作来表示，但无需进行1次旋转，即旋转360度，可为规定的角度内的往返动作，即以旋转中心为中心的摆动动作。
运算方法可应用近似地求出将旋转中心设为p(x,y,z)，将至测定对象部位ps(xS,yS,zS)为止的运算对象的长度l设为半径的圆或球的各种方法。
对使用最小平方法的基于位置信息的运算方法的例子进行说明。首先，作为采样，作业者将肩关节、肘关节等旋转中心固定来进行使手臂、前臂等旋转的动作，在此期间内，在测定对象部位ps的位置上经时地测定多个点(i＝1、2、3、…)。由此，运算装置1可取得测定对象部位psi的多个点的位置信息psi(xSi,ySi,zSi)。此处，若将成为运算对象的长度设为l，则旋转动作可近似于三维的圆或球，因此旋转中心p、测定对象部位ps及长度l可近似于下述式(1)的关系。
(xsi－x)2+(ysi－y)2+(zsi－z)2＝l2…(1)
其中，(x,y,z)：旋转中心p的坐标
(xSi,ySi,zSi)：测定对象部位psi的位置信息
i＝1、2、3、…
l：从旋转中心p至测定对象部位psi为止的长度(运算对象)
另外，若将误差设为e，则误差e可如下述式(2)般表示。
e＝(xsi－x)2+(ysi－y)2+(zsi－z)2-l2…(2)
其中，e：误差
此处，若对变成A＝-2x、B＝-2y、C＝-2z、D＝x2+y2+z2－l2的代数A、B、C、D进行定义，则式(2)可变形成下述式(3)。
e＝x2+y2+z2+Ax+By+Cz+D…(3)
其中，A：-2x
B：-2y
C：-2z
D：x2+y2+z2－l2
进而，若将误差e的平方和设为E，则可根据最小平方法来定义下述式(4)。
E＝Σe2＝Σ(x2+y2+z2+Ax+By+Cz+D)2＝0…(4)
此处，若针对A、B、C、D，对E进行偏微分，则变成下述的式(5)～式(8)。
Figure GDA0002176906600000091
Figure GDA0002176906600000092
Figure GDA0002176906600000093
Figure GDA0002176906600000101
而且，若使用矩阵来表示式(5)～式(8)，并对A、B、C、D进行解答，则变成如下述式(9)、式(10)般。
[数学式1]
Figure GDA0002176906600000102
Figure GDA0002176906600000103
而且，成为运算对象的部位的长度l，及作为其他运算对象的旋转中心p的坐标(x,y,z)可根据A、B、C、D算出。当应用此种运算方法，来算出从肩关节p0至手腕附近的测定对象部位ps为止的长度(l1+l2)与肩关节p0的坐标(xp0,yp0,zp0)时，作业者在以肩为中心伸肘的状态下进行使手臂旋转的动作。而且，根据旋转动作中的测定对象部位ps的测定结果，将旋转中心设为肩关节p0来进行运算，由此可算出从肩关节p0至手腕附近的测定对象部位ps为止的长度(l1+l2)与肩关节p0的坐标(xp0,yp0,zp0)。同样地，作业者进行以肘为中心使前臂旋转的动作，根据此旋转动作中的测定对象部位ps的测定结果，将旋转中心设为肘关节p1来进行运算，由此可算出从肘关节p1至手腕附近的测定对象部位ps为止的前臂的长度l2与肘关节p1的坐标(xp1,yp1,zp1)。而且，通过从(l1+l2)减去l2，可算出上臂的长度l1。
再者，根据基于测定对象部位的测定结果的状态信息对臂部的长度等运算对象部位进行运算的方法并不限定于根据位置信息来算出的方法，可应用各种运算方法。例如，在如将肘关节设为旋转中心而使前臂旋转的情况般，以旋转中心p(x,y,z)为中心进行旋转动作的情况下，可根据速度及角速度的关系算出前臂等测定对象部位的长度l及旋转中心p的坐标(x,y,z)。
即，首先，经时地取得多个点(i＝1、2、3、…)的作为基于测定对象部位psi的测定结果的状态信息的位置信息(xsi,ysi,zsi)及姿势信息(αsi,βsi,γsi)。另外，若将进行了旋转动作的情况下的x轴方向、y轴方向、z轴方向的旋转半径分别设为rx、ry、rz，则可将测定对象部位ps的位置信息(xs,ys,zs)及姿势信息(αs,βs,γs)的微分作为下述的式(11)～式(13)来表示。
dxsi/dt＝rxdαsi/dt···(11)
dysi/dt＝rydβsi/dt···(12)
dzsi/dt＝rzdγsi/dt···(13)
其中，(xSi,ySi,zSi)：测定对象部位psi的位置信息i＝1、2、3、…
(αSi,βSi,γSi)：测定对象部位psi的姿势信息i＝1、2、3、…
rx、ry、rz：x轴方向、y轴方向、z轴方向的旋转半径
而且，若对式(11)～式(13)进行解答，则变成如下述式(14)～式(17)般。
l＝(rx 2+ry 2+rz 2)1/2···(14)
