JP2015108595A - Sensor output correction device, sensor output correction method and sensor output correction program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイナミックレンジの異なる2つのセンサーからの出力が受信されるセンサー出力補正装置、センサー出力補正方法及びセンサー出力補正プログラム等に関する。 The present invention relates to a sensor output correction device that receives outputs from two sensors having different dynamic ranges, a sensor output correction method, a sensor output correction program, and the like.
例えば、慣性センサーとしての加速度センサーでは、センサーが検出できるダイナミックレンジ、言い換えると最大加速度と、検出精度とは互いにトレードオフ(二律背反)的な関係にある。従って、例えば狭いダイナミックレンジの加速度センサーを用いた場合には、緩やかの動きに対しては高精度で検出可能であるが、速い動きに対してはセンサーの特性が飽和状態となり正確な動きを捉えることができなくなってしまう。反対に、広いダイナミックレンジのセンサーを用いた場合には、速い動きの検出が可能であるが、緩やかな動きに対してはきめ細かなデータ取得ができないという課題がある。 For example, in an acceleration sensor as an inertial sensor, the dynamic range that the sensor can detect, in other words, the maximum acceleration and the detection accuracy are in a trade-off relationship. Therefore, for example, when an acceleration sensor with a narrow dynamic range is used, it is possible to detect a gentle movement with high accuracy, but for a fast movement, the sensor characteristics become saturated and an accurate movement is captured. It becomes impossible to do. On the other hand, when a sensor with a wide dynamic range is used, fast motion can be detected, but there is a problem that fine data cannot be acquired for slow motion.
そこで、特許文献1に記載された発明では、±24Gの広いダイナミックレンジを有する加速度センサーと、±5の狭いダイナミックレンジの加速度センサーとを併用することにより、低速から高速の動きを検出可能としている。
Therefore, in the invention described in
2つの加速度センサーを併用する場合、2つの加速度センサーの各々について、初期バイアスの設定や温度補正など処理を行う必要があり、そのためのコストが増大する。 When two acceleration sensors are used in combination, it is necessary to perform processing such as initial bias setting and temperature correction for each of the two acceleration sensors, which increases costs.
本発明の幾つかの態様では、バイアス調整されて高精度な計測を行う第1慣性センサーの出力を用いて、第1慣性センサーよりもダイナミックレンジが広い第2の慣性センサーの出力を補正することができるセンサー出力補正装置、センサー出力補正方法及びセンサー出力補正プログラムを提供することができる。 In some aspects of the present invention, the output of the second inertial sensor having a dynamic range wider than that of the first inertial sensor is corrected using the output of the first inertial sensor that performs high-accuracy measurement by adjusting the bias. It is possible to provide a sensor output correction device, a sensor output correction method, and a sensor output correction program.
(1)本発明の一態様は、第1ダイナミックレンジを有する第1慣性センサーからの出力と、前記第1ダイナミックレンジよりも広い第2ダイナミックレンジを有する第2慣性センサーからの出力とが受信され、且つ、前記第1ダイナミックレンジ及び前記第2ダイナミックレンジの互いに重複するダイナミックレンジの出力であって、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーからの互いに同期する出力同士の差分を算出する差分算出部を含む演算部と、前記演算部の算出結果に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する補正部と、を有するセンサー出力補正装置に関する。 (1) In one aspect of the present invention, an output from a first inertial sensor having a first dynamic range and an output from a second inertial sensor having a second dynamic range wider than the first dynamic range are received. And the difference which calculates the difference of the outputs which are the dynamic ranges which the said 1st dynamic range and the said 2nd dynamic range mutually overlap, and mutually synchronize the outputs from the said 1st inertial sensor and the said 2nd inertial sensor. The present invention relates to a sensor output correction device including a calculation unit including a calculation unit and a correction unit that corrects an output from the second inertial sensor based on a calculation result of the calculation unit.
本発明の一態様では、第1慣性センサーがバイアス調整されていれば、第1ダイナミックレンジでは第1慣性センサーの出力をそのまま利用することができる。第2慣性センサーが未調整の場合、第1,第2慣性センサーの出力は等しいことを前提として、第2慣性センサーの出力を補正している。つまり、第1慣性センサーの出力に対する第2慣性センサーの出力の差分は、第2慣性センサーのバイアス値と推定できる。ここで、バイアス値とは、角速度や加速度がゼロである初期状態のときのゼロバイアスと、電源変動や温度変動などの外部要因に起因するランダムなドリフトとを含む誤差の総称である。よって、差分で求まる推定バイアス値に基づいて補正された第2慣性センサーの出力は、第1ダイナミックレンジを越えたレンジでの物理量としても適正な値であると期待される。つまり、第2慣性センサーは無調整でも利用することができる。 In one aspect of the present invention, if the first inertial sensor is bias-adjusted, the output of the first inertial sensor can be used as it is in the first dynamic range. When the second inertial sensor is not adjusted, the output of the second inertial sensor is corrected on the assumption that the outputs of the first and second inertial sensors are equal. That is, the difference between the output of the second inertial sensor and the output of the first inertial sensor can be estimated as the bias value of the second inertial sensor. Here, the bias value is a generic term for errors including zero bias in the initial state where the angular velocity and acceleration are zero, and random drift caused by external factors such as power supply fluctuation and temperature fluctuation. Therefore, the output of the second inertial sensor corrected based on the estimated bias value obtained from the difference is expected to be an appropriate value as a physical quantity in a range exceeding the first dynamic range. That is, the second inertial sensor can be used without adjustment.
