JPH067053B2 - Attitude sensor - Google Patents

Attitude sensor

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JPH067053B2
JPH067053B2 JP61246489A JP24648986A JPH067053B2 JP H067053 B2 JPH067053 B2 JP H067053B2 JP 61246489 A JP61246489 A JP 61246489A JP 24648986 A JP24648986 A JP 24648986A JP H067053 B2 JPH067053 B2 JP H067053B2
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JP
Japan
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strain
spring plate
spring
angle
support frame
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繁己 山崎
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Publication of JPH067053B2 publication Critical patent/JPH067053B2/en
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、構造体や移動体の傾斜角,傾斜方位角または
角速度,角加速度等の検出に利用される姿勢センサに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a posture sensor used for detecting a tilt angle, a tilt azimuth angle or an angular velocity, an angular acceleration, etc. of a structure or a moving body.

従来技術 産業用ロボット、船舶、土木建設工事用、特殊車両等
で、常に全方位傾斜角度を検知したいという要請がある
が、この場合最大傾斜角と方位角が同時に検知されなけ
れば検知値を自動制御その他に利用できない場合が極め
て多い。
Conventional technology For industrial robots, ships, civil engineering construction works, special vehicles, etc., there is a demand to always detect the omnidirectional tilt angle.In this case, if the maximum tilt angle and the azimuth angle are not detected at the same time, the detected value is automatically detected. In many cases, it cannot be used for control or other purposes.

従来の傾斜角測定装置は一軸方向のみの傾斜角度を表示
できるものが殆どであるが、二軸方向の傾斜角度を表示
できるものとして実公昭49−4374号公報に記載された例
がある。
Most of the conventional tilt angle measuring devices can display the tilt angle only in one axis direction, but there is an example described in Japanese Utility Model Publication No. 494374 as a device that can display the tilt angle in two axis directions.

同例は、「両端を固定した直交する十字型ビーム1,
1’の中心部に重錘アーム2を取りつけ重錘3をその先
端に装着し、正立または倒立振子を形成し、傾斜により
ビームに生ずる曲げモーメントをビームに接着したひず
みゲージにより検出し直交2軸方向の傾斜を測定する」
ものである。
In the same example, "a cross-shaped beam 1, which is fixed at both ends and intersects at right angles,
The weight arm 2 is attached to the center of 1 ', the weight 3 is attached to the tip of the weight arm 3 to form an upright or inverted pendulum, and the bending moment generated in the beam due to the inclination is detected by the strain gauge adhered to the beam and the orthogonal 2 Measuring axial tilt "
It is a thing.

発明が解決しようとする問題点 しかるに十字型ビーム1,1’の両端を固定しているの
で、傾きがあると十字型ビーム1,1’のいずれかに必
ずねじれが生じ、傾き方向によっては、中立軸を中心と
した対称的なねじれではなく変形したねじれを生じる。
Problems to be Solved by the Invention However, since both ends of the cross-shaped beams 1 and 1'are fixed, if there is a tilt, one of the cross-shaped beams 1 and 1'will always be twisted, and depending on the tilt direction, It produces a deformed twist rather than a symmetrical twist about the neutral axis.

変形したねじれがあると、ゲージに抵抗変化が現れるお
それが多分にあり、ブリッジの出力に影響しひいては傾
斜角の測定精度に影響する。
If there is a deformed twist, there is a possibility that a resistance change will appear in the gauge, which affects the output of the bridge and thus the measurement accuracy of the tilt angle.

したがって傾き方向が一方のビームと同方向であるとき
は高い精度で傾斜角の測定が可能であるが全方位に亘っ
て高精度の測定は困難である。
Therefore, when the tilt direction is the same as that of one beam, it is possible to measure the tilt angle with high accuracy, but it is difficult to measure with high accuracy in all directions.

