JPH0814910A - 三次元姿勢センサ - Google Patents
三次元姿勢センサInfo
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- JPH0814910A JPH0814910A JP6173367A JP17336794A JPH0814910A JP H0814910 A JPH0814910 A JP H0814910A JP 6173367 A JP6173367 A JP 6173367A JP 17336794 A JP17336794 A JP 17336794A JP H0814910 A JPH0814910 A JP H0814910A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、簡単且つ低コストの構成により、適
宜の精度が得られるようにした、三次元姿勢センサを提
供することを目的とする。 【構成】三次元の姿勢を検出すべき物体に取り付けられ
るベース１１と、該ベースに対して揺動可能に支持され
且つ常に水平に保持され得る可動部１２と、該可動部に
備えられた地磁気センサ１３ａ，１３ｂから成る方位検
出部１３と、該可動部の傾斜を検出する傾斜検出部１４
と、該方位検出部からの出力される信号と該傾斜検出部
から出力される信号に基づいて、ベースのヨー角（方位
角），ピッチ角及びロール角に変換する制御部２０とを
含んでいるように、三次元姿勢センサ１０を構成する。
宜の精度が得られるようにした、三次元姿勢センサを提
供することを目的とする。 【構成】三次元の姿勢を検出すべき物体に取り付けられ
るベース１１と、該ベースに対して揺動可能に支持され
且つ常に水平に保持され得る可動部１２と、該可動部に
備えられた地磁気センサ１３ａ，１３ｂから成る方位検
出部１３と、該可動部の傾斜を検出する傾斜検出部１４
と、該方位検出部からの出力される信号と該傾斜検出部
から出力される信号に基づいて、ベースのヨー角（方位
角），ピッチ角及びロール角に変換する制御部２０とを
含んでいるように、三次元姿勢センサ１０を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばＴＶ，ＶＴＲ等
のリモコン装置やゲーム等の入力機器として使用され得
る、三次元姿勢センサに関するものである。
のリモコン装置やゲーム等の入力機器として使用され得
る、三次元姿勢センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような三次元姿勢センサは、
例えば船舶，航空機，ロケット等の移動体の姿勢センサ
として、またコンピュータにより扱う三次元空間におけ
るバーチャルリアリティを駆使したゲーム等のマン・マ
シン・インターフェースとして、ジャイロが使用されて
いる。さらには、ＴＶ，ＶＴＲ等のＡＶ機器において
も、ジャイロを使用した三次元姿勢センサによる空中操
作によるタクト・リモコン装置も開発され始めている。
例えば船舶，航空機，ロケット等の移動体の姿勢センサ
として、またコンピュータにより扱う三次元空間におけ
るバーチャルリアリティを駆使したゲーム等のマン・マ
シン・インターフェースとして、ジャイロが使用されて
いる。さらには、ＴＶ，ＶＴＲ等のＡＶ機器において
も、ジャイロを使用した三次元姿勢センサによる空中操
作によるタクト・リモコン装置も開発され始めている。
【０００３】このようなジャイロを使用した三次元姿勢
センサは、こまの慣性を利用した機械式のもの、または
光の干渉を利用した光学式のものが知られていると共
に、最近では圧電素子の振動を利用した振動式のものも
存在している。
センサは、こまの慣性を利用した機械式のもの、または
光の干渉を利用した光学式のものが知られていると共
に、最近では圧電素子の振動を利用した振動式のものも
存在している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなジャイロを利用した三次元姿勢センサにおいては、
上述した機械式，光学式あるいは振動式の何れの場合に
も、構成が複雑で、コストが高くなってしまうため、上
記ゲーム等のマン・マシン・インターフェースや、タク
ト・リモコン装置においては、ジャイロを利用した三次
元姿勢センサを採用することは困難であった。
うなジャイロを利用した三次元姿勢センサにおいては、
上述した機械式，光学式あるいは振動式の何れの場合に
も、構成が複雑で、コストが高くなってしまうため、上
記ゲーム等のマン・マシン・インターフェースや、タク
ト・リモコン装置においては、ジャイロを利用した三次
元姿勢センサを採用することは困難であった。
