JPH11211457A - 運動角検出装置、運動角検出方法、および姿勢角検出装置 - Google Patents
運動角検出装置、運動角検出方法、および姿勢角検出装置Info
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- JPH11211457A JPH11211457A JP2660598A JP2660598A JPH11211457A JP H11211457 A JPH11211457 A JP H11211457A JP 2660598 A JP2660598 A JP 2660598A JP 2660598 A JP2660598 A JP 2660598A JP H11211457 A JPH11211457 A JP H11211457A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 幅広く使用でき、応答性が良く、移動体の姿
勢を正確に検出する姿勢角検出装置と、それに用いる運
動角検出方法と運動角検出装置の提供。 【解決手段】 予めセットされた積分比例定数１４と、
ハイパスフィルタの出力を積分する積分値演算手段１１
と、積分値演算手段１１によって得られた積分値を保存
するバックアップメモリ機能１２と、積分値演算手段１
１による誤差を修正するための積分逆演算手段１３とか
らなり、ハイパスフィルタの出力を補正して運動角演算
手段２に入力する運動角検出装置。
勢を正確に検出する姿勢角検出装置と、それに用いる運
動角検出方法と運動角検出装置の提供。 【解決手段】 予めセットされた積分比例定数１４と、
ハイパスフィルタの出力を積分する積分値演算手段１１
と、積分値演算手段１１によって得られた積分値を保存
するバックアップメモリ機能１２と、積分値演算手段１
１による誤差を修正するための積分逆演算手段１３とか
らなり、ハイパスフィルタの出力を補正して運動角演算
手段２に入力する運動角検出装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーチャルリアリ
ティや移動体の事故記録機器等に搭載する慣性センサに
あって、移動体の姿勢を検出する姿勢角検出装置に関す
る。
ティや移動体の事故記録機器等に搭載する慣性センサに
あって、移動体の姿勢を検出する姿勢角検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、バーチャルリアリティを体現する
機器に使用され、人間の頭の動きを検出する方法とし
て、交流磁場発生源から微弱交流磁場を発生し、ヘッド
マウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）に配置し
たセンサ部で検知し、制御演算部で頭の動きを検出する
交流磁場を利用する方法や、超音波発生源からの超音波
信号をＨＭＤに配置したセンサ部で検知し、制御演算部
で頭の動きを検出する超音波を利用する方法がある。
機器に使用され、人間の頭の動きを検出する方法とし
て、交流磁場発生源から微弱交流磁場を発生し、ヘッド
マウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）に配置し
たセンサ部で検知し、制御演算部で頭の動きを検出する
交流磁場を利用する方法や、超音波発生源からの超音波
信号をＨＭＤに配置したセンサ部で検知し、制御演算部
で頭の動きを検出する超音波を利用する方法がある。
【０００３】また、３軸にジャイロを配して、移動体の
角速度を観測し、前記角速度から運動角を検出して、姿
勢角を算出（検出）する方法もある。
角速度を観測し、前記角速度から運動角を検出して、姿
勢角を算出（検出）する方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、交流磁
場を利用した方法では、信号発生源が微弱交流磁場のた
め、ノイズをキャンセルする為にフィルタを多用するこ
とにより応答性が低下し、頭の動きに比べて、ＨＭＤの
映像の動きが遅くなり、気分を悪くしたり、酔いを発生
することがあった。
場を利用した方法では、信号発生源が微弱交流磁場のた
め、ノイズをキャンセルする為にフィルタを多用するこ
とにより応答性が低下し、頭の動きに比べて、ＨＭＤの
映像の動きが遅くなり、気分を悪くしたり、酔いを発生
することがあった。
【０００５】また、超音波を利用した方法では、他の様
々な超音波信号の影響を受けての誤動作や、信号発生源
とセンサとの間の遮蔽物により信号を検出できなくなる
可能性があり、センサの前に腕や髪の毛があるだけで受
信不能になるので、このための誤動作を防止するための
対策が必要となる等の問題があった。
々な超音波信号の影響を受けての誤動作や、信号発生源
とセンサとの間の遮蔽物により信号を検出できなくなる
可能性があり、センサの前に腕や髪の毛があるだけで受
信不能になるので、このための誤動作を防止するための
対策が必要となる等の問題があった。
【０００６】また、ジャイロを用いる方法は、応答性が
よく、誤動作もしにくいが、積分系のために誤差が累積
し、正確に姿勢角を検出しにくい、という欠点がある。
よく、誤動作もしにくいが、積分系のために誤差が累積
し、正確に姿勢角を検出しにくい、という欠点がある。
【０００７】そこで、本発明の課題は、使用する場所や
環境の制限を緩和し、幅広く使用でき、応答性が良く、
移動体の姿勢角を正確に検出する姿勢角検出装置と、そ
れに用いる運動角検出方法と運動角検出装置を提供する
ことである。
環境の制限を緩和し、幅広く使用でき、応答性が良く、
移動体の姿勢角を正確に検出する姿勢角検出装置と、そ
れに用いる運動角検出方法と運動角検出装置を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、直交する３軸
に配置されたジャイロと、それぞれのジャイロの出力に
接続されたハイパスフィルタと、ハイパスフィルタによ
る誤差を補正し、バックアップメモリ機能を有する積分
値補正手段と、前記ハイパスフィルタ及び前記積分値補
正手段にて処理されたそれぞれのジャイロ出力を用い
て、運動角を演算する運動角演算手段からなる運動角検
出装置である。
に配置されたジャイロと、それぞれのジャイロの出力に
接続されたハイパスフィルタと、ハイパスフィルタによ
る誤差を補正し、バックアップメモリ機能を有する積分
値補正手段と、前記ハイパスフィルタ及び前記積分値補
正手段にて処理されたそれぞれのジャイロ出力を用い
て、運動角を演算する運動角演算手段からなる運動角検
出装置である。
【０００９】また、本発明は、前記積分値補正手段に用
いるルーチンが、積分値を計算する積分値演算手段と、
その積分値の過去の履歴を保管するためのバックアップ
メモリ機能とを用い、前記各ジャイロのハイパスフィル
タを介した出力と前記バックアップメモリに保管した積
分値と、積分比例定数とから、積分逆演算手段によって
補正計算を行い、この補正計算は、ジャイロのハイパス
フィルタを介した出力をＶｏｕｔ、該出力の積分値をΣ
Ｖｏｕｔ、積分逆演算の出力をＶｉｎ、積分比例定数を
（Δｔ／ＲＣ）とした時、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ／
ＲＣ）・ΣＶｏｕｔとなるように演算処理を施し、運動
角を補正する運動角検出方法である。
いるルーチンが、積分値を計算する積分値演算手段と、
その積分値の過去の履歴を保管するためのバックアップ
メモリ機能とを用い、前記各ジャイロのハイパスフィル
タを介した出力と前記バックアップメモリに保管した積
分値と、積分比例定数とから、積分逆演算手段によって
補正計算を行い、この補正計算は、ジャイロのハイパス
フィルタを介した出力をＶｏｕｔ、該出力の積分値をΣ
Ｖｏｕｔ、積分逆演算の出力をＶｉｎ、積分比例定数を
（Δｔ／ＲＣ）とした時、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ／
ＲＣ）・ΣＶｏｕｔとなるように演算処理を施し、運動
角を補正する運動角検出方法である。
【００１０】さらに、本発明は、上記の運動角検出方法
を用いて運動角を検出する上記の運動角検出装置と、少
なくとも２軸に配置した加速度センサと２軸以上の磁気
方位センサからなる静止角検出装置と、静止角検出装置
の出力値に誤差が含まれるかどうかを判別する判別手段
と、前記判別手段の判別結果により、運動角検出装置及
び静止角検出装置から得られた仮の姿勢角を示す二つの
出力値を演算処理して姿勢角を算出する姿勢角演算手段
からなる姿勢角検出装置である。
を用いて運動角を検出する上記の運動角検出装置と、少
なくとも２軸に配置した加速度センサと２軸以上の磁気
方位センサからなる静止角検出装置と、静止角検出装置
の出力値に誤差が含まれるかどうかを判別する判別手段
と、前記判別手段の判別結果により、運動角検出装置及
