JP2000266546A - 姿勢検出方法 - Google Patents
姿勢検出方法Info
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- JP2000266546A JP2000266546A JP11073416A JP7341699A JP2000266546A JP 2000266546 A JP2000266546 A JP 2000266546A JP 11073416 A JP11073416 A JP 11073416A JP 7341699 A JP7341699 A JP 7341699A JP 2000266546 A JP2000266546 A JP 2000266546A
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- angle
- posture
- data
- attitude
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Abstract
(57)【要約】
【課題】容易かつ的確に姿勢検出が行えるようにする。
【解決手段】この発明の姿勢検出方法は、地球を基準と
した絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測す
る基準角度センサー1と姿勢角度センサー2を一方の物
体と他方の物体に取り付けておいて、差分演算部14
が、角度センサー1,2で得る角度検出結果に基づき、
補正角度データ(Ar,Ap,Ay)を求出するとともに、補正角
度データを用いた差分演算で姿勢角度データ(Br,Bp,By)
を求出する構成を備えており、差分演算程度の簡単なデ
ータ処理で事足りる上、センサー取り付け上の制約を受
けずに高精度の姿勢検出が行える角度センサー1,2を
用いるので、一方の物体に対する他方の物体の姿勢を容
易かつ的確に検出できる。
した絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測す
る基準角度センサー1と姿勢角度センサー2を一方の物
体と他方の物体に取り付けておいて、差分演算部14
が、角度センサー1,2で得る角度検出結果に基づき、
補正角度データ(Ar,Ap,Ay)を求出するとともに、補正角
度データを用いた差分演算で姿勢角度データ(Br,Bp,By)
を求出する構成を備えており、差分演算程度の簡単なデ
ータ処理で事足りる上、センサー取り付け上の制約を受
けずに高精度の姿勢検出が行える角度センサー1,2を
用いるので、一方の物体に対する他方の物体の姿勢を容
易かつ的確に検出できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、HMD
(ヘッド・マウント・ディスプレイ)を装着した航空機
パイロットの機体(基準となる一方の物体)に対するパ
イロットの頭部(他方の物体)の姿勢を検出する時など
に用いられる姿勢検出方法に係り、一方の物体に対する
他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出するための技術
に関する。
(ヘッド・マウント・ディスプレイ)を装着した航空機
パイロットの機体(基準となる一方の物体)に対するパ
イロットの頭部(他方の物体)の姿勢を検出する時など
に用いられる姿勢検出方法に係り、一方の物体に対する
他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出するための技術
に関する。
【0002】
【従来の技術】航空機パイロットが装着するHMDは、
ヘルメット前面のバイザーに水平線等の必要な画像が映
し出されるとともに、パイロットの姿勢変化に合わせて
バイザーの表示画像を調整してパイロットと画像との関
係が常に適切に維持されるよう構成されている。そし
て、HMDの場合、パイロットの姿勢変化に伴うバイザ
ーの表示画像の調整を行うために、基準となる機体に対
するパイロットの頭部の姿勢を検出する必要があるが、
従来、パイロットの頭部の姿勢検出方法として、光学方
式や機械的方式、超音波方式、磁気方式がある。
ヘルメット前面のバイザーに水平線等の必要な画像が映
し出されるとともに、パイロットの姿勢変化に合わせて
バイザーの表示画像を調整してパイロットと画像との関
係が常に適切に維持されるよう構成されている。そし
て、HMDの場合、パイロットの姿勢変化に伴うバイザ
ーの表示画像の調整を行うために、基準となる機体に対
するパイロットの頭部の姿勢を検出する必要があるが、
従来、パイロットの頭部の姿勢検出方法として、光学方
式や機械的方式、超音波方式、磁気方式がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の姿勢検出方法では、パイロットの頭部の姿勢を的確
かつ容易に検出することが困難であるという問題があ
る。
来の姿勢検出方法では、パイロットの頭部の姿勢を的確
かつ容易に検出することが困難であるという問題があ
る。
【0004】すなわち、光学方式による方法は、パイロ
ットの頭部に当てられた測定光の位相が頭部の姿勢に対
応していることを利用する方法であるが、この光学方式
の場合、ノイズ光の遮蔽と測定用の光路の確保が必要で
設置箇所の制約を強く受けるので、パイロット頭部の姿
勢を検出することは容易でない。
ットの頭部に当てられた測定光の位相が頭部の姿勢に対
応していることを利用する方法であるが、この光学方式
の場合、ノイズ光の遮蔽と測定用の光路の確保が必要で
設置箇所の制約を強く受けるので、パイロット頭部の姿
勢を検出することは容易でない。
【0005】機械的方式による方法は、パイロットに取
り付けられた関節付きリンクの角度がパイロット頭部の
姿勢に対応していることを利用する方法であるが、この
機械的方式の場合、リンクの角度検出用ポテンショメー
タの耐久性不足や取り付け位置の制約のために、パイロ
ット頭部の姿勢を検出することは、やはり容易ではな
い。また、この方式によればパイロットの動きが妨げら
れるという問題点がある。
り付けられた関節付きリンクの角度がパイロット頭部の
姿勢に対応していることを利用する方法であるが、この
