JP2013103319A - Device for calculating posture angle, and method for calculating posture angle, and program - Google Patents

Device for calculating posture angle, and method for calculating posture angle, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a posture angle at low costs and with a high degree of accuracy.SOLUTION: A device for calculating a posture angel includes a gyro sensor for detecting an angle speed, and an acceleration sensor for detecting a rate of acceleration, and is configured to calculate a posture angel based on the angle speed detected by the gyro sensor and the rate of acceleration detected by the acceleration sensor. At least one of the gyro sensor and the acceleration sensor includes a plurality of sensors having different measurement ranges for measurement at the same location and in the same direction. The posture angle calculation device is provided with a posture angle calculation means for calculating a posture angel based on each output from the plurality of sensors having different measurement ranges.

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).

特開平7−072926号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-072926

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 Patent Document 1 is mounted on a humanoid robot or the like, its posture angle can be calculated with high accuracy, but on the other hand, its weight is large, which may lead to an increase in cost.

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.

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。1 is a block diagram showing a schematic system configuration of an attitude angle calculation device according to an embodiment of the present invention. 合成処理後におけるセンサ出力とロボットの挙動(姿勢角)との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the sensor output after a synthetic | combination process, and the behavior (attitude angle) of a robot. 合成比率とロボットの挙動(姿勢角)との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a synthetic | combination ratio and the behavior (attitude angle) of a robot. 本発明の一実施の形態に係る第1及び第2姿勢角演算部の概略的なシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic system configuration | structure of the 1st and 2nd attitude | position angle calculating part which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一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。It is a flowchart which shows an example of the processing flow by the attitude | position angle calculating apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一変形例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。It is a block diagram which shows the schematic system configuration | structure of the attitude | position angle calculating apparatus which concerns on one modification of this invention. 本発明の一変形例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。It is a block diagram which shows the schematic system configuration | structure of the attitude | position angle calculating apparatus which concerns on one modification of this invention.

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 angle calculation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is mounted on, for example, a robot such as a biped robot or a humanoid robot, and can calculate the posture angle of the robot with high accuracy.

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 angle calculation device 1 according to the present embodiment includes a first gyro sensor 2, a second gyro sensor 3, a first AD converter 4, a second AD converter 5, a first acceleration sensor 6, and a second gyro sensor 3. Acceleration sensor 7, third AD converter 8, fourth AD converter 9, first synthesis processor 10, second synthesis processor 11, first attitude angle calculator 12, and second attitude angle calculator 13, a first probability model calculation unit 14, a second probability model calculation unit 15, and an addition processing unit 16.

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 angle calculation device 1 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs calculation processing, a ROM (Read Only Memory) that stores calculation programs executed by the CPU, calculation processing programs, and the like, and processing data A hardware configuration is mainly made of a microcomputer having a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores and the like. The CPU, ROM, and RAM are connected to each other by a data bus or the like.

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 first gyro sensor 2 is, for example, a low speed MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) gyro sensor capable of measuring only the angular velocity in the low speed range with high accuracy, and outputs the measured angular velocity to the first AD converter 4. .

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 first gyro sensor 2 into digital data, and converts the converted digital angular velocity data into the first data. 1 is output to the synthesis processing unit 10.

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 second gyro sensor 3 is, for example, a MEMS gyro sensor for a high speed region that measures an angular velocity from a low speed region to a high speed region with low accuracy, and outputs the measured angular velocity to the second AD converter 5. In addition, the 1st gyro sensor 2 and the 2nd gyro sensor 3 measure the same location, the same direction, and one axis component (x-axis component, y-axis component, or z-axis component) with these two sensors. Thereby, as will be described later, even if a low-cost and lightweight MEMS gyro is used, for example, high accuracy close to that of a high-cost optical fiber gyro can be realized.

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 AD conversion unit 5 is a specific example of the second conversion unit, converts analog angular velocity data output from the second gyro sensor 3 into digital data, and converts the converted digital angular velocity data into a first synthesis processing unit. 10 is output. As described above, the AD conversion processing is individually performed by the first and second AD conversion units 4 and 5, and the later-described synthesis processing is performed after the AD conversion processing, so that the quantization error can be reduced and the high-resolution AD conversion is performed. It does not require a vessel and leads to cost reduction.

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 first acceleration sensor 6 is, for example, a low speed MEMS acceleration sensor that can measure only low speed acceleration with high accuracy, and outputs the measured acceleration to the third AD converter 8.

