JP2022144935A - Attitude control device and attitude control method - Google Patents

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Masayo Aizu
大毅 小林
Daiki Kobayashi
陽平 山本
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Abstract

To provide a control device that can perform stable attitude control even if a control dealing axis varies, can enhance accuracy of attitude information after being corrected, and can perform a correction with a few of communication information or time.SOLUTION: A control device has: a first estimation unit that estimates a first attitude angle of a holding part, using a first angular velocity of the holding part holding a control object and first acceleration thereof; a first drive unit that rotates the holding part around a first axis; a second drive unit that rotates the holding part around a second axis orthogonal to the first axis; and a second estimation unit that calculates first correction acceleration to be calculated by correcting the first acceleration using a first relative angle between the first drive unit and the holding part, a first correction angular velocity to be calculated by correcting the first angular velocity using the first relative angle and a second attitude angle of the holding part using an angular velocity of the first drive unit, in which the first drive unit is configured to perform attitude control using the first attitude angle, and the second drive unit is configured to perform attitude control using the second attitude angle.SELECTED DRAWING: Figure 1A

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.

特開2015-177539号公報JP 2015-177539 A 米国特許出願公開第2019/0063668号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2019/0063668

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

実施例1の姿勢制御装置のブロック図である。1 is a block diagram of an attitude control device of Example 1. FIG. 実施例1の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。4 is a block diagram of a modified example of the posture control device of Embodiment 1. FIG. TILT軸とROLL軸とで構成される2軸スタビライザの駆動部の配置関係が0°である場合を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a case where the positional relationship of the driving portion of the biaxial stabilizer composed of the TILT axis and the ROLL axis is 0°; TILT軸とPAN軸とで構成される2軸スタビライザの駆動部の配置関係が0°である場合を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a case where the positional relationship of the drive units of the biaxial stabilizer composed of the TILT axis and the PAN axis is 0°; TILT軸とROLL軸とで構成される2軸スタビライザの駆動部の配置関係が0°でない場合を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a case where the positional relationship of the driving portion of the biaxial stabilizer composed of the TILT axis and the ROLL axis is not 0°; 第1相対角度算出部のブロック図である。It is a block diagram of a first relative angle calculator. 加速度補正部による加速度補正処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing acceleration correction processing by an acceleration correction unit; 角速度補正部による角速度補正処理を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing angular velocity correction processing by an angular velocity correction unit; 実施例2の姿勢制御装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of the posture control device of Example 2; 実施例2の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a modified example of the attitude control device of the second embodiment; 各駆動部と対応軸との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between each drive part and a corresponding axis|shaft. TILT軸とROLL軸とPAN軸とで構成される3軸スタビライザの駆動部の配置関係が0°である場合を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a case where the positional relationship of the drive units of the three-axis stabilizer composed of the TILT axis, the ROLL axis, and the PAN axis is 0°; TILT軸とROLL軸とPAN軸とで構成される3軸スタビライザの駆動部の配置関係が0°でない場合を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a case where the arrangement relationship of the drive units of the three-axis stabilizer composed of the TILT axis, the ROLL axis, and the PAN axis is not 0°; 実施例3の姿勢制御装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an attitude control device of Example 3; 実施例3の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a modification of the posture control device of Example 3; 第2相対角度算出部のブロック図である。It is a block diagram of a second relative angle calculator. 実施例4の姿勢制御装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a posture control device of Example 4; 実施例4の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a modification of the posture control device of Example 4; 実施例5の姿勢制御装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a posture control device of Example 5; 実施例5の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of a modification of the posture control device of Example 5; 実施例6の姿勢制御装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an attitude control device of Example 6; 実施例6の姿勢制御装置の変形例のブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of a modification of the posture control device of Example 6;

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 first driving section 100 , a second driving section 140 and a holding section 300 . The holding unit 300 holds the object to be controlled and is rotatably held in two axial directions by the first driving unit 100 and the second driving unit 140 . The first driving section 100 uses the first motor 102 to rotate the holding section 300 around the first axis, and the second driving section 140 uses the second motor 142 to rotate around the second axis orthogonal to the first axis. rotate. The controlled object is, for example, imaging means for imaging a subject image formed by the imaging optical system. The second driving section 140 is arranged with respect to the first driving section 100 as shown in FIGS. 2 to 4, for example.

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 holding unit 300 has a first IMU sensor (first detection unit) 301 that detects the angular velocity (first angular velocity) and acceleration (first acceleration) of the holding unit 300 . The first drive section 100 has a first drive circuit 101 , a first motor 102 , a first rotation angle sensor (rotation angle detection section) 103 , a first MPU 200 and a first memory 215 . The second drive section 140 has a second drive circuit 141 , a second motor 142 and a second rotation angle sensor 143 .

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 first MPU 200 includes a first drive signal processing unit 201, a first attitude estimation unit 203, a first relative angle calculation unit 204, a first acceleration correction unit 205, a first angular velocity correction unit 206, an angular velocity calculation unit 207, and a second attitude estimation unit. It has a section 208 and a second drive signal processing section 241 . The first MPU 200 controls each part of the attitude control equipment by executing programs stored in the first memory 215 .

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 attitude estimation section 203 estimates the attitude of holding section 300 using the angular velocity and acceleration from first IMU sensor 301 . Specifically, the first posture estimating unit 203 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the first IMU sensor 301 to calculate the first tilt angle and the first roll angle, which are the first posture angles of the holding unit 300 . , and the first PAN angle.

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 signal processing unit 201 calculates the angular deviation between the first TILT angle and the TILT axis target angle from the first posture estimating unit 203, and the angular velocity deviation between the X-axis angular velocity ωx1 and the TILT axis target angular velocity from the first IMU sensor 301. to get The first driving signal processing unit 201 performs a first driving signal based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation and the rotation angle of the first motor 102 detected by the first rotation angle sensor 103 . The energization pattern for the motor 102 is transmitted to the first drive circuit 101 .

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 first drive circuit 101 drives the first motor 102 according to the signal from the first drive signal processing section 201 .

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 relative angle calculator 204. As shown in FIG. The first relative angle calculator 204 uses the first attitude angle and the rotation angle of the first motor 102 detected by the first rotation angle sensor 103 to calculate the relative angle (the first angle) between the first drive unit 100 and the holding unit 300 . 1 relative angle). Specifically, the first relative angle calculator 204 calculates the first tilt angle, the rotation angle of the first motor 102 detected by the first rotation angle sensor 103, and the first driving unit recorded in the first memory 215. A first angular deviation θtdif1, which is a difference from the arrangement angle 216, is calculated. The first driving unit arrangement angle 216 is the relative angle of the second driving unit 140 with respect to the first driving unit 100 .

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 acceleration correction unit 205 calculates a first corrected acceleration by correcting the acceleration of the holding unit 300 based on the relative angle from the first relative angle calculation unit 204 . FIG. 6 is a flowchart showing acceleration correction processing by the first acceleration correction unit 205. As shown in FIG.

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 first acceleration corrector 205 acquires the first angular deviation θtdif1 from the first relative angle calculator 204 .

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 acceleration correction unit 205 acquires the first ROLL angle and the first PAN angle as the first posture angles of the holding unit 300 from the first posture estimation unit 203 .

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 acceleration correction unit 205 uses the first angular deviation θtdif1, the first ROLL angle, and the first PAN angle to generate gravitational acceleration only in the Z-axis direction represented by the following equation (1). Set the reference acceleration vector αbase.

Figure 2022144935000002
Figure 2022144935000002

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 acceleration correction unit 205 calculates the first deformation value α'base by three-dimensionally rotating the reference acceleration vector αbase by the first angular deviation using Equation (2).

Figure 2022144935000003
Figure 2022144935000003

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 acceleration correction unit 205 calculates the second deformation value α″base by three-dimensionally rotating the first deformation value α′base by the first ROLL angle using Equation (3).

Figure 2022144935000004
Figure 2022144935000004

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 acceleration correction unit 205 calculates a first acceleration correction value (first correction acceleration) by three-dimensionally rotating the second deformation value α″base by the PAN angle using equation (4). do.

Figure 2022144935000005
Figure 2022144935000005

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 velocity correction unit 206 calculates a first corrected angular velocity by correcting the angular velocity of the holding unit 300 based on the relative angle from the first relative angle calculation unit 204 . FIG. 7 is a flowchart showing angular velocity correction processing by the first angular velocity correction unit 206. As shown in FIG.

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 angular velocity corrector 206 acquires the first angular deviation θtdif1 from the first relative angle calculator 204 .

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 velocity correction unit 206 acquires the Y-axis angular velocity ωy<b>1 and the Z-axis angular velocity ωz<b>1 of the holding unit 300 from the first IMU sensor 301 .

