JPS5961708A - デジタル型曲線レコ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度ベクトル情報により位置データを圧縮で
きる曲線レコーダに関する。

はじめに、本発明の詳細な説明する。携帯型歩行経路記
録装置や車載型運行経路測定器又は自画装置の駆動にン
保持具などに、運動方向の方位と運行のステップを自動
計測できるセンサーを取付け、襖続的に運行点の座標を
求めてゆけば、移動曲線の計測ができる。この場合、移
動経路上の座柚点のうち、その移動方向の方位角の変化
などをノヤラメータにして幾つかの座標点のみを選択し
、これらの点列を一般に知られている補間用の３次曲線
により滑らかに結べば、再び原ｐｈＩＦＲを忠実に再現
できる。これらの補間用の３次曲線は、与えられた点列
を滑らかか曲線で結ぶものである力よ、このうち、よく
使われているＢスプラインＩＩｔｌ線と放物線混ぜ合わ
せ法を紹介する。

ｆＯＢステラ４フ曲線 連続した４つの位置ベクトルｖ、　、　ｖ、、・Ｖ　ｉ
　＋２　＋■　の下記のような１次結合は、１つの曲線
セグ１＋５ メントを表わし、Ｂスプラインｎｂ線の１つである。

ここで、■、は曲線セグメントの接続点Ｐ、　７５＝ら
求めることができる。

Ｃ１（ｔ）邦。（ｔ）Ｖｔ＋Ｅｔ（ｔ）■＋＋１半”２
（ｔ）■ｉ＋２半ＦＪ３（ｔ）■ｉや。

量＝Ｑ、ｌ、”・、４１−２．　　　０≦ｔ≦１ｇｏ（
ｔ）−ｉｔ６＋−！−ｔ２−ｉｔ　＋−Ｌ−　　２６ Ｅ、（ｔ）＝圭ｔ３−ｔ２＋暑 Ｅ２（ｔ）＝−漬１５＋圭も２＋圭ｔ＋杏３ Ｅ５（ｔ）＝百ｔ とれは、ｔの３次式として次のようにも町〈ことができ
る。

１　１　　１ Ｃ（ｔ）−＝（−Ｖ、＋−Ｖ−−−Ｖ、　　＋−！−ｖ
、　　）Ｉ３１　　　　　６　１　　２　　＋４−１　
　２　　＋＋２　　６　　ｔ＋５＋　（−Ｖ、　−Ｖ、
　　＋’Ｖ　　）　ｔ２２　ｒ　　ｔｌｌ　　２１＋２ １ −ｌ−（−、Ｖｉ　＋ＴＶｌ＋２　）　　ｔｌ　　２　
　１ ＋　（ａ　Ｖｉ　４−イ■１−１−１　’　５　■ｌ＋
２　　）Ａ＝−−Ｖ、＋−２−Ｖ、−！−Ｖ　　−１−
Ｌｖ。

５　１　　２　１＋１　　２　１＋２　　５　１＋５■ Ｂ＝−■　　−ｖ、　　　−ト−！−■２１　　＋＋１
　２１＋２ Ｃ＝−−’−Ｖ、　４−！−Ｖ ２　Ｉ２１＋２ １Ｊ＝−！−Ｖ　　−＋−ｕｖ　　　　−ト↓Ｖ６Ｉ　
３１４−１　６１＋２ （ロ）放物１ｌｉ１ｉｌ混ぜ合わせ法 学間に指定された４つの連続する位置ベクトルＰ　・Ｐ
・　　・Ｐ・　　、Ｐ　　があるとき、Ｐ、　、　Ｐ、
、。

Ｉ　　　　ｌ＋１　　　　＋＋２　　　１＋３”　ｉ　
−）　２が作り出す放物線セグメントＱ、（ｔ）とＰｔ
＋１　’Ｐ１．４　’　”ｉｉ４の作シ出す放物線セグ
メントＲ，（ｔ）とを補間法によシ混ぜ合わずことによ
り、Ｐ１＋１とＰ、＋２間に創成される曲ｆｆ９．　Ｃ
＋（ｔ）は、次のように定義される。

ｃｌ＜ｔ）＝　ＣＩ　−＜弓）ＩＱｉ（叶憤刊１（ｔ）
Ｑｌ（ｔ）＝ＱＡｔ２＋ＱＢｔ　＋ＱｃＲ，（ｔ）＝Ｒ
Ａｔ２＋ＲＢｔ　＋Ｒにれをｔに関して壕とめると、 Ｃ１（ｔ）＝（−℃檀）Ｉ３ ＋　（ＱＡ因九も）、２ ０１０ ＋（ＱＢ−店十客）。

