JP2013103319A - Device for calculating posture angle, and method for calculating posture angle, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットなどの姿勢角度を高精度に算出できる姿勢角度演算装置、姿勢角度演算方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a posture angle calculation device, a posture angle calculation method, and a program that can calculate a posture angle of a robot or the like with high accuracy.
例えば、ヒューマノイドロボットなどの関節を柔軟に制御して不整地路面の歩行などを行う場合、その歩行安定化のために、そのロボットの姿勢角度をより高精度に算出することが求められている。これに対し、光ファイバージャイロを用いて姿勢角度を高精度に算出する3次元航法装置などが知られている(特許文献1参照)。 For example, when a humanoid robot or the like is flexibly controlled to walk on an irregular road surface, it is required to calculate the posture angle of the robot with higher accuracy in order to stabilize the walking. On the other hand, a three-dimensional navigation device that calculates an attitude angle with high accuracy using an optical fiber gyro is known (see Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に係る光ファイバージャイロをヒューマノイドロボットなどに搭載する場合、その姿勢角度を高精度に算出することができるが、一方で、その重量が大きく、コスト増加にも繋がる虞がある。
However, when the optical fiber gyro according to
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、低コストかつ高精度に姿勢角度を算出できる姿勢角度演算装置、姿勢角度演算方法、及びプログラムを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and it is a main object of the present invention to provide an attitude angle calculation device, an attitude angle calculation method, and a program that can calculate an attitude angle with low cost and high accuracy. And
上記目的を達成するための本発明の一態様は、角速度を検出するジャイロセンサ及び加速度を検出する加速度センサを備え、前記ジャイロセンサにより検出された角速度と、前記加速度センサにより検出された加速度と、に基づいて姿勢角度を算出する姿勢角度演算装置であって、前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出する姿勢角演算手段を備える、ことを特徴とする姿勢角度演算装置である。
この一態様において、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を合成する合成手段を更に備え、前記姿勢角演算手段は、前記合成手段により合成された信号に基づいて、前記姿勢角度を算出してもよい。
この一態様において、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を夫々利用する複数の姿勢角演算手段を備えていてもよい。
この一態様において、前記複数のセンサから出力される信号を、アナログ信号からデジタル信号に夫々変換する複数の変換手段を更に備えていてもよい。
この一態様において、前記合成手段は、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成してもよい。
この一態様において、複数の前記姿勢角演算手段により夫々算出された複数の姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた所定係数を夫々乗算する複数の演算手段と、前記演算手段により夫々算出された複数の演算値を加算する加算手段と、
を更に備えていてもよい。
この一態様において、前記異なる計測域は低速域、中速域又は高速域であってもよい。
この一態様において、前記複数のジャイロセンサは、低速域の角速度を検出する第1ジャイロセンサと、高速域の角速度を検出する第2ジャイロセンサと、を含み、前記複数の加速度センサは、低速域の加速度を検出する第1加速度センサと、高速域の加速度を検出する第2加速度センサと、を含んでいても良い。
この一態様において、前記複数の変換手段は、前記第1ジャイロセンサにより検出された低速域の角速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第1変換手段と、前記第2ジャイロセンサにより検出された高速域の角速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第2変換手段と、前記第1加速度センサにより検出された低速域の加速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第3変換手段と、前記第2加速度センサにより検出された高速域の加速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第4変換手段と、を含んでいても良い。
この一態様において、前記複数の合成手段は、前記第1変換手段により変換された角速度信号と、前記第2変換手段により変換された角速度信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成する第1合成手段と、前記第3変換手段により変換された加速度信号と、前記第4変換手段により変換された加速度信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成する第2合成手段と、を含んでいても良い。
この一態様において、前記複数の姿勢角演算手段は、前記第1合成手段により合成された角速度信号と、前記第2合成手段により合成された加速度信号と、に基づいて姿勢角度を算出する第1姿勢角演算手段と、前記第1合成手段により合成された角速度信号と、前記第2合成手段により合成された加速度信号と、に基づいて姿勢角度を算出する第2姿勢角演算手段と、を含み、前記複数の演算手段は、前記第1姿勢角演算手段により算出された姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた第1所定係数を乗算する第1演算手段と、前記第2姿勢角演算手段により算出された姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた第2所定係数を乗算する第2演算手段と、を含み、前記加算手段は、前記第1演算手段により算出された演算結果と前記第2演算手段により算出された演算結果と、を加算して最終的な姿勢角度を算出してもよい。
この一態様において、前記姿勢角度演算装置により算出された姿勢角度に基づいて、歩行の制御を行う制御装置と、を備える、ことを特徴とする二足歩行ロボットであってもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、角速度を検出するジャイロセンサ及び加速度を検出する加速度センサを備え、前記ジャイロセンサにより検出された角速度と、前記加速度センサにより検出された加速度と、に基づいて姿勢角度を算出する姿勢角度演算方法であって、前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出するステップを含む、ことを特徴とする姿勢角度演算方法であってもよい。
この一態様において、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を合成するステップを更に含み、前記合成された信号に基づいて、前記姿勢角度を算出してもよい。
この一態様において、前記複数のセンサから出力される信号を、アナログ信号からデジタル信号に夫々変換するステップを更に含んでいても良い。
この一態様において、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように夫々合成してもよい。
この一態様において、前記算出された複数の姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた所定係数を夫々乗算するステップと、前記算出された複数の演算値を加算するステップと、を更に含んでいても良い。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、角速度を検出するジャイロセンサ及び加速度を検出する加速度センサを備え、前記ジャイロセンサにより検出された角速度と、前記加速度センサにより検出された加速度と、に基づいて姿勢角度を算出するプログラムであって、前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とするプログラムであってもよい。
One aspect of the present invention for achieving the above object includes a gyro sensor that detects angular velocity and an acceleration sensor that detects acceleration, the angular velocity detected by the gyro sensor, the acceleration detected by the acceleration sensor, A posture angle calculation device for calculating a posture angle based on the at least one of the gyro sensor and the acceleration sensor, wherein at least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is configured by a plurality of sensors having different measurement areas and measuring the same location and the same direction. A posture angle calculation device comprising posture angle calculation means for calculating a posture angle based on signals output from a plurality of sensors having different areas.