(2)本発明の一態様では、前記差分算出部は、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の最小値と、前記最小値と同期する前記第2慣性センサーの出力との差分を算出することができる。 (2) In one aspect of the present invention, the difference calculation unit is configured such that the difference between the minimum value in the output detected by the first inertial sensor and the output of the second inertial sensor synchronized with the minimum value. Can be calculated.
第1慣性センサーにて検出された出力の中の最小値と、この最小値と同期する第2慣性センサーの出力との差分は、第2慣性センサーの0点バイアス値と推定でき、0点推定バイアス値を用いて第2慣性センサーの0点バイアス調整を行うことができる。 The difference between the minimum value of the output detected by the first inertial sensor and the output of the second inertial sensor synchronized with the minimum value can be estimated as the zero point bias value of the second inertial sensor, and the zero point estimation is performed. The zero point bias adjustment of the second inertial sensor can be performed using the bias value.
(3)本発明の一態様では、前記差分算出部は、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の最大値と、前記最大値と同期する前記第2慣性センサーの出力との差分を算出することができる。 (3) In one aspect of the present invention, the difference calculation unit is configured such that the difference between the maximum value among the outputs detected by the first inertial sensor and the output of the second inertial sensor synchronized with the maximum value. Can be calculated.
第1慣性センサーにて検出された出力は、第1ダイナミックレンジの上限付近で最大値となることがある。この最大値と、該最大値と同期する第2慣性センサーの出力との差分も、最大となることがある。その場合、第1ダイナミックレンジでの第1慣性センサーの出力と、第1ダイナミックレンジの上限を超えた第2ダイナミックレンジでの第2慣性センサーの出力との連続性は、第1ダイナミックレンジの上限付近の出力同士の差分を用いることで確保される。 The output detected by the first inertia sensor may become a maximum value near the upper limit of the first dynamic range. The difference between this maximum value and the output of the second inertial sensor synchronized with the maximum value may also be maximum. In that case, the continuity between the output of the first inertial sensor in the first dynamic range and the output of the second inertial sensor in the second dynamic range exceeding the upper limit of the first dynamic range is the upper limit of the first dynamic range. This is ensured by using the difference between nearby outputs.
(4)本発明の一態様では、前記差分算出部は、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分との平均値を前記差分として算出することができる。 (4) In one aspect of the present invention, the difference calculation unit includes a difference between outputs at time t1 in outputs detected by the first inertia sensor and the second inertia sensor, and at time t2. An average value with the difference between outputs can be calculated as the difference.
時刻t1でのバイアス値と時刻t2での推定バイアス値は必ずしも一致しないので、時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分との平均値を差分とすることで、第2慣性センサーの出力精度が高まる場合がある。 Since the bias value at time t1 and the estimated bias value at time t2 do not necessarily match, the average value of the difference between outputs at time t1 and the difference between outputs at time t2 is defined as a difference. The output accuracy of the two-inertia sensor may increase.
(5)本発明の一態様では、前記時刻t1での前記第1慣性センサーの出力を最小値として、前記時刻t2での前記第1慣性センサーの出力を最大値とすることができる。 (5) In one aspect of the present invention, the output of the first inertial sensor at the time t1 can be a minimum value, and the output of the first inertial sensor at the time t2 can be a maximum value.
こうして、第2慣性センサーの各推定バイアス値を平均化することで、補正後の第2慣性センサーの出力精度が高まる場合がある。 Thus, averaging the estimated bias values of the second inertial sensor may increase the output accuracy of the corrected second inertial sensor.
(6)本発明の一態様では、前記差分算出部は、算出指示信号に基づいて前記差分を繰り返し算出し、前記差分を最新に更新することができる。 (6) In one aspect of the present invention, the difference calculation unit can repeatedly calculate the difference based on a calculation instruction signal and update the difference to the latest.
バイアスは温度等の環境に依存して変化するので、長時間に亘って同一の推定バイアス値を用いることは好ましくなく、推定バイアス値を更新することが好ましい。更新タイミングである算出指示信号は、例えば所定時間毎に発生させることができる。 Since the bias changes depending on the environment such as temperature, it is not preferable to use the same estimated bias value for a long time, and it is preferable to update the estimated bias value. The calculation instruction signal that is the update timing can be generated, for example, every predetermined time.
(7)本発明の一態様では、前記差分算出部は、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分とをそれぞれ算出し、前記演算部は、さらに、前記差分算出部からの前記2つの差分を用いて係数Kを算出する係数算出部と、前記第2慣性センサーの出力に係数Kを乗算する乗算部と、を含み、前記補正部は、前記乗算部からの出力と前記第1慣性センサーの出力とに基づいて、前記第2慣性センサーの出力を補正することができる。 (7) In one aspect of the present invention, the difference calculation unit includes a difference between outputs at time t1 in outputs detected by the first inertia sensor and the second inertia sensor, and at time t2. A difference between outputs is calculated, and the calculation unit further includes a coefficient calculation unit that calculates a coefficient K using the two differences from the difference calculation unit, and a coefficient K as an output of the second inertial sensor. The correction unit can correct the output of the second inertial sensor based on the output from the multiplication unit and the output of the first inertial sensor.
