JP2022144935A - Attitude control device and attitude control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御対象の姿勢を安定させるための姿勢制御装置及び姿勢制御方法に関する。 The present invention relates to an attitude control device and an attitude control method for stabilizing the attitude of an object to be controlled.
複数の駆動軸を有する電動ジンバルの姿勢制御を行っている状態でTILT方向へ持ち手部の姿勢を変化させると、ROLLの制御軸がROLL軸からPAN軸に変化し、PANの制御軸がPAN軸からROLL軸に変化するため、姿勢情報を補正する必要がある。特許文献1には、各駆動部の磁気回転エンコーダからの回転情報を用いて姿勢情報を補正する構成が開示されている。特許文献2には、オフセットするべき角度を考慮した各駆動軸に対する制御コマンドを発行することで、姿勢情報を補正する構成が開示されている。 When the posture of the handle is changed in the TILT direction while the posture of an electric gimbal having multiple drive axes is being controlled, the control axis of ROLL changes from the ROLL axis to the PAN axis, and the PAN control axis changes to PAN. Since it changes from the axis to the ROLL axis, it is necessary to correct the attitude information. Patent Literature 1 discloses a configuration for correcting posture information using rotation information from a magnetic rotary encoder of each drive unit. Patent Document 2 discloses a configuration for correcting attitude information by issuing a control command for each drive axis in consideration of the angle to be offset.
しかしながら、特許文献1の構成では、各駆動部の磁気回転エンコーダからの回転情報を用いるため、各磁気回転エンコーダが有するリニアリティ誤差が、補正値の誤差に積みあがり、補正後の姿勢情報の精度に悪影響を及ぼしてしまう。また、コントローラが各磁気回転エンコーダの情報を必要とするため、通信情報が多くなったり時間がかかったりしてしまう。 However, in the configuration of Patent Document 1, since the rotation information from the magnetic rotary encoder of each driving unit is used, the linearity error of each magnetic rotary encoder is added to the error of the correction value, and the accuracy of the posture information after correction is reduced. have a bad effect. In addition, since the controller needs the information of each magnetic rotary encoder, the amount of communication information increases and it takes time.
また、特許文献2の構成では、オフセット分を常に考慮して制御コマンドを発行しなくてはならないので、通信情報が多くなったり時間がかかったりしてしまう。 In addition, in the configuration of Patent Document 2, since the control command must always be issued in consideration of the offset, the amount of communication information increases and it takes time.
本発明は、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことが可能であり、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であり、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能な姿勢制御装置を提供することを目的とする。 The present invention can perform stable attitude control even if the control-corresponding axis changes, can improve the accuracy of attitude information after correction, and can perform correction with less communication information and less time. It is an object of the present invention to provide an attitude control device capable of
本発明の一側面としての姿勢制御装置は、制御対象の姿勢制御を行う姿勢制御装置であって、制御対象を保持する保持部と、保持部の第1角速度及び第1加速度を検出する第1検出部と、第1角速度及び第1加速度を用いて保持部の第1姿勢角を推定する第1姿勢推定部と、第1モータを用いて保持部を第1軸周りに回転させる第1駆動部と、第2モータを用いて保持部を第1軸に直交する第2軸周りに回転させる第2駆動部と、第1駆動部と保持部との第1相対角度を算出する第1相対角度算出部と、第1相対角度を用いて第1加速度を補正することで第1補正加速度を算出する第1加速度補正部と、第1相対角度を用いて第1角速度を補正することで第1補正角速度を算出する第1角速度補正部と、第1駆動部の角速度を算出する角速度算出部と、第1補正加速度、第1補正角速度、及び第1駆動部の角速度を用いて保持部の第2姿勢角を算出する第2姿勢推定部とを有し、第1駆動部は、第1姿勢角を用いて姿勢制御を行い、第2駆動部は、第2姿勢角を用いて姿勢制御を行うことを特徴とする。 An attitude control apparatus according to one aspect of the present invention is an attitude control apparatus that performs attitude control of an object to be controlled, and includes a holding unit that holds the object to be controlled, and a first angular velocity and a first acceleration of the holding unit that detect a first angular velocity and a first acceleration. a detection unit, a first posture estimation unit that estimates a first posture angle of the holding unit using a first angular velocity and a first acceleration, and a first drive that rotates the holding unit around a first axis using a first motor a second drive unit that uses a second motor to rotate the holding unit about a second axis orthogonal to the first axis; and a first relative that calculates a first relative angle between the first drive unit and the holding unit. an angle calculation unit; a first acceleration correction unit that calculates a first corrected acceleration by correcting the first acceleration using the first relative angle; A first angular velocity correction section that calculates one corrected angular velocity, an angular velocity calculation section that calculates the angular velocity of the first drive section, and a holding section using the first corrected acceleration, the first corrected angular velocity, and the angular velocity of the first drive section. a second posture estimating unit that calculates a second posture angle, the first driving unit performs posture control using the first posture angle, and the second driving unit performs posture control using the second posture angle. characterized by performing
また、本発明の他の側面としての姿勢制御方法は、制御対象の姿勢制御を行う姿勢制御方法であって、制御対象を保持する保持部の第1角速度及び第1加速度を検出するステップと、第1角速度及び第1加速度を用いて保持部の第1姿勢角を推定するステップと、第1モータを用いて保持部を第1軸周りに回転させる第1駆動部と保持部との第1相対角度を算出するステップと、第1相対角度を用いて第1加速度を補正することで第1補正加速度を算出するステップと、第1相対角度を用いて第1角速度を補正することで第1補正角速度を算出するステップと、第1駆動部の角速度を算出するステップと、第1補正加速度、第1補正角速度、及び第1駆動部の角速度を用いて、保持部の第2姿勢角を算出するステップと、第1姿勢角を用いて第1駆動部による姿勢制御を行うステップと、第2姿勢角を用いて第2モータを用いて保持部を第1軸に直交する第2軸周りに回転させる第2駆動部による姿勢制御を行うステップとを有することを特徴とする。 Further, an attitude control method as another aspect of the present invention is an attitude control method for performing attitude control of an object to be controlled, the method comprising the step of detecting a first angular velocity and a first acceleration of a holding portion that holds the object to be controlled; estimating a first posture angle of the holding part using the first angular velocity and the first acceleration; calculating a relative angle; calculating a first corrected acceleration by correcting the first acceleration using the first relative angle; correcting the first angular velocity using the first relative angle to obtain the first acceleration; calculating a corrected angular velocity; calculating an angular velocity of the first driving part; and calculating a second posture angle of the holding part using the first corrected acceleration, the first corrected angular velocity, and the angular velocity of the first driving part. performing attitude control by the first driving section using the first attitude angle; and using the second attitude angle to move the holding section around a second axis perpendicular to the first axis using a second motor. and a step of performing attitude control by the rotating second drive unit.