機械的方式の場合、リンクの角度検出用ポテンショメー
タの耐久性不足や取り付け位置の制約のために、パイロ
ット頭部の姿勢を検出することは、やはり容易ではな
い。また、この方式によればパイロットの動きが妨げら
れるという問題点がある。
【0006】超音波方式による方法は、超音波受・発信
素子を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測
定点の3次元的位置変化を検出する方法であるが、この
超音波方式の場合、超音波計測の根本的な弱点である低
感度・低分解能および外乱超音波に起因する顕著な誤差
という問題があるので、パイロット頭部の姿勢を的確に
検出することができない。
素子を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測
定点の3次元的位置変化を検出する方法であるが、この
超音波方式の場合、超音波計測の根本的な弱点である低
感度・低分解能および外乱超音波に起因する顕著な誤差
という問題があるので、パイロット頭部の姿勢を的確に
検出することができない。
【0007】磁気方式による方法は、発信・受信コイル
を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測定点
の3次元的位置変化を検出する方式であるが、この磁気
方式の場合、外乱誘導磁界や周囲の金属体に起因する誤
差を補正することが難しいので、パイロットの姿勢を検
出することは容易でない。つまり、周囲の金属体を含む
据え付け環境毎に補正データ用テーブルを作成するマッ
ピング手法で誤差を抑えるのであるが、適切な補正デー
タ用テーブルの作成には多大の手間と費用がかかるから
である。
を用いて機体側の基準点に対するパイロット側の測定点
の3次元的位置変化を検出する方式であるが、この磁気
方式の場合、外乱誘導磁界や周囲の金属体に起因する誤
差を補正することが難しいので、パイロットの姿勢を検
出することは容易でない。つまり、周囲の金属体を含む
据え付け環境毎に補正データ用テーブルを作成するマッ
ピング手法で誤差を抑えるのであるが、適切な補正デー
タ用テーブルの作成には多大の手間と費用がかかるから
である。
【0008】この発明は、上記の事情に鑑み、一方の物
体に対する他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出する
ことのできる姿勢検出方法を提供することを課題とす
る。
体に対する他方の物体の姿勢を容易かつ的確に検出する
ことのできる姿勢検出方法を提供することを課題とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明に係る姿勢検出方法は、基準となる一方の
物体に対する他方の物体の姿勢を検出する方法であっ
て、前記一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3
軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサ
ー(基準角度センサー)を取り付けるとともに、前記他
方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おのお
のの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿勢
角度センサー)を取り付けておいて、基準角度センサー
により得られる角度検出結果と姿勢角度センサーにより
得られる角度検出結果とに基づき差分演算を実行するこ
とによって、他方の物体の姿勢検出を行う。
に、この発明に係る姿勢検出方法は、基準となる一方の
物体に対する他方の物体の姿勢を検出する方法であっ
て、前記一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3
軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサ
ー(基準角度センサー)を取り付けるとともに、前記他
方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おのお
のの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿勢
角度センサー)を取り付けておいて、基準角度センサー
により得られる角度検出結果と姿勢角度センサーにより
得られる角度検出結果とに基づき差分演算を実行するこ
とによって、他方の物体の姿勢検出を行う。
【0010】〔作用〕次に、この発明の姿勢検出方法に
より物体の姿勢検出を行う際の作用について説明する。
この発明方法により姿勢検出を実行する場合、予め基準
となる一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3軸
おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー
(基準角度センサー)を取り付け、姿勢検出対象となる
他方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おの
おのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿
勢角度センサー)を取り付けておく。そして、姿勢検出
の開始に伴って、基準角度センサーにより基準角度デー
タが得られるとともに、姿勢角度センサーにより姿勢角
度データが得られのと並行して、これら両角度データと
姿勢角度データの差分演算が行われる。
より物体の姿勢検出を行う際の作用について説明する。
この発明方法により姿勢検出を実行する場合、予め基準
となる一方の物体に、地球を基準とした絶対座標の3軸
おのおのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー
(基準角度センサー)を取り付け、姿勢検出対象となる
他方の物体にも、地球を基準とした絶対座標の3軸おの
おのの軸まわりの角度を計測する角度計測センサー(姿
勢角度センサー)を取り付けておく。そして、姿勢検出
の開始に伴って、基準角度センサーにより基準角度デー
