姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质制造方法及图纸

姿态推定装置具备：取得部，从被安装于推定对象的多个位置并检测角速度以及加速度的多个传感器取得角速度以及加速度的信息；变换部，将由所述取得部取得的信息从传感器坐标系变换到基准坐标系的信息；积分部，通过对被所述变换的所述角速度进行积分，从而将参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算；和校正部，设想通过所述推定对象中所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被所述变换的角速度进行校正以使得接近所述代表平面的法线与通过所述积分部计算的所述参照部位的朝向正交的方向。

【技术实现步骤摘要】
姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质本申请基于2019年06月10日申请的日本国专利申请第2019-108105号主张优先权，在此援用其内容。
本专利技术涉及姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质。
技术介绍
一直以来，公开了一种通过将能测量角速度以及加速度的IMU传感器(InertialMeasurementUnit：惯性测量传感器)在身体安装多个，来推测身体姿态及其变化(运动)的技术(运动捕捉)(例如参照S.O.H.Madgwick，A.J.L.Harrison，andR.Vaidyanathan，“EstimationofIMUandMARGorientationusingagradientdescentalgorithm”in2011IEEEInternationalConferenceonRehabilitationRobotics，2011)。一般来说，由IMU传感器测量得到的角速度包括噪声和偏置误差，仅仅进行积分难以计算正确的姿态。因而，在多数的姿态推定技术中，通过采用加速度进行翻滚轴向以及俯仰轴向的校正来使推定精度提高。
技术实现思路
但是，在现有技术的方法中，仅加速度不能进行偏航方向的校正。因此，在现有的基于IMU传感器的运动捕捉系统中，一般情况下，除了角速度以及加速度之外，由地磁计对方位进行计测，进行偏航方向的校正。但是，由于地磁容易受到由金属造的建筑物和家具等的影响而混乱，因此限于偏航方向校正正常地进行工作的环境。尤其在长时间测量中，地磁的混乱会使偏航方向推定精度受到较大的影响。如果偏航方向的误差变大，则各身体部位(环节，segment)处于分别向不同方向扭曲的状态，作为人的全身姿态而变得不自然。在现有技术的方法中，虽然有通过进行了测量之后的处理对不自然的关节位移和姿态进行修正的功能，但存在处理耗费时间之后难以实时地进行修正。本专利技术的一个方式，提供一种能够进行更准确的姿态推定的姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质。本专利技术相关的姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质采用了以下的结构。(1)：本专利技术的一方式所涉及的姿态推定装置，具备：取得部，从多个传感器取得角速度以及加速度的信息，该多个传感器被安装于作为人、动物或者关节的可动区域被限制的机器人的推定对象的多个位置并检测角速度以及加速度；变换部，将由所述取得部取得的信息从传感器坐标系变换到基准坐标系的信息；积分部，通过对被进行过所述变换的所述角速度进行积分，从而将在所述推定对象中安装了所述传感器的参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算；和校正部，设想通过所述推定对象所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得接近所述代表平面的法线与由所述积分部计算的所述参照部位的朝向正交的方向。(2)：在上述(1)的方式中，所述积分部以及所述校正部的处理按每个处理周期被反复执行，所述校正部，与前次处理周期中通过所述积分部计算得到的所述参照部位的朝向从相对所述代表平面的法线正交的朝向背离的情况继续相对应，增大对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正的程度。(3)：在上述(1)或者(2)的方式中，所述校正部校正所述参照部位的被进行过所述变换的角速度，以使得减小所述代表平面的法线和由所述积分部计算的所述参照部位的朝向的内积。(4)：在上述(1)到(3)中任一项的方式中，所述校正部还对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得从通过所述积分部计算得到的所述参照部位的朝向导出的每个所述参照部位的设想重力加速度方向、与基于通过所述取得部取得的加速度的信息被识别的每个所述参照部位的计测重力加速度方向的背离变小。(5)：该专利技术的一方式所涉及的姿态推定方法，计算机执行以下处理：从多个传感器取得角速度以及加速度的信息，该多个传感器被安装于作为人、动物或者关节的可动区域被限制的机器人的推定对象的多个位置，并检测角速度以及加速度，将所取得的信息从传感器坐标系变换为基准坐标系的信息，通过对被变换过的所述角速度进行积分，从而将在所述推定对象中所述传感器被安装的参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算，设想通过所述推定对象所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得接近所述代表平面的法线与计算出的所述参照部位的朝向正交的方向。(6)：本专利技术的一方式所涉及的存储介质存储有程序，使计算机执行以下处理：从多个传感器取得角速度以及加速度的信息，该多个传感器被安装于作为人、动物或者关节的可动区域被限制的机器人的推定对象的多个位置，并检测角速度以及加速度，将所取得的信息从传感器坐标系变换为基准坐标系的信息，通过对被变换过的所述角速度进行积分，从而将在所述推定对象中所述传感器被安装的参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算，设想通过所述推定对象所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得接近所述代表平面的法线与计算出的所述参照部位的朝向正交的方向。根据上述(1)到(6)的方式，即使在IMU传感器容易收到磁的影响的环境中，也能更准确地进行姿态推定。此外，根据上述(2)到(4)地方式，所述被测定对象在使一部分的环节相对所述偏航角方向旋转的状态继续的情况下，能够进行假设所述旋转被消除的校正。附图说明图1为实施方式的姿态推定装置的结构图。图2为用于对IMU传感器进行说明的图。图3为用于说明基于校正部的平面设想处理的图。图4为用于对基于校正部的方向矢量的定义处理进行说明的图。图5为表示方向矢量进行了旋转的样子的图。图6为用于说明基于姿态推定装置的校正处理的概要的图。图7为表示全身校正量计算部的结构的一例的图。图8为表示全身校正量计算部的结构的另一例的图。图9为示意性地表示全身校正量计算部的运算处理的流程的图。图10为示意性地表示全身校正量计算部的运算处理的流程的图。图11为示意性地表示全身校正量计算部的运算处理的流程的图。图12为示意性地表示全身校正量计算部的运算处理的流程的图。图13为表示采用了姿态推定装置的运动捕捉处理的流程的一例的流程图。图14为表示基于姿态推定装置的姿态推定处理的流程的一例的流程图。具体实施方式以下，参照附图，对本专利技术的姿态推定装置、姿态推定方法以及存储介质的实施方式进行说明。〔整体结构〕图1为实施方式的姿态推定装置100的结构图。姿态推定装置100具备例如取得部110、变换部120、积分部130、校正部140和存储部150。姿态推定装置100的构成要素(除去存储部150)例如通过CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)等的处理器执行程序来实现。此外，这些中的一部分或者全部可通过LSI(LargeScaleIntegration，大规模集成电路)、ASIC(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种姿态推定装置，具备：/n取得部，从多个传感器取得角速度以及加速度的信息，该多个传感器被安装于作为人、动物或者关节的可动区域被限制的机器人的推定对象的多个位置并检测角速度以及加速度；/n变换部，将由所述取得部取得的信息从传感器坐标系变换到基准坐标系的信息；/n积分部，通过对被进行过所述变换的所述角速度进行积分，从而将在所述推定对象中安装了所述传感器的参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算；和/n校正部，设想通过所述推定对象所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得接近所述代表平面的法线与由所述积分部计算的所述参照部位的朝向正交的方向。/n

