JP5359776B2 - 多センサー制御方法及び多センサー装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセンサーを制御する多センサー制御方法、及びこの多センサー制御方法を用いた多センサー装置に関するものである。

従来、人、動物及び物体の動きなどの移動物体における位置、向き、移動速度及び受けた衝撃などの検出には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｖａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｎｓｅｒ）、磁気方位センサー、ジャイロセンサー又は加速度センサーなどのセンサーが使用されている。これらのセンサーは、単独で用いられることもあるが、複数のセンサーを組み合わせて使用する場合がある。

しかしながら、上記したセンサーの各々は正確な動きの検出が可能となるものの、常時電力を供給し続けることが必要であり、センサーの数が多くなればなるほどより正確な状態検出が可能となる反面、消費する電力も多くなる。このため、連続した電力の供給が行えない場合は、使用時間の制限や常時使用するセンサーの数を減らすなどの工夫が行われている。

例えば、特許文献１では、常時通電の必要のない接点式振動検出手段と、電気的振動検出手段と、接点式振動検出手段の出力信号を監視する監視部と、監視部の監視結果に基づいて電気的振動検出手段の動作を可能にする動作制御手段とを有する振動検出装置が提案されている。

特開平１１−１１８５８７号公報

しかしながら、特許文献１は、設置した傾斜状態の変化を検出して電気的振動検出手段の電源のオン、オフの制御を行うものの、電気的振動検出手段がオンになってから安定して作動するまでの時間に致命的となるような大きな振動があったとしても検出することができず、該大きな振動に対しての対応をすることができない。

本発明は、上述した課題における少なくともひとつの問題点を解決するためになされたものであり、以下の多センサー制御方法及び多センサー装置の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本発明に係るひとつの多センサー制御方法は、第１のセンサーと第２のセンサーとを用いる多センサー制御方法であって、前記第１のセンサーの出力値により予め定義された所定の状態を検出する第１の処理と、前記所定の状態の検出により前記第２のセンサーを起動させる第２の処理と、前記第２のセンサーが起動してから測定値の出力が可能となるまでの所定の時間において、前記第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを前記第１のセンサーの出力値から生成する第３の処理と、を行うことを特徴とする。

この方法によれば、第１の処理において第１のセンサーの出力値により予め定義された所定の状態を検出し、所定の状態が検出された場合は第２の処理において第２のセンサーを起動し、第２のセンサーが起動してから測定結果の出力が可能となるまでの間は第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを第１のセンサーの出力値を基にして第３の処理において生成することで、消費電力を抑えた応答性の高い多センサー装置を構成することができる。第１のセンサーには第２のセンサーよりも消費電力の小さなセンサーを用い、第２のセンサーには第１のセンサーよりも検出精度が高いセンサーを用いる。これにより、第２のセンサーを常時作動させることがなくなるため、消費電力を抑えることが可能となる。また、第２のセンサーが、起動してから測定値の出力が可能になるまでの所定の時間を要する場合、第１のセンサーの出力を基にした補間データを生成するため、本適用例に係る方法を用いた多センサー装置を用いるシステムは、この補間データを利用してより早く必要な処理を実行することができる。

［適用例２］
上記の適用例に係る多センサー制御方法において、前記第１のセンサーはオン又はオフのいずれかの状態を出力するセンサーであり、前記補間データは、前記所定の時間における前記第１のセンサーのオンの占める時間の割合を基に算出されることが好ましい。

この方法によれば、オン又はオフのいずれかの状態を出力するセンサーを第１のセンサーとして用いることで消費電力を小さくすることでき、また、所定の時間におけるオンの占める時間の割合から補間データを生成することができる。例えば、オンのときのみに電力を消費する消費電力の小さなセンサーとして、一対の対向する電極間に球状の導電体を有するボールセンサーが知られている。本適用例に係る多センサー制御方法を用いる装置において、ボールセンサーを使用することが可能となる。

［適用例３］
上記の適用例に係る多センサー制御方法において、前記所定の状態は、複数の前記第１のセンサーの出力値により定義されることが好ましい。

この方法によれば、第１のセンサーとして、複数のセンサーを用いることで所定の状態の定義をより細かく行うことができる。

［適用例４］
上記の適用例に係る多センサー制御方法において、前記第２の処理は、複数の前記第２のセンサーの少なくともひとつを起動させる処理であることが好ましい。

この方法によれば、第２のセンサーとして複数のセンサーを用いることで、所定の状態の検出結果に合わせて、使用するのに適したセンサーを選択することができる。複数のセンサーは、それぞれが異なる種類のセンサーであってよい。複数のセンサーを選択することができることから、選択したセンサーの測定値を組み合わせることで、より細かな状態の検出が可能となる。

