JP2000266546A - Attitude detecting method - Google Patents

Attitude detecting method

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JP2000266546A
JP2000266546A JP11073416A JP7341699A JP2000266546A JP 2000266546 A JP2000266546 A JP 2000266546A JP 11073416 A JP11073416 A JP 11073416A JP 7341699 A JP7341699 A JP 7341699A JP 2000266546 A JP2000266546 A JP 2000266546A
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JP
Japan
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angle
attitude
data
sensor
posture
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JP11073416A
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Japanese (ja)
Inventor
Genichi Watanabe
元一 渡辺
Naohiro Kamiya
直浩 神谷
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the attitude easily and accurately. SOLUTION: The attitude detecting method comprises an arrangement where a reference angle sensor 1 and an attitude sensor 2 for measuring the angles around three axes of an absolute coordinate with reference to the globe are fixed, respectively, to one and the other objects, a difference operating section 14 determines a correction angle data (Ar, Ap, Ay) based on the angle detection results from the angle sensors 1, 2 and an attitude data (Br, Bp, By) is determined by difference operation using the correction angle data. Since only a simple data processing, e.g. difference operation, is required and the angle sensors 1, 2 can detect the attitude with high accuracy with no restriction on the installation thereof, attitude of one object with respect to the other object can be detected easily and accurately.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、HMD
(ヘッド・マウント・ディスプレイ)を装着した航空機
パイロットの機体(基準となる一方の物体)に対するパ
イロットの頭部(他方の物体)の姿勢を検出する時など
に用いられる姿勢検出方法に係り、一方の物体に対する
他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出するための技術
に関する。
[0001] The present invention relates to an HMD, for example.
The present invention relates to an attitude detection method used for detecting the attitude of the pilot's head (the other object) with respect to the body (one reference object) of an aircraft pilot equipped with a (head-mounted display). The present invention relates to a technique for easily and accurately detecting a posture of another object with respect to an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】航空機パイロットが装着するHMDは、
ヘルメット前面のバイザーに水平線等の必要な画像が映
し出されるとともに、パイロットの姿勢変化に合わせて
バイザーの表示画像を調整してパイロットと画像との関
係が常に適切に維持されるよう構成されている。そし
て、HMDの場合、パイロットの姿勢変化に伴うバイザ
ーの表示画像の調整を行うために、基準となる機体に対
するパイロットの頭部の姿勢を検出する必要があるが、
従来、パイロットの頭部の姿勢検出方法として、光学方
式や機械的方式、超音波方式、磁気方式がある。
2. Description of the Related Art An HMD worn by an aircraft pilot is:
A necessary image such as a horizontal line is projected on a visor on the front of the helmet, and a display image of the visor is adjusted according to a change in the attitude of the pilot so that the relationship between the pilot and the image is always appropriately maintained. In the case of the HMD, it is necessary to detect the attitude of the pilot's head with respect to the reference aircraft in order to adjust the display image of the visor according to the attitude change of the pilot.
Conventionally, there are an optical system, a mechanical system, an ultrasonic system, and a magnetic system as methods for detecting the attitude of the pilot's head.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の姿勢検出方法では、パイロットの頭部の姿勢を的確
かつ容易に検出することが困難であるという問題があ
る。
However, the above-mentioned conventional attitude detection method has a problem that it is difficult to accurately and easily detect the attitude of the pilot's head.

【0004】すなわち、光学方式による方法は、パイロ
ットの頭部に当てられた測定光の位相が頭部の姿勢に対
応していることを利用する方法であるが、この光学方式
の場合、ノイズ光の遮蔽と測定用の光路の確保が必要で
設置箇所の制約を強く受けるので、パイロット頭部の姿
勢を検出することは容易でない。
That is, the optical method utilizes the fact that the phase of the measurement light applied to the pilot's head corresponds to the posture of the head. In the case of this optical method, noise light is used. It is not easy to detect the attitude of the pilot's head because it is necessary to secure the light path for shielding and measurement, and the installation location is strongly restricted.

【0005】機械的方式による方法は、パイロットに取
り付けられた関節付きリンクの角度がパイロット頭部の
姿勢に対応していることを利用する方法であるが、この
機械的方式の場合、リンクの角度検出用ポテンショメー
タの耐久性不足や取り付け位置の制約のために、パイロ
ット頭部の姿勢を検出することは、やはり容易ではな
い。また、この方式によればパイロットの動きが妨げら
れるという問題点がある。
[0005] The mechanical method is a method utilizing the fact that the angle of an articulated link attached to a pilot corresponds to the attitude of the pilot head. It is still not easy to detect the attitude of the pilot head due to insufficient durability of the detection potentiometer and restrictions on the mounting position. Further, according to this method, there is a problem that the movement of the pilot is hindered.

【0006】超音波方式による方法は、超音波受・発信
素子を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測
定点の3次元的位置変化を検出する方法であるが、この
超音波方式の場合、超音波計測の根本的な弱点である低
感度・低分解能および外乱超音波に起因する顕著な誤差
という問題があるので、パイロット頭部の姿勢を的確に
検出することができない。
[0006] The ultrasonic method is a method of detecting a three-dimensional position change of a measurement point on the pilot side with respect to a reference point on the fuselage side using an ultrasonic receiving / transmitting element. However, there are problems such as low sensitivity and low resolution, which are fundamental weak points of ultrasonic measurement, and a remarkable error caused by disturbance ultrasonic waves, so that the attitude of the pilot head cannot be accurately detected.