【技术特征摘要】
20190610 JP 2019-1081051.一种姿态推定装置，具备：
取得部，从多个传感器取得角速度以及加速度的信息，该多个传感器被安装于作为人、动物或者关节的可动区域被限制的机器人的推定对象的多个位置并检测角速度以及加速度；
变换部，将由所述取得部取得的信息从传感器坐标系变换到基准坐标系的信息；
积分部，通过对被进行过所述变换的所述角速度进行积分，从而将在所述推定对象中安装了所述传感器的参照部位的朝向作为所述推定对象的姿态的一部分进行计算；和
校正部，设想通过所述推定对象所包括的基准部位的代表平面，对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得接近所述代表平面的法线与由所述积分部计算的所述参照部位的朝向正交的方向。


2.根据权利要求1所述的姿态推定装置，其中，
所述积分部以及所述校正部的处理按每个处理周期被反复执行，
所述校正部，与前次处理周期中通过所述积分部计算得到的所述参照部位的朝向从相对所述代表平面的法线正交的朝向背离的情况继续相对应，增大对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正的程度。


3.根据权利要求1所述的姿态推定装置，其中，
所述校正部校正所述参照部位的被进行过所述变换的角速度，以使得减小所述代表平面的法线和由所述积分部计算的所述参照部位的朝向的内积。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的姿态推定装置，其中，
所述校正部还对所述参照部位的被进行过所述变换的角速度进行校正，以使得从通过所述积分部...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木治雄，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP