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9軸ワイヤレスモーションセンサ ZMP® IMU-Z2 & SDK 2014

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

 モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

人間の動きの計測などに最適なモーションセンサです。3軸加速度、3軸角速度、3軸地磁気の9軸モーションセンサを搭載し、Bluetooth(無線)、またはCAN(有線)で最大28 個まで接続できます。身体に複数取りつけて動きを詳細に計測したり、ユーザインターフェースの研究開発などに使用できます

拡張カルマンフィルタ(EKF)による高精度かつ応答速度が向上した姿勢推定ライブラリも利用可能です。

センサ本体のみの一般的な製品に対し、ZMP® IMU-Z2には、充実した開発環境(アプリケーション、ライブラリ、サンプルプログラム)が用意されています。

 

特徴 – センサ

高速・高精度モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

  • MEMSによる小型、高性能なセンサデバイス(STMicroelectronics社製)搭載 (3軸加速度センサ、3軸角速度センサ、3軸地磁気センサ)
  • 地磁気センサにより姿勢がわかるため、静的な状態で絶対角の計測が可能。さらにジャイロと組み合わせることで動的な状態でも計測可能に
  • ダイナミックレンジを変更することで、研究用途に応じて精度の高い計測が可能

小型/ワイヤレス

  • 小型であり、Bluetoothにより無線通信可能なため、取り付け対象や位置を選ばない
  • 対象の運動性能への影響をしない軽量さ
  • 有線(CAN)でも接続可能
活用事例システム構成例センサ仕様特徴-SDKSDK(IMU-Z2付属ライブラリ)SDK(サンプルプログラム)SDK (グラフィカル環境)

用途

新しいデバイス自体の研究開発、新しいデバイスを用いたアプリケーションの研究開発に

  • ユーザインタフェース
    • ジェスチャ・手話などの入力、ウェアラブルコンピュータ、次世代入力装置、ユビキタスコンピューティングなど
  • エンターテインメント
    • ゲーム、家電コントロール、など
  • ヘルスケア
    • 健康管理、フィットネス、など

3次元動作計測に

  • 3次元動作解析、カメラを使用しない人体計測・モーションキャプチャツール
  • 人間情報の研究、センサネットワークの研究
  • ドライバーのハンドル操作検出、居眠り運転の検出、工場の作業員の動作モニタリング
  • 物にかかる負荷の検出(運搬物にかかる過度な揺れの検出、商品保管状態の検出など

システム構成例

システム構成例

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

仕様

センサ 3軸加速度センサ(±2/4/8/16 [G](切替可)、12 [bit]*)

3軸ジャイロセンサ(±250/500/2000[deg/s](切替可)、16[bit] *)

3軸地磁気センサ(±0.88~8.1[gauss](切替可)、12[bit] *) (*サンプリングレートによります)

CPU ARM Coretex-M3プロセッサ
通信インタフェース Bluetooth Ver2.0+EDRクラス1、CAN
サンプリングレート 加速度センサ:最大1[msec]/ジャイロセンサ:最大3[msec]/地磁気センサ:最大6[msec]
サイズ 36×52×11[mm] (基板のみ 28[mm]×43[mm]×10[mm])
重量 20[g](電池、バンド含まず) 基板のみで使用する場合10g
電源 3.3~15[V]

※測定範囲の拡大も可能です。詳しくはお問い合わせください。

特徴 – SDK

 SDKは、IMU-Zをユーザのアプリケーションから簡単に利用するための様々な機能を提供しています。SDKはWindowsの.NETコンポーネントとして提供されていて、Micorosft Visual Studio など、汎用的な環境で開発を行うことができます。Windowsから利用できるほかのセンサなどのデバイスとの統合や、既存のソフトウェア資産との連携も簡単です。

 全てのライブラリをカバーする豊富なサンプルプログラムが備わっているため、すぐにプログラミングを始めることが可能です。拡張カルマンフィルタ(EKF)による高精度かつ応答速度が向上した姿勢推定ライブラリも利用可能となりました(2013/11/5)。

 Windows7 「Sensor & Location Platform」にも対応。標準のAPIによってデバイスをコントロール可能なため、Windows7上でモーションセンサを活用したアプリ開発が容易。※Windows XP(SP3)、Windows VISTA(SP1)でも動作します。

すぐに使えるアプリケーション

  • 9軸(3軸加速度、3軸ジャイロ、3軸地磁気)のセンサデータのグラフ表示とログ出力が可能。複数使用時も同期をとって出力。
  • 9軸のデータを統合して姿勢データや絶対座標に変換可能なライブラリが付属しているため、他のシステムとの連携やアプリケーションでの活用も容易。
  • 身体に複数取り付けたセンサのリンク情報に基づいた姿勢のキャプチャ、および、その姿勢をリアルタイム表示可能な3Dビューワーも付属。
アプリケーション例
モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

Model Draw Application

(センサ11個)

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

〃(センサ7個)

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

3D Viewer

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

人間の上半身と下半身モーションのキャプチャデータをリアルタイム3D表示

  • 測定されたセンサの姿勢データと運動学を組み合わせ、肩、腕、手などの位置を特定して表示
  • 各リンクの姿勢はワールド座標系で取得できるため、運動学の演算誤差がリンク先へ伝播しない
  • プリセットモデルとして、従来の上半身11個に加え、上半身5個、下半身(5個、7個)、腕(2個、3個)を追加。エディタUIの強化で任意のモデル作成も容易になりました。
センサ単体での絶対姿勢を表示する3Dビューワ

  • センサの姿勢を表す3Dオブジェクトと、9軸のグラフをリアルタイムで表示
  • ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサのデータを、センサフュージョン技術により組み合わせ、絶対姿勢を検出
  • 静的な姿勢を取得できる地磁気センサとの組み合わせにより、ジャイロセンサのドリフトに影響されない姿勢測定が可能

SDK > IMU-Z2付属ライブラリ

Windows .net上のライブラリ(フィルタ/姿勢推定器、運動学、3Dグラフィクス)の提供により、スムーズなアプリケーション開発をサポート。

通信

IMU-Zは、Bluetooth、CAN、USB、そしてアクセスポイント経由でTCPなど、利用の目的によって様々な接続と通信方法で利用できます。ImuzCommunicationライブラリは、これらを統一的に扱うための、簡単な通信APIを用意しています。また、ユーザが通信ポートをGUIから扱う場合に便利なCOMオープンダイアログや通信モニタダイアログなど、アプリケーションの一部として利用可能なコントロールを多く提供しています。

  • ライブラリ概要
    • IcommunicationPort, CommunicationManager, PortOpenDialog, PortSettingDialogImuzManagerDialog, CommunicationMonitorDialog
  • クラス図

フィルタと姿勢推定器

ImuzEstimatorライブラリは、IMU-Zから取得した信号を処理する便利な機能を提供します。IMU-Zの3次元空間内での姿勢を計算するための姿勢推定器を3種類。信号処理に汎用的に利用できるFIRフィルタ、IIRフィルタ、とこれらの係数を計算するためのフィルタデザイナ。4次のベクタ、4行4列のマトリクスクラス、回転や姿勢の演算のためのクォータニオンなど、空間内の変数を扱うために必要な基本的な演算を全て備えます。

  • ライブラリ概要
    • CompositePoseEstimator, StaticPoseEstimator, DynamicPoseEstimator, IFilterChain, FilterChainPositionFromAcc, FilterChainAngleFromGyro, FilterChainStaticAcc, FilterChainStaticComp, FilterChainFilterdGyro, FIlterIIR, FilterFIR, StaticsFilter, DeadbandFilter, FilterDesignerBiquad, FilterCoeffs, Fifo, Vec4, Mat4, Quarternion, Matrix
  • クラス図
  • 姿勢推定ライブラリの使用例

    モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

運動学

ImuzKinematicsライブラリは、シリアルリンクモデルの3次元位置を計算するための運動学モデルクラスと、運動学解析クラスを提供します。ImuzEstimatorの出力を入力するだけで、実時間でモデルのポーズが出力されます。モデルはユーザが自由に構築することが可能です。

  • ライブラリの概要
    • KinematicsMode, KinematicsViewMode, CalibrationKinematicsView, IForwardKinematicsSolver, ForwardKinematicsSolver, ForwardKinematicsSolver2, Link, Shape, Pose
  • クラス図
  • 運動学ライブラリの使用例

    IMU-Zライブラリでは、運動学を使って位置の計算が可能です。運動学モデル(リンク数、リンク長、構成)はユーザが自由にカスタマイズできます。IMU-Zライブラリで採用している運動学は、各リンクの角度誤差が先のリンクに伝播しないため、高精度な演算が可能です。通常の運動学は、親から子への相対角度変位を、積み重ねていくため、誤差も積み重なります。IMU-Zでは各リンクの姿勢は、姿勢推定器により世界座標で得られているため、角度については積み重ねて計算する必要がないためです。

    モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

    運動学のサンプルプログラムです。リンクの根元に正弦波の振動を与えた際の各リンクの位置をアニメーション表示しています。

    (左)通常の運動学による計算例。角度誤差の伝播により先端の位置がずれていく。

    (右)IMU-Zによる計算例。各リンクの姿勢は世界座標のため先端のずれは極小化可能。

グラフィクス

ImuzDrawライブラリは、xnaフレームワークを利用した3Dの表示機能です。位置と姿勢を与えるとすぐに表示されるようなシンプルに利用できるAPIとしています。アプリケーションに3D表示機能を付加することで、簡単にセンサの姿勢や動作を可視化できます。

  • ライブラリの概要
    • ImuzDraw, Pyramid
  • クラス図

SDK > サンプルプログラム

  • DigitalCompassSample (デジタルコンパス)
  • EulerAngleSample (姿勢を角度(Roll、Pitch、Yaw)へ変換)

    モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

  • OfflineEulerConverterSample (ログデータを読み込んでグラフ表示)
  • TiltSensorSample (加速度センサをつかった傾斜センサ)
  • MsgDecodeSample(C/C++の通信サンプル)
  • ImuzCommunicationSample(MFCの通信サンプルアプリ)
  • CSimpleCom(MFCの通信ライブラリ)
  • CImuzPacket(MFCのパケット変換ライブラリ)
  • ImuzLiteCommunicationSample(C/C++の通信サンプル、IMU-Z Lite用)
  • SimpleCommunicationSample(簡単な通信サンプル)
  • ImuzSingleCommunicationSample(1つのセンサの計測とグラフ表示)
  • ImuzMultiCommunicationSample(複数のセンサの計測とグラフ表示)
  • FilterSample(フィルタ)
  • GraphicDrawSample(3D描画)
  • PoseEstimatorSample(3種の姿勢推定器)

    モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

  • ArmKinematicsSample(3リンクアームによる運動学表示)

    モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

SDK > グラフィカル開発環境LabVIEW対応

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

ZMP® IMU-Z 2011開発環境が、ナショナルインスツルメンツ社製グラフィカル開発環境LabVIEWに対応しました。NI LabVIEWは、テキストでのプログラミングではなく、アイコンとワイヤを使用する直感的なインタフェースでアプリケーション開発が可能な開発環境です。

NI LabVIEWへの対応により、姿勢推定や運動学計算といったZMP® IMU-Zの充実したライブラリの使用や、NI LabVIEWの持つフィルタなど高度な信号処理機能との組み合わせが可能となり、9軸センサを用いたアプリケーション開発の効率化、開発期間の短縮が期待できます。

グラフィカル開発環境で9軸センサのアプリケーション開発が可能

ナショナルインスツルメンツ社製グラフィカル開発環境LabVIEWへ対応。C言語のようなテキストでのプログラミングではなく、アイコンとワイヤを使用するフローチャートに似た直感的なインタフェース(上図上部)にて、9軸センサデータを使用したアプリケーションの開発が可能です。

姿勢推定や運動学のライブラリがNI LabVIEWから利用可能に

NI LabVIEWで、9軸センサデータの集録ができます(上手下部)。また、加速度・ジャイロ・地磁気の3種のセンサを組み合わせた姿勢推定や運動学計算など、ZMP® IMU-Zの充実したライブラリもNI LabVIEWから利用できます。

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

NI LabVIEWの豊富な機能との組み合わせが可能

フィルタなど高度な解析および信号処理や、ドラッグアンドドロップによるデータ表示機能など、NI LabVIEWの持つ豊富な機能と組み合わせることで、高度なアプリケーションの開発が可能となります。

LabVIEW用サンプルアプリケーション

通信サンプル(IMU-Z Viewer VI) 姿勢推定サンプル(IMU-Z 3D Viewer VI)
1台のIMU-Zのデータをグラフで表示します。

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

1台のIMU-Zのデータをグラフで表示します。また、同時に 3Dモデルを表示することができるアプリケーションです。

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

運動学計算サンプル(IMU-Z ArmKinematicsSample VI)
3台の円錐型のパーツを組合わせた3Dリンクを表示します。

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

モーションセンサ モーションセンサー 加速度 ジャイロ 地磁気 センサ センサー

価格

単体でのご購入の方

  • 9軸ワイヤレスモーションセンサZMP® IMU-Z2 & SDK2014

    一般 298,000円(税別)/アカデミック 198,000円(税別)

    • 内容
      • ワイヤレスモーションセンサ 1個
      • アプリケーション:「Model Draw Application」、「3D Viewer」、「IMU-Z Viewer」
      • ソフトウェア開発環境(SDK):ライブラリ、ドライバ、サンプルプログラム、ドキュメント
  • ワイヤレスモーションセンサ(追加用)

    一般 98,000円(税別)/アカデミック78,000円(税別)

セットでのご購入の方

  • 3個セット

    一般494,000円、アカデミック354,000円

    腕部などの計測に。

  • 5個セット

    一般690,000円、アカデミック510,000円

    両腕、上半身などの計測に。

  • 11個セット

    一般1,278,000円、アカデミック978,000円

    上半身の計測に。

  • 17個セット(全身モーションキャプチャシステム BodyMotion

    一般250万円、アカデミック200万円

    全身の計測に。PCや取付用パーツがセットになったパッケージです。

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関連製品情報

製品
全身モーションキャプチャ IMU-Z Body Motion
全身計測用セット。PCや取付用パーツがセットに
6軸モーションセンサ ZMP IMU-Z Cube
400Gまで計測可能な3軸加速度、3軸ジャイロを搭載
IMU-Z Cube
オプション
データロガー パッケージ
屋外での移動体や小型の車両など、PCを使わずにデータ取得可能
MATLAB/Simulink対応
9軸センサを利用したアプリケーションの構築やセンサ情報収集・解析がMATLAB/Simuink上で可能に
薄型リチウムイオン電池 (210mAh)+充電器
わずか7gの軽量リチウム電池
テキスト
『IMU-Zで学ぶ 9軸モーションセンサ』
9軸センサ(3軸ジャイロセンサ、3軸加速度センサ、3軸地磁気センサ)の機能、動作原理とデータの解析方法を基礎から学べるテキストです。実際のセンサのモーションデータを利用して、速度、変位、角度などの算出方法を学ぶ実用的な内容となっています。また、歩行や腕のふり計測などを題材にした演習問題など、授業に導入しやすい内容となっています。

 

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