JP5724530B2 - データ処理装置、データ処理方法、データ処理装置用プログラム、データ処理システム、および、センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサからの出力データをデータ処理するデータ処理装置、データ処理方法、データ処理装置用プログラム、データ処理システム、および、センサ装置に関する。

従来、ロボット工学において、指先等における２次元の情報を取得するため、圧力センサ素子等が配列されたシート状のセンサが開発されている。例えば、特許文献１には、荷重が負荷されると第１電極から第２電極までの電気抵抗が変化する複数の検出エレメントを格子状に配列して、曲面形状の物体に被覆することを可能にした二次元分布荷重中心位置検出センサが開示されている。

国際公開第２００７／０６９４１２号

しかしながら、従来の格子状にセンサ素子が配列されたシート体では、平面的な圧力分布等は容易に計測できるが、シート体が曲げられる場合や、シート体がめくられる場合等に、そのような状態をセンシングして、シート体が曲げられた形状や、シート体がどのように動いたかまでを求めることは難しかった。

そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、可撓性のシート体の形状変化および動きを求めることができるデータ処理装置等を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得手段と、前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、を備える。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデータ処理装置において、前記センサ位置推定手段が、前記配置された加速度センサの位置に、前記角度変位による回転行列を適用して前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のデータ処理装置において、前記センサ位置推定手段が、原点とした加速度センサからリンク機構のモデルでリンクした各加速度センサの各角度変位から、前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のデータ処理装置において、前記センサ位置推定手段が、前記各加速度センサの各角度変位による回転行列の積から、前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のデータ処理装置において、前記センサ位置推定手段が、前記加速度センサが２方向で互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のデータ処理装置において、前記センサ位置推定手段が、前記加速度センサが格子状にリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載のデータ処理装置において、推定された前記変位後の加速度センサの位置を表示するための画像生成する画像生成手段を更に備えたことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、データ処理装置が、データ処理をするデータ処理方法であって、複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出ステップと、前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出ステップと、前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定ステップと、を有することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得手段、前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段、前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段、および、前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段として機能させる。

また、請求項１０に記載の発明は、複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体と、前記シート体の変位による加速度データをシート体から取得して、変位後の加速度センサの位置を推定するデータ処理装置と、を備えたデータ処理システムにおいて、前記データ処理装置が、前記取得した加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、可撓性のシート体と、前記シート体に複数配置された加速度センサと、前記加速度センサからの加速度データをデータ処理装置に出力する出力部と、を備え、前記データ処理装置が、前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１項に記載のセンサ装置において、前記加速度センサが、前記シート体に格子状に配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得し、加速度データから角加速度を算出し、算出された角加速度から角度変位を算出し、配置された加速度センサの位置と算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサの位置を推定することにより、可撓性のシート体の形状変化および動きを求めることができる。

本発明の実施形態に係るデータ処理システムの概要構成例を示す模式図である。 図１のセンサシートの概要構成の一例を示す模式図である。 センサシートの加速度センサと座標との関係の一例を示す模式図である。 加速度センサと回転変換後の加速度センサとの関係の一例を示す模式図である。 加速度センサのリンク機構のモデルの一例を示す模式図である。 回転変換前後のリンク機構のモデルの加速度センサの関係の一例を示す模式図である。 格子状に配置された加速度センサのリンク機構のモデルの一例を示す模式図である。 図７の変位後の一例を示す模式図である。 図１のデータ処理装置の動作例を示すフローチャートである。 変位後の加速度センサの位置を表示するための画像生成の一例を示す模式図である。 センサシートの利用の様子を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、データ処理システムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。

［１．データ処理システムの構成および機能の概要］
（１．１ データ処理システム１の構成および機能）

まず、本発明の一実施形態に係るデータ処理システムの構成および概要機能について、図１および図２を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るデータ処理システム１の概要構成例を示す模式図である。図２は、センサシートの概要構成の一例を示す模式図である。

図１に示すように、データ処理システム１は、加速度データを計測する計測モジュール１０（センサ装置の一例）と、加速度データを処理するデータ処理モジュール２０（データ処理装置の一例）と、を備えている。