In this aspect, the apparatus further includes a combining unit that combines signals output from a plurality of sensors having different measurement areas, and the posture angle calculation unit is configured to output the posture angle based on the signal combined by the combining unit. May be calculated.
In this aspect, a plurality of posture angle calculation means that respectively use signals output from a plurality of sensors having different measurement areas may be provided.
In this aspect, the apparatus may further include a plurality of conversion means for converting signals output from the plurality of sensors from analog signals to digital signals, respectively.
In this aspect, the synthesizing unit may synthesize signals output from a plurality of sensors having different measurement areas so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area.
In this embodiment, a plurality of calculation means for multiplying a plurality of posture angles respectively calculated by the plurality of posture angle calculation means by a predetermined coefficient based on a probability model or a composite ratio function model, and a calculation means respectively. Adding means for adding a plurality of calculated values;
May be further provided.
In this aspect, the different measurement areas may be a low speed area, a medium speed area, or a high speed area.
In this aspect, the plurality of gyro sensors include a first gyro sensor that detects an angular velocity in a low speed range, and a second gyro sensor that detects an angular velocity in a high speed range, and the plurality of acceleration sensors include a low speed range. The 1st acceleration sensor which detects the acceleration of this, and the 2nd acceleration sensor which detects the acceleration of a high-speed area may be included.
In this aspect, the plurality of conversion means include a first conversion means for converting an angular velocity in a low speed range detected by the first gyro sensor from an analog signal to a digital signal, and a high speed detected by the second gyro sensor. Second conversion means for converting the angular velocity of the region from an analog signal to a digital signal, third conversion means for converting the acceleration in the low speed range detected by the first acceleration sensor from an analog signal to a digital signal, and the second acceleration And fourth conversion means for converting the acceleration in the high speed range detected by the sensor from an analog signal to a digital signal.
In this aspect, the plurality of combining means combines the angular velocity signal converted by the first converting means and the angular velocity signal converted by the second converting means so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area. First synthesizing means, the second synthesizing means for synthesizing the acceleration signal converted by the third converting means and the acceleration signal converted by the fourth converting means so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area. And may be included.
In this aspect, the plurality of posture angle calculation means calculates a posture angle based on the angular velocity signal synthesized by the first synthesis means and the acceleration signal synthesized by the second synthesis means. Posture angle calculation means; and second attitude angle calculation means for calculating a posture angle based on the angular velocity signal synthesized by the first synthesis means and the acceleration signal synthesized by the second synthesis means. The plurality of calculation means include a first calculation means for multiplying the attitude angle calculated by the first attitude angle calculation means by a first predetermined coefficient based on a probability model or a composite ratio function model, and the second attitude Second calculating means for multiplying the attitude angle calculated by the angle calculating means by a second predetermined coefficient based on the probability model or the composite ratio function model, and the adding means is based on the first calculating means. Calculated calculation result with a calculation result calculated by the second calculation means may calculate the final attitude angle by adding.
In this aspect, the present invention may be a bipedal walking robot comprising a control device that controls walking based on the posture angle calculated by the posture angle calculation device.
On the other hand, one embodiment of the present invention for achieving the above object includes a gyro sensor that detects angular velocity and an acceleration sensor that detects acceleration, and the angular velocity detected by the gyro sensor and the acceleration detected by the acceleration sensor. And an attitude angle calculation method for calculating an attitude angle based on, wherein at least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is configured by a plurality of sensors having different measurement areas that measure the same location and the same direction, The posture angle calculation method may include a step of calculating a posture angle based on signals output from a plurality of sensors having different measurement areas.
In this aspect, the method may further include a step of combining signals output from a plurality of sensors having different measurement areas, and calculating the posture angle based on the combined signal.
In this aspect, the method may further include a step of converting signals output from the plurality of sensors from analog signals to digital signals.
In this embodiment, signals output from a plurality of sensors having different measurement areas may be combined so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area.
In this aspect, the step of multiplying the calculated plurality of posture angles by a predetermined coefficient based on a probability model or a combined ratio function model, respectively, and the step of adding the calculated plurality of calculated values are further performed. It may be included.
Another embodiment of the present invention for achieving the above object includes a gyro sensor that detects an angular velocity and an acceleration sensor that detects acceleration, and the angular velocity detected by the gyro sensor and the acceleration detected by the acceleration sensor. And at least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is composed of a plurality of sensors having different measurement areas and measuring the same location and the same direction, the measurement area A program that causes a computer to execute a process of calculating a posture angle based on signals output from a plurality of different sensors.