【０００５】また、ジャイロを利用した三次元姿勢セン
サは、検出精度が比較的高精度であることから、上記ゲ
ーム等のマン・マシン・インターフェースや、タクト・
リモコン装置においては、過剰スペックとなり、実際使
用する場合には、故意に精度を落として使用することに
なってしまう。
サは、検出精度が比較的高精度であることから、上記ゲ
ーム等のマン・マシン・インターフェースや、タクト・
リモコン装置においては、過剰スペックとなり、実際使
用する場合には、故意に精度を落として使用することに
なってしまう。
【０００６】本発明は、以上の点に鑑み、簡単且つ低コ
ストの構成により、適宜の精度が得られるようにした、
三次元姿勢センサを提供することを目的としている。
ストの構成により、適宜の精度が得られるようにした、
三次元姿勢センサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、三次元の姿勢を検出すべき物体に取り付けられる
ベースと、該ベースに対して揺動可能に支持され且つ常
に水平に保持され得る可動部と、該可動部に備えられた
地磁気センサから成る方位検出部と、該可動部の傾斜を
検出する傾斜検出部と、該方位検出部からの出力される
信号と該傾斜検出部から出力される信号に基づいて、ベ
ースのヨー角（方位角），ピッチ角及びロール角に変換
する制御部とを含んでいることを特徴とする、三次元姿
勢センサにより、達成される。
れば、三次元の姿勢を検出すべき物体に取り付けられる
ベースと、該ベースに対して揺動可能に支持され且つ常
に水平に保持され得る可動部と、該可動部に備えられた
地磁気センサから成る方位検出部と、該可動部の傾斜を
検出する傾斜検出部と、該方位検出部からの出力される
信号と該傾斜検出部から出力される信号に基づいて、ベ
ースのヨー角（方位角），ピッチ角及びロール角に変換
する制御部とを含んでいることを特徴とする、三次元姿
勢センサにより、達成される。
【０００８】本発明による三次元姿勢センサは、好まし
くは、方位検出部の地磁気センサが、アモルファスワイ
ヤを使用した高感度地磁気センサである。
くは、方位検出部の地磁気センサが、アモルファスワイ
ヤを使用した高感度地磁気センサである。
【０００９】本発明による三次元姿勢センサは、好まし
くは、方位検出部が、二つの互いに直交するように水平
に配設された地磁気センサから成る。
くは、方位検出部が、二つの互いに直交するように水平
に配設された地磁気センサから成る。
【００１０】本発明による三次元姿勢センサは、好まし
くは、可動部が、ベースに対して、ジンバルサポート機
構によって、互いに直交する二つの水平軸の周りに揺動
可能に支持されていると共に、下方に重りを備えてい
る。
くは、可動部が、ベースに対して、ジンバルサポート機
構によって、互いに直交する二つの水平軸の周りに揺動
可能に支持されていると共に、下方に重りを備えてい
る。
【００１１】本発明による三次元姿勢センサは、好まし
くは、傾斜検出部が、可動部の半球状の下面に備えられ
た各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛りを光学
的に検出するようにベースに取り付けられた光学センサ
である。
くは、傾斜検出部が、可動部の半球状の下面に備えられ
た各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛りを光学
的に検出するようにベースに取り付けられた光学センサ
である。
【００１２】
【作用】上記構成によれば、常に水平に保持される可動
部上に配設された方位検出部が、地磁気を検出すること
により、その方位角に対応する信号を出力すると共に、
傾斜検出部が、ベースに対する可動部の傾斜角度即ちピ
ッチ角及びロール角を検出することにより、その傾斜角
度に対応する信号を出力する。これらの信号に基づい
て、制御部は、ベースの方位角及び傾斜角度（ピッチ
角，ロール角）を算出する。かくして、ベースそして該
ベースが取り付けられた物体の、三次元の姿勢が検出さ
れ得ることになる。
部上に配設された方位検出部が、地磁気を検出すること
により、その方位角に対応する信号を出力すると共に、
傾斜検出部が、ベースに対する可動部の傾斜角度即ちピ
ッチ角及びロール角を検出することにより、その傾斜角
度に対応する信号を出力する。これらの信号に基づい
て、制御部は、ベースの方位角及び傾斜角度（ピッチ
角，ロール角）を算出する。かくして、ベースそして該
ベースが取り付けられた物体の、三次元の姿勢が検出さ
れ得ることになる。
【００１３】方位検出部の地磁気センサが、アモルファ
スワイヤを使用した高感度地磁気センサである場合に