び静止角検出装置から得られた仮の姿勢角を示す二つの
出力値を演算処理して姿勢角を算出する姿勢角演算手段
からなる姿勢角検出装置である。
【００１１】一般に、ハイパスフィルタの悪影響を排除
する方法として、ハイパスフィルタの出力の時間積分値
を用いて補正する方法がある。本発明は、この方法を用
いて、ハイパスフィルタに入力されているジャイロの出
力（Ｖｉｎ）をハイパスフィルタの出力（Ｖｏｕｔ）か
ら計算で求めるもので、ＲＣ型のハイパスフィルタで
は、積分比例定数(Δt/RC)を用いて、次式のようにな
る。
する方法として、ハイパスフィルタの出力の時間積分値
を用いて補正する方法がある。本発明は、この方法を用
いて、ハイパスフィルタに入力されているジャイロの出
力（Ｖｉｎ）をハイパスフィルタの出力（Ｖｏｕｔ）か
ら計算で求めるもので、ＲＣ型のハイパスフィルタで
は、積分比例定数(Δt/RC)を用いて、次式のようにな
る。
【００１２】 Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ／ＲＣ）・ΣＶｏｕｔ
【００１３】すなわち、出力（Ｖｏｕｔ）の総和を常に
記憶しておき、比例定数（Δｔ／ＲＣ）を掛けて出力
（Ｖｏｕｔ）に加えれば入力が求まる。この場合、Ｖｏ
ｕｔは、ハイパスフィルタの入力そのものではなく、オ
フセットのドリフトなどのように、カットオフ周波数に
比べて十分に低い周波数の変化は補正しないので、ハイ
パスフィルタの本来の役割は保ち、悪影響だけを排除し
ている。
記憶しておき、比例定数（Δｔ／ＲＣ）を掛けて出力
（Ｖｏｕｔ）に加えれば入力が求まる。この場合、Ｖｏ
ｕｔは、ハイパスフィルタの入力そのものではなく、オ
フセットのドリフトなどのように、カットオフ周波数に
比べて十分に低い周波数の変化は補正しないので、ハイ
パスフィルタの本来の役割は保ち、悪影響だけを排除し
ている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１５】図１は、本発明の運動角検出装置の積分値
補正手段のブロック図であり、図２は、本発明の姿勢角
検出装置のブロック図であり、図３は、運動角の入出力
波形の変化の説明図で、図３（ａ）はジャイロの入力波
形を、図３（ｂ）はジャイロの出力波形を、図３（ｃ）
はハイパスフィルタの出力波形を、図３（ｄ）は本発明
の運動角検出装置の出力波形（積分値逆演算手段の出力
波形）を示す説明図である。
補正手段のブロック図であり、図２は、本発明の姿勢角
検出装置のブロック図であり、図３は、運動角の入出力
波形の変化の説明図で、図３（ａ）はジャイロの入力波
形を、図３（ｂ）はジャイロの出力波形を、図３（ｃ）
はハイパスフィルタの出力波形を、図３（ｄ）は本発明
の運動角検出装置の出力波形（積分値逆演算手段の出力
波形）を示す説明図である。
【００１６】本発明の運動角検出装置は、直交する３軸
に配置されたジャイロ３と、それぞれのジャイロ３の出
力に接続されたハイパスフィルタ４と、積分値補正手段
１０と、運動角を演算する運動角演算手段２とからなる
（図２）。
に配置されたジャイロ３と、それぞれのジャイロ３の出
力に接続されたハイパスフィルタ４と、積分値補正手段
１０と、運動角を演算する運動角演算手段２とからなる
（図２）。
【００１７】そして、前記積分値補正手段１０は、図１
に示すように、予めセットされた積分比例定数１４と、
ハイパスフィルタの出力を積分する積分値演算手段１１
と、積分値演算手段１１によって得られた積分値を保存
するバックアップメモリ機能１２と、積分値演算手段１
１による誤差を修正するための積分逆演算手段１３とか
らなり、ハイパスフィルタの出力を補正して運動角演算
手段２に入力する。
に示すように、予めセットされた積分比例定数１４と、
ハイパスフィルタの出力を積分する積分値演算手段１１
と、積分値演算手段１１によって得られた積分値を保存
するバックアップメモリ機能１２と、積分値演算手段１
１による誤差を修正するための積分逆演算手段１３とか
らなり、ハイパスフィルタの出力を補正して運動角演算
手段２に入力する。
【００１８】また、本発明の運動角検出方法は、前記積
分逆演算手段による補正計算が、ジャイロのハイパスフ
ィルタを介した出力をＶｏｕｔ、該出力の積分値をΣＶ
ｏｕｔ、積分逆演算の出力をＶｉｎ、積分比例定数を
（Δｔ／ＲＣ）としたとき、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ
／ＲＣ）・ΣＶｏｕｔとなるように演算処理を施し、運
動角を補正する検出方法である。
分逆演算手段による補正計算が、ジャイロのハイパスフ
ィルタを介した出力をＶｏｕｔ、該出力の積分値をΣＶ
ｏｕｔ、積分逆演算の出力をＶｉｎ、積分比例定数を
（Δｔ／ＲＣ）としたとき、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ
／ＲＣ）・ΣＶｏｕｔとなるように演算処理を施し、運
動角を補正する検出方法である。
【００１９】そして、本発明の姿勢角検出装置を、図２
に示すように、上記の運動角検出方法を用いて運動角を
検出する前記運動角検出装置１と、３軸に配置した加速
度センサ６と２軸以上の磁気（方位）センサ５と、静止
角演算手段７とからなる静止角検出装置７０と、静止角
検出装置７０の出力値に誤差が含まれるかどうかを判別
する判別手段８と、判別手段８の判別結果により、運動
角検出装置１及び静止角検出装置７０から得られた仮の
姿勢角を示す二つの出力値を演算処理して姿勢角を算出
する姿勢角演算手段９から構成した。
に示すように、上記の運動角検出方法を用いて運動角を
検出する前記運動角検出装置１と、３軸に配置した加速
度センサ６と２軸以上の磁気（方位）センサ５と、静止
角演算手段７とからなる静止角検出装置７０と、静止角
検出装置７０の出力値に誤差が含まれるかどうかを判別
する判別手段８と、判別手段８の判別結果により、運動
角検出装置１及び静止角検出装置７０から得られた仮の
姿勢角を示す二つの出力値を演算処理して姿勢角を算出
する姿勢角演算手段９から構成した。
【００２０】本発明の姿勢角検出装置は、構造的には、
センサ部５０と演算部６０に分けられ、センサ部５０は
ジャイロ３、磁気センサ５、加速度センサ６を含み、演
算部６０は残余全てを含む。
センサ部５０と演算部６０に分けられ、センサ部５０は
ジャイロ３、磁気センサ５、加速度センサ６を含み、演
算部６０は残余全てを含む。
【００２１】上記のようにして得られた、本発明の姿勢
角検出装置の運動角の波形の変化は、図３に示すよう
に、図３（ａ）のジャイロの入力波形から、図３（ｂ）
のジャイロの出力にドリフトが加わった波形となり、ド
リフトの修正とフィルタの誤差図により、図３（ｃ）の
ハイパスフィルタの出力波形となり、図３（ｄ）の運動
角検出装置（波形積分値逆演算手段）の出力波形とな
り、各段階での誤差を修正することができた。
角検出装置の運動角の波形の変化は、図３に示すよう
に、図３（ａ）のジャイロの入力波形から、図３（ｂ）
のジャイロの出力にドリフトが加わった波形となり、ド
リフトの修正とフィルタの誤差図により、図３（ｃ）の
ハイパスフィルタの出力波形となり、図３（ｄ）の運動
角検出装置（波形積分値逆演算手段）の出力波形とな
り、各段階での誤差を修正することができた。
【００２２】また、上記のようにして得られた本発明の
姿勢角検出装置は、使用する場所や環境の制限を緩和
し、幅広く使用でき、応答性が良く、移動体の姿勢を正
確に検出することができた。
姿勢角検出装置は、使用する場所や環境の制限を緩和
し、幅広く使用でき、応答性が良く、移動体の姿勢を正
確に検出することができた。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、使用する場所や環境の
制限を緩和し、幅広く使用でき、応答性が良く、移動体
の姿勢を正確に検出する姿勢角検出装置と、それに用い
る運動角検出方法と運動角検出装置が得られる。
制限を緩和し、幅広く使用でき、応答性が良く、移動体
の姿勢を正確に検出する姿勢角検出装置と、それに用い
る運動角検出方法と運動角検出装置が得られる。
【図１】本発明の運動角検出装置の積分値補正手段のブ
ロック図。
ロック図。
【図２】本発明の姿勢角検出装置のブロック図。
【図３】運動角の波形の変化の説明図、図３（ａ）はジ
ャイロの入力波形を示す図、図３（ｂ）はジャイロの出
力波形を示す図、図３（ｃ）はハイパスフィルタの出力
波形を示す図、図３（ｄ）は本発明の運動角検出装置の
出力波形（積分値逆演算手段の出力波形）を示す説明
図。
ャイロの入力波形を示す図、図３（ｂ）はジャイロの出
力波形を示す図、図３（ｃ）はハイパスフィルタの出力
波形を示す図、図３（ｄ）は本発明の運動角検出装置の
出力波形（積分値逆演算手段の出力波形）を示す説明
図。