本発明によれば、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことが可能であり、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であり、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能な姿勢制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to perform stable attitude control even if the control-corresponding axis changes, and it is possible to improve the accuracy of the attitude information after correction, so that the correction can be performed with less communication information and less time. It is possible to provide an attitude control device capable of performing
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same members, and overlapping descriptions are omitted.
各実施例の姿勢制御機器は、制御対象の姿勢制御を行う装置であって、例えば電動スタビライザであってもよいし、撮像装置に組み込まれる装置であってもよい。 The posture control device of each embodiment is a device that performs posture control of a controlled object, and may be, for example, an electric stabilizer or a device incorporated in an imaging device.
図1Aは、本実施例の2軸の姿勢制御を行う姿勢制御機器(姿勢制御装置)のブロック図である。本実施例の姿勢制御機器は、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を有する。保持部300は、制御対象を保持すると共に、第1駆動部100及び第2駆動部140により2軸方向へ回転可能に保持される。第1駆動部100は、第1モータ102を用いて保持部300を第1軸周りに回転させ、第2駆動部140は第2モータ142を用いて第1軸に直交する第2軸周りに回転させる。制御対象は例えば、撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像手段である。第2駆動部140は、第1駆動部100に対して、例えば図2乃至図4に示されるように配置されている。
FIG. 1A is a block diagram of an attitude control device (attitude control device) that performs two-axis attitude control according to this embodiment. The attitude control device of this embodiment has a
保持部300は、保持部300の角速度(第1角速度)及び加速度(第1加速度)を検出する第1IMUセンサ(第1検出部)301を有する。第1駆動部100は、第1駆動回路101、第1モータ102、第1回転角センサ(回転角検知部)103、第1MPU200、及び第1メモリ215を有する。第2駆動部140は、第2駆動回路141、第2モータ142、及び第2回転角センサ143を有する。
The
第1MPU200は、第1駆動信号処理部201、第1姿勢推定部203、第1相対角度算出部204、第1加速度補正部205、第1角速度補正部206、角速度算出部207、第2姿勢推定部208、及び第2駆動信号処理部241を有する。第1MPU200は、第1メモリ215に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第1姿勢推定部203は、第1IMUセンサ301からの角速度及び加速度を用いて保持部300の姿勢を推定する。具体的には、第1姿勢推定部203は、第1IMUセンサ301からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、保持部300の第1姿勢角である、第1TILT角、第1ROLL角、及び第1PAN角を算出する。
First
第1駆動信号処理部201は、第1姿勢推定部203からの第1TILT角とTILT軸目標角度との角度偏差、及び第1IMUセンサ301からのX軸角速度ωx1とTILT軸目標角速度との角速度偏差を取得する。第1駆動信号処理部201は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と第1回転角センサ103により検知された第1モータ102の回転角に基づく第1モータ102への通電パターンとを第1駆動回路101に送信する。
The first drive
第1駆動回路101は、第1駆動信号処理部201からの信号に応じて、第1モータ102を駆動する。
The
図5は、第1相対角度算出部204のブロック図である。第1相対角度算出部204は、第1姿勢角と第1回転角センサ103により検知された第1モータ102の回転角とを用いて第1駆動部100と保持部300との相対角度(第1相対角度)を算出する。具体的には、第1相対角度算出部204は、第1TILT角と、第1回転角センサ103により検知された第1モータ102の回転角及び第1メモリ215に記録されている第1駆動部配置角216との差である第1角度偏差θtdif1を算出する。なお、第1駆動部配置角216は、第1駆動部100に対する第2駆動部140の相対角である。
FIG. 5 is a block diagram of the first
第1加速度補正部205は、第1相対角度算出部204からの相対角度に基づいて保持部300の加速度を補正することで第1補正加速度を算出する。図6は、第1加速度補正部205による加速度補正処理を示すフローチャートである。
A first
ステップS101では、第1加速度補正部205は、第1相対角度算出部204から第1角度偏差θtdif1を取得する。
In step S<b>101 , the
ステップS102では、第1加速度補正部205は、第1姿勢推定部203から保持部300の第1姿勢角として第1ROLL角及び第1PAN角を取得する。
In step S<b>102 , the first
なお、ステップS101とステップS102の処理の順番は入れ替えてもよい。 Note that the order of the processes in steps S101 and S102 may be exchanged.