問題点を解決するための手段および作用 本発明はかかる点に鑑みなされたものでその目的とする
処は、被計測物の全方位の傾斜角をリアルタイムで正確
に算出可能でかつ角速度,角加速度等の正確な演算を可
能とする姿勢センサを供する点にある。
Means and Actions for Solving Problems The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to be able to accurately calculate the tilt angles of all directions of an object to be measured in real time and to obtain the angular velocity and the angular acceleration. The point is to provide a posture sensor that enables accurate calculations such as.

すなわち本発明は、被計測物に固定される支持枠体と、
同支持枠体の中央に位置した基端部材と、同基端部材よ
り前記支持枠体へ放射状に配設されて基端部材を支持し
基端部または先端部の一方を固定し他方を放射方向を軸
に回動自在に支持された複数の起歪板と、前記基端部材
を常に水平に維持しようと付勢する付勢手段と、前記複
数の起歪板に各々貼付された歪検知素子とを備えた姿勢
センサである。
That is, the present invention, a support frame fixed to the object to be measured,
A base end member located in the center of the support frame and a base end member radially disposed on the support frame to support the base end member and fix one of the base end and the tip end and radiate the other end. A plurality of flexure plates rotatably supported about a direction, a biasing means for biasing the base end member to keep the base member always horizontal, and a strain detector attached to each of the flexure plates. An attitude sensor including an element.

被計測物が傾いたとき、これと一体に傾く支持枠体の所
定部分と付勢手段により常に水平に維持しようと付勢さ
れた基端部材との間で複数の起歪板が各々歪みを生じ、
この歪みを歪検知素子が検知することができる。
When the object to be measured is tilted, a plurality of flexure plates respectively distort between a predetermined portion of the support frame that tilts integrally with the measured object and the base end member that is biased so as to always be kept horizontal by the biasing means. Occurs,
This strain can be detected by the strain sensing element.

そして起歪板の一端は支持枠体または基端部材のいずれ
かに回動自在に支持されているので、ねじりが生じず、
傾斜角度の測定に影響を与えないので、全方位に亘って
傾斜角を高精度で測定することができる。
Since one end of the strain plate is rotatably supported by either the support frame or the base member, no twist occurs,
Since it does not affect the measurement of the tilt angle, the tilt angle can be measured with high accuracy in all directions.

各検知素子の検出した歪みの組合せを解析することによ
り傾斜角,方位角および角速度,角加速度等をリアルタ
イムで算出することができる。
By analyzing the combination of strains detected by each sensing element, the tilt angle, azimuth angle, angular velocity, angular acceleration, etc. can be calculated in real time.

実施例 以下第1図ないし第5図に図示した本発明に係る一実施
例について説明する。
Embodiment An embodiment according to the present invention shown in FIGS. 1 to 5 will be described below.

第1図は本実施例に係る姿勢センサ1の一部欠截斜視図
である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of the attitude sensor 1 according to the present embodiment.

2枚の起歪板に弾性復元力が大きい帯状のバネ板2,3
を十字形に交叉させ、この交叉部分の上下面に基端部材
たる基板4を固着せしめ、下方の基板4の中心より垂直
下方に指向して垂設された垂直棒5の下端に重錘6が固
着されている。
Band-shaped spring plates 2 and 3 with large elastic restoring force on two strain plates
Are crossed in a cross shape, and a base plate 4 serving as a base member is fixed to the upper and lower surfaces of this crossing part, and a weight 6 is attached to the lower end of a vertical rod 5 vertically oriented downward from the center of the lower base plate 4. Is stuck.

また上方の基板4の中心からは垂直上方に指向して垂直
棒7が突設されていてその上端には浮き8が固定されて
いる。
Further, a vertical rod 7 is provided so as to project vertically upward from the center of the upper substrate 4, and a float 8 is fixed to the upper end of the vertical rod 7.