計測モジュール１０は、加速度センサが格子状に配列されたセンサシート１１（シート体の一例）と、センサシート１１からの加速度データの切り替えを行うマルチプレクサ１２と、センサシート１１の各加速度センサの位置を特定するためのセンサアドレス発生回路１３と、センサアドレス発生回路１３のアドレス発生のタイミングを生成するクロック回路１４と、センサシート１１からの加速度データの信号をデジタル信号に変換するセンサ検出回路１５と、センサ検出回路１５からの出力を保持し、各加速度センサからの加速度データをデータ処理モジュール２０に出力するメモリ部１６（出力部の一例）と、を有する。

センサシート１１は、プラスティック等の可撓性のシート体であり、センサシート１１は柔軟に変形する。センサシート１１は、図２に示すように、複数の加速度センサＳを有している。センサシート１１で検出された信号は、マルチプレクサ１２で読み取られる。

加速度センサＳは、ｘ軸方向、ｙ軸方向、および、ｚ軸方向の加速度を計測する素子であり、センサシート１１のシート体に、シート体全面を覆うように、格子状に配置されている。各加速度センサＳは、センサシート１１の変形および動きに応じて、センサシート１１に配置された位置における加速度データを出力する。なお、加速度センサＳは、小型の半導体式が好ましい。

マルチプレクサ１２は、クロック回路１４に同期して動作し、センサアドレス発生回路１３によって生成したセンサアドレス情報を元に順次走査する。

センサ検出回路１５は、Ａ／Ｄコンバータを内蔵し、センサアドレス発生回路１３からの加速度センサＳのセンサアドレス情報と共に、センサアドレス情報に対応した加速度データをメモリ部１６に出力する。

データ処理モジュール２０は、計測モジュール１０のメモリ部１６からの加速度データ等を受け付ける入出力部２１と、センサアドレス情報に従い加速度データを記憶するデータ管理テーブル２２と、データ管理テーブル２２の加速度データから、センサシート１１の変位後の各加速度センサＳの位置を推定する演算部２３と、各加速度センサＳの推定位置に基づきセンサシート１１の変位後のイメージを生成するグラフィックデータ生成部２４と、グラフィックデータを表示するディスプレイ部２５と、を有する。データ処理モジュール２０は、例えば、コンピュータ等である。

入出力部２１は、演算部２３へメモリ部１６に記録していたデータを転送する。

データ管理テーブル２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク等の記憶手段である。データ管理テーブル２２は、例えば、センサシート１１上に格子状に配置された各加速度センサＳの位置に対応したマトリックスの位置に、各加速度センサＳからの加速度データを記憶する。また、データ管理テーブル２２は、センサアドレス情報を元に、各加速度センサＳの加速度データを再配置して管理する。

演算部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ等から構成されていて、各種演算したり、演算結果を記憶したりする。

グラフィックデータ生成部２４は、ＣＰＵ等により演算部２３の演算結果をディスプレイ部２５に３次元的に表示するためのグラフィックデータを生成する。

ディスプレイ部２５は、液晶表示素子またはＥＬ（Electro Luminescence）素子等によって構成されていて、グラフィックデータ生成部２４のグラフィックデータを表示する。

（１．２ 加速度センサのリンク機構のモデル）
次に、加速度センサのリンク機構のモデルについて図３〜図８を用い説明する。
図３は、センサシート１１の加速度センサＳと座標との関係の一例を示す模式図である。図４は、加速度センサＳと回転変換後の加速度センサＳとの関係の一例を示す模式図である。図５は、加速度センサＳのリンクモデルの一例を示す模式図である。図６は、回転変換前後のリンク機構のモデルの加速度センサの関係の一例を示す模式図である。図７は、格子状に配置された加速度センサのリンク機構のモデルの一例を示す模式図である。図８は、変位後のリンク機構のモデルの一例を示す模式図である。

（１．２．１ 加速度センサの出力と角加速度との関係）
まず、加速度センサＳの出力と、角加速度との関係について図３を用いて説明する。
図３は、センサシート１１の加速度センサＳと座標との関係の一例を示す模式図である。