ステップS103では、第1加速度補正部205は、第1角度偏差θtdif1と第1ROLL角及び第1PAN角とを用いて、以下の式(1)で表されるZ軸方向にのみ重力加速度が発生している基準加速度ベクトルαbaseをセットする。
In step S103, the first
ステップS104では、第1加速度補正部205は、基準加速度ベクトルαbaseを、式(2)を用いて第1角度偏差だけ3次元回転させることで第1変形値α’baseを算出する。
In step S104, the first
ステップS105では、第1加速度補正部205は、第1変形値α’baseを、式(3)を用いて第1ROLL角だけ3次元回転させることで第2変形値α”baseを算出する。
In step S<b>105 , the first
ステップS106では、第1加速度補正部205は、第2変形値α”baseを、式(4)を用いてPAN角だけ3次元回転させることで第1加速度補正値(第1補正加速度)を算出する。
In step S106, the first
第1角速度補正部206は、第1相対角度算出部204からの相対角度に基づいて保持部300の角速度を補正することで第1補正角速度を算出する。図7は、第1角速度補正部206による角速度補正処理を示すフローチャートである。
A first angular
ステップS201では、第1角速度補正部206は、第1相対角度算出部204から第1角度偏差θtdif1を取得する。
In step S<b>201 , the first
ステップS202では、第1角速度補正部206は、第1IMUセンサ301から保持部300のY軸角速度ωy1及びZ軸角速度ωz1を取得する。
In step S<b>202 , the first angular
なお、ステップS101とステップS102の処理の順番は入れ替えてもよい。 Note that the order of the processes in steps S101 and S102 may be exchanged.
ステップS203では、第1角速度補正部206は、以下の式(5a)及び式(5b)を用いて、第1角度偏差θtdif1及びY軸角速度ωy1から第1Y軸角速度補正値ωycrr1及び第1Z軸角速度補正値ωzccr1を算出する。
In step S203, the first angular
ステップS204では、第1角速度補正部206は、以下の式(6a)及び式(6b)を用いて、第1角度偏差θtdif1及びZ軸角速度ωz1から第2Y軸角速度補正値ωycrr2及び第2Z軸角速度補正値ωzccr2を算出する。
In step S204, the first angular
ステップS205では、第1角速度補正部206は、第1Y軸角速度補正値ωycrr1と第2Y軸角速度補正値ωycrr2との差分値であるY軸角速度補正値(第1補正角速度)を算出する。
In step S205, the first angular
ステップS206では、第1角速度補正部206は、第1Z軸角速度補正値ωzcrr1と第2Z軸角速度補正値ωzcrr2との差分値であるZ軸角速度補正値(第1補正角速度)を算出する。
In step S206, the first angular
角速度算出部207は、第1回転角センサ103により検知された第1モータ102の回転角と、第1MPU200のサンプリング周期又は内部クロックとを用いて第1駆動部100の角速度を算出する。具体的には、角速度算出部207は、第1モータ102の回転角を単位時間で微分することで、第1駆動部100の角速度を算出する。
The angular
第2姿勢推定部208は、第1加速度補正部205からの第1加速度補正値と、第1角速度補正部206からのY軸及びZ軸角速度補正値と、角速度算出部207からの第1駆動部100の角速度とを用いて、保持部300の姿勢を推定する。具体的には、第2姿勢推定部208は、保持部300の第2姿勢角である、第2TILT角、第2ROLL角及び第2PAN角を算出する。
The second
第2駆動信号処理部241は、第2駆動部140がROLL軸に配置されている場合、第2ROLL角とROLL軸目標角度との角度偏差、及びY軸角速度補正値とROLL軸目標角速度との角速度偏差を算出する。また、第2駆動信号処理部241は、第2駆動部140がPAN軸に配置されている場合、第2PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第2駆動信号処理部241は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第2回転角センサ143により検知された第2モータ142の回転角に基づく第2モータ142への通電パターンとを第2駆動回路141に送信する。
When the
第2駆動回路141は、第2駆動信号処理部241からの信号に応じて、第2モータ142を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例では、第1駆動部100は第1姿勢推定部203からの保持部300の第1姿勢角で姿勢制御を行い、第2駆動部140は第2姿勢推定部208からの保持部300の第2姿勢角で姿勢制御を行う。
As described above, in this embodiment, the
本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 According to the configuration of the present embodiment, the attitude angle obtained by estimating the attitude using the acceleration correction value and the angular velocity correction value obtained by correcting the acceleration and the angular velocity, and the angular velocity correction value are applied to axes other than the TILT axis. Used for feedback control. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
以下、図1Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図1Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 A modification of the attitude control device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 1B. FIG. 1B is a block diagram of a modification of the posture control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度(第2角速度)及び加速度(第2加速度)を検出する第2IMUセンサ(第2検出部)401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部(支持部姿勢推定部)214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
図8Aは、本実施例の3軸の姿勢制御を行う姿勢制御装置のブロック図である。図9は、各駆動部と対応軸との関係を示す図である。本実施例では、実施例1と異なる構成について説明し、実施例1と同様の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。 FIG. 8A is a block diagram of an attitude control device that performs three-axis attitude control according to this embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between each drive unit and the corresponding shaft. In the present embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
本実施例の姿勢制御機器は、実施例1の構成に加え、第3駆動部170を有する。保持部300は、第1駆動部100、第2駆動部140、及び第3駆動部170により3軸方向へ回転可能に保持される。第3駆動部170は、第1軸と第2軸とに直交する第3軸周りに保持部300を回転させる。第2駆動部140及び第3駆動部170は、第1駆動部100に対して、例えば図10や図11に示されるように配置されている。第3駆動部170は、第3駆動回路171、第3モータ172、及び第3回転角センサ173を有する。
The attitude control device of the present embodiment has a
第1MPU200は、実施例1の構成に加え、第3駆動信号処理部271を有する。第3駆動信号処理部271は、第2PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第3駆動信号処理部271は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により操作量と、第3回転角センサ173により検知された第3モータ172の回転角に基づく第3モータ172への通電パターンとを第3駆動回路171に送信する。
The
第3駆動回路171は、第3駆動信号処理部271からの信号に応じて、第3モータ172を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例では、第3駆動部170は、第2姿勢推定部208からの保持部300の第2姿勢角で姿勢制御を行う。
As described above, in this embodiment, the
以上説明したように、本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the posture angle obtained by estimating the posture using the acceleration correction value and the angular speed correction value obtained by correcting the acceleration and the angular speed, and the angular speed correction value and are used for feedback control other than the TILT axis. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
なお、第2駆動部140がPAN軸に、第3駆動部170がROLL軸に構成される場合であっても、第2駆動信号処理部241と第3駆動信号処理部271に入力する軸のデータを変更することで、本実施例の構成を適用できるのは言うまでもない。
Even if the
以下、図8Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図8Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 Hereinafter, a modification of the attitude control device of this embodiment will be described with reference to FIG. 8B. FIG. 8B is a block diagram of a modification of the posture control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度及び加速度を検出する第2IMUセンサ401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
図12Aは、本実施例の3軸の姿勢制御を行う姿勢制御装置のブロック図である。本実施例では、実施例1と異なる構成について説明し、実施例1と同様の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。 FIG. 12A is a block diagram of an attitude control device that performs three-axis attitude control according to this embodiment. In the present embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
本実施例の姿勢制御機器は、実施例1の構成に加え、第3駆動部170を有する。保持部300は、第1駆動部100、第2駆動部140、及び第3駆動部170により3軸方向へ回転可能に保持される。第3駆動部170は、第1軸と第2軸とに直交する第3軸周りに保持部300を回転させる。第2駆動部140及び第3駆動部170は、第1駆動部100に対して、例えば図10や図11に示されるように配置されている。第3駆動部170は、第3駆動回路171、第3モータ172、及び第3回転角センサ173を有する。
The attitude control device of the present embodiment has a
第1MPU200は、実施例1の構成に加え、第2相対角度算出部209、第2加速度補正部210、第2角速度補正部211、第3姿勢推定部212、及び第3駆動信号処理部271を有する。
The
図13は、第2相対角度算出部209のブロック図である。第2相対角度算出部209は、第1姿勢角と第1モータ102の回転角とを用いて第1駆動部100と保持部300との相対角度(第2相対角度)を算出する。具体的には、第2相対角度算出部209は、第1TILT角と、第1モータ102の回転角及び第1メモリ215に記録されている第2駆動部配置角217との差分である第2角度偏差θtdif2を算出する。第2駆動部配置角217は、第1駆動部100に対する第3駆動部170の相対角である。
FIG. 13 is a block diagram of the second
第2加速度補正部210は、第2相対角度算出部209からの相対角度に基づいて保持部300の加速度を補正することで第2補正加速度を算出する。具体的には、第2加速度補正部210は、まず、第2相対角度算出部209からの第2角度偏差θtdif2と第1ROLL角及び第1PAN角とを用いて、式(1)で表されるZ軸方向にのみ重力加速度が発生している基準加速度ベクトルαbaseをセットする。次に、第2加速度補正部210は、基準加速度ベクトルαbaseを、式(2)を用いて第2角度偏差θtdif2だけ3次元回転させることで第1変形値α'base2を算出する。次に、第2加速度補正部205は、第1変形値α'base2を、式(3)を用いて第1ROLL角だけ3次元回転させることで第2変形値α”base2を算出する。最後に、第2加速度補正部205は、第2変形値α”base2を、式(4)を用いてPAN角だけ3次元回転させることで第2加速度補正値を算出する。
The second
第2角速度補正部211は、第2相対角度算出部209からの相対角度に基づいて保持部300の角速度を補正することで第2補正角速度を算出する。具体的には、第2角速度補正部211は、まず、以下の式(7a)及び式(7b)を用いて、第2角度偏差θtdif2及びY軸角速度ωy1から第1Y軸角速度補正値ωycrr3及び第1Z軸角速度補正値ωzcrr3を算出する。
A second angular
次に、第2角速度補正部211は、以下の式(8a)及び式(8b)を用いて、第2角度偏差θtdif2及びZ軸角速度ωz1から第2Y軸角速度補正値ωycrr4及び第2Z軸角速度補正値ωzccr4を算出する。
Next, the second angular
最後に、第2角速度補正部211は、第1Y軸角速度補正値ωycrr3と第2Y軸角速度補正値ωycrr4との差分値であるY軸角速度補正値(第2補正角速度)を算出する。また、第2角速度補正部211は、第1Z軸角速度補正値ωzcrr3と第2Z軸角速度補正値ωzcrr4との差分値であるZ軸角速度補正値(第2補正角速度)を算出する。
Finally, the second angular
第3姿勢推定部212は、第2加速度補正部210からの第2加速度補正値と、第2角速度補正部211からのY軸及びZ軸角速度補正値と、角速度算出部207からの第1駆動部100の角速度とを用いて、保持部300の姿勢を推定する。具体的には、第3姿勢推定部212は、保持部300の第3姿勢角である、第3TILT角、第3ROLL角及び第3PAN角を算出する。
The third
第3駆動信号処理部271は、第2PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第3駆動信号処理部271は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により操作量と、第3回転角センサ173により検知された第3モータ172の回転角に基づく第3モータ172への通電パターンとを第3駆動回路171に送信する。
The third
第3駆動回路171は、第3駆動信号処理部271からの信号に応じて、第3モータ172を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例では、第3駆動部170は、第3姿勢推定部212からの保持部300の第3姿勢角で姿勢制御を行う。
As described above, in this embodiment, the
本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 According to the configuration of the present embodiment, the attitude angle obtained by estimating the attitude using the acceleration correction value and the angular velocity correction value obtained by correcting the acceleration and the angular velocity, and the angular velocity correction value are applied to axes other than the TILT axis. Used for feedback control. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
なお、第2駆動部140がPAN軸に、第3駆動部170がROLL軸に構成される場合であっても、第2駆動信号処理部241と第3駆動信号処理部271に入力する軸のデータを変更することで、本実施例の構成を適用できるのは言うまでもない。
Even if the