なお基板4はバネ板2,3の重なりで十分剛性が保たれ
れば必要なく交叉部分をそのまま基端部材として直接垂
直棒を固着せしめるようにしてもよい。
The base plate 4 need not be provided as long as the rigidity is maintained sufficiently by the overlapping of the spring plates 2 and 3, and the vertical bar may be directly fixed by using the intersecting portion as it is as the base end member.

またはじめから十字形状に形成された一枚の起歪板を用
いてもさらに四方に4枚の起歪板を用いてもよい。
Further, one strain plate formed in a cross shape from the beginning may be used, or four strain plates in four directions may be used.

基板4より四方に延びたバネ板2,3の先端部にはさら
に遠心方向に突出して支持棒9がそれぞれ設けられてい
る。
Supporting rods 9 are provided at the tips of the spring plates 2 and 3 extending in all directions from the base plate 4 so as to project further in the centrifugal direction.

四方に延びたバネ板2,3のそれぞれの表面および裏面
には、ストレインゲージ10が貼付されている。
Strain gauges 10 are attached to the front and back surfaces of the spring plates 2 and 3 extending in all directions.

かかるバネ板2,3を円環状をした支持枠体20の内部中
央に位置させ、支持枠体20の側壁に等間隔に4箇所穿設
された円孔21に前記バネ板2,3の先端に設けられた各
支持棒9を内側から外側に向けて貫入している。
The spring plates 2 and 3 are located at the center of the inside of the annular support frame 20, and the tip ends of the spring plates 2 and 3 are inserted into the circular holes 21 formed at four locations on the side wall of the support frame 20 at equal intervals. The support rods 9 provided at the inner side of the support rod 9 penetrate from the inner side toward the outer side.

各円孔21内にはストロークベアリング22が内蔵されてい
て支持棒9を往復回転運動可能に支持している。
A stroke bearing 22 is built in each circular hole 21 to support the support rod 9 so as to be reciprocally rotatable.

以上のバネ板2,3およびストロークベアリング20等を
容器23が水密に覆って防水効果を有しており、容器23内
部にはシリコン液が充填される。
The container 23 has a watertight effect by covering the above spring plates 2 and 3 and the stroke bearing 20 and the like in a watertight manner, and the inside of the container 23 is filled with silicone liquid.

したがってバネ板2,3は支持枠体20の4つのストロー
クベアリング22により支持され、姿勢センサ1が水平に
置かれたとき中央の基板4は垂直棒5を介して重錘6に
より鉛直方向に重力が加わると同時に垂直棒7を介して
浮き8により鉛直上方に浮力を浮けてバネ板2,3が弯
曲を生じない平坦状態の高さ位置において水平に維持さ
れる。
Therefore, the spring plates 2 and 3 are supported by the four stroke bearings 22 of the support frame 20, and when the attitude sensor 1 is placed horizontally, the central substrate 4 is vertically gravitated by the weight 6 through the vertical rod 5. At the same time, the buoyancy is lifted vertically upward by the float 8 via the vertical rod 7, and the spring plates 2 and 3 are maintained horizontally at the height position in a flat state where no bending occurs.

しかも可動部分はシリコン液によりダンパ効果を有す
る。
Moreover, the movable part has a damper effect by the silicon liquid.

いまこの姿勢センサ1を水平に保ったときのバネ板2,
3のそれぞれの支持棒9の中心軸をx軸,y軸とする。
Spring plate 2 when this attitude sensor 1 is kept horizontal
The central axes of the support rods 9 of 3 are defined as x-axis and y-axis.

そして姿勢センサ1がx軸を軸として角度βだけ傾いた
(バネ板3の支持棒9がx軸を中心に角度βだけ揺動し
た)とすると、第2図に示す状態となる。
When the attitude sensor 1 is tilted by an angle β about the x axis (the support rod 9 of the spring plate 3 is swung about the x axis by an angle β), the state shown in FIG. 2 is obtained.