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 AD conversion unit 8 is a specific example of the third conversion means, converts analog acceleration data output from the first acceleration sensor 6 into digital data, and converts the converted digital acceleration data into a second synthesis processing unit. 11 is output.

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 second acceleration sensor 7 is, for example, a MEMS acceleration sensor for a high speed range that measures acceleration from a low speed range to a high speed range with low accuracy, and outputs the measured acceleration to the fourth AD conversion unit 9.

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 AD conversion unit 9 is a specific example of the fourth conversion unit, converts analog acceleration data output from the second acceleration sensor 7 into digital data, and converts the converted digital acceleration data into a second synthesis processing unit. 11 is output.

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 second acceleration sensors 6 and 7 are individually subjected to AD conversion processing by the third and fourth AD conversion units 8 and 9, and after the AD conversion processing, a synthesis process described later is performed. The quantization error can be reduced, and further, a high resolution AD converter is not required, leading to cost reduction.

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 first gyro sensor 2 and the high-speed angular velocity data output from the second gyro sensor 3 will be considered. For example, when a certain threshold value is set and the angular velocity from the gyro sensor is equal to or higher than the set threshold value, the angular velocity data for the high speed range output from the second gyro sensor 3 is used. A synthesis process using the angular velocity data for the low speed range output from 2 can be considered.

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 first gyro sensor 2 and the high-speed angular velocity data output from the second gyro sensor 3 each include some non-linearity. For this reason, when the inclination and zero correction and the temperature correction that are generally performed are performed, the error remains, and when the synthesis process is performed, the error becomes discontinuous near the threshold value. This discontinuity adversely affects the processing described later, and causes an error in the finally calculated posture angle.

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 synthesis processing unit 10 uses the following equation (1) based on the synthesis ratio based on the digital angular velocity data from the first AD conversion unit 4 and the digital angular velocity data from the second AD conversion unit 5. Then, the angular velocity composition processing is performed (FIG. 2). As a result, even when the output values of the gyro sensor and acceleration sensor with different measurement areas are combined, they can be continued in the vicinity of the switching threshold of the measurement area, and the above error is suppressed. It can be calculated with high accuracy.

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≦ωの場合
ωout=ωin_low
(b)ωp≦ωin_low≦ωsの場合 (1)式
ωout=(ωin_lowp)/(ωsp)×ωin_low+(1-(ωin_lowp)/(ωsp))×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 synthesis processing unit 10. (The acceleration after the synthesis process output from).
(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 sp )) × 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。r、rは、合成比率を示し、r+r=1となるように設定されている。
ωout=ωin_low×r+ωin_high×r (2)式
Further, for example, when a linear combination ratio function r as shown in FIG. 3 is set in advance, the first combination processing unit 10 receives the digital angular velocity data from the first AD conversion unit 4 and the second AD conversion unit 5. Based on the digital angular velocity data from, angular velocity synthesis processing may be performed using the following equation (2). r 1 and r 2 indicate the synthesis ratio, and are set so that r 1 + r 2 = 1.
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、r+r=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=ω/(s+ω)、HPF=s/(s+ω)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 synthesis processing unit 10 is a specific example of the first synthesis unit, and outputs the angular velocity obtained by the synthesis process to the first attitude angle calculation unit 12 and the second attitude angle calculation unit 13.

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 synthesis processing unit 11 is a specific example of the second synthesis unit, and includes digital acceleration data output from the third AD conversion unit 8 and digital acceleration data output from the fourth AD conversion unit 9. Based on the above formula (1), formula (2) or formula (2-1), the same synthesis processing as the first synthesis processing unit 10 is performed. The second synthesis processing unit 11 outputs the synthesized acceleration to the first attitude angle calculation unit 12 and the second attitude angle calculation unit 13.

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 second gyro sensors 2, 3, first and second acceleration sensors 6, 7) are switched and used as in the present embodiment, as described above, It is more accurate and preferable to calculate a posture angle by setting a parameter corresponding to the sensor. Therefore, the posture angles are calculated using the first and second posture angle calculation units 12 and 13 having parameters suitable for each sensor as follows.

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 angle calculation unit 12 is a specific example of the first posture angle calculation unit, and angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10, acceleration data output from the second synthesis processing unit 11, Based on the above, a temporary posture angle is calculated. The first attitude angle calculation unit 12 includes a first integration processing unit 121, a first calculation processing unit 122, a first high-pass filter unit 123, a first low-pass filter unit 124, and a first addition unit 125. (FIG. 4).

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 integration processing unit 121 performs integration processing on the angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10, calculates a posture angle, and outputs the posture angle to the first high-pass filter unit 123.