１ （本発明の）運動角検出装置 ２ 運動角演算手段 ３ ジャイロ ４ ハイパスフィルタ ５ 磁気センサ ６ 加速度センサ ７ 静止角演算手段 ８ 判別手段 ９ 姿勢角演算手段 １０ （本発明の）積分値補正手段 １１ 積分値演算手段 １２ バックアップメモリ機能 １３ 積分逆演算手段 １４ 積分比例定数 ５０ センサ部 ６０ 演算部 ７０ 静止角検出装置
Claims (3)
- 【請求項１】 直交する３軸に配置されたジャイロと、
それぞれのジャイロの出力に接続されたハイパスフィル
タと、ハイパスフィルタによる誤差を補正し、バックア
ップメモリ機能を有する積分値補正手段と、前記ハイパ
スフィルタ及び前記積分値補正手段にて処理されたそれ
ぞれのジャイロ出力を用いて、運動角を演算する運動角
演算手段とからなることを特徴とする運動角検出装置。 - 【請求項２】 前記積分値補正手段に用いるルーチン
は、積分値を計算する積分値演算手段と、その積分値の
過去の履歴を保管するためのバックアップメモリ機能と
を用い、前記各ジャイロのハイパスフィルタを介した出
力と前記バックアップメモリに保管した積分値と、積分
比例定数とから、積分逆演算手段によって補正計算を行
い、この補正計算は、ジャイロのハイパスフィルタを介
した出力をＶｏｕｔ、該出力の積分値をΣＶｏｕｔ、積
分逆演算の出力をＶｉｎ、積分比例定数を（Δｔ／Ｒ
Ｃ）とした時、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋（Δｔ／ＲＣ）・Σ
Ｖｏｕｔとなるように演算処理を施し、運動角を補正す
ることを特徴とする運動角検出方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の運動角検出方法を用いて
運動角を検出する請求項１記載の運動角検出装置１と、
少なくとも２軸に配置した加速度センサと２軸以上の磁
気方位センサからなる静止角検出装置と、静止角検出装
置の出力値角に誤差が含まれるかどうかを判別する判別
手段と、前記判別手段の判別結果により、運動角検出装
置及び静止角検出装置から得られた仮の姿勢角を示す二
つの出力値を演算処理して姿勢角を算出する姿勢角演算
手段からなることを特徴とする姿勢角検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2660598A JPH11211457A (ja) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | 運動角検出装置、運動角検出方法、および姿勢角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2660598A JPH11211457A (ja) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | 運動角検出装置、運動角検出方法、および姿勢角検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211457A true JPH11211457A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=12198148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2660598A Withdrawn JPH11211457A (ja) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | 運動角検出装置、運動角検出方法、および姿勢角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211457A (ja) |
-
1998
- 1998-01-22 JP JP2660598A patent/JPH11211457A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040420 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050915 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20051115 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20051125 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |