計測自動制御学会東北支部 第 233 回研究集会 (2006.12.18)
資料番号 233-2

磁気式モーションキャプチャに関する研究(第２報)−直方体励磁コイルの実装と誤差解析−

Improvement of Magnetic Type Motion Capture System− Realization of Rectangular Excitation Coil and Error Analysis −熊谷 正朗 ∗ ，○赤松 和禎 ∗Masaaki Kumagai∗ ，Kazuyoshi Akamatsu∗*東北学院大学*Tohoku Gakuin University
キーワード : モーションキャプチャ(Motion capture)，交流磁界 (Alternating magnetic field)，
励磁コイル (Excitation coil)，ピックアップコイル (Pickup coil)，
協調磁界 (Cooperative magnetic field)，差動磁界 (Differential magnetic field)

連絡先 : 〒 985-8537

宮城県多賀城市中央一丁目１３−１

東北学院大学工学部

機械創成工学科

熊谷正朗, Tel: 022-368-7358，Fax: 022-368-7070

1.

はじめにバーチャル・リアリティによるビジュアライゼーションを行ったり，人間の手先にセンサを取り付

近年，マルチメディアやロボットに関する業界では，人間の動作情報を必要とする機会が多くなっけて動きに連動してロボットアームが動作する研究などに利用できると考えられる．てきた．その人間の動作を取得する手段として，モーションキャプチャが使われている．一般的には体の関節等にセンサ等を取り付けて，センサからの情報を３次元データに変換することによって，本研究では，今まで取り扱ってきた装置の改良を行った．特に Fig. 1 に示す，現在使用している装置の一部であり，測定する空間に交流磁界を発生させる役割の励磁コイルに，人間の動作をコンピュータに取り込むことが可能• 立方体形状でしか検討してこなかったので，になる．種類も Table. 1 に示すよう，機械式，光学使用・測定範囲を制限してしまう．

式，磁気式など様々な方式が存在する．
本研究室では，低コストでのモーションキャプ

• 組立解体が不可能なため，常に非常に多くのチャの実現を目指して，磁気式の研究を行ってい空間を占有し，運搬も困難である．

る．センサ単体で３次元の姿勢・位置を検出するという問題があったため，新たに励磁コイルの設
磁気式特有の性能を生かすことで，将来的には，計を試みた．
ヘッド・マウント・ディスプレイ (HMD) とセンサ

前回の磁場解析の結果 1) から，立方体だけではを人間の頭に取り付けて，人間の立ち位置や向いなく直方体形状でも利用できると確認されたことた方向に応じてHMDに表示される風景が変化するをふまえて，本稿では，任意の直方体形状に可変–1–方式
原理

長所
短所

Table 1
機械式 (リンク式)

代表的なモーションキャプチャの特徴
光学式 (カメラ)

磁気式

関節を有する対象に固定し， 対象物に光点等を取り付け，複対象空間に磁界を発生させ，対象物の動きに応じた関節の数のカメラで撮影して解析する

コイルで磁界の違いを読み取

角度を計測する

ことで動きを測定する

り姿勢と位置を観測する

検出が確実応答性が良好
測定物の動作に制限がある

運動にともなう死角がない

同時に複数点の観測が可能

比較的低コスト

カメラの死角になると計測不可

磁性体が近くにあると，磁界非常に高コストが歪み精度に影響する(a) 励磁コイル
矩形のコイルに交流電流を流すことで空間内に交流磁界を発生させる

Fig. 1

従来の励磁コイル

骨組みは木材を用いて，立方体形状で組立解体が不可能
できる励磁コイルの製作，実装，測定評価を行い，(b) ピックアップコイル

精度や応答性など考慮したうえでシステムを改良

センサとなる部分で，交流磁界内でコイしたことについて報告する．

ルに電圧が誘起する

Fig. 2２種類のコイルの概略図

交流磁界を用いた磁気式モーシ

2.

2. 交流磁界内で，測定対象に取り付けたピックョンキャプチャの原理

アップコイルに電圧が誘起する．

2.1

システムの概要

3. ピックアップコイルに生じた電圧から，励磁した各成分の振幅を取り出して，処理するここの磁気式モーションキャプチャは，Fig. 2(a) にとで姿勢と位置を求める．

示す測定空間に交流磁界を生成する励磁コイルと，Fig. 2(b) に示す空間内で磁界を拾うピックアップコ

ピックアップコイルに誘起する信号の振幅は，そイルの２種類のコイルを用いることが特徴である．の位置での磁界の大きさと測定対象となるピック

この２種類のコイルを用いた本システムの概要

アップコイルの方向によって決まるので，空間にを簡単に述べると，以下のようになる．

姿勢の基準になる磁界と，位置の基準となる磁界

1. 測定対象空間を囲む励磁コイルに交流電流の２種類の交流磁界を生成すれば各々検出が可能を流すことで，計測空間に直線的な強度分となる．そのため，姿勢の検出には空間内で均一布特性を持つ交流磁界を発生させる．

で一定方向に向く平行な磁界が，位置の検出には–2–

位置によって直線的な変化が得られるような磁界を用いると式 (2) は，が望ましい．

Φ = SB · v

ちなみに改良前のシステムで使っていた２種類(3)のコイルについては，励磁コイルは一辺が約 2[m]と，ベクトルの内積により求めることができる．の立方体で，この立方体の各６面に正方形のコイ

そして，この関係を利用することで次に述ように，ルを設け，コイルの巻き数は 20 回である．実際にピックアップコイルの姿勢は計算で求めることが流す交流電流は 40mAP–P であり人体に悪影響及ぼできる．

すほど強い磁界は発生しない．一方，ピックアッ
プコイルには巻き数約 8000 回の小型円筒空芯コイ

2.3ルを使用することで，起電力を増加させて高感度にするよう設計した．

姿勢の計測

姿勢を計測するためには，式 (2) における磁束密度の方向に対して，どの程度測定対象の方向が違うかにより出力が変化することを利用する．その2.2コイルに誘起する電圧の関係ため，磁束密度つまりは交流磁界の方向ができる

交流磁界内でピックアップコイルが誘起する電圧の関係を簡単に説明する．

では協調磁界と呼ぶ交流磁界を用いた．この協調コイルに誘起する起電力 e(t) は，コイルの巻き数 n と，コイルを貫く磁束 Φ(t) により，e = −ndΦ
dtだけそろっているものが理想的であるので，ここ磁界とは１組の対向する励磁コイルの各々に，同周波数，同位相，同強度の正弦波電流を与えることにより生成した交流磁界である．Fig. 3(a)のよう(1)に計測空間の両側から同じ方向に磁力を与えるたと表される．つまり，磁束の時間変化が誘起する

め，内部では横に平行な磁界が作られる．実際に電圧となる．磁束は磁力線の数の多さを意味して，２対の励磁コイルから生成される協調磁界を数値

ピックアップコイルのコイル断面積で，各交流磁解析したものをFig. 3(b)に示す．図中の矢印は協調界の磁束密度ベクトル場 B を面積分したものであ磁界の磁束密度の大きさと方向を表している．励る．そして，ピックアップコイルが十分小さくて，磁コイル内部では磁界が同じ方向に整っているが，コイル面内で磁束密度の大きさも方向も一定と見コイル周辺と外側では磁界が一様になっていない

なして考えれば，コイルの断面積 S とコイル面のため，測定範囲として使用しない．

法線方向と磁束密度の方向がなす角度 θ より，

Φ = S|B| cos θ

この協調磁界を用いることで，磁界内にあるピックアップコイルの姿勢を求める．まず協調磁界を生(2)成する対向した励磁コイル対の番号を i(= 1, 2, 3)と，簡単にコイルに貫く磁束を求めることができとする．ピックアップコイルもコイルに３個あり，る．これは，ある点での磁束密度の方向に対し，どj(= 1, 2, 3) とおいて考える．
それで，このピックアップコイルを貫く磁束Φi,j (t)れだけコイルの角度がずれているかによって磁束変化することを表し，方向が一致している (θ = 0)は以下の式で与えられ，のときは磁束Φが最大になり，コイルが直交している場合(θ = π/2)は磁束Φが0となる．さらにピック
アップコイルの方向ベクトル v(正規化して |v| = 1)