【0007】磁気方式による方法は、発信・受信コイル
を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測定点
の3次元的位置変化を検出する方式であるが、この磁気
方式の場合、外乱誘導磁界や周囲の金属体に起因する誤
差を補正することが難しいので、パイロットの姿勢を検
出することは容易でない。つまり、周囲の金属体を含む
据え付け環境毎に補正データ用テーブルを作成するマッ
ピング手法で誤差を抑えるのであるが、適切な補正デー
タ用テーブルの作成には多大の手間と費用がかかるから
である。
The magnetic method is a method of detecting a three-dimensional change in the position of a measurement point on the pilot side with respect to a reference point on the fuselage side using a transmitting / receiving coil. It is difficult to detect the pilot's attitude because it is difficult to correct the error caused by the surroundings and the surrounding metal body. That is, errors are suppressed by a mapping method of creating a correction data table for each installation environment including surrounding metal bodies, but it takes a lot of labor and cost to create an appropriate correction data table.

【0008】この発明は、上記の事情に鑑み、一方の物
体に対する他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出する
ことのできる姿勢検出方法を提供することを課題とす
る。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a posture detection method capable of easily and accurately detecting the posture of another object with respect to one object.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明に係る姿勢検出方法は、基準となる一方の
物体に対する他方の物体の姿勢を検出する方法であっ
て、前記一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3
軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサ
ー(基準角度センサー)を取り付けるとともに、前記他
方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おのお
のの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿勢
角度センサー)を取り付けておいて、基準角度センサー
により得られる角度検出結果と姿勢角度センサーにより
得られる角度検出結果とに基づき差分演算を実行するこ
とによって、他方の物体の姿勢検出を行う。
In order to solve the above-mentioned problems, a posture detecting method according to the present invention is a method for detecting the posture of another object with respect to one reference object. And the absolute coordinate 3
An angle measurement sensor (reference angle sensor) for measuring an angle around each axis, and an angle measurement for measuring the angle around each of the three axes in absolute coordinates with respect to the earth on the other object. A sensor (posture angle sensor) is attached, and a difference calculation is performed based on the angle detection result obtained by the reference angle sensor and the angle detection result obtained by the posture angle sensor, thereby detecting the posture of the other object. .

【0010】〔作用〕次に、この発明の姿勢検出方法に
より物体の姿勢検出を行う際の作用について説明する。
この発明方法により姿勢検出を実行する場合、予め基準
となる一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3軸
おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー
(基準角度センサー)を取り付け、姿勢検出対象となる
他方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おの
おのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿
勢角度センサー)を取り付けておく。そして、姿勢検出
の開始に伴って、基準角度センサーにより基準角度デー
タが得られるとともに、姿勢角度センサーにより姿勢角
度データが得られのと並行して、これら両角度データと
姿勢角度データの差分演算が行われる。
[Operation] Next, the operation when the posture of an object is detected by the posture detection method of the present invention will be described.
When posture detection is performed by the method of the present invention, an angle measurement sensor (reference angle sensor) for measuring angles around each of three axes of absolute coordinates with respect to the earth is attached to one of the reference objects in advance. An angle measuring sensor (posture angle sensor) for measuring angles around each of the three axes of absolute coordinates with respect to the earth is also attached to the other object to be subjected to posture detection. Then, along with the start of the posture detection, the reference angle data is obtained by the reference angle sensor, and in parallel with the obtaining of the posture angle data by the posture angle sensor, the difference calculation between these two angle data and the posture angle data is performed. Done.

【0011】この発明方法の場合、基準角度センサーに
よる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標の3軸に
対する一方の物体の姿勢データであり、また姿勢角度セ
ンサーによる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標
の3軸に対する他方の物体の姿勢データである。したが
って、両角度検出結果に基づき差分演算を実行すること
により、地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのにつ
いて一方の物体と他方の物体との間の角度差が求められ
て、一方の物体と他方の物体の間の姿勢データの差が判
明する結果、一方の物体に対する他方の姿勢検出が行え
る。
In the method of the present invention, the result of angle detection by the reference angle sensor is attitude data of one object with respect to three axes of absolute coordinates with respect to the earth, and the result of angle detection by the attitude angle sensor is based on the earth. The orientation data of the other object with respect to the three axes of the absolute coordinates. Therefore, by performing a difference operation based on the results of the two angle detections, the angle difference between one object and the other object is obtained for each of the three axes of absolute coordinates with respect to the earth, and As a result of determining the difference in the posture data between the other objects, the other posture of one object can be detected.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】続いて、この発明の一実施例を図
面を参照しながら説明する。図1はこの発明の一例であ
る姿勢検出方法が実施される姿勢検出システムの全体構
成を示すブロック図、図2は実施例で用いられる角度計
測センサーの測定原理を説明するための模式図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a posture detection system in which a posture detection method as an example of the present invention is implemented, and FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a measurement principle of an angle measurement sensor used in the embodiment. .