第1慣性センサーからの出力と第2慣性センサーの出力との差分(推定バイアス値)は一定ではなく変化する。本発明の一態様のように、第2慣性センサーの出力に係数Kを乗じた値と第1慣性センサーの出力との差分(推定バイアス値)を算出することで、推定バイアス値の変化を少なくすることができる。 The difference (estimated bias value) between the output from the first inertia sensor and the output from the second inertia sensor is not constant but changes. As in one aspect of the present invention, by calculating a difference (estimated bias value) between a value obtained by multiplying the output of the second inertial sensor by a coefficient K and the output of the first inertial sensor, a change in the estimated bias value is reduced. can do.
(8)本発明の一態様では、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力をS1(t1)とし、時刻t2での出力をS1(t2)とし、前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力をSO2(t1)とし、時刻t2での出力をS1(t2)としたとき、
K=[S1(t1)−S1(t2)]/[SO2(t1)−SO2(t2)]
とすることができる。
(8) In one aspect of the present invention, the output at time t1 in the output detected by the first inertial sensor is S1 (t1), the output at time t2 is S1 (t2), and the first Among the outputs detected by the two inertial sensors, when the output at time t1 is SO2 (t1) and the output at time t2 is S1 (t2),
K = [S1 (t1) -S1 (t2)] / [SO2 (t1) -SO2 (t2)]
It can be.
係数Kは、第2慣性センサーの時刻t1−t2間の変化に対する、第1慣性センサーの時刻t1−t2間の変化の比率とすることができる。時刻t3での重複レンジを越えたレンジでの第2慣性センサーの出力SO2(t3)の補正後の出力SO2’(t3)は、例えば、出力SO2’(t3)=K・SO2(t3)+[S1(t1)−K・SO2(t1)]または出力SO2’(t3)=K・SO2(t3)+[S1(t2)−K・SO2(t2)]等で算出される。 The coefficient K can be a ratio of a change between the times t1 and t2 of the first inertial sensor with respect to a change between the times t1 and t2 of the second inertial sensor. The output SO2 ′ (t3) after correction of the output SO2 (t3) of the second inertial sensor in the range exceeding the overlapping range at time t3 is, for example, output SO2 ′ (t3) = K · SO2 (t3) + [S1 (t1) −K · SO2 (t1)] or output SO2 ′ (t3) = K · SO2 (t3) + [S1 (t2) −K · SO2 (t2)] or the like.
(9)本発明の一態様では、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中で、前記時刻t1での出力S1(t1)は最大値及び最小値の一方であり、前記時刻t2での出力S1(t2)は最大値及び最小値の他方とすることができる。 (9) In one aspect of the present invention, among the outputs detected by the first inertial sensor, the output S1 (t1) at the time t1 is one of a maximum value and a minimum value, and at the time t2. The output S1 (t2) can be the other of the maximum value and the minimum value.
こうすると、係数Kは、第2慣性センサーの時刻t1−t2間の最大変化に対する、第1慣性センサーの時刻t1−t2間の最大変化の比率とすることができる。 In this way, the coefficient K can be the ratio of the maximum change between the times t1 and t2 of the first inertial sensor to the maximum change between the times t1 and t2 of the second inertial sensor.
(10)本発明の一態様では、前記第1慣性センサーおよび前記第2慣性センサーは、実質的に同一箇所に取り付けることができる。 (10) In one aspect of the present invention, the first inertial sensor and the second inertial sensor can be attached to substantially the same location.
上述の通り、第1,第2慣性センサー実質的に同一箇所に取り付けられると、第1,第2慣性センサーの出力は等しくなる。こうして、第1慣性センサーの出力に対する第2慣性センサーの出力の差分は、第2慣性センサーのバイアス値と推定できるので、第2慣性センサーは無調整でも利用することができる。 As described above, when the first and second inertial sensors are mounted at substantially the same location, the outputs of the first and second inertial sensors become equal. Thus, since the difference between the output of the second inertia sensor and the output of the first inertia sensor can be estimated as the bias value of the second inertia sensor, the second inertia sensor can be used without adjustment.
(11)本発明の他の態様は、第1ダイナミックレンジを有する第1慣性センサーからの出力と、前記第1ダイナミックレンジよりも広い第2ダイナミックレンジを有する第2慣性センサーからの出力とを受信する工程と、前記第1ダイナミックレンジ及び前記第2ダイナミックレンジの互いに重複するレンジの出力であって、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーからの互いに同期する出力同士の差分を算出する工程と、前記差分に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する工程と、を有するセンサー出力補正方法に関する。 (11) Another aspect of the present invention receives an output from a first inertial sensor having a first dynamic range and an output from a second inertial sensor having a second dynamic range wider than the first dynamic range. And a step of calculating a difference between outputs of the first dynamic range and the second dynamic range that overlap with each other and that are synchronized with each other from the first inertia sensor and the second inertia sensor. And a step of correcting the output from the second inertial sensor based on the difference.
本発明の他の態様でも、本発明の一態様と同様に、第1慣性センサーの出力に対する第2慣性センサーの出力の差分で求まる推定バイアス値に基づいて、第2慣性センサーの出力を補正することで、その補正値は、第1ダイナミックレンジを越えたレンジでの物理量として用いることができる。 In another aspect of the present invention, as in one aspect of the present invention, the output of the second inertial sensor is corrected based on the estimated bias value obtained by the difference between the output of the second inertial sensor and the output of the first inertial sensor. Thus, the correction value can be used as a physical quantity in a range exceeding the first dynamic range.