ｔｏｔ。

＋ＱＣ ＱＡ＝−ＡＱ−ＣＱＳ２θＱＲＡ−−ＡＲ−ｃｏｓ２θ
８Ｑ１３　＝ＣＯ３θ、（Ｂ、＋Ａ、・ｄ（１−２ＸＱ
））　　ＲＢ＝（ＢＲ−１−ＡＲ−ｅ）ｃｏｓ９ＲＱｃ
−ＣＱ＋ｘＱ−ａ（Ｂ、＋Ａ、・ｄ（１−ｘＱ））　Ｒ
ｃ＝Ｃ。

Ａｎ＝（（Ｐ＋＋２−Ｐｔ＋１）−Ｘｑ（Ｐｔ＋３−Ｐ
ｔ＋１　））　ρＢ　＝Ｐ、ＰＨ２−ＰＩ Ｑ　　　　　　　ｄ Ｂ　　　　’ｉ＋３　　’ｉト１ ｎ　　　　　　。

Ｃ−Ｐ・ Ｉ Ｃ１−Ｐｔ＋１ ｄ＝ＰＩ１２ＰＩ　　”　＝Ｐｌ＋＋Ｐｉ＋１　　ｔＯ
＝ＰＩ−）２Ｐｉ−１−Ｉ　　　−Ｐ ωＳθＱ＝（Ｐ＋＋２−Ｐｉ−Ｈ）・（１５→）。。５
ｏＲ＝（ＰＨ−２’ｉ＋１）、””ｔＯｅ　”　）上記
のＢスプライン等の３次式は烏えられた点列を滑らかに
補間するものであるが、この点列を選ぶのに、曲線上の
各座標点の運動方向の方位角の変化などを・やラメータ
にする方法が考えられる。

まだ、その選び方にも幾つかの方式が考えられるが、本
発明では、その１つとして第１図に示す方法を用いる。

すなわち、図の（１）で示すような自由曲線に対して各
点において接＃　（２１）　、　、（ｚ２）　、・・・
を引き接線群（包絡線）（２）を作シ、その各接線（２
，）　、　（２２）　、・・・の傾きが曲線の始点の接
線（２１）の傾きを基湧としてΔθ、２Δθ、３Δθ、
・・・というように丁度Δθの整敬イｋになっている接
点のみを残し、それらの点列をＢスプライン等によシ滑
らかに結べば、オリジナル曲線（１）を再現できる。こ
のΔθは、再現の精度又は曲線の特性などにより適当な
値に設定する。第２図は、第１図の例においてΔθ＝３
０°。

に選んだ場合の点列を示す図である。この例では、最初
にサンプルした点の数は７７個であるが、Δθ＝３０゜
毎に点を残してゆくと始点及び終点を入れて１３点とな
υ、これだけを記憶すればよいのでデータの圧縮が可能
になる。これが曲線レコー汐ゞにとって有利であること
は、いうまでもない０ 第３図は、上述の原理に基〈本発明の基本的構成を示す
図である。第３図Ａのブロック図において、（３）は磁
気センサーの如き移動方向を計測しうる手段、（４）は
アナログ・デジタル変換器、（５）は移動距離を計測す
る行程センサー、（６）はマイクロ・コンピュータ、（
７）はフロッピー・ディスクの如キメモリを示す。なお
、（８）はディスプレー（表示器）、（９）は作図器で
あるが、これらは必要に応じて設けるものである。磁気
センサー（３）は、第３図Ｂに示すように、空間の方向
の基漁として地球の水平磁場（磁北）を取り、任意の点
Ｐにおける接線の傾きθを開側し、Ｓ石θ及びｃｏｓθ
の形で出力するものである。磁気センサー（３）の出力
データは、豹変換器（４）を介して行程センサー（５）
よりのデータと共ニマイクロ・コンピュータ（６）に入
力する。θの値は、ｔａｎθ＝鼾の形で容易に高速計算
できるので、とのθの値をパラメータにして上述のよう
にデータを選別しメモリ（７）に残しておけば、ランプ
ル点数に対して極〈少ない点数により連続的な計測結果
を容易に再現できる。

はじめに、本発明を携帯型歩行軽略記録装置すなわち人
間が地磁気センサーを携帯して歩きその歩行経路を再現
するレコーダ装置に実施した例について述べる。磁気セ
ンサー（３）はどんなものでも差支えないが、第４図の
ようなホール素子型のものが適当である。ホール素子型
セン→Ｊ゛−は、ホール効果のある直方体状の半導体小
片で、図で斜線を施しだＸ軸方向の電極ととれに直交す
るＹ　ｔｈａ＋方向の引出し端子電極とを有する。Ｘ　
Ｉｂ方向に定電流工を与えＺ軸方向に磁場Ｂを加えると
、Ｙ　ｌｅｔ方向にＢに比例したホール電圧を発生する
。このような磁気センサーを２組用い、第５図に示すよ
うにベルトαＯの前方に装着し、一方のホール素子（３
１）で進行方向の地磁気分力を、他方のホール素子（３
□）でそれに直交する方向の分力を測定する。