【0013】図1の姿勢検出システムは、基準となる一
方の物体に取り付けられた基準角度センサー(角度計測
センサー)1と、基準用の一方の物体に対する姿勢検出
の対象である他方の物体に取り付けられた姿勢角度セン
サー(角度計測センサー)2とを備えている。以下、便
宜上、基準となる一方の物体は航空機(図示省略)であ
り、姿勢検出対象の物体は機乗中のパイロット(図示省
略)の頭部(直接的には頭部に一体的に被せられたヘル
メット)であるとして説明する。したがって、基準角度
センサー1は機内の適当位置に取り付けられ、姿勢角度
センサー2はヘルメットの適当位置に取り付けられてい
ることになる。そして、これら基準角度センサー1およ
び姿勢角度センサー2は、それぞれ地球を基準とした絶
対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度
計測センサーである。これらの角度計測センサーの計測
原理は次の通りである。
The attitude detection system shown in FIG. 1 includes a reference angle sensor (angle measurement sensor) 1 attached to one reference object, and an orientation detection sensor attached to the other object which is an object of orientation detection with respect to one reference object. And a posture angle sensor (angle measurement sensor) 2 provided. Hereinafter, for the sake of convenience, one of the reference objects is an aircraft (not shown), and the object whose posture is to be detected is the head of a pilot (not shown) on board (the head is directly and integrally covered with the head). Helmet). Therefore, the reference angle sensor 1 is mounted at an appropriate position in the aircraft, and the attitude angle sensor 2 is mounted at an appropriate position on the helmet. Each of the reference angle sensor 1 and the attitude angle sensor 2 is an angle measurement sensor that measures an angle around each of three axes of absolute coordinates with respect to the earth. The measurement principle of these angle measurement sensors is as follows.

【0014】実施例で使う角度計測センサーは、図2に
示すように、略U字状の振動音叉型フォーク3を有して
いて、圧電素子等によりフォーク3の先端側に振動速度
Vの一定周期振動が与えられるとともに、フォーク3の
根元側に回転角速度Ωの回転が与えられると、フォーク
3の振動面に対して垂直方向に向かうコリオリの力(Cor
iolis force)が発生するよう構成されている。このコリ
オリの力Fは、振動速度Vと回転角速度Ωの積(F=V
・Ω)で表される。つまり、コリオリの力Fは、振動速
度Vが一定ならば回転角速度Ωに比例するという関係が
あり、また回転角速度Ωは地球を基準とした絶対座標に
対するフォーク3の姿勢(角度変位量)に対応してい
る。その結果、コリオリの力Fを測定することにより、
地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの
角度が計測できるのである。普通、角度計測センサーに
は必要なだけの個数(例えば、3個)のフォーク3が設
けられる。
As shown in FIG. 2, the angle measuring sensor used in the embodiment has a substantially U-shaped vibration tuning fork type fork 3, and the vibration speed V is kept constant at the tip end of the fork 3 by a piezoelectric element or the like. When the periodic vibration is applied and the rotation of the rotation angular velocity Ω is applied to the root side of the fork 3, the Coriolis force (Coriolis force) perpendicular to the vibration surface of the fork 3 is applied.
iolis force). The Coriolis force F is the product of the vibration velocity V and the rotational angular velocity Ω (F = V
· Ω). That is, if the vibration velocity V is constant, the Coriolis force F is proportional to the rotational angular velocity Ω, and the rotational angular velocity Ω corresponds to the attitude (the amount of angular displacement) of the fork 3 with respect to the absolute coordinates with respect to the earth. are doing. As a result, by measuring the Coriolis force F,
It is possible to measure the angles around each of the three axes of absolute coordinates with respect to the earth. Usually, the angle measuring sensor is provided with as many (for example, three) forks 3 as necessary.

【0015】したがって、基準角度センサー1や姿勢角
度センサー2として用いられる角度計測センサーは、光
あるいは超音波や電磁誘導を利用した発信部と受信部が
一方の物体と他方の物体に分かれて設置されたり、関節
付きリンクが一方の物体と他方の物体の間にわたって設
置される分割設置型構造のセンサーではなく、角度検出
対象の物体に全体が纏めて設置される非分割設置型構造
の自閉型角度センサーであり、外乱超音波や外乱誘導磁
界に起因する誤差を回避できるので、センサー取り付け
上の制約を受けない上に姿勢検出が高精度で行えるとい
う利点を有する。
Therefore, in the angle measuring sensor used as the reference angle sensor 1 and the attitude angle sensor 2, a transmitting unit and a receiving unit using light, ultrasonic waves, or electromagnetic induction are installed separately for one object and the other object. Or a self-closing type with a non-split installation structure in which an articulated link is installed as a whole on an object whose angle is to be detected, instead of a split-installation type sensor where an articulated link is installed between one object and the other Since the angle sensor can avoid an error caused by a disturbance ultrasonic wave or a disturbance induction magnetic field, there is an advantage that the position can be detected with high accuracy without being restricted by sensor installation.

【0016】この種の角度計測センサーは、例えば文
献:Eric Foxlin,Michael Harringtonand Yury Altshul
er「 Miniature 6-DOF inertial system for tracking
HMDs」Proc.SPIE,3362,PP.214-228(1998) などに記載さ
れている。また具体的製品としても、例えば、I-Cube I
S-300 という商品名でInterSence,INC.USAという企業が
販売している。
An angle measuring sensor of this kind is disclosed, for example, in the references: Eric Foxlin, Michael Harrington and Yury Altshul
er Miniature 6-DOF inertial system for tracking
HMDs "Proc. SPIE, 3362, PP. 214-228 (1998). As a specific product, for example, I-Cube I
It is sold by the company InterSence, INC.USA under the product name S-300.

【0017】各角度センサー1,2からの出力信号Xe
は、下記の式(1)で示すように、航空業界分野におい
て物体の姿勢を示す場合に習慣となっているRoll,Pitc
h,Yawの3成分表示のかたちで送り出される。
The output signal Xe from each of the angle sensors 1 and 2
As shown by the following equation (1), Roll, PiTC, which is customary when indicating the attitude of an object in the aviation industry field,
It is sent out in the form of three components, h and Yaw.

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】式(1)のRoll,Pitch,Yawの3成分をパイ
ロットの頭部の姿勢の場合を例にとるとともに、図3を
参照して説明する。Rollは、パイロットが正面を向いた
時の前方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のX
軸の正方向とし、X軸の正方向にネジを右回しにネジ込
むように回転させた時の回転角(YZ平面に生じる回転
角)であり、パイロットが左右に頭部を傾けた時の頭部
の傾き角度ということになり、頭部が右に傾く場合が正
方向となっている。
The roll, pitch, and yaw components of equation (1) will be described with reference to FIG. 3 while taking the case of the pilot's head posture as an example. Roll indicates the front of the pilot when facing the front, as shown in FIG.
This is the rotation angle (rotation angle generated on the YZ plane) when the screw is rotated clockwise in the positive direction of the X axis, and the angle of rotation when the pilot tilts the head to the left and right. It is the angle of inclination of the head, and the case where the head is tilted to the right is the forward direction.

【0020】Pitch は、パイロットが正面を向いた時の
右方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のY軸の
正方向とし、Y軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよ
うに回転させた時の回転角(XZ平面に生じる回転角)
であり、パイロットが上下に頭部を振った時の頭部の傾
き角度ということになり、頭部が上に振られる場合が正
方向となっている。
The pitch is such that the right side when the pilot faces the front is the positive direction of the Y axis of the XYZ three-axis orthogonal coordinates as shown in FIG. 3, and the screw is screwed clockwise in the positive direction of the Y axis. Rotation angle when rotated (angle of rotation generated on XZ plane)
This is the inclination angle of the head when the pilot shakes the head up and down, and the case where the head is swung upward is the forward direction.

【0021】Yaw は、パイロットが正面を向いた時の下
方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のZ軸の正
方向とし、Z軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよう
に回転させた時の回転角(XY平面に生じる回転角)で
あり、パイロットが左右に頭部を回した時の頭部の回り
角度ということになり、頭部が右に回される場合が正方
向となっている。
As shown in FIG. 3, Yaw sets the downward direction when the pilot faces the front as the positive direction of the Z-axis of the XYZ three-axis orthogonal coordinates, and turns the screw clockwise in the positive direction of the Z-axis. This is the rotation angle when rotated (rotation angle generated on the XY plane), which is the rotation angle of the head when the pilot turns his / her head to the left and right, and is correct when the head is turned to the right. Direction.

【0022】そして、各角度センサー1,2からの出力
信号Xeは、図3に示すように、地球を基準とした絶対座
標の原点Oを共有する3軸直交座標それぞれについての
姿勢を示すものとなる。すなわち、回転座標系O−X・
Y・Zの平面k上の点K(Xr・Yr・Zr)に基準角
度センサー1が取り付けられている実施例の場合、基準
角度センサー1からの出力信号Xeは、ベクトルOKの地
球に対する3つの角度成分(方向成分)を示す。また、
回転座標系O−Xa・Ya・Zaの平面h上の点H(X
m・Ym・Zm)に姿勢角度センサー2が取り付けられ
ている実施例の場合、姿勢角度センサー2からの出力信
号Xeは、ベクトルOHの地球に対する3つの角度成分
(方向成分)を示す。
As shown in FIG. 3, the output signals Xe from the angle sensors 1 and 2 indicate the attitude of each of the three-axis orthogonal coordinates sharing the origin O of the absolute coordinates with respect to the earth, as shown in FIG. Become. That is, the rotation coordinate system OX
In the embodiment in which the reference angle sensor 1 is attached to a point K (Xr, Yr, Zr) on the plane k of YZ, the output signal Xe from the reference angle sensor 1 is three signals for the earth of the vector OK. Shows the angle component (direction component). Also,
A point H (X on the plane h of the rotating coordinate system O-Xa-Ya-Za
m, Ym, Zm), the output signal Xe from the attitude angle sensor 2 indicates three angle components (directional components) of the vector OH with respect to the earth.

【0023】図1のシステムは、各角度センサー1,2
からの出力信号Xeを下記の式(2)〜(4)に従ってオ
イラー角データに変換する処理(正規データ化処理)を
行う変換部4,5をセンサー1,2の後段に備えてい
る。すなわち、基準角度センサー1の出力信号Xeは、変
換部4からオイラー角データ(Rr , Pr ,Yr )とし
て一時メモリ6へ出力されて逐次書き換えられてゆく。
また姿勢角度センサー2の出力信号Xeも、変換部5から
オイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )として一時メモ
リ7へ出力されて逐次書き換えられてゆく。ここで、R
r ,Rm はX軸あるいはXa軸まわりの角度、Pr ,P
m はY軸あるいはYa軸まわりの角度、Yr ,Ym はZ
軸あるいはZa軸まわりの角度に対応する。
The system shown in FIG.
Are provided downstream of the sensors 1 and 2 for performing processing (normal data conversion processing) for converting the output signal Xe from the data into Euler angle data according to the following equations (2) to (4). That is, the output signal Xe of the reference angle sensor 1 is output from the conversion unit 4 to the temporary memory 6 as Euler angle data (Rr, Pr, Yr) and is sequentially rewritten.
The output signal Xe of the attitude angle sensor 2 is also output from the conversion unit 5 to the temporary memory 7 as Euler angle data (Rm, Pm, Ym) and is sequentially rewritten. Where R
r and Rm are angles around the X axis or Xa axis, and Pr and P
m is the angle around the Y axis or Ya axis, and Yr and Ym are Z
Axis or the angle around the Za axis.

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】また、原点メモリ8,9は原点取り込み指
令を受けた時に一時メモリ6,7に保持されているオイ
ラー角データを取り込んで記憶する。原点メモリ8は原
点オイラー角データ(Rro, Pro,Yro)を記憶し、原
点メモリ9は原点オイラー角データ(Rmo,Pmo,Ym
o)を記憶する。原点取り込み指令は、機体およびパイ
ロットが任意の姿勢にあるときに出されるが、通常、パ
イロットの姿勢は、パイロットの頭部の標準姿勢である
正面を真っ直ぐ向いた状態の時に出される。
The origin memories 8, 9 fetch and store the Euler angle data held in the temporary memories 6, 7 when receiving the origin fetch command. The origin memory 8 stores the origin Euler angle data (Rro, Pro, Yro), and the origin memory 9 stores the origin Euler angle data (Rmo, Pmo, Ym).
o) Remember. The origin take-in command is issued when the aircraft and the pilot are in arbitrary postures. Usually, the pilot's posture is issued when the pilot's head is facing straight ahead, which is the standard posture.

【0026】一時メモリ6,7および原点メモリ8,9
の後段の引き算部10,11は、一時メモリ6,7およ
び原点メモリ8,9の各データを差引して、その結果を
角度差データメモリ12,13へそれぞれ送出し記憶さ
せる。角度差データメモリ12には、角度差データ(Δ
Rr =Rr −Rro, ΔPr =Pr −Pro, ΔYr =Yr
−Yro)が記憶され、角度差データメモリ13には、角
度差データ(ΔRm =Rm −Rmo, ΔPm =Pm −Pm
o, ΔYm =Ym −Ymo)が記憶される。引き算部1
0,11は、指令を受けた時にだけ演算が行われる場合
の外、データ更新毎に逐一演算が行われる場合もある。
なお、角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔYr )は、機体の
原点角度と現在角度の間の角度差に対応し、角度差デー
タ(ΔRm,ΔPm,ΔYm )は、パイロットの頭部(ヘル
メット)の原点角度と現在角度の間の角度差に対応する
ことになる。
Temporary memories 6, 7 and origin memories 8, 9
Subtraction units 10 and 11 at the subsequent stage subtract the respective data in the temporary memories 6 and 7 and the origin memories 8 and 9 and send the results to the angle difference data memories 12 and 13 for storage. The angle difference data memory 12 stores the angle difference data (Δ
Rr = Rr-Rro, .DELTA.Pr = Pr-Pro, .DELTA.Yr = Yr
−Yro), and the angle difference data memory 13 stores the angle difference data (ΔRm = Rm−Rmo, ΔPm = Pm−Pm).
o, ΔYm = Ym-Ymo) is stored. Subtraction unit 1
In addition to the case where the operation is performed only when a command is received, the operations 0 and 11 may be performed every time data is updated.
The angle difference data (ΔRr, ΔPr, ΔYr) corresponds to the angle difference between the origin angle of the aircraft and the current angle, and the angle difference data (ΔRm, ΔPm, ΔYm) corresponds to the pilot's head (helmet). It will correspond to the angle difference between the origin angle and the current angle.

【0027】さらに、図1のシステムの差分演算部14
は、角度差データメモリ12,13のデータに基づいて
機体に対するパイロットの頭部の姿勢を示す角度を次の
ようにして算出する。まず、下記の式(5)に従って差
分演算を行うことにより、補正用角度データAyを求出
する。 Ay=ΔYm −ΔYr ・・・(5) 続いて、下記の式(6)に従って、補正用角度データA
rを求出する。 Ar=COS (Ay)×ΔRr+SIN(Ay)×ΔPr ・・・(6) さらに、下記の式(7)に従って、補正用角度データA
pを求出する。 Ap=−SIN (Ay)×ΔRr+COS(Ay)×ΔPr ・・・(7)
Further, the difference calculation unit 14 of the system shown in FIG.
Calculates the angle indicating the attitude of the pilot's head with respect to the aircraft based on the data in the angle difference data memories 12 and 13 as follows. First, correction angle data Ay is obtained by performing a difference operation according to the following equation (5). Ay = ΔYm−ΔYr (5) Subsequently, the correction angle data A is calculated according to the following equation (6).
Find r. Ar = COS (Ay) × ΔRr + SIN (Ay) × ΔPr (6) Further, according to the following equation (7), the correction angle data A
Find p. Ap = −SIN (Ay) × ΔRr + COS (Ay) × ΔPr (7)

【0028】差分演算部14は、補正角度データ(A
r,Ap,Ay)を求出した後、引き続き下記の式
(8)および式(9)に従う差分演算を行うことにより
最終的な姿勢角度データ(Br,Bp,By)を求出し
姿勢角度データメモリ14aに保持される。BrはRoll
に対応する姿勢角度データ,BpはPtich に対応する姿
勢角度データである。またByはYaw に対応する姿勢角
度データであり、式(5)で得られた補正用角度データ
Ayと同一の角度である。 Br=ΔRm −Ar ・・・(8) Bp=ΔPm −Ap ・・・(9) By=Ay(=ΔYm −ΔYr )・・・(5)
The difference calculator 14 calculates the correction angle data (A
After calculating r, Ap, Ay), a difference operation according to the following equations (8) and (9) is performed to obtain final attitude angle data (Br, Bp, By). It is held in the memory 14a. Br is Roll
And Bp is the attitude angle data corresponding to Ptich. By is attitude angle data corresponding to Yaw, and is the same angle as the correction angle data Ay obtained by Expression (5). Br = ΔRm−Ar (8) Bp = ΔPm−Ap (9) By = Ay (= ΔYm−ΔYr) (5)

【0029】つまり、式(8),(9)に示すように、
Rollに対応する姿勢角度データBr,Ptich に対応する
姿勢角度データBpのふたつについては、角度差データ
ΔRr ,ΔPr をそのまま使わずに式(6),(7)に
よる補正用角度データAr,Apを求めて使うことによ
り、正確な姿勢角度データを得ているのである。
That is, as shown in equations (8) and (9),
For the two attitude angle data Bp corresponding to Roll and the attitude angle data Bp corresponding to Ptich, the correction angle data Ar and Ap according to the equations (6) and (7) are used without using the angle difference data ΔRr and ΔPr as they are. By obtaining and using it, accurate attitude angle data is obtained.

【0030】実施例のシステムの場合、差分演算部14
の後段には、ポーリング命令を受けると、姿勢角度デー
タメモリ14aに保持中の姿勢角度データ(Br,B
p,By)を、姿勢表示部16へ送出するインターフェ
ース15も設けられている。姿勢表示部16は姿勢角度
データ(Br,Bp,By)に基づき、バイザー(図示
省略)に表示中の画像を調整することになる。例えば、
水平線が表示されている場合、水平線の上下位置や傾き
をパイロットの頭部の現在姿勢に合わせて修正すること
になる。
In the case of the system of the embodiment, the difference calculation unit 14
In the subsequent stage, when a polling command is received, the posture angle data (Br, B) held in the posture angle data memory 14a is read.
Also, an interface 15 for transmitting the data (p, By) to the attitude display unit 16 is provided. The posture display unit 16 adjusts the image being displayed on the visor (not shown) based on the posture angle data (Br, Bp, By). For example,
When the horizontal line is displayed, the vertical position and inclination of the horizontal line are corrected according to the current posture of the pilot's head.

【0031】また、求められた姿勢角度データ(Br,
Bp,By)は、画像の調整に利用されることに限られ
ず、姿勢角度データ(Br,Bp,By)そのものを表
示したり、機体に装備された赤外線カメラの姿勢調整に
利用することもできる。なお、図1のシステム内の変換
部4,5や引き算部10,11あるいは差分演算部14
は、コンピュータおよびその作動プログラム(ソフトウ
エア)を中心に構成されているものである。
The obtained attitude angle data (Br,
Bp, By) is not limited to being used for image adjustment, but can also be used to display attitude angle data (Br, Bp, By) itself or to be used for attitude adjustment of an infrared camera mounted on an airframe. . The conversion units 4 and 5 and the subtraction units 10 and 11 or the difference calculation unit 14 in the system shown in FIG.
Is mainly composed of a computer and its operation program (software).

【0032】続いて、以上に詳述した姿勢検出システム
により姿勢検出を実行する時の装置動作を、図4を参照
しながら説明する。図4は、図1のシステムにおける姿
勢検出実行用の角度データ収集過程を示すフローチャー
トである。
Next, the operation of the apparatus when the attitude detection is performed by the attitude detection system described in detail above will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a process of collecting angle data for executing posture detection in the system of FIG.

【0033】〔ステップS1〕姿勢検出の実行開始によ
り、各角度センサー1,2から出力信号Xeが逐次に各
変換部4,5へ送出される。
[Step S1] When the execution of the posture detection is started, the output signals Xe are sequentially sent from the angle sensors 1 and 2 to the conversion units 4 and 5, respectively.

【0034】〔ステップS2〕各変換部4,5は各出力
信号Xeを基準角度用のオイラー角データ(Rr , Pr
,Yr )あるいは姿勢角度用のオイラー角データ(Rm
,Pm,Ym )に変換する。
[Step S2] Each of the converters 4 and 5 converts each output signal Xe to Euler angle data (Rr, Pr) for the reference angle.
, Yr) or Euler angle data (Rm
, Pm, Ym).

【0035】〔ステップS3〕一時メモリ6はオイラー
角データ(Rr , Pr ,Yr )を(更新)収納し、一時
メモリ7はオイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )を
(更新)収納する。
[Step S3] The temporary memory 6 stores (updates) the Euler angle data (Rr, Pr, Yr), and the temporary memory 7 stores (updates) the Euler angle data (Rm, Pm, Ym).

【0036】〔ステップS4〕原点取り込み指令があれ
ば、指令時点の一時メモリ6,7の収納データを原点オ
イラー角データ(Rro, Pro,Yro)および原点オイラ
ー角データ(Rmo,Pmo,Ymo)として原点メモリ8,
9に記憶させてからステップS5に進む。
[Step S4] If there is a command to take in the origin, the stored data in the temporary memories 6 and 7 at the time of the command are taken as the origin Euler angle data (Rro, Pro, Yro) and the origin Euler angle data (Rmo, Pmo, Ymo). Origin memory 8,
Then, the process proceeds to step S5.

【0037】〔ステップS5〕姿勢求出処理を開始させ
る割り込み命令があれば、姿勢求出サブルーチンをスタ
ートさせてから、ステップS1へ戻る。割り込み命令が
なければ、姿勢求出サブルーチンをスタートさせること
なく、直ちにステップS1へ戻る。
[Step S5] If there is an interrupt command to start the attitude finding process, the attitude finding subroutine is started, and the process returns to step S1. If there is no interrupt command, the process immediately returns to step S1 without starting the posture finding subroutine.

【0038】続いて、上のステップS5において割り込
み命令によりスタートさせる姿勢求出サブルーチンの実
行状況を、図5を参照しながら説明する。図5は、図1
のシステムにおける姿勢検出用の演算処理過程を示すフ
ローチャートである。 〔ステップF1〕各引き算部10,11は、一時メモリ
6,7と原点メモリ8,9の各データを差引して、角度
差データを算出する。
Next, the execution status of the attitude finding subroutine started by the interrupt command in step S5 will be described with reference to FIG. FIG.
4 is a flowchart showing a calculation process for posture detection in the system of FIG. [Step F1] Each of the subtraction units 10 and 11 subtracts the data in the temporary memories 6 and 7 and the data in the origin memories 8 and 9 to calculate angle difference data.

【0039】〔ステップF2〕各角度差データメモリ1
2,13は、得られた角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔY
r ),(ΔRm,ΔPm,ΔYm )をそれぞれ記憶する。
[Step F2] Each angle difference data memory 1
2 and 13 are obtained angle difference data (ΔRr, ΔPr, ΔY
r) and (ΔRm, ΔPm, ΔYm) are stored, respectively.

【0040】〔ステップF3〕差分演算部14は、先ず
Ay=ΔYm −ΔYr なる差分演算により、補正用角度
データAyを求出する。
[Step F3] The difference calculator 14 first obtains correction angle data Ay by a difference calculation of Ay = ΔYm−ΔYr.

【0041】〔ステップF4〕差分演算部14は、さら
に前記の式(6)あるいは式(7)に従って、補正用角
度データArおよび補正用角度データApをそれぞれ求
出する。
[Step F4] The difference calculation section 14 further calculates the correction angle data Ar and the correction angle data Ap according to the above-mentioned equation (6) or (7).

【0042】〔ステップF5〕差分演算部14は、Br
=ΔRm −Ar、或いは、Bp=ΔPm −Apなる差分
演算を行うとともに、By=Ayなる関係に従って、姿
勢角度データ(Br,Bp,By)を確定する。
[Step F5] The difference calculation unit 14 determines that the Br
= ΔRm−Ar or Bp = ΔPm−Ap, and the attitude angle data (Br, Bp, By) is determined according to the relationship By = Ay.

【0043】〔ステップF6〕確定した姿勢角度データ
(Br,Bp,By)が姿勢角度データメモリ14aへ
保持されると、姿勢求出サブルーチンは終了する。な
お、ポーリング命令があると、姿勢角度データメモリ1
4aに保持中のデータ(Br,Bp,By)はインター
フェース15から姿勢表示部16へと送出される。
[Step F6] When the determined attitude angle data (Br, Bp, By) is stored in the attitude angle data memory 14a, the attitude finding subroutine ends. When a polling command is issued, the posture / angle data memory 1
The data (Br, Bp, By) held in 4a is transmitted from the interface 15 to the attitude display unit 16.

【0044】以上のように、この発明の姿勢検出方法の
場合、角度センサー1,2の出力信号Xeに基づいて角
度データの差分演算を実行する程度の簡単なデータ処理
でもって的確な姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
検出できるのである。
As described above, in the case of the posture detection method of the present invention, accurate posture angle data can be obtained by simple data processing such that difference calculation of angle data is executed based on the output signals Xe of the angle sensors 1 and 2. (Br, Bp, By) can be detected.

【0045】この発明は、上記実施の形態に限られるこ
とはなく、下記のように変形実施することができる。 (1)実施例では、基準となる一方の物体と姿勢検出対
象の他方の物体に角度計測センサーが1個だけ設置され
る構成であったが、どちらか片方あるいは両方の物体に
角度計測センサーを複数個取り付け、余分に付けた角度
計測センサーを予備のセンサーとしたり、複数の角度計
測センサーの出力信号の平均したものを変換部に送るよ
うにしたりした構成のものが、変形例として挙げられ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as follows. (1) In the embodiment, only one angle measurement sensor is installed on one reference object and the other object of the posture detection target. However, the angle measurement sensor is installed on one or both objects. As a modified example, a configuration in which a plurality of angle measurement sensors are attached and used extra as a spare sensor, or an average of output signals of the plurality of angle measurement sensors is sent to the conversion unit is mentioned.