(12)本発明のさらに他の態様は、第1ダイナミックレンジを有する第1慣性センサーからの出力、及び、前記第1ダイナミックレンジよりも広い第2ダイナミックレンジを有する第2慣性センサーの出力のうち、互いに重複するダイナミックレンジの出力データで、且つ、互いに同期する出力同士の差分を算出する手順と、前記差分に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する手順と、をコンピューターに実施させるセンサー出力補正プログラムに関する。 (12) According to still another aspect of the present invention, an output from a first inertial sensor having a first dynamic range and an output of a second inertial sensor having a second dynamic range wider than the first dynamic range are provided. The computer performs a procedure for calculating a difference between outputs that are output in a dynamic range that overlaps each other and that are synchronized with each other, and a procedure for correcting the output from the second inertial sensor based on the difference. The present invention relates to a sensor output correction program.
本発明の他の態様に係るセンサー出力補正プログラムは、本発明の一態様に係るセンサー出力補正装置の動作をコンピューターに実行させることができる。このプログラムは、センサー出力補正装置に当初から記憶されていても良いし、記憶媒体に格納されてセンサー出力補正装置にインストールされても良いし、ネットワークを通じてサーバーからセンサー出力補正装置の通信端末にダウンロードされても良い。 A sensor output correction program according to another aspect of the present invention can cause a computer to execute the operation of the sensor output correction apparatus according to one aspect of the present invention. This program may be stored in the sensor output correction device from the beginning, stored in a storage medium and installed in the sensor output correction device, or downloaded from a server to a communication terminal of the sensor output correction device through a network. May be.
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
(1)運動解析装置の構成
図1は本発明の一実施形態に係る運動解析装置(例えば、ゴルフスイング解析装置)11の構成を概略的に示す。運動解析装置11には第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2が接続される。第1慣性センサー1は、例えば±24Gの第1ダイナミックレンジを有する加速度センサーが搭載される。第2慣性センサー2は、第1ダイナミックレンジよりも広い例えば±70Gの第2ダイナミックレンジを有する加速度センサーが搭載される。第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2の各々には加速度センサーに加えて、例えば、ジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸x,y,z方向に個々に加速度を検出することができる。ジャイロセンサーは互いに直交する三軸x,y,zの各軸回りに個別に角速度を検出することができる。第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2は、それぞれ検出信号を出力する。各検出信号で個々の軸ごとに加速度および角速度は特定される。加速度センサーおよびジャイロセンサーは比較的に精度よく加速度および角速度の情報を検出する。
(1) Configuration of Motion Analysis Device FIG. 1 schematically shows a configuration of a motion analysis device (for example, a golf swing analysis device) 11 according to an embodiment of the present invention. A first
第1慣性センサー1はゴルフクラブ(運動具)13に取り付けられる。ゴルフクラブ13はシャフト13aおよびグリップ13bを備える。グリップ13bが手で握られる。グリップ13bはシャフト13aの軸と同軸に形成される。シャフト13aの先端にはクラブヘッド13cが結合される。望ましくは、第1慣性センサー1はゴルフクラブ13のシャフト13aまたはグリップ13bに取り付けられる。第1慣性センサー1はゴルフクラブ13に相対移動不能に固定されればよい。第2慣性センサー2は、第1慣性センサー1と実質的に同一箇所、例えば第1慣性センサー1の上に固定される。第2慣性センサー2は第1慣性センサー1に相対移動不能に固定されればよい。
The first
ここで、第1慣性センサー1の取り付けにあたって第1慣性センサー1の局座標系をx1,y1,z1とすると、例えばy1軸はシャフト13aの軸に平行に設定される。第1慣性センサー1の検出軸の他の1つである例えばx1軸はクラブヘッド13cのフェース面と交差するターゲット方向Aと平行に設定される。第1慣性センサー1の検出軸の他の1つである例えばz1軸は、x1軸及びy1軸に直交するように設定される。
Here, when the first
一方、第2慣性センサー2の取り付けにあたって第2慣性センサー2の局座標系をx2,y2,z2とすると、y2軸はy1軸と平行に、x2軸はx1軸と平行に、z2軸はz1軸と平行に設定される。
On the other hand, when attaching the second
