JP2018205167A - 姿勢評価装置、姿勢算出装置、姿勢計測システム、姿勢評価方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】姿勢評価装置は、角速度センサ11と磁気センサ13とを有するセンサユニット10で取得された検出値を取得する。姿勢評価装置は、角速度センサ11で取得された角速度値に基づいて、センサユニット10の姿勢を算出し、磁気センサ13で取得された磁気方向が安定している安定区間における、磁気センサ13で取得された磁気方向を環境の磁気方向として決定し、決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニット10の姿勢を評価する。
【選択図】図1
Description
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、センサユニットに設けられた角速度センサの検出値に基づいてセンサユニットの姿勢を算出する姿勢計測システムに関する。検出された角速度を時間経過に沿って積算することで、すなわち時間経過に沿って姿勢を回転させてトラッキングしていくことで、センサユニットの姿勢(以下、角速度に基づいて算出されるセンサユニットの姿勢をセンサ姿勢と称する)は高精度で求められ得る。
Pi = Ri-1・Pi-1
で表される。ここで、初期姿勢P0は既知である。Pi、Riは3×3の回転行列でもよいし、大きさ1のクォータニオンでもよい。
〈概要〉
上述のとおり、姿勢計測システム1が使用される際、まずセンサユニット10が計測対象に装着される。センサユニット10は、計測対象の運動中に計測される角速度、加速度、磁気方向をフラッシュメモリ16に記録する。計測対象である運動の終了後、センサユニット10と解析ユニット20とは接続され、解析ユニット20は、センサユニット10のフラッシュメモリ16に記録された運動に係るデータを読み出し、記録装置23に保存する。その後、解析ユニット20のプロセッサ21は、記録装置23に記録されたデータを用いて、計測期間中のセンサユニット10の姿勢の変化を解析する。
ステップS101で行われる磁場安定区間ラベリング処理について図5に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップS102で行われる磁気DB作成処理について、図7に示すフローチャートを参照して説明する。磁気DB作成処理では、磁場安定区間ラベリング処理でラベリングされた各々の安定区間について、磁気ラベルが付される。磁気DB作成処理では、同一の磁気方向を示す安定区間には、同一の磁気ラベルが付される。
ステップS103で行われる姿勢推定・誤差評価処理について、図9に示すフローチャートを参照して説明する。姿勢推定・誤差評価処理では、センサ姿勢が算出される。また、姿勢推定・誤差評価処理では、センサ姿勢の算出の際に、誤差の評価が行われる。
本実施形態によれば、角速度センサ11を用いて検出された角速度を積算し、センサ姿勢を回転させることで、正確なセンサ姿勢が算出される。さらに本実施形態では、センサ姿勢に誤差が蓄積されたときには、センサ姿勢は、加速度センサ12及び磁気センサ13の検出値に基づいて再設定される。ここで、磁気センサ13の検出結果は、磁気方向が安定しているときに取得されたデータのみが用いられる。また、磁気方向が安定しているとき、複数の環境の磁気方向が登録された磁気DBを参照して、各々の環境の磁気方向に応じたセンサ姿勢の評価がなされる。すなわち、複数の環境の磁気方向に基づいてセンサ姿勢の評価及びセンサ姿勢の補正が行われ得る。したがって、得られるセンサ姿勢の信頼度は高い。また、同一の磁気方向とみなされる安定区間が統一されることで、少ない演算量で適切なセンサ姿勢の算出が行われ得る。
以下、上述の姿勢計測システム1のいくつかの変形例について説明する。
[1]
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記姿勢算出部により算出された前記センサユニットの姿勢を評価する姿勢評価部と、
を備える姿勢評価装置。
[2]
前記角速度センサで取得された前記角速度値の履歴値を取得する角速度取得部と、
前記磁気センサで取得された参照地磁気方向の履歴値を取得する磁気方向取得部と、
前記角速度値を順次に積算することで得られるセンサ姿勢の地磁気方向成分であるセンサ地磁気方向を算出する方向算出部と、を備え、
前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向と前記参照地磁気方向とを比較することで、前記磁気センサが検出した前記環境の磁気方向が安定している安定区間を特定する、
[1]に記載の姿勢評価装置。
[3]
前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向の履歴値と前記参照地磁気方向の履歴値とに基づいて、前記磁気センサで検出された前記環境の磁気方向の履歴を決定する、
[2]に記載の姿勢評価装置。
[4]
前記姿勢算出部は、前記角速度センサで取得された前記角速度値を順次に積算することで前記センサユニットの姿勢を算出する、
[2]又は[3]に記載の姿勢評価装置。
[5]
前記姿勢算出部は、前記環境の磁気方向の履歴と前記参照地磁気方向の履歴値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を補正する、
[3]に記載の姿勢評価装置。
[6]
前記姿勢評価部は、前記安定区間と特定されなかった区間では、前記センサユニットの姿勢を評価しない、
[2]に記載の姿勢評価装置。
[7]
前記環境磁気方向決定部は、互いに異なる前記安定区間についての前記環境の磁気方向を比較して、互いの前記環境の磁気方向が所定の範囲内であるとき、当該環境の磁気方向を同一のものとする、
[2]乃至[6]のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
[8]
前記環境磁気方向決定部は、前記安定区間と前記安定区間との間の前記環境の磁気方向が不安定である区間において算出された前記センサ地磁気方向の変化に基づいて、前記安定区間の前記環境の磁気方向を決定する、
[2]乃至[7]のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
[9]
前記環境磁気方向決定部は、所定期間における前記センサ地磁気方向の変化量と前記参照地磁気方向の変化量との差が所定値以下であるとき、前記所定期間を前記安定区間とする、
[2]乃至[8]のうち何れか一に記載の姿勢評価装置。
[10]
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記角速度センサで取得された角速度値と、前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
を備える姿勢算出装置。
[11]
[1]乃至[9]のうち何れか一に記載の姿勢評価装置と、
前記センサユニットと
を備える姿勢計測システム。
[12]
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
を備える姿勢評価方法。
[13]
角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
をコンピュータに実行させる姿勢評価プログラム。
Claims (13)
- 角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記姿勢算出部により算出された前記センサユニットの姿勢を評価する姿勢評価部と、
を備える姿勢評価装置。 - 前記角速度センサで取得された前記角速度値の履歴値を取得する角速度取得部と、
前記磁気センサで取得された参照地磁気方向の履歴値を取得する磁気方向取得部と、
前記角速度値を順次に積算することで得られるセンサ姿勢の地磁気方向成分であるセンサ地磁気方向を算出する方向算出部と、を備え、
前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向と前記参照地磁気方向とを比較することで、前記磁気センサが検出した前記環境の磁気方向が安定している安定区間を特定する、
請求項1に記載の姿勢評価装置。 - 前記環境磁気方向決定部は、前記センサ地磁気方向の履歴値と前記参照地磁気方向の履歴値とに基づいて、前記磁気センサで検出された前記環境の磁気方向の履歴を決定する、
請求項2に記載の姿勢評価装置。 - 前記姿勢算出部は、前記角速度センサで取得された前記角速度値を順次に積算することで前記センサユニットの姿勢を算出する、
請求項2又は3に記載の姿勢評価装置。 - 前記姿勢算出部は、前記環境の磁気方向の履歴と前記参照地磁気方向の履歴値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を補正する、
請求項3に記載の姿勢評価装置。 - 前記姿勢評価部は、前記安定区間と特定されなかった区間では、前記センサユニットの姿勢を評価しない、
請求項2に記載の姿勢評価装置。 - 前記環境磁気方向決定部は、互いに異なる前記安定区間についての前記環境の磁気方向を比較して、互いの前記環境の磁気方向が所定の範囲内であるとき、当該環境の磁気方向を同一のものとする、
請求項2乃至6のうち何れか1項に記載の姿勢評価装置。 - 前記環境磁気方向決定部は、前記安定区間と前記安定区間との間の前記環境の磁気方向が不安定である区間において算出された前記センサ地磁気方向の変化に基づいて、前記安定区間の前記環境の磁気方向を決定する、
請求項2乃至7のうち何れか1項に記載の姿勢評価装置。 - 前記環境磁気方向決定部は、所定期間における前記センサ地磁気方向の変化量と前記参照地磁気方向の変化量との差が所定値以下であるとき、前記所定期間を前記安定区間とする、
請求項2乃至8のうち何れか1項に記載の姿勢評価装置。 - 角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得する検出値取得部と、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定する環境磁気方向決定部と、
前記角速度センサで取得された角速度値と、前記環境磁気方向決定部により決定された前記環境の磁気方向に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出する姿勢算出部と、
を備える姿勢算出装置。 - 請求項1乃至9のうち何れか1項に記載の姿勢評価装置と、
前記センサユニットと
を備える姿勢計測システム。 - 角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
を備える姿勢評価方法。 - 角速度センサと磁気センサとを有するセンサユニットで取得された検出値を取得することと、
前記角速度センサで取得された角速度値に基づいて、前記センサユニットの姿勢を算出することと、
前記磁気センサで取得された磁気方向が安定している安定区間における、前記磁気センサで取得された前記磁気方向を環境の磁気方向として決定することと、
決定された前記環境の磁気方向に基づいて、算出された前記センサユニットの姿勢を評価することと、
をコンピュータに実行させる姿勢評価プログラム。
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JP2017111717A JP6972675B2 (ja) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 姿勢評価装置、姿勢算出装置、姿勢計測システム、姿勢評価方法及びプログラム |
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