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ジャイロセンサーで移動距離を知る事が出来ますか

2001/08/28 14:49

1）ジャイロセンサーは（度/sec ）を示すもの、 x、y、zの各軸用にセンサーを設けて、夫々の角度変位を知る事が出来る、と理解しています。が、このデーターから移動距離が導き出せる、と主張される方が居ます、が、詳しくは説明をしてくれません。私は、加速度センサー等と組み合わせないと、移動距離、は出せないと思うのですが、どなたか教えて頂けたら幸いです。 2）位置情報を知る為の最も簡単なセンサーとしての構成を教えて下さい。

eikokka
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科学
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noname#12265

2001/09/02 02:58 回答No.5

　ワタシが（勝手に）想像していた状況とかなり違うので困ってしまっています(A^-^;)。 >相当以前の事ですが、株)村田製作所が圧電ジャイロを発表し、エレショー >で人形が自転車に乗ったデモを見せていました。　村田製作所さんの圧電ジャイロは確か・・・・カーナビ用のヤツでは？　ワタシは専ら純粋な計測用しか考えていなかったのでかなり高価なモノばかりを思い浮かべていましたが（と申しますか、量産品は眼中になかった、と申しますか・・・・）、これは量産品（のはず）なので確かに安いでしょう。　これはもしかして、構造的には振動ジャイロ・・・・としますと、確かに回転角速度を検出出来る事になるでしょう。 >。”レイトジャイロなら、プラスチック製の小型で廉価な”との言葉は厚電 >ジャイロを指していますか、つまりdegree/secでは無いはずと言う事に >なりますか。　かつて某自動車用の某制御装置に組み込まれていたモノ（量産品）を思い出して斯様に打ちましたが、御意に御座います。コイツは回転角加速度しか検出出来ないモノでした。　値段的には￥１.5～￥2万程度でしたが、そぅしますと村田さんのジャイロの方が明らかに安いと思われますし、そもそも遥かに小型です。　・・・・などとワタシも雑談みたいになってしまい何の結論も出ませんが、雑談ついでに(^_^)ゞ・・・・前回の貴殿の補足を拝読致しますと、何やらモーション・コントローラ的なモノを御計画の様にお見受け致しましたが、このジャイロやGセンサのシステムが人間のモーション解析（モーション軌跡の記録）に利用出来たら、あまり前例の無い人間工学系の計測方法が確立出来るのではないか？とゆぅ気がしています。　この方法、ウチでもちょっと追求してみようかな？と考えています。

質問者

お礼 2001/09/05 14:03

雑談(失礼)の中でヒントを掴んだようで、さすが！！ですね。チョッピリお役に立てたような気がして嬉しいです。たくさんの事を教えて頂きありがとう御座いました。

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noname#12265

2001/08/29 17:57 回答No.4

　ん～人体のモーション、でしたか～。 >必要な位置情報は数m程度の範囲とします。人が手足首を動かす移動速度で。 >検出能力、分解能は１０mm程度を目指したい　ここまで小さい値の位置計測は経験がないので、残念ながらよいアドバイスが出来そぅもありません。ただ、これほど微小な運動で、ジャイロやGセンサで得られたデータがどこまで信頼出来るのか？ワタシが知る限りのジャイロとGセンサの構造を鑑みるに、ちょっと疑問です・・・・。　　積分誤差はサンプリング数や小数第何位まで計算するかによって違って来ますので、一概には言えません。車両運動の計測での経験では、すぐに１０％程度の誤差が出てしまい、ナニを見ているのか判らなくなってしまいますが、これほど小さい動きではどぅでしょう？　さて、人体のモーション解析としますと、クルマなら車両の乗降性の検討とゆぅのがありますが、この場合は画像処理を使います（各関節にマーカーを付け、その軌跡をカメラで捉える、とゆぅモノです）。　あくまでも画像上の解析なので、この方法では３次元の情報が得難いですし、そもそも位置よりも動きの量を見るのが目的なので、数mmなどとゆぅ小さい位置情報ではありませんし・・・・。 >・・・・とありますが、”回転角速度” >の同じ言葉で説明されています？？　ん？ほ～なるほどなるほど(;^_^A)、もちょっと、よ～っくお読み下さい。 >回転角速度を測定する事になりますので、するとここでの >ジャイロセンサとはフリージャイロですね？（レイトジャイロですと、 >回転角加速度を検出する事になります）　御質問にありますジャイロセンサはdeg/Secとの事なので角速度（そくど）検出型ですね？ここで述べましたレイトジャイロは角加速度（かそくど）を検出するモノです。　ジャイロは大きく別けて２種類あります。　比較的安価で扱いも容易なヤツがレイトジャイロで、これは回転角加速度（かそくど）しか測定出来ません。　もぅ一方は、飛行中の航空機の位置検出にも使われる、フリージャイロとかレーザージャイロと言われるモノです。コイツは角速度（そくど）が検出可能で、故にGセンサと組み合わせて積分していくと、移動中の物体の運動軌跡や位置が検出出来ます（ちなみに、飛行機の場合はどぅして積分したデータでヨイか？ですが、補正回路が常にデータを見張っている事になっています。この補正式の具体的な中身は知りませんが、地球の自転の影響も補正する様なので、コンパスなどとリンクしているのかもしれません。更に近年ではGPSの信号も使えるので、飛行機では全く問題なく位置検出が可能でしょう。勿論、レイトジャイロでも処理の仕方で位置検出が可能になりますが、２度積分しなければならないので誤差もそれなり、そして補正もよりヤッカイとなるでしょう）。　このフリージャイロ、中で地球コマが回っている様な構造なので、大変精密で高価な上、衝撃には滅法弱く、扱いが難しいです。位置情報をそのままアウトプットしてくれるタイプなら起動時に測定開始点の緯度と経度を打込まなければならず、結構面倒クサイのもマイナスポイントですね。　さて、人体のモーション測定が狙いと伺い、ちょっと疑問に思ったのがセンサ自体の大きさです。　どの様な実験をお考えか判らないのですが・・・・例えば手の動きを追いかけたい場合、手にGセンサやジャイロを貼って測定する、と考えてよろしいのでしょうか？　そぅしますと、ワタシが知る限り、フリージャイロにはあまり小型なものが無かったはずなので、結構苦しい実験になる様に思います。レイトジャイロなら、プラスチック製の小型で廉価なヤツが出回っていますが・・・・それとも最近は、フリージャイロでも超小型のモノがあるのでしょうか？この辺りの話は、ワタシには判りません。　ただフリージャイロは、回転運動ばかりではなくその軸方向の加速度も測定出来るモデルが多いので（と申しますか、そればかり。３軸回りの回転運動を測定可能なモデルなら、プラス３方向の加速度で６分力計となります）、するとGセンサを付ける必要はなくなります。　すると、もしかしたら、ジャイロだけで位置検出が出来ると主張されている方は、この手のフリージャイロを使う事を想定しているのではありませんか？それなら見掛け上、Gセンサは要らなくなります（勿論、ジャイロ本体でGを検出しているだけなのですが）。　尚、Gセンサ自体はサイコロみたいなサイズのモノもありますので、こちらは被験者の手に貼り付けてもそれほど無謀ではないでしょう。　・・・・なんか、ダラダラ長いワリには結論の出ない回答になってしまいましたが・・・・最後の最後で逃げる様ですが(^-^;)、やはりここは計測器メーカーに直接御相談されるのが一番手っ取り早いのではないでしょうか？　とりあえず、ワタシが使った事のあるセンサは・・・・Gセンサなら共和電業さん、ジャイロなら東京航空計器さんや日本航空電子さん辺りでしょうか？