［適用例５］
本発明に係るひとつの多センサー装置は、第１のセンサーと第２のセンサーとを有する多センサー装置であって、前記第１のセンサーの出力値により、予め定義された所定の状態の状態検出を行う第１の制御部と、前記第１の制御部における前記状態検出の結果に応じて前記第２のセンサーを起動させる第２の制御部と、前記第２のセンサーが起動してから測定値の出力が可能となるまでの所定の時間において、前記第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを、前記複数の第１のセンサーの出力値から生成する第３の制御部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、第１の制御部において第１のセンサーの出力値により予め定義された所定の状態を検出し、所定の状態が検出された場合は第２の制御部において第２のセンサーを起動し、第２のセンサーが起動してから測定結果の出力が可能となるまでの間は第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを第１のセンサーの出力値を基にして第３の制御部で生成することで、消費電力を抑えた応答性の高い多センサー装置を構成することができる。第１のセンサーには第２のセンサーよりも消費電力の小さなセンサーを用い、第２のセンサーには検出精度が高いセンサーを用いる。これにより、第２のセンサーを常時作動させることがなくなるため、消費電力を抑えることが可能となる。また、第２のセンサーが、起動してから測定値の出力が可能になるまでの所定の時間を要する場合、第１のセンサーの出力を基にした補間データを生成するため、本適用例に係る構成によるセンサーを用いるシステムは、この補間データを利用してより早く必要な処理を実行することができる。

第１実施形態を示すブロック図。 第１のセンサーと第２のセンサーの検出状態の例。 第１のセンサー及び第２のセンサーの検出状態、及び補間データの例。 第２実施形態を示すブロック図。 第１のセンサーの配置の例。 第１のセンサーの検出状態の例。 第２のセンサーの起動条件を示す一覧表。

以下、本発明の多センサー制御方法及び多センサー装置の実施形態について図を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に本実施形態における多センサー装置１０のブロック図を示す。図１に示すのは、第１のセンサー１、第１の制御部２、第２の制御部３、第２のセンサー４、第３の制御部５、第１のセンサーの出力信号６、第２のセンサー４を起動させたことを示す第２の制御部３からの制御信号７、第２のセンサー４の出力信号８、多センサー装置１０の測定値９０及び測定値９０が補間データであることを示す制御信号９である。

第１のセンサー１は常時作動しているセンサーであり、必要なときのみ作動させる第２のセンサーよりも検出精度は低いものでかまわない。その代わりに第２のセンサーに比べて消費電力が小さいものである必要がある。第１のセンサー１は、第２のセンサーに比べて構造が簡易であり、多センサー装置１０を取り付けた対象の動きに対して反応が早いものが好ましい。

第１の制御部２は、第１のセンサー１の出力信号６が予め定められた状態を示すかどうかを常時監視するものである。常時作動させておくものであるから、電力消費が少ない構造であることが好ましい。例えば出力信号６のオン、オフの境界条件となる電圧値を設定し、オンからオフ又はオフからオンのいずれかの変化を検出するようなものであってもよい。このようなものであれば、オンからオフ又はオフからオンのいずれの変化を検出対象とするかを設定するスイッチと複数の抵抗素子との組み合わせで構成することも可能となる。また、より複雑な状態検出を行う場合はマイコンなどを用いることでもかまわない。第１の制御部２においてなされた予め定められた状態の検出結果は第２の制御部３に伝えられる。

第２の制御部３は、第１の制御部２からの検出結果を受けて、第２のセンサー４を起動させるとともに、第２のセンサー４が起動されたことを制御信号７により第３の制御部５に伝える。これを受けて第３の制御部５は第１のセンサー１の出力信号６から補間データを作成し、多センサー装置１０の測定値９０として出力する。そして、所定の時間の経過後に、第２のセンサー４の出力信号８を補間データから切り替えて測定値９０として出力する。ここで、所定の時間とは第２のセンサー４が安定した測定値を出力信号８として出力可能となるまでの時間である。

制御信号９は、測定値９０が補間データであるか第２のセンサー４の測定結果（出力信号８）であるかを区別するための信号である。この信号は、多センサー装置１０のホストとなる機器において区別が可能であるように設けたものである。