タが得られるとともに、姿勢角度センサーにより姿勢角
度データが得られのと並行して、これら両角度データと
姿勢角度データの差分演算が行われる。
【0011】この発明方法の場合、基準角度センサーに
よる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標の3軸に
対する一方の物体の姿勢データであり、また姿勢角度セ
ンサーによる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標
の3軸に対する他方の物体の姿勢データである。したが
って、両角度検出結果に基づき差分演算を実行すること
により、地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのにつ
いて一方の物体と他方の物体との間の角度差が求められ
て、一方の物体と他方の物体の間の姿勢データの差が判
明する結果、一方の物体に対する他方の姿勢検出が行え
る。
よる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標の3軸に
対する一方の物体の姿勢データであり、また姿勢角度セ
ンサーによる角度検出結果は地球を基準とした絶対座標
の3軸に対する他方の物体の姿勢データである。したが
って、両角度検出結果に基づき差分演算を実行すること
により、地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのにつ
いて一方の物体と他方の物体との間の角度差が求められ
て、一方の物体と他方の物体の間の姿勢データの差が判
明する結果、一方の物体に対する他方の姿勢検出が行え
る。
【0012】
【発明の実施の形態】続いて、この発明の一実施例を図
面を参照しながら説明する。図1はこの発明の一例であ
る姿勢検出方法が実施される姿勢検出システムの全体構
成を示すブロック図、図2は実施例で用いられる角度計
測センサーの測定原理を説明するための模式図である。
面を参照しながら説明する。図1はこの発明の一例であ
る姿勢検出方法が実施される姿勢検出システムの全体構
成を示すブロック図、図2は実施例で用いられる角度計
測センサーの測定原理を説明するための模式図である。
【0013】図1の姿勢検出システムは、基準となる一
方の物体に取り付けられた基準角度センサー(角度計測
センサー)1と、基準用の一方の物体に対する姿勢検出
の対象である他方の物体に取り付けられた姿勢角度セン
サー(角度計測センサー)2とを備えている。以下、便
宜上、基準となる一方の物体は航空機(図示省略)であ
り、姿勢検出対象の物体は機乗中のパイロット(図示省
略)の頭部(直接的には頭部に一体的に被せられたヘル
メット)であるとして説明する。したがって、基準角度
センサー1は機内の適当位置に取り付けられ、姿勢角度
センサー2はヘルメットの適当位置に取り付けられてい
ることになる。そして、これら基準角度センサー1およ
び姿勢角度センサー2は、それぞれ地球を基準とした絶
対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度
計測センサーである。これらの角度計測センサーの計測
原理は次の通りである。
方の物体に取り付けられた基準角度センサー(角度計測
センサー)1と、基準用の一方の物体に対する姿勢検出
の対象である他方の物体に取り付けられた姿勢角度セン
サー(角度計測センサー)2とを備えている。以下、便
宜上、基準となる一方の物体は航空機(図示省略)であ
り、姿勢検出対象の物体は機乗中のパイロット(図示省
略)の頭部(直接的には頭部に一体的に被せられたヘル
メット)であるとして説明する。したがって、基準角度
センサー1は機内の適当位置に取り付けられ、姿勢角度
センサー2はヘルメットの適当位置に取り付けられてい
ることになる。そして、これら基準角度センサー1およ
び姿勢角度センサー2は、それぞれ地球を基準とした絶
対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する角度
計測センサーである。これらの角度計測センサーの計測
原理は次の通りである。
【0014】実施例で使う角度計測センサーは、図2に
示すように、略U字状の振動音叉型フォーク3を有して
いて、圧電素子等によりフォーク3の先端側に振動速度
Vの一定周期振動が与えられるとともに、フォーク3の
根元側に回転角速度Ωの回転が与えられると、フォーク
3の振動面に対して垂直方向に向かうコリオリの力(Cor
iolis force)が発生するよう構成されている。このコリ
オリの力Fは、振動速度Vと回転角速度Ωの積(F=V
・Ω)で表される。つまり、コリオリの力Fは、振動速
度Vが一定ならば回転角速度Ωに比例するという関係が
あり、また回転角速度Ωは地球を基準とした絶対座標に
対するフォーク3の姿勢(角度変位量)に対応してい
る。その結果、コリオリの力Fを測定することにより、
地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの
角度が計測できるのである。普通、角度計測センサーに
は必要なだけの個数(例えば、3個)のフォーク3が設
けられる。
示すように、略U字状の振動音叉型フォーク3を有して
いて、圧電素子等によりフォーク3の先端側に振動速度
Vの一定周期振動が与えられるとともに、フォーク3の
根元側に回転角速度Ωの回転が与えられると、フォーク
3の振動面に対して垂直方向に向かうコリオリの力(Cor
iolis force)が発生するよう構成されている。このコリ
オリの力Fは、振動速度Vと回転角速度Ωの積(F=V
・Ω)で表される。つまり、コリオリの力Fは、振動速
度Vが一定ならば回転角速度Ωに比例するという関係が
あり、また回転角速度Ωは地球を基準とした絶対座標に
対するフォーク3の姿勢(角度変位量)に対応してい
る。その結果、コリオリの力Fを測定することにより、
地球を基準とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの
角度が計測できるのである。普通、角度計測センサーに
は必要なだけの個数(例えば、3個)のフォーク3が設
けられる。
【0015】したがって、基準角度センサー1や姿勢角
度センサー2として用いられる角度計測センサーは、光
あるいは超音波や電磁誘導を利用した発信部と受信部が
一方の物体と他方の物体に分かれて設置されたり、関節
付きリンクが一方の物体と他方の物体の間にわたって設
置される分割設置型構造のセンサーではなく、角度検出
対象の物体に全体が纏めて設置される非分割設置型構造
の自閉型角度センサーであり、外乱超音波や外乱誘導磁
界に起因する誤差を回避できるので、センサー取り付け
上の制約を受けない上に姿勢検出が高精度で行えるとい
う利点を有する。
度センサー2として用いられる角度計測センサーは、光
あるいは超音波や電磁誘導を利用した発信部と受信部が
一方の物体と他方の物体に分かれて設置されたり、関節
付きリンクが一方の物体と他方の物体の間にわたって設
置される分割設置型構造のセンサーではなく、角度検出
対象の物体に全体が纏めて設置される非分割設置型構造
の自閉型角度センサーであり、外乱超音波や外乱誘導磁
界に起因する誤差を回避できるので、センサー取り付け
上の制約を受けない上に姿勢検出が高精度で行えるとい
う利点を有する。
【0016】この種の角度計測センサーは、例えば文
献:Eric Foxlin,Michael Harringtonand Yury Altshul
er「 Miniature 6-DOF inertial system for tracking
HMDs」Proc.SPIE,3362,PP.214-228(1998) などに記載さ
れている。また具体的製品としても、例えば、I-Cube I
S-300 という商品名でInterSence,INC.USAという企業が
販売している。
献:Eric Foxlin,Michael Harringtonand Yury Altshul
er「 Miniature 6-DOF inertial system for tracking
HMDs」Proc.SPIE,3362,PP.214-228(1998) などに記載さ
れている。また具体的製品としても、例えば、I-Cube I
S-300 という商品名でInterSence,INC.USAという企業が
販売している。
【0017】各角度センサー1,2からの出力信号Xe
は、下記の式(1)で示すように、航空業界分野におい
て物体の姿勢を示す場合に習慣となっているRoll,Pitc
h,Yawの3成分表示のかたちで送り出される。
は、下記の式(1)で示すように、航空業界分野におい
て物体の姿勢を示す場合に習慣となっているRoll,Pitc
h,Yawの3成分表示のかたちで送り出される。
【0018】
【数1】
【0019】式(1)のRoll,Pitch,Yawの3成分をパイ
ロットの頭部の姿勢の場合を例にとるとともに、図3を
参照して説明する。Rollは、パイロットが正面を向いた
時の前方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のX
軸の正方向とし、X軸の正方向にネジを右回しにネジ込
むように回転させた時の回転角(YZ平面に生じる回転
角)であり、パイロットが左右に頭部を傾けた時の頭部
の傾き角度ということになり、頭部が右に傾く場合が正
方向となっている。
ロットの頭部の姿勢の場合を例にとるとともに、図3を
参照して説明する。Rollは、パイロットが正面を向いた
時の前方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のX
軸の正方向とし、X軸の正方向にネジを右回しにネジ込
むように回転させた時の回転角(YZ平面に生じる回転
角)であり、パイロットが左右に頭部を傾けた時の頭部
の傾き角度ということになり、頭部が右に傾く場合が正
方向となっている。
【0020】Pitch は、パイロットが正面を向いた時の
右方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のY軸の
正方向とし、Y軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよ
うに回転させた時の回転角(XZ平面に生じる回転角)
であり、パイロットが上下に頭部を振った時の頭部の傾
き角度ということになり、頭部が上に振られる場合が正
方向となっている。
右方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のY軸の
正方向とし、Y軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよ
うに回転させた時の回転角(XZ平面に生じる回転角)
であり、パイロットが上下に頭部を振った時の頭部の傾
き角度ということになり、頭部が上に振られる場合が正
方向となっている。
【0021】Yaw は、パイロットが正面を向いた時の下
方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のZ軸の正
方向とし、Z軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよう
に回転させた時の回転角(XY平面に生じる回転角)で
あり、パイロットが左右に頭部を回した時の頭部の回り
角度ということになり、頭部が右に回される場合が正方
向となっている。
方を、図3に示すようにXYZ3軸直交座標のZ軸の正
方向とし、Z軸の正方向にネジを右回しにネジ込むよう
に回転させた時の回転角(XY平面に生じる回転角)で
あり、パイロットが左右に頭部を回した時の頭部の回り
角度ということになり、頭部が右に回される場合が正方
向となっている。
【0022】そして、各角度センサー1,2からの出力
信号Xeは、図3に示すように、地球を基準とした絶対座
標の原点Oを共有する3軸直交座標それぞれについての
姿勢を示すものとなる。すなわち、回転座標系O−X・
Y・Zの平面k上の点K(Xr・Yr・Zr)に基準角
度センサー1が取り付けられている実施例の場合、基準
角度センサー1からの出力信号Xeは、ベクトルOKの地
球に対する3つの角度成分(方向成分)を示す。また、
回転座標系O−Xa・Ya・Zaの平面h上の点H(X
m・Ym・Zm)に姿勢角度センサー2が取り付けられ
ている実施例の場合、姿勢角度センサー2からの出力信
号Xeは、ベクトルOHの地球に対する3つの角度成分
(方向成分)を示す。
信号Xeは、図3に示すように、地球を基準とした絶対座
標の原点Oを共有する3軸直交座標それぞれについての
姿勢を示すものとなる。すなわち、回転座標系O−X・
Y・Zの平面k上の点K(Xr・Yr・Zr)に基準角
度センサー1が取り付けられている実施例の場合、基準
角度センサー1からの出力信号Xeは、ベクトルOKの地
球に対する3つの角度成分(方向成分)を示す。また、
回転座標系O−Xa・Ya・Zaの平面h上の点H(X
m・Ym・Zm)に姿勢角度センサー2が取り付けられ
ている実施例の場合、姿勢角度センサー2からの出力信
号Xeは、ベクトルOHの地球に対する3つの角度成分
(方向成分)を示す。
【0023】図1のシステムは、各角度センサー1,2
からの出力信号Xeを下記の式(2)〜(4)に従ってオ
イラー角データに変換する処理(正規データ化処理)を
行う変換部4,5をセンサー1,2の後段に備えてい
る。すなわち、基準角度センサー1の出力信号Xeは、変
換部4からオイラー角データ(Rr , Pr ,Yr )とし
て一時メモリ6へ出力されて逐次書き換えられてゆく。
また姿勢角度センサー2の出力信号Xeも、変換部5から
オイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )として一時メモ
リ7へ出力されて逐次書き換えられてゆく。ここで、R
r ,Rm はX軸あるいはXa軸まわりの角度、Pr ,P
m はY軸あるいはYa軸まわりの角度、Yr ,Ym はZ
軸あるいはZa軸まわりの角度に対応する。
からの出力信号Xeを下記の式(2)〜(4)に従ってオ
イラー角データに変換する処理(正規データ化処理)を
行う変換部4,5をセンサー1,2の後段に備えてい
る。すなわち、基準角度センサー1の出力信号Xeは、変
換部4からオイラー角データ(Rr , Pr ,Yr )とし
て一時メモリ6へ出力されて逐次書き換えられてゆく。
また姿勢角度センサー2の出力信号Xeも、変換部5から
オイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )として一時メモ
リ7へ出力されて逐次書き換えられてゆく。ここで、R
r ,Rm はX軸あるいはXa軸まわりの角度、Pr ,P
m はY軸あるいはYa軸まわりの角度、Yr ,Ym はZ
軸あるいはZa軸まわりの角度に対応する。
【0024】
【数2】
【0025】また、原点メモリ8,9は原点取り込み指
令を受けた時に一時メモリ6,7に保持されているオイ
ラー角データを取り込んで記憶する。原点メモリ8は原
点オイラー角データ(Rro, Pro,Yro)を記憶し、原
点メモリ9は原点オイラー角データ(Rmo,Pmo,Ym
o)を記憶する。原点取り込み指令は、機体およびパイ
ロットが任意の姿勢にあるときに出されるが、通常、パ
イロットの姿勢は、パイロットの頭部の標準姿勢である
正面を真っ直ぐ向いた状態の時に出される。
令を受けた時に一時メモリ6,7に保持されているオイ
ラー角データを取り込んで記憶する。原点メモリ8は原
点オイラー角データ(Rro, Pro,Yro)を記憶し、原
点メモリ9は原点オイラー角データ(Rmo,Pmo,Ym
o)を記憶する。原点取り込み指令は、機体およびパイ
ロットが任意の姿勢にあるときに出されるが、通常、パ
イロットの姿勢は、パイロットの頭部の標準姿勢である
正面を真っ直ぐ向いた状態の時に出される。
【0026】一時メモリ6,7および原点メモリ8,9
の後段の引き算部10,11は、一時メモリ6,7およ
び原点メモリ8,9の各データを差引して、その結果を
角度差データメモリ12,13へそれぞれ送出し記憶さ
せる。角度差データメモリ12には、角度差データ(Δ
Rr =Rr −Rro, ΔPr =Pr −Pro, ΔYr =Yr
−Yro)が記憶され、角度差データメモリ13には、角
度差データ(ΔRm =Rm −Rmo, ΔPm =Pm −Pm
o, ΔYm =Ym −Ymo)が記憶される。引き算部1
0,11は、指令を受けた時にだけ演算が行われる場合
の外、データ更新毎に逐一演算が行われる場合もある。
なお、角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔYr )は、機体の
原点角度と現在角度の間の角度差に対応し、角度差デー
タ(ΔRm,ΔPm,ΔYm )は、パイロットの頭部(ヘル
メット)の原点角度と現在角度の間の角度差に対応する
ことになる。
の後段の引き算部10,11は、一時メモリ6,7およ
び原点メモリ8,9の各データを差引して、その結果を
角度差データメモリ12,13へそれぞれ送出し記憶さ
せる。角度差データメモリ12には、角度差データ(Δ
Rr =Rr −Rro, ΔPr =Pr −Pro, ΔYr =Yr
−Yro)が記憶され、角度差データメモリ13には、角
度差データ(ΔRm =Rm −Rmo, ΔPm =Pm −Pm
o, ΔYm =Ym −Ymo)が記憶される。引き算部1
0,11は、指令を受けた時にだけ演算が行われる場合
の外、データ更新毎に逐一演算が行われる場合もある。
なお、角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔYr )は、機体の
原点角度と現在角度の間の角度差に対応し、角度差デー
タ(ΔRm,ΔPm,ΔYm )は、パイロットの頭部(ヘル
メット)の原点角度と現在角度の間の角度差に対応する
ことになる。
【0027】さらに、図1のシステムの差分演算部14
は、角度差データメモリ12,13のデータに基づいて
機体に対するパイロットの頭部の姿勢を示す角度を次の
ようにして算出する。まず、下記の式(5)に従って差
分演算を行うことにより、補正用角度データAyを求出
する。 Ay=ΔYm −ΔYr ・・・(5) 続いて、下記の式(6)に従って、補正用角度データA
rを求出する。 Ar=COS (Ay)×ΔRr+SIN(Ay)×ΔPr ・・・(6) さらに、下記の式(7)に従って、補正用角度データA
pを求出する。 Ap=−SIN (Ay)×ΔRr+COS(Ay)×ΔPr ・・・(7)
は、角度差データメモリ12,13のデータに基づいて
機体に対するパイロットの頭部の姿勢を示す角度を次の
ようにして算出する。まず、下記の式(5)に従って差
分演算を行うことにより、補正用角度データAyを求出
する。 Ay=ΔYm −ΔYr ・・・(5) 続いて、下記の式(6)に従って、補正用角度データA
rを求出する。 Ar=COS (Ay)×ΔRr+SIN(Ay)×ΔPr ・・・(6) さらに、下記の式(7)に従って、補正用角度データA
pを求出する。 Ap=−SIN (Ay)×ΔRr+COS(Ay)×ΔPr ・・・(7)
【0028】差分演算部14は、補正角度データ(A
r,Ap,Ay)を求出した後、引き続き下記の式
(8)および式(9)に従う差分演算を行うことにより
最終的な姿勢角度データ(Br,Bp,By)を求出し
姿勢角度データメモリ14aに保持される。BrはRoll
に対応する姿勢角度データ,BpはPtich に対応する姿
勢角度データである。またByはYaw に対応する姿勢角
度データであり、式(5)で得られた補正用角度データ
Ayと同一の角度である。 Br=ΔRm −Ar ・・・(8) Bp=ΔPm −Ap ・・・(9) By=Ay(=ΔYm −ΔYr )・・・(5)
r,Ap,Ay)を求出した後、引き続き下記の式
(8)および式(9)に従う差分演算を行うことにより
最終的な姿勢角度データ(Br,Bp,By)を求出し
姿勢角度データメモリ14aに保持される。BrはRoll
に対応する姿勢角度データ,BpはPtich に対応する姿
勢角度データである。またByはYaw に対応する姿勢角
度データであり、式(5)で得られた補正用角度データ
Ayと同一の角度である。 Br=ΔRm −Ar ・・・(8) Bp=ΔPm −Ap ・・・(9) By=Ay(=ΔYm −ΔYr )・・・(5)
【0029】つまり、式(8),(9)に示すように、
Rollに対応する姿勢角度データBr,Ptich に対応する
姿勢角度データBpのふたつについては、角度差データ
ΔRr ,ΔPr をそのまま使わずに式(6),(7)に
よる補正用角度データAr,Apを求めて使うことによ
り、正確な姿勢角度データを得ているのである。
Rollに対応する姿勢角度データBr,Ptich に対応する
姿勢角度データBpのふたつについては、角度差データ
ΔRr ,ΔPr をそのまま使わずに式(6),(7)に
よる補正用角度データAr,Apを求めて使うことによ
り、正確な姿勢角度データを得ているのである。
【0030】実施例のシステムの場合、差分演算部14
の後段には、ポーリング命令を受けると、姿勢角度デー
タメモリ14aに保持中の姿勢角度データ(Br,B
p,By)を、姿勢表示部16へ送出するインターフェ
ース15も設けられている。姿勢表示部16は姿勢角度
データ(Br,Bp,By)に基づき、バイザー(図示
省略)に表示中の画像を調整することになる。例えば、
水平線が表示されている場合、水平線の上下位置や傾き
をパイロットの頭部の現在姿勢に合わせて修正すること
になる。
の後段には、ポーリング命令を受けると、姿勢角度デー
タメモリ14aに保持中の姿勢角度データ(Br,B
p,By)を、姿勢表示部16へ送出するインターフェ
ース15も設けられている。姿勢表示部16は姿勢角度
データ(Br,Bp,By)に基づき、バイザー(図示
省略)に表示中の画像を調整することになる。例えば、
水平線が表示されている場合、水平線の上下位置や傾き
をパイロットの頭部の現在姿勢に合わせて修正すること
になる。
【0031】また、求められた姿勢角度データ(Br,
Bp,By)は、画像の調整に利用されることに限られ
ず、姿勢角度データ(Br,Bp,By)そのものを表
示したり、機体に装備された赤外線カメラの姿勢調整に
利用することもできる。なお、図1のシステム内の変換
部4,5や引き算部10,11あるいは差分演算部14
は、コンピュータおよびその作動プログラム(ソフトウ
エア)を中心に構成されているものである。
Bp,By)は、画像の調整に利用されることに限られ
ず、姿勢角度データ(Br,Bp,By)そのものを表
示したり、機体に装備された赤外線カメラの姿勢調整に
利用することもできる。なお、図1のシステム内の変換
部4,5や引き算部10,11あるいは差分演算部14
は、コンピュータおよびその作動プログラム(ソフトウ
エア)を中心に構成されているものである。
【0032】続いて、以上に詳述した姿勢検出システム
により姿勢検出を実行する時の装置動作を、図4を参照
しながら説明する。図4は、図1のシステムにおける姿
勢検出実行用の角度データ収集過程を示すフローチャー
トである。
により姿勢検出を実行する時の装置動作を、図4を参照
しながら説明する。図4は、図1のシステムにおける姿
勢検出実行用の角度データ収集過程を示すフローチャー
トである。
【0033】〔ステップS1〕姿勢検出の実行開始によ
り、各角度センサー1,2から出力信号Xeが逐次に各
変換部4,5へ送出される。
り、各角度センサー1,2から出力信号Xeが逐次に各
変換部4,5へ送出される。
【0034】〔ステップS2〕各変換部4,5は各出力
信号Xeを基準角度用のオイラー角データ(Rr , Pr
,Yr )あるいは姿勢角度用のオイラー角データ(Rm
,Pm,Ym )に変換する。
信号Xeを基準角度用のオイラー角データ(Rr , Pr
,Yr )あるいは姿勢角度用のオイラー角データ(Rm
,Pm,Ym )に変換する。
【0035】〔ステップS3〕一時メモリ6はオイラー
角データ(Rr , Pr ,Yr )を(更新)収納し、一時
メモリ7はオイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )を
(更新)収納する。
角データ(Rr , Pr ,Yr )を(更新)収納し、一時
メモリ7はオイラー角データ(Rm ,Pm ,Ym )を
(更新)収納する。
【0036】〔ステップS4〕原点取り込み指令があれ
ば、指令時点の一時メモリ6,7の収納データを原点オ
イラー角データ(Rro, Pro,Yro)および原点オイラ
ー角データ(Rmo,Pmo,Ymo)として原点メモリ8,
9に記憶させてからステップS5に進む。
ば、指令時点の一時メモリ6,7の収納データを原点オ
イラー角データ(Rro, Pro,Yro)および原点オイラ
ー角データ(Rmo,Pmo,Ymo)として原点メモリ8,
9に記憶させてからステップS5に進む。
【0037】〔ステップS5〕姿勢求出処理を開始させ
る割り込み命令があれば、姿勢求出サブルーチンをスタ
ートさせてから、ステップS1へ戻る。割り込み命令が
なければ、姿勢求出サブルーチンをスタートさせること
なく、直ちにステップS1へ戻る。
る割り込み命令があれば、姿勢求出サブルーチンをスタ
ートさせてから、ステップS1へ戻る。割り込み命令が
なければ、姿勢求出サブルーチンをスタートさせること
なく、直ちにステップS1へ戻る。
【0038】続いて、上のステップS5において割り込
み命令によりスタートさせる姿勢求出サブルーチンの実
行状況を、図5を参照しながら説明する。図5は、図1
のシステムにおける姿勢検出用の演算処理過程を示すフ
ローチャートである。 〔ステップF1〕各引き算部10,11は、一時メモリ
6,7と原点メモリ8,9の各データを差引して、角度
差データを算出する。
み命令によりスタートさせる姿勢求出サブルーチンの実
行状況を、図5を参照しながら説明する。図5は、図1
のシステムにおける姿勢検出用の演算処理過程を示すフ
ローチャートである。 〔ステップF1〕各引き算部10,11は、一時メモリ
6,7と原点メモリ8,9の各データを差引して、角度
差データを算出する。
【0039】〔ステップF2〕各角度差データメモリ1
2,13は、得られた角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔY
r ),(ΔRm,ΔPm,ΔYm )をそれぞれ記憶する。
2,13は、得られた角度差データ(ΔRr,ΔPr,ΔY
r ),(ΔRm,ΔPm,ΔYm )をそれぞれ記憶する。
【0040】〔ステップF3〕差分演算部14は、先ず
Ay=ΔYm −ΔYr なる差分演算により、補正用角度
データAyを求出する。
Ay=ΔYm −ΔYr なる差分演算により、補正用角度
データAyを求出する。
【0041】〔ステップF4〕差分演算部14は、さら
に前記の式(6)あるいは式(7)に従って、補正用角
度データArおよび補正用角度データApをそれぞれ求
出する。
に前記の式(6)あるいは式(7)に従って、補正用角
度データArおよび補正用角度データApをそれぞれ求
出する。
【0042】〔ステップF5〕差分演算部14は、Br
=ΔRm −Ar、或いは、Bp=ΔPm −Apなる差分
演算を行うとともに、By=Ayなる関係に従って、姿
勢角度データ(Br,Bp,By)を確定する。
=ΔRm −Ar、或いは、Bp=ΔPm −Apなる差分
演算を行うとともに、By=Ayなる関係に従って、姿
勢角度データ(Br,Bp,By)を確定する。
【0043】〔ステップF6〕確定した姿勢角度データ
(Br,Bp,By)が姿勢角度データメモリ14aへ
保持されると、姿勢求出サブルーチンは終了する。な
お、ポーリング命令があると、姿勢角度データメモリ1
4aに保持中のデータ(Br,Bp,By)はインター
フェース15から姿勢表示部16へと送出される。
(Br,Bp,By)が姿勢角度データメモリ14aへ
保持されると、姿勢求出サブルーチンは終了する。な
お、ポーリング命令があると、姿勢角度データメモリ1
4aに保持中のデータ(Br,Bp,By)はインター
フェース15から姿勢表示部16へと送出される。
【0044】以上のように、この発明の姿勢検出方法の
場合、角度センサー1,2の出力信号Xeに基づいて角
度データの差分演算を実行する程度の簡単なデータ処理
でもって的確な姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
検出できるのである。
場合、角度センサー1,2の出力信号Xeに基づいて角
度データの差分演算を実行する程度の簡単なデータ処理
でもって的確な姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
検出できるのである。
【0045】この発明は、上記実施の形態に限られるこ
とはなく、下記のように変形実施することができる。 (1)実施例では、基準となる一方の物体と姿勢検出対
象の他方の物体に角度計測センサーが1個だけ設置され
る構成であったが、どちらか片方あるいは両方の物体に
角度計測センサーを複数個取り付け、余分に付けた角度
計測センサーを予備のセンサーとしたり、複数の角度計
測センサーの出力信号の平均したものを変換部に送るよ
うにしたりした構成のものが、変形例として挙げられ
る。
とはなく、下記のように変形実施することができる。 (1)実施例では、基準となる一方の物体と姿勢検出対
象の他方の物体に角度計測センサーが1個だけ設置され
る構成であったが、どちらか片方あるいは両方の物体に
角度計測センサーを複数個取り付け、余分に付けた角度
計測センサーを予備のセンサーとしたり、複数の角度計
測センサーの出力信号の平均したものを変換部に送るよ
うにしたりした構成のものが、変形例として挙げられ
る。
【0046】(2)実施例では、ポーリング命令がある
時だけ、姿勢角度データメモリ14aに保持中のデータ
(Br,Bp,By)が姿勢表示部16へ送出される構
成であったが、姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
確定すると直ぐに姿勢表示部16へ自動的に送出される
構成のものが、変形例として挙げられる。
時だけ、姿勢角度データメモリ14aに保持中のデータ
(Br,Bp,By)が姿勢表示部16へ送出される構
成であったが、姿勢角度データ(Br,Bp,By)が
確定すると直ぐに姿勢表示部16へ自動的に送出される
構成のものが、変形例として挙げられる。
【0047】(3)実施例では、機体に対するパイロッ
トの頭部の姿勢検出を例にとって説明したが、この発明
の方法による姿勢検出対象は、何ら特定の物体に限られ
るものではない。
トの頭部の姿勢検出を例にとって説明したが、この発明
の方法による姿勢検出対象は、何ら特定の物体に限られ
るものではない。
【0048】
【発明の効果】以上に詳述したように、この発明の姿勢
検出方法によれば、基準となる一方の物体および姿勢検
出対象となる他方の物体に、地球を基準とした絶対座標
の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する基準角度セ
ンサーおよび姿勢角度センサーを取り付けておいて、両
角度センサーにより得られる角度検出結果に基づき差分
演算を行うという程度の簡単なデータ処理で事足りる
上、基準角度センサーおよび姿勢角度センサーとして、
外乱超音波や外乱誘導磁界に起因する誤差を生じない非
分割設置型構造(自閉式)の非光学式角度計測センサー
を用いるので、センサー取り付け上の制約を受けずに姿
勢検出が高精度で行える。したがって、この発明の方法
の場合、姿勢検出対象の他方の物体の姿勢を容易かつ的
確に検出することができる。
検出方法によれば、基準となる一方の物体および姿勢検
出対象となる他方の物体に、地球を基準とした絶対座標
の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測する基準角度セ
ンサーおよび姿勢角度センサーを取り付けておいて、両
角度センサーにより得られる角度検出結果に基づき差分
演算を行うという程度の簡単なデータ処理で事足りる
上、基準角度センサーおよび姿勢角度センサーとして、
外乱超音波や外乱誘導磁界に起因する誤差を生じない非
分割設置型構造(自閉式)の非光学式角度計測センサー
を用いるので、センサー取り付け上の制約を受けずに姿
勢検出が高精度で行える。したがって、この発明の方法
の場合、姿勢検出対象の他方の物体の姿勢を容易かつ的
確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における姿勢検出システムの全体構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図2】実施例の角度計測センサーの測定原理を説明す
るための模式図である。
るための模式図である。
【図3】基準角度センサーおよび姿勢角度センサーに対
する角度設定状況を示す模式図である。
する角度設定状況を示す模式図である。
【図4】実施例のシステムにおける姿勢検出実行用の角
度データ収集過程を示すフローチャートである。
度データ収集過程を示すフローチャートである。
【図5】実施例のシステムにおける姿勢検出用の演算処
理過程を示すフローチャートである。
理過程を示すフローチャートである。
1 …基準角度センサー 2 …姿勢角度センサー 4,5 …変換部 6,7 …一時メモリ 8,9 …原点メモリ 10,11 …引き算部 12,13 …角度差データメモリ 14 …差分演算部 14a …姿勢角度データメモリ
Claims (1)
- 【請求項1】基準となる一方の物体に対する他方の物体
の姿勢を検出する方法であって、前記一方の物体に、地
球を基準とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角
度を計測する角度計測センサー(基準角度センサー)を
取り付けるとともに、前記他方の物体にも、地球を基準
とした絶対座標の3軸おのおのの軸まわりの角度を計測
する角度計測センサー(姿勢角度センサー)を取り付け
ておいて、基準角度センサーにより得られる角度検出結
果と姿勢角度センサーにより得られる角度検出結果とに
基づき差分演算を実行することによって、他方の物体の
姿勢検出を行うことを特徴とする姿勢検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073416A JP2000266546A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 姿勢検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073416A JP2000266546A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 姿勢検出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000266546A true JP2000266546A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13517593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11073416A Pending JP2000266546A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 姿勢検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000266546A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013083731A (ja) * | 2011-10-06 | 2013-05-09 | Murata Mach Ltd | 画像表示システム |
CN106500722A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-03-15 | 深圳市虚拟现实科技有限公司 | 姿态测量装置自动校正的方法及系统 |
-
1999
- 1999-03-18 JP JP11073416A patent/JP2000266546A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013083731A (ja) * | 2011-10-06 | 2013-05-09 | Murata Mach Ltd | 画像表示システム |
CN106500722A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-03-15 | 深圳市虚拟现实科技有限公司 | 姿态测量装置自动校正的方法及系统 |
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