は、該センサからは磁界の大きさと磁束とのなす角度の
コサインに比例する大きさの信号が出力されるので、容
易に地磁気の磁束の方向が検出され得る。
スワイヤを使用した高感度地磁気センサである場合に
は、該センサからは磁界の大きさと磁束とのなす角度の
コサインに比例する大きさの信号が出力されるので、容
易に地磁気の磁束の方向が検出され得る。
【００１４】方位検出部が、二つの互いに直交するよう
に配設された地磁気センサから成る場合には、二つの地
磁気センサからの出力信号に基づいて、方位角が一義的
に決定され得る。
に配設された地磁気センサから成る場合には、二つの地
磁気センサからの出力信号に基づいて、方位角が一義的
に決定され得る。
【００１５】可動部が、ベースに対して、ジンバルサポ
ート機構によって、互いに直交する二つの水平軸の周り
に揺動可能に支持されていると共に、下方に重りを備え
ている場合には、重りが可動部の重心に対して常に下方
に作用することにより、該可動部が常に水平に支持され
得ることになる。
ート機構によって、互いに直交する二つの水平軸の周り
に揺動可能に支持されていると共に、下方に重りを備え
ている場合には、重りが可動部の重心に対して常に下方
に作用することにより、該可動部が常に水平に支持され
得ることになる。
【００１６】傾斜検出部が、可動部の半球状の下面に備
えられた各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛り
を光学的に検出するようにベースに取り付けられた光学
センサである場合には、可動部の半球状の下面の目盛り
を光学的に読み取ることにより、非接触にて、傾斜角度
が検出され得ることになる。
えられた各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛り
を光学的に検出するようにベースに取り付けられた光学
センサである場合には、可動部の半球状の下面の目盛り
を光学的に読み取ることにより、非接触にて、傾斜角度
が検出され得ることになる。
【００１７】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて、本発
明を詳細に説明する。図１は、本発明による三次元姿勢
センサの一実施例を示している。即ち、図１において、
三次元姿勢センサ１０は、三次元の姿勢を検出すべき物
体に取り付けられるベース１１と、該ベース１１に対し
て揺動可能に支持され且つ常に水平に保持され得る可動
部１２と、該可動部に備えられた地磁気センサから成る
方位検出部１３と、該可動部１２の傾斜を検出する傾斜
検出部１４とを含んでいる。
明を詳細に説明する。図１は、本発明による三次元姿勢
センサの一実施例を示している。即ち、図１において、
三次元姿勢センサ１０は、三次元の姿勢を検出すべき物
体に取り付けられるベース１１と、該ベース１１に対し
て揺動可能に支持され且つ常に水平に保持され得る可動
部１２と、該可動部に備えられた地磁気センサから成る
方位検出部１３と、該可動部１２の傾斜を検出する傾斜
検出部１４とを含んでいる。
【００１８】上記ベース１１は、図示の場合、環状の外
ジンバルとして構成されていると共に、図示しない物体
に適宜の手段によって固定されている。
ジンバルとして構成されていると共に、図示しない物体
に適宜の手段によって固定されている。
【００１９】上記可動部１２は、上面が平坦に且つ下面
が半球状に形成されていると共に、所謂ジンバルサポー
ト機構１５によって、互いに直交する水平軸の周りに揺
動可能に支持されている。ここで、該ジンバルサポート
機構１５は、環状の内ジンバル１５ａを備えており、該
内ジンバル１５ａが、該可動部１２に対して、該可動部
１２の上縁の左右両端にて、ベアリング１５ｂ，１５ｃ
を介して連結されると共に、前記外ジンバルであるベー
ス１１に対して、該ベース１１の上縁の手前及び向こう
側の両端にて、ベアリング１５ｄ，１５ｅを介して連結
されている。
が半球状に形成されていると共に、所謂ジンバルサポー
ト機構１５によって、互いに直交する水平軸の周りに揺
動可能に支持されている。ここで、該ジンバルサポート
機構１５は、環状の内ジンバル１５ａを備えており、該
内ジンバル１５ａが、該可動部１２に対して、該可動部
１２の上縁の左右両端にて、ベアリング１５ｂ，１５ｃ
を介して連結されると共に、前記外ジンバルであるベー
ス１１に対して、該ベース１１の上縁の手前及び向こう
側の両端にて、ベアリング１５ｄ，１５ｅを介して連結
されている。
【００２０】さらに、該可動部１２は、その下方に重り
１２ａを有している。これにより、該可動部１２は、そ
の重心に対して重り１２ａが作用することにより、その
上面が常に水平になるように保持され得るようになって
いる。
１２ａを有している。これにより、該可動部１２は、そ
の重心に対して重り１２ａが作用することにより、その
上面が常に水平になるように保持され得るようになって
いる。
【００２１】上記方位検出部１３は、該可動部１２の上
面にて、二つの互いに直交するように配設された地磁気
センサ１３ａ，１３ｂから構成されている。この地磁気
センサ１３ａ，１３ｂは、アモルファスワイヤを使用し
た高感度地磁気センサである。これにより、該地磁気セ
ンサ１３ａ，１３ｂは、地磁気の磁界の大きさと磁束と
のなす角度のコサインに比例して信号を出力する。
面にて、二つの互いに直交するように配設された地磁気
センサ１３ａ，１３ｂから構成されている。この地磁気
センサ１３ａ，１３ｂは、アモルファスワイヤを使用し
た高感度地磁気センサである。これにより、該地磁気セ
ンサ１３ａ，１３ｂは、地磁気の磁界の大きさと磁束と
のなす角度のコサインに比例して信号を出力する。
【００２２】上記傾斜検出部１４は、可動部１２の半球
状の下面に光を照射するＬＥＤ等の発光素子１４ａと、
発光素子１４ａから出射して該可動部１２の下面で反射
された反射光を分割するハーフミラー１４ｂと、該ハー
フミラー１４ｂで反射された光が入射する第一のフォト
ダイオード等の光検出器１４ｃと、該ハーフミラー１４
ｂを透過した光が入射する第二のフォトダイオード等の
光検出器１４ｄと、上記反射光を第一の光検出器１４ｃ
及び第二の光検出器１４ｄの受光面に結像させるレンズ
１４ｅとから構成されている。
状の下面に光を照射するＬＥＤ等の発光素子１４ａと、
発光素子１４ａから出射して該可動部１２の下面で反射
された反射光を分割するハーフミラー１４ｂと、該ハー
フミラー１４ｂで反射された光が入射する第一のフォト
ダイオード等の光検出器１４ｃと、該ハーフミラー１４
ｂを透過した光が入射する第二のフォトダイオード等の
光検出器１４ｄと、上記反射光を第一の光検出器１４ｃ
及び第二の光検出器１４ｄの受光面に結像させるレンズ
１４ｅとから構成されている。
【００２３】ここで、発光素子１４ａは、ベース１１が
水平状態にあるとき、可動部１２の下面の最下部に対し
て、光を照射するように配設されている。
水平状態にあるとき、可動部１２の下面の最下部に対し
て、光を照射するように配設されている。
【００２４】また、該可動部１２の半球状の下面には、
ジンバルサポート機構１５のベアリング１５ｂ，１５ｃ
による水平軸（内ジンバル軸）に関する傾斜角度即ちロ
ール角を表わす青色の経線１２ａと、ジンバルサポート
機構１５のベアリング１５ｄ，１５ｅによる水平軸（外
ジンバル軸）に関する傾斜角度即ちピッチ角を表わす灰
色の経線１２ｂとから成る格子状の目盛りが備えられて
いる。
ジンバルサポート機構１５のベアリング１５ｂ，１５ｃ
による水平軸（内ジンバル軸）に関する傾斜角度即ちロ
ール角を表わす青色の経線１２ａと、ジンバルサポート
機構１５のベアリング１５ｄ，１５ｅによる水平軸（外
ジンバル軸）に関する傾斜角度即ちピッチ角を表わす灰
色の経線１２ｂとから成る格子状の目盛りが備えられて
いる。
【００２５】これにより、ベース１１が傾斜したとき、
該ベース１１の傾斜角度に応じて、上記経線１２ａ，１
２ｂが、発光素子１４ａの光照射位置を横切ることによ
り、該経線１２ａの通過が、光検出器１４ｃにより検出
され、ロール角が検出され得ると共に、該経線１２ｂの
通過が、光検出器１４ｄにより検出され、ピッチ角が検
出され得るようになっている。
該ベース１１の傾斜角度に応じて、上記経線１２ａ，１
２ｂが、発光素子１４ａの光照射位置を横切ることによ
り、該経線１２ａの通過が、光検出器１４ｃにより検出
され、ロール角が検出され得ると共に、該経線１２ｂの
通過が、光検出器１４ｄにより検出され、ピッチ角が検
出され得るようになっている。
【００２６】図２は、上記方位検出部１３の各地磁気セ
ンサ１３ａ，１３ｂの出力信号の処理回路を示してい
る。即ち、図２において、各地磁気センサ１３ａ，１３
ｂの出力信号は、それぞれフィルタ１６ａ，１６ｂを介
してアンプ１７ａ，１７ｂに入力される。該アンプ１７
ａ，１７ｂによって増幅された信号は、その後マルチプ
レクサ１８で合成され、Ａ／Ｄ変換器１９によって、デ
ジタル信号に変換されて、制御部であるマイクロコンピ
ュータ２０にて、該デジタル信号に基づいて、ヨー角が
算出される。
ンサ１３ａ，１３ｂの出力信号の処理回路を示してい
る。即ち、図２において、各地磁気センサ１３ａ，１３
ｂの出力信号は、それぞれフィルタ１６ａ，１６ｂを介
してアンプ１７ａ，１７ｂに入力される。該アンプ１７
ａ，１７ｂによって増幅された信号は、その後マルチプ
レクサ１８で合成され、Ａ／Ｄ変換器１９によって、デ
ジタル信号に変換されて、制御部であるマイクロコンピ
ュータ２０にて、該デジタル信号に基づいて、ヨー角が
算出される。
【００２７】その際、各地磁気センサ１３ａ，１３ｂ
は、それぞれ図３に示すように、地磁気の大きさＡに対
して、Ａｃｏｓθの信号を出力するが、配設されている
方向が互いに直交であることから、その出力信号は、位
相が９０度ずれている。従って、一方の地磁気センサ例
えば地磁気センサ１３ａの出力信号に対する方位角は、
二つあるが、そのとき他方の地磁気センサ例えば地磁気
センサ１３ｂの出力信号の符号を判別することによっ
て、二つの地磁気センサ１３ａ，１３ｂの出力信号か
ら、方位角即ちヨー角が一義的に設定され得ることにな
る。
は、それぞれ図３に示すように、地磁気の大きさＡに対
して、Ａｃｏｓθの信号を出力するが、配設されている
方向が互いに直交であることから、その出力信号は、位
相が９０度ずれている。従って、一方の地磁気センサ例
えば地磁気センサ１３ａの出力信号に対する方位角は、
二つあるが、そのとき他方の地磁気センサ例えば地磁気
センサ１３ｂの出力信号の符号を判別することによっ
て、二つの地磁気センサ１３ａ，１３ｂの出力信号か
ら、方位角即ちヨー角が一義的に設定され得ることにな
る。
【００２８】また、図４は、傾斜検出部１４の各光検出
器１４ｃ，１４ｄの出力信号の処理回路を示している。
即ち、図４において、各光検出器１４ｃ，１４ｄの出力
信号は、それぞれロール角検出エンコード回路２１，ピ
ッチ角検出エンコード回路２２によりエンコードされ、
上記マイクロコンピュータ２０にて、これらのエンコー
ド信号に基づいて、ロール角及びピッチ角が算出され
る。
器１４ｃ，１４ｄの出力信号の処理回路を示している。
即ち、図４において、各光検出器１４ｃ，１４ｄの出力
信号は、それぞれロール角検出エンコード回路２１，ピ
ッチ角検出エンコード回路２２によりエンコードされ、
上記マイクロコンピュータ２０にて、これらのエンコー
ド信号に基づいて、ロール角及びピッチ角が算出され
る。
【００２９】本発明実施例による三次元姿勢センサ１０
は、以上のように構成されており、使用する場合には、
ベース１１を三次元姿勢を検出すべき物体に対して取り
付けて、方位角即ちヨー角とロール角，ピッチ角に関す
る処理回路の制御部であるマイクロコンピュータ２０の
イニシャライズを行なう。
は、以上のように構成されており、使用する場合には、
ベース１１を三次元姿勢を検出すべき物体に対して取り
付けて、方位角即ちヨー角とロール角，ピッチ角に関す
る処理回路の制御部であるマイクロコンピュータ２０の
イニシャライズを行なう。
【００３０】方位角に関するイニシャライズは、三次元
姿勢センサ１０を使用する場所によって、地磁気磁束の
地面に対する入射角度と、磁界強度が異なることによ
り、地磁気センサ１３ａ，１３ｂの出力を補正するため
である。このイニシャライズは、例えば地磁気センサ１
３ａ，１３ｂの全方位に対する出力を測定して、それぞ
れの最大及び最小出力を得ることにより、その値をダイ
ナミックレンジとして角度を割り振って、マイクロコン
ピュータに記憶させておくことにより、行なわれ得る。
姿勢センサ１０を使用する場所によって、地磁気磁束の
地面に対する入射角度と、磁界強度が異なることによ
り、地磁気センサ１３ａ，１３ｂの出力を補正するため
である。このイニシャライズは、例えば地磁気センサ１
３ａ，１３ｂの全方位に対する出力を測定して、それぞ
れの最大及び最小出力を得ることにより、その値をダイ
ナミックレンジとして角度を割り振って、マイクロコン
ピュータに記憶させておくことにより、行なわれ得る。
【００３１】また、ロール角及びピッチ角に関するイニ
シャライズは、図５（Ａ）に示すように、ベース１１を
水平状態に保持して、この状態におけるロール角検出エ
ンコード回路２１，ピッチ角検出エンコード回路２２の
出力信号をマイクロコンピュータ２０に記憶させておく
ことにより、行なわれる。
シャライズは、図５（Ａ）に示すように、ベース１１を
水平状態に保持して、この状態におけるロール角検出エ
ンコード回路２１，ピッチ角検出エンコード回路２２の
出力信号をマイクロコンピュータ２０に記憶させておく
ことにより、行なわれる。
【００３２】このようにしてイニシャライズを行なった
三次元姿勢センサ１０によれば、三次元姿勢を検出すべ
き物体の動きに対応して、ベース１１は、その方位角即
ちヨー角と、ロール角及びピッチ角が変化する。その
際、可動部１２は、ジンバルサポート機構１５によっ
て、二つの互いに直交する水平軸の周りに揺動可能に支
持されていると共に、その下方に重りが備えられている