すなわち支持枠体20が傾くが、中央の基板4は重錘6お
よび浮き8により水平に維持されるよう付勢されてい
る。
That is, although the support frame 20 is inclined, the central substrate 4 is urged by the weight 6 and the float 8 so as to be maintained horizontally.

したがって基板4は重錘6および浮き8の水平にしよう
とする付勢力とバネ板3の弯曲による復元力との力の平
衡が成立したある程度傾いた姿勢で支持される(第3図
参照)。
Therefore, the substrate 4 is supported in a tilted posture in which the force balance between the biasing force of the weight 6 and the float 8 which tends to be horizontal and the restoring force due to the bending of the spring plate 3 is established (see FIG. 3).

バネ板2は両端のストロークベアリング22の回動作用に
より基板4と平行な状態を保ち、歪みを生じないが、他
方のバネ板3はその両端部が上下に変位し弯曲して曲げ
歪みを生じる。
The spring plate 2 is kept in parallel with the substrate 4 by the rotating action of the stroke bearings 22 at both ends and does not cause distortion, but the other spring plate 3 is bent at both ends thereof to be bent to cause bending distortion. .

なおバネ板3の両端はストロークベアリング22の摺動作
用により支持枠体20と相対的に変位し、バネ板3に引張
り力を生じさせず引張り歪みはない。
Both ends of the spring plate 3 are displaced relative to the support frame 20 by the sliding action of the stroke bearing 22, so that no tensile force is generated in the spring plate 3 and there is no tensile strain.

よってバネ板2に貼付されたストレインゲージ10は不変
であるが、バネ板3に貼付されたストレインゲージ10は
バネ板3の曲げ歪みを検知し、歪みの大きさに応じた検
出値を出力する。
Therefore, the strain gauge 10 attached to the spring plate 2 is unchanged, but the strain gauge 10 attached to the spring plate 3 detects the bending strain of the spring plate 3 and outputs a detection value according to the magnitude of the strain. .

以上はx軸を軸として姿勢センサ1を傾けた場合であっ
たがy軸を軸として傾けたときは、今度はバネ板3は不
変でバネ板2に曲げ歪みが生じることになる。
The above is the case where the attitude sensor 1 is tilted about the x-axis, but when tilted about the y-axis, the spring plate 3 is unchanged and the spring plate 2 is bent.

さらにx軸およびy軸以外の水平軸を軸として姿勢セン
サ1を傾けたときはバネ板2,3のいずれにも曲げ歪み
が生じ、両バネ板2,3に貼付されたストレインゲージ
10はこれを検出する。
Further, when the attitude sensor 1 is tilted about a horizontal axis other than the x-axis and the y-axis, bending strain occurs in both spring plates 2 and 3, and strain gauges attached to both spring plates 2 and 3 are generated.
10 detects this.

このときもストロークベアリング22の働きにより、バネ
板2,3にはほとんどねじれおよび引張り歪みは生じな
い。
Also at this time, due to the action of the stroke bearing 22, the spring plates 2 and 3 are hardly twisted or stretched.

バネ板2,3にそれぞれ貼付された4個づつのストレイ
ンゲージ10は各々ブリッジ回路を構成していて温度補償
がなされた高精度の検出値を出力できるようになってい
る。
Each of the four strain gauges 10 attached to the spring plates 2 and 3 constitutes a bridge circuit and is capable of outputting a highly-accurate detected value with temperature compensation.

第3図はバネ板3が弯曲したときの断面図を示してい
る。
FIG. 3 shows a sectional view when the spring plate 3 is curved.