本実施例は、第１のセンサー１として上記したボールセンサーを用い、第２のセンサー４として加速度センサーを用いた例である。ボールセンサーは、所定の間隔で対向させた一対の電極により形成される空間内に可動する球状の導電体を入れたもので、球状の導電体の位置により一対の電極が通電の状態又は非通電の状態のいずれかの状態になり、この状態を出力とするセンサーである。このため、通電の状態となったときに電力を消費するため、消費電力を他の種類のセンサーに比べて小さくすることができる。ボールセンサーの形状は特に図示しない。本実施例では、静止した状態で非通電の状態となるように設定した。

第１の制御部２が第２のセンサー４を起動するための条件（予め定められた状態）は、第１のセンサー１の単位時間における通電時間が占める割合により算出する指標値で定義した。指標値は、通電の時間の占める割合が、０％の場合を指標値０とし、５０％未満で０％でない場合を指標値１とし、５０％以上１００％未満の場合を指標値２とし、及び１００％の場合を指標値３とした。この程度の条件であれば、出力信号６の微分回路、タイマー回路、カウンター回路及び比較回路などの回路があれば第１の制御部２を構成することが可能である。

本実施例に用いた加速度センサーは、起動してから測定値が出力されるまで約１秒を要し、更に使用可能な測定値が出力されるまで約１秒を要する。図２に示したのは、第１のセンサー１の指標値の変化と、制御信号９を用いて補間データの出力をマスクした場合（出力させない場合）の多センサー装置１０の出力値の変化である。図２から分かるように、補間データを用いない場合、第１のセンサー１が状態の変化を検出してから約２秒の間は多センサー装置１０の出力値を利用しての他の機器の制御は行えないことがわかる。尚、図２では同一時刻において指標値が複数存在してみえるが、横方向に圧縮して記載したことによるためであり、実際は同一時刻においてはひとつの指標値しか存在しない。

次に、図３に補間データを含む多センサー装置１０の測定値９０の変化の状態を示す。第１のセンサー１の出力信号６により第１の制御部２において指標値１を検出した結果、図３・Ａにおいて第２の制御部３が第２のセンサー４を起動した。第２のセンサー４は、図３・Ｂにおいて出力を開始するものの、図３・Ｃまでは正確な測定結果を出力信号８として出力することができない。しかしながら、図３で示すように、本実施例では図３・Ｄから図３・Ｃまでは補間データを出力することで、多センサー装置１０の測定値９０の出力を行っている。これにより多センサー装置１０の測定値を利用する機器は、より早く機器の制御を始めることができる。

補間データの生成は下記の数式により行った。まず、数式（１）により単位時間Ｔ０あたりのトータルの通電時間を算出し、上記した基準により指標値［Ｌ（Ｔ０）］を算出する。Ｍ（ｔ）は第１のセンサーの出力信号６から得られる通電時間を示す。本実施例では、Ｔ０＝２．５ｍｓとした。次に単位時間Ｔ１における加速度を数式（２）により算出した。ｋは比例定数である。Ｔ１＝２５ｍｓとした。すなわち、本実施例においては、加速度は１０個の指標値［Ｌ（Ｔ０）］から算出している。

（第２実施形態）
図４に、本実施形態における多センサー装置１００のブロック図を示す。本実施形態では、第１のセンサー１１０及び第２のセンサー１４０のそれぞれにおいて複数個のセンサーを用いている。第１のセンサー１１０に複数のセンサー用いることで、第２のセンサー１４０を起動させる条件を細かく設定することが可能となる。また、第２のセンサー１４０に複数のセンサーを用いることで、使用するのが適切と判断できるセンサーを起動することが可能となる。図４に示している第１のセンサー１１０は内部の球状の部分が異なる３つのセンサーを有しているが、センサー１１１、１１２及び１１３は異なる形式のセンサーであっても同じ形式のセンサーであってもよい。同じように、第２のセンサー１４０も、センサー１４１、１４２、１４３、１４４、１４５及び１４６が異なる形式のセンサーであっても同じ形式のセンサーであってもよい。いずれにおいても、同じ形式のセンサーを用いる場合は、それぞれのセンサーの設置向きを異ならせるか、それぞれのセンサーの精度が異なるものを使用するなどすれば、多センサー装置１００の出力を利用するホスト装置が判断できる情報を多くすることができる。また、同じ形式及び同じ精度の複数個のセンサーを同じ設置向きとなるように配置した場合は、すべてが同時に作動しなくなる可能性は低いと考えられることから、故障に対しての信頼性を向上させることができる。尚、図４では第１のセンサー１１０としてセンサー１１１、１１２及び１１３の３個を、第２のセンサー１４０としてセンサー１４１、１４２、１４３、１４４、１４５及び１４６の６個を記載しているが、本実施形態はこの個数に限定するものではない。