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 arithmetic processing unit 122 calculates an attitude angle from the acceleration data output from the second synthesis processing unit 11 and outputs the attitude angle to the first low-pass filter unit 124. Note that the posture angle calculated by the first integration processing unit 121 includes a cumulative error due to the integration processing, and the posture angle based on the acceleration of the first and second acceleration sensors 6 and 7 is a delay of the response speed. Will be included. Therefore, as described later, the above-mentioned error is corrected by adding the posture angle based on the acceleration of the first and second acceleration sensors 6 and 7 to the posture angle calculated by the first integration processing unit 121. The above delay is eliminated.

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-pass filter unit 123 extracts a posture angle in a high frequency band equal to or higher than a predetermined frequency from the posture angles calculated by the first integration processing unit 121 and outputs the posture angle to the first addition unit 125. As described above, with respect to the attitude angle based on the angular velocities from the first and second gyro sensors 2 and 3, the high frequency band is regarded as important, and data in the high frequency band is extracted. The first high-pass filter unit 123 and the first low-pass filter unit 124 are set to be 1 when the respective outputs are added.

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-pass filter unit 124 extracts a posture angle in a low frequency band equal to or lower than a predetermined frequency from the posture angles calculated by the first arithmetic processing unit 122 and outputs the posture angle to the first adding unit 125. . As described above, regarding the posture angle based on the acceleration from the first and second acceleration sensors 6 and 7, the low frequency band is regarded as important, and data in the low frequency band is extracted.

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 unit 125 adds the posture angle output from the first high-pass filter unit 123 and the posture angle output from the first low-pass filter unit 124 to calculate a temporary posture angle, The result is output to the one probability model calculation unit 14.

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 angle calculation unit 13 is a specific example of the second attitude angle calculation means, has substantially the same configuration as the first attitude angle calculation unit 12, and performs substantially the same processing. The second posture angle calculation unit 13 calculates a temporary posture angle based on the angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10 and the acceleration data output from the second synthesis processing unit 11. The second attitude angle calculation unit 13 includes a second integration processing unit 131, a second calculation processing unit 132, a second high-pass filter unit 133, a second low-pass filter unit 134, and a second addition unit 135. (FIG. 4).

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 integration processing unit 131 performs integration processing on the angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10, calculates a posture angle, and outputs the posture angle to the second high-pass filter unit 133.

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 arithmetic processing unit 132 calculates an attitude angle from the acceleration data output from the second synthesis processing unit 11 and outputs the attitude angle to the second low-pass filter unit 134.

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 pass filter unit 133 extracts a posture angle in a high frequency band equal to or higher than a predetermined frequency from the posture angles calculated by the second integration processing unit 131 and outputs the posture angle to the second adding unit 135. On the other hand, the second low-pass filter unit 134 extracts a posture angle in a low frequency band equal to or lower than a predetermined frequency from the posture angles calculated by the second arithmetic processing unit 132 and outputs the posture angle to the second adding unit 135. .

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-pass filter unit 133 and the low-pass filter unit 134 cross, is, for example, the first and second gyro sensors 2 and 3 and the first and second acceleration sensors 6 and 7. Is set based on the frequency characteristics, resolution, and the like.

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 second addition unit 135 adds the posture angle output from the second high-pass filter unit 133 and the posture angle output from the second low-pass filter unit 134 to calculate a temporary posture angle, This is output to the 2-probability model calculation unit 15.

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 angle calculation units 12 and 13 may calculate the posture angle using the following equation (3) based on the Kalman filter.

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。
=Axk−1+wk−1
=Hx+v
下記式により状態の予測(姿勢角度の推定)を行う。
=Axk−1+Bdk−1
=x+K(z−Hx
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
=APk−1+Q
=(I−KH)P
K=P(HP+R)−1
Here, the first and second gyro sensors 2, 3, the first and second acceleration sensors 6, 7, noise, and the calculated attitude angle are expressed as a state equation and an output equation as follows.
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、xは姿勢角度を含む状態変数の真の値であり、x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、z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、vは観測雑音であり、d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 second acceleration sensors 6, 7) obtained using the output values of the first and second acceleration sensors 6, 7. V k is observation noise, d k is an angular velocity (sensor value) measured by the first and second gyro sensors 2 and 3, A is a state transition matrix, B is a drive matrix, H is an observation matrix and K is a Kalman gain.

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 second gyro sensors 2, 3 and the first And the frequency characteristics and resolution of the second acceleration sensors 6 and 7 are set.
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 angle calculation units 12 and 13. Further, i is also used as a subscript indicating which of the first and second probability model calculation units 14 and 15 is.