ゴルフスイング解析装置11は演算処理回路14を備える。演算処理回路14には第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2が接続される。接続にあたって演算処理回路14には所定のインターフェイス回路15が接続される。このインターフェイス回路15は有線で第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2に接続されてもよく無線で第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2に接続されてもよい。演算処理回路14には第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2から検出信号が供給される。演算処理回路14には、第2慣性センサー2の出力を補正するセンサー出力補正装置100が設けられる。このセンサー出力補正装置100については後述する。
The golf
演算処理回路14には記憶装置16が接続される。記憶装置16には例えばゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム(運動解析プログラム)17および関連するデータが格納できる。演算処理回路14はセンサー出力補正プログラムを含むゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム17を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置16にはDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリー)や大容量記憶装置ユニット、不揮発性メモリー等が含まれることができる。例えばDRAMには、ゴルフスイング解析方法の実施にあたって一時的にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム17が保持される。ハードディスク駆動装置(HDD)といった大容量記憶装置ユニットにはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム17およびデータが保存される。不揮発性メモリーにはBIOS(基本入出力システム)といった比較的に小容量のプログラムやデータが格納される。
A
演算処理回路14には画像処理回路18が接続される。演算処理回路14は画像処理回路18に所定の画像データを送る。画像処理回路18には表示装置19が接続される。接続にあたって画像処理回路18には所定のインターフェイス回路(図示されず)が接続される。画像処理回路18は、入力される画像データに応じて表示装置19に画像信号を送る。表示装置19の画面には画像信号で特定される画像が表示される。表示装置19には液晶ディスプレイその他のフラットパネルディスプレイが利用される。ここでは、演算処理回路14、記憶装置16および画像処理回路18は例えばコンピューター装置として提供される。
An
演算処理回路14には入力装置21が接続される。入力装置21は少なくともアルファベットキーおよびテンキーを備える。入力装置21から文字情報や数値情報が演算処理回路14に入力される。入力装置21は例えばキーボードで構成されればよい。コンピューター装置およびキーボードの組み合わせは例えばスマートフォンや携帯電話端末、タブレットPC(パーソナルコンピューター)等に置き換えられてもよい。
An input device 21 is connected to the
(2)センサー出力補正装置
図1に示す演算処理回路14に設けられるセンサー出力補正装置100について図2を参照して説明する。第1慣性センサー1の出力をSO1とし、第2慣性センサー2の出力をSO2とする。センサー出力補正装置100は、演算部110と補正部120とを含む。本実施形態では、演算部110は、第1ダイナミックレンジ及び第2ダイナミックレンジの重複レンジ(つまり±24G)の出力SO1,SO2であって、第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2から受信される互いに同期する出力同士の差分ΔSO=SO1−SO2を算出する差分算出部110Aにて構成される。補正部120は、差分ΔSOに基づいて第2慣性センサー2からの出力SO2を補正後の出力SO2’に補正する。
(2) Sensor Output Correction Device A sensor
ここで、第1慣性センサー1は、キャリブレーションが実施されてバイアス値が調整される高性能な慣性センサーを用いる。バイアス値とは、角速度や加速度がゼロである初期状態のときのゼロバイアスと、電源変動や温度変動などの外部要因に起因するランダムなドリフトとを含む誤差の総称である。よって、第1慣性センサー1の出力SO1をセンサー出力補正装置100で補正する必要はない。つまり、第1慣性センサー1がバイアス調整されているので、第1ダイナミックレンジ(±24G)では第1慣性センサー1の出力SO1をそのまま利用することができる。しかし、第1ダイナミックレンジ(±24G)を超えたレンジでは、第1慣性センサー1の出力SO1は飽和するので、代わりに第2慣性センサー2の出力SO2を用いる必要がある。
Here, the first
一方、第2慣性センサー2はダイナミックレンジが第1慣性センサー1よりも広いが、バイアス無調整の慣性センサーである。よって、本実施形態ではセンサー出力補正装置100の補正対象は第2慣性センサー2の出力SO2である。
On the other hand, the second
第2慣性センサー2のバイアス調整原理の前提として、実質的に同一箇所に取り付けられる第1,第2慣性センサーの出力SO1,SO2は、第1及び第2ダイナミックレンジの重複レンジ(±24G)では等しいはずである。センサー出力補正装置100は、このことを前提条件として、第2慣性センサー2の出力SO2を補正している。差分算出部110Aは、重複レンジ(±24G)にて第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2から受信される互いに同期する出力同士の差分ΔSO=SO1−SO2を算出する。つまり、第1慣性センサー1の出力SO1に対する第2慣性センサー2の出力SO2の差分ΔSOは、上述した前提条件から第2慣性センサー2のバイアス値と推定できる。差分ΔSOにより補正された第2慣性センサー2の重複レンジ(±24G)の出力SO2’は、第1慣性センサー1の出力SO1と等しいとみなすことができるからである。よって、差分ΔSOで求まる推定バイアス値に基づいて補正された第2慣性センサー2の出力SO2’は、第1ダイナミックレンジ(±24G)を越えたレンジでも、バイアス調整された物理量として期待される。つまり、第2慣性センサー2は無調整でも利用することができる。
As a premise of the bias adjustment principle of the second
(2−1)センサー出力補正例1
図3は、横軸に時間(msec)とし、縦軸を加速度(G)として、第1慣性センサー1の出力SO1と、第2慣性センサー2の出力SO2とをプロットしたものである。図3は、両出力SO1,SO2共に時間経過に従い加速度が大きくなるように、ゴルフクラブ13がスイング操作された時の出力例である。ただし、第1慣性センサー1の出力SO1は、第1ダイナミックレンジ(±24G)の上限(図2では+24G)を超えると飽和している。
(2-1) Sensor output correction example 1
FIG. 3 plots the output SO1 of the first
第2慣性センサー2の出力SO2は、第1ダイナミックレンジ(±24G)の上限(図3では+24G)を超えても飽和せずに時間と共に上昇している。しかし、第1ダイナミックレンジ(±24G)においても、第2慣性センサー2の出力SO2は第1慣性センサー1の出力SO1と不一致である(図2では出力SO2の方が低い)。
The output SO2 of the second
図3にはさらに、図2に示す差分算出部110Aからの出力である差分ΔSO(=SO1−SO2)がプロットされている。図2では差分ΔSOは一定ではないが、第1ダイナミックレンジ(±24G)内のいずれか一時刻での差分か、または複数時刻の差分の平均値を推定バイアス調整値として用いる他ない。なぜなら、第2慣性センサー2の出力を補正する対象は、第1ダイナミックレンジ(±24G)を超えたレンジであり、そのレンジでは第1慣性センサー1の出力SO1が飽和するからである。
FIG. 3 further plots a difference ΔSO (= SO1−SO2) that is an output from the
そこで、差分算出部110Aは、時刻t1と同期する算出指示信号に基づいて、第1慣性センサー1にて検出された出力の中の時刻t1での最小値SO1(t1)と、その最小値と同期する第2慣性センサー2の出力SO2(t1)との差分[SO1(t1)−SO2(t1)]を算出することができる。この場合、補正部120は、第1ダイナミックレンジ(±24G)を超えたレンジとなる時刻t3での第2慣性センサー2の出力SO2(t3)を差分[SO1(t1)−SO2(t1)]で補正した補正後の出力SO2’(t3)として、SO2’(t3)=出力SO2(t3)+[SO1(t1)−SO2(t1)]を算出して求める。
Therefore, the
第1慣性センサー1にて検出された出力の中の最小値SO1(t1)と、この最小値と同期する第2慣性センサーの出力SO2(t1)との差分[SO1(t1)−SO2(t1)]は、第2慣性センサー2の0点バイアス値と推定でき、0点推定バイアス値を用いて第2慣性センサー2の0点バイアス調整を行うことができる。
Difference [SO1 (t1) −SO2 (t1) between the minimum value SO1 (t1) in the output detected by the first
ただし、図3の特性の場合には、時刻t1での差分[SO1(t1)−SO2(t1)]をバイアス推定値とすると、第1ダイナミックレンジの上限に近い時刻t2での第1慣性センサー1の出力SO1と、第2慣性センサー2の補正後の出力SO2’(t3)=出力SO2(t3)+[SO1(t1)−SO2(t1)]と連続性は悪化する。
However, in the case of the characteristics shown in FIG. 3, if the difference [SO1 (t1) −SO2 (t1)] at time t1 is the estimated bias value, the first inertial sensor at time t2 close to the upper limit of the first dynamic range. 1 and the corrected output SO2 ′ (t3) = output SO2 (t3) + [SO1 (t1) −SO2 (t1)] of the second
このような場合、差分算出部110Aは、時刻t2と同期する算出指示信号に基づいて、第1慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t2での最大値SO1(t2)と、その最大値と同期する第2慣性センサー2の出力SO2(t2)との差分[SO1(t2)−SO2(t2)]を、バイアス推定値として算出することができる。この場合、補正部120は、第1ダイナミックレンジ(±24G)を超えたレンジとなる時刻t3での第2慣性センサー2の出力SO2(t3)を差分[SO1(t2)−SO2(t2)]で補正した補正後の出力SO2’(t3)として、SO2’(t3)=出力SO2(t3)+[SO1(t2)−SO2(t2)]を算出して求める。
In such a case, the
図3の例では、第1ダイナミックレンジでの第1慣性センサー1の出力SO1(t2)と、第1ダイナミックレンジの上限を超えた第2ダイナミックレンジでの第2慣性センサー2の出力との連続性は、第1ダイナミックレンジの上限付近の時刻t2での出力同士の差分を用いることで確保される。
In the example of FIG. 3, the output SO1 (t2) of the first
変形例として、差分算出部110Aは、第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2にて検出された出力の中の異なる時刻の出力を選択し、例えば時刻t1に同期した算出指示信号に基づく時刻t1での出力同士の差分と、例えば時刻t2に同期した算出指示信号に基づく時刻t2での出力同士の差分との平均値[SO1(t1)−SO2(t1)]/2+[SO1(t2)−SO2(t2)]/2を差分として算出することができる。この場合、演算部110は、減算器の他記憶部や除算器等を内蔵することができる。
As a modification, the
時刻t1でのバイアス値と時刻t2での推定バイアス値は必ずしも一致しないので、時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分との平均値を差分とすることで、第2慣性センサー2の出力精度が高まる場合がある。図3の例のように、時刻t1での第1慣性センサー1の出力を最小値として、時刻t2での第1慣性センサー1の出力を最大値とする、時刻t1,t2に同期した算出指示信号を選択しても良い。
Since the bias value at time t1 and the estimated bias value at time t2 do not necessarily match, the average value of the difference between outputs at time t1 and the difference between outputs at time t2 is defined as a difference. The output accuracy of the two-
差分算出部110Aは、図4に示す時刻T1,T2,T3,…に同期する算出指示信号に基づいて差分ΔSOを繰り返し算出し、最新の差分ΔSOに更新することができる。
The
バイアスは温度等の環境に依存して変化するので、長時間に亘って同一の推定バイアス値を用いることは好ましくなく、推定バイアス値を更新することが好ましい。更新タイミングである算出指示信号は、例えば所定時間毎に発生させることができる。 Since the bias changes depending on the environment such as temperature, it is not preferable to use the same estimated bias value for a long time, and it is preferable to update the estimated bias value. The calculation instruction signal that is the update timing can be generated, for example, every predetermined time.
(2−2)センサー出力補正例2
図5に示す演算部110は、差分算出部111、係数算出部112及び乗算部113を含んでいる。差分算出部111、第1慣性センサー1及び第2慣性センサー2にて検出された出力の中の時刻t1での出力同士の差分ΔSO(t1)と、時刻t2での出力同士の差分ΔSO(t2)とをそれぞれ算出する。ここで、ΔSO(t1)=SO1(t1)−SO2(t1)であり、ΔSO(t2)=SO1(t2)−SO2(t2)である。
(2-2) Sensor output correction example 2
The
係数算出部112は、差分算出部111からの2つの差分ΔSO(t1),ΔSO(t2)を用いて、第2慣性センサー2の出力に乗算される係数Kを算出する。
The
ここで、第1慣性センサーからの出力と第2慣性センサーの出力との差分(推定バイアス値)は一定ではなく変化する。第2慣性センサーの出力に係数Kを乗じた値と第1慣性センサーの出力との差分(推定バイアス値)を算出することで、推定バイアス値の変化を少なくすることができる。 Here, the difference (estimated bias value) between the output from the first inertia sensor and the output from the second inertia sensor is not constant but changes. By calculating the difference (estimated bias value) between the value obtained by multiplying the output of the second inertial sensor by the coefficient K and the output of the first inertial sensor, the change in the estimated bias value can be reduced.
第1慣性センサー1にて検出された出力の中の時刻t1での出力をSO1(t1)とし、時刻t2での出力をSO1(t2)とし、第2慣性センサー2にて検出された出力の中の時刻t1での出力をS2(t1)とし、時刻t2での出力をSO1(t2)としたとき、
K=[SO1(t1)−SO1(t2)]/[SO2(t1)−SO2(t2)]
とすることができる。
Of the outputs detected by the first
K = [SO1 (t1) -SO1 (t2)] / [SO2 (t1) -SO2 (t2)]
It can be.
このように係数Kは、第2慣性センサー2の時刻t1−t2間の変化に対する、第1慣性センサー1の時刻t1−t2間の変化の比率とすることができる。乗算部113は、図5に示すように、係数Kを第2慣性センサー2の出力SO2に乗算する。
Thus, the coefficient K can be the ratio of the change between the times t1 and t2 of the first
図6は、図3と同様に横軸に時間(msec)とし、縦軸を加速度(G)として、第1慣性センサー1の出力SO1と、第2慣性センサー2の出力SO2に係数Kを乗じたK・SO2とをプロットしたものである。同時にプロットされている、第1慣性センサー1の出力SO1とK・SO2との差分ΔSO=SO1−K・SO2は、ほぼ一定となっている。よって、図3に示す差分ΔSO=SO1−SO2を用いる場合よりも、図6に示す差分ΔSO=SO1−K・SO2の方が推定バイアス値として優れている。
6, the horizontal axis is time (msec), the vertical axis is acceleration (G), and the output SO1 of the first
図5に示すように、演算部110の出力が入力される補正部121が設けられる。ここで、時刻t3での重複レンジを越えたレンジでの第2慣性センサーの出力SO2(t3)が受信された時の補正部121の補正後の出力SO2’(t3)は、例えば、出力S2’(t3)=K・SO2(t3)+[SO1(t1)−K・SO2(t1)]または出力S2’(t3)=K・SO2(t3)+[SO1(t2)−K・SO2(t2)]等で算出される。この補正部121の補正後の出力SO2’を時刻t1からプロットすると、図7に示すように+24G以下の第1ダイナミックレンジでは第1慣性センサー1の出力OS1と重なり、第2ダイナミックレンジでは第1慣性センサー1の出力OS1の上限から連続して上昇する値となる。
As shown in FIG. 5, a
図3のように、第1慣性センサーにて検出された出力の中で、時刻t1での出力SO1(t1)は最大値及び最小値の一方であり、時刻t2での出力SO1(t2)は最大値及び最小値の他方となるように選択することができる。こうすると、係数Kは、第2慣性センサー2の時刻t1−t2間の最大変化に対する、第1慣性センサー1の時刻t1−t2間の最大変化の比率とすることができる。
As shown in FIG. 3, among the outputs detected by the first inertial sensor, the output SO1 (t1) at time t1 is one of the maximum value and the minimum value, and the output SO1 (t2) at time t2 is It can be selected to be the other of the maximum value and the minimum value. In this way, the coefficient K can be the ratio of the maximum change between the times t1 and t2 of the first
本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、第1,第2慣性センサー1,2や演算処理回路14、センサー出力補正装置100等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。また、本発明が適用される運動解析例はゴルフに限らない。なお、本発明は必ずしも運動解析に限定されず、ダイナミックレンジの異なる第1,第2慣性センサー1,2を用いた広い用途に適用できる。
Although the present embodiment has been described in detail, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configurations and operations of the first and second
1 第1慣性センサー、2 第2慣性センサー、11 運動解析装置(ゴルフスイング解析装置)、13 運動具、ゴルフクラブ、13a シャフト、13b グリップ、13c クラブヘッド、14 コンピューター(演算処理回路)、17 運動解析プログラム(ゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム)、100 センサー出力補正装置、110 演算部、110A,111 差分算出部、120 補正部、112 係数算出部、113 乗算部、121 補正部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記演算部の算出結果に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する補正部と、
を有するセンサー出力補正装置。 An output from a first inertial sensor having a first dynamic range and an output from a second inertial sensor having a second dynamic range wider than the first dynamic range are received, and the first dynamic range and the A calculation unit including a difference calculation unit that calculates a difference between outputs synchronized with each other from the first inertial sensor and the second inertial sensor, which are outputs of dynamic ranges overlapping each other in the second dynamic range;
A correction unit that corrects an output from the second inertial sensor based on a calculation result of the calculation unit;
A sensor output correction device.
前記差分算出部は、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の最小値と、前記最小値と同期する前記第2慣性センサーの出力との差分を算出することを特徴とするセンサー出力補正装置。 The sensor output correction device according to claim 1,
The difference calculating unit calculates a difference between a minimum value of outputs detected by the first inertial sensor and an output of the second inertial sensor synchronized with the minimum value. Correction device.
前記差分算出部は、前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の最大値と、前記最大値と同期する前記第2慣性センサーの出力との差分を算出することを特徴とするセンサー出力補正装置。 The sensor output correction device according to claim 1,
The difference calculating unit calculates a difference between a maximum value of outputs detected by the first inertial sensor and an output of the second inertial sensor synchronized with the maximum value. Correction device.
前記差分算出部は、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分との平均値を前記差分として算出することを特徴とするセンサー出力補正装置。 The sensor output correction device according to claim 1,
The difference calculation unit calculates an average value of a difference between outputs at a time t1 in outputs detected by the first inertia sensor and the second inertia sensor and a difference between outputs at a time t2. A sensor output correction device characterized by calculating as a difference.
前記時刻t1での前記第1慣性センサーの出力を最小値とし、前記時刻t2での前記第1慣性センサーの出力を最大値とすることを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction device according to claim 4,
The sensor output correction apparatus characterized in that the output of the first inertial sensor at the time t1 is set to a minimum value, and the output of the first inertial sensor at the time t2 is set to a maximum value.
前記差分算出部は、算出指示信号に基づいて前記差分を繰り返し算出し、前記差分を最新に更新することを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction device according to any one of claims 1 to 5,
The difference calculation unit repeatedly calculates the difference based on a calculation instruction signal, and updates the difference to the latest.
前記差分算出部は、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力同士の差分と、時刻t2での出力同士の差分とをそれぞれ算出し、
前記演算部は、さらに、前記差分算出部からの前記2つの差分を用いて係数Kを算出する係数算出部と、
前記第2慣性センサーの出力に係数Kを乗算する乗算部と、を含み、
前記補正部は、前記乗算部からの出力と前記第1慣性センサーの出力とに基づいて、前記第2慣性センサーの出力を補正することを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction according to claim 1,
The difference calculation unit calculates a difference between outputs at time t1 and a difference between outputs at time t2 among outputs detected by the first inertia sensor and the second inertia sensor,
The calculation unit further includes a coefficient calculation unit that calculates a coefficient K using the two differences from the difference calculation unit;
A multiplier for multiplying the output of the second inertial sensor by a coefficient K,
The sensor output correction device, wherein the correction unit corrects an output of the second inertial sensor based on an output from the multiplication unit and an output of the first inertial sensor.
前記第1慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力をS1(t1)とし、時刻t2での出力をS1(t2)とし、前記第2慣性センサーにて検出された出力の中の時刻t1での出力をSO2(t1)とし、時刻t2での出力をS1(t2)としたとき、
K=[S1(t1)−S1(t2)]/[SO2(t1)−SO2(t2)]
とすることを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction device according to claim 7,
Of the outputs detected by the first inertial sensor, the output at time t1 is S1 (t1), the output at time t2 is S1 (t2), and the output detected by the second inertial sensor is When the output at time t1 is SO2 (t1) and the output at time t2 is S1 (t2),
K = [S1 (t1) -S1 (t2)] / [SO2 (t1) -SO2 (t2)]
A sensor output correction device characterized by that.
前記第1慣性センサーにて検出された出力の中で、前記時刻t1での出力S1(t1)は最大値及び最小値の一方であり、前記時刻t2での出力S1(t2)は最大値及び最小値の他方であることを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction device according to claim 8,
Among the outputs detected by the first inertial sensor, the output S1 (t1) at the time t1 is one of the maximum value and the minimum value, and the output S1 (t2) at the time t2 is the maximum value and A sensor output correction device characterized by being the other of the minimum values.
前記第1慣性センサーおよび前記第2慣性センサーは、実質的に同一箇所に取り付けられていることを特徴とするセンサー出力補正装置。 In the sensor output correction device according to any one of claims 1 to 9,
The sensor output correction device, wherein the first inertia sensor and the second inertia sensor are attached to substantially the same location.
前記第1ダイナミックレンジ及び前記第2ダイナミックレンジの互いに重複するレンジの出力であって、前記第1慣性センサー及び前記第2慣性センサーからの互いに同期する出力同士の差分を算出する工程と、
前記差分に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する工程と、
を有することを特徴とするセンサー出力補正方法。 Receiving an output from a first inertial sensor having a first dynamic range and an output from a second inertial sensor having a second dynamic range wider than the first dynamic range;
A step of calculating a difference between outputs of the first dynamic range and the second dynamic range that overlap each other, the outputs being synchronized with each other from the first inertia sensor and the second inertia sensor;
Correcting the output from the second inertial sensor based on the difference;
A sensor output correction method comprising:
前記差分に基づいて、前記第2慣性センサーからの出力を補正する手順と、
をコンピューターに実施させることを特徴とするセンサー出力補正プログラム。 Out of the output from the first inertial sensor having the first dynamic range and the output of the second inertial sensor having the second dynamic range wider than the first dynamic range, output data having a dynamic range overlapping each other, and A procedure for calculating a difference between outputs synchronized with each other;
Correcting the output from the second inertial sensor based on the difference;
A sensor output correction program characterized by causing a computer to execute.
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JP2013252476A JP2015108595A (en) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | Sensor output correction device, sensor output correction method and sensor output correction program |
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WO2019189191A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | Ntn株式会社 | Acceleration detection device and bearing device provided with same |
-
2013
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