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フォースプレート Python Library

テック技販製フォースプレート用のPythonライブラリです。

機能

  • FTDI USB経由でのデバイス接続・通信
  • 測定データの収集（120Hz〜10000Hz）
  • ゼロ調整
  • AD値から工学値への変換
    • 6分力（Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz）
    • 作用面上モーメント（Mx', My'）
    • COP（Center of Pressure）

必要条件

  • Python 3.8以上
  • FTDI D2XXドライバ（FTDIの公式サイトからダウンロード）

インストール

Windows

  1. FTDI D2XXドライバをインストール

  2. Pythonパッケージのインストール

    pip install -r requirements.txt

Linux (Ubuntu/Debian)

  1. FTDI D2XXライブラリをインストール

    # ダウンロード（バージョンは最新を確認: https://ftdichip.com/drivers/d2xx-drivers/）
wget https://ftdichip.com/wp-content/uploads/2025/11/libftd2xx-linux-x86_64-1.4.34.tgz

# 展開
tar xzf libftd2xx-linux-x86_64-1.4.34.tgz

# インストール
cd linux-x86_64
sudo cp libftd2xx.so /usr/local/lib/libftd2xx.so.1.4.34
sudo ln -sf /usr/local/lib/libftd2xx.so.1.4.34 /usr/local/lib/libftd2xx.so
sudo chmod 0755 /usr/local/lib/libftd2xx.so.1.4.34
sudo ldconfig

  2. Pythonパッケージのインストール

    pip install -r requirements.txt

  3. ftdi_sioモジュールのアンロード（実行時に必要）

    Linuxのftdi_sioカーネルモジュールがデバイスを先に確保するため、D2XXライブラリからアクセスできません。 デバイス使用前に以下を実行してください：

    sudo rmmod ftdi_sio
sudo rmmod usbserial

  4. udevルールの設定（sudoなしで実行する場合）

    デフォルトではUSBデバイスへのアクセスにroot権限が必要です。 以下のudevルールを追加すると、一般ユーザーでも実行できます：

    # udevルールを作成
sudo tee /etc/udev/rules.d/99-ftdi.rules << 'EOF'
# FTDI FT232 - allow all users
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="0403", ATTR{idProduct}=="6001", MODE="0666"
EOF

# ルールを再読み込み
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

    設定後、USBデバイスを再接続してください。

WSL2 (Windows Subsystem for Linux)

WSL2でUSBデバイスを使用するには、usbipd-winが必要です。

  1. Windows側でusbipd-winをインストール

    winget install usbipd

  2. USBデバイスをWSLにアタッチ（PowerShell管理者）

    usbipd list                        # BUSIDを確認
usbipd bind --busid <BUSID>        # 初回のみ
usbipd attach --wsl --busid <BUSID>

  3. WSL側でftdi_sioをアンロード

    sudo rmmod ftdi_sio
sudo rmmod usbserial

ファイル構成

ファイル 説明
forceplate.py メインデバイス制御クラス
ftdi_comm.py FTDI USB通信モジュール
packet_parser.py パケット解析・工学値変換
test_connect.py 接続テスト
test_zero.py ゼロ調整テスト
test_measure.py 測定テスト（リアルタイム表示）
test_measure_nozero.py 測定テスト（ゼロ調整なし）
test_ext.py 外部トリガ測定テスト

使い方

接続テスト

from forceplate import ForcePlate

fp = ForcePlate()

# デバイス一覧を取得
devices = fp.list_devices()
for dev in devices:
    print(f"Index: {dev['index']}, Serial: {dev['serial']}")

# 接続
if fp.connect(0):
    print(f"接続成功: Serial={fp.rmt_info.serial}")
    fp.disconnect()

測定

import time
from forceplate import ForcePlate, Frequency, Range
from packet_parser import EngCh

fp = ForcePlate()

# 接続
if fp.connect(0):
    # 測定設定
    fp.set_frequency(Frequency.F1000)  # 1000Hz
    fp.set_range(Range.R3K)            # 3000Nレンジ

    # ゼロ調整
    fp.zero()

    # 測定開始
    fp.start()

    # データ取得・工学値変換
    while measuring:
        if fp.data_count > 0:
            ad_data = fp.get_data()
            for fp_idx in range(fp.fp_count):
                # az: FP上面～作用点までの距離（敷物の厚み）[mm]
                eng_data = fp.ad_to_eng(ad_data[fp_idx], fp_idx, az=10.0)
                fz = eng_data[0, EngCh.FZ]  # 鉛直力
                cop_x = eng_data[0, EngCh.COP_X]  # COP X
                cop_y = eng_data[0, EngCh.COP_Y]  # COP Y
                # データを処理...
        time.sleep(0.0001)  # GIL競合回避

    # 測定停止
    fp.stop()
    fp.disconnect()

工学値チャンネル（10ch）

チャンネル 説明 単位
FX 水平力X N
FY 水平力Y N
FZ 鉛直力 N
MX モーメントX N*m
MY モーメントY N*m
MZ モーメントZ N*m
MXD 作用面上モーメントX (Mx') N*m
MYD 作用面上モーメントY (My') N*m
COP_X 圧力中心X mm
COP_Y 圧力中心Y mm

測定周波数とまとめ数

周波数 まとめ数 データ更新レート
10000Hz 100 100Hz
5000Hz 100 50Hz
2500Hz 100 25Hz
1000Hz 100 10Hz
500Hz 100 5Hz
250Hz 100 2.5Hz
240Hz 24 10Hz
120Hz 12 10Hz

まとめ数について

「まとめ数」は1回の get_data() 呼び出しで取得されるサンプル数です。

  • データ更新レート = 周波数 ÷ まとめ数
  • 例: 1000Hz、まとめ数100 → 100サンプルが10Hz（0.1秒）ごとに届く

get_data() の戻り値は [fp_count, matome, channels] の3次元配列です：

ad_data = fp.get_data()  # shape: [1, 100, 6] (1台、100サンプル、6ch)
eng_data = fp.ad_to_eng(ad_data[0], 0, az=10.0)  # shape: [100, 10] (100サンプル、10ch)

# 100サンプルの平均値を計算
fz_mean = eng_data[:, EngCh.FZ].mean()

# または各サンプルを処理
for i in range(fp.matome):
    fz = eng_data[i, EngCh.FZ]

測定レンジ

レンジ TF-4060のFz定格容量
R3K 3000N
R6K 6000N
R10K 10000N

※ 上記はTF-4060の例です。実際の定格容量は型式により異なります。 各フォースプレートの正確なフルスケール値は amp(index).fs で取得できます。

COP計算仕様

# センサ中心～作用点までの距離
total_az = |az0| * 1000 + az [mm]
  - az0: センサ中心～FP上面 [m]（AmpInfoから取得、絶対値を使用）
  - az: FP上面～作用点までの距離（敷物の厚み）[mm]

# 作用面上のモーメント
Mx' = Mx - Fy * total_az / 1000
My' = My + Fx * total_az / 1000

# COP (Fz >= FzLimit のとき)
COPx = -My' / Fz * 1000 [mm]
COPy = Mx' / Fz * 1000 [mm]

注意事項

  • 設定変更はIdle状態でのみ可能
  • ゼロ調整は測定前に毎回実行してください
  • 測定ループには time.sleep(0.0001) を入れてください（GIL競合回避のため）
  • 測定周波数の上限はFP接続台数により異なります
    • 10kHz: FP 2台まで
    • 1kHz: FP 8台まで

APIリファレンス

プロパティ

プロパティ 型 説明
status RmtStatus リモコンのステータス
rmt_info RmtInfo リモコン情報
fp_count int 接続FP台数
frequency Frequency サンプリング周波数
range Range 測定レンジ
matome int まとめ数
data_count int バッファ内のデータ数
is_connected bool 接続状態

RmtStatus

値 説明
NO_DEVICE 未接続
IDLE 待機中
EXT 外部トリガ待ち受け中
MEASURE 測定中
ZERO ゼロ調整中
LEVEL レベルトリガ待受中
SLEEP スリープ中
ERROR エラー発生

接続・切断

メソッド 引数 戻り値 説明
list_devices() なし List[dict] 接続可能なデバイス一覧を取得
connect(device_index) int bool インデックスで接続
disconnect() なし なし 切断

測定制御

メソッド 引数 戻り値 説明
start() なし bool 測定開始
stop() なし bool 測定停止
ext() なし bool 外部トリガ待ち状態に移行
zero() なし bool ゼロ調整（10秒タイムアウト）

データ取得・変換

メソッド 引数 戻り値 説明
get_data() なし np.ndarray AD値配列を取得
ad_to_eng(ad_values, fp_index, az, fz_limit) 各種 np.ndarray AD値を工学値に変換

設定

メソッド 引数 戻り値 説明
set_frequency(frequency) Frequency bool サンプリング周波数設定
set_range(range_val) Range bool 測定レンジ設定
amp(index) int AmpInfo アンプ情報取得

ライセンス

MIT License - 株式会社テック技販

バージョン

  • 1.0.0.0: 初版リリース

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テック技販製フォースプレート用Pythonライブラリ

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