【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の姿勢検出や姿勢制御や位置検出、すなわちマウスなどのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称す）用入力機器、バーチャルリアリティなどの姿勢角度および位置情報の入力に好適な姿勢角度および位置情報の入力装置およびその入力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報入力装置であるマウスは、平面上で２方向に動かすことにより２軸方向の動きを入力することができた。現状のマウスは、２軸方向の動きを入力するための装置で、入力できる情報としては平面状の位置ｘ、ｙの入力のみが可能であった。
【０００３】
従来の情報入力装置であるマウスについては、特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−０２７９００号公報
【特許文献２】
特開平０８−０３０３８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゲーム機やコンピュータの発達に伴い、３Ｄキャドソフトやゲームソフトにおいて立体的に表現された商品などが発売されている。３次元の場合、立体的な表現が可能で、３次元情報は、移動による位置ｘ、ｙ、ｚと移動体の姿勢角α、β、γなどがある。３次元情報を入力する場合は、ｘ、ｙ以外の高さ方向と姿勢角の表現にはキーボードなどによる操作が必要となる。以上のように、従来の技術では、入手する情報が足りないために、操作が煩雑になってしまい、直感的に３次元情報を入力することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、３次元情報の入力方法を容易にし、しかも、小形、低価格化した姿勢角度および位置情報入力装置およびその入力方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、姿勢角度検出装置と位置検出装置とで構成される姿勢角度および位置情報の入力装置であって、前記姿勢角度検出装置は、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサから構成されており、前記位置検出装置は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上設置して構成されている姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【０００８】
また、本発明は、姿勢角度検出装置は、ｘ、ｙ軸方向の磁界を検出する磁気センサの中心の垂直方向の延長線上に、前記マーカー用永久磁石が、その最大磁束の向きになるように配置することで、地磁気を検出する磁気センサのオフセットずれをなくす姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【０００９】
また、本発明は、前記マーカー用磁気センサは、非対称でかつ一直線上に並ばないように配置される姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【００１０】
また、本発明は、姿勢角度および位置情報の入力方法であって、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサからのデータ演算手段によって行い、前記位置情報の入力は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上に設置して前記磁気センサのデータ演算手段によって行う姿勢角度および位置情報の入力方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態による姿勢角度および位置の入力装置およびその入力方法について、以下に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力装置のブロック図である。図１の姿勢角度および位置情報の入力装置は、姿勢角度検出装置１０１と位置検出装置１０６と演算装置としてのＰＣ１１０を使用した場合の構成例を示した。姿勢角度検出装置１０１では、移動体の姿勢角度を検出するための３軸のジャイロ１０２、２軸の加速度センサ１０３、２軸の磁気センサ１０４が含まれており、各センサ出力値Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ、Ａｃｃｘ、Ａｃｃｙ、Ｍａｇｘ、Ｍａｇｙの値を１０ｂｉｔＡ／Ｄコンバーター１１４ａにて取得する。ここで、Ａ／Ｄ値は、ＵＳＢコントローラ１０９ａ、１０９ｃを介してＰＣ１１０に送信され、姿勢角度演算手段１１１にて演算が行なわれ、移動体の姿勢角度として算出される。
【００１３】
位置検出装置１０６には、マーカー用永久磁石１０８の磁束を検出するためのマーカー用磁気センサ１０７が計６軸ふくまれている。そして、位置演算手段１１２にて演算を行ない移動体の位置を算出する際に収束性の悪い特異点が発生しないように非対称で、かつ一直線上にならばないようにマーカー用磁気センサ１０７を配置した。マーカー用磁気センサ１０７からの出力値Ｍａｇ１〜Ｍａｇ６は、１０ｂｉｔＡ／Ｄコンバータ１１４ａにて検出する。前記にて取得したＡ／Ｄ値は、ＵＳＢコントローラ１０９ｂ、１０９ｄを介してＰＣ１１０に送信され、位置演算手段１１２にて演算が行なわれ、移動体の位置として算出される。
【００１４】
図２は、姿勢角度および位置情報の入力方法の説明図である。姿勢角度検出装置２０１ａと位置検出装置本体２０２は、ＰＣ２０３に接続される。本実施の形態では、移動体を手２０４ａとして姿勢角度検出装置２０１ａを前記手２０４ａに固定した。位置検出装置本体２０２は、机などの一定の場所に固定する。姿勢角度検出装置２０１ａは、ジャイロ、加速度センサ、磁気センサの出力から姿勢角度を検出する。
【００１５】
手２０４ａを傾けると取り付けられた姿勢角度検出装置２０１ａによりその姿勢角と姿勢角度検出装置２０１ａ内に取り付けられたマーカー用永久磁石２０５ａの磁束を位置検出装置で検出することにより手２０４ａの位置を検出することができる。また、姿勢角度検出装置２０１ａは、位置検出装置本体２０２の検出範囲内において動作させることで位置を検出することができるが、姿勢角の動作範囲は限定されない。
【００１６】
たとえば、手を手２０４ａから手２０４ｂに移動するとき、姿勢角度検出装置は２０１ａから２０１ｂへ移動する。前記姿勢角度検出装置２０１ａにより姿勢角と姿勢角度検出装置２０１ａ内部に取り付けたマーカー用永久磁石２０５ａの位置をリアルタイムに検出することができる。
【００１７】
本装置の位置検出装置本体２０２は磁気式であり、マーカー用永久磁石の磁束がゆがむ可能性があるので、本来は磁性体を含む金属製の机や棚などが近くにない状態で使用が理想的だが、マーカー用永久磁石を近づける前の初期の磁束値をオフセットとして引いているため場所を選ばずに使用できる。位置検出装置本体２０２の検出範囲は、マーカー用永久磁石２０５ａの磁束密度と、それに適した磁気センサにて位置検出装置本体を構成すれば変更することができる。
【００１８】
図３に、姿勢角度検出装置３０１内のマーカー用永久磁石３０３とセンサなどの位置関係について示した。該姿勢角度検出装置３０１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の角度を計算し、姿勢角度を演算する。ジャイロ３０４ａによって動的な姿勢角度を検出し、磁気センサ３０２によって検出される地磁気と加速度センサ３０５により検出される重力にて絶対的な角度を検出している。動的な角度と絶対的な角度をあわせることによってさまざまな動きによって変わる姿勢角度をリアルタイムに検出している。
【００１９】
Ｘ−Ｙ平面方向の磁界を検出するように配置された磁気センサ３０２直上に、Ｚ軸方向に磁束が最も強くなるようにマーカー用永久磁石２０５ａを配置する。磁気センサ３０２は、ｘ−ｙ平面の磁気を検出するように配置されているため、前記マーカー用永久磁石２０５ａによる磁束を検出しにくい。これにより、姿勢角度入力装置３０１に含まれる磁気センサ３０２は、地磁気のみを検出する。
【００２０】
図４は、位置検出装置の構造の説明図である。２軸のマーカー用磁気センサ４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃを３箇所に一直線上に並ばず、非対称になるように設置する。位置検出装置本体４０１は、マーカー用永久磁石の磁束を６軸分のマーカー用磁気センサ４０３ａ，４０３ｂ，４０３にて測定し、その値をマイコン４０２を用いて演算することでマーカー用永久磁石の位置を検出するものである。
【００２１】
位置検出演算手段にて磁石を近づけない状態で検知している磁気を、オフセットとして検出値から常に引くようにすることによって、マーカー用磁気センサ４０３は地磁気や外乱の影響を受けにくくなり、マーカーから出る磁束の変化だけを精度よく検知することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、姿勢角度検出装置内にマーカー用永久磁石を配置することにより、これまで大掛かりであった姿勢角度および位置情報の入力装置を小型、低価格化し、３次元情報の入力方法を容易にした姿勢角度および位置情報の入力装置およびに方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力方法の説明図。
【図３】姿勢角度検出装置の構造の説明図。
【図４】位置検出装置の構造の説明図。
【符号の説明】
１０１ 姿勢角度検出装置
１０２ ジャイロ
１０３ 加速度センサ
１０４ 磁気センサ
１０５ａ，１０５ｂ マイコン
１０６ 位置検出装置
１０７ マーカー用磁気センサ
１０８ マーカー用永久磁石
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ ＵＳＢコントローラ
１１０ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
１１１ 姿勢角度演算手段
１１２ 位置演算手段
１１３ アプリケーション
１１４ａ Ａ／Ｄコンバーター
２０１，２０１ａ，２０１ｂ 姿勢角度検出装置
２０２ 位置検出装置本体
２０３ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
２０４ａ，２０４ｂ 手（移動体）
２０５ａ，２０５ｂ マーカー用永久磁石
３０１ 姿勢角度検出装置
３０２ 磁気センサ
３０３ マーカー用永久磁石
３０４ａ ジャイロＸ
３０４ｂ ジャイロＹ
３０４ｃ ジャイロＺ
３０５ 加速度センサ
４０１ 位置検出装置本体
４０２ マイコン
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃ マーカー用磁気センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a posture detection, posture control, and position detection of a moving object, that is, an input device for a personal computer (hereinafter, referred to as a PC) such as a mouse, a posture angle and a posture suitable for inputting posture angle and position information such as virtual reality. The present invention relates to a position information input device and an input method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a mouse, which is an information input device, can input a movement in two axial directions by moving the mouse in two directions on a plane. The current mouse is a device for inputting movements in two axial directions, and as information that can be input, only input of planar positions x and y was possible.