–3–

Φi,j (t) = SBCi ci · v j cos ωi t

(4)

= KCi ci · v j sin2 ωi t
= KCi ci · v j {1 − 2 cos(2ωi t)}/2 (6)角振動数 2ωi t の部分をローパスフィルタを用いて除去することで，ピックアップコイルの誘起電圧信号に含まれる励磁成分強度 Ri,j を求めることができる．

(a) 協調磁界の生成の概念

Ri,j = KCi ci · v j /2(7)この相関値 Ri,j は，各励磁コイルにおける磁束密度ベクトル場とピックアップコイルの方向ベクトルの内積を含んでおり，これがモーションキャプチャ上で得られる姿勢に関する検出値そのものとなる．
この９個のパラメータRi,j をもとにピックアップコイルの姿勢を計算で求める．式 (7) をみると Ri,jは計測して得られる検出値であり，KCi は装置定(b) 数値計算で得た協調磁界の様子数で，ci (x, y, z) もあらかじめ数値計算すれば求め

励磁コイルの内部であれば，横にほぼ平られる値であるので，未知数であり本来求めるべ

行な磁界分布が表れる

き方向ベクトル v j (vjx , vjy , vjz ) について式を立てFig. 3協調磁界ればよい．
よって，式 (7) より

S:
BCi :

ピックアップコイルの断面積
励磁コイルの形状や励磁電流振幅な

c1x vjx + c1y vjy + c1z vjz=

2R1,j /KC1

励磁コイル直方体中央で大きさ１とc2x vjx + c2y vjy + c2z vjz=2R2,j /KC2なるよう正規化した振幅ベクトル場

c3x vjx + c3y vjy + c3z vjz=

2R3,j /KC3 (8)ど装置によって決定される定数

ci :
vj :
ωi :

ピックアップコイルの方向ベクトル
励磁電流の角周波数と，３元１次連立方程式を解けば，方向ベクトル
ル v j (vjx , vjy , vjz ) を求めることができる．

ピックアップコイルに誘起する電圧は，

ei,j (t) = −n

ただし，姿勢を求める段階ではピックアップコ

dΦi,jdt

イルの位置 (x, y, z) がわからず ci を決定できないの= nSωi BCi ci · v j sin ωi t
= KCi ci · v j sin ωi t

で，コイルが励磁コイルの中央にあるものと仮定(5)求めることはできず，あくまで仮の姿勢を求めたと求められる．
また，式の簡略するため KCi = −nSωi BCi と定数部は１つにまとめた．そして誘起した電圧に参照波 sin ωi t を乗じて，して姿勢を計算している．よって，正確な姿勢をにすぎない．そのため，次の過程で得る位置を利用して姿勢を再計算する必要があるが，その前に姿勢が仮定や磁界の歪みの影響で検出した各ピックアップコイルの方向ベクトルがが直交していな

ri,j (t)= ei,j (t) · sin ωi t–4–

い場合があるので，求めた方向ベクトルが直交するように補正している．

2.4

位置の計測

次に位置を求めるためには，姿勢の計測で利用した協調磁界とは違う差動磁界と呼ぶ交流磁界を(a) 差動磁界の生成の概念用いる．この差動磁界とは，３組の対向する励磁コイルの各対に，同出力，逆位相の正弦波電流を与えることにより生成した交流磁界のことである．

Fig. 4(a)のように励磁コイルの両側から押しつけるように磁力を与えるため，中央に近づくにつれて磁界が打ち消し合って無くなるような磁界が作られる．生成される差動磁界を数値解析したものをFig. 4(b) に示す．特徴としては，向かい合う励磁コイルに対して垂直方向の成分だけ取り出すと，中央に近づくにしたがって大きさが直線的に減少し(b) 数値計算で得た差動磁界の様子てゼロになるほぼ平行な等高線が描ける磁界分布

横方向の成分だけ取り出すと，縦にほぼが得られる．この成分を利用して位置を求める．

垂直な磁界分布が表れる

ただし協調磁界と同様に，励磁コイル近辺と外側

Fig. 4差動磁界は磁界が意図した分布と大きく異なるので，計測範囲として利用していない．

協調磁界と同様に，位置の計測では，場所によって直線的な出力が得

ei,j (t) = KDi di · v j sin ωi t

られる差動磁界と，はじめに求めた姿勢を利用し(10)て使って計算する．考え方は姿勢と同じで差動磁界と求められる．また KDi = −nSωi BDi と定数部はで励磁コイルの面に対向したコイルを１組として式を簡略するため１つにまとめた．

i(= 4, 5, 6) と添え字をおき，ピックアップコイルもそして，同様に誘起した電圧に参照波 sin ωi t をコイルが３軸あるので３個あるもとしてj(= 1, 2, 3)

乗じ，角振動数 2ωi t をローパスフィルタを用いてとおいて考える．

除去することで，差動磁界内のピックアップコイ

それで，差動磁界内でピックアップコイルを貫く磁束 Φi,j (t) は以下の式で与えられ，

Φi,j (t) = SBDi di · v j cos ωi t
BDi :ルの誘起電圧信号に含まれる励磁成分強度 Ri,j を求めることができる．

ri,j (t) = KDi di · v j {1 − 2 cos(2ωi t)}/2(9)励磁コイルの形状や励磁電流振幅な

Ri,j = KDi di · v j /2

ど装置によって決定される定数

di :各励磁コイル矩形部分中央で大きさ(11)(12)

この相関値 Ri,j は，各励磁コイルにおける差動１とする正規化した振幅ベクトル場

磁界での磁束密度ベクトル場と先に計算したピッ磁界内でピックアップコイルに誘起する電圧は，クアップコイルの方向ベクトルの内積を含む．

–5–

央に仮定し，協調磁界の磁束密度ベクトルを用いて仮の姿勢を求める．

3. 求めた仮の姿勢の方向ベクトルと，各成分
Fig. 5

強度及び差動磁界の磁束密度ベクトル場よ仮想ピックアップコイルの概略図

り位置を求める．

３軸分あるコイルを仮想的に１つのコイルにおいて出力強度を評価する

4. 得た位置をもとに姿勢と位置を再計算する．

そして，励磁コイルに垂直な成分を得るために，Fig.５のように３軸直交にコイルを取り付けたピックアップコイルを結合して仮想的に１つのピックアップコイルがあるものとして扱う2) ．実際のピックアップコイル３軸の出力強度 Pi,j と方向ベクトル v j を利用して，実在するピックアップコイルの中心に位置し，ベクトル v I に沿った仮想のピック

このように，仮の姿勢で求めた位置から姿勢と位置を最低１回以上再計算するれば，ピックアップコイルの姿勢と位置が求まる．

3.

システムのシミュレーション

3.1

磁場演算のシミュレーションの開発

アップコイルの強度を求める．各ピックアップコイルで検出された振幅をPi,j = 2Ri,j /KDi

前報を含め，励磁コイル形状が直方体でも対応可能と検証するために行ってきたシミュレーショ(13)ンについて説明する．このシステムのシミュレーションをコンピュータ上で行う際には，下記に示とすると，仮想ピックアップコイルで得られる振すいくつかの入力条件を与える必要がある．

幅 Pi,I は次式で得られる．

• 励磁コイル直方体各成分の長さ L(x, y, z)

Pi,j = v 1 · v I Pi,1 + v 2 · v I Pi,2 + v 3 · v I Pi,3 (14)• 測定対象となるピックアップコイルの姿勢v j (vjx , vjy , vjz ) と位置 P (x, y, z)

ただし，仮想ピックアップコイルの方向ベクトル v I は，|v I | = |v j | = 1 とする．

そして，設定したピックアップコイルの位置に式 (14) から各励磁コイルに垂直な成分を得ることで，Fig. 4(b) でも示した強度分布と照合させて，ピックアップコイルの位置が求められる．

2.5発生する磁束密度を求めるため，ビオ・サバールの法則3) を使って励磁コイルからピックアップコイルのある点P の磁束密度B i (bix , biy , biz )を計算することにした．こうして，求めた各交流磁界の磁束密姿勢と位置の計算手順

度 B i と，条件として与えたピックアップコイルの上述の原理式より，測定対象となるピックアップコイルの姿勢と位置は，励磁コイルから発生す姿勢 v j を内積することで，各励磁成分の強度 Ri,jを計算で求めることができる．

る協調磁界と差動磁界を利用することで得られる

実際に直方体形状 3[m] × 2[m] × 2[m] の場合で解が，具体的な流れは以下の手順のようになる．

析した結果をFig. 6（協調磁界），Fig. 7（差動磁界）に示す．これによると，協調磁界では励磁コイル

1. ピックアップコイルの誘起電圧信号に含まれる励磁成分強度 Ri,j を求める．

内部で横に平行な磁界が生成されていることや，差動磁界ではコイルに垂直な成分を取ったときの

2. ピックアップコイルの位置を励磁コイルの中磁界分布など，立方体形状の時と比べてほとんど–6–

(a) 角度誤差
Fig. 6

Fig. 8直方体形状での協調磁界

2[m] の立方体コイルの誤差分布(a) 角度誤差
Fig. 9Fig. 7(b) 位置誤差(b) 位置誤差

直方体 3[m] × 2[m] × 2[m] の誤差分布

入出力の違いを調べることにした．

直方体形状での差動磁界まず開発したソフトウェアの動作を確認するた性質に違いはない．Fig. 3とFig. 4に比較して，励磁コイル周辺や外側で磁界が歪みの現れかたが若干目立つ程度で，実際に測定範囲として利用する励磁コイル内部においては，期待する協調磁界と差動磁界が生成されているので問題ないといえる．

めに，立方体形状について解析して誤差の度合いを調べてみた．３個の方向ベクトルの角度誤差の平均値をFig. 8(a)に示す．この場合，周辺部に1[deg]以上の誤差がみられるが，主に利用する内側ではほとんど誤差が見られない．位置の誤差 (Fig. 8(b))
も同じく，励磁コイル周辺では 10[mm] 以上の誤差

測定対象を計算するソフトウェアの開発が見られるが，内側では誤差がほとんどない．ま直方体形状での磁場の妥当性を調べるためシミュ算過程上で先に姿勢を求めてから位置を算出してレーションを行ったが，磁界の歪みでどの程度計いるため，姿勢誤差の影響がそのまま位置誤差に測誤差に影響するかを確認するため，計算して得反映されたためと考えられる．このことから，全た各励磁成分の強度Ri,j から測定対象のピックアッ体の精度を向上させるためには，姿勢の求め方をプコイルの姿勢と位置を算出するプログラムを開改善する必要であるといえる，本シミュレーショ発して，誤差の大きさを調べた．入力をピックアッンについては，従来のシステム通り励磁コイルのプコイルの姿勢と位置として，ビオ・サバールの周辺と内部の精度の傾向は実際のものと同等であ

法則より各励磁成分の強度を得て，その検出値をることがわかったので，このソフトウェアは致命利用して姿勢と位置を求めるといった，実装置の的な欠点がないことが確認できた．

3.2

た，両者の誤差分布傾向が酷似している理由は，計

ハードウェア部分とソフトウェア部分を一括した次に，直方体形状での励磁コイルの誤差分布をプログラムを開発し，任意の励磁コイル形状での調べた．3[m] × 2[m] × 2[m] の励磁コイルの誤差分–7–

布を Fig. 9 に示す．立方体形状と見比べれば多少誤差が目立ってくるものの，内側では誤差は小さく十分扱うことができる．占有している空間に比較し高精度に検出できる割合が多くはないが，励磁コイル周辺でない限り誤差は 50[mm]以上となることないので，直方体形状でも想定している用途には十分な精度は得られていると考えられる．このFig. 10 励磁コイルの頂点となるジョイント部分．
コイル (紙管) をさすと直交に連結されるシミュレーションにより，直方体励磁コイルでもシステムが動作することを確かめることができた．

4.

システムの実装

4.1

励磁コイルの設計・製作

シミュレーションで立方体以外の励磁コイルでも動作することが確認できたので，新しい励磁コイルの製作を行った．今回は励磁コイルの長さを変えることを目的としたので，直方体の辺と頂点Fig. 11 本研究で作成した励磁コイル(直方体形状)4.2を別々に作り，組立解体できるように設計した．

直方体形状対応のシステムの実装

まず直方体の辺となる部分は非磁性体である紙

実際に直方体で組立解体可能な励磁コイルの設管を利用して，その両端に穴を開けてコイル部分計・製作を行ったので，次に本システムへの実装となる 40 本のフラットケーブルを通して，その両を試みた．しかし，従来のシステムは各成分同じ端に着脱用のコネクタを取り付けた．次に直方体計算として扱い簡略化しているので直方体には対の頂点部分はコイルとなる辺を電気的に接続し，応していない．さらに計算過程上，相関値に対し構造的にも互いに直交するように接続する必要がて姿勢と位置に関する励磁コイル形状固有のテーある．なおかつ４本からなる矩形部分はコイルをブルを必要とし，コイル形状に応じて用意しなけ巻いた状態にしなければならない．そのため，ケーればならない．そこで，解析用プログラムを試験

ブルを単に接続することで一周させるコネクタを的に本システムに組み込んで，実際に直方体形状６個と，給電点付きのコネクタ２個の計８個用意でも動作するか調べた．結果，2[m] の立方体で従した．実際にジョイント部分にケーブル付き紙管来とほぼ近い姿勢・位置が得られ，高さだけ 1[m]を取り付けると Fig. 10 のようになる．また，一辺に変えた直方体で計測した場合では，若干精度はで 40 本あるケーブルは隣接する矩形面にそれぞれ下がったものの十分利用可能な姿勢・位置が検出20 本ずつ使用され，１面のコイル巻き数は 20 回とできた．これで直方体励磁コイルの実装は一通りなる．これで必要なコイルの長さを用意し組み立実現はできたが，この解析用プログラムは収束計

てれば，Fig. 11 に示すような直方体形状を作るこ算を基本としているため，テーブル参照法と比べとができる．なお，中間右寄りにに見られる枠は，て少し精度はよくなる一方で処理速度が大幅に劣延長用かつ強度向上のためのものでありコイルはる．リアルタイム性を要求するモーションキャプ入っていない．

チャではこの手法は実用性に欠けるので，既存の–8–

(a) 角度誤差
Fig. 12(b) 位置誤差

テーブル参照での立方体形状の誤差分布(a) 立方体形状(a) 角度誤差
Fig. 13(b) 位置誤差

テーブル参照での直方体形状の誤差分布システムで行われていたテーブル参照を使って高速化を図ることにした．
そのため，テーブル参照を利用した場合の精度を(b) 直方体形状シミュレーションで評価したところFig. 12とFig. 13

Fig. 14

テーブル参照で位置の誤差分布に示すように，立方体・直方体ともに励磁コイル内部であれば十分精度があることが確認できたの

4.3

で，従来のテーブル参照するシステムを直方体形状でも利用できるように改良し，特定の励磁コイル長さに応じたテーブルを生成するプログラムを開発した．生成するテーブルに関しては，励磁コ

実際に立方体・直方体形状でテーブル参照法を利用した場合に，どの程度精度が出るか実測して検討した．実際に計測した立方体及び直方体での中央を原点とする相対的な位置誤差を Fig. 14 に示す．

イルから任意の距離にある位置 P(x, y, z) に対する協調磁界の振幅ベクトル場 ci (x, y, z) と，差動磁界より求められる仮想ピックアップコイルの振幅Pi,I直方体形状での実証実験

結果としては予想通り内側は精度が良く外側は悪くなる分布傾向にはなったが全体的な精度はいいとは言えず，原因として装置周辺の磁性体の影響，に対する位置 P(x, y, z) の２種類の格子点状のテーブルを必要とする．そこで，各長さに応じた参照テーブルを用意して，必要な大きさの励磁コイルを組み立てて設置すれば簡単に利用でき，実際に動作としても従来のシステム通りの性能で直方体形状でも姿勢と位置を検出することが確認できた．

特に床面の鉄筋による磁界に歪みが大きく，その影響も考慮に入れ励磁コイル自体を床から 500[mm]以上持ちあげて計測したものの誤差が生じてしまった．この対策については後述するが，励磁コイルから生成する磁界の歪みによる影響なので，テーブル参照を用いた計算による問題ではない．

–9–

5.

