JP3376476B2

JP3376476B2 - 慣性計測装置

Info

Publication number: JP3376476B2
Application number: JP2000073617A
Authority: JP
Inventors: 靖裕佐藤
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001264351A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば人体等の測
定対象物体に装着して人体等の動きを計測したり、ダミ
ー人形等の測定対象物体に装着して衝撃試験を行う場合
等に利用される慣性計測装置に関し、特に測定対象物体
に装着した状況に応じて各加速度感知軸及び角速度感知
軸を、測定対象物体に定義される各軸、例えば前向軸、
下向軸、右向軸に自由に対応付けすることができる慣性
計測装置を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より３個の加速度センサをその感知
軸を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に向く姿勢に保持し
て測定対象物体に取り付け、これら３個の加速度センサ
の各検出信号を計測して測定対象物体に印加される加速
度を測定する慣性計測装置、もしくは３個の加速度セン
サと３個の角速度センサをそれぞれの加速度感知軸及び
角速度感知軸を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に交叉
させて配置し、各加速度センサ及び角速度センサの各検
出信号を利用して慣性演算処理し、その慣性演算処理に
より測定対象物体の姿勢変化等を測定する慣性計測装置
が広く利用されている。

【０００３】図１２にその慣性計測装置の外観形状の一
例を示す。１０は慣性計測装置の全体を指し示す。慣性
計測装置１０は箱体１１の内部に複数の加速度センサ及
び角速度センサ等が装着され、その装着される加速度セ
ンサ及び角速度センサの数に応じてＸ、Ｙ方向の慣性計
測用とＸ、Ｙ、Ｚ方向の慣性計測用のそれぞれに分類さ
れる。図１２に示す例ではＸ、Ｙ、Ｚ方向の慣性を計測
する慣性計測装置の場合を示す。箱体１１には測定対象
物体への取付用のために取付金具１２が用意され、この
取付金具１２を利用して測定対象物体に取りつけられ
る。また箱体１１の一つの面からケーブル１３が引き出
される。

【０００４】箱体１１の内部には、一般に演算処理装置
が内蔵され、各センサの感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚの各加速度検
出信号と角速度検出信号を利用して測定対象物体に与え
られた、加速度の方向、回転量、姿勢の変化量等をケー
ブル１３を通じて外部に出力する。図１３に従来の慣性
計測装置の電気的な構成の一例を示す。この例では３軸
方向の加速度と角速度を測定して角速度ω、姿勢角φ、
加速度Ａ、速度Ｖ、位置Ｐ等を算出する慣性計測装置１
０の概要を示す。

【０００５】加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３と、これら
の各加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３の各加速度感知軸
Ｘ、Ｙ、Ｚを中心とする角速度を検出する姿勢に保持さ
れた角速度センサＪ１、Ｊ２、Ｊ３とが設けられる。こ
れらの各センサの検出信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺとＪＸ、Ｊ
Ｙ、ＪＺは基準センサ軸設定部１５で各センサＡ１、Ａ
２、Ａ３とＪ１、Ｊ２、Ｊ３の各感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚの向
きと測定対象物体側で定義される各軸例えば前向軸Ｆ、
右向軸Ｒ、下向軸Ｄ等に定義付けし、その定義付けされ
た加速検出信号ＦＡＸ、ＲＡＹ、ＤＡＺ及び角速度検出
信号ＦＪＸ、ＲＪＹ、ＤＪＺを演算処理装置１６に入力
し、演算処理装置１６で演算することにより演算処理装
置１６から、測定対象物体に定義された前向軸Ｆ、右向
軸Ｒ、下向軸Ｄに対応付けされた角速度ω、姿勢角φ、
加速度Ａ、速度Ｖ、位置Ｐ等を出力する。このように、
演算処理装置１６から出力される角速度ω、姿勢角φ、
加速度Ａ、速度Ｖ、位置Ｐを測定対象物体２０に定義し
た各軸Ｆ、Ｒ、Ｄの各向きに対応付けさせるためには、
演算処理装置１６の前向軸入力端子ＴＦ、右向軸入力端
子ＴＲ、下向軸入力端子ＴＤに供給する信号の軸の向き
を予め定めた前向軸Ｆ、右向軸Ｒ、下向軸Ｄの向きに合
致させる必要がある。この設定を基準センサ軸設定部１
５で行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の慣性計測装置は
演算処理装置１６の各入力端子ＴＦ、ＴＲ、ＴＤに供給
する信号の軸定義が基準センサ軸設定部１５で設定さ
れ、測定対象物体に定義されている例えば前向軸Ｆ、下
向軸Ｄ、右向軸Ｒに一義的に対応付けされているから、
慣性計測装置１０を測定対象物体に装着する場合に測定
対象物体に定義されている前向軸Ｆ、下向軸Ｄ、右向軸
Ｒと自己の感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚとの対応付けに従って向き
を選んで装着しなければならないことになる。