[0003]
A mouse as a conventional information input device is described in Patent Literature 1 or Patent Literature 2.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-027900 [Patent Document 2]
JP-A-08-0330387
[Problems to be solved by the invention]
However, with the development of game machines and computers, 3D CAD software and products that are three-dimensionally represented in game software have been released. In the case of three-dimensional, three-dimensional expression is possible, and the three-dimensional information includes a position x, y, z due to movement and a posture angle α, β, γ of the moving body. In the case of inputting three-dimensional information, an operation using a keyboard or the like is required for expressing the height direction and the posture angle other than x and y. As described above, in the related art, there is a problem that the operation is complicated and the three-dimensional information cannot be input intuitively because the information to be obtained is insufficient.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a small-sized and low-priced attitude angle and position information input device that facilitates a method for inputting three-dimensional information, and a method for inputting the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a posture angle and position information input device including a posture angle detection device and a position detection device, wherein the posture angle detection device detects a gyro around three axes of a moving body, The position detection device is composed of a two-axis acceleration sensor and a two-axis magnetic sensor. The position detection device includes three or more marker permanent magnets installed on the moving body and at least six magnetic axes for the marker. This is an input device for posture angle and position information that is installed and configured.
[0008]
Further, in the present invention, the posture angle detecting device may be arranged such that the marker permanent magnet is oriented in the direction of the maximum magnetic flux on a vertical extension line of the center of the magnetic sensor that detects the magnetic field in the x, y axis directions. This is an input device for posture angle and position information that eliminates offset displacement of a magnetic sensor that detects terrestrial magnetism by being arranged.
[0009]
Further, the present invention is the input device for posture angle and position information, wherein the marker magnetic sensor is asymmetrically arranged so as not to be aligned on a straight line.
[0010]
Further, the present invention is a method for inputting posture angle and position information, wherein a gyro for detecting angular velocities around three axes of a moving body, a two-axis acceleration sensor, and data calculation means from a two-axis magnetic sensor are provided. The position information is input by a marker permanent magnet installed on the moving body and a marker magnetic sensor for at least six axes in three or more places, and a posture angle performed by data calculation means of the magnetic sensor. And a method of inputting position information.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A posture angle and position input device and an input method according to an embodiment of the present invention will be described below.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram of a posture angle and position information input device according to an embodiment of the present invention. The input device of the posture angle and the position information of FIG. 1 shows a configuration example in the case of using the posture angle detecting device 101, the position detecting device 106, and the PC 110 as a computing device. The posture angle detection device 101 includes a three-axis gyro 102, a two-axis acceleration sensor 103, and a two-axis magnetic sensor 104 for detecting the posture angle of the moving body, and outputs sensor output values Gx, Gy, The values of Gz, Accx, Accy, Magx, and Magy are obtained by the 10-bit A / D converter 114a. Here, the A / D value is transmitted to the PC 110 via the USB controllers 109a and 109c, and is calculated by the attitude angle calculation means 111 to be calculated as the attitude angle of the moving body.
[0013]
The position detecting device 106 includes a marker magnetic sensor 107 for detecting the magnetic flux of the marker permanent magnet 108, for a total of six axes. When calculating the position of the moving object by performing the calculation by the position calculating means 112, the marker magnetic sensor 107 is arranged asymmetrically so that a singular point with poor convergence does not occur and is not aligned. did. Output values Mag1 to Mag6 from the marker magnetic sensor 107 are detected by a 10-bit A / D converter 114a. The A / D value obtained as described above is transmitted to the PC 110 via the USB controllers 109b and 109d, and is calculated by the position calculation unit 112 to be calculated as the position of the moving body.