【0046】(2)実施例では、ポーリング命令がある
時だけ、姿勢角度データメモリ14aに保持中のデータ
(Br,Bp,By)が姿勢表示部16へ送出される構
成であったが、姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
確定すると直ぐに姿勢表示部16へ自動的に送出される
構成のものが、変形例として挙げられる。
(2) In the embodiment, the data (Br, Bp, By) held in the attitude angle data memory 14a is sent to the attitude display unit 16 only when the polling command is issued. As a modified example, a configuration in which the angle data (Br, Bp, By) is automatically transmitted to the attitude display unit 16 as soon as it is determined is given.

【0047】(3)実施例では、機体に対するパイロッ
トの頭部の姿勢検出を例にとって説明したが、この発明
の方法による姿勢検出対象は、何ら特定の物体に限られ
るものではない。
(3) In the embodiment, the detection of the attitude of the pilot's head with respect to the airframe has been described as an example, but the object of the attitude detection by the method of the present invention is not limited to any particular object.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明の姿勢
検出方法によれば、基準となる一方の物体および姿勢検
出対象となる他方の物体に、地球を基準とした絶対座標
の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する基準角度セ
ンサーおよび姿勢角度センサーを取り付けておいて、両
角度センサーにより得られる角度検出結果に基づき差分
演算を行うという程度の簡単なデータ処理で事足りる
上、基準角度センサーおよび姿勢角度センサーとして、
外乱超音波や外乱誘導磁界に起因する誤差を生じない非
分割設置型構造(自閉式)の非光学式角度計測センサー
を用いるので、センサー取り付け上の制約を受けずに姿
勢検出が高精度で行える。したがって、この発明の方法
の場合、姿勢検出対象の他方の物体の姿勢を容易かつ的
確に検出することができる。
As described above in detail, according to the posture detection method of the present invention, one of the reference object and the other object of which the posture is to be detected have three axes of absolute coordinates with respect to the earth. A simple data processing that only requires a reference angle sensor and an attitude angle sensor to measure the angle around each axis, and performs a difference calculation based on the angle detection results obtained by both angle sensors. Sensor and attitude angle sensor,
Uses a non-optical angle measurement sensor with a non-divided installation type (self-closing type) that does not cause errors due to disturbance ultrasonic waves or disturbance induction magnetic fields, so that posture detection can be performed with high accuracy without restrictions on sensor installation. . Therefore, in the case of the method of the present invention, it is possible to easily and accurately detect the posture of the other object whose posture is to be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例における姿勢検出システムの全体構成を
示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a posture detection system according to an embodiment.

【図2】実施例の角度計測センサーの測定原理を説明す
るための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a measurement principle of the angle measurement sensor according to the embodiment.

【図3】基準角度センサーおよび姿勢角度センサーに対
する角度設定状況を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an angle setting situation with respect to a reference angle sensor and a posture angle sensor.

【図4】実施例のシステムにおける姿勢検出実行用の角
度データ収集過程を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of collecting angle data for executing posture detection in the system according to the embodiment.

【図5】実施例のシステムにおける姿勢検出用の演算処
理過程を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an arithmetic processing process for posture detection in the system according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …基準角度センサー 2 …姿勢角度センサー 4,5 …変換部 6,7 …一時メモリ 8,9 …原点メモリ 10,11 …引き算部 12,13 …角度差データメモリ 14 …差分演算部 14a …姿勢角度データメモリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reference angle sensor 2 ... Attitude angle sensor 4,5 ... Transformation part 6,7 ... Temporary memory 8,9 ... Origin memory 10,11 ... Subtraction part 12,13 ... Angle difference data memory 14 ... Difference calculation part 14a ... Attitude Angle data memory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基準となる一方の物体に対する他方の物体
の姿勢を検出する方法であって、前記一方の物体に、地
球を基準とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角
度を計測する角度計測センサー(基準角度センサー)を
取り付けるとともに、前記他方の物体にも、地球を基準
とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測
する角度計測センサー(姿勢角度センサー)を取り付け
ておいて、基準角度センサーにより得られる角度検出結
果と姿勢角度センサーにより得られる角度検出結果とに
基づき差分演算を実行することによって、他方の物体の
姿勢検出を行うことを特徴とする姿勢検出方法。
1. A method for detecting the orientation of another object with respect to one reference object, wherein the one object measures angles around each of three absolute coordinate axes with respect to the earth. In addition to attaching an angle measurement sensor (reference angle sensor), the other object is also equipped with an angle measurement sensor (posture angle sensor) that measures the angle around each of the three absolute coordinate axes with respect to the earth. And performing a difference calculation based on an angle detection result obtained by the reference angle sensor and an angle detection result obtained by the posture angle sensor to detect the posture of the other object.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106500722A (en) * 2016-09-30 2017-03-15 深圳市虚拟现实科技有限公司 Method and system of the attitude measuring from dynamic(al) correction

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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