【０００７】特に、図１２に示したように箱体１１に取
付金具１２を用意している場合にはこの取付金具１２の
位置によって測定対象物体への取付面が決まるため、慣
性計測装置１０の向きを自由に選択して取りつけるため
には面倒な作業が強いられる。その一例を図１４乃至１
６を用いて説明する。この例ではヘルメットのような測
定対象物体２０に慣性計測装置１０を取り付け、この測
定対象物体２０を例えばダミー人形或いは人間に被せて
各種の計測を行う場合を示す。

【０００８】図１２に示したように慣性計測装置１０は
箱体１１に収納されており、この箱体１１を取付金具１
２を利用して測定対象物体２０に装着する場合、測定対
象物体２０に定義される前向軸Ｆ、下向軸Ｄ、右向軸Ｒ
と慣性計測装置１０内に定義される各感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚ
（詳しくは各軸Ｘ、Ｙ、Ｚとその向Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、
Ｙ−、Ｚ＋、Ｚ−）との間の関係を常に一定の関係を保
つように取り付けなければならない。

【０００９】慣性計測装置１０の各感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚを
測定対象物体２０に定義された前向軸Ｆ、下向軸Ｄ、右
向軸Ｒのそれぞれに対応付けする場合、取付金具１２を
使って最も簡単に装着するには図１４に示すように測定
対象物体２０の頭頂面に取り付ければよい。然し乍ら、
頭頂面では具合が悪く、例えば図１５に示すように測定
対象物体２０の後部または図１６に示すように側部に取
りつけるためにはブラケット１４の使用が必要となる。

【００１０】このように、取り付け金具１２を用いて測
定対象物体２０となるヘルメットに装着する場合に限っ
ても、軸の定義を整合させるためには各種の工夫が必要
である。増してや各種の形状の測定対象物体に対して慣
性計測装置１０を取り付けるに当たっては様々な工夫が
要求される。この発明の目的は慣性計測装置を自由な向
きで測定対象物体に装着しても、慣性計測装置の各感知
軸Ｘ、Ｙ、Ｚと、測定対象物体に定義されている各軸と
の間の対応付けを自由に設定し、整合させることができ
る慣性計測装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１では
複数の加速度センサが、これらの各加速度感知軸が互い
に直交乃至は交叉する姿勢で保持されて構成され、これ
ら複数の加速度センサが測定対象物体に装着されて測定
対象物体に印加される加速度を計測する慣性計測装置に
おいて、各加速度センサの各加速度感知軸を測定対象物
体への取付状況に応じて測定対象物体に定義された各軸
の何れかに定義する軸設定手段を設けた構成とした慣性
計測装置を提案する。

【００１２】この発明の請求項２では、複数の角速度セ
ンサが、これらの各角速度感知軸が互いに直交乃至は交
叉する姿勢で保持されて構成され、これら複数の角速度
センサが測定対象物体に装着されて測定対象物体に印加
される角速度を計測する慣性計測装置において、各角速
度センサの各角速度感知軸を測定対象物体への取付状況
に応じて測定対象物体に定義された各軸の何れかに定義
する軸設定手段を設けた構成とした慣性計測装置を提案
する。

【００１３】この発明の請求項３では、各加速度感知軸
が互いに直交乃至は交叉する姿勢で保持された複数の加
速度センサと、これら各加速度センサの各加速度感知軸
を中心とする角速度を測定する姿勢に装着された複数の
角速度センサとを具備して構成され、これら複数の加速
度センサ及び角速度センサが測定対象物体に装着されて
測定対象物体に印加される加速度、及び角速度を計測す
る慣性計測装置において、各加速度センサの感知軸及び
各角速度センサの感知軸のそれぞれを測定対象物体に定
義された各軸の何れかに定義する軸設定手段を設けた構
成とした慣性測定装置を提案する。

【００１４】この発明の請求項４では、請求項１又は２
記載の慣性計測装置の何れかにおいて、加速度センサ又
は角速度センサはそれぞれ２個とされ、これら２個の加
速度センサ又は角速度センサの各加速度感知軸、又は角
速度感知軸が互いに直交するＸ、Ｙ方向に交互して配置
されている構造とした慣性計測措置を提案する。この発
明の請求項５では、請求項１又は２記載の慣性計測装置
の何れかにおいて、加速度センサ又は角速度センサはそ
れぞれ３個とされ、これら３個の加速度センサ又は角速
度センサの各加速度感知軸又は角速度感知軸が互いに直
交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置されている構造と
した慣性計測装置を提案する。

【００１５】この発明の請求項６では、請求項１又は２
記載の慣性計測装置の何れかにおいて、加速度センサ又
は角速度センサはそれぞれ３個以上とされ、これら３個
以上の加速度センサ、又は角速度センサの中の３個の加
速度センサ、又は角速度センサの各加速度感知軸又は角
速度感知軸が互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して
配置され、他の加速度センサ又は角速度センサの各加速
度感知軸又は角速度感知軸はＸ、Ｙ、Ｚ方向と異なる角
度で交叉して配置した構造とした慣性計測装置を提案す
る。

【００１６】この発明の請求項７では、請求項３記載の
慣性計測装置において、加速度センサ及び角速度センサ
はそれぞれ２個ずつ設けられ、これら２個ずつの加速度
センサ及び角速度センサの各加速度感知軸及び角速度感
知軸を互いに直交するＸ、Ｙ方向に交叉して配置した構
造とした慣性計測装置を提案する。この発明の請求項８
では、請求項３記載の慣性計測装置において、加速度セ
ンサ及び角速度センサはそれぞれ３個ずつ設けられ、こ
れら３個ずつの加速度センサ及び角速度センサの各加速
度感知軸及び角速度感知軸を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ
方向に交叉して配置した構造とした慣性計測装置を提案
する。

【００１７】この発明の請求項９では、請求項３記載の
慣性計測装置において、加速度センサ及び角速度センサ
はそれぞれ３個以上ずつ設けられ、これら３個以上ずつ
の加速度センサ及び角速度センサの中の３個の加速度セ
ンサ及び角速度センサはその各加速度感知軸及び角速度
感知軸を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置
すると共に、他の加速度センサ及び角速度センサの各加
速度感知軸及び角速度感知軸はＸ、Ｙ、Ｚ方向と異なる
角度で交叉して配置した構造とした慣性計測装置を提案
する。

【００１８】この発明の請求項１０では、請求項１乃至
９記載の慣性計測装置の何れかにおいて、軸設定手段に
軸定義設定記憶部を設け、この軸定義設定記憶部に軸設
定手段に設定するための設定信号を記憶させる構造とし
た慣性計測装置を提案する。この発明の請求項１１で
は、請求項１０で提案した慣性計測装置において、軸定
義設定記憶部を不揮発性メモリによって構成した慣性計
測装置を提案する。この発明の請求項１２では、請求項
１乃至１１記載の慣性計測装置の何れかにおいて、慣性
計測装置に定義された複数の加速度感知軸又は角速度感
知軸の中から鉛直下向きの姿勢にある感知軸を検出する
鉛直下向軸検出手段と、この鉛直下向軸検出手段で検出
した鉛直下向軸の姿勢にある感知軸を除くほかの感知軸
を測定対象物に定義されている鉛直下向軸以外のほかの
軸に対応付けする設定を行う軸設定手段とを設けた構成
とした慣性計測装置を提案する。

【００１９】

【作用】この発明の請求項１乃至３で提案した慣性計測
装置の構成によれば、慣性計測装置に軸設定手段を設け
たから、慣性計測装置の各感知軸の定義を自由に選択し
て設定することができる。従って、測定対象物体に対し
て自由に方向を選んで装着することができる。この結
果、例えば取り付け金具を用いて取り付け易い姿勢で測
定対象物体に装着しても、各感知軸を測定対象物体側に
定義される前向軸、下向軸、右向軸に自由に対応付けす
ることができ、取り付けを容易に行うことができる利点
が得られる。

【００２０】請求項４では２個の加速度センサ又は角速
度センサによってＸ、Ｙの２軸方向の慣性を計測する慣
性計測装置にこの発明を適用した点を請求するものであ
る。また、請求項５では加速度感知軸又は角速度感知軸
がＸ、Ｙ、Ｚの３軸を具備した慣性計測装置にこの発明
を適用した点を請求するものである。加速度感知軸又は
角速度感知軸が２軸であっても、３軸であってもこの発
明を適用することにより、装着の向きに制限を受けるこ
とがなくなるため取り扱いが容易な慣性計測装置を提供
することができる。

【００２１】また、請求項１で提案する加速度センサだ
けで構成される慣性計測装置であっても、また請求項２
で提案する角速度センサのみで構成される慣性計測装置
であっても、請求項３で提案する加速度センサと角速度
センサを対で設けた構成の慣性計測装置程の精度は得ら
れないにしても、測定対象物体の位置の変化、姿勢の変
化等を測定することができる。従って、請求項１及び２
で提案する慣性計測装置も充分実用に供することができ
る。

【００２２】請求項６では、加速度センサ又は角速度セ
ンサを３個以上設け、３個以上の中の３個のセンサの各
感知軸を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に配置
し、他のセンサの感知軸はＸ、Ｙ、Ｚ以外の角度に配置
した構造の慣性計測装置を提案するものである。この請
求項６で提案した慣性計測装置によれば通常時は感知軸
がＸ、Ｙ、Ｚ方向に配置されたセンサを用いて慣性を計
測するが、３個のセンサの中の何れかが不良になった場
合でもＸ、Ｙ、Ｚ方向以外の角度に配置したセンサを利
用することにより、故障前と同等の測定状態を維持する
ことができる。

【００２３】この発明の請求項７乃至９で提案した慣性
計測装置によれば各感知軸に対して加速度センサと角速
度センサを対で設けた構造としたため、測定精度の高い
慣性計測装置を得ることができる。特に請求項９で提案
した慣性計測装置によれば３個以上の加速度センサと角
速度センサを用いて構成したから、常時３個のセンサを
用いている状態で、その中の１個又は２個或いは３個が
不良になっても、常用している３個以外のセンサを代用
することにより測定を続けることができる。この点で精
度が高く、また信頼性の高い慣性計測装置を提供するこ
とができる利点が得られる。

【００２４】この発明の請求項１０で提案した慣性計測
装置によれば、軸設定手段に軸定義設定記憶部を設けた
から、この軸設定記憶部に各設定状態を記憶させること
ができる。この軸定義設定記憶部に請求項１１で提案す
るように不揮発性メモリを用いることにより一度設定を
した後は不揮発性メモリに取りこんだデータにより次回
からは全く設定操作を行わなくてもよい。従って、入力
手段１９を取り外して衝撃試験等を行うことができるた
め、この点で取り扱いが容易な慣性計測装置を提供する
ことができる。

【００２５】この発明の請求項１２で提案した慣性計測
装置によれば鉛直下向軸検出手段を設けたことから、こ
の鉛直下向軸検出手段によって鉛直下向きの姿勢にある
感知軸を検出することができる。この結果、この鉛直下
向きの姿勢にある感知軸を測定対象物体の例えば下向軸
に自動的に決定することができ、他の軸の対応関係を設
定するだけで慣性計測手段と測定対象物体との間の軸の
関係を全て設定することができる。従って、設定操作を
簡素化することができる利点が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の請求項１及び
５で提案した慣性計測装置の一実施例を示す。図１３と
対応する部分には同一符号を付して示す。請求項１で提
案した慣性計測装置は複数の加速度センサＡ１、Ａ２、
Ａ３の各加速度感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚを互いに交叉させて配
置し、その検出出力ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを演算処理して測
定対象物体に与えられた加速度Ａ、姿勢角φ、速度Ｖ、
位置Ｐ等を出力する慣性計測装置１０において、軸設定
手段１７を設け、この軸設定手段１７で各加速度センサ
Ａ１、Ａ２、Ａ３の各加速度感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚを測定対
象物体（図１には特に図示しない）に定義されている各
軸（前向軸Ｆ、右向軸Ｒ、下向軸Ｄ）の姿勢に整合させ
ることができる構成としたものである。

【００２７】図１に示す例では図２に示すように慣性計
測装置１０をその取付金具１２を用いて測定対象物体２
０に直接取りつけた場合に発生する慣性計測装置１０の
感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚが測定対象物体２０に定義した前向軸
Ｆ、下向軸Ｄ、右向軸Ｒとの関係からずれてしまうこと
を解消しようとした場合を示す。つまり、従来の慣性計
測装置ではＸ軸を感知軸とした加速度センサＡ１の検出
信号ＡＸを演算処理装置１６の前向軸入力端子ＴＦに入
力し、Ｘ軸を測定対象物体２０の前向軸Ｆと対応付けし
ていたが、この例では図２に示したようにＸ軸が上下方
向に向いているから、Ｘ軸は測定対象物体２０の下向軸
Ｄに対応させなくてはならない。またＹ軸は右向軸Ｒに
対応し、Ｚ軸は前向軸Ｆに対応することになる。

【００２８】この結果、図１に示す例では軸設定手段１
７において、加速度センサＡ１の検出信号ＡＸを演算処
理装置１６の下向軸入力端子ＴＤに入力し、加速度セン
サＡ２の検出信号ＡＹは演算処理装置１６の右向入力端
子ＴＲに入力し、加速度センサＡ３の検出信号ＡＺを演
算処理装置１６の前向入力端子ＴＦに入力するように設
定すればよい。この設定によって演算処理装置１６は測
定対象物体２０の動きをこの測定対象物体２０に定義し
た前向軸Ｆ、右向軸Ｒ、下向軸Ｄに従って正しく演算処
理できることになる。

【００２９】図１に示す１８は軸設定手段１７に設定し
た各設定状況を記憶する軸定義設定記憶部を示す。この
軸定義設定記憶部１８は例えばＲＡＭのようなメモリに
よって構成することができる。また、スタティックＲＡ
Ｍのような不揮発性メモリを用いることにより、例えば
コンピュータによって構成した入力手段１９から一度、
設定状況を書き込むことによりその状態を保持し続ける
ことができるから、一度設定してしまった後は、入力手
段１９を接続することはなく実用することができる。こ
の軸定義設定記憶部１８を設けた構成をこの発明では請
求項１０で請求し、更に軸定義設定記憶部１８を不揮発
性メモリによって構成した点を請求項１１で請求するも
のである。

【００３０】ところで、図１に示した実施例はこの発明
の概要を簡素に説明するために例示した実施例である。
図１に示した実施例では各加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ
３の検出信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺの向きに対応した極性を
考慮していないが、現実には各加速度センサＡ１、Ａ
２、Ａ３が検出する検出信号の極性を考慮し、印加され
た加速度の向きを判定する必要がある。つまり、慣性計
測装置１０の各加速度感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚには、図３に示
すように極性が付加されている。この極性を測定対象物
体２０の各軸に対応付けすると、図３に示す例では前向
がＺ＋、後向がＺ−、右向がＹ＋、左向がＹ−、上向が
Ｘ＋、下向がＸ−ということに対応付けされる。

【００３１】そしてこれらの各向きに加速度が与えられ
た場合の検出信号がＺ−方向に対してはＡＺ−、Ｚ＋方
向に対してはＡＺ＋、Ｙ＋方向に対してはＡＹ＋、Ｙ−
方向に対してはＡＹ−、Ｘ＋方向に対してはＡＸ＋、Ｘ
−方向に対してはＡＸ−が出力されるものとすると、演
算処理装置１６の前向入力端子ＴＦ、右向入力端子Ｔ
Ｒ、下向入力端子ＴＤには極性も定義した前向信号ＡＺ
＋、右向信号ＡＹ＋、下向き信号ＡＸ−を入力する必要
がある。

【００３２】図４は図１に示した入力手段１９から軸定
義設定記憶部１８に入力する設定の一例を示す。この例
では各加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３の６方向の感知軸
Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−、Ｚ＋、Ｚ−の中の２つの軸を
下向軸と前向軸として決定することにより他の軸は必然
的に決定されることを表わしている。つまり、図４にお
いて、設定ＮＯ．０では下向軸をＺ＋、前向軸をＸ＋に
設定した場合を示す。この２つの軸を設定することによ
り他の軸Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−、Ｚ−は必然的に決定され
る。従って、例えば入力手段１９に図４に示す表を用意
し、各軸の組み合わせを図１に示した軸定義設定記憶部
１８に記憶させ、設定ＮＯ．を入力手段１９から入力す
るだけで設定が完了するように構成すればよい。

【００３３】図５は極性を考慮した軸設定手段１７の具
体的な実施例を示す。スイッチＳＸ１、ＳＸ２及びＳＹ
１、ＳＹ２、ＳＺ１、ＳＺ２は各加速度センサＡ１、Ａ
２、Ａ３の何れの向きの信号を選択するかを決定するス
イッチ、スイッチＷＸ１、ＸＹ１、ＷＺ１、ＷＸ２、Ｗ
Ｙ２、ＷＺ２、ＷＸ３、ＷＹ３、ＷＺ３は演算処理装置
１６の前向軸入力端子ＴＦ、右向軸入力端子ＴＲ、下向
軸入力端子ＴＤにどの軸の信号を入力するかを設定する
スイッチを示す。これらのスイッチは例えば半導体集積
回路に形成した半導体スイッチによって構成することが
でき、軸定義設定記憶部１８に記憶した設定値に従って
オン又はオフの状態に制御され、所望の切り替え状態に
設定される。

【００３４】図６はこの発明の請求項２及び５で提案し
た慣性計測装置の実施例を示す。この実施例では３個の
角速度センサＪ１、Ｊ２、Ｊ３をその角速度感知軸Ｘ、
Ｙ、Ｚを互いに直交させて配置し、その検出信号を軸設
定手段１７で測定対象物体に定義した各軸に整合させて
演算処理装置１６の各入力端子ＴＦ、ＴＲ、ＴＤに入力
する構成とした場合を示す。この実施例でも慣性計測装
置１０が如何なる姿勢で測定対象物体に装着されても、
軸設定手段１７により軸の定義を置換することができ
る。従って、慣性計測装置１０を測定対象物体に取り付
ける際に、その向きに制限がないから、付属されている
例えば取付金具１２を用いて簡単に取付を行うことがで
きる。尚、この実施例でも現実には図５に示した構成の
軸設定手段１７を用いることになる。

【００３５】図７はこの発明の請求項３及び８で提案し
た慣性計測装置の実施例を示す。この実施例ではＸ、
Ｙ、Ｚの各感知軸に加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３と、
これらの各加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３の各加速度感
知軸を中心に印加される角速度を計測する角速度センサ
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３とを設け、加速度と角速度の各検出信
号を用いて角速度ω、姿勢角φ、加速度Ａ、速度Ｖ、位
置Ｐ等を出力する構成とした慣性計測装置にこの発明を
適用した場合を示す。

【００３６】従って、この実施例では加速度検出信号系
路と、角速度検出信号系路の２系統の信号系路が設けら
れ、軸設定手段１７はこれら２系統の信号切り替え回路
によって構成される。図８は、請求項６及び９で提案す
る慣性計測装置の実施例を示す。請求項６では、加速度
センサか角速度センサの何れか一方を３軸方向以上に設
けた慣性計測装置を請求するものであり、請求項９では
加速度センサと角速度センサを対にして３軸以上に設け
た構成を請求するものである。図８には４個の加速度セ
ンサＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と４個の角速度センサＪ
１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４を設けた形式の慣性計測装置の実
施例を示す。３個の加速度センサＡ１〜Ａ３と、３個の
角速度センサＪ１、Ｊ２、Ｊ３の各感知軸Ｘ、Ｙ、Ｚは
互いに直行する方向に設定するが、他の１個の加速度セ
ンサＡ４と角速度センサＪ４の感知軸は各感知軸Ｘ、
Ｙ、Ｚから例えば図９に示すようにそれぞれθ＝５４．
７３５６゜傾いた角度に設定する。

【００３７】このように、予め既知の角度に第４の加速
度センサＡ４と角速度センサＪ４を設けておくことによ
り、他の加速度センサＡ１、Ａ２、Ａ３の何れか１つ又
は角速度センサＪ１、Ｊ２，Ｊ３の何れか一つが不良に
なった場合は、この第４の加速度センサＡ４と角速度セ
ンサＪ４の出力によって代用することができる。つま
り、感知軸の角度が既知であることにより、どの方向の
加速度及び角速度も角度θの比率によって求めることが
できるからである。

【００３８】従って、第４の加速度センサＡ４と第４の
角速度センサＪ４の検出信号Ａθ、Ｊθは常時その専用
入力端子Ｔθを通じて演算処理装置１６に入力され、他
のセンサの検出信号との比率によりＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速
度及び角速度を算出するパラメータとして利用される。
他のセンサが正常である間はその算出値は利用されない
が、他のセンサが不良になった場合にその算出値が採用
される。以上説明した図１、図６、図７、図８に示す実
施例では加速度センサ又は角速度センサの何れか一方又
は双方をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に配置した実施例を説明
したが、請求項７で提案するＸとＹの２軸に加速度セン
サ又は角速度センサを設けた慣性計測装置でも軸設定手
段１７を設けることにより、その姿勢を選ぶことなく、
自由な向きで測定対象物体に取り付けることができる作
用、効果が得られることは容易に理解できよう。従っ
て、２軸形式の慣性計測装置に軸設定手段１７と軸定義
設定記憶部１８を設けた実施例の説明は省略することに
する。

【００３９】図１０はこの発明の請求項１２で提案する
慣性計測装置の実施例を示す。この実施例では鉛直下向
軸検出手段２１を設け、この鉛直下向軸検出手段２１に
よって鉛直下向きの姿勢にある感知軸を検出し、この感
知軸の検出信号を演算処理装置１６の下向軸入力端子Ｔ
Ｄに入力するように軸設定手段１７の状態を制御する構
成とした場合を示す。つまり、加速度センサＡ１、Ａ
２、Ａ３、の出力の状態により重力加速度の方向を検出
することにより下向きの姿勢にある感知軸を求めること
ができる。また他の方法としては角速度センサＪ１、Ｊ
２、Ｊ３の各検出信号により地球の自転による角速度を
検出して鉛直下向きの姿勢にある感知軸を求めることも
できる。

【００４０】鉛直下向軸検出手段２１では、これらの何
れかの方法で鉛直下向きの姿勢にある感知軸を検出し、
この検出した軸の情報を入力手段１９に送りこむ、入力
手段１９はその軸の情報を利用者に表示する。利用者は
鉛直下向きの姿勢にある感知軸が解ることにより、慣性
計測装置１０の取り付けの姿勢から、どの感知軸を例え
ば前向軸Ｆに指定すればよいかを判断することができ、
その軸を入力手段１９から入力することにより、正しい
向きの設定が完了する。

【００４１】図１１に鉛直下向軸が検出された場合に入
力手段１９で入力するほかの軸の設定の様子を示す。設
定ＮＯ．０は鉛直下向軸がＺ＋又はＺ−の場合は、前向
軸としてＸ＋を設定し、鉛直下向軸がＸ＋又はＸ−の場
合は前向軸としてＹ＋を設定することを表わしている。
従って、図１１に示す表を軸定義設定記憶部１８、又は
入力手段１９に記憶しておくことにより、利用者は設定
ＮＯ．だけを入力すると所望の軸を前向軸に設定できる
ように構成することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、この慣性計測装置１０に軸設定手段１７を設けた構
成にしたことにより各センサの感知軸がＸ、Ｙ、Ｚのど
の方向に取りつけられていても、センサの検出信号を切
り替えることにより演算処理装置１６に入力する信号の
軸の定義を任意に変更することができるから、慣性計測
装置１０の向きを選ぶことなく、自由に測定対象物体に
対して取り付けることができる。従って、例えば慣性計
測装置１０に取付金具１２が用意されている場合にはこ
の取付金具１２を利用して、どのような姿勢で測定対象
物体に取りつけても、軸の定義を測定対象物体に定義さ
れている軸と整合させることができる。この結果、取り
扱いが容易な慣性計測装置を提供することができる。

【００４３】また、軸定義設定記憶部１８に不揮発性メ
モリを用いることにより、一度設定状態を記憶させてし
まえば、入力手段１９を取り外しても、その状態を記憶
しているから、例えば衝撃試験を行う場合に入力手段１
９を取り外して試験を行うことができ、この点でも使い
勝手のよい慣性計測装置を提供することができる利点が
得られる。しかも、鉛直下向軸検出手段２１を設けた場
合には、自動的に慣性計測装置１０の取付姿勢を判定す
ることができ、この点でも更に一層取り扱いを簡素化す
ることができ、この点でも更に一層取り扱いを簡素化す
ることができる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１と５で提案する慣性計測装
置の実施例を示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するための側面図。

【図３】慣性計測装置の感知軸の定義の一例を説明する
ための斜視図。

【図４】図１に示した軸定義設定記憶部に入力する設定
条件の一例を示す図。

【図５】図１に示した軸設定手段の内部の構造の一例を
説明するための接続図。

【図６】この発明の請求項２と５で提案する、慣性計測
装置の実施例を説明するためのブロック図。

【図７】この発明の請求項３と８で提案する、慣性計測
装置の実施例を説明するためのブロック図。

【図８】この発明の請求項６と９で提案する、慣性計測
装置の実施例を説明するためのブロック図。

【図９】図８に示した実施例の各センサの感知軸の向き
を説明するための図。

【図１０】この発明の請求項１２で提案する、慣性計測
装置の実施例を説明するためのブロック図。

【図１１】図１０に示した軸定義設定記憶部に入力する
設定条件の一例を示す。

【図１２】従来の慣性計測装置を説明するための斜視
図。

【図１３】従来の慣性計測装置の電気的な構成の概要を
説明するためのブロック図。

【図１４】従来の慣性計測装置の不都合を説明するため
に、慣性計測装置を測定対象物体に取り付けた状態の一
例を示す平面図。

【図１５】図１４と同様に、従来の慣性計測装置の不都
合を説明するための側面図。

【図１６】図１４と図１５と同様に、従来の慣性計測装
置の不都合を説明するための正面図。

【符号の説明】

１０慣性計測装置１１箱体１２取付金具１３ケーブルＸ、Ｙ、Ｚ慣性計測装置の感知軸Ｆ測定対象物体に定義された前向軸Ｄ測定対象物体に定義された下向軸Ｒ測定対象物体に定義された右向軸Ａ１、Ａ２、Ａ３加速度センサＪ１、Ｊ２、Ｊ３角速度センサ１４ブラケット１５基準センサ軸設定部１６演算処理装置１７軸設定手段１８軸定義設定記憶部１９入力手段２０測定対象物体２１鉛直下向軸検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/00 G01C 19/00 G01C 21/16 G01P 9/00 G01P 15/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の加速度センサが、これらの各加速
度感知軸が互いに直交乃至は交叉する姿勢で保持されて
構成され、これら複数の加速度センサが測定対象物体に
装着されて測定対象物体に印加される加速度を計測する
慣性計測装置において、上記各加速度センサの各加速度感知軸を上記測定対象物
体への取付状況に応じて測定対象物体に定義された各軸
の何れかに定義する軸設定手段を設けた構成としたこと
を特徴とする慣性計測装置。
【請求項２】複数の角速度センサが、これらの各角速
度感知軸が互いに直交乃至は交叉する姿勢で保持されて
構成され、これら複数の角速度センサが測定対象物体に
装着されて測定対象物体に印加される角速度を計測する
慣性計測装置において、上記各角速度センサの各角速度感知軸を上記測定対象物
体への取付状況に応じて測定対象物体に定義された各軸
の何れかに定義する軸設定手段を設けた構成としたこと
を特徴とする慣性計測装置。
【請求項３】各加速度感知軸が互いに直交乃至は交叉
する姿勢で保持された複数の加速度センサと、これら各
加速度センサの各加速度感知軸を中心とする角速度を測
定する姿勢に装着された複数の角速度センサとを具備し
て構成され、これら複数の加速度センサ及び角速度セン
サが測定対象物体に装着されて測定対象物体に印加され
る加速度及び角速度を計測する慣性計測装置において、上記各加速度センサの感知軸及び各角速度センサの感知
軸のそれぞれを上記測定対象物体に定義された各軸の何
れかに定義する軸設定手段を設けた構成としたことを特
徴とする慣性測定装置。
【請求項４】請求項１又は２記載の慣性計測装置の何
れかにおいて、上記加速度センサ又は角速度センサはそ
れぞれ２個とされ、これら２個の加速度センサ、又は角
速度センサの各加速度感知軸又は角速度感知軸が互いに
直交するＸ、Ｙ方向に交互して配置されている構造とし
たことを特徴とする慣性計測措置。
【請求項５】請求項１又は２記載の慣性計測装置の何
れかにおいて、上記加速度センサ、又は角速度センサは
それぞれ３個とされ、これら３個の加速度センサ、又は
角速度センサの各加速度感知軸、又は角速度感知軸が互
いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置されている
構造としたことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項６】請求項１又は２記載の慣性計測装置の何
れかにおいて、上記加速度センサ又は角速度センサはそ
れぞれ３個以上とされ、これら３個以上の加速度セン
サ、又は角速度センサの中の３個の加速度センサ、又は
角速度センサの各加速度感知軸、又は角速度感知軸が互
いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置され、他の
加速度センサ又は角速度センサの各加速度感知軸、又は
角速度感知軸は上記Ｘ、Ｙ、Ｚ方向と異なる角度で交叉
して配置した構造としたことを特徴とする慣性計測装
置。
【請求項７】請求項３記載の慣性計測装置において、
上記加速度センサ及び角速度センサはそれぞれ２個ずつ
設けられ、これら２個ずつの加速度センサ及び角速度セ
ンサの各加速度感知軸及び角速度感知軸を互いに直交す
るＸ、Ｙ方向に交叉して配置した構造としたことを特徴
とする慣性計測装置。
【請求項８】請求項３記載の慣性計測装置において、
上記加速度センサ及び角速度センサはそれぞれ３個ずつ
設けられ、これら３個ずつの加速度センサ及び角速度セ
ンサの各加速度感知軸及び角速度感知軸を互いに直交す
るＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置した構造としたことを
特徴とする慣性計測装置。
【請求項９】請求項３記載の慣性計測装置において、
上記加速度センサ及び角速度センサはそれぞれ３個以上
ずつ設けられ、これら３個以上ずつの加速度センサ及び
角速度センサの中の３個の加速度センサ及び角速度セン
サはその各加速度感知軸及び角速度感知軸を互いに直交
するＸ、Ｙ、Ｚ方向に交叉して配置すると共に、他の加
速度センサ及び角速度センサの各加速度感知軸及び角速
度感知軸は上記Ｘ、Ｙ、Ｚ方向と異なる角度で交叉して
配置した構造としたことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項１０】請求項１乃至９記載の慣性計測装置の
何れかにおいて、上記軸設定手段に軸定義設定記憶部を
設け、この軸定義設定記憶部に上記軸設定手段に設定す
るための設定信号を記憶させる構造としたことを特徴と
する慣性計測装置。
【請求項１１】請求項１０記載の慣性計測装置におい
て、軸定義設定記憶部を不揮発性メモリによって構成し
たことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１記載の慣性計測装置
の何れかにおいて、慣性計測装置に定義された複数の加
速度感知軸又は角速度感知軸の中から鉛直下向きの姿勢
にある感知軸を検出する鉛直下向軸検出手段と、この鉛
直下向軸検出手段で検出した鉛直下向きの姿勢にある感
知軸を除く他の感知軸を測定対象物体に定義されている
鉛直下向軸以外の他の軸に対応付けする設定を行う軸設
定手段とを設けた構成としたことを特徴とする慣性計測
装置。