なお、第５図Ａは上面図、第５図Ｂは正面図である。か
かるベルト０１を腰に付けた人間の進行方向を上記Ｘ軸
方向に対してθの方向とすれば、ホール素子（３１）　
、　（３２）の出力はそれぞれＣｌｌ５θｒ　ｓｌｎθ
となる。一方、両足の履物との間に適当な行程センサー
としての足踏みスイッチ（５）を設け、１歩進む４Ｕに
スイッチ（５）を圧下してスイッチ信号を生じさせる。

このスイッチ信号を上記方位信号ｃｏｓθ、Ｓ石θと共
に携帯マイクロ・コンピュータ（６）にすｆ入する。

コンピュータ（６）において、人間の歩程にのＸ　？ｌ
＋（北−南）方向及びＹ軸（西−束）方向の分力ΔＸ　
＝　ｉ（ｃｎＳθ及びΔＹ　＝＝　Ｋ　ｇ！ｎθがスイ
ッチ信号の都度精分され、したがって現在位置Ｘ＝ΣΔ
Ｘ、Ｙ＝ΣΔＹが常に自動的に言１ｉＶ、される。また
、方位角θも常にｉ１ｔ！ｙされているので、θの変化
をパラメータにして歩行経路の再用に必要な座標点を自
動選定してメモリに記憶させる。必要に応じて舟行コー
スを表示器に、例えば腕バンドに装着した小型液晶形Ｘ
Ｙ表示板（８）上に表示させることができる。なお、第
５図において第３図Ａと対応する部分には同一の符号を
付した。

次に、本発明を車載用運行経路レコーダに実施した例に
ついて述べる。躯６図において、（３）はホール素子型
磁気センサー、（５）は車輪の回転を積算検出する行程
センサーで、両センサー（３）　、　（５）の情軸はマ
イクロ・コンぎユータ（６）に導入され、時々刻々の現
在位置が算出されると共に、方位角の変化をパラメータ
にして進んだコースを再現するに必要な座標値が選択さ
れメモリに記憶される。（８）はＣＲＴ型表示器で、そ
の表示面は運行地区の透明地図でカバーされている。現
在位ｒＪ′はコンピュータ（６）の入力により表示面に
光点で表示され、必要に応じて現在位置までのコース・
トラックを読み出すことができる。

次に、本発明を自由走行ペン型描線作画器に実施した例
について述べる。第７図Ａは一部切欠正面図、第７図Ｂ
は一部断面側面図である。図において、翰ハペン１．Ｈ
はノ・ンドル、（ハ）は図版、（イ）。

Ｑ→はキャスタ型車輪を示す。イン（イ）をノ・ンドル
Ｈ１で図板（イ）に押付けて作画すると、車輪に）、　
１２４は、キャスタ型構造のため（画線の接線方向に自
刃的に方向追従させられる。両車軸（イ）、（ハ）の中
心線Ｗ−Ｗ′は、ハンドルＨを上端にしたキャスタ垂直
回転輪Ｚ−Ｚ’との間に偏心ｅをもっている。両車輪木
平軸受は及びキャスタ垂直回転軸の垂直軸受けを上下に
もつ軸受は部（ハ）は、側車輪の中間部において軸心を
ハンドル軸ｚ　−ｚ’に一致させてペン（イ）をばね（
ハ）によシ画板（イ）に押付けている。棟だ、軸受は部
（ハ）には上下にホール素子型磁気センザー（３）と行
程センサー（５）が配置され、これらによって走行ペン
ｉ）の移動方向の方位角θの余弦値及び正弦値が開側さ
れ、車輪の回斬角が計測される。これらの情報は、可撓
導＃（イ）によυ図板（イ）の近傍にあるスタンド（ハ
）上のコンピュータ（６）に導入される。

なお、（ハ）は、外筐で、作画時にペンは）を安定に画
面にへンドルＨで押付けうるよう適当な位置に、例えば
対称な３位置にそれぞれげね（ト）で軽く盤面に押付け
られる３個の球端子（３１，）　、　（３１゜）。

（３１３）をもつ（図は１個のみ示す。）。コンピュー
タ（７）において、作画中４ンケ）の現在位置は常に計
′１）され、運動曲線の接線方向の変化をパラメータに
して運動曲線を再現するに必要な座標位置が選択され、
メモリに記憶される。（８）はＣＲＴ表示器でコンピュ
ータ（６）により作画ペンの現在位置が常に表示される
ので、ＣＲＴに残光性のものを用いれば、作画者は常に
作画の状態を表示面上で観測できる。

また、必要に応じて、メモリよシ再現曲線を読み出すこ
とも可能である。

前述の歩行経路や車の運行経路の方向の基準に磁北を用
いたが、第７図の自由走行型描画インの場合も同様であ
る。ただし、走行輪キャスタ部を製図用ドラフタのよう
な外部機構によシ駆動されている部分に取付けて、製図
板の上に把手で押付けて作画線の方向に車輪の回転方向
を強制追従させる場合は、方向の基準は製図板のＸＹ基
線となる。

なお、この場合の製図板の姿勢は、８１！７図の場合の
ように水平である必要はなく、普通に用いられるときの
ように任意に傾斜した姿勢で用いることができる。以下
、この型式のものにアーム式ドラフタを用いた場合につ
いて説明する。

第８図は、通常の平行リンク機構のアーム型ドラフタの
構造を示すものである。図において、ＡＢ　ＣＤ及びＥ
ＦＧＨは平行リンクであｐ　ＥｉＦＩＣＢであるから、
ＤとＡを製図板の隅に固定すれば、製図板−ヒのどの位
置でもＨＧはＤＡＫ直角の姿麩を保つ。

したがって、キャスタ部の構造を第９図に示すようにす
る。第９図Ａは一部切欠正面図、第９図Ｂは一部断面側
面図、第９図Ｃは上面図である。キャスタ部の円盤０（
豫を第８図のドラフタＨＧ盤の孔０◇に商会して固定・
結合する。円盤（４（ｊの上端部を把手０９とし、同心
部はキャスタ垂直回転軸頚０］の軸受は部とする。この
軸頚＠葎は、偏心量ｅを隔てて旧交位置にある側車輪θ
◆、０りの用１心の軸受は部θＯと一体に形成する。唄
に、軸受は部０（９は、その軸心を杷−Ｉ＝０２のや１
１心と一致させたペン０乃の手直ガイド部を有する。上
記の構造から、車輪（１ｊ　、　（＝Ｑの方向制徊１の
某漁方ｆ〜ｒは製図板の基準方位と同一になる。この場
合、Ｈ；−ル素子刑磁領センサー（３，）。

（３２）は円盤θＯの同心部の一部に直交して取付け、
キャスク垂直回転軸頚（４１の上端に磁石θ→を取付け
る。曲線の接線方向のθの余弦値及ｒｇ正弦値がセン廿
−（３，）　、　（３２）より発信され、車輪の回転量
棹１行程センサーθ！争によって計測される。この情報
は、図示しないスリップ・リング等を介して円盤部００
に伝達され、方位の情報と共に近傍のスタンドにあるコ
ンピュータに送られて、現在のぜン位置が計算され、方
向角の変化をパラメータにして曲線再現に必要な座標点
が選択され記憶される。

以上説明したとおシ、本発明は、移動方向及び移動距離
の情報を自動計測して移動点の座標を連続計算し、これ
らの座標点のうち、方向変化をパラメータとして上記移
動曲線の再生に必要な座標点のみを選択して記憶するよ
うにした点を著徴とし、移動曲線を計測して得られる多
数の位置データを圧縮して核〈少数のデータだけを記憶
すればよいのでレコーダとして有利であり、とれらの点
列を滑らかに補間するととにより移動曲線の開側結果を
容易に再現しうる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１及び第２図は本発明の原理を示す説明図、第３図は
本発明曲線レコーダの基本的溝成を示す図、第４図は本
発明に用いる磁気センサーの例を示す斜視図、第５図は
本発明の第１の実施例を示す図、第６図は本発明の第２
の実施例を示す■１、円’；　７１ＷＩは木兄８１３の
第３の実施例を示す図、第８図は本発明に用いつるノー
ム型ドラフタを示す説明図、単９図はアーム型ドラフタ
に取付けて用いる本発明の第４の実施例を示す図である
。 （３）・・・移動方向の計測手段、（５）・・・移動車
１！ｌＩ＃の開側手段、（６）・・・移動点の座標を連
続計算する手段、（６）　。 （７）・・・これらのＫｍ点のうち、方向変化を・Ｐう
ｌ　−りとして１′＠動曲紳の再生に必要なＶド標点の
みを選４１マしてＭ［Ｅ　４音する手段。 同　　　　　　　　松　　隈　　秀　　修　”・）ぐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動方向及び移動距離の情報を自動計測する手段と、そ
   れらの計測値よシ移動点の座標を連続計算する手段と、
   これらの座標点のうち、方向変化を・母うメータとして
   上記移動曲線の再生に必要な座煙点のみを選択して記憶
   する手段とを具えたデジタル型曲線レコーダ。