本発明によれば、低コストかつ高精度に姿勢角度を算出できる姿勢角度演算装置、姿勢角度演算方法、及びプログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a posture angle calculation device, a posture angle calculation method, and a program that can calculate a posture angle with low cost and high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の一実施の形態に係る姿勢角度演算装置1は、例えば、二足歩行ロボット、ヒューマノイドロボット等のロボットなどに搭載され、そのロボットの姿勢角度を高精度に算出できるものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The posture
図1は、本発明の一実施の形態に係る姿勢角度演算装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る姿勢角度演算装置1は、第1ジャイロセンサ2と、第2ジャイロセンサ3と、第1AD変換部4と、第2AD変換部5と、第1加速度センサ6と、第2加速度センサ7と、第3AD変換部8と、第4AD変換部9と、第1合成処理部10と、第2合成処理部11と、第1姿勢角演算部12と、第2姿勢角演算部13と、第1確率モデル演算部14と、第2確率モデル演算部15と、加算処理部16と、を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic system configuration of an attitude angle calculation device according to an embodiment of the present invention. The posture
なお、姿勢角度演算装置1は、例えば、演算処理等と行うCPU(Central Processing Unit)と、CPUによって実行される演算プログラム、演算処理プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)と、処理データ等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、を有するマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。また、これらCPU、ROM、及びRAMは、データバス等によって相互に接続されている。
The posture
第1ジャイロセンサ2は、例えば、低速域の角速度のみを高精度に計測できる低速域用のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ジャイロセンサであり、計測した角速度を第1AD変換部4に対して出力する。
The
第1AD(Analog Digital)変換部4は、第1変換手段の一具体例であり、第1ジャイロセンサ2から出力されたアナログの角速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの角速度データを第1合成処理部10に対して出力する。
The first AD (Analog Digital) conversion unit 4 is a specific example of the first conversion unit, converts the analog angular velocity data output from the
第2ジャイロセンサ3は、例えば、低速域から高速域までの角速度を低精度に計測する高速域用のMEMSジャイロセンサであり、計測した角速度を第2AD変換部5に対して出力する。なお、第1ジャイロセンサ2及び第2ジャイロセンサ3は、同一箇所、同一方向、及び、1つの軸成分(x軸成分、y軸成分、又はz軸成分)をこれら2つのセンサで計測する。これにより、後述の如く、低コストかつ軽量のMEMSジャイロを用いても、例えば、高コストの光ファイバージャイロに近い高精度が実現できる。
The
第2AD変換部5は、第2変換手段の一具体例であり、第2ジャイロセンサ3から出力されたアナログの角速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの角速度データを第1合成処理部10に対して出力する。このように、第1及び第2AD変換部4、5により個別にAD変換処理を行い、AD変換処理後に後述の合成処理を行うことで、量子化誤差を低減でき、さらに、高分解能のAD変換器を必要とせずコスト低減にも繋がる。
The second
第1加速度センサ6は、例えば、低速域の加速度のみを高精度に計測できる低速域用のMEMS加速度センサであり、計測した加速度を第3AD変換部8に対して出力する。
The
第3AD変換部8は、第3変換手段の一具体例であり、第1加速度センサ6から出力されたアナログの加速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの加速度データを第2合成処理部11に対して出力する。
The third
第2加速度センサ7は、例えば、低速域から高速域までの加速度を低精度に計測する高速域用のMEMS加速度センサであり、計測した加速度を第4AD変換部9に対して出力する。
The
第4AD変換部9は、第4変換手段の一具体例であり、第2加速度センサ7から出力されたアナログの加速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの加速度データを第2合成処理部11に対して出力する。
The fourth
このように、第1及び第2加速度センサ6、7の出力値を第3及び第4AD変換部8、9により個別にAD変換処理を行い、AD変換処理後に後述の合成処理を行うことにより、量子化誤差を低減でき、さらに、高分解能のAD変換器を必要とせずコスト低減にも繋がる。
In this way, the output values of the first and
ここで、第1ジャイロセンサ2から出力される低速域用の角速度データと、第2ジャイロセンサ3から出力される高速域用の角速度データと、の合成処理について考える。例えば、ある閾値を設定し、ジャイロセンサからの角速度がその設定した閾値以上であれば第2ジャイロセンサ3から出力される高速域用の角速度データを用いて、閾値未満であれば第1ジャイロセンサ2から出力される低速域用の角速度データを用いる合成処理が考えられる。
Here, a synthesis process of the low-speed angular velocity data output from the
しかしながら、第1ジャイロセンサ2から出力される低速域用の角速度データ、および、第2ジャイロセンサ3から出力される高速域用の角速度データは、夫々、若干の非線形を含んでいる。このため、一般的に行われている傾きや零点の補正、温度補正を行った場合、その誤差が残存し、合成処理を行った場合に、上記閾値付近で不連続となる。この不連続性は、後述の処理に悪影響を及ぼし、最終的に算出される姿勢角度に誤差を生じさせることとなる。
However, the low-speed angular velocity data output from the
そこで、第1合成処理部10は、第1AD変換部4からのデジタルの角速度データと、第2AD変換部5からのデジタルの角速度データと、に基づいて、合成比率による下記(1)式を用いて、角速度の合成処理を行う(図2)。これにより、計測域の異なるジャイロセンサ及び加速度センサの出力値を合成した場合でも、その計測域の切替え閾値付近で連続させることができ、上記誤差が抑制されるため、最終的な姿勢角度をより高精度に算出することができる。
Therefore, the first
なお、下記(1)式において、ωsは、第1ジャイロセンサ2の低速域の角速度リミット値(又は第1加速度センサ6の低加速域の加速度リミット値)であり、ωpは、ωsより絶対値が小さい切替え開始角度であり、ωin_lowは、第1AD変換部から出力される角速度データ(又は第3AD変換部8から出力される加速度データ)であり、ωin_highは、第2AD変換部5から出力される角速度データ(第4AD変換部9から出力される加速度データ)であり、ωoutは、第1合成処理部10から出力される合成処理後の角速度(又は第2合成処理部12から出力される合成処理後の加速度)である。
(a)ωin_low≦ωpの場合
ωout=ωin_low
(b)ωp≦ωin_low≦ωsの場合 (1)式
ωout=(ωin_low-ωp)/(ωs-ωp)×ωin_low+(1-(ωin_low-ωp)/(ωs-ωp))×ωin_high
(c)ωs≦ωin_lowの場合
ωout=ωin_high
In the following equation (1), ω s is an angular velocity limit value in the low speed region of the first gyro sensor 2 (or an acceleration limit value in the low acceleration region of the first acceleration sensor 6), and ω p is ω s The switching start angle having a smaller absolute value, ω in_low is angular velocity data output from the first AD converter (or acceleration data output from the third AD converter 8), and ω in_high is the second AD converter. 5 is the angular velocity data (acceleration data output from the fourth AD conversion unit 9) output from 5, and ω out is the angular velocity after synthesis processing (or second synthesis processing unit 12) output from the first
(A) When ω in_low ≦ ω p ω out = ω in_low
(B) When ω p ≦ ω in_low ≦ ω s (1) Expression ω out = (ω in_low −ω p ) / (ω s −ω p ) × ω in_low + (1− (ω in_low −ω p ) / (Ω s -ω p )) × ω in_high
(C) When ω s ≦ ω in_low ω out = ω in_high
また、例えば、図3に示すような1次式の合成比率関数rを予め設定した場合、第1合成処理部10は、第1AD変換部4からのデジタルの角速度データと、第2AD変換部5からのデジタルの角速度データと、に基づいて、下記(2)式を用いて角速度の合成処理を行ってもよい。r1、r2は、合成比率を示し、r1+r2=1となるように設定されている。
ωout=ωin_low×r1+ωin_high×r2 (2)式
Further, for example, when a linear combination ratio function r as shown in FIG. 3 is set in advance, the first
ω out = ω in_low × r 1 + ω in_high × r 2 (2)
なお、上記合成比率関数は一例であり、これに限らず、例えば、2次式あるいは3次式の合成比率関数であってもよく、r1+r2=1となり連続する関数であれば任意の関数を適用できる。
また、例えば、ローパスフィルタ(LPF)とハイパスフィルタ(HPF)を用いた下記(2−1)式を用いて、角速度の合成処理を行っても良い。
ωout=ωin_low×LPF+ωin_high×HPF (2−1)式
ここで、LPF=ωc/(s+ωc)、HPF=s/(s+ωc)が一例として考えられるが、2次或いはそれ以上の次数のフィルタでも良く、全周波数帯域に渡って足して1になるLPF及びHPFを用いればよい。
The synthesis ratio function is an example, and is not limited to this. For example, a synthesis ratio function of a quadratic expression or a cubic expression may be used, and any function can be used as long as r 1 + r 2 = 1 Functions can be applied.