測定誤差の検討

6.

おわりに前回の直方体実用化の検証を含め，実際に計測

本論文では動作原理を含め，前回の試験的な収を行った際にシステム特有の誤差傾向が見られる

束計算を利用した直方体励磁コイルの適用から，ことがわかったので，条件を色々変えてデータを応答性を重視するため従来通りのテーブル参照を集めて解析することにした．その結果，以下のよ行い，そのための励磁コイルの設計・開発，システうな原因があると判明した．

ムの実装について述べた．そして，新たに励磁コ• 姿勢・位置の繰り返し計算回数による影響

イル形状に応じたテーブルを生成するソフトウェ• 参照テーブルの格子点の分割数による影響

アを開発を行い，元のシステムでも適用できるよ• 励磁コイル周辺での磁場の歪みによる誤差

うに改良することで，直方体形状でも従来通りに• 姿勢の直交補正の手法による影響

姿勢・位置を計測することが確認できた．

• 設置環境による磁性体等による影響

またシミュレーションや実際の計測での検証の

特に，姿勢・位置の繰り返し計算部分について過程で，本システム特有の測定誤差があることがは２回行えば十分な精度が得ると考えられてきた判明したので，原因を追及してそれに対する対策

が，回数を増やすとより励磁コイル周辺でも幾ら方法を考え，いくつか精度を向上させる方法を見か高い精度を出すことができることが判明した．

つけることができた．非接触による姿勢・位置検この処理部分は (テーブル参照では姿勢・位置演算

出としては，現状のシステムでも励磁コイル内部は0.015[ms]以下と)時間を要さないので，回数を増であれば十分な精度とは言えるが，実装レベルのやせば簡単に安定した測定空間を広く確保するこ場合になるといくらか精度が落ちるため，これかとができる．また，差動磁界に関しては中央かららは広範囲での測定空間の精度向上を目指して，７割程度過ぎると直線的な強度分布は崩れかけ，今回の結果をもとに改良を行いたいと思う．

線形補完をする都合上，テーブルの格子点が荒い

最後に，励磁コイル装置周辺部品の開発及び計測と外側の誤差が余計に目立ってくるので，分割数に協力していただいた本研究室と東北学院大学工を増やして外側の精度を向上させた．

学部ロボット研究会一同に，感謝の意を表したい．

磁界の歪みと直交補正の手法については，特に測定空間として利用しない励磁コイル周辺で起こる問題で，コイル内部と比較して磁束が強すぎる

参考文献
1) 赤松和禎: 磁気式モーションキャプチャに関すため分解能の都合でもともと無視していることもる研究, 計測自動制御学会 東北支部 第 226 回研あり，この部分に関しては考慮していない．

究集会, 226-10,(2005)

また，磁性体の影響については小規模な物なら影響は少ないが，鉄筋などの規模が大きくなると

2) 熊谷正朗: 交流磁界を用いたモーションキャプチ

磁界全体が歪んでしまう．対策としては一番ひず

ャの開発，Interface 2004 年 11 月号，pp.107-122，

みの影響を受ける高さ成分の交流電流の振幅を強CQ 出版 (株)くし，他成分との位相を合わせればある程度動作3) 宮田浩: わかる！コイルと磁気と回路の世界，はする．しかし，歪みそのものを取り除くことはできず，CRT ディスプレイのような周期的な磁界を出す物を置くと，測定にばらつきが生じることもあるので，周りに注意する必要がある．

– 10 –

トランジスタ技術 2004 年 8 月号別冊付録，CQ
出版 (株)