CN110192150A - 姿态控制装置、保持装置、姿态控制方法、及程序 - Google Patents

姿态控制装置、保持装置、姿态控制方法、及程序 Download PDF

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Abstract

[问题]为了提供一种能够精确地控制保持的物体的方位的技术。[解决方案]该方位控制设备配备有控制单元。控制单元通过基于重力的方向控制用于保持待保持的物体的保持装置的方位来控制待保持物体的方位，并且基于基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的静态加速度分量确定保持装置上的重力的方向，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获得的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的静态加速度分量和动态加速度分量获得的。

Description

姿态控制装置、保持装置、姿态控制方法、及程序
技术领域
本技术涉及一种用于控制保持待保持物体的保持装置的姿态的技术。
背景技术
在过去，众所周知相机万向节是一种允许相机稳定地捕获图像的装置(例如，参见专利文献1)。相机万向节具有使相机绕两个轴或者三个轴旋转的机构，并且通过旋转该机构控制相机在空间中的姿态。
相机万向节常常通过用手握住或者放置在预定位置来使用。然而，近年来，在一些情况下，相机万向节被放置在诸如无人机的飞行器上使用(例如，参见专利文献2)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2002-369046号
专利文献2：日本专利申请特开第2016-219941号
发明内容
技术问题
例如，为了使相机稳定地捕获图像，必须精确地控制相机的姿态。因此，精确地控制相机等的待保持物体的姿态是重要的。
鉴于如上所述的情形，本技术的目的是提供一种能够精确地控制待保持物体的姿态的技术。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本技术的姿态控制装置包括控制单元。控制单元基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
在该姿态控制装置中，静态加速度分量是根据第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的两个信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的。因此，能够精确地计算可以是重力加速度分量的静态加速度分量，并且因此可以精确地确定保持装置的重力方向。因此，能够精确地控制保持装置的姿态。因此，能够精确地控制保持装置待保持的物体的姿态。
在姿态控制装置中，控制单元可基于用于校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量，并且基于校正的静态加速度分量确定重力方向。
因此，能够更精确地确定保持装置的重力方向，并且更精确地控制待保持物体的姿态。
在姿态控制装置中，控制单元可基于用于通过动态加速度分量校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量。
因此，能够更精确地确定保持装置的重力方向，并且更精确地控制待保持物体的姿态。
在姿态控制装置中，控制单元可基于用于通过施加在保持装置上的角速度分量校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量。
因此，能够更精确地确定保持装置的重力方向，并且更精确地控制待保持物体的姿态。
在姿态控制装置中，控制单元可在保持装置设置在特定位置时生成校正信息。
因此，能够通过在保持装置是固定的时执行校准获取校正信息。
在姿态控制装置中，保持装置可附接于飞行器，控制单元可在飞行器在空中时生成校正信息。
因此，能够通过在飞行器在空中时执行校准获取校正信息。
姿态控制装置可以进一步包括加速度计算单元。加速度计算单元基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算静态加速度分量，第一加速度检测信号具有对应于动态加速度分量的交流波形，第二加速度检测信号具有输出波形，对应于动态加速度分量的交流波形与输出波形中对应于静态加速度分量的直流分量重叠。
在姿态控制装置中，加速度计算单元可包括基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号之间的差值信号计算静态加速度分量的计算电路。
因此，能够根据第一加速度检测信号和第二加速度检测信号精确地计算静态加速度分量。
在姿态控制装置中，加速度计算单元可进一步包括调节每个信号的增益使得第一加速度检测信号和第二加速度检测信号处于相同电平的增益调节电路。
因此，能够根据第一加速度检测信号和第二加速度检测信号更精确地计算静态加速度分量。
在姿态控制装置中，加速度计算单元可进一步包括基于差值信号计算校正系数并且使用校正系数校正第一加速度检测信号和第二加速度检测信号中的一个的校正电路。
因此，能够根据第一加速度检测信号和第二加速度检测信号更精确地计算静态加速度分量。
姿态控制装置可以进一步包括检测单元，检测单元包括可移动部、压电第一加速度检测单元、及非压电第二加速度检测单元，可移动部依据接收的施加在保持装置上的加速度可移动，压电第一加速度检测单元设置在可移动部上以输出第一加速度检测信号，非压电第二加速度检测单元设置在可移动部上以输出第二加速度检测信号。
在该姿态控制装置中，通过使用第一加速度检测单元和第二加速度检测单元的检测方案(压电和非压电)之间的差异，能够根据其输出精确地计算静态加速度分量。
在姿态控制装置中，第二加速度检测单元可包括压阻加速度检测设备。可替代地，第二加速度检测单元可包括电容加速度检测设备。
根据本技术的另一方面的姿态控制装置包括控制单元。控制单元基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
在该姿态控制装置中，静态加速度分量是根据第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的两个信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的。因此，能够精确地计算可以被认为是重力加速度分量的静态加速度分量，并且因此可以精确地确定待保持物体的重力方向。因此，能够精确地控制保持待保持物体的保持装置的姿态。因此，能够精确地控制待保持物体的姿态。
根据本技术的保持装置包括检测单元；及控制单元。检测单元输出第一加速度检测信号和第二加速度检测信号，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持待保持物体的保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的。控制单元基于基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的静态加速度分量确定保持装置的重力方向，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
根据本技术的姿态控制方法包括：基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
一种根据本技术的程序使计算机执行以下步骤：基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
发明的效果
如上所述，根据本技术，能够提供一种能够精确地控制待保持物体的姿态的技术。
附图说明
图1是示出了根据本技术的第一实施方式的相机万向节的立体图。
图2是示出了相机万向节的配置的框图。
图3是示出了传感器单元的配置的框图。
图4是示意性地示出了加速度传感器的配置的前表面侧的立体图。
图5是示意性地示出了加速度传感器的配置的后表面侧的立体图。
图6是示意性地示出了加速度传感器的配置的前表面侧的平面图。
图7A是示出了没有对加速度传感器施加加速度的状态的示图。
图7B是示出了在加速度传感器中沿着X'轴方向生成加速度的状态的示图。
图7C是示出了在加速度传感器中沿着Z'轴方向生成加速度的状态的示图。
图8是示出了加速度计算单元的配置实例的电路图。
图9是示出了根据X'轴方向上的加速度检测信号计算静态加速度分量的处理块的示图。
图10是描述加速度计算单元的操作的示图。
图11是描述加速度计算单元的操作的示图。
图12是描述加速度计算单元的操作的示图。