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 velocity correction unit 206 calculates a first Y-axis angular velocity correction value ωycrr1 and a first Z-axis angular velocity from the first angular deviation θtdif1 and Y-axis angular velocity ωy1 using the following equations (5a) and (5b). A correction value ωzccr1 is calculated.

Figure 2022144935000006
Figure 2022144935000006

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 velocity correction unit 206 calculates a second Y-axis angular velocity correction value ωycrr2 and a second Z-axis angular velocity from the first angular deviation θtdif1 and Z-axis angular velocity ωz1 using the following equations (6a) and (6b). A correction value ωzccr2 is calculated.

Figure 2022144935000007
Figure 2022144935000007

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 velocity correction unit 206 calculates a Y-axis angular velocity correction value (first corrected angular velocity) that is a difference value between the first Y-axis angular velocity correction value ωycrr1 and the second Y-axis angular velocity correction value ωycrr2.

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 velocity correction unit 206 calculates a Z-axis angular velocity correction value (first corrected angular velocity), which is a difference value between the first Z-axis angular velocity correction value ωzcrr1 and the second Z-axis angular velocity correction value ωzcrr2.

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 velocity calculation unit 207 calculates the angular velocity of the first drive unit 100 using the rotation angle of the first motor 102 detected by the first rotation angle sensor 103 and the sampling period or internal clock of the first MPU 200 . Specifically, the angular velocity calculation unit 207 calculates the angular velocity of the first driving unit 100 by differentiating the rotation angle of the first motor 102 per unit time.

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 attitude estimation unit 208 receives the first acceleration correction value from the first acceleration correction unit 205 , the Y-axis and Z-axis angular velocity correction values from the first angular velocity correction unit 206 , and the first drive value from the angular velocity calculation unit 207 . The attitude of the holding unit 300 is estimated using the angular velocity of the unit 100 and the angular velocity of the unit 100 . Specifically, the second orientation estimation unit 208 calculates the second orientation angles of the holding unit 300, that is, the second TILT angle, the second ROLL angle, and the second PAN angle.

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 second drive unit 140 is arranged on the roll axis, the second drive signal processing unit 241 calculates the angular deviation between the second roll angle and the roll axis target angle, and the difference between the Y-axis angular velocity correction value and the roll axis target angular velocity. Calculate the angular velocity deviation. Further, when the second drive unit 140 is arranged on the PAN axis, the second drive signal processing unit 241 calculates the angular deviation between the second PAN angle and the PAN axis target angle, the Z-axis angular velocity correction value, and the PAN axis target angular velocity. Calculate the angular velocity deviation from The second drive signal processing unit 241 is based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation, and the rotation angle of the second motor 142 detected by the second rotation angle sensor 143 . 2, the energization pattern for the motor 142 is transmitted to the second drive circuit 141;

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 second drive circuit 141 drives the second motor 142 according to the signal from the second drive signal processing section 241 .

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 first driving section 100 performs attitude control using the first attitude angle of the holding section 300 from the first attitude estimating section 203, and the second driving section 140 uses the second attitude estimating section. Attitude control is performed at the second attitude angle of the holding unit 300 from 208 .

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor (second detection section) 401 that detects the angular velocity (second angular velocity) and acceleration (second acceleration) of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section (supporting section posture estimating section) 214 in addition to the configuration of the present embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, that is, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 third driving section 170 in addition to the configuration of the first embodiment. The holding part 300 is held by the first driving part 100, the second driving part 140, and the third driving part 170 so as to be rotatable in three axial directions. The third driving section 170 rotates the holding section 300 around a third axis orthogonal to the first axis and the second axis. The second driving section 140 and the third driving section 170 are arranged with respect to the first driving section 100 as shown in FIGS. 10 and 11, for example. The third drive section 170 has a third drive circuit 171 , a third motor 172 and a third rotation angle sensor 173 .

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 first MPU 200 has a third drive signal processing section 271 in addition to the configuration of the first embodiment. The third drive signal processor 271 calculates the angular deviation between the second PAN angle and the PAN axis target angle and the angular velocity deviation between the Z axis angular velocity correction value and the PAN axis target angular velocity. The third drive signal processing unit 271 controls the third motor 172 based on the operation amount and the rotation angle of the third motor 172 detected by the third rotation angle sensor 173 by PID control or the like using the acquired angular deviation and angular velocity deviation. and the energization pattern to the third driving circuit 171 .

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 third drive circuit 171 drives the third motor 172 according to the signal from the third drive signal processing section 271 .

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 third driving section 170 performs posture control using the second posture angle of the holding section 300 from the second posture estimating section 208 .

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 second drive unit 140 is configured as the PAN axis and the third drive unit 170 is configured as the ROLL axis, the axes input to the second drive signal processing unit 241 and the third drive signal processing unit 271 are Needless to say, the configuration of this embodiment can be applied by changing the data.

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor 401 that detects the angular velocity and acceleration of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section 214 in addition to the configuration of this embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, that is, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 third driving section 170 in addition to the configuration of the first embodiment. The holding part 300 is held by the first driving part 100, the second driving part 140, and the third driving part 170 so as to be rotatable in three axial directions. The third driving section 170 rotates the holding section 300 around a third axis orthogonal to the first axis and the second axis. The second driving section 140 and the third driving section 170 are arranged with respect to the first driving section 100 as shown in FIGS. 10 and 11, for example. The third drive section 170 has a third drive circuit 171 , a third motor 172 and a third rotation angle sensor 173 .

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 first MPU 200 includes a second relative angle calculator 209, a second acceleration corrector 210, a second angular velocity corrector 211, a third posture estimator 212, and a third drive signal processor 271 in addition to the configuration of the first embodiment. have.

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 relative angle calculator 209. As shown in FIG. A second relative angle calculator 209 calculates a relative angle (second relative angle) between the first driving unit 100 and the holding unit 300 using the first attitude angle and the rotation angle of the first motor 102 . Specifically, the second relative angle calculator 209 calculates a second angle, which is the difference between the first TILT angle, the rotation angle of the first motor 102 and the second drive unit arrangement angle 217 recorded in the first memory 215 . Angular deviation θtdif2 is calculated. The second drive unit placement angle 217 is the relative angle of the third drive unit 170 with respect to the first drive unit 100 .

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 acceleration correction section 210 calculates the second corrected acceleration by correcting the acceleration of the holding section 300 based on the relative angle from the second relative angle calculation section 209 . Specifically, the second acceleration correction unit 210 first uses the second angle deviation θtdif2 from the second relative angle calculation unit 209, the first ROLL angle, and the first PAN angle, and is represented by Equation (1). A reference acceleration vector αbase is set in which gravitational acceleration is generated only in the Z-axis direction. Next, the second acceleration correction unit 210 calculates the first deformation value α'base2 by three-dimensionally rotating the reference acceleration vector αbase by the second angular deviation θtdif2 using Equation (2). Next, the second acceleration correction unit 205 calculates the second deformation value α″base2 by three-dimensionally rotating the first deformation value α′base2 by the first ROLL angle using Equation (3). , the second acceleration correction unit 205 calculates the second acceleration correction value by three-dimensionally rotating the second deformation value α″base2 by the PAN angle using equation (4).

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 velocity correction unit 211 calculates a second corrected angular velocity by correcting the angular velocity of the holding unit 300 based on the relative angle from the second relative angle calculation unit 209 . Specifically, the second angular velocity correction unit 211 first uses the following equations (7a) and (7b) to convert the second angular deviation θtdif2 and the Y-axis angular velocity ωy1 to the first Y-axis angular velocity correction value ωycrr3 and the 1 Z-axis angular velocity correction value ωzcrr3 is calculated.

Figure 2022144935000008
Figure 2022144935000008

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 velocity correction unit 211 calculates a second Y-axis angular velocity correction value ωycrr4 and a second Z-axis angular velocity correction from the second angular deviation θtdif2 and the Z-axis angular velocity ωz1 using the following equations (8a) and (8b). Calculate the value ωzccr4.

Figure 2022144935000009
Figure 2022144935000009

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 velocity correction unit 211 calculates a Y-axis angular velocity correction value (second corrected angular velocity) that is a difference value between the first Y-axis angular velocity correction value ωycrr3 and the second Y-axis angular velocity correction value ωycrr4. The second angular velocity correction unit 211 also calculates a Z-axis angular velocity correction value (second corrected angular velocity) that is a difference value between the first Z-axis angular velocity correction value ωzcrr3 and the second Z-axis angular velocity correction value ωzcrr4.

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 posture estimation unit 212 receives the second acceleration correction value from the second acceleration correction unit 210 , the Y-axis and Z-axis angular velocity correction values from the second angular velocity correction unit 211 , and the first drive value from the angular velocity calculation unit 207 . The attitude of the holding unit 300 is estimated using the angular velocity of the unit 100 and the angular velocity of the unit 100 . Specifically, the third attitude estimation section 212 calculates the third attitude angles of the holding section 300, namely, the third TILT angle, the third ROLL angle, and the third PAN angle.

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 drive signal processor 271 calculates the angular deviation between the second PAN angle and the PAN axis target angle and the angular velocity deviation between the Z axis angular velocity correction value and the PAN axis target angular velocity. The third drive signal processing unit 271 controls the third motor 172 based on the operation amount and the rotation angle of the third motor 172 detected by the third rotation angle sensor 173 by PID control or the like using the acquired angular deviation and angular velocity deviation. and the energization pattern to the third driving circuit 171 .

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 third drive circuit 171 drives the third motor 172 according to the signal from the third drive signal processing section 271 .

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 third driving section 170 performs posture control using the third posture angle of the holding section 300 from the third posture estimating section 212 .

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 second drive unit 140 is configured as the PAN axis and the third drive unit 170 is configured as the ROLL axis, the axes input to the second drive signal processing unit 241 and the third drive signal processing unit 271 are Needless to say, the configuration of this embodiment can be applied by changing the data.

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor 401 that detects the angular velocity and acceleration of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section 214 in addition to the configuration of this embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, that is, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 first MPU 200 has a first interface 213 in addition to the configuration of the first embodiment. Also, unlike the configuration of the first embodiment, the first MPU 200 does not have the second drive signal processing section 241 .

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 second drive section 140 has a second MPU 240 and a second memory 245 in addition to the configuration of the first embodiment. The second MPU 240 has a second drive signal processing section 241 and a second interface 243, and executes programs stored in a second memory 245 to control each section of the attitude control device.

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 first interface 213 stores the second ROLL angle and the second PAN angle from the second attitude estimation unit 208 and the Y-axis and Z-axis angular velocity correction values from the first angular velocity correction unit 206 in a packet, communicate. Note that when the second driving unit 140 is arranged on the ROLL axis, only the second ROLL angle and the Y-axis angular velocity correction value may be stored in the packet, or the second driving unit 140 is arranged on the PAN axis. In this case, only the second PAN angle and the Z-axis angular velocity correction value may be stored in the packet. Further, the communication method between the first interface 213 and the second interface 243 may be any communication method, and is not limited to serial communication or the like.

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 second interface 243 acquires attitude angle information and angular velocity through communication with the first interface 213 . The second drive signal processing unit 241 acquires the second roll angle and the Y-axis angular velocity correction value from the first interface 213 when the second drive unit 140 is arranged on the roll axis. The second drive signal processor 241 then calculates the angular deviation between the second roll angle and the roll axis target angle and the angular velocity deviation between the Y-axis angular velocity correction value and the roll axis target angular velocity. Also, the second driving signal processing unit 241 acquires the second PAN angle and the Z-axis angular velocity correction value from the first interface 213 when the second driving unit 140 is arranged on the PAN axis. Then, the second drive signal processing unit 241 calculates the angular deviation between the second PAN angle and the PAN axis target angle and the angular velocity deviation between the Z axis angular velocity correction value and the PAN axis target angular velocity. The second drive signal processing unit 241 is based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation, and the rotation angle of the second motor 142 detected by the second rotation angle sensor 143 . 2, the energization pattern for the motor 142 is transmitted to the second drive circuit 141;

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 second drive circuit 141 drives the second motor 142 according to the signal from the second drive signal processing section 241 .

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor 401 that detects the angular velocity and acceleration of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section 214 in addition to the configuration of this embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, namely, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 first MPU 200 has a first interface 213 in addition to the configuration of the second embodiment. Also, the first MPU 200 does not have the second drive signal processing section 241 and the third drive signal processing section 271 unlike the configuration of the second embodiment.

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 second drive section 140 has a second MPU 240 and a second memory 245 in addition to the configuration of the second embodiment. The second MPU 240 has a second drive signal processing section 241 and a second interface 243, and executes programs stored in a second memory 245 to control each section of the attitude control device.

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 third drive section 170 has a third MPU 270 and a third memory 275 in addition to the configuration of the second embodiment. The third MPU 270 has a third drive signal processing section 271 and a third interface 273, and controls each section of the attitude control device by executing a program stored in the third memory 275. FIG.

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 first interface 213 stores the second ROLL angle and the second PAN angle from the second attitude estimation unit 208 and the Y-axis and Z-axis angular velocity correction values from the first angular velocity correction unit 206 in a packet, communicate. Note that the communication method between the first interface 213 and the second interface 243 may be any communication method, and is not limited to serial communication or the like.

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 second interface 243 acquires the attitude angle and angular velocity through communication with the first interface 213 , stores the second PAN angle and Z-axis angular velocity correction value in a packet, and communicates with the third interface 273 . The communication method between the second interface 243 and the third interface 273 may be any communication method, and is not limited to serial communication or the like.

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 drive signal processor 241 acquires the second ROLL angle and the Y-axis angular velocity correction value from the second interface 243 . The second drive signal processor 241 calculates the angular deviation between the second roll angle and the roll axis target angle and the angular velocity deviation between the Y-axis angular velocity correction value and the roll axis target angular velocity. The second drive signal processing unit 241 is based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation, and the rotation angle of the second motor 142 detected by the second rotation angle sensor 143 . 2, the energization pattern for the motor 142 is transmitted to the second drive circuit 141;

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 second drive circuit 141 drives the second motor 142 according to the signal from the second drive signal processing section 241 .

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 third interface 273 acquires the attitude angle and angular velocity through communication with the second interface 243 . Note that the third interface 273 may acquire the attitude angle and angular velocity through communication with the first interface 213 .

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 drive signal processor 271 acquires the second PAN angle and the Z-axis angular velocity correction value from the third interface 273 . The third drive signal processor 271 calculates an angular deviation between the second PAN angle and the PAN axis target angle, and an angular velocity deviation between the Z-axis angular velocity correction value and the PAN axis target angular velocity. The third driving signal processing unit 271 performs a third driving signal based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation and the rotation angle of the third motor 172 detected by the third rotation angle sensor 173 . 3, the energization pattern for the motor 172 is transmitted to the third drive circuit 171 .

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 third drive circuit 171 drives the third motor 172 according to the signal from the third drive signal processing section 271 .

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 second drive unit 140 is configured as the PAN axis and the third drive unit 170 is configured as the ROLL axis, the axes input to the second drive signal processing unit 241 and the third drive signal processing unit 271 are Needless to say, the configuration of this embodiment can be applied by changing the data.

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor 401 that detects the angular velocity and acceleration of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section 214 in addition to the configuration of this embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, that is, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 first MPU 200 has an interface 213 in addition to the configuration of the third embodiment. Also, the first MPU 200 does not have the second drive signal processing section 241 and the third drive signal processing section 271 unlike the configuration of the first embodiment.

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 second drive section 140 has a second MPU 240 and a second memory 245 in addition to the configuration of the third embodiment. The second MPU 240 has a second drive signal processing section 241 and a second interface 243, and controls each section of the attitude control device by executing a program stored in the second memory 245. FIG.

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 third drive section 170 has a third MPU 270 and a third memory 275 in addition to the configuration of the third embodiment. The second MPU 270 has a third drive signal processing section 271 and a third interface 273, and executes programs stored in a third memory 275 to control each section of the attitude control device.

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 first interface 213 receives the second ROLL angle from the second posture estimation unit 208, the third PAN angle from the third posture estimation unit 212, the Y axis from the first angular velocity correction unit 206, and the Y axis from the second angular velocity correction unit 211. A Z-axis angular velocity correction value is stored in a packet. Also, the first interface 213 communicates with the second interface 243 . Note that the communication method between the first interface 213 and the second interface 243 may be any communication method, and is not limited to serial communication or the like.

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 second interface 243 acquires the attitude angle and angular velocity through communication with the first interface 213 , stores the second PAN angle and Z-axis angular velocity correction value in a packet, and communicates with the third interface 273 . The communication method between the second interface 243 and the third interface 273 may be any communication method, and is not limited to serial communication or the like.

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 drive signal processor 241 acquires the second ROLL angle and the Y-axis angular velocity correction value from the second interface 243 . The second drive signal processor 241 calculates the angular deviation between the second roll angle and the roll axis target angle and the angular velocity deviation between the Y-axis angular velocity correction value and the roll axis target angular velocity. The second drive signal processing unit 241 is based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation, and the rotation angle of the second motor 142 detected by the second rotation angle sensor 143 . 2, the energization pattern for the motor 142 is transmitted to the second drive circuit 141;

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 second drive circuit 141 drives the second motor 142 according to the signal from the second drive signal processing section 241 .

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 third interface 273 acquires the attitude angle and angular velocity through communication with the second interface 243 . Note that the third interface 273 may acquire the attitude angle and angular velocity through communication with the first interface 213 .

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 drive signal processor 271 acquires the third PAN angle and the Z-axis angular velocity correction value from the third interface 273 . The third drive signal processing unit 271 calculates an angular deviation between the third PAN angle and the PAN axis target angle, and an angular velocity deviation between the Z axis angular velocity correction value and the PAN axis target angular velocity. The third driving signal processing unit 271 performs a third driving signal based on the operation amount obtained by PID control or the like using the obtained angular deviation and angular velocity deviation and the rotation angle of the third motor 172 detected by the third rotation angle sensor 173 . 3, the energization pattern for the motor 172 is transmitted to the third drive circuit 171 .

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 third drive circuit 171 drives the third motor 172 according to the signal from the third drive signal processing section 271 .

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 second drive unit 140 is configured as the PAN axis and the third drive unit 170 is configured as the ROLL axis, the axes input to the second drive signal processing unit 241 and the third drive signal processing unit 271 are Needless to say, the configuration of this embodiment can be applied by changing the data.

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 support section 400 that supports the first drive section 100 , the second drive section 140 and the holding section 300 . The support section 400 has a second IMU sensor 401 that detects the angular velocity and acceleration of the support section 400 .

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 first driving section 100 has a fourth posture estimating section 214 in addition to the configuration of this embodiment. A fourth posture estimation unit 214 estimates the posture of the support unit 400 using the angular velocity and acceleration from the second IMU sensor 401 . Specifically, the fourth posture estimation unit 214 uses the angular velocity and acceleration of each of the XYZ axes from the second IMU sensor 401 to calculate the posture angles of the support unit 400, namely, the fourth TILT angle, the fourth ROLL angle, and the A fourth PAN angle is calculated. First relative angle calculation section 204 may calculate an angle deviation between the first TILT angle from first posture estimation section 203 and the fourth TILT angle from fourth posture estimation section 214 as first angle deviation θtdif1. The angular velocity calculator 207 may detect the angular velocity of the first driver 100 using data from the second IMU sensor 401 .

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 First drive unit 140 Second drive unit 203 First posture estimation unit 208 Second posture estimation unit 204 First relative angle calculation unit 205 First acceleration correction unit 206 First angular velocity correction unit 207 Angular velocity calculation unit 300 Holding unit 301 1IMU sensor (first detection unit)

Claims (14)

制御対象の姿勢制御を行う姿勢制御装置であって、
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モータの回転角を検知する第1回転角検知部を更に有し、
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.
前記第1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、及び前記第1駆動部に対する前記第2駆動部の相対角を用いて前記第1相対角度を算出することを特徴とする請求項2に記載の姿勢制御装置。 The first relative angle calculator calculates the first relative angle using the first posture angle, the rotation angle of the first motor, and the relative angle of the second drive unit with respect to the first drive unit. The attitude control device according to claim 2, characterized by: 前記保持部、前記第1駆動部、及び前記第2駆動部を支持する支持部と、
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.
前記第1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2駆動部の相対角を用いて前記第1相対角度を算出することを特徴とする請求項4に記載の姿勢制御装置。 The first relative angle calculator calculates the first relative angle using the first attitude angle, the attitude angle of the support part, and the relative angle of the second driving part with respect to the first driving part. 5. The attitude control device according to claim 4. 前記第1モータの回転角を検知する第1回転角検知部を更に有し、
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.
前記保持部、前記第1駆動部、及び前記第2駆動部を支持する支持部と、
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.
第3モータを用いて前記保持部を前記第1軸と前記第2軸とに直交する第3軸周りに回転させる第3駆動部を更に有し、
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.
第3モータを用いて前記保持部を前記第1軸と前記第2軸とに直交する第3軸周りに回転させる第3駆動部と、
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1モータの回転角を検知する第1回転角検知部を更に有し、
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:
前記保持部、前記第1駆動部、前記第2駆動部、及び前記第3駆動部を支持する支持部と、
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、スタビライザ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。 The attitude control device according to any one of claims 1 to 11, wherein the attitude control device is a stabilizer. 前記制御対象として、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を更に有し、
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.
制御対象の姿勢制御を行う姿勢制御方法であって、
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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