本実施例は、第１のセンサーとして３個のボールセンサーを用いて、直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸のそれぞれの軸の傾斜の状態を検出し、これら３個のボールセンサーの出力の組み合わせで認識できる条件により複数の第２のセンサーの少なくともひとつを起動するようにしたものである。第２のセンサーとしては、ＧＰＳ、ジャイロセンサー、加速度センサー、方位センサーを用いた。本実施例において多センサー装置１００を取り付けたのは、３次元に移動し且つＸ軸周りに回転可能な自由度４の物体である。

図５に第１のセンサーとして用いた３個のボールセンサーの配置のイメージを示す。イメージしやすいように、図５は便宜上、直交した３軸の交点（原点）にひとつ（図５・ボールセンサーＣ）、原点から外れたＸ軸上にひとつ（図５・ボールセンサーＡ）、及び原点から外れたＹ軸上にひとつ（図５・ボールセンサーＢ）のボールセンサーを配置した図を示している。実際は、所定の軸に配置したボールセンサーの一対の電極の向い合う端部が所定の軸と垂直になるようになっていれば、所定の軸に平行な任意の軸上にあればよく、例えばそれぞれのボールセンサーが一直線上に配置されていてもかまわない。本実施例における多センサー装置１００では、第１の制御部１２０、第２の制御部１３０及び第３の制御部１５０を実装した基板（図示せず）の空きエリアに３個のボールセンサーを配置した。

図６に第１のセンサーであるボールセンサーＡ、Ｂ及びＣのオン及びオフの検出状態の例を示す。図６で示したのは、Ｘ軸周りに回転した場合のボールセンサーＡ、Ｂ及びＣのものである。図６で０°のときが、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面が水平であるときである。Ｘ軸周りに多センサー装置１００を回転させた場合、ボールセンサーＡは常にオンであり、ボールセンサーＢは回転角が０°（３６０°）及び１８０°近辺でオンになり、ボールセンサーＣは９０°及び２７０°近辺でオンになる。回転に伴い各ボールセンサーがオンからオフになる角度及びオフからオンになる角度は、各ボールセンサーにおける一対の電極の向い合う端部の間の距離と可動するボールの直径とで決まる。

本実施例において使用したボールセンサーは、一対の電極の向い合う端部が垂直の状態から傾斜が約３０°を越したときにオンからオフに移行し、傾斜が約３０°以下となったときにオンとなるものである。従って、回転方向を図５及び図６におけるΩとした場合、ボールセンサーＢがオンの場合の回転角（ケース１）は、０〜約３０°、約１５０°〜約２１０°及び約３３０°〜３６０°のいずれかとなる。同様に、ボールセンサーＣがオンの場合の回転角（ケース２）は、約６０°〜約１２０°及び約２４０°〜約３００°のいずれかであり、ボールセンサーＢ及びＣが共にオフの場合の回転角は（ケース３）、約３０°〜約６０°、約１２０°〜約１５０°、約２１０°〜約２４０°及び約３００°〜約３３０°のいずれかとなる。図５及び図６では説明の便宜上回転方向をΩとしたが、本実施例においては、回転方向はボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０からは分からない。

第２のセンサー１４０を起動する条件は、ボールセンサーＢ及びＣにより検出されるＸ軸周りに回転させた場合の回転角及びボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの各々が検出する単位時間Ｔ０における指標値とした。指標値の算出の仕方は実施例１と同じ数式（１）を用いた。

図７に本実施例における第２のセンサーの起動の条件と起動されるセンサーの一覧表を示す。第１の制御部１２０は図７の起動の条件を検出すると検出結果を第２の制御部１３０に出力し、第２の制御部１３０は図７の一覧表に従って第２のセンサーの起動を行う。ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０は、通電状態及び非通電状態しか示さない。従って、多センサー装置１００が静止している状態において、ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０から生成される各々の指標値の組み合わせは、上記のケース１、２又は３のいずれかとなる。よって、多センサー装置１００の測定期間は、多センサー装置１００を装着した物体が静止している状態、すなわちケース１、２又は３のいずれかの状態から、静止している状態と異なる図７に示した起動の条件に変化したことを検出したときが第２のセンサーを起動する処理を開始するトリガーとなる。

また、第２のセンサーの作動を停止するトリガーは、多センサー装置１００を装着した物体が再び静止の状態になったとき、すなわちケース１、２又は３のいずれかになったときである。しかしながら、ケース１、２又は３のいずれかになったとしても必ずしも物体が静止しているとは限らないことから、本実施例においては、ケース１、２又は３のいずれかの状態が所定の時間（センサーの種類により異なる時間を設定した）経過してから作動している第２のセンサーを非作動とする制御機能を第２の制御部１３０に持たせた。

以下、図７の内容について説明する。

本実施例においては、ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０を基にした指標値が変化しても、３又は０のいずれかの値しか取らないときは、Ｘ軸に対しての回転のみが起こっていると考えてよい。本実施例では、この場合はジャイロセンサーと方位センサーとを起動すればよいとした。尚、ジャイロセンサーと方位センサーは、いずれの起動の条件が成立しても起動されるセンサーである。

また、ケース１、２及び３以外でボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの少なくともひとつに指標値３がある場合は大きく位置がずれていることが想定できることからＧＰＳを起動することにした。また、ケース１、２及び３以外で、ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣのいずれにも指標値２が存在しないときは加速度センサーの起動は行わないこととした。

第３の制御部１５０は、第２の制御部からの第２のセンサーの起動を意味する制御信号１７０の信号を受けて、起動したセンサーが加速度センサー及びジャイロセンサーである場合はそれぞれのセンサーが正確な測定結果を出力できるまでの所定の時間の間、加速度センサー及びジャイロセンサーの測定値として出力する補間データの生成を行う。補間データはボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの各々について上記の数式（２）より加速度を算出し、算出した加速度を測定値１９０として出力する間は、制御信号１０９をオンとする。制御信号１０９により、センサーの種類を示すタグとともに測定値が出力される。

本実施例においては、加速度センサーの補間データは、ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０から求めた加速度を加算した値とした。ジャイロセンサーの補間データは、ボールセンサーＡ、Ｂ及びＣの出力信号１６０から求めた加速度の値をそのまま出力することにした。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態の説明を行ったが、本発明の実施は上記の実施形態及び実施例に限られるものではない。また、数式（２）の比例係数などは実際の実験を行う上で定めるのが好ましく、測定値１９０の形式も測定値を使用するホスト機器に合わせて定義することが好ましい。

１…第１のセンサー、２…第１の制御部、３…第２の制御部、４…第２のセンサー、５…第３の制御部、６…第１のセンサーの出力信号、７…制御信号、８…第２のセンサーの出力信号、９…制御信号、１０…多センサー装置、９０…測定値、１００…多センサー装置、１０９…制御信号、１１０…第１のセンサー、１１１、１１２、１１３…センサー、１２０…第１の制御部、１３０…第２の制御部、１４０…第２のセンサー、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６…センサー、１５０…第３の制御部、１６０…ボールセンサーの出力信号、１７０…制御信号、１９０…測定値。

Claims (5)

1. 第１のセンサーと第２のセンサーとを用いる多センサー制御方法であって、
   前記第１のセンサーの出力値により予め定義された所定の状態を検出する第１の処理と、
   前記所定の状態の検出により前記第２のセンサーを起動させる第２の処理と、
   前記第２のセンサーが起動してから測定値の出力が可能となるまでの所定の時間において、前記第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを前記第１のセンサーの出力値から生成する第３の処理と、を行うことを特徴とする多センサー制御方法。
2. 前記第１のセンサーはオン又はオフのいずれかの状態を出力するセンサーであり、
   前記補間データは、前記所定の時間における前記第１のセンサーのオンの占める時間の割合を基に算出されることを特徴とする請求項１に記載の多センサー制御方法。
3. 前記所定の状態は、複数の前記第１のセンサーの出力値により定義されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多センサー制御方法。
4. 前記第２の処理は、複数の前記第２のセンサーの少なくともひとつを起動させる処理であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多センサー制御方法。
5. 第１のセンサーと第２のセンサーとを有する多センサー装置であって、
   前記第１のセンサーの出力値により予め定義された所定の状態の状態検出を行う第１の制御部と、
   前記第１の制御部における前記状態検出の結果に応じて前記第２のセンサーを起動させる第２の制御部と、
   前記第２のセンサーが起動してから測定値の出力が可能となるまでの所定の時間において、前記第２のセンサーの測定値の代わりとなる補間データを、前記複数の第１のセンサーの出力値から生成する第３の制御部と、
   を有することを特徴とする多センサー装置。

Images