图13是描述加速度计算单元的操作的示图。
图14是描述加速度计算单元的操作的示图。
图15是描述加速度计算单元的操作的示图。
图16是示出了根据第一实施方式的相机万向节的控制单元的处理过程的流程图。
图17是示出了根据第二实施方式的相机万向节的控制单元的处理过程的流程图。
图18是示出了根据第三实施方式的相机万向节的控制单元的处理过程的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本技术的实施方式。
《第一实施方式》
<整个相机万向节50的配置及各个单元的配置>
[相机万向节50的外部配置]
图1是示出了根据本技术的第一实施方式的相机万向节50的立体图。
如图1中所示，相机万向节50(保持装置：姿态控制装置)按照从上到下的顺序包括握持部51、轴部52、及可旋转地附接于轴部52的第一旋转构件53。此外，相机万向节50包括可旋转地附接于第一旋转构件53的第二旋转构件54，固定到第二旋转构件54上的底座保持构件55，及可旋转地附接于底座保持构件55的底座56。
应注意，在本说明书的描述中，基于地球的坐标***称作整体坐标系，基于底座56(照相机)的坐标***称作局部坐标***。此外，假设在整体坐标系中彼此正交的三个轴是X、Y、和Z轴，并且在局部坐标系中彼此正交的三个轴是X’、Y’、和Z’轴。
整体坐标系中的Z轴方向是重力方向，并且X轴方向和Y轴方向各自是水平方向上的任意方向。此外，局部坐标系中的Z’轴方向是底座56的厚度方向，X’轴方向是底座56的长边方向，Y’轴方向是底座56的短边方向。
此外，在本说明书的描述中，假设旋转轴的方向在第一旋转构件53关于轴部52旋转时是z轴方向，旋转轴的方向在第二旋转构件54关于第一旋转构件53旋转时是y轴方向。此外，旋转轴的方向在底座56关于底座保持构件55旋转时是x轴方向。
在此，在图1中示出的实例中，局部坐标系中的X’轴方向和作为旋转轴的x轴方向是相同的。此外，局部坐标系中的Y’轴方向和作为旋转轴的y轴方向是相同的。另外，局部坐标系中的Z’轴方向和作为旋转轴方向的z轴方向在一些情形中不同(例如，在底座56从图1中示出的状态绕x轴和y轴旋转的情况下)。应注意，相机万向节50可以被配置为能够使底座56根据局部坐标系中的Z’轴方向旋转。
在下文中，在整体坐标系中的Z轴方向和局部坐标系中的Z’轴方向(和z轴方向)匹配的情况下，相机万向节50的姿态将称作基本姿态。
握持部51和轴部52整体形成，并且形成为使得一个圆柱构件在中心弯曲成直角。握持部51是用户抓握的构件，并且被配置为在与z轴方向正交的方向上延伸。
轴部52被配置为在z轴方向上延伸，并且保持第一旋转构件53在z轴的下端部绕z轴可旋转。
第一旋转构件53是通过其中心弯曲成直角形成的板状构件，并且配置为使得上半部在y轴方向上延伸和下半部在z轴方向上延伸。第一旋转构件53在上端相对于轴部52绕z轴可旋转地保持，并且保持第二旋转构件54在下端部绕y轴可旋转。
第二旋转构件54是在y轴方向上延伸的圆柱形构件。第二旋转构件54在一端部相对于第一旋转体的下端部绕y轴可旋转地保持，并且保持底座保持构件55在另一端部处于固定状态。
底座保持构件55包括关于zy平面对称地形成的两个构件。底座保持构件55是圆柱形构件，形成为其两个部分弯曲成直角。底座保持构件55在其一端部固定到第二旋转构件54上，并且在另一端部保持底座56绕x轴可旋转。
底座56是矩形板状构件，通过底座保持构件55绕x轴可旋转地保持。在底座56的上表面上固定有相机(待保持物体)(未示出)。在底座56内部的底座56的重心的位置处，设置有在底座56的三个轴方向上(X’、Y’、及Z’轴)检测加速度和角速度的传感器单元40。
在这个实施方式中，因为第一旋转构件53绕z轴旋转，第二旋转构件54绕y轴旋转，并且底座56绕x轴旋转，所以底座56能够相对于握持部51绕三个轴(x、y、及z轴)旋转。应注意，尽管在这个实施方式中将描述底座56绕三个轴可旋转的情况，但是底座56可以被配置为绕一个轴或者两个轴可旋转。
此外，尽管在这个实施方式中将描述相机固定在底座56上的配置，但是相机如何固定至相机万向节50不受具体限制。例如，相机可以被相机万向节50在x轴方向上从两侧夹在中间并且固定至相机万向节50。在该情况下，可以省去底座56，传感器单元40设置在保持作为待保持物体的相机的部分中(例如，在x轴方向上夹住相机的构件)。
基本上，相机万向节50可以具有任何配置，只要其被配置为能够使作为待保持的物体的相机绕三个轴(可以是一个轴或者两个轴)旋转并且传感器单元40设置在与相机类似地移动的部分中。
[功能块配置]
图2是示出了相机万向节50的配置的框图。如图2中所示，相机万向节50包括控制单元61、传感器单元40、存储单元62、第一电动机63a、第二电动机63b、及第三电动机63c。
传感器单元40包括加速度传感器10、角速度传感器30、及控制器20。加速度传感器10检测底座56(相机)在局部坐标系中的三个轴(X’、Y’、及Z’轴)方向上接收的加速度。
例如，角速度传感器30是陀螺仪传感器(振动型、旋转顶部型等)，检测底座56(相机)在局部坐标系中绕三个轴(X’、Y’、Z’轴)的角速度。
控制器20处理来自加速度传感器10和角速度传感器30的输出。在这个实施方式中，控制器20被配置为能够根据底座56(相机)接收的加速度精确地区分基于重力的静态加速度分量(重力加速度分量)和基于底座56(相机)的运动的动态加速度分量(运动加速度分量)，并将其输出至控制单元61。应注意，随后将详细地描述传感器单元40的配置。
控制单元61包括CPU(中央处理器)等。控制单元61基于存储单元62中存储的各种程序执行各种类型的计算，并且整体控制相机万向节50的各个单元。
特别地，在这个实施方式中，控制单元61确定底座56的姿态，并且控制底座56的姿态，即相机的姿态。虽然随后将描述细节，在这个实施方式中，可以在传感器单元40中精确地计算加速度传感器10检测到的加速度检测信号中的静态加速度分量，即重力加速度分量。因此，在这个实施方式中，控制单元61能够精确地确定底座56的重力方向，并且精确地控制底座56的姿态，即相机的姿态。应注意，随后将详细描述控制单元61的处理过程。
存储单元62包括其中存储处理控制单元61和各类数据所需的各种程序的非易失性存储器和用作控制单元61的工作区的易失性存储器。
第一电机63a响应于来自控制单元61的命令使第一旋转构件53绕z轴旋转，第二电机63b响应于来自控制单元61的命令使第二旋转构件54绕y轴旋转。此外，第三电动机63c响应于来自控制单元61的命令使底座56绕x轴旋转。
[传感器单元40的配置]
接下来，将详细描述根据该实施方式的传感器单元40的配置。图3是示出了传感器单元40的配置的框图。
根据该实施方式的传感器单元40被配置为能够根据加速度传感器10检测的加速度计算动态加速度分量和静态加速度分量。
在此，动态加速度分量通常指加速度传感器10检测的加速度信号的AC分量，通常与底座56(相机)接收的运动加速度(移动加速度、离心加速度、切向加速度等)相对应。另外，静态加速度分量指加速度传感器10检测的加速度信号的DC分量，并且通常与重力加速度或者估计为重力加速度的加速度相对应。
如图3中所示，加速度传感器10包括两种类型的加速度检测单元11和12(检测单元：第一加速度检测单元11和第二加速度检测单元12)，其检测与三个轴方向(局部坐标系)上的加速度有关的信息。角速度传感器30包括角速度检测单元31。
第一加速度检测单元11是压电加速度传感器10，并且输出包括与X’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-AC-x)、包括与Y’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-AC-y)、及包括与Z’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-AC-z)。从第一加速度检测单元11输出的信号具有与每个轴的加速度相对应的交流波形。
另外，第二加速度检测单元12是非压电加速度传感器10，并且输出包括与X’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-DC-x)、包括与Y’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-DC-y)、及包括与Z’轴方向上的加速度有关的信息的信号(Acc-DC-z)。从第二加速度检测单元12输出的信号具有其中与每个轴的加速度相对应的交流分量与直流分量重叠的输出波形。
角速度检测单元31输出绕X’轴的角速度检测信号(Gyro-x)、绕Y’轴的角速度检测信号(Gyro-y)、及绕Z’轴的角速度检测信号(Gyro-z)。