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 attitude angle calculators 12 and 13 having parameters suitable for each sensor, the calculated attitude angles are added to the first and second probability model calculators 14 and 15 and added. Are integrated using the unit 16.

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 model calculation unit 14 is a specific example of the first calculation means, and the posture angle output from the first posture angle calculation unit 12 is multiplied by a first probability model coefficient (an example of a first predetermined coefficient). Then, the multiplication value is output to the addition processing unit 16.

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rとし、第2確率モデル係数をrに設定するようにしてもよい。 The second probability model calculation unit 15 is a specific example of the second calculation means. Like the first probability model calculation unit 14, the second probability model calculation unit 15 sets the second probability model to the posture angle output from the second posture angle calculation unit 13. The coefficient (an example of the second predetermined coefficient) is multiplied, and the multiplied value is output to the addition processing unit 16. The first and second probability model coefficients can be set using, for example, the combination ratio in the combination process described above. More specifically, a first probability model coefficient is r 1, the second probability model coefficients may be set to r 2.

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。

Figure 2013103319
On the other hand, when the first and second attitude angle calculation units 12 and 13 calculate the attitude angle using the Kalman filter, since the probability model assumes a normal distribution, the following equation (4) is used. First and second probability model coefficients can be calculated. This probability model is based on the idea that the smaller the difference between the estimated value and the actual value, the more likely it is. As described above, the attitude angle can be calculated with higher accuracy by using the probability model.
Figure 2013103319

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_coef(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。

Figure 2013103319
Furthermore, from the above equation (4), since the first and second attitude angle calculation units 12 and 13 are provided in the present embodiment, the i-th probability model coefficient p_coef i (first and second probability model coefficients: i = 1, 2) is determined by the following equation (5). Thereby, each probability model coefficient is set so that it becomes 1 when the first probability model coefficient and the second probability model coefficient are added.
Figure 2013103319

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。

Figure 2013103319
また、下記(7)式を用いて合成比率関数のみによって、より少ない計算量によって姿勢角を算出することもできる。さらに、上記段落(0026)に記載のように、LPFとHPFとを合成するようにしてもよい。
Figure 2013103319
Furthermore, when the composite ratio function using the threshold value as described above and the probability model based on the normal distribution are used in combination, the first and second probability model coefficients can be calculated using the following equation (6). In this case, since information that is known in advance can be used, the posture angle can be calculated with higher accuracy.
Figure 2013103319
Further, the posture angle can be calculated with a smaller amount of calculation by using only the composite ratio function using the following equation (7). Furthermore, as described in the paragraph (0026) above, LPF and HPF may be synthesized.
Figure 2013103319

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 addition processing unit 16 is a specific example of addition means, and adds the multiplication value output from the first probability model calculation unit 12 and the multiplication value output from the second probability model calculation unit 13 to finally The correct posture angle is calculated.

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 angle calculation apparatus 1 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing flow by the posture angle calculation apparatus according to the present embodiment. The arithmetic processing shown in FIG. 5 is repeatedly executed, for example, every predetermined minute time.

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 first gyro sensor 2 measures the angular velocity in the low speed region and outputs the measured angular velocity to the first AD converter 4. The second gyro sensor 3 measures the angular velocity from the low speed region to the high speed region, and outputs the measured angular velocity to the second AD conversion unit 5 (step S101). Thus, the angular velocity is measured using a plurality of gyro sensors having different measurement areas.

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 first acceleration sensor 6 measures the acceleration in the low speed range, and outputs the measured acceleration to the third AD converter 8. The second acceleration sensor 7 measures the acceleration from the low speed range to the high speed range, and outputs the measured acceleration to the fourth AD conversion unit 9 (step S102). As described above, acceleration is measured using a plurality of acceleration sensors having different measurement areas.

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 first gyro sensor 2 into digital data, and outputs the converted digital angular velocity data to the first synthesis processor 10. The second AD converter 5 converts the analog angular velocity data output from the second gyro sensor 3 into digital data, and outputs the converted digital angular velocity data to the first synthesis processor 10. The third AD converter 8 converts the analog acceleration data output from the first acceleration sensor 6 into digital data, and outputs the converted digital acceleration data to the second synthesis processor 11. The fourth AD converter 9 converts the analog acceleration data output from the second acceleration sensor 7 into digital data, and outputs the converted digital acceleration data to the second synthesis processor 11 (step S103). In this manner, the AD conversion is performed on the sensor values output from each sensor individually.

