(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的位置測定方法と併用して使用することにより対象物の空間座標と空間姿勢を同時に取得するシステムを提供する。【解決手段】図１に示す様に、幾何学的空間位置測定装置とＭＥＭＳモーションセンサーを併用して使用するこｙとで、測定対象物の空間位置と空間姿勢を同時に測定することを可能にする。幾何学的測定装置として、光学式モーションキャプチャーシステムや、コンピュータビジョンシステムを用いる。光学式子モーションキャプチャーシステムを使用する場合には、ＭＥＭＳモーションセンサーと光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーを、コンピュータビジョンシステムを使用する場合には、ＭＥＭＳモーションセンサーとコンピュータビジョンのターゲットをマーカーを、それぞれ幾何学的に固定することで、対象物の空間位置と空間姿勢を同時に取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的位置測定方法と併用して使用することにより対象物の空間座標と空間姿勢を同時に取得する装置
【請求項２】
前記装置は、幾何学的位置測定方法として光学式モーションキャプチャーシステムを使用する場合、ＭＥＭＳモーションセンサーと光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーを幾何学的に固定することで、光学式モーションキャプチャーが取得するマーカーの空間位置情報と、ＭＥＭＳモーションセンサーの空間姿勢情報を取得して、対象物の空間座標と空間姿勢を同時に取得する装置。
【請求項３】
前記装置は、幾何学的位置測定方法としてコンピュータビジョンシステムを使用する場合、ＭＥＭＳモーションセンサーとコンピュータビジョンのターゲットを幾何学的に固定することで、コンピュータビジョンが取得するターゲットの空間位置情報と、ＭＥＭＳモーションセンサーの空間姿勢情報を取得して、対象物の空間座標と空間姿勢を同時に取得する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、ＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的位置測定方法と併用して使用することにより対象物の空間座標と姿勢を測定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】ＭＥＭＳモーションセンサーは、ＭＥＭＳ加速度センサーとＭＥＭＳ角速度センサーとＭＥＭＳ地磁気センサーのうち２つ以上を組み合わせて、各センサーの出力値を計算して対象物の姿勢を推計するデバイスとして知られている。【０００３】ＭＥＭＳモーションセンサーは、構成する各センサーの電気的な計測値に基づいてセンサーデバイスの姿勢を推計するものであるので、対象物の空間座標を特定することは困難である。【０００４】ＭＥＭＳモーションセンサーは、近年スマートフォンやウェアラブルデバイスに使用されることが多くなり、価格の低下と性能の向上が進んだことで、ウェアラブルセンサーやマルチジャイロコプター等、広く使用されるようになっている。【０００５】幾何学的位置測定方法は、光学式モーションキャプチャーシステムや、コンピュータビジョンがある。これらは測定する対象の空間位置を求めるものであり、空間位置の測定から空間姿勢や加速度や回転速度を直接求めることはできない。（特許文献１、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０１７１８０
【特許文献２】特開平５−３１３２２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】本発明は、ＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的位置測定方法と併用して使用することにより、対象物の空間位置と空間姿勢および加速や遠心力を測定することを実現する。【０００８】ＭＥＭＳモーションセンサーはセンサーを装着した対象物の空間姿勢を得ることはできるが、正確な空間位置を得ることはできない。【０００９】光学式モーションキャプチャーシステムはマーカーの空間座標を精度高く得ることはできるが、単一の点から空間姿勢情報を得ることはできない。【００１０】コンピュータビジョンはターゲットの位置情報を得ることはできるが、ターゲットの空間姿勢情報を精度高く得ることはできない。【００１１】また幾何学的位置測定方法は、加速度や回転速度や遠心力を直接測定することはできない。【００１２】本発明は、ＭＥＭＳモーションセンサーと幾何学的位置測定装置を同時に使用することで、測定対象物の空間位置と空間姿勢と加速度や回転を同時に精度高く測定することを実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】本発明は概観すると、図１のように、ＭＥＭＳモーションセンサーと、幾何学的位置測定装置から構成される。幾何学的位置測定装置は、光学式モーションキャプチャーであってもコンピュータビジョンであってもよい。光学式モーションキャプチャーシステムの場合には、図２のようにマーカーとＭＥＭＳモーションセンサー装置が幾何学的に固定されていることが必要。コンピュータビジョンの場合には、図３のようにコンピュータビジョンのターゲットとＭＥＭＳモーションセンサー装置が幾何学的に固定されていることが必要。【００１４】図２に示す光学式モーションキャプチャーのマーカーとＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的に固定した本発明の装置を用いることで、光学式モーションキャプチャーシステムが測定したマーカーの座標と、マーカーの姿勢が同時に得ることが出来る。光学式モーションキャプチャーはマーカーの空間座標を取得し、マーカーと幾何学的に固定したＭＥＭＳモーションセンサーは空間姿勢を取得するので、幾何学的に固定されているマーカーの空間姿勢を取得することが出来る。【００１５】図３に示すコンピュータビジョンのターゲットとＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的に固定した本発明の装置を用いることで、コンピュータビジョンのターゲットの空間座標と空間姿勢が取得できる。コンピュータビジョンはターゲットの空間位置を取得し、ターゲットと幾何学的に固定されたＭＥＭＳモーションセンサーはターゲットの空間姿勢を取得することが出来る。
【発明の効果】
【００１６】光学式モーションキャプチャーは、マーカーの空間座標を一定の精度で取得することが出来るが、各マーカーの空間姿勢を取得することはできない。コンピュータビジョンは、ターゲットの空間位置情報を一定の精度で所得することが出来るが、ターゲットの空間姿勢を取得することはできない。また、光学式モーションキャプチャーもコンピュータビジョンも、対象に働く加速度や回転を直接測定することはできない。ＭＥＭＳモーションセンサーは、空間座標を精度高く取得することはできないが、加速度、角速度および地磁気を直接計測し、空間姿勢を測定することが出来るので、光学式モーションキャプチャーもしくはコンピュータビジョンとＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的に固定した本装置は、対象物の空間位置と空間姿勢を一定の精度で取得することが出来る。【００１７】人体や動物の動作測定について本発明の装置を用いることで、装置を装着した各部位の空間位相と空間姿勢を測定することが出来る。たとえば図４のように光学式モーションキャプチャーのマーカーやコンピュータビジョンのターゲットでは取得できない、骨軸の回旋や体幹のねじりを直接取得することが出来る。【００１８】図５に示す様に、ボールなど移動し回転する対象物の測定については、光学式モーションキャプチャーやコンピュータビジョンで空間位置を測定し、回転や加速度をＭＥＭＳモーションセンサーで測定することが出来る。【００１９】ドローンやヘリコプターなど、飛翔する機械では、空間姿勢を測定する装置を搭載していても飛行高度等の空間座標を正確に把握することはできないが、本発明を適用することで正確に高度と姿勢を把握することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】幾何学的位置測定装置とＭＥＭＳモーションセンサーを併用する本発明の装置の配置の概念図
【図２】本発明を光学式モーションキャプチャー装置で試用した場合の概念図
【図３】本発明をコンピュータビジョンで使用した場合の概念図
【図４】本発明を人体前腕の動作測定に使用した場合の概念図
【図５】本発明をボールの運動測定に試用した場合の概念図
【図６】ＭＥＭＳモーションセンサーと光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーを幾何学的に固定した状態を説明する図
【図７】ＭＥＭＳモーションセンサーとコンピュータビジョンのターゲットを幾何学的に固定した状態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２１】本発明は概観すると、図１に示す様に、ＭＥＭＳモーションセンサーと、幾何学的位置測定装置から構成される。
【００２２】ＭＥＭＳモーションセンサーには、幾何学的位置測定装置のターゲットが幾何学的に固定されている。幾何学的位置測定装置を光学式モーションキャプチャーシステムとする場合には、図６に示す通りＭＥＭＳモーションセンサーとマーカーが幾何学的に固定されている。幾何学的位置測定装置をコンピュータビジョンシステムとする場合には、図７に示す様ＭＥＭＳモーションセンサーとコンピュータビジョンのターゲットが幾何学的に固定されている。
【００２３】人体動作の測定を行う場合、測定対象とする関節両側各部位に本発明の装置を装着し、空間位置と各部位の空間姿勢を測定することで、関節の回転も含めて正確に動作を測定できる。たとえば歩行解析を行う場合、両下肢の外形的な動作と膝関節に生じる回旋を同時に測定することが出来る。
【００２４】薄板の振動による変形や、せん断応力による変形を行う場合、測定したい箇所に本発明の装置を固定すると、該装置の姿勢変化と空間座標変化によって測定位置の薄板の変形が測定できる。
【００２５】ボールなど飛翔体の測定に本発明の装置を使用すると、飛翔体の軌道と回転を測定することが出来る。
【００２６】ドローンやヘリコプターの制御に本発明の装置を用いると、高度を正確に把握しながらコントロールすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２７】空間姿勢を高速かつ正確に測定することを実現した本発明の装置は、身体動作の測定や、飛翔する物体、振動する構造物、動作する機械機構等に広く活用することが出来る。【００２８】スポーツメディカルおよびバイオメカニクスの領域では、広い範囲で動き回りながら動作するアスリートの動作を、実際の競技環境で測定することが出来る。たとえばアイススケートのリンクやサッカーのフィールド、陸上競技のトラック、アルペンスキーのコースなど、これまで動画解析でも不可能であった、競技環境の選手の動作測定が可能となる。また、リハビリテーションやロコモティブシンドローム対策としては、これまで高額なモーションキャプチャーシステムや低精度な関節可動域測定装置に頼らざるを得なかった歩行解析などの動作評価が、本発明の装置を装着するだけで、簡便かつ高精度に行うことが可能となる。【００２９】ドローンやボールなどの飛翔体については、空間姿勢や回転などの姿勢情報と高度や空間座標などの空間位置情報を、同時に取得することが出来る。
【符号の説明】
【００３０】１  本発明の装置で用いるＭＥＭＳモーションセンサー【００３１】２  本発明の装置で用いるＭＥＭＳモーションセンサーと幾何学的に固定された幾何学的空間位置測定装置のターゲットで、光学式モーションキャプチャーシステムの場合にはマーカー、コンピュータビジョンの場合には空間位置を追跡するために記憶されたターゲット【００３２】３  幾何学的位置測定装のカメラ部分【００３３】４  幾何学的に固定された、ＭＥＭＳモーションセンサーと光学式モーションキャプチャーシステムのマーカー【００３４】５  光学式モーションキャプチャーシステムのカメラ部分【００３５】６  幾何学的に固定されたＭＥＭＳモーションセンサーとコンピュータビジョンのターゲット。ＭＥＭＳモーションセンサーはコンピュータビジョンのターゲットに内蔵されていても、外部でコンピュータビジョンのターゲットに固定されていてもよい。【００３６】７  コンピュータビジョンシステムのカメラ部分【００３７】８  前腕の内外旋を測定するために前腕橈骨茎状突起付近に装着された、ＭＥＭＳモーションセンサーとこれに光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーを固定した本発明の装置【００３８】９  内旋した状態の前腕の橈骨【００３９】１０  外旋した状態の前腕の橈骨【００４０】１１  時刻ｔにおけるＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的に固定したコンピュータビジョンのターゲット【００４１】１２  時刻ｔ＋１におけるＭＥＭＳモーションセンサーを幾何学的に固定したコンピュータビジョンのターゲット。時刻ｔより回転を伴って移動した状態。【００４２】１３  コンピュータビジョンのカメラシステム【００４３】１４  本発明の装置のうち、ＭＥＭＳモーションセンサー部に幾何学的に固定された光学式モーションキャプチャーシステムのマーカー。マーカーの配置はＭＥＭＳモーションセンサーに幾何学的に固定されておいて、光学式モーションキャプチャーシステムが追従することが出来る位置であれば、ＭＥＭＳモーションセンサーから離れていてもよい。【００４４】１５  本発明の装置のＭＥＭＳモーションセンサー【００４５】１６  本発明の装置のうち、コンピュータビジョンのターゲットに幾何学的に固定されたＭＥＭＳモーションセンサー部。ＭＥＭＳモーションセンサーの配置はコンピュータビジョンシステムがターゲットの追従を妨げなければ、ターゲットの外部でも内部でもよい。【００４６】１７  本発明の装置のうち、ＭＥＭＳモーションセンサーと幾何学的に固定されたコンピュータビジョンのターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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