控制器20包括转换器204、计算单元230、串行接口201、并行接口202、及模拟接口203。
转换器204对加速度传感器10和角速度传感器30检测的信号执行AD(模数)转换，并将其输出至计算单元230。
计算单元230包括加速度计算单元200和角速度计算单元300。加速度计算单元200基于从第一加速度检测单元11输出的信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、及Acc-AC-z)和从第二加速度检测单元12输出的信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、及Acc-DC-z)计算局部坐标系中的三个轴方向上的动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)和静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)。
角速度计算单元300基于从角速度检测单元31输出的信号(Gyro-x、Gyro-y、及Gyro-z)计算局部坐标系中绕三个轴的角速度(ω-x、ω-y、及ω-z)。
串行接口201被配置为能够有序地输出加速度计算单元200计算的动态加速度分量和静态加速度分量以及角速度计算单元300计算的角速度分量至控制单元61。并行接口202被配置为能够并行输出加速度计算单元200计算的动态加速度分量和静态加速度分量以及角速度计算单元300计算的角速度分量至控制单元61。
控制器20可包括串行接口201和并行接口202中的至少一个，或者可响应于来自控制单元61的命令选择性地切换接口。模拟接口203被配置为能够将第一加速度检测单元11、第二加速度检测单元12、及角速度检测单元31的输出无变化地输出至控制单元61，但是可以根据需要省去。
[加速度传感器10的配置]
接下来，将详细描述加速度传感器10的配置。
图4至图6分别是示意性地示出了加速度传感器10的配置的前表面侧的立体图、后表面侧的立体图、及前表面侧的平面图。
加速度传感器设备10包括设备主体110、第一加速度检测单元11(第一检测设备11x1、11x2、11y1、及11y2)和第二加速度检测单元12(第二检测设备12x1、12x2、12y1、及12y2)。
设备主体110包括与X’Y’平面平行的主表面部分111和相对侧的支撑部分114。设备主体110通常包括SOI(绝缘体上硅)基板，并且具有形成主表面部分111的有源层(硅基板)和形成支撑部分114的框架状支撑层(硅基板)的分层结构。主表面部分111和支撑部分114具有不同的厚度，支撑部分114比主表面部分111厚。
设备主体110包括能够响应于加速度而移动的可移动板120。可移动板120设置在主表面部分111的中心部分处，并且通过将上述形成主表面部分111的有源层处理为预定形状形成。更具体地，主表面部分111中形成的多个凹槽部分112形成包括多个(在该实例中，四个)相对于主表面部分111的中心位置具有对称形状的叶片部121至124的可移动板120。主表面部分111的***部分构成在Z’轴方向上与支撑部分114相对的基部115。
如图5中所示，支撑部分114形成框架形状，该框架形状包括使可移动板120的后表面敞开的矩形凹槽113。支撑部分114被配置为粘结至支撑基板(未示出)的接合面。上述支撑基板可包括电连接加速度传感器10和控制器20的电路基板，或者电连接至电路基板的中继基板或者封装基板。可替代地，支撑部分114可以设置有电连接至中继基板或者封装基板的多个外部连接端子。
可移动板120的叶片部121至124各自包括具有预定形状(在这个实例中，大体上六边形形状)的板部件，并且布置为绕与Z’轴平行的中心轴间隔90°。叶片部121至124中的每一个的厚度与上述组成主表面部分111的有源层的厚度相对应。叶片部121至124在可移动板120的中心部分120C处彼此整体连接，并且整体支撑以相对于基部115可移动。
如图5中所示，可移动板120进一步包括重量部125。重量部125整体设置在可移动板120的中心部分的后表面上和叶片部121至124的每一个的后表面上。重量部125的尺寸、厚度等不受特殊限制，并且设置为可以实现期望的可移动板120的振动特性的适当的大小。重量部125例如，通过处理上述使支撑部分114形成为预定形状的层形成。
如图4和图6所示，可移动板120经由多个(在该实例中，四个)桥接部131至134连接至基部115。多个桥接部131至134设置在叶片部121至124之间，并且通过处理上述将主表面部分111形成预定形状的有源层形成。桥接部131和桥接部133设置为在X’轴方向上彼此面对，桥接部132和桥接部134设置为在Y’轴方向上彼此面对。
桥接部131至134组成能够相对于基部115移动的可移动部分的一部分，弹性地支撑可移动板120的中心部分120C。桥接部131至134具有相同的配置，如图6所示，各自包括第一梁部130a、第二梁部130b、及第三梁部130c。
第一梁部130a在X’轴方向或者在Y’轴方向上从可移动板120的中心部分120C的***部分线性延伸，并且设置在叶片部121至124的相应相邻的叶片部之间。第二梁部130b在X’轴方向或者在Y’轴方向上线性延伸，并且连接第一梁部130a和基部115。
第三梁部130c在与X’轴方向或者Y’轴方向相交的方向上线性延伸，并且连接第一梁部130a和第二梁部130b的中间部分与基部115。桥接部131至134中的每一个包括三分之二的梁部130c，并且配置为使得X’Y’平面中的三分之二的梁部130c夹住二分之一的梁部130b。
桥接部131至134中的每一个的硬度被设置为能够稳定地支撑移动的可移动板120的适当值。特别地，桥接部131至134中的每一个的硬度被设置为可通过可移动板120的重量变形的适当的硬度，变形的幅度不受特别限制，只要第二加速度检测单元12可以检测到可移动板120的重量的重力加速度即可。
如上所述，可移动板120由设备主体110的基部115经由四个桥接部131至134支撑，并且被配置为能够通过对应于加速度的惯性力相对于基部115移动，桥接部131至134作为支点。
图7A至图7C各自是描述可移动板120的运动状态的示意性侧面截面图。图7A是示出了没有施加加速度时的状态的示图，图7B是示出了沿着X’轴方向生成加速度时的状态的示图。此外，图7C是示出了沿着Z’轴方向生成加速度时的状态的示图。
应注意，在图7B中，实线示出在附图的左方向上生成加速度的状态，虚线示出在附图的右方向上生成加速度的状态。此外，在图7C中，实线示出在附图的上方向上生成加速度的状态，虚线示出在附图的下方向上生成加速度的状态。
在不生成加速度的情况下，可移动板120保持平行于基部115的前表面，如图7A中所示。在沿着X’轴方向生成加速度的情况下，在这种状态下，例如，可移动板120关于在Y’轴方向上延伸的桥接部132和134逆时针方向倾斜，如图7B中所示。因此，在X’轴方向上彼此相对的桥接部131和133沿着Z’轴方向接收相反方向上的弯曲应力。
类似地，在沿着Y’轴方向生成加速度的情况下，可移动板120关于在X’轴方向上延伸的桥接部131和133逆时针方向(或者顺时针方向)倾斜，在Y’轴方向上彼此相对的桥接部132和134沿着Z’轴方向接收相反方向上的弯曲应力，虽然未示出。
同时，在沿着Z’轴方向生成加速度的情况下，如图7C中所示，可移动板120相对于基部115上下移动，并且桥接部131至134中的每一个沿着Z’轴方向接收相同方向上的弯曲应力。
第一加速度检测单元11和第二加速度检测单元12设置在桥接部131至134中的每一个中。加速度传感器10通过第一加速度检测单元11和第二加速度检测单元12检测由于弯曲应力导致的桥接部131至134的变形测量施加在加速度传感器10上的加速度的方位和幅度。
“加速度检测单元11和12的配置”
在下文中，将详细描述第一加速度检测单元11和第二加速度检测单元12。
如图6所示，第一加速度检测单元11包括多个(在该实例中，四个)第一检测设备11x1、11x2、11y1、及11y2。
检测设备11x1和11x2设置在X’轴方向上彼此相对的两个桥接部131和133的前表面的轴心上。检测设备11x1设置在桥接部131的第一梁部130a上，另一检测设备11x2设置在桥接部133的第一梁部130a上。另外，检测设备11y1和11y2设置在Y’轴方向上彼此相对的两个桥接部132和134的前表面的轴心上。检测设备11y1设置在桥接部132的第一梁部130a上，另一检测设备11y2设置在桥接部134的第一梁部130a上。
在这个实施方式中，第一检测设备11x1至11y2具有相同的配置，并且各自包括长边在第一梁部130a的轴心方向上的矩形压电检测设备。第一检测设备11x1至11y2各自包括下电极层、压电膜、及上电极层的层压件。
压电膜通常由锆钛酸铅(PZT)形成。很明显，本技术不限于此。压电膜生成与第一梁部130a在上电极层和下电极层之间的Z’轴方向上的弯曲变形(应力)的量对应的电势差(压电效应)。上电极层经由桥接部131至134上形成的配线层(未示出)电连接至设置在基部115的前表面上的中继端子140。中继端子140各自可配置为电连接至上述支撑基板的外部连接端子。例如，另一端连接至上述支撑基板的接合线的一端连接至此。下电极层通常连接至诸如接地电位的基准电位。
因为如上所述配置的第一加速度检测单元11只有当由于压电膜的特性导致应力变化时执行输出，在即使在施加应力的情况下应力值没有变化的状态下不执行输出，第一加速度检测单元11主要检测施加在可移动板120上的运动加速度的幅度。因此，第一加速度检测单元11的输出主要包括具有与运动加速度对应的作为AC分量的交流波形的输出信号。
另外，如图6所示，第二加速度检测单元12包括多个(在该实例中，四个)第二检测设备12x1、12x2、12y1、及12y2。
检测设备12x1和12x2设置在X’轴方向上彼此相对的两个桥接部131和133的前表面的轴心上。检测设备12x1设置在桥接部131的第二梁部130b上，另一检测设备12x2设置在桥接部133的第二梁部130b上。另外，检测设备12y1和12y2设置在Y’轴方向上彼此相对的两个桥接部132和134的前表面的轴心上。检测设备12y1设置在桥接部132的第二梁部130b上，另一检测设备12y2设置在桥接部134的第二梁部130b上。
在这个实施方式中，第二检测设备12x1至12y2具有相同的配置，并且各自包括长边在第二梁部130b的轴心方向上的压阻检测设备。第二检测设备12x1至12y2各自包括电阻层和在轴向方向上连接至电阻层的两端的一对端子部分。
例如，电阻层是由使第二梁部130b的前表面(硅层)掺杂杂质元素形成的导体层，并且在该对端子部分之间生成与第二梁部130b在Z’轴方向上的弯曲变形(应力)的量对应的电阻变化(压阻效应)。该对端子部分经由桥接部131至134上形成的配线层(未示出)电连接至设置在基部115的前表面上的中继端子140。
因为如上所述配置的第二加速度检测单元12不仅检测施加在可移动板120上的运动加速度，而且检测施加在可移动板120上的重力加速度，因为由于压电电阻的特性，电阻值是通过绝对应力值确定的。因此，第二加速度检测单元11的输出具有输出波形，在该输出波形中，对应于运动加速度的动态分量(AC分量)与重力加速度或者与此对应的静态分量(DC分量)重叠。
应注意，本技术不限于第二检测设备12x1至12y2各自包括压阻检测设备的实例。例如，第二检测设备12x1至12y2可各自包括能够检测DC分量的加速度的另一非压电检测设备，诸如静电检测设备。在静电检测设备的情况下，组成一对电极的可动电极部分和固定电极部分在第二梁部130b的轴向方向上设置为彼此相对，配置为使两个电极部分之间的相对距离对应于上述第二梁部130b的弯曲变形的量变化。
因为压电加速度传感器10用作第一加速度检测单元11，非压电(压阻或者电容)加速度传感器10用作第二加速度检测单元12，所以能够实现在低频区域具有宽动态范围和高灵敏度的惯性传感器。
第一加速度检测单元11基于第一检测设备11x1至11y2的输出输出X’轴方向、Y’轴方向、及Z’轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、及Acc-AC-z)至信号处理电路20(参见图3)。
X’轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-x)对应于检测设备11x1的输出(ax1)与检测设备11x2的输出(ax2)之间的差值信号(ax1-ax2)。Y’轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-y)对应于检测设备11y1的输出(ay1)与检测设备11y2的输出(ay2)之间的差值信号(ay1-ay2)。然后，Z’轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-z)对应于检测设备11x1至11y2的输出的总和(ax1+ax2+ay1+ay2)。
类似地，第二加速度检测单元12基于第二检测设备12x1至12y2的输出输出X’轴方向、Y’轴方向、及Z’轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、及Acc-DC-z)至控制器20(参见图3)。
X’轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-x)对应于检测设备12x1的输出(bx1)与检测设备12x2的输出(bx2)之间的差值信号(bx1-bx2)。Y’轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-y)对应于检测设备12y1的输出(by1)与检测设备12y2的输出(by2)之间的差值信号(by1-by2)。然后，Z’轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-z)对应于检测设备12x1至12y2的输出的总和(bx1+bx2+by1+by2)。
“加速度计算单元200的配置”
接下来，将描述传感器单元40中的控制器20的加速度计算单元200的配置。图8是示出了加速度计算单元200的配置实例的电路图。
加速度计算单元200包括增益调节电路21、符号反转电路22、加法电路23、及校正电路24。这些电路21至24对于X’、Y’、及Z’的每个轴具有共同的配置，在每个轴上执行共同的算术处理，因此计算每个轴的动态加速度分量(运动加速度分量)和静态加速度分量(重力加速度分量)。
在下文中，作为典型实例，将描述X’轴方向上的加速度检测信号的处理电路。图9示出了根据X’轴方向上的加速度检测信号计算静态加速度分量的处理块。
增益调节电路21将每个信号的增益调节为从第一加速度检测单元11(11x1和11x2)输出的X’轴方向上的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)和从第二加速度检测单元12(12x1和12x2)输出的X’轴方向上的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)相互在相同的电平。增益调节电路21包括用于放大第一加速度检测单元11的输出(Acc-AC-x)和第二加速度检测单元12的输出(Acc-DC-x)的放大器。
通常，加速度传感器10的输出敏感性和动态范围根据检测方案而不同。例如，如图10中所示，与非压电(压阻或者静电)加速度传感器10相比，压电加速度传感器10的输出敏感性较高并且动态范围较宽(较大)。在该实施方式中，第一加速度检测单元11对应于压电加速度传感器10，第二加速度检测单元12对应于压阻加速度传感器10。
鉴于此，增益调节电路21分别将各个加速度检测单元11和12(第一加速度检测信号和第二加速度检测信号)的输出放大A倍和B倍，因此加速度检测单元11和12的输出具有相同的电平。放大系数A和B是正数并且满足A＜B的关系，放大系数A和B的值不受特别限制，可以设置为用作根据加速度传感器10的使用环境(使用温度)的加速度检测单元11和12的温度补偿的系数。
图11是第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的输出特征的实例，并且比较地示出增益调节之前的输出特征和增益调节之后的输出特征。在附图中，水平轴表示施加在加速度传感器10上的加速度的频率，垂直轴表示输出(敏感性)(同样适用于图12至图15)。
如图11所示，在压电方案的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)中，加速度分量在0.5Hz或更小的低频区域的输出灵敏度低于加速度分量在高频区域的输出灵敏度。特别地，静止状态(运动加速度0)的输出灵敏度大约是零。此外，压阻方案的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)在整个频率范围具有恒定的输出灵敏度，因此，静止状态中的加速度分量(即，重力加速度)可以检测为恒定的输出灵敏度。因此，当增益调节电路21分别以预定的放大率放大第一加速度检测信号和第二加速度检测信号以获得相同的输出电平时，可以计算以下描述的差值计算电路中的重力加速度分量。
符号反转电路22和加法电路23组成差值计算电路，该差值计算电路基于第一加速度检测信号(Acc-AC-x)与第二加速度检测信号(Acc-DC-x)之间的差值信号计算来自每个轴方向的加速度的静态加速度分量(DC分量)。
符号反转电路22具有在增益调节之后反转第一加速度检测信号(Acc-AC-x)的符号的反转放大器(放大系数：-1)。图12示出符号反转之后的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)的输出特征的实例。在此，作为实例示出加速度传感器10检测X’轴方向上的1G加速度的情况。
应注意，第二加速度检测信号(Acc-DC-x)在后续步骤输出至加法电路23，无需反转其符号。符号反转电路22可以与增益调节电路21同样地在前述的步骤中配置。
加法电路23使从符号反转电路22输出的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)与第二加速度检测信号(Acc-DC-x)相加，以输出静态加速度分量。图13示出加法电路23的输出特征的实例。因为第一和第二加速度检测信号在增益调节电路21中调节至相同的电平，通过获取其差值信号可以计算净静态加速度分量(Gr-x)。静态加速度分量通常对应于重力加速度分量或者包括重力加速度的加速度分量。
当从加法电路23输出的静态加速度分量仅对应于重力加速度时，理论上，显著的加速度分量的输出仅出现接近0Hz，如图14中所示。然而，实际上，因为具有压电检测类型的第一加速度检测单元11的低频附近的检测灵敏度较低，由于其他轴的灵敏度的生成导致除了目标轴以外的轴方向(在此，Y’轴方向和Z’轴方向)上的加速度分量不可避免地重叠，图13中的影线表示的频域中的动态加速度分量作为误差分量泄漏到加法电路23的输出中。鉴于此，在这个实施方式中，设置用于基于加法电路23的输出消除该误差的校正电路24。
校正电路24包括3轴合成值计算单元241和低频带灵敏度校正单元242。校正电路24基于加法电路23的输出(第一和第二加速度检测信号之间的差值信号)计算校正系数β，并且使用校正系数β校正第一加速度检测信号(Acc-AC-x)。
3轴合成值计算单元241通常设置用于处理计算X’轴、Y’轴、及Z’轴方向上的静态加速度分量的块，并且使用加法电路23在每个轴中的输出(第一和第二加速度检测信号之间的差值信号)的总值计算校正系数β。
具体地，3轴合成值计算单元241计算静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)在三个轴方向上的合成值(√((Gr-x)2+(Gr-y)2+(Gr-z)2))，并且将合成值超过1G的部分视为低频带灵敏度误差部分(图13中的影线表示的区域)，以计算对应于合成值的倒数的校正系数β。
β＝1/(√((Gr-x)2+(Gr-y)2+(Gr-z)2))
应注意，静态加速度分量在三个相应的轴方向上的值(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)根据加速度传感器10的姿态而不同，并且对应于加速度传感器10的姿态变化而瞬间变化。例如，当加速度传感器10的z轴方向与重力方向(Z轴方向)一致时，z轴方向上的静态加速度分量(Gr-z)表示比x轴方向和y轴方向上的静态加速度分量(Gr-x和Gr-y)更大的值。以这种方法，能够根据静态加速度分量在三个相应的轴方向上的值(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)确定加速度传感器10的重力方向。
低频带灵敏度校正单元242具有乘法器，该乘法器使校正系数β乘以符号颠倒的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)。以这种方法，第一加速度检测信号以低频带灵敏度误差减小的状态输入至加法电路23，因此从加法电路23输出具有图14中示出的频率特性的加速度信号。以这种方法，因为仅输出了对应于重力加速度的重力加速度，所以提高了重力加速度分量的计算准确度。
在这个实施方式中，校正电路24被配置为在计算静态加速度分量时执行使第一加速度检测信号乘以校正系数β的处理。然而，本技术不限于此。校正电路24可以被配置为执行使第二加速度检测信号(Acc-DC-x)乘以校正系数β的处理，或者待校正的加速度检测信号可以在与加速度变化的幅度对应的第一加速度检测信号与第二加速度检测信号之间切换。
校正电路24被配置为当第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的任一个的加速度的变化大于或等于预定值时，使用校正系数β校正第一加速度检测信号。加速度的变化越大(施加的频率越高)，误差分量泄漏到第一加速度检测信号中的速率越高。因此，可以有效地减少误差分量。当运动加速度相对大时，该配置尤其有效。
另外，校正电路24被配置为当第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的任一个的加速度的变化小于或者等于预定值时，使用校正系数β校正第二加速度检测信号。加速度的变化越小(施加的频率越低)，误差分量泄漏到第二加速度检测信号中的速率越高。因此，可以有效地减少误差分量。当运动加速度相对小时，该配置尤其有效。
如上所述计算每个轴方向上的静态加速度分量。然而，如在图8中示出的，对于各个轴方向上的动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)的计算，参考增益在增益调节电路21中被调节的第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、及Acc-AC-z)。
在此，即使第一加速度检测信号无需变化可以用于动态加速度分量的计算，因为在一些情况下动态加速度分量的一部分可能泄漏到如上所述的静态加速度分量中，动态加速度分量减小，因此难以实现高精度的检测。鉴于此，通过使用校正电路24中计算的校正系数β校正第一加速度检测信号，能够实现动态加速度分量的检测准确度。
更具体地，如在图8中示出的，校正电路24(低频带灵敏度校正单元242)具有乘法器，该乘法器使通过3轴合成值计算单元241获取的校正系数β的倒数(1/β)乘以第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、及Acc-AC-z)。以这种方法，第一加速度信号的低频带灵敏度分量得到补偿，因此提高了动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)的计算准确度。图15示意性地示出动态加速度分量的输出特征。
假设当3轴合成值计算单元241计算的合成值不同于1G(G：重力加速度)时，低频带灵敏度校正单元242校正动态加速度分量和静态加速度分量的过程通常有效。应注意，合成值小于1G的情况的实例包括加速度传感器10自由下落的情况。
<操作说明>
接下来，将描述相机万向节50的控制单元61的处理过程。图16是示出了根据第一实施方式的相机万向节50的控制单元61的处理过程的流程图。
当通过接通电源等激活相机万向节50时，控制单元61以预定时钟周期获取从设置在底座56的传感器单元40输出的与静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)、动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)、及角速度分量(ωx、ωy、及ωz)有关的信息(步骤101)。
接下来，控制单元61基于九个元素，即，静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)、动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)、及角速度分量(ωx、ωy、及ωz)计算校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)，并且计算校正静态加速度分量的校正信息(步骤102)。
在该情况下，例如，控制单元61通过九行和三列的矩阵M(校正信息)和九个元素(Gr-x、Gr-y、Gr-z、Acc-x、Acc-y、Acc-z、ωx、ωy、及ωz)的矢量的转置矩阵XT执行YT＝MXT的矩阵计算，以获取校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)的转置矩阵YT。
可替代地，控制单元61通过矩阵N(校正信息)、转置矩阵XT、及静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)(校正之前)的转置矩阵ZT执行YT＝NXT+ZT的矩阵计算，以获取校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)的转置矩阵YT。
应注意，在这个实施方式中，矩阵M和矩阵N是提前准备的值，存储在存储单元62中。在这个实施方式中，矩阵M和矩阵N各自是动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)和角速度分量(ωx、ωy、及ωz)校正静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)的校正信息。应注意，在这个实施方式中，虽然静态加速度分量被动态加速度分量和角速度分量校正，但是静态加速度分量可以被动态加速度分量和角速度分量中的一个校正。
当获得转置矩阵YT时，控制单元61基于转置矩阵YT获取校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)。
应注意，在获取校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)时使用的九个元素(Gr-x、Gr-y、Gr-z、Acc-x、Acc-y、Acc-z、ωx、ωy、及ωz)可以是当前时间的九个元素的集合或者从当前时间之前的预定时间至当前时间的周期的九个元素的多个集合。
当计算校正的静态加速度分量时，那么，控制单元61基于校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)确定局部坐标系中的重力方向(步骤103)。在该情况下，通常，控制单元61确定校正的静态加速度分量的合成值(√((Gr-x’)2+(Gr-y’)2+(Gr-z’)2))的矢量指向的方向是局部坐标系中的重力方向。
虽然在该实施方式的说明中将描述基于校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)确定重力方向的情况，但是重力方向可以基于未校正的静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)确定(上述情况同样适用于如下所述每个实施方式)。在该情况下，控制单元61确定静态加速度分量的合成值(√((Gr-x)2+(Gr-y)2+(Gr-z)2))的矢量指向的方向是局部坐标系中的重力方向。
接下来，控制单元61基于角速度传感器30的输出(ωx、ωy、及ωz)计算局部坐标系中的旋转角(θx、θy、及θz)(步骤104)。
接下来，控制单元61基于与局部坐标系中的重力方向有关的信息和与局部坐标系中的旋转角有关的信息确定底座56在整体坐标系中的当前姿态(步骤105)。
接下来，控制单元61计算底座56在整体坐标系中的当前姿态与底座56在整体坐标系中的先前的姿态之间的差异量(步骤106)。即，控制单元61计算保持底座56的姿态所必需的差异量。
接下来，控制单元61绕三个轴(X’、Y’、及Z’轴)旋转底座56，以消除差异量(步骤107)。此时，控制单元61根据需要向第一电动机63a发出相对于轴部52绕z轴旋转第一旋转构件53的命令。类似地，控制单元61根据需要向第二电动机63b发出相对于第一旋转构件53绕y轴旋转第二旋转构件54的命令，并且向第三电动机63c发出相对于底座保持构件55绕x轴旋转底座56的命令。以这种方法，通过旋转底座56保持初始姿态。
<操作、等>
如上所述，在这个实施方式中，静态加速度分量是根据两个信号计算的，这两个信号为通过检测施加在底座56(相机)上的动态加速度分量获取的第一加速度检测信号和通过检测施加在底座56(相机)上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的第二加速度检测信号。
因此，能够精确地计算可以被认为是重力加速度分量的静态加速度分量。因此，在这个实施方式中，因为控制单元61能够精确地确定底座56(相机)在局部坐标系中的重力方向，所以能够精确地确定底座56(相机)在整体坐标系中的姿态。因此，控制单元61能够精确地控制底座56(相机)在整体坐标系中的姿态。
现在，作为比较，将描述使用普通加速度传感器的情况。在普通加速度传感器中，可以检测动态加速度分量(运动加速度分量)和静态加速度分量(重力加速度分量)相加的加速度。然而，静态加速度分量无法根据通过相加获取的加速度计算。虽然可想像通过使用低通滤波器等根据通过相加获取的加速度计算静态加速度分量，但是计算静态加速度分量的精度是不够的。
因此，在普通加速度传感器中，例如，在底座56(相机)明显移动的情况下，动态加速度分量(运动加速度分量)和静态加速度分量(重力加速度分量)的相加的加速度的方向在一些情况下错误地识别为重力方向。在该情况下，存在相机捕获的图像模糊或者物体偏离视角的问题。
然而，在这个实施方式中，可以如上所述精确地计算静态加速度分量(重力加速度分量)。因此，即使在底座56(相机)明显移动的情况下，能够基于计算的静态加速度分量精确地确定局部坐标系中的重力方向。因此，也在这种情况下，控制单元61能够精确地确定底座56(相机)在整体坐标系中的姿态，并且精确地控制底座56(相机)的姿态。因此，能够防止图像模糊或者物体偏离视角。
此外，在这个实施方式中，静态加速度分量是基于用于通过动态加速度分量和角速度分量来校正静态加速度分量的校正信息校正的。那么，因为重力方向是基于校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)确定的，所以能够进一步提高重力方向确定的精确度，进一步精确地控制底座56(相机)的姿态。
《第二实施方式》
接下来，将描述本技术的第二实施方式。在第二实施方式和后续实施方式的说明中，将通过相同的参考符号表示具有与上述第一实施方式中的那些相似的配置和功能的组件，并且其说明将省去或者简化。
图17是示出了根据第二实施方式的相机万向节50的控制单元61的处理过程的流程图。
当通过接通电源等激活相机万向节50时，控制单元61首先执行固定校准模式(参见步骤201至步骤206)。在固定校准模式下，用户使相机万向节50具有基本姿态，将相机万向节50放置在特定位置，并且保持相机万向节50固定。
在固定校准模式下，首先，控制单元61在静止状态以预定时钟周期获取从传感器单元40输出的与动态加速度分量和角速度分量有关的信息(步骤201)。
接下来，控制单元61调节(生成)动态加速度分量的增益值和偏置值，因此动态加速度分量的值(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)各自是零(步骤202)。
接下来，控制单元61调节(生成)角速度分量的增益值和偏置值，因此角速度分量的值(ωx、ωy、及ωz)各自是零(步骤203)。
接下来，控制单元61为了测试基于九个元素，即，静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)、动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)、及角速度分量(ωx、ωy、及ωz)计算用于测试的校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)，并且计算校正静态加速度分量的校正信息(步骤204)。
在步骤204中，例如，控制单元61执行YT＝MXT的矩阵计算以获取校正的静态加速度分量的转置矩阵YT(用于测试)。可替代地，控制单元61执行YT＝NXT+ZT的矩阵计算以获取校正的静态加速度分量的转置矩阵YT(用于测试)。然后，控制单元61从所获得的转置矩阵YT获取校正的静态加速度分量(用于测试)。
在此，在获取校正的静态加速度分量(用于测试)时使用的九个元素(Gr-x、Gr-y、Gr-z、Acc-x、Acc-y、Acc-z、ωx、ωy、及ωz)可以是当前时间的九个元素的集合或者从当前时间之前的预定时间至当前时间的周期的九个元素的多个集合。
在计算校正的静态加速度分量(用于测试)时，那么，控制单元61在局部坐标系中计算校正的静态加速度分量(用于测试)的合成值(√((Gr-x’)2+(Gr-y’)2+(Gr-z’)2))的矢量以确定矢量的大小(步骤205)。
接下来，控制单元61调节(生成)矩阵M(或者矩阵N)以及静态加速度分量的增益值和偏置值，使得合成值的矢量的大小是1G(步骤206)。在这个实施方式中，矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值各自是用于校正静态加速度分量的校正信息。
当完成固定校准模式时，那么，控制单元61执行控制相机在相机万向节50中的姿态的姿态控制模式(参见步骤207至步骤213)。
在姿态控制模式中，控制单元61执行与第一实施方式的图16中的步骤101至步骤107中的那些相似的处理过程。应注意，在第二实施方式中，在固定校准模式中调节的矩阵M(或者矩阵N)、增益值、及偏置值(参见步骤206)在步骤208中用作校正静态加速度分量的校正信息。