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 synthesis processing unit 10 uses the digital angular velocity data from the first AD conversion unit 4 and the digital angular velocity data from the second AD conversion unit 5 to formula (1), ( The angular velocity synthesis process is performed using the formula (2) or formula (2-1), and the synthesized angular velocity is output to the first attitude angle calculation unit 12 and the second attitude angle calculation unit 13. Based on the digital acceleration data output from the third AD conversion unit 8 and the digital acceleration data output from the fourth AD conversion unit 9, the second synthesis processing unit 11 represents the above formula (1), (2 ) Expression or (2-1) expression is performed, and the combined acceleration is output to the first attitude angle calculator 12 and the second attitude angle calculator 13 (step S104). As described above, the synthesis process is performed so that sensor values output from a plurality of sensors in different measurement areas are continuous in the vicinity of the switching threshold of the measurement area.

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 angle calculation unit 12 calculates a temporary posture angle based on the angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10 and the acceleration data output from the second synthesis processing unit 11. And output to the first probability model calculation unit 14. The second attitude angle calculation unit 13 calculates a temporary attitude angle based on the angular velocity data output from the first synthesis processing unit 10 and the acceleration data output from the second synthesis processing unit 11, It outputs with respect to the 2nd probability model calculating part 14 (step S105). In this way, the posture angle is calculated using the angular acceleration and acceleration after the synthesis process.

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 model calculation unit 14 multiplies the posture angle output from the first posture angle calculation unit 12 by the first probability model coefficient, and outputs the multiplication value to the addition processing unit 16. The second probability model calculation unit 15 multiplies the posture angle output from the second posture angle calculation unit 13 by the second probability model coefficient, and outputs the multiplication value to the addition processing unit 16 (step S106). . In this way, the posture angle calculated by the plurality of posture angle calculation units is multiplied by the coefficient obtained by the probability model.

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 addition processing unit 16 adds the multiplication value output from the first probability model calculation unit 12 and the multiplication value output from the second probability model calculation unit 13 to calculate a final posture angle. (Step S107). As described above, the result obtained by multiplying each posture angle by the coefficient obtained by the probability model can be added to obtain a highly accurate posture angle.

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 angle calculation device 1 according to the present embodiment, measurement is performed using a plurality of gyro sensors and acceleration sensors having different measurement areas, and the measured values are combined to calculate the posture angle. It is possible to calculate a posture angle with high accuracy while being cost and light weight.

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 angle calculating parts 12 and 13 may be sufficient.).

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 | combination process parts 10 and 11 may be sufficient (FIG. 6). In the posture angle calculation device 20 according to this configuration, the first and third AD conversion units 4 and 8 are connected to the first posture angle calculation unit 12, and the second and fourth conversion units 5 and 9 are second posture angle calculation units. 13 is connected. Thereby, the configuration is further simplified, and the overall calculation speed can be shortened. Further, in this configuration, by connecting the first synthesis processing unit 10 to the first and second AD conversion units 4 and 5 and connecting the second synthesis processing unit 11 to the third and fourth AD conversion units 8 and 9, The angular velocity may be output from the first synthesis processing unit 10 and the acceleration may be output from the second synthesis processing unit 11 (FIG. 7).

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 angle calculation device 1 described above and a control device that controls walking based on the posture angle calculated with high accuracy by the posture angle calculation device 1, and performs higher-precision walking. It can be applied to a biped walking robot.

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 SYMBOLS 1 Attitude angle calculating device 2 1st gyro sensor 3 2nd gyro sensor 4 1st AD conversion part 5 2nd AD conversion part 6 1st acceleration sensor 7 2nd acceleration sensor 8 3rd AD conversion part 9 4th AD conversion part 10 1st synthetic | combination process Unit 11 second composition processing unit 12 first posture angle computing unit 13 second posture angle computing unit 14 first probability model computing unit 15 second probability model computing unit 16 addition processing unit

Claims (18)

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。
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.
請求項1記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項2記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項3記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項4記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項5記載の姿勢角度演算装置であって、
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:
請求項1乃至6のうちいずれか1項記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項6記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項8記載の姿勢角度演算装置であって、
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:
請求項9記載の姿勢角度演算装置であって、
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:
請求項10記載の姿勢角度演算装置であって、
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.
請求項1乃至11のうちいずれか1項記載の姿勢角度演算装置と、
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:
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。
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.
請求項13記載の姿勢角度演算方法であって、
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.
請求項14記載の姿勢角度演算方法であって、
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.
請求項15記載の姿勢角度演算方法であって、
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.
請求項16記載の姿勢角度演算方法であって、
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:
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。
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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