以下、図12Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図12Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 A modification of the posture control device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 12B. FIG. 12B is a block diagram of a modification of the posture control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度及び加速度を検出する第2IMUセンサ401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
図14Aは、本実施例の2軸の姿勢制御を行う姿勢制御機器のブロック図である。本実施例では、実施例1と異なる構成について説明し、実施例1と同様の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。 FIG. 14A is a block diagram of an attitude control device that performs two-axis attitude control according to this embodiment. In the present embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
第1MPU200は、実施例1の構成に加え、第1インターフェース213を有する。また、第1MPU200は、実施例1の構成とは異なり、第2駆動信号処理部241を有さない。
The
第2駆動部140は、実施例1の構成に加え、第2MPU240及び第2メモリ245を有する。第2MPU240は、第2駆動信号処理部241、及び第2インターフェース243を有し、第2メモリ245に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第1インターフェース213は、第2姿勢推定部208からの第2ROLL角及び第2PAN角と、第1角速度補正部206からのY軸及びZ軸角速度補正値をパケットに格納し、第2インターフェース243と通信を行う。なお、第2駆動部140がROLL軸に配置されている場合、第2ROLL角及びY軸角速度補正値のみをパケットに格納してもよいし、第2駆動部140がPAN軸に配置されている場合、第2PAN角及びZ軸角速度補正値のみをパケットに格納してもよい。また、第1インターフェース213と第2インターフェース243との通信方式は任意の通信方式でよく、シリアル通信等に限定されない。
The
第2インターフェース243は、第1インターフェース213との通信により姿勢角情報と角速度を取得する。第2駆動信号処理部241は、第2駆動部140がROLL軸に配置されている場合、第1インターフェース213から第2ROLL角とY軸角速度補正値とを取得する。そして、第2駆動信号処理部241は、第2ROLL角とROLL軸目標角度との角度偏差、及びY軸角速度補正値とROLL軸目標角速度との角速度偏差を算出する。また、第2駆動信号処理部241は、第2駆動部140がPAN軸に配置されている場合、第1インターフェース213から第2PAN角とZ軸角速度補正値とを取得する。そして、第2駆動信号処理部241は、第2PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第2駆動信号処理部241は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第2回転角センサ143により検知された第2モータ142の回転角に基づく第2モータ142への通電パターンとを第2駆動回路141に送信する。
The
第2駆動回路141は、第2駆動信号処理部241からの信号に応じて、第2モータ142を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the posture angle obtained by estimating the posture using the acceleration correction value and the angular speed correction value obtained by correcting the acceleration and the angular speed, and the angular speed correction value and are used for feedback control other than the TILT axis. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
以下、図14Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図14Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 A modification of the attitude control device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 14B. FIG. 14B is a block diagram of a modification of the attitude control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度及び加速度を検出する第2IMUセンサ401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
図15Aは、本実施例の3軸の姿勢制御を行う姿勢制御機器のブロック図である。本実施例では、実施例2と異なる構成について説明し、実施例2と同様の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。 FIG. 15A is a block diagram of an attitude control device that performs three-axis attitude control according to this embodiment. In this embodiment, a configuration different from that of the second embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
第1MPU200は、実施例2の構成に加え、第1インターフェース213を有する。また、第1MPU200は、実施例2の構成とは異なり、第2駆動信号処理部241及び第3駆動信号処理部271を有さない。
The
第2駆動部140は、実施例2の構成に加え、第2MPU240及び第2メモリ245を有する。第2MPU240は、第2駆動信号処理部241、及び第2インターフェース243を有し、第2メモリ245に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第3駆動部170は、実施例2の構成に加え、第3MPU270及び第3メモリ275を有する。第3MPU270は、第3駆動信号処理部271及び第3インターフェース273を有し、第3メモリ275に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第1インターフェース213は、第2姿勢推定部208からの第2ROLL角及び第2PAN角と、第1角速度補正部206からのY軸及びZ軸角速度補正値をパケットに格納し、第2インターフェース243と通信を行う。なお、第1インターフェース213と第2インターフェース243との通信方式は任意の通信方式でよく、シリアル通信等に限定されない。
The
第2インターフェース243は、第1インターフェース213との通信により姿勢角と角速度を取得すると共に、第2PAN角とZ軸角速度補正値をパケットに格納し、第3インターフェース273と通信を行う。なお、第2インターフェース243と第3インターフェース273との通信方式は任意の通信方式でよく、シリアル通信等に限定されない。
The
第2駆動信号処理部241は、第2インターフェース243から第2ROLL角とY軸角速度補正値とを取得する。第2駆動信号処理部241は、第2ROLL角とROLL軸目標角度との角度偏差、及びY軸角速度補正値とROLL軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第2駆動信号処理部241は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第2回転角センサ143により検知された第2モータ142の回転角に基づく第2モータ142への通電パターンとを第2駆動回路141に送信する。
The second
第2駆動回路141は、第2駆動信号処理部241からの信号に応じて、第2モータ142を駆動する。
The
第3インターフェース273は、第2インターフェース243との通信により姿勢角と角速度を取得する。なお、第3インターフェース273は、第1インターフェース213との通信により姿勢角と角速度を取得してもよい。
The
第3駆動信号処理部271は、第3インターフェース273から第2PAN角とZ軸角速度補正値とを取得する。第3駆動信号処理部271は、第2PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第3駆動信号処理部271は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第3回転角センサ173により検知された第3モータ172の回転角に基づく第3モータ172への通電パターンとを第3駆動回路171に送信する。
The third
第3駆動回路171は、第3駆動信号処理部271からの信号に応じて、第3モータ172を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the posture angle obtained by estimating the posture using the acceleration correction value and the angular speed correction value obtained by correcting the acceleration and the angular speed, and the angular speed correction value and are used for feedback control other than the TILT axis. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
なお、第2駆動部140がPAN軸に、第3駆動部170がROLL軸に構成される場合であっても、第2駆動信号処理部241と第3駆動信号処理部271に入力する軸のデータを変更することで、本実施例の構成を適用できるのは言うまでもない。
Even if the
以下、図15Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図15Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 A modification of the posture control device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 15B. FIG. 15B is a block diagram of a modification of the attitude control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度及び加速度を検出する第2IMUセンサ401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
図16Aは、本実施例の3軸の姿勢制御を行う姿勢制御装置のブロック図である。本実施例では、実施例1と異なる構成について説明し、実施例3と同様の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。 FIG. 16A is a block diagram of an attitude control device that performs three-axis attitude control according to this embodiment. In the present embodiment, the configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the third embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
第1MPU200は、実施例3の構成に加え、インターフェース213を有する。また、第1MPU200は、実施例1の構成とは異なり、第2駆動信号処理部241及び第3駆動信号処理部271を有さない。
The
第2駆動部140は、実施例3の構成に加え、第2MPU240及び第2メモリ245を有する。第2MPU240は、第2駆動信号処理部241及び第2インターフェース243を有し、第2メモリ245に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第3駆動部170は、実施例3の構成に加え、第3MPU270及び第3メモリ275を有する。第2MPU270は、第3駆動信号処理部271及び第3インターフェース273を有し、第3メモリ275に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢制御機器の各部を制御する。
The
第1インターフェース213は、第2姿勢推定部208からの第2ROLL角、第3姿勢推定部212からの第3PAN角、第1角速度補正部206からのY軸、及び第2角速度補正部211からのZ軸角速度補正値をパケットに格納する。また、第1インターフェース213は、第2インターフェース243と通信を行う。なお、第1インターフェース213と第2インターフェース243との通信方式は任意の通信方式でよく、シリアル通信等に限定されない。
The
第2インターフェース243は、第1インターフェース213との通信により姿勢角と角速度を取得すると共に、第2PAN角とZ軸角速度補正値をパケットに格納し、第3インターフェース273と通信を行う。なお、第2インターフェース243と第3インターフェース273との通信方式は任意の通信方式でよく、シリアル通信等に限定されない。
The
第2駆動信号処理部241は、第2インターフェース243から第2ROLL角とY軸角速度補正値とを取得する。第2駆動信号処理部241は、第2ROLL角とROLL軸目標角度との角度偏差、及びY軸角速度補正値とROLL軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第2駆動信号処理部241は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第2回転角センサ143により検知された第2モータ142の回転角に基づく第2モータ142への通電パターンとを第2駆動回路141に送信する。
The second
第2駆動回路141は、第2駆動信号処理部241からの信号に応じて、第2モータ142を駆動する。
The
第3インターフェース273は、第2インターフェース243との通信により姿勢角と角速度を取得する。なお、第3インターフェース273は、第1インターフェース213との通信により姿勢角と角速度を取得してもよい。
The
第3駆動信号処理部271は、第3インターフェース273から第3PAN角とZ軸角速度補正値とを取得する。第3駆動信号処理部271は、第3PAN角とPAN軸目標角度との角度偏差、及びZ軸角速度補正値とPAN軸目標角速度との角速度偏差を算出する。第3駆動信号処理部271は、取得した角度偏差及び角速度偏差を用いたPID制御等により取得される操作量と、第3回転角センサ173により検知された第3モータ172の回転角に基づく第3モータ172への通電パターンとを第3駆動回路171に送信する。
The third
第3駆動回路171は、第3駆動信号処理部271からの信号に応じて、第3モータ172を駆動する。
The
以上説明したように、本実施例の構成によれば、加速度及び角速度を補正することで得られる加速度補正値及び角速度補正値を用いて姿勢推定を行うことで得られる姿勢角と、角速度補正値とをTILT軸以外のフィードバック制御に用いる。これにより、持ち手の姿勢に対応可能となり、制御対応軸が変化しても安定した姿勢制御を行うことができる。また、補正後の姿勢情報の精度を向上させることが可能であると共に、少ない通信情報や時間で補正を行うことが可能である。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the posture angle obtained by estimating the posture using the acceleration correction value and the angular speed correction value obtained by correcting the acceleration and the angular speed, and the angular speed correction value and are used for feedback control other than the TILT axis. As a result, it is possible to respond to the posture of the holding hand, and stable posture control can be performed even if the control correspondence axis changes. In addition, it is possible to improve the accuracy of post-correction posture information, and to perform correction with less communication information and less time.
なお、第2駆動部140がPAN軸に、第3駆動部170がROLL軸に構成される場合であっても、第2駆動信号処理部241と第3駆動信号処理部271に入力する軸のデータを変更することで、本実施例の構成を適用できるのは言うまでもない。
Even if the
以下、図16Bを参照して、本実施例の姿勢制御装置の変形例について説明する。図16Bは、本実施例の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。 A modification of the attitude control device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 16B. FIG. 16B is a block diagram of a modification of the posture control device of this embodiment.
変形例の姿勢制御機器は、本実施例の構成に加え、第1駆動部100、第2駆動部140、及び保持部300を支持する支持部400を有する。支持部400は、支持部400の角速度及び加速度を検出する第2IMUセンサ401を有する。
The posture control device of the modified example has, in addition to the configuration of the present embodiment, a
第1駆動部100は、本実施例の構成に加え、第4姿勢推定部214を有する。第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からの角速度及び加速度を用いて支持部400の姿勢を推定する。具体的には、第4姿勢推定部214は、第2IMUセンサ401からのXYZ軸の各軸の角速度及び加速度を用いて、支持部400の姿勢角である、第4TILT角、第4ROLL角、及び第4PAN角を算出する。第1相対角度算出部204は、第1角度偏差θtdif1として、第1姿勢推定部203からの第1TILT角と第4姿勢推定部214からの第4TILT角との角度偏差を算出してもよい。角速度算出部207は、第2IMUセンサ401のデータを用いて第1駆動部100の角速度を検知してもよい。
The
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof.
なお、各実施例では、相補フィルタやカルマンフィルタ等を用いて姿勢推定を行うが、本発明はこれに限定されない。 In each embodiment, posture estimation is performed using a complementary filter, a Kalman filter, or the like, but the present invention is not limited to this.
また、各実施例において、目標角度は外部からの信号によって入力される指令値から任意の角度プランにより決定され、目標角速度は外部からの信号によって入力される指令値から任意の角速度プランにより決定される。 In each embodiment, the target angle is determined by an arbitrary angle plan from the command value input by the signal from the outside, and the target angular velocity is determined by an arbitrary angular velocity plan from the command value input by the signal from the outside. be.
また、各実施例において、IMUセンサを角速度センサと加速度センサで構成してもよい。 Also, in each embodiment, the IMU sensor may be composed of an angular velocity sensor and an acceleration sensor.
100 第1駆動部
140 第2駆動部
203 第1姿勢推定部
208 第2姿勢推定部
204 第1相対角度算出部
205 第1加速度補正部
206 第1角速度補正部
207 角速度算出部
300 保持部
301 第1IMUセンサ(第1検出部)
100
Claims (14)
前記制御対象を保持する保持部と、
前記保持部の第1角速度及び第1加速度を検出する第1検出部と、
前記第1角速度及び前記第1加速度を用いて前記保持部の第1姿勢角を推定する第1姿勢推定部と、
第1モータを用いて前記保持部を第1軸周りに回転させる第1駆動部と、
第2モータを用いて前記保持部を前記第1軸に直交する第2軸周りに回転させる第2駆動部と、
前記第1駆動部と前記保持部との第1相対角度を算出する第1相対角度算出部と、
前記第1相対角度を用いて前記第1加速度を補正することで第1補正加速度を算出する第1加速度補正部と、
前記第1相対角度を用いて前記第1角速度を補正することで第1補正角速度を算出する第1角速度補正部と、
前記第1駆動部の角速度を算出する角速度算出部と、
前記第1補正加速度、前記第1補正角速度、及び前記第1駆動部の角速度を用いて前記保持部の第2姿勢角を算出する第2姿勢推定部とを有し、
前記第1駆動部は、前記第1姿勢角を用いて姿勢制御を行い、
前記第2駆動部は、前記第2姿勢角を用いて姿勢制御を行うことを特徴とする姿勢制御装置。 An attitude control device that performs attitude control of a controlled object,
a holding unit that holds the controlled object;
a first detection unit that detects a first angular velocity and a first acceleration of the holding unit;
a first posture estimating unit that estimates a first posture angle of the holding unit using the first angular velocity and the first acceleration;
a first driving section that rotates the holding section around a first axis using a first motor;
a second driving section that rotates the holding section around a second axis orthogonal to the first axis using a second motor;
a first relative angle calculator that calculates a first relative angle between the first driving unit and the holding unit;
a first acceleration correction unit that calculates a first corrected acceleration by correcting the first acceleration using the first relative angle;
a first angular velocity correction unit that calculates a first corrected angular velocity by correcting the first angular velocity using the first relative angle;
an angular velocity calculation unit that calculates the angular velocity of the first driving unit;
a second posture estimating unit that calculates a second posture angle of the holding unit using the first corrected acceleration, the first corrected angular velocity, and the angular velocity of the first driving unit;
The first driving unit performs attitude control using the first attitude angle,
The attitude control device, wherein the second driving section performs attitude control using the second attitude angle.
前記第1相対角度算出部は、前記第1姿勢角と前記第1モータの回転角とを用いて前記第1相対角度を算出することを特徴とする請求項1に記載の姿勢制御装置。 further comprising a first rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the first motor;
2. The posture control apparatus according to claim 1, wherein the first relative angle calculator calculates the first relative angle using the first posture angle and the rotation angle of the first motor.
前記支持部の第2角速度及び第2加速度を検出する第2検出部と、
前記第2角速度及び前記第2加速度を用いて前記支持部の姿勢角を推定する支持部姿勢推定部とを更に有し、
前記第1相対角度算出部は、前記第1姿勢角と前記支持部の姿勢角とを用いて、前記第1相対角度を算出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 a supporting portion that supports the holding portion, the first driving portion, and the second driving portion;
a second detector that detects a second angular velocity and a second acceleration of the support;
a support posture estimator that estimates the posture angle of the support by using the second angular velocity and the second acceleration;
4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first relative angle calculator calculates the first relative angle using the first posture angle and the posture angle of the support portion. Attitude control device as described.
前記角速度算出部は、前記第1モータの回転角を単位時間で微分することで、前記第1駆動部の角速度を算出することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 further comprising a first rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the first motor;
The angular velocity calculator according to any one of claims 1 to 5, wherein the angular velocity calculator calculates the angular velocity of the first driving part by differentiating the rotation angle of the first motor by unit time. Attitude control device.
前記支持部の第2角速度及び第2加速度を検出する第2検出部とを更に有し、
前記角速度算出部は、前記第2角速度を用いて前記第1駆動部の角速度を算出することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 a supporting portion that supports the holding portion, the first driving portion, and the second driving portion;
a second detector that detects a second angular velocity and a second acceleration of the support;
The attitude control apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the angular velocity calculation section calculates the angular velocity of the first driving section using the second angular velocity.
前記第3駆動部は、前記第2姿勢角を用いて姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 further comprising a third driving section that rotates the holding section around a third axis orthogonal to the first axis and the second axis using a third motor;
8. The attitude control device according to claim 1, wherein the third driving section performs attitude control using the second attitude angle.
前記第1駆動部と前記保持部との第2相対角度を算出する第2相対角度算出部と、
前記第2相対角度を用いて前記第1加速度を補正することで第2補正加速度を算出する第2加速度補正部と、
前記第2相対角度を用いて前記第1角速度を補正することで第2補正角速度を算出する第2角速度補正部と、
前記第2補正加速度、前記第2補正角速度、及び前記第1駆動部の角速度を用いて、前記保持部の第3姿勢角を算出する第3姿勢推定部とを更に有し、
前記第3駆動部は、前記第3姿勢角を用いて姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 a third drive unit that uses a third motor to rotate the holding unit about a third axis orthogonal to the first axis and the second axis;
a second relative angle calculation unit that calculates a second relative angle between the first driving unit and the holding unit;
a second acceleration correction unit that calculates a second corrected acceleration by correcting the first acceleration using the second relative angle;
a second angular velocity correction unit that calculates a second corrected angular velocity by correcting the first angular velocity using the second relative angle;
a third posture estimating unit that calculates a third posture angle of the holding unit using the second corrected acceleration, the second corrected angular velocity, and the angular velocity of the first driving unit;
8. The attitude control device according to claim 1, wherein the third driving section performs attitude control using the third attitude angle.
前記第2相対角度算出部は、前記第1姿勢角、前記第1モータの回転角、及び記第1駆動部に対する前記第3駆動部の相対角を用いて前記第2相対角度を算出することを特徴とする請求項9に記載の姿勢制御装置。 further comprising a first rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the first motor;
The second relative angle calculator calculates the second relative angle using the first posture angle, the rotation angle of the first motor, and the relative angle of the third drive unit with respect to the first drive unit. The attitude control device according to claim 9, characterized by:
前記支持部の第2角速度及び第2加速度を検出する第2検出部と、
前記第2角速度及び前記第2加速度を用いて前記支持部の姿勢角を推定する支持部姿勢推定部とを更に有し、
前記第2相対角度算出部は、前記第1姿勢角、前記支持部の姿勢角、及び前記第1駆動部に対する前記第3駆動部の相対角とを用いて、前記第2相対角度を算出することを特徴とする請求項9又は10に記載の姿勢制御装置。 a supporting portion that supports the holding portion, the first driving portion, the second driving portion, and the third driving portion;
a second detector that detects a second angular velocity and a second acceleration of the support;
a support posture estimator that estimates the posture angle of the support by using the second angular velocity and the second acceleration;
The second relative angle calculator calculates the second relative angle using the first posture angle, the posture angle of the support portion, and the relative angle of the third drive portion with respect to the first drive portion. 11. The attitude control device according to claim 9 or 10, characterized in that:
前記姿勢制御装置は、撮像装置であることを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の姿勢制御装置。 further comprising imaging means for imaging a subject image formed by the imaging optical system as the object to be controlled;
The posture control device according to any one of claims 1 to 11, wherein the posture control device is an imaging device.
前記制御対象を保持する保持部の第1角速度及び第1加速度を検出するステップと、
前記第1角速度及び前記第1加速度を用いて前記保持部の第1姿勢角を推定するステップと、
第1モータを用いて前記保持部を第1軸周りに回転させる第1駆動部と前記保持部との第1相対角度を算出するステップと、
前記第1相対角度を用いて前記第1加速度を補正することで第1補正加速度を算出するステップと、
前記第1相対角度を用いて前記第1角速度を補正することで第1補正角速度を算出するステップと、
前記第1駆動部の角速度を算出するステップと、
前記第1補正加速度、前記第1補正角速度、及び前記第1駆動部の角速度を用いて、前記保持部の第2姿勢角を算出するステップと、
前記第1姿勢角を用いて前記第1駆動部による姿勢制御を行うステップと、
前記第2姿勢角を用いて第2モータを用いて前記保持部を前記第1軸に直交する第2軸周りに回転させる第2駆動部による姿勢制御を行うステップとを有することを特徴とする姿勢制御方法。
An attitude control method for controlling the attitude of a controlled object,
a step of detecting a first angular velocity and a first acceleration of a holding portion holding the controlled object;
estimating a first posture angle of the holding unit using the first angular velocity and the first acceleration;
calculating a first relative angle between the holding portion and a first driving portion that rotates the holding portion around a first axis using a first motor;
calculating a first corrected acceleration by correcting the first acceleration using the first relative angle;
calculating a first corrected angular velocity by correcting the first angular velocity using the first relative angle;
calculating the angular velocity of the first drive;
calculating a second posture angle of the holding unit using the first corrected acceleration, the first corrected angular velocity, and the angular velocity of the first driving unit;
a step of performing attitude control by the first driving unit using the first attitude angle;
using the second attitude angle to perform attitude control by a second driving section that rotates the holding section around a second axis orthogonal to the first axis using a second motor. Attitude control method.
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