ことにより、ベース１１がどのように傾斜しても、その
上面が常に水平に保持され得る。
三次元姿勢センサ１０によれば、三次元姿勢を検出すべ
き物体の動きに対応して、ベース１１は、その方位角即
ちヨー角と、ロール角及びピッチ角が変化する。その
際、可動部１２は、ジンバルサポート機構１５によっ
て、二つの互いに直交する水平軸の周りに揺動可能に支
持されていると共に、その下方に重りが備えられている
ことにより、ベース１１がどのように傾斜しても、その
上面が常に水平に保持され得る。
【００３３】これにより、該可動部１２の上面に配設さ
れた方位検出部１３は、その地磁気センサ１３ａ，１３
ｂの出力信号に基づいて、マイクロコンピュータ２０に
より、そのときのベースそして物体の方位角であるヨー
角が出力することになる。
れた方位検出部１３は、その地磁気センサ１３ａ，１３
ｂの出力信号に基づいて、マイクロコンピュータ２０に
より、そのときのベースそして物体の方位角であるヨー
角が出力することになる。
【００３４】また、傾斜検出部１４は、その光検出部１
４ｃ，１４ｄの出力信号に基づいて、前以て記憶してい
る水平状態におけるロール角，ピッチ角と、経線１２
ａ，１２ｂの通過本数とから、マイクロコンピュータ２
０により、そのときのベースそして物体のロール角及び
ピッチ角を出力することになる。即ち、図５（Ｂ）に示
すように、ベース１１が、ピッチ方向（Ｙ軸の周り）に
傾斜せしめられると、可動部１２は常に水平に保持され
ていることから、ベース１１と可動部１２との相対角度
が、ベース１１の傾斜角度だけ変化する。これにより、
傾斜検出部１４の光検出器１４ｄに対して、可動部１２
の下面の灰色の経線１２ｂが横切る。この横切った経線
１２ｂをカウントすることにより、ピッチ角検出エンコ
ード回路２２により、ピッチ角が検出され得る。
４ｃ，１４ｄの出力信号に基づいて、前以て記憶してい
る水平状態におけるロール角，ピッチ角と、経線１２
ａ，１２ｂの通過本数とから、マイクロコンピュータ２
０により、そのときのベースそして物体のロール角及び
ピッチ角を出力することになる。即ち、図５（Ｂ）に示
すように、ベース１１が、ピッチ方向（Ｙ軸の周り）に
傾斜せしめられると、可動部１２は常に水平に保持され
ていることから、ベース１１と可動部１２との相対角度
が、ベース１１の傾斜角度だけ変化する。これにより、
傾斜検出部１４の光検出器１４ｄに対して、可動部１２
の下面の灰色の経線１２ｂが横切る。この横切った経線
１２ｂをカウントすることにより、ピッチ角検出エンコ
ード回路２２により、ピッチ角が検出され得る。
【００３５】同様にして、図５（Ｃ）に示すように、ベ
ース１１が、ロール方向（Ｘ軸の周り）に傾斜せしめら
れると、可動部１２は常に水平に保持されていることか
ら、ベース１１と可動部１２との相対角度が、ベース１
１の傾斜角度だけ変化する。これにより、傾斜検出部１
４の光検出器１４ｃに対して、可動部１２の下面の青色
の経線１２ａが横切る。この横切った経線１２ａをカウ
ントすることにより、ロール角検出エンコード回路２１
により、ロール角が検出され得る。
ース１１が、ロール方向（Ｘ軸の周り）に傾斜せしめら
れると、可動部１２は常に水平に保持されていることか
ら、ベース１１と可動部１２との相対角度が、ベース１
１の傾斜角度だけ変化する。これにより、傾斜検出部１
４の光検出器１４ｃに対して、可動部１２の下面の青色
の経線１２ａが横切る。この横切った経線１２ａをカウ
ントすることにより、ロール角検出エンコード回路２１
により、ロール角が検出され得る。
【００３６】かくして、ベース１１及び物体のヨー角，
ロール角及びピッチ角が得られることになり、ベース１
１及び物体の三次元姿勢が検出され得ることになる。
ロール角及びピッチ角が得られることになり、ベース１
１及び物体の三次元姿勢が検出され得ることになる。
【００３７】尚、上記実施例においては、地磁気センサ
としては、アモルファスワイヤを使用した高感度地磁気
センサが使用されているが、これと同様に、地磁気の磁
界の大きさと磁束とのなす角度のコサインに比例して信
号を出力するものであれば、他の地磁気センサ、例えば
フラックスゲート，ホール素子，磁気抵抗効果デバイ
ス，コイル等が使用され得ることは明らかである。
としては、アモルファスワイヤを使用した高感度地磁気
センサが使用されているが、これと同様に、地磁気の磁
界の大きさと磁束とのなす角度のコサインに比例して信
号を出力するものであれば、他の地磁気センサ、例えば
フラックスゲート，ホール素子，磁気抵抗効果デバイ
ス，コイル等が使用され得ることは明らかである。
【００３８】また、傾斜検出部としては、常に水平に保
持される可動部の半球状の下面に備えられた各水平軸に
関する経線を光学的に読み取るようにしているが、これ
に限らず、ベースと可動部との傾斜角度が検出され得る
ものであれば、他の手段、例えば機械式エンコーダ等が
使用され得る。
持される可動部の半球状の下面に備えられた各水平軸に
関する経線を光学的に読み取るようにしているが、これ
に限らず、ベースと可動部との傾斜角度が検出され得る
ものであれば、他の手段、例えば機械式エンコーダ等が
使用され得る。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、方
位検出部から出力される方位角に対応する信号と、傾斜
検出部からの傾斜角度に対応する信号に基づいて、制御
部が、ベースの方位角及び傾斜角度（ピッチ角，ロール
角）を算出するので、ベースそして該ベースが取り付け
られた物体の、三次元の姿勢が検出され得る。従って、
ジャイロを使用せずに、比較的簡単な構成によって、低
コストで、三次元の姿勢が検出され得ることになる。
位検出部から出力される方位角に対応する信号と、傾斜
検出部からの傾斜角度に対応する信号に基づいて、制御
部が、ベースの方位角及び傾斜角度（ピッチ角，ロール
角）を算出するので、ベースそして該ベースが取り付け
られた物体の、三次元の姿勢が検出され得る。従って、
ジャイロを使用せずに、比較的簡単な構成によって、低
コストで、三次元の姿勢が検出され得ることになる。
【００４０】方位検出部の地磁気センサが、アモルファ
スワイヤを使用した高感度地磁気センサである場合に
は、容易に地磁気の磁束の方向が検出され得る。
スワイヤを使用した高感度地磁気センサである場合に
は、容易に地磁気の磁束の方向が検出され得る。
【００４１】方位検出部が、二つの互いに直交するよう
に水平に配設された地磁気センサから成る場合には、二
つの地磁気センサからの出力信号に基づいて、方位角が
一義的に決定され得る。
に水平に配設された地磁気センサから成る場合には、二
つの地磁気センサからの出力信号に基づいて、方位角が
一義的に決定され得る。
【００４２】可動部が、ベースに対して、ジンバルサポ
ート機構によって、互いに直交する二つの水平軸の周り
に揺動可能に支持されていると共に、下方に重りを備え
ている場合には、重りが可動部の重心に対して常に下方
に作用することにより、該可動部が常に水平に支持され
得ることになる。
ート機構によって、互いに直交する二つの水平軸の周り
に揺動可能に支持されていると共に、下方に重りを備え
ている場合には、重りが可動部の重心に対して常に下方
に作用することにより、該可動部が常に水平に支持され
得ることになる。
【００４３】傾斜検出部が、可動部の半球状の下面に備
えられた各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛り
を光学的に検出するようにベースに取り付けられた光学
センサである場合には、可動部の半球状の下面の目盛り
を光学的に読み取ることにより、非接触にて、傾斜角度
が検出され得ることになる。従って、可動部の揺動を阻
害するようなことがないので、可動部は、より確実に水
平に保持され得ることになる。
えられた各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛り
を光学的に検出するようにベースに取り付けられた光学
センサである場合には、可動部の半球状の下面の目盛り
を光学的に読み取ることにより、非接触にて、傾斜角度
が検出され得ることになる。従って、可動部の揺動を阻
害するようなことがないので、可動部は、より確実に水
平に保持され得ることになる。
【００４４】以上述べたように、本発明によれば、簡単
且つ低コストの構成により、適宜の精度が得られるよう
にした、極めて優れた三次元姿勢センサが提供され得る
ことになる。
且つ低コストの構成により、適宜の精度が得られるよう
にした、極めて優れた三次元姿勢センサが提供され得る
ことになる。
【図１】本発明による三次元姿勢センサの一実施例を示
す概略斜視図である。
す概略斜視図である。
【図２】図１の三次元姿勢センサの方位検出部の電気的
構成を示す、ブロック図である。
構成を示す、ブロック図である。
【図３】図１の三次元姿勢センサの方位検出部の方位角
に対する各地磁気センサの出力を示すグラフである。
に対する各地磁気センサの出力を示すグラフである。
【図４】図１の三次元姿勢センサの傾斜検出部の電気的
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図５】図１の三次元姿勢センサを示し、（Ａ）は水平
状態，（Ｂ）はピッチ方向傾斜状態、及び（Ｃ）はロー
ル方向傾斜状態を示す概略図である。
状態，（Ｂ）はピッチ方向傾斜状態、及び（Ｃ）はロー
ル方向傾斜状態を示す概略図である。
１０ 三次元姿勢センサ １１ ベース（外ジンバル） １２ 可動部 １２ａ 重り １３ 方位検出部 １４ 傾斜検出部 １５ ジンバルサポート機構 １６ フィルタ １７ アンプ １８ マルチプレクサ １９ Ａ／Ｄ変換器 ２０ マイクロコンピュータ ２１ ロール角検出エンコード回路 ２２ ピッチ角検出エンコード回路
Claims (5)
- 【請求項１】 三次元の姿勢を検出すべき物体に取り付
けられるベースと、該ベースに対して揺動可能に支持さ
れ且つ常に水平に保持され得る可動部と、該可動部に備
えられた地磁気センサから成る方位検出部と、該可動部
の傾斜角度を検出する傾斜検出部と、該方位検出部から
の出力される信号と該傾斜検出部から出力される信号に
基づいて、ベースのヨー角（方位角），ピッチ角及びロ
ール角に変換する制御部とを含んでいることを特徴とす
る、三次元姿勢センサ。 - 【請求項２】 方位検出部の地磁気センサが、アモルフ
ァスワイヤを使用した高感度地磁気センサであることを
特徴とする、請求項１に記載の三次元姿勢センサ。 - 【請求項３】 方位検出部が、二つの互いに直交するよ
うに水平に配設された地磁気センサから成ることを特徴
とする、請求項１または２に記載の三次元姿勢センサ。 - 【請求項４】 可動部が、ベースに対して、ジンバルサ
ポート機構によって、互いに直交する二つの水平軸の周
りに揺動可能に支持されていると共に、下方に重りを備
えていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに
記載の三次元姿勢センサ。 - 【請求項５】 傾斜検出部が、可動部の半球状の下面に
備えられた各水平軸に関する経線から成る格子状の目盛
りを光学的に検出するようにベースに取り付けられた光
学センサであることを特徴とする、請求項１から４の何
れかに記載の三次元姿勢センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6173367A JPH0814910A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 三次元姿勢センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6173367A JPH0814910A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 三次元姿勢センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814910A true JPH0814910A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15959091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6173367A Pending JPH0814910A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 三次元姿勢センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814910A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004111573A1 (ja) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 方位傾斜計測方法および計測装置 |
| JP2006098305A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Yamaha Corp | 磁気測定装置 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP6173367A patent/JPH0814910A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004111573A1 (ja) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 方位傾斜計測方法および計測装置 |
| JP2006098305A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Yamaha Corp | 磁気測定装置 |
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