図３に示すように、加速度センサＳが、ｘ軸方向およびｙ軸方向に距離ｄの間隔で、センサシート１１に配列されている。図中の原点（0,0,0）にある加速度センサＳの出力が、Ａ_０ｘ（ｘ軸方向）、Ａ_０ｙ（ｙ軸方向）、および、Ａ_０ｚ（ｚ軸方向）である。図中の座標（ｄ,0,0）にある加速度センサＳの出力が、Ａ_ｘｘ（ｘ軸方向）、Ａ_ｘｙ（ｙ軸方向）、および、Ａ_ｘｚ（ｚ軸方向）である。図中の座標（0,ｄ,0）にある加速度センサＳの出力が、Ａ_ｙｘ（ｘ軸方向）、Ａ_ｙｙ（ｙ軸方向）、および、Ａ_ｙｚ（ｚ軸方向）である。そして、ｘ軸方向の角加速度、ｙ軸方向の角加速度、および、ｚ軸方向の角加速度は、式（１）により、隣り合った３つの加速度センの加速度データから算出される。

（１．２．２ 加速度センサによる回転成分の算出）
次に、算出された角加速度から、時刻ｔにおける角度変位ｄφ_ｔ、ｄθ_ｔ、および、ｄψ_ｔを、角加速度を二重積分した式（２）、式（３）、および、式（４）により算出することができる。

ここで、ｄｔは、加速度センサＳのサンプリング時間を表す。ω_ｔ，ｘは、時刻ｔにおけるｘ軸方向の角速度を表すω_ｔ，ｙは、時刻ｔにおけるｙ軸方向の角速度を表す。ω_ｔ，ｚは、時刻ｔにおけるｚ軸方向の角速度を表す。

（１．２．３ 加速度センサの位置の推定式）
次に、加速度センサの位置の推定式について説明する。

図２に示すように、センサシート１１に原点位置の加速度センサＳ（Ｓ0）を設定し、運動学に基づいて構築したリンク機構のモデル（後述）が構築される。そして、式（２）〜式（４）で求めた角度変位と、１サンプリング時間の各加速度センサＳの位置とから、格子状構造のリンク機構のモデルによる式（５）および式（６）に基づき、各加速度センサＳの原点位置の加速度センサＳ（Ｓ０）からの相対位置を算出する。

ここで、ｍ、ｎはセンサ番号（ｍ：ｘ方向の番号、ｎ：ｙ方向の番号）を表す。座標データ（ｘ_ｍｎ,ｔ、ｙ_ｍｎ,ｔ、ｚ_ｍｎ,ｔ）は、各々、時刻ｔにおける（ｍ番目、ｎ番目）の加速度センサＳの座標データを表す。角度φ_ｉｊ、角度θ_ｉｊ、および、角度ψ_ｉｊは、時刻ｔにおける（ｉ番目、ｊ番目）の加速度センサＳの角度を表す。角度変位ｄφ_ｉｊ、角度変位ｄθ_ｉｊ、および、角度変位ｄψ_ｉｊは、時刻ｔにおける（ｉ番目、ｊ番目）の加速度センサＳの角度変位を表す。なお、式（６）の角度φ、角度θ、および、角度ψには、各々、式（５）の角度変位ｄφ、角度変位ｄθ、および、角度変位ｄψが対応する。また、式（５）および式（６）の導出については後述する。

式（２）〜（６）より、各加速度センサＳの座標を推定するためには、現在の角加速度データと、１サンプリング時間前の座標データ（ｘ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｙ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｚ_{ｉｊ,ｔ−１}）、および、角速度データ（ω_{ｔ−１，ｘ}、ω_{ｔ−１，ｙ}、ω_{ｔ−１，ｚ}）（（ｉ番目、ｊ番目）の加速度センサＳの角速度データ）を保持しておき、各加速度センサＳの位置を推定する。

（１．２．４ 回転変換）
次に、式（６）について図４を用いて説明する。
図４は、加速度センサＳと回転変換後の加速度センサＳとの関係の一例を示す模式図である。

図４に示すように、座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、原点（0，0，0）を中心とした回転運動（回転行列Ｒ（φ，θ，ψ））によって、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に移動した場合、その変換式は式（７）によって表せる。

