特集③:人間工学のための計測手法第1部:動作計測(2)-慣性センサによる動作計測一

摘要

近年,MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の発展と新原理の発見によって,センサの小型化,低価格化が進hでいる.慣性センサ(ジャイロセンサと加速度センサ)は,航空機や宇宙機に搭載され,姿勢制御や軌道制御に使用されてきたが,大型かつ高価格なリングレーザージャイロやサーボ型加速度計が使用されており,他分野への使用は困難であった.しかし,慣性センサは著しく小型化,低価格化が進hだため,様々な分野で使用されるようになった.人間の動作計測を行うための方法として,慣性センサを身体部位に装着する方法が提案されており,医療?福祉分野への利用だけでなく,高速運動を伴うスポーツの動作計測への利用が試みられている.これらの分野においては,主に光学式モーションキャプチャシステムやディジタルビデオカメラを用いたDLT法が使用されており,バイオメカニクス解析においては,取得したマーカーの位置座標とフォースプレートから得られる反力情報を併用することによる運動学的(Kinematics)解析,動力学的(Kinetics)解析が行われている.一方,慣性センサから得られる計測情報は取り付けた部位の角速度,取り付けた位置の加速度であり,モーションキャプチャシステムから得られる位置情報と比べて限定された情報である.慣性センサを用いて,運動学的解析や動力学的解析を行うためには,身体情報や姿勢情報が必要不可欠であり,姿勢情報を得るためには,慣性センサの情報を変換する必要がある.MEMS技術を使用して開発されている慣性センサの多くは,振動ジャイロセンサ,圧電型加速度センサであり,航空宇宙分野において用いられているセンサと比べると性能的には劣るため,ドリフト誤差は大きくなる.運動学において重要な位置情報や角度情報に変換するためには,積分計算が必要であるが,ドリフト誤差が蓄積されて誤差が増大するため,何らかの誤差補正を行う必要がある.