質問者

補足 2001/08/29 20:30

ここまでご丁寧にご教示して戴き誠に恐縮しています。loftybridgeさんの姿勢に甘えさせて頂き、少し補足の書き込みををさせて頂きました。相当以前の事ですが、株)村田製作所が圧電ジャイロを発表し、エレショーで人形が自転車に乗ったデモを見せていました。のろのろと動くでもなく、転ぶでもなく、姿勢を保って自転車を漕いでいました。今回のテーマがこの程度かなと、当時の光景を思い出して、あの”ジャイロセンサー”を使って見みたらどうですか！！がきっかけです。これよりは位置情報が欲しい分、少し欲張っていますが、飛行機をコントロールする事からすると全く遠い狙いです。ちなみに、この圧電ジャイロセンサーは10-20mm程度で指先に乗る程のサイズです。今回のテーマでは、正しくは計測ではなく、ある種のマンマシンインターフェースに利用する事が狙いで、精度は第二で、大まかに素早くデーターを得ることが要求されます。累積誤差が１０％程度簡単に出て来てしまうとしたら補正、あるいは大胆に定期的なリセットが必須と考えていないといかん訳ですね。角速度と角加速度の違い！、目が吃ってしまった様で、失礼致しました。圧電ジャイロのカタログに出力はdegree/secと記載されています。”レイトジャイロなら、プラスチック製の小型で廉価な”との言葉は厚電ジャイロを指していますか、つまりdegree/secでは無いはずと言う事になりますか。価格の事が出たついでに、圧電ジャイロセンサーはサンプルでも子供の小使い程度です。loftybridgeさんの周辺の、この説明で想定しているジャイロはどの程度の物ですか、”廉価で”とは？、ほんの参考までに！雑談みたいになってしまいました、すみません。

noname#12265

2001/08/29 00:43 回答No.3

　自分は計測器屋ではありませんが、自動車の運動性能を専門とするエンジニアで、車両運動を測定する上でヨー運動と加速度の計測は基本です。よって、一応経験者、と申告致しました。１）御質問の内容ですと回転角速度を測定する事になりますので、するとここでのジャイロセンサとはフリージャイロですね？（レイトジャイロですと、回転角加速度を検出する事になります）　結論から申しますと、各方向の加速度、或いはせめて速度情報がなければ移動軌跡が推定出来ません。故に、距離も計算出来ないでしょう。　ジャイロの信号だけですと、その場でヨー運動を起こしているのか、全体が移動しながら向きが変わっているのか判断出来ないと思われます。２）位置情報とゆぅのは、物体の運動開始地点からの相対値でよろしいのでしょうか？　そぅしますと、位置情報を得る最も簡単なセンサの構成はジャイロ＋Gセンサですが、信号を積分しなければならないので誤差が雪ダルマ式に増加していきます。　　デジタルデータでもアナログデータでも、時間軸で相対的な変位量を測定する場合、生データを積分していく解析手法は、この積分誤差の為に可能な限り避けるのが常套です。　尚、６分力（各軸方向のベクトルとその軸回りの回転運動）が同時に測定可能なフリージャイロなどでは、更に地球の自転の影響まで出ますので益々話がややこしくなります（１周３km程度のテストコースをクルマでグルグル回って取ったデータでリサージュさせると、ゼロ点が段々ドリフトしていきます）。　どの様な大きさの物体のどの程度の移動量を測定されたいのか御質問からでは判りませんので一概には言えませんが、例えばクルマ程度の物体の位置検出には、今のところGPSに勝るモノはありません。

質問者

補足 2001/08/29 09:36

2）当面の目的は人の５体の動きを記録出来ないかなと思っています、必要な位置情報は数m程度の範囲とします。人が手足首を動かす移動速度で。検出能力、分解能は１０mm程度を目指したい、精度は？？出来たとこで！と言うところです。累積誤差はどの程度が予測されそうでしょうか。車とは大分離れますが、アドバイスが頂けたら幸いです。先のご回答に”回転角速度を測定する事になりますので、するとここでのジャイロセンサとはフリージャイロですね？（レイトジャイロですと、回転角加速度を検出する事になります）”とありますが、”回転角速度” の同じ言葉で説明されています？？せっかくですので、もうちょっと補足をして頂けませんでしょうか。