在第二实施方式中，在固定校准模式下，矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值调节为使得校正的静态加速度分量(用于测试)的合成值的矢量的大小是1G。然后，在姿态控制模式下，因为使用在固定校准模式中调节的矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值(即，校正信息)计算校正的静态加速度分量，所以能够更高精确度地确定重力方向。
《第三实施方式》
接下来，将描述本技术的第三实施方式。第三实施方式不同于上述实施方式之处在于相机万向节50附接于诸如无人机的无人飞行器(飞行器可以是有人驾驶飞机、直升飞机等)。
应注意，在第三实施方式中，待连接至无人机的连接部分(未示出)，而不是相机万向节50中的握持部51，提供至相机万向节50。此外，与无人机通信的通信单元提供至相机万向节50。
图18是示出了根据第三实施方式的相机万向节50的控制单元61的处理过程的流程图。
当通过接通电源等激活无人机和相机万向节50并且无人机开始飞行时，相机万向节50的控制单元61执行姿态控制模式(参见步骤301至步骤307)。
因为第三实施方式中的姿态控制模式中的处理过程(步骤301至步骤307)与第一实施方式中的步骤101至步骤107相似，将省去其说明。
应注意，在第三实施方式中，与第二实施方式类似，可以在姿态控制模式之前执行固定校准模式。在该情况下，第三实施方式中的步骤301至步骤307的处理过程与第二实施方式中的步骤207至步骤213的处理过程相同。
当执行姿态控制模式时，控制单元61确定是否从无人机接收到飞行校准模式的命令(步骤308)。
在未接收到无人机的飞行校准的命令的情况下(步骤308中的否)，处理过程返回步骤301并且控制单元61再次执行姿态控制模式。另外，在从无人机接收到飞行校准模式的命令的情况下(步骤308中的是)，控制单元61执行飞行校准模式(参见步骤309至步骤312)。
在此，当执行飞行校准模式时，虽然在空中，无人机使其所有螺旋桨停止，并且无人机被带入自由下落状态。
在飞行校准模式下，首先，控制单元61以预定时钟周期获取从传感器单元40输出的与静态加速度分量、动态加速度分量和角速度分量有关的信息(步骤309)。
接下来，控制单元61为了测试基于九个元素，即，静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、及Gr-z)、动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、及Acc-z)、及角速度分量(ωx、ωy、及ωz)计算用于测试的校正的静态加速度分量(Gr-x’、Gr-y’、及Gr-z’)，并且计算校正静态加速度分量的校正信息(步骤310)。
在步骤310中，例如，控制单元61执行YT＝MXT的矩阵计算以获取校正的静态加速度分量(用于测试)的转置矩阵YT。可替代地，控制单元61执行YT＝NXT+ZT的矩阵计算以获取校正的静态加速度分量(用于测试)的转置矩阵YT。然后，控制单元61从所获得的转置矩阵YT获取校正的静态加速度分量(用于测试)。
在此，在获取校正的静态加速度分量(用于测试)时使用的九个元素(Gr-x、Gr-y、Gr-z、Acc-x、Acc-y、Acc-z、ωx、ωy、及ωz)可以是当前时间的九个元素的集合或者从当前时间之前的预定时间(在进入自由下落状态之后的时间)至当前时间的周期的九个元素的多个集合。
在计算校正的静态加速度分量(用于测试)时，那么，控制单元61计算局部坐标系中的静态加速度分量(用于测试)的合成值(√((Gr-x’)2+(Gr-y’)2+(Gr-z’)2))的矢量，以确定矢量的大小(步骤311)。
接下来，控制单元61调节(生成)矩阵M(或者矩阵N)以及静态加速度分量的增益值和偏置值，使得合成值的矢量的大小是零(步骤312)。即，因为在无人机处于自由下落状态的情况下，加速度传感器10处于失重状态并且合成值的矢量的大小是零，根据这种情况执行校准。在这个实施方式中，矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值各自是用于校正静态加速度分量的校正信息。
无人机在停止螺旋桨的旋转之后预定时间(例如，大约若干秒)之后，起动螺旋桨的旋转，因此无人机进入飞行。
在相机万向节50执行飞行校准模式之后，处理过程再次返回步骤301，并且执行姿态控制模式。在此，在姿态控制模式中，在计算校正的静态加速度分量时使用在飞行校准模式下调节的校正信息(参见步骤302)。
如上所述，在第三实施方式中，在飞行校准模式下，矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值调节为使得校正的静态加速度分量(用于测试)的合成值的矢量的大小是0G。那么，在姿态控制模式下，因为使用在飞行校准模式中调节的矩阵M(或者矩阵N)和静态加速度分量的增益值和偏置值(即，校正信息)计算校正的静态加速度分量，所以能够更高精确度地确定重力方向。
特别地，在第三实施方式中，相机万向节50能够在无人机(在空中)飞行时执行校准。
在第三实施方式的说明中，已描述在停止螺旋桨的驱动时无人机处于自由下落状态并且加速度传感器10处于失重状态的情况。同时，在无人机主体的形状是飞机型(固定翼型)等的情况下，因为机翼的升力已生成，即使在停止螺旋桨的驱动时，无人机未处于自由下落状态，并且在一些情况下加速度传感器10检测特定加速度。
因此，在这种情况下，在步骤312，控制单元61调节矩阵M(或者矩阵N)以及静态加速度分量的增益值和偏置值，使得合成值的矢量的大小是预定值(不是0)。因为上述预定值是校准源，所以使用通过重复停止螺旋桨的驱动并使飞机型无人机飞行的测试测量的适当值。
应注意，在无人机主体是飞机型的情况下，即使为了校准而在空中停止驱动螺旋桨时，在某种程度上可以稳定地保持飞行状态。
《各种变形例》
在以上说明中，已描述传感器单元40设置在相机万向节50侧的情况。另外，传感器单元40可以设置在相机侧上。在该情况下，传感器单元40检测相机中的三个轴(X’、Y’、及Z’轴)中的加速度以及绕相机中的三个轴(X’、Y’、及Z’轴)的角速度，并将其输出至相机万向节50。
在上述说明中，已描述相机万向节50作为保持装置的实例。然而，保持装置不限于相机万向节50。例如，保持装置可以是保持惯性导航装置(待保持物体)的保持装置，或者保持火箭发动机的保持装置。
以上描述的相机万向节50中的控制单元61的处理过程(或者传感器单元40的控制器20的处理过程)可以通过相机(即，待保持物体)执行(在该情况下，相机(待保持物体)是姿态控制装置)。可替代地，该处理过程可以通过网络上的服务器装置执行(在该情况下，服务器装置是姿态控制装置)。
本技术可采取下列配置。
(1)一种姿态控制装置，包括：
控制单元，基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
(2)根据上述(1)所述的姿态控制装置，其中
控制单元基于用于校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量，并且基于校正的静态加速度分量确定重力方向。
(3)根据上述(2)所述的姿态控制装置，其中
控制单元基于用于通过动态加速度分量校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量。
(4)根据上述(2)或(3)所述的姿态控制装置，其中
控制单元基于用于通过施加在保持装置上的角速度分量校正静态加速度分量的校正信息校正静态加速度分量。
(5)根据上述(2)至(4)中的任一项所述的姿态控制装置，其中
控制单元在保持装置设置在特定位置时生成校正信息。
(6)根据上述(2)至(5)中的任一项所述的姿态控制装置，其中
保持装置附接于飞行器，并且
控制单元在飞行器在空中时生成校正信息。
(7)根据项(1)至(6)的任一项所述的姿态控制装置，进一步地包括
加速度计算单元基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算静态加速度分量，第一加速度检测信号具有对应于动态加速度分量的交流波形，第二加速度检测信号具有输出波形，对应于动态加速度分量的交流波形与输出波形中的对应于静态加速度分量的直流分量重叠。
(8)根据上述(7)所述的姿态控制装置，其中
加速度计算单元包括基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号之间的差值信号计算静态加速度分量的计算电路。
(9)根据上述(8)所述的姿态控制装置，其中
加速度计算单元进一步包括调节每个信号的增益使得第一加速度检测信号和第二加速度检测信号处于相同电平的增益调节电路。
(10)根据上述(9)所述的姿态控制装置，其中
加速度计算单元进一步包括基于差值信号计算校正系数并且使用校正系数校正第一加速度检测信号和第二加速度检测信号中的一个的校正电路。
(11)根据项(1)至(10)的任一项所述的姿态控制装置，进一步地包括
检测单元包括可移动部、压电第一加速度检测单元、及非压电第二加速度检测单元，可移动部依据接收的施加在保持装置上的加速度可移动，压电第一加速度检测单元设置在可移动部上以输出第一加速度检测信号，非压电第二加速度检测单元设置在可移动部上以输出第二加速度检测信号。
(12)根据上述(11)所述的姿态控制装置，其中
第二加速度检测单元包括压阻加速度检测设备。
(13)根据上述(11)所述的姿态控制装置，其中
第二加速度检测单元包括电容加速度检测设备。
(14)一种姿态控制装置，包括
控制单元，基于静态加速度分量确定保持装置待保持的物体的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
(15)一种保持装置，包括：
检测单元，输出第一加速度检测信号和第二加速度检测信号，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持待保持物体的保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；以及
控制单元，基于基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的静态加速度分量确定保持装置的重力方向，并且通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
(16)一种姿态控制方法，包括：
基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；并且
通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
(17)一种使计算机执行以下步骤的程序：
基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，第一加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量获取的，第二加速度检测信号是通过检测施加在保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；并且
通过基于重力方向控制保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
参考符号列表
10 加速度传感器
11 第一加速度检测单元
12 第二加速度检测单元
20 控制器
30 角速度传感器
31 角速度检测单元
40 传感器单元
50 相机万向节
61 控制单元

Claims (17)

1.一种姿态控制装置，包括
控制单元，基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，所述静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，所述第一加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量获取的，所述第二加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于所述重力方向控制所述保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
2.根据权利要求1所述的姿态控制装置，其中，
所述控制单元基于用于校正所述静态加速度分量的校正信息校正所述静态加速度分量，并且基于所校正的静态加速度分量确定所述重力方向。
3.根据权利要求2所述的姿态控制装置，其中，
所述控制单元基于用于通过所述动态加速度分量校正所述静态加速度分量的校正信息校正所述静态加速度分量。
4.根据权利要求2所述的姿态控制装置，其中，
所述控制单元基于用于通过施加在所述保持装置上的角速度分量校正所述静态加速度分量的校正信息校正所述静态加速度分量。
5.根据权利要求2所述的姿态控制装置，其中，
所述控制单元在所述保持装置设置在特定位置时生成所述校正信息。
6.根据权利要求2所述的姿态控制装置，其中，
所述保持装置附接于飞行器，并且
所述控制单元在所述飞行器在空中时生成所述校正信息。
7.根据权利要求1所述的姿态控制装置，进一步包括
加速度计算单元，基于所述第一加速度检测信号和所述第二加速度检测信号计算所述静态加速度分量，所述第一加速度检测信号具有对应于所述动态加速度分量的交流波形，所述第二加速度检测信号具有输出波形，对应于所述动态加速度分量的交流波形与对应于所述输出波形中的静态加速度分量的直流分量重叠。
8.根据权利要求7所述的姿态控制装置，其中，
所述加速度计算单元包括基于所述第一加速度检测信号和所述第二加速度检测信号之间的差值信号计算所述静态加速度分量的计算电路。
9.根据权利要求8所述的姿态控制装置，其中，
所述加速度计算单元进一步包括调节每个信号的增益使得所述第一加速度检测信号和所述第二加速度检测信号处于相同电平的增益调节电路。
10.根据权利要求9所述的姿态控制装置，其中，
所述加速度计算单元进一步包括基于所述差值信号计算校正系数并且使用所述校正系数校正所述第一加速度检测信号和所述第二加速度检测信号中的一个的校正电路。
11.根据权利要求1所述的姿态控制装置，进一步包括
检测单元，包括可移动部、压电第一加速度检测单元、及非压电第二加速度检测单元，所述可移动部依据接收的施加在所述保持装置上的加速度能够移动，所述压电第一加速度检测单元设置在所述可移动部上以输出所述第一加速度检测信号，所述非压电第二加速度检测单元设置在所述可移动部上以输出所述第二加速度检测信号。
12.根据权利要求11所述的姿态控制装置，其中，
所述第二加速度检测单元包括压阻加速度检测设备。
13.根据权利要求11所述的姿态控制装置，其中，
所述第二加速度检测单元包括电容加速度检测设备。
14.一种姿态控制装置，包括
控制单元，基于静态加速度分量确定保持装置待保持的物体的重力方向，所述静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，所述第一加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量获取的，所述第二加速度检测信号是通过检测施加在待保持物体上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的，并且通过基于所述重力方向控制所述保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
15.一种保持装置，包括：
检测单元，输出第一加速度检测信号和第二加速度检测信号，所述第一加速度检测信号是通过检测施加在保持待保持物体的保持装置上的动态加速度分量获取的，所述第二加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；以及
控制单元，基于基于所述第一加速度检测信号和所述第二加速度检测信号计算的静态加速度分量确定所述保持装置的重力方向，并且通过基于所述重力方向控制所述保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
16.一种姿态控制方法，包括：
基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，所述静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，所述第一加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量获取的，所述第二加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；以及
通过基于所述重力方向控制所述保持装置的姿态控制待保持物体的姿态。
17.一种使计算机执行以下步骤的程序：
基于静态加速度分量确定保持待保持物体的保持装置的重力方向，所述静态加速度分量是基于第一加速度检测信号和第二加速度检测信号计算的，所述第一加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量获取的，所述第二加速度检测信号是通过检测施加在所述保持装置上的动态加速度分量和静态加速度分量获取的；并且
通过基于所述重力方向控制所述保持装置的姿态来控制待保持物体的姿态。
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