Further, for example, the angular velocity composition processing may be performed using the following equation (2-1) using a low-pass filter (LPF) and a high-pass filter (HPF).
ω out = ω in_low × LPF + ω in_high × HPF (2-1) Here, LPF = ω c / (s + ω c ) and HPF = s / (s + ω c ) can be considered as an example. An order filter may be used, and an LPF and an HPF that are 1 over the entire frequency band may be used.
第1合成処理部10は、第1合成手段の一具体例であり、合成処理した角速度を、第1姿勢角演算部12及び第2姿勢角演算部13に対して出力する。
The first
第2合成処理部11は、第2合成手段の一具体例であり、第3AD変換部8から出力されたデジタルの加速度データと、第4AD変換部9から出力されたデジタルの加速度データと、に基づいて、上記(1)式、(2)式又は(2−1)式を用いて上記第1合成処理部10と同様の合成処理を行う。第2合成処理部11は、合成処理した加速度を、第1姿勢角演算部12及び第2姿勢角演算部13に対して出力する。
The second
ここで、本実施の形態のように、複数のセンサ(第1及び第2ジャイロセンサ2、3、第1及び第2加速度センサ6、7)を切替えて使用する場合、上述の如く、夫々のセンサに応じたパラメータを設定して姿勢角度を演算するのがより正確で好ましい。そこで、以下のように、各センサに適したパラメータを有する第1及び第2姿勢角演算部12、13を用いて姿勢角度を夫々算出する。
Here, when a plurality of sensors (first and
第1姿勢角演算部12は、第1姿勢角演算手段の一具体例であり、第1合成処理部10から出力された角速度データと、第2合成処理部11から出力された加速度データと、に基づいて、暫定的な姿勢角度を算出する。第1姿勢角演算部12は、第1積分処理部121と、第1演算処理部122と、第1ハイパスフィルタ部123と、第1ローパスフィルタ部124と、第1加算部125と、を有している(図4)。
The first posture
第1積分処理部121は、第1合成処理部10から出力された角速度データに対して積分処理を行い、姿勢角度を算出し、第1ハイパスフィルタ部123に対して出力する。
The first
第1演算処理部122は、第2合成処理部11から出力された加速度データから姿勢角度を算出し、第1ローパスフィルタ部124に対して出力する。なお、第1積分処理部121により算出された姿勢角度は、積分処理により累積誤差を含むこととなり、第1及び第2加速度センサ6、7の加速度に基づいた姿勢角度は、その応答速度の遅延を含むこととなる。したがって、後述の如く、第1積分処理部121により算出された姿勢角度に、第1及び第2加速度センサ6、7の加速度に基づいた姿勢角度を加算することで、上記誤差の補正を行いつつ上記遅延を解消している。
The first
第1ハイパスフィルタ部123は、第1積分処理部121により算出された姿勢角度の中から、所定周波数以上の高周波数帯域の姿勢角度を抽出し、第1加算部125に対して出力する。このように、第1及び第2ジャイロセンサ2、3からの角速度に基づいた姿勢角度については、高周波数帯域を重視し、高周波数帯域のデータを抽出する。第1ハイパスフィルタ部123と第1ローパスフィルタ部124は、夫々の出力を加算したときに1になるように設定されている。
The first high-
一方、第1ローパスフィルタ部124は、第1演算処理部122により算出された姿勢角度の中から、所定周波数以下の低周波数帯域の姿勢角度を抽出し、第1加算部125に対して出力する。このように、第1及び第2加速度センサ6、7からの加速度に基づいた姿勢角度については、低周波数帯域を重視し、低周波数帯域のデータを抽出する。
On the other hand, the first low-
第1加算部125は、第1ハイパスフィルタ部123から出力された姿勢角度と、第1ローパスフィルタ部124から出力された姿勢角度と、を加算して、暫定的な姿勢角度を算出し、第1確率モデル演算部14に対して出力する。
The first adding
第2姿勢角演算部13は、第2姿勢角演算手段の一具体例であり、上記第1姿勢角演算部12と略同一の構成を有しており、略同一の処理を行う。第2姿勢角演算部13は、第1合成処理部10から出力された角速度データと、第2合成処理部11から出力された加速度データと、に基づいて、暫定的な姿勢角度を算出する。第2姿勢角演算部13は、第2積分処理部131と、第2演算処理部132と、第2ハイパスフィルタ部133と、第2ローパスフィルタ部134と、第2加算部135と、を有している(図4)。
The second attitude
第2積分処理部131は、第1合成処理部10から出力された角速度データに対して積分処理を行い、姿勢角度を算出し、第2ハイパスフィルタ部133に対して出力する。
The second
第2演算処理部132は、第2合成処理部11から出力された加速度データから姿勢角度を算出し、第2ローパスフィルタ部134に対して出力する。
The second
第2ハイパスフィルタ部133は、第2積分処理部131により算出された姿勢角度の中から、所定周波数以上の高周波数帯域の姿勢角度を抽出し、第2加算部135に対して出力する。一方、第2ローパスフィルタ部134は、第2演算処理部132により算出された姿勢角度の中から、所定周波数以下の低周波数帯域の姿勢角度を抽出し、第2加算部135に対して出力する。
The second high
ここで、ハイパスフィルタ部133とローパスフィルタ部134の周波数特性がクロスする周波数である上記所定周波数は、例えば、第1及び第2ジャイロセンサ2、3と、第1及び第2加速度センサ6、7の周波数特性や分解能などに基づいて設定されている。
Here, the predetermined frequency, which is a frequency at which the frequency characteristics of the high-
第2加算部135は、第2ハイパスフィルタ部133から出力された姿勢角度と、第2ローパスフィルタ部134から出力された姿勢角度と、を加算して、暫定的な姿勢角度を算出し、第2確率モデル演算部15に対して出力する。
The
なお、第1及び第2姿勢角演算部12、13は、カルマンフィルターに基づいた下記(3)式を用いて、姿勢角度を算出してもよい。
Note that the first and second posture
ここで、第1及び第2ジャイロセンサ2、3、第1及び第2加速度センサ6、7、ノイズ、及び、算出する姿勢角度を、下記のように状態方程式及び出力方程式として表現する。
xk=Axk−1+wk−1
zk=Hxk+vk
下記式により状態の予測(姿勢角度の推定)を行う。
xk=Axk−1+Bdk−1
xk=xk+K(zk−Hxk)
下記式により共分散方程式とカルマンゲインの算出を行う。 (3)式
Pk=APk−1AT+Q
Pk=(I−KH)Pk
K=PkHT(HPkHT+R)−1
Here, the first and
x k = Ax k−1 + w k−1
z k = Hx k + v k
State prediction (posture angle estimation) is performed using the following equation.
x k = Ax k-1 + Bd k-1
x k = x k + K ( z k -Hx k)
The covariance equation and Kalman gain are calculated by the following formula. (3) Formula Pk = APk -1 AT + Q
P k = (I−KH) P k
K = P k H T (HP k H T + R) −1
なお、上記(3)式において、xkは姿勢角度を含む状態変数の真の値であり、xkは姿勢角度を含む状態変数の推定値(上記(3)式により実際に求める値)であり、zkは第1及び第2加速度センサ6、7の出力値を用いて求めた姿勢角度(第1及び第2加速度センサ6、7により計測された加速度に基づいて算出された値)であり、vkは観測雑音であり、dkは第1及び第2ジャイロセンサ2、3により計測される角速度(センサ値)であり、Aは状態遷移行列であり、Bは駆動行列であり、Hは観測行列であり、Kはカルマンゲインである。
In the above equation (3), x k is a true value of the state variable including the posture angle, and x k is an estimated value of the state variable including the posture angle (a value actually obtained from the above equation (3)). Yes, z k is an attitude angle (a value calculated based on the acceleration measured by the first and
また、上記(3)式において、Qはプロセスノイズ共分散行列であり、Rは測定ノイズ共分散行列であり、これらQ及びRは、例えば、第1及び第2ジャイロセンサ2、3と第1及び第2加速度センサ6、7の周波数特性や分解能などに基づいて設定されている。
なお、以上の説明において時間を表わす添え字として、kを用いている。これ以降の説明においては、第1及び第2姿勢角演算部12、13のいずれかを表わす添え字としてiを用いている。また、第1及び第2確率モデル演算部14、15のいずれであるかを表わす添え字としてもiを用いている。
In the above equation (3), Q is a process noise covariance matrix, R is a measurement noise covariance matrix, and these Q and R are, for example, the first and
In the above description, k is used as a subscript representing time. In the following description, i is used as a subscript indicating one of the first and second attitude
上述の如く、各センサに適したパラメータを有する第1及び第2姿勢角演算器12、13を用いて、夫々算出した姿勢角度を、第1及び第2確率モデル演算部14、15と加算処理部16とを用いて統合する。
As described above, using the first and second
第1確率モデル演算部14は、第1演算手段の一具体例であり、第1姿勢角演算部12から出力された姿勢角度に、第1確率モデル係数(第1所定係数の一例)を乗算し、その乗算値を加算処理部16に対して出力する。
The first probability
第2確率モデル演算部15は、第2演算手段の一具体例であり、第1確率モデル演算部14と同様に、第2姿勢角演算部13から出力された姿勢角度に、第2確率モデル係数(第2所定係数の一例)を乗算し、その乗算値を加算処理部16に対して出力する。なお、上記第1及び第2確率モデル係数は、例えば、上述した合成処理における合成比率を用いて設定することができる。より具体的には、第1確率モデル係数をr1とし、第2確率モデル係数をr2に設定するようにしてもよい。
The second probability
一方、第1及び第2姿勢角演算部12、13が上記カルマンフィルターを用いて姿勢角度を算出した場合、確率モデルは正規分布と仮定していることから、下記(4)式を用いて、第1及び第2確率モデル係数を算出することができる。なお、この確率モデルは、推定値と実際値との差が小さいほど確からしいという考え方に基づいたモデルである。このように、確率モデルを用いることで、より高精度に姿勢角度を算出することができる。
さらに、上記(4)式から、本実施の形態において、第1及び第2姿勢角演算部12、13を備えることから、i番目の確率モデル係数p_coefi(第1及び第2確率モデル係数:i=1、2)は、下記(5)式により決定される。これにより、第1確率モデル係数と第2確率モデル係数とを加算したとき1となるように、各確率モデル係数が設定される。
またさらに、上述のような閾値を用いた合成比率関数と上記正規分布による確率モデルとを併用した場合、下記(6)式を用いて第1及び第2確率モデル係数を算出することができる。この場合、予め分かっている情報も利用できるため、より高精度に姿勢角度を算出することができる。
加算処理部16は、加算手段の一具体例であり、第1確率モデル演算部12から出力される乗算値と、第2確率モデル演算部13から出力される乗算値と、を加算し最終的な姿勢角度を算出する。
The
次に、本実施の形態に係る姿勢角度演算装置1による姿勢角度演算方法について、詳細に説明する。図5は、本実施の形態に係る姿勢角度演算装置による処理フローの一例を示すフローチャートである。図5に示す演算処理は、例えば、所定の微小時間毎に繰り返し実行される。
Next, the attitude angle calculation method by the attitude
まず、第1ジャイロセンサ2は、低速域の角速度を計測し、計測した角速度を第1AD変換部4に対して出力する。また、第2ジャイロセンサ3は、低速域から高速域の角速度を計測し、計測した角速度を第2AD変換部5に対して出力する(ステップS101)。このように、計測域の異なる複数のジャイロセンサを用いて角速度の計測を行なう。
First, the
同時に、第1加速度センサ6は、低速域の加速度を計測し、計測した加速度を第3AD変換部8に対して出力する。また、第2加速度センサ7は、低速域から高速域までの加速度を計測し、計測した加速度を第4AD変換部9に対して出力する(ステップS102)。このように、計測域の異なる複数の加速度センサを用いて加速度の計測を行なう。
At the same time, the
次に、第1AD変換部4は、第1ジャイロセンサ2から出力されたアナログの角速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの角速度データを第1合成処理部10に対して出力する。第2AD変換部5は、第2ジャイロセンサ3から出力されたアナログの角速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの角速度データを第1合成処理部10に対して出力する。第3AD変換部8は、第1加速度センサ6から出力されたアナログの加速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの加速度データを第2合成処理部11に対して出力する。第4AD変換部9は、第2加速度センサ7から出力されたアナログの加速度データをデジタルデータに変換し、変換したデジタルの加速度データを第2合成処理部11に対して出力する(ステップS103)。このように、各センサから出力されるセンサ値を個別にAD変換を行なう。
Next, the first AD converter 4 converts the analog angular velocity data output from the
その後、第1合成処理部10は、第1AD変換部4からのデジタルの角速度データと、第2AD変換部5からのデジタルの角速度データと、に基づいて、合成比率による上記(1)式、(2)式又は(2−1)式を用いて、角速度の合成処理を行い、合成処理した角速度を、第1姿勢角演算部12及び第2姿勢角演算部13に対して出力する。第2合成処理部11は、第3AD変換部8から出力されたデジタルの加速度データと、第4AD変換部9から出力されたデジタルの加速度データと、に基づいて、上記(1)式、(2)式又は(2−1)式を用いて合成処理を行い、合成処理した加速度を、第1姿勢角演算部12及び第2姿勢角演算部13に対して出力する(ステップS104)。このように、計測域の異なる複数のセンサから出力されるセンサ値を計測域の切替え閾値付近で連続するように合成処理を行なう。
Thereafter, the first
さらに、第1姿勢角演算部12は、第1合成処理部10から出力された角速度データと、第2合成処理部11から出力された加速度データと、に基づいて、暫定的な姿勢角度を算出し、第1確率モデル演算部14に対して出力する。第2姿勢角演算部13は、第1合成処理部10から出力された角速度データと、第2合成処理部11から出力された加速度データと、に基づいて、暫定的な姿勢角度を算出し、第2確率モデル演算部14に対して出力する(ステップS105)。このように、合成処理後の角加速度及び加速度を用いて、姿勢角度を夫々算出する。
Further, the first posture
そして、第1確率モデル演算部14は、第1姿勢角演算部12から出力された姿勢角度に、第1確率モデル係数を乗算し、その乗算値を加算処理部16に対して出力する。第2確率モデル演算部15は、第2姿勢角演算部13から出力された姿勢角度に、第2確率モデル係数を乗算し、その乗算値を加算処理部16に対して出力する(ステップS106)。このように、複数の姿勢角演算部により算出された姿勢角度に、確率モデルにより得られた係数を夫々乗算する。
Then, the first probability
最後に、加算処理部16は、第1確率モデル演算部12から出力される乗算値と、第2確率モデル演算部13から出力される乗算値と、を加算し最終的な姿勢角度を算出する(ステップS107)。このように、各姿勢角度に確率モデルにより得られた係数を夫々乗算した結果を加算し、高精度な姿勢角度を求めることができる。
Finally, the
以上、本実施の形態に係る姿勢角度演算装置1において、計測域の異なる複数のジャイロセンサ及び加速度センサを用いて夫々計測を行い、その計測値を合成し、姿勢角度を算出することで、低コストかつ軽量でありながら高精度な姿勢角度を算出することができる。
As described above, in the posture
また、複数のジャイロセンサ及び加速度センサから出力される信号を個別にAD変換処理を行うことで、量子化誤差を低減でき、より高精度に姿勢角度を算出することができる。 In addition, by separately performing AD conversion processing on signals output from a plurality of gyro sensors and acceleration sensors, it is possible to reduce quantization errors and calculate posture angles with higher accuracy.
さらに、計測域の異なる複数のジャイロセンサ及び加速度センサの出力値を合成処理した場合でも、その計測域の切替え閾値付近で連続させることで、上記誤差が抑制されるため、最終的な姿勢角度をより高精度に算出することができる。 Furthermore, even when the output values of a plurality of gyro sensors and acceleration sensors with different measurement areas are combined, the above-described error is suppressed by continuing the vicinity of the switching threshold of the measurement area. It can be calculated with higher accuracy.
なお、複数のジャイロセンサ及び加速度センサの出力値を合成処理した後、夫々のセンサに最適なパラメータが設定された複数の姿勢角演算部で姿勢角度を夫々算出し、算出された姿勢角度に確率モデルによって得られる係数を夫々乗算し、その結果を加算して最終的な姿勢角度を算出している。これにより、より高精度に姿勢角度を算出することができる。 After synthesizing the output values of a plurality of gyro sensors and acceleration sensors, the posture angle is calculated by a plurality of posture angle calculation units in which optimum parameters are set for each sensor, and the calculated posture angle is a probability. The final posture angle is calculated by multiplying the coefficients obtained by the models and adding the results. Thereby, the posture angle can be calculated with higher accuracy.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記一実施の形態において、低速域用の第1ジャイロセンサと、高速域用の第2ジャイロセンサと、低速域用の加速度センサと、高速域用の加速度センサと、を備える構成であるが、これに限らず、例えば、低速域用の第1ジャイロセンサと、高速域用の第2ジャイロセンサと、中速域用の第3ジャイロセンサと、低速域用の加速度センサと、高速域用の加速度センサと、中速域用の第3加速度センサと、を備える構成であってもよく、低中速域用の第5ジャイロセンサ及び低中速域用の第5加速度センサを更に備える構成であってもよく、任意に設定した速度域の組合せが適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the first gyro sensor for the low speed range, the second gyro sensor for the high speed range, the acceleration sensor for the low speed range, and the acceleration sensor for the high speed range are provided. However, the present invention is not limited to this, for example, a first gyro sensor for a low speed range, a second gyro sensor for a high speed range, a third gyro sensor for a medium speed range, an acceleration sensor for a low speed range, and a high speed range And a third acceleration sensor for medium speed range, and further includes a fifth gyro sensor for low and medium speed range and a fifth acceleration sensor for low and medium speed range. A configuration may be used, and a combination of arbitrarily set speed ranges is applicable.