x＝xs－rx···(15)
y＝ys－ry···(16)
z＝zs－rz···(17)
而且，可算出成为运算对象的部位的长度l、及作为其他运算对象的旋转中心p的坐标(x,y,z)。可应用此种运算方法，对从肩关节p0至手腕附近的测定对象部位ps为止的长度(l1+l2)及肩关节p0的坐标(xp0,yp0,zp0)、从肘关节p1至手腕附近的测定对象部位ps为止的前臂的长度l2及肘关节p1的坐标(xp1,yp1,zp1)、上臂的长度l1等运算对象部位进行运算。
＜处理构成＞
对实现所述运算的本申请记载的运算装置1的处理进行说明。图5是表示本申请记载的运算装置1的第一运算处理的一例的流程图。所谓第一运算处理，是指取得对作业者的测定对象部位进行测定的测定信息，并基于根据所取得的测定信息进行运算的状态信息，对运算对象部位进行运算的处理。
运算装置1所具备的控制部10执行运算程序PG等各种程序，由此执行第一运算处理。运算装置1的控制部10使穿戴装置3开始测定(S101)。步骤S101是使穿戴装置3开始测定对象部位的速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量的测定的处理，在开始测定对象部位的测定后，开始取得来自穿戴装置3的测定信息，另外，告知安装有穿戴装置3的作业者进行规定的动作。所谓进行规定的动作的告知，例如表示使手臂、前臂等臂部的旋转等动作进行的图像的显示，显示灯的点灯，声音的输出等输出处理。
在利用穿戴装置3的测定的开始后，控制部10通过测定信息取得部12而经时地多次取得测定信息(S102)。在步骤S102中，穿戴装置3从正进行手臂的旋转、前臂的旋转等规定的动作的作业者，例如以固定的采样间隔连续测定速度、角速度、加速度、角加速度、压力、磁力等物理量，并将表示物理量的多次的测定信息作为所测定的结果朝运算装置1中输出。运算装置1取得从穿戴装置3中输出的测定信息。
控制部10通过状态信息取得部10a，根据测定信息取得部12所取得的测定信息，利用运算来求出并取得测定对象部位的位置信息、姿势信息等状态信息(S103)。步骤S103是根据测定信息取得部12所取得的测定对象者的测定对象部位的测定信息，将对象者的测定对象部位的位置信息、或位置信息及姿势信息作为状态信息来进行运算的处理。再者，也可以设为穿戴装置3根据测定信息对状态信息进行运算，运算装置1通过状态信息取得部10a，经由测定信息取得部12而取得从穿戴装置3朝运算装置1中输出的状态信息。
取得状态信息的控制部10通过人体模型运算部10b来进行运算对象部位的运算(S104)，并根据运算的结果生成人体模型(S105)。步骤S104的运算对象部位的运算例如是根据所取得的状态信息，求出将从作业者的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位的长度的运算。在此运算中，基于根据经时地取得的多个测定信息进行运算的状态信息，使用最小平方法等数学方法近似地求出将从旋转中心至运算对象部位为止的长度作为半径的圆或球，由此对运算对象部位的长度进行运算。关于详细且具体的运算的方法及理论，参照与所述运算相关的记载，此处省略其说明。而且，在步骤S105中，根据运算对象部位的长度等运算结果生成人体模型。
控制部10判定人体模型的运算是否正常地进行，例如是否产生溢出等异常(S106)。在步骤S106中，当判定人体模型的运算正常地进行时(S106：是(YES))，控制部10将作为运算结果的人体模型记录在人体模型记录部11a中(S107)。在步骤S106中，当判定人体模型的运算未正常地进行时(S106：否(NO))，控制部10返回至步骤S102，重复测定信息的取得以后的处理。
如此，执行第一运算处理。在与所述运算相关的记载中，第一运算处理是对从肩关节p0至手腕附近的测定对象部位ps为止的长度(l1+l2)及肩关节p0的坐标(xp0,yp0,zp0)、从肘关节p1至手腕附近的测定对象部位ps为止的前臂的长度l2及肘关节p1的坐标(xp1,yp1,zp1)、上臂的长度l1等运算对象部位进行运算的处理。
图6是表示本申请记载的运算装置1的第二运算处理的一例的流程图。所谓第二运算处理，是指根据通过第一运算处理进行运算的结果，对运算对象部位进行运算的处理。
运算装置1所具备的控制部10执行运算程序PG等各种程序，由此执行第二运算处理。运算装置1的控制部10执行将从第一旋转中心至测定对象部位为止作为第一运算对象部位来对长度进行运算的处理(S201)。在步骤S201中，例如通过述第一运算处理，将从作为第一旋转中心的肩关节至测定对象部位为止的长度作为第一运算对象部位来进行运算。