このときの回転変換の行列（回転行列Ｒ（φ，θ，ψ））は、一般的に式（６）のように表さすことができる。

（１．２．５ リンク機構のモデル）
次に、加速度センサＳが互いにリンクしたリンク機構のモデルについて図５および図６を用いて説明する。
図５は、加速度センサＳのリンクモデルの一例を示す模式図である。図６は、回転変換前後のリンクモデルの加速度センサの関係の一例を示す模式図である。

図５に示すように、座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の加速度センサＳと座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の加速度センサＳとが、リンクＬにより結合しているリンク機構を考える。

次に、図６に示すように、座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の加速度センサＳが、座標（ｘ１’，ｙ１’，ｚ１’）に回転運動する場合、上記の式(７)を用いることによって、加速度センサＳの位置を特定することができる。このとき、座標（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）は、原点を中心とした回転φ１，θ１，ψ１（回転行列Ｒ（φ１，θ１，ψ１））と座標（ｘ１’，ｙ１’，ｚ１’）を中心とした回転φ２，θ２，ψ２（行列Ｒ（φ２，θ２，ψ２））の２つを考慮する必要があり、式（８）で求めるころができる。

このように回転行列は、回転行列Ｒ（φ１，θ１，ψ１）と、回転行列（φ２，θ２，ψ２）の積で表せる。

（１．２．６ 格子状のリンク機構のモデル）
次に、上記リンク機構のモデルを参考に格子状の加速度センサのリンク機構のモデルについて図７および図８を用いて説明する。
図７は、格子状に配置された加速度センサＳのリンク機構のモデルの一例を示す模式図である。図８は、図９の変位後の一例を示す模式図である。

図７に示すように、初期状態（時刻ｔ＝０）として、加速度センサＳが、ｘｙ平面上に、間隔ｄで格子状に配置されているとする。図７は、各加速度センサＳがｘ軸、ｙ軸の２方向で互いにリンクしたリンク機構のモデルを示している。例えば、加速度センサＳ_１１は、ｘ軸方向では加速度センサＳ_０１と加速度センサＳ_２１とリンクしていて、ｙ軸方向では加速度センサＳ_１０と加速度センサＳ_１２とリンクしている。

なお、センサシート１１における原点位置の加速度センサＳ_００は、ｘ軸方向では加速度センサＳ_１０とリンクしていて、ｙ軸方向では加速度センサＳ_０１とリンクしている。また、センサシート１１の縁に位置する加速度センサＳ_１０は、ｘ軸方向では加速度センサＳ_００と加速度センサＳ_２０とリンクしていて、ｙ軸方向では加速度センサＳ_１１とリンクしている。

次に、図８に示すように、時刻ｔにおける各加速度センサＳの格子状構造のリンク機構のモデルによる推定位置は、式（５）、式（６）、式（９）〜式（１２）のようになる。

加速度センサＳ_０１の位置は、加速度センサＳ_０１の１サンプリング時間前の座標から、加速度センサＳ_００を中心とした角度変位ｄφ_０１，ｄθ_０１，ｄψ_０１（回転行列Ｒ（ｄφ_０１，ｄθ_０１，ｄψ_０１））により求める。

加速度センサＳ_１０の位置は、加速度センサＳ_１０の１サンプリング時間前の座標から、加速度センサＳ_００を中心とした角度変位ｄφ_１０，ｄθ_１０，ｄψ_１０（回転行列Ｒ（ｄφ_１０，ｄθ_１０，ｄψ_１０））により求める。

加速度センサＳ_１１の位置は、加速度センサＳ_１１の１サンプリング時間前の座標から、加速度センサＳ_００を中心とした加速度センサＳ_０１の角度変位ｄφ_０１，ｄθ_０１，ｄψ_０１と、加速度センサＳ_０１を中心とした加速度センサＳ_１１の角度変位ｄφ_１１，ｄθ_１１，ｄψ_１１とより求める。すなわち、加速度センサＳ_１１の位置は、回転行列Ｒ（ｄφ_０１，ｄθ_０１，ｄψ_０１）と回転行列Ｒ（ｄφ_１１，ｄθ_１１，ｄψ_１１）との積から求める。

なお、加速度センサＳ_１１の位置は、加速度センサＳ_００を中心とした加速度センサＳ_１１の角度変位と、加速度センサＳ_１０を中心とした加速度センサＳ_１１の角度変位とより求めてもよい。

次に、加速度センサＳ_１３の位置は、加速度センサＳ_００を中心とした加速度センサＳ_０１の角度変位と、加速度センサＳ_０１を中心とした加速度センサＳ_０２の角度変位と、加速度センサＳ_０２を中心とした加速度センサＳ_０３の角度変位と、加速度センサＳ_０３を中心とした加速度センサＳ_１３の角度変位とより求める。

そして、同様にして、加速度センサＳ_ｍｎの位置は、式（５）のように算出することができる。ここで、ｉ＝１〜ｍの回転行列の積は、加速度センサＳ_ｍｎに至るｘ軸方向の加速度センサによる角度変位であり、ｊ＝１〜ｎの回転行列の積は、ｙ軸方向の加速度センサによる角度変位である。

［２．データ処理システムの動作］
次に、本発明の１実施形態に係るデータ処理システムの動作について図９を用い説明する。
図９は、データ処理モジュール２０の動作例を示すフローチャートである。

図９に示すように、データ処理モジュール２０は、センサシート１１の初期値を設定する（ステップＳ１）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、図７に示すように、センサシート１１が平らな状態における各加速度センサＳの座標データを設定してキャリブレーションを行う。演算部２３は、図７に示すような座標の値を設定し、演算部２３の記憶手段に記憶する。なお、センサシート１１の初期の形状が、平らでなくてもよく、円筒形状等、各加速度センサＳの初期の位置の座標データが分かればよい。

次に、データ処理モジュール２０は、センサシート１１の加速度センサＳから加速度データを１サンプリング時間分取得する（ステップＳ２）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、計測モジュール１０から、各加速度センサＳからの加速度データとセンサアドレス情報とを入出力部２１を介して取得する。そして、演算部２３は、センサアドレス情報に従い、取得した加速度データをデータ管理テーブル２２に記憶する。このようにデータ処理モジュール２０の演算部２３は、複数の加速度センサＳが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得手段の一例として機能する。

次に、データ処理モジュール２０は、複数の加速度データから角度データを算出する（ステップＳ３）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、隣り合った３つの加速度センサＳの加速度データを、データ管理テーブル２２から読み出し、式（１）を用いて、角加速度を算出する。そして、データ処理モジュール２０の演算部２３は、式（２）〜式（４）を用いて、角度データである角度変位（ｄφ_ｉｊ、ｄθ_ｉｊ、ｄψ_ｉｊ）を、算出した角加速度と、演算部２３の記憶手段に記憶されている１サンプリング時間前の角速度データ（ω_{ｔ−１，ｘ}、ω_{ｔ−１，ｙ}、ω_{ｔ−１，ｚ}）より算出する。なお、角速度データの初期値はステップＳ１で設定されていて、０とする。また、積分は、総和により近似して行う。このようにデータ処理モジュール２０の演算部２３は、加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段の一例として機能する。

次に、データ処理モジュール２０は、算出した角度データと１サンプリング時間前の座標データとに格子状のリンク機構のモデルを適用して座標データを算出する（ステップＳ４）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、式（５）および式（６）を用いて、算出した角度変位と、１サンプリング時間前の座標データ（ｘ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｙ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｚ_{ｉｊ,ｔ−１}）とから、変位後の加速度センサの推定位置（ｘ_ｉｊ,ｔ、ｙ_ｉｊ,ｔ、ｚ_ｉｊ,ｔ）を算出する。なお、座標データの初期値は、ステップＳ１で設定されたセンサシート１１の初期値である。

このようにデータ処理モジュール２０の演算部２３は、配置された加速度センサＳの位置と算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、配置された加速度センサＳの位置に、角度変位による回転行列を適用して変位後の加速度センサＳの位置を算出するセンサ位置推定手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、原点とした加速度センサからリンク機構のモデルでリンクした各加速度センサの各角度変位から、変位後の加速度センサの位置を算出するセンサ位置推定手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、各加速度センサＳの各角度変位による回転行列Ｒの積から、変位後の加速度センサＳの位置を算出するセンサ位置推定手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、加速度センサＳが２方向で互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサＳの位置を推定するセンサ位置推定手段の一例として機能する。また、データ処理モジュール２０の演算部２３は、加速度センサＳが格子状にリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサＳの位置を推定するセンサ位置推定手段の一例として機能する。

次に、データ処理モジュール２０は、座標データを更新する（ステップＳ５）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、グラフィックデータ生成部２４でグラフィックデータを生成するための座標データを、算出された座標データに更新する。

次に、データ処理モジュール２０は、座標データをプロットしてテクスチャを貼り付ける（ステップＳ６）。具体的には、データ処理モジュール２０のグラフィックデータ生成部２４は、算出された各加速度センサＳの座標データに基づき、３次元的に表示するためのグラフィックデータを生成する。グラフィックデータ生成部２４は、算出された座標データに対して、補間処理を行い、センサシート１１を模した３次元画像を生成する。データ処理モジュール２０のグラフィックデータ生成部２４は、推定された変位後の加速度センサの位置を表示するための画像生成する画像生成手段の一例として機能する。

次に、データ処理モジュール２０は、ディスプレイ表示を行う（ステップＳ７）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３またはグラフィックデータ生成部２４は、ディスプレイ部２５に、図１０に示すようなセンサシート１１を模したグラフィックを表示させる。

次に、データ処理モジュール２０は、計測を継続するか否かの判定をする（ステップＳ８）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、計測モジュール１０の電源がＯＦＦされた場合、計測を中止する。

計測を継続する場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、データ処理モジュール２０は、座標データを保持する（ステップＳ９）。具体的には、データ処理モジュール２０の演算部２３は、演算部２３の記憶手段に記憶されている座標データ（ｘ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｙ_{ｉｊ,ｔ−１}、ｚ_{ｉｊ,ｔ−１}）を、算出された座標データ（ｘ_ｉｊ,ｔ、ｙ_ｉｊ,ｔ、ｚ_ｉｊ,ｔ）に入れ替える。さらに、データ処理モジュール２０の演算部２３は、演算部２３の記憶手段に記憶されている角速度データ（ω_{ｔ−１，ｘ}、ω_{ｔ−１，ｙ}、ω_{ｔ−１，ｚ}）を、算出された角速度データ（ω_ｔ，ｘ、ω_ｔ，ｙ、ω_ｔ，ｚ）に入れ替える。

データ処理モジュール２０の演算部２３は、座標データを保持した後、ステップＳ２に戻り、次のサンプリングを行う。そして、ステップＳ２〜ステップＳ７が実行され、次のサンプリング時間後のセンサシート１１を模したグラフィックが表示される。

計測を継続しない場合（ステップＳ８；ＮＯ）、データ処理モジュール２０は、計測を中止する。

以上、本実施形態によれば、複数の加速度センサＳが配置された可撓性のセンサシート１１から、センサシート１１の変位による加速度データを取得し、加速度データから角加速度を算出し、算出された角加速度から角度変位を算出し、配置された加速度センサＳの位置と算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサＳが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサＳの位置を推定することにより、センサシート１１の形状変化および動きを求めることができる。

また本実施形態によれば、センサシート１１の柔軟な動きを求めることができ、薄い対象の操作感をユーザに提供できるので、デジタルコンテンツに反映するための入力デバイスとして利用することができる。例えば、図１１に示すように、センサシート１１をめくる動作を、データ処理モジュール２０のようなコンピュータに入力できる。そのセンサシート１１の各加速度センサＳの出力からセンサシート１１の形状変化および動きから、電子書籍の次のページを閲覧する処理を行うことができる。また、ディスプレイ部２５上に表示された折り紙を、センサシート１１を折り曲げる動作により、実際に折り紙を折っているかのように反映させることができる。

また、配置された加速度センサＳの位置に、角度変位による回転行列Ｒ（ｄφ、ｄθ、ｄψ）を適用して変位後の加速度センサＳの位置を算出する場合、回転行列Ｒにより各加速度センサＳの位置を的確に算出することができる。

また、原点とした加速度センサＳ０（Ｓ_００）からリンク機構のモデルでリンクした各加速度センサＳの各角度変位（ｄφ、ｄθ、ｄψ）から、変位後の加速度センサＳの位置を算出する場合、リンク機構のモデルにより、簡易的に各加速度センサＳの位置を的確に算出することができる。

また、各加速度センサＳの各角度変位による回転行列Ｒの積から、変位後の加速度センサＳの位置を算出する場合、互いにリンクした各加速度センサＳの角度変位を回転行列Ｒの積により容易に求めることができる。

また、加速度センサＳが２方向で互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサＳの位置を推定する場合、２次元のセンサシート１１のような２次元的な形状の変化を算出することができる。

また、加速度センサＳが格子状にリンクしたリンク機構のモデルに基づき、変位後の加速度センサＳの位置を推定する場合、センサシート１１のようなシート状の形状の柔軟な動きを簡易的に推定できる。

また、推定された変位後の加速度センサの位置を表示するための画像生成する場合、センサシート１１の形状をディスプレイ部２５上の再現でき、ユーザに視覚的に示すことができる。

なお、センサシート１１に対する加速度センサＳの配置は、直角の格子状に限らず、斜めに交差する格子状でもよい。

また、加速度センサＳ間の間隔は、等間隔ｄに限らず、センサシート１１の中心部を加速度センサＳの密度を高くするなど、不均一でもよい。また、加速度センサＳ間の間隔や加速度センサＳの数は、センサシート１１の形状変化を把握できる程度でよい。

さらに、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１：データ処理システム
１０：計測モジュール（センサ装置）
１１：センサシート（シート体）
２０：データ処理モジュール（データ処理装置）
２３：演算部
２４：グラフィックデータ生成部
Ｓ：加速度センサ
Ｌ：リンク

Claims (12)

1. 複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得手段と、
   前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、
   前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、
   前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、
   を備えることを特徴とするデータ処理装置。
2. 請求項１に記載のデータ処理装置において、
   前記センサ位置推定手段が、前記配置された加速度センサの位置に、前記角度変位による回転行列を適用して前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とするデータ処理装置。
3. 請求項２に記載のデータ処理装置において、
   前記センサ位置推定手段が、原点とした加速度センサからリンク機構のモデルでリンクした各加速度センサの各角度変位から、前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とするデータ処理装置。
4. 請求項３に記載のデータ処理装置において、
   前記センサ位置推定手段が、前記各加速度センサの各角度変位による回転行列の積から、前記変位後の加速度センサの位置を算出することを特徴とするデータ処理装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のデータ処理装置において、
   前記センサ位置推定手段が、前記加速度センサが２方向で互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定することを特徴とするデータ処理装置。
6. 請求項５に記載のデータ処理装置において、
   前記センサ位置推定手段が、前記加速度センサが格子状にリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定することを特徴とするデータ処理装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のデータ処理装置において、
   推定された前記変位後の加速度センサの位置を表示するための画像生成する画像生成手段を更に備えたことを特徴とするデータ処理装置。
8. データ処理装置が、データ処理をするデータ処理方法であって、
   複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、
   前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出ステップと、
   前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出ステップと、
   前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定ステップと、
   を有することを特徴とするデータ処理方法。
9. 複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体から、当該シート体の変位による加速度データを取得する加速度データ取得手段、
   前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段、
   前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段、および、
   前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段として機能させるデータ処理装置用プログラム。
10. 複数の加速度センサが配置された可撓性のシート体と、
    前記シート体の変位による加速度データをシート体から取得して、変位後の加速度センサの位置を推定するデータ処理装置と、を備えたデータ処理システムにおいて、
    前記データ処理装置が、
    前記取得した加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、
    前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、
    前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、を有することを特徴とするデータ処理システム。
11. 可撓性のシート体と、
    前記シート体に複数配置された加速度センサと、
    前記加速度センサからの加速度データをデータ処理装置に出力する出力部と、
    を備え、
    前記データ処理装置が、
    前記加速度データから角加速度を算出する角加速度算出手段と、
    前記算出された角加速度から角度変位を算出する角度変位算出手段と、
    前記配置された加速度センサの位置と前記算出された角度変位とから、少なくとも２つの加速度センサが互いにリンクしたリンク機構のモデルに基づき、前記変位後の前記加速度センサの位置を推定するセンサ位置推定手段と、を有することを特徴とするセンサ装置。
12. 請求項１１項に記載のセンサ装置において、
    前記加速度センサが、前記シート体に格子状に配置されたことを特徴とするセンサ装置。

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