さらに、上記一実施の形態において、単一のジャイロセンサと第1及び第2加速度センサとからなる構成、第1及び第2ジャイロセンサと単一の加速度センサとからなる構成であってもよく、ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方が複数のセンサで構成されていれば、任意の数のセンサの組み合わせが適用可能である。なお、ジャイロセンサ及び加速度センサのうち一方が単一のセンサで構成されている場合、その構成に対応して、合成処理部も単一の構成となってもよい。 Further, in the above-described embodiment, a configuration including a single gyro sensor and the first and second acceleration sensors, a configuration including the first and second gyro sensors and a single acceleration sensor, As long as at least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is composed of a plurality of sensors, a combination of any number of sensors can be applied. When one of the gyro sensor and the acceleration sensor is configured by a single sensor, the synthesis processing unit may have a single configuration corresponding to the configuration.
またさらに、上記一実施の形態において、複数の姿勢角演算部を有する構成であるが、単一の姿勢角演算部を有する構成であってもよい。(第1及び第2姿勢角演算部12、13のうちいずれか一方のみを有する構成であってもよい)。
Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration includes a plurality of posture angle calculation units. However, the configuration may include a single posture angle calculation unit. (The structure which has only any one among the 1st and 2nd attitude
上記実施の形態において、第1及び第2合成処理部10、11を有しない構成であってもよい(図6)。この構成に係る姿勢角度演算装置20において、第1及び第3AD変換部4、8は第1姿勢角演算部12に接続され、第2及び第4変換部5、9は第2姿勢角演算部13に接続される。これにより、構成がより簡略され、全体の計算速度を短縮することができる。さらに、本構成において、第1及び第2AD変換部4、5に第1合成処理部10を接続し、第3及び第4AD変換部8、9に第2合成処理部11を接続することで、第1合成処理部10から角速度を出力させ、第2合成処理部11から加速度を出力させるようにしてもよい(図7)。
In the said embodiment, the structure which does not have the 1st and 2nd synthetic |
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、図5に示す処理を、CPUにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In the above-described embodiments, the present invention has been described as a hardware configuration, but the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, the processing shown in FIG. 5 can be realized by causing a CPU to execute a computer program.
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM)を含む。 The program may be stored using various types of non-transitory computer readable media and supplied to a computer. Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer readable media are magnetic recording media (eg flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg magneto-optical disks), CD-ROM, CD-R, CD-R / W. Semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM).
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。 The program may also be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
本発明は、例えば、上述した姿勢角度演算装置1と、姿勢角度演算装置1により高精度に算出された姿勢角度に基づいて歩行の制御を行う制御装置と、を備え、より高精度な歩行を行う二足歩行ロボットなどに適用可能である。
The present invention includes, for example, the posture
1 姿勢角度演算装置
2 第1ジャイロセンサ
3 第2ジャイロセンサ
4 第1AD変換部
5 第2AD変換部
6 第1加速度センサ
7 第2加速度センサ
8 第3AD変換部
9 第4AD変換部
10 第1合成処理部
11 第2合成処理部
12 第1姿勢角演算部
13 第2姿勢角演算部
14 第1確率モデル演算部
15 第2確率モデル演算部
16 加算処理部
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出する姿勢角演算手段を備える、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 A posture angle calculation device that includes a gyro sensor that detects angular velocity and an acceleration sensor that detects acceleration, and calculates a posture angle based on the angular velocity detected by the gyro sensor and the acceleration detected by the acceleration sensor. And
At least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is composed of a plurality of sensors having different measurement areas that measure the same location and the same direction,
A posture angle calculation device comprising posture angle calculation means for calculating a posture angle based on signals output from a plurality of sensors having different measurement areas.
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を合成する合成手段を更に備え、
前記姿勢角演算手段は、前記合成手段により合成された信号に基づいて、前記姿勢角度を算出する、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 1,
Further comprising synthesis means for synthesizing signals respectively output from a plurality of sensors having different measurement areas;
The posture angle calculation device, wherein the posture angle calculation means calculates the posture angle based on the signal synthesized by the synthesis means.
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を夫々利用する複数の姿勢角演算手段を備える、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 2,
A posture angle calculation device comprising a plurality of posture angle calculation means that respectively use signals output from a plurality of sensors having different measurement areas.
前記複数のセンサから出力される信号を、アナログ信号からデジタル信号に夫々変換する複数の変換手段を更に備える、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 3,
A posture angle calculation device further comprising a plurality of conversion means for converting signals output from the plurality of sensors from analog signals to digital signals, respectively.
前記合成手段は、前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成する、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The attitude angle calculation device according to claim 4,
The posture angle calculation device characterized in that the synthesizing unit synthesizes signals output from a plurality of sensors in different measurement areas so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area.
複数の前記姿勢角演算手段により夫々算出された複数の姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた所定係数を夫々乗算する複数の演算手段と、
前記演算手段により夫々算出された複数の演算値を加算する加算手段と、
を更に備える、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The attitude angle calculation device according to claim 5,
A plurality of calculation means for multiplying the plurality of attitude angles respectively calculated by the plurality of attitude angle calculation means by a predetermined coefficient based on a probability model or a composite ratio function model;
Adding means for adding a plurality of calculated values respectively calculated by the calculating means;
An attitude angle calculation device characterized by further comprising:
前記異なる計測域は低速域、中速域又は高速域である、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to any one of claims 1 to 6,
The posture angle calculation device characterized in that the different measurement areas are a low speed area, a medium speed area or a high speed area.
前記複数のジャイロセンサは、低速域の角速度を検出する第1ジャイロセンサと、高速域の角速度を検出する第2ジャイロセンサと、を含み、
前記複数の加速度センサは、低速域の加速度を検出する第1加速度センサと、高速域の加速度を検出する第2加速度センサと、を含む、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 6,
The plurality of gyro sensors include a first gyro sensor that detects an angular velocity in a low speed region, and a second gyro sensor that detects an angular velocity in a high speed region,
The plurality of acceleration sensors include a first acceleration sensor that detects an acceleration in a low speed region and a second acceleration sensor that detects an acceleration in a high speed region.