进而，控制部10执行将从位于第一旋转中心及测定对象部位之间的第二旋转中心至测定对象部位为止作为第二运算对象部位来对长度进行运算的处理(S202)。在步骤S202中，例如通过所述第一运算处理，将从作为第二旋转中心的肘关节至测定对象部位为止的长度作为第二运算对象部位来进行运算。
而且，控制部10执行根据第一运算对象部位及第二运算对象部位的长度的差，将从第一旋转中心至第二旋转中心为止作为第三运算对象部位来对长度进行运算的处理(S203)。在步骤S203中，例如从作为步骤S201的运算结果的从肩关节至测定对象部位为止的长度，减去作为步骤S202的运算结果的从肘关节至测定对象部位为止的长度，由此将上臂的长度作为第三运算对象部位来进行运算，所述上臂的长度作为从肩关节至肘关节为止的长度来表示。
而且，控制部10将基于通过运算所求出的各种运算对象部位的运算结果的人体模型记录在人体模型记录部11a中(S204)。
如此，执行第二运算处理。
如以上般，本申请记载的运算装置1等仅通过作业者进行以肩为中心的旋转动作、以肘为中心的旋转动作等简单的动作，便可进行对于能够用作人体模型的运算对象的运算。由于可对简单的动作进行运算，因此可在作业前取得与人体模型相关的信息，例如当应用于动作感应等技术时，可取得高精度的人体模型。
本发明并不限定于以上所说明的实施方式，能够以其他各种形态来实施。因此，所述实施方式在所有方面仅为例示，不能限定地进行解释。本发明的范围由权利要求来表示，不受说明书正文任何约束。进而，属于权利要求的均等范围的变形或变更全部是本发明的范围内的变形或变更。
例如，在所述实施方式中，表示通过将手腕附近设为测定对象部位，将肩关节及肘关节设为旋转中心来进行旋转的动作，取得与人体模型相关的信息的形态，但本发明并不限定于此。即，可将头部、上臂、前臂、胸部、腹部、大腿、小腿等各种部位作为测定对象部位，可进行将桡腕关节、大腿关节、膝关节、踝关节、腰、颈等各种部位设为旋转中心的动作。

Claims (9)

1.一种运算装置，其特征在于，是根据对人体的测定对象部位进行测定的结果，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算装置，包括：
状态信息取得部，取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置及姿势的状态的状态信息；以及
运算部，根据所述状态信息取得部所取得的位置及姿势，而依据速度与角速度的关系获取多个旋转半径而将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算。
2.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述运算部包括：
将从第一旋转中心至所述测定对象部位为止作为第一运算对象部位来对长度进行运算的部件；
将从位于所述第一旋转中心及所述测定对象部位之间的第二旋转中心至所述测定对象部位为止作为第二运算对象部位来对长度进行运算的部件；以及
根据所述第一运算对象部位及所述第二运算对象部位的长度的差，将从所述第一旋转中心至所述第二旋转中心为止作为第三运算对象部位来对长度进行运算的部件。
3.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，
所述运算部根据所述状态信息，求出将从所述旋转中心至所述运算对象部位为止的长度作为半径的圆或球，以对所述运算对象部位的长度进行运算。
4.根据权利要求3所述的运算装置，其特征在于，
所述运算部根据表示所述测定对象部位的位置的所述状态信息，通过最小平方法来对所述运算对象部位的长度进行运算。
5.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，
所述旋转中心为关节。
6.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，
所述运算部根据运算的结果而生成与所述人体的形状相关的人体模型。
7.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，
包括测定信息取得部，所述测定信息取得部取得对所述人体的测定对象部位进行测定的结果即速度、加速度、角速度、角加速度、压力及磁力中的至少一者作为测定信息，
所述状态信息取得部通过根据所述测定信息取得部所取得的测定信息，进行运算来取得所述人体的测定对象部位的状态信息。
8.一种运算方法，其特征在于，是根据对人体的测定对象部位进行测定的结果，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算方法，包括：
状态信息取得部取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置及姿势的状态的状态信息的步骤；以及
运算部根据所述状态信息取得部所取得的位置及姿势，而依据速度与角速度的关系获取多个旋转半径而将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算的步骤。
9.一种非易失性的计算机可读存储介质，其特征在于，包括使计算机根据对人体的测定对象部位进行测定的测定信息，对人体的运算对象部位的长度进行运算的运算程序，
所述运算程序使计算机执行如下的步骤：
取得基于所测定的结果而表示所述人体的测定对象部位的位置及姿势的状态的状态信息的步骤；以及
根据所取得的位置及姿势，而依据速度与角速度的关系获取多个旋转半径而将从人体的动作中的旋转中心至测定对象部位为止作为运算对象部位来对长度进行运算的步骤。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6470859B1 (ja) * 2018-03-08 2019-02-13 株式会社コロプラ ユーザの動きをアバタに反映するためのプログラム、当該プログラムを実行するための情報処理装置、およびアバタを含む映像を配信するための方法
US11589778B2 (en) 2018-03-16 2023-02-28 Sony Interactive Entertainment Inc. Body size estimation apparatus, body size estimation method, and program
JP7243043B2 (ja) * 2018-05-31 2023-03-22 株式会社ニデック 玉型形状測定装置
CN110720922B (zh) * 2018-07-17 2022-07-15 西门子股份公司 对象身体尺寸测量方法、装置和系统
CN111079925B (zh) * 2018-10-19 2021-04-09 中科寒武纪科技股份有限公司 运算方法、装置及相关产品
CN111079911B (zh) * 2018-10-19 2021-02-09 中科寒武纪科技股份有限公司 运算方法、系统及相关产品
CN112043276A (zh) * 2020-08-28 2020-12-08 南京哈雷智能科技有限公司 一种肢体长度的测量方法和装置
CN112487869A (zh) * 2020-11-06 2021-03-12 深圳优地科技有限公司 机器人路口通行方法、装置和智能设备
CN112535475B (zh) * 2020-11-24 2021-11-19 中国标准化研究院 基于刚性上臂模型的功能性肩关节旋转中心定位方法
WO2022230299A1 (ja) * 2021-04-28 2022-11-03 日本電気株式会社 計測装置、計測システム、計測方法、および記録媒体

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000291748A (ja) * 1999-04-07 2000-10-20 Hitachi Building Systems Co Ltd チェーンの伸長度診断装置
CN103546605A (zh) * 2013-10-17 2014-01-29 Tcl通讯（宁波）有限公司 一种具有测量长度功能的移动终端及其测量方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002237008A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-13 Plus Endoprothetik Ag Method and device for determining a load axis of an extremity
WO2005005108A1 (ja) * 2003-07-11 2005-01-20 Honda Motor Co., Ltd. ２足歩行移動体の関節モーメント推定方法
CN1996205B (zh) * 2006-01-05 2010-08-11 财团法人工业技术研究院 动态动作捕捉与周边装置互动的方法与系统
DE102006024344A1 (de) * 2006-05-24 2007-11-29 Voith Patent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bahnabrissüberwachung einer Materialbahn
JP2008129088A (ja) * 2006-11-16 2008-06-05 Eastman Kodak Co 角速度検出システムを備えるカメラの誤差除去方法
JP5103237B2 (ja) 2008-03-25 2012-12-19 株式会社神戸製鋼所 ロボットの動作余裕量演算表示方法及びその装置
KR101483713B1 (ko) * 2008-06-30 2015-01-16 삼성전자 주식회사 모션 캡쳐 장치 및 모션 캡쳐 방법
CN102574012A (zh) * 2009-09-25 2012-07-11 富士通株式会社 轨迹生成程序以及轨迹生成装置
JP5867680B2 (ja) 2011-07-29 2016-02-24 セイコーエプソン株式会社 運動指導装置、運動解析装置、運動指導プログラム及び記録媒体
JP2014025857A (ja) * 2012-07-27 2014-02-06 Guroria:Kk 紐で連結された移動体の空間座標を用いる装置
CN103706108B (zh) 2012-10-05 2017-09-26 精工爱普生株式会社 高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法
CN103197674A (zh) 2013-03-11 2013-07-10 祁伟 一种自动行走机器人
US9642560B2 (en) * 2013-04-03 2017-05-09 Brainlab Ag Method and device for determining the orientation of a co-ordinate system of an anatomical object in a global co-ordinate system
JP2015033747A (ja) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社安川電機 ロボットシステム、ロボット制御装置及びロボット制御方法
EP3097384A4 (en) * 2014-01-21 2017-09-20 My Size Israel 2014 Ltd. Method and system for measuring a path length using a handheld electronic device
JP2015181780A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 運動解析方法、運動解析装置、運動解析システム及びプログラム
JP2016206081A (ja) * 2015-04-24 2016-12-08 株式会社東芝 動作推測装置および動作推測方法
JP5997319B2 (ja) * 2015-05-14 2016-09-28 株式会社バンダイナムコエンターテインメント サーバシステム
US10342460B2 (en) * 2015-06-01 2019-07-09 Rehab Technologies, Llc Postural feedback device
JP6707327B2 (ja) * 2015-08-20 2020-06-10 株式会社東芝 動作判別装置及び動作判別方法
US11419521B2 (en) * 2016-01-29 2022-08-23 Janssen Pharmaceutica Nv Sensor device and carriers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000291748A (ja) * 1999-04-07 2000-10-20 Hitachi Building Systems Co Ltd チェーンの伸長度診断装置
CN103546605A (zh) * 2013-10-17 2014-01-29 Tcl通讯（宁波）有限公司 一种具有测量长度功能的移动终端及其测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《A Machine-driven Process for Human Limb Length Estimation Using Inertial Sensors》;M.Sajeewani Karunarathne等;《2015 IEEE 10th International Conference on Industrial and Information Systems》;20151218;全文 *
《A Simple Calibration for Upper Limb Motion Tracking and Reconstruction》;Yan Wang等;《2014 IEEE》;20141102;摘要，部分Ⅲ.C *

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