[0014]
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of inputting posture angle and position information. The posture angle detecting device 201a and the position detecting device main body 202 are connected to the PC 203. In the present embodiment, the posture angle detection device 201a is fixed to the hand 204a using the moving body as the hand 204a. The position detecting device main body 202 is fixed to a fixed place such as a desk. The posture angle detection device 201a detects a posture angle from the output of a gyro, an acceleration sensor, and a magnetic sensor.
[0015]
When the hand 204a is tilted, the position of the hand 204a is detected by detecting the posture angle and the magnetic flux of the marker permanent magnet 205a mounted in the posture angle detection device 201a by the posture angle detection device 201a attached. can do. The attitude angle detection device 201a can detect the position by operating within the detection range of the position detection device main body 202, but the operation range of the attitude angle is not limited.
[0016]
For example, when the hand moves from the hand 204a to the hand 204b, the posture angle detection device moves from 201a to 201b. The posture angle and the position of the permanent magnet for marker 205a attached inside the posture angle detection device 201a can be detected in real time by the posture angle detection device 201a.
[0017]
Since the main body 202 of the position detecting device of the present device is of a magnetic type and the magnetic flux of the permanent magnet for the marker may be distorted, it is ideal to use the device without a metal desk or a shelf including a magnetic material in the vicinity. However, since the initial magnetic flux value before approaching the marker permanent magnet is subtracted as an offset, it can be used anywhere. The detection range of the position detecting device main body 202 can be changed by configuring the position detecting device main body with the magnetic flux density of the marker permanent magnet 205a and a magnetic sensor suitable for the permanent magnet.
[0018]
FIG. 3 shows the positional relationship between the permanent magnet for marker 303 in the attitude angle detecting device 301 and the sensors. The posture angle detection device 301 calculates the angles of the X, Y, and Z axes, and calculates the posture angle. A gyro 304a detects a dynamic posture angle, and an absolute angle is detected by terrestrial magnetism detected by the magnetic sensor 302 and gravity detected by the acceleration sensor 305. By adjusting the dynamic angle and the absolute angle, the posture angle changed by various movements is detected in real time.
[0019]
The marker permanent magnet 205a is arranged directly above the magnetic sensor 302 arranged so as to detect the magnetic field in the XY plane direction so that the magnetic flux is strongest in the Z-axis direction. Since the magnetic sensor 302 is arranged to detect the magnetism on the xy plane, it is difficult to detect the magnetic flux by the marker permanent magnet 205a. Thereby, the magnetic sensor 302 included in the attitude angle input device 301 detects only the terrestrial magnetism.
[0020]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the structure of the position detection device. The two-axis marker magnetic sensors 403a, 403b, and 403c are arranged so as not to be aligned on three lines but to be asymmetric. The position detecting device main body 401 measures the magnetic flux of the marker permanent magnets with the marker magnetic sensors 403a, 403b, and 403 for six axes, and calculates the value using the microcomputer 402 to obtain the position of the marker permanent magnets. Is to be detected.
[0021]
By always subtracting the magnetism detected by the position detection calculating means in a state where the magnet is not approached from the detection value as an offset, the marker magnetic sensor 403 is less susceptible to terrestrial magnetism and disturbance, and is not affected by the marker. Only the change in the emitted magnetic flux can be accurately detected.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by arranging the permanent magnets for markers in the attitude angle detecting device, the input device of the attitude angle and position information, which has been a large scale, can be reduced in size and cost, and the cost can be reduced. A method and apparatus for inputting posture angle and position information that facilitates a method for inputting dimensional information can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a posture angle and position information input device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for inputting posture angle and position information according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a structure of a posture angle detection device.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a structure of a position detection device.
[Explanation of symbols]
101 attitude angle detecting device 102 gyro 103 acceleration sensor 104 magnetic sensor 105a, 105b microcomputer 106 position detecting device 107 marker magnetic sensor 108 marker permanent magnets 109a, 109b, 109c, 109d USB controller 110 PC (personal computer)
111 Attitude angle calculation means 112 Position calculation means 113 Application 114a A / D converters 201, 201a, 201b Attitude angle detection device 202 Position detection device main body 203 PC (personal computer)
204a, 204b Hand (mobile)
205a, 205b Marker permanent magnet 301 Attitude angle detector 302 Magnetic sensor 303 Marker permanent magnet 304a Gyro X
304b Gyro Y
304c Gyro Z
305 Acceleration sensor 401 Position detection device main body 402 Microcomputer 403a, 403b, 403c Marker magnetic sensor