前記複数の変換手段は、
前記第1ジャイロセンサにより検出された低速域の角速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第1変換手段と、
前記第2ジャイロセンサにより検出された高速域の角速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第2変換手段と、
前記第1加速度センサにより検出された低速域の加速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第3変換手段と、
前記第2加速度センサにより検出された高速域の加速度をアナログ信号からデジタル信号に変換する第4変換手段と、
を含む、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 8,
The plurality of conversion means include
First conversion means for converting the angular velocity in the low speed range detected by the first gyro sensor from an analog signal to a digital signal;
Second conversion means for converting the angular velocity in the high speed range detected by the second gyro sensor from an analog signal to a digital signal;
Third conversion means for converting low-speed acceleration detected by the first acceleration sensor from an analog signal to a digital signal;
Fourth conversion means for converting acceleration in the high speed range detected by the second acceleration sensor from an analog signal to a digital signal;
A posture angle calculation device comprising:
前記複数の合成手段は、
前記第1変換手段により変換された角速度信号と、前記第2変換手段により変換された角速度信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成する第1合成手段と、
前記第3変換手段により変換された加速度信号と、前記第4変換手段により変換された加速度信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように合成する第2合成手段と、
を含む、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 9,
The plurality of synthesizing means include
First synthesizing means for synthesizing the angular velocity signal converted by the first converting means and the angular velocity signal converted by the second converting means so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area;
Second combining means for combining the acceleration signal converted by the third converting means and the acceleration signal converted by the fourth converting means so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area;
A posture angle calculation device comprising:
前記複数の姿勢角演算手段は、
前記第1合成手段により合成された角速度信号と、前記第2合成手段により合成された加速度信号と、に基づいて姿勢角度を算出する第1姿勢角演算手段と、
前記第1合成手段により合成された角速度信号と、前記第2合成手段により合成された加速度信号と、に基づいて姿勢角度を算出する第2姿勢角演算手段と、を含み、
前記複数の演算手段は、
前記第1姿勢角演算手段により算出された姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた第1所定係数を乗算する第1演算手段と、
前記第2姿勢角演算手段により算出された姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた第2所定係数を乗算する第2演算手段と、を含み、
前記加算手段は、
前記第1演算手段により算出された演算結果と前記第2演算手段により算出された演算結果と、を加算して最終的な姿勢角度を算出する、ことを特徴とする姿勢角度演算装置。 The posture angle calculation device according to claim 10,
The plurality of posture angle calculation means include
First attitude angle calculation means for calculating an attitude angle based on the angular velocity signal synthesized by the first synthesis means and the acceleration signal synthesized by the second synthesis means;
Second attitude angle calculation means for calculating an attitude angle based on the angular velocity signal synthesized by the first synthesis means and the acceleration signal synthesized by the second synthesis means,
The plurality of calculation means include
First computing means for multiplying the attitude angle calculated by the first attitude angle computing means by a first predetermined coefficient based on a probability model or a composite ratio function model;
Second calculating means for multiplying the attitude angle calculated by the second attitude angle calculating means by a second predetermined coefficient based on a probability model or a composite ratio function model,
The adding means includes
A posture angle calculation device, wherein a final posture angle is calculated by adding the calculation result calculated by the first calculation means and the calculation result calculated by the second calculation means.
前記姿勢角度演算装置により算出された姿勢角度に基づいて、歩行の制御を行う制御装置と、
を備える、ことを特徴とする二足歩行ロボット。 An attitude angle calculation device according to any one of claims 1 to 11,
A control device that controls walking based on the posture angle calculated by the posture angle calculation device;
A biped walking robot characterized by comprising:
前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出するステップを含む、ことを特徴とする姿勢角度演算方法。 A posture angle calculation method that includes a gyro sensor that detects angular velocity and an acceleration sensor that detects acceleration, and calculates a posture angle based on the angular velocity detected by the gyro sensor and the acceleration detected by the acceleration sensor. And
At least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is composed of a plurality of sensors having different measurement areas that measure the same location and the same direction,
A posture angle calculation method comprising a step of calculating a posture angle based on signals respectively output from a plurality of sensors having different measurement areas.
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を合成するステップを更に含み、
前記合成された信号に基づいて、前記姿勢角度を算出する、ことを特徴とする姿勢角度演算方法。 The attitude angle calculation method according to claim 13,
Further comprising the step of synthesizing signals respectively output from a plurality of sensors having different measurement areas;
A posture angle calculation method, wherein the posture angle is calculated based on the synthesized signal.
前記複数のセンサから出力される信号を、アナログ信号からデジタル信号に夫々変換するステップを更に含む、ことを特徴とする姿勢角度演算方法。 The attitude angle calculation method according to claim 14,
An attitude angle calculation method further comprising the step of converting signals output from the plurality of sensors from analog signals to digital signals, respectively.
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号を前記計測域の切替え閾値付近で連続するように夫々合成する、ことを特徴とする姿勢角度演算方法。 The posture angle calculation method according to claim 15,
A posture angle calculation method characterized in that signals output from a plurality of sensors in different measurement areas are combined so as to be continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area.
前記算出された複数の姿勢角度に、確率モデル又は合成比率関数モデルに基づいた所定係数を夫々乗算するステップと、
前記算出された複数の演算値を加算するステップと、
を更に含む、ことを特徴とする姿勢角度演算方法。 The attitude angle calculation method according to claim 16, wherein
Multiplying the calculated plurality of posture angles by respective predetermined coefficients based on a probability model or a composite ratio function model;
Adding the calculated plurality of calculated values;
A posture angle calculation method characterized by further comprising:
前記ジャイロセンサ及び加速度センサのうち少なくとも一方は、同一箇所及び同一方向を計測する、計測域の異なる複数のセンサで構成され、
前記計測域の異なる複数のセンサから夫々出力される信号に基づいて、姿勢角度を算出する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とするプログラム。 A program for calculating a posture angle based on an angular velocity detected by the gyro sensor and an acceleration detected by the acceleration sensor, comprising a gyro sensor for detecting angular velocity and an acceleration sensor for detecting acceleration;
At least one of the gyro sensor and the acceleration sensor is composed of a plurality of sensors having different measurement areas that measure the same location and the same direction,
A program for causing a computer to execute a process of calculating an attitude angle based on signals output from a plurality of sensors having different measurement areas.
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