バネ板3の両面に貼付された4個のストレインゲージ10
は図のようにバネ板3に沿って弯曲し、左側のバネ板3
の表裏面に貼付されたストレインゲージ10の抵抗を
31,R32、右側のバネ板3の表裏面に貼付されたスト
レインゲージ10の抵抗をR34,R33とすると、R31とR
32,R33とR34はそれぞれ異符号等歪みを生じ、これら
の抵抗を第4図に示すように組合せてブリッジ回路を構
成している。
4 strain gauges attached to both sides of the spring plate 3
Bends along the spring plate 3 as shown in the figure, and the left spring plate 3
The resistance R 31 of been strain gauges 10 affixed to the front and rear surfaces of the R 32, the resistance of the strain gauges 10 affixed on both surfaces of the right spring plates 3 and R 34, R 33, R 31 and R
32 , R 33, and R 34 have different sign equal distortion, and these resistors are combined to form a bridge circuit as shown in FIG.

第4図は当該姿勢センサ1を全方位傾斜角計に利用した
ときの電気系のブロック図であり、同図において破線部
分が該姿勢センサ1に相当し、その内下側のブリッジ回
路が上記バネ板3に貼付されたストレインゲージ10によ
り形成されたものであり、上側のブリッジ回路はバネ板
2に貼付された4個のストレインゲージ10の抵抗R21
22,R23,R24によりバネ板3の場合と同じような構
成で形成されたものである。
FIG. 4 is a block diagram of an electric system when the posture sensor 1 is used for an omnidirectional tilt angle meter. In FIG. 4, the broken line portion corresponds to the posture sensor 1, and the bridge circuit on the inner and lower sides thereof is the above-mentioned. It is formed by the strain gauge 10 attached to the spring plate 3, and the upper bridge circuit has resistances R 21 of the four strain gauges 10 attached to the spring plate 2,
It is formed of R 22 , R 23 , and R 24 in a structure similar to that of the spring plate 3.

この2つのブリッジ回路には電源30により電圧Eiが印
加され、バネ板2に関するブリッジ回路からは出力電圧
αが、バネ板3に関するブリッジ回路からは出力電圧
βがそれぞれ出力される。
A voltage Ei is applied to the two bridge circuits by the power supply 30, and an output voltage E α is output from the bridge circuit related to the spring plate 2 and an output voltage E β is output from the bridge circuit related to the spring plate 3.

かかる姿勢センサ1の両出力は各々増幅器31,32によっ
て増幅されて演算器33に入力され、検出電圧Eα,Eβ
に基づき姿勢センサ1の最大傾斜角および最大傾斜をな
す方位角を演算する。
Both outputs of the attitude sensor 1 are amplified by amplifiers 31 and 32, respectively, and input to a calculator 33, and detected voltages E α and E β
Based on, the maximum tilt angle of the attitude sensor 1 and the azimuth angle forming the maximum tilt are calculated.

その演算結果は最大傾斜角表示器34および方位角表示器
35に出力され表示がなされる。
The calculation result is the maximum tilt angle display 34 and the azimuth angle display.
It is output to 35 and displayed.

以下最大傾斜角θと方位角ψが算出される根拠を簡単に
説明する。
The basis for calculating the maximum tilt angle θ and the azimuth angle ψ will be briefly described below.

まず第3図においてバネ板3の両端の支持棒9の中心軸
が水平面と角度βをなしたとき、バネ板3のストレイン
ゲージ部分の歪みεと角度βとの間には次の関係があ
る。
First, in FIG. 3, when the central axes of the support rods 9 at both ends of the spring plate 3 form an angle β with the horizontal plane, the strain ε of the strain gauge portion of the spring plate 3 and the angle β have the following relationship. .

ここにA=MrlでありMは重錘6の重さであり浮き8
の浮力Fと等しい値とし、rはバネ板2,3の十字の中
心から重錘6の重心および浮き8の浮心までの距離,l
はバネ板2,3の長さである。
Here, A = Mrl, M is the weight of the weight 6, and the float 8
And r is the distance from the center of the cross of the spring plates 2 and 3 to the center of gravity of the weight 6 and the buoyancy of the float 8, and l
Is the length of the spring plates 2 and 3.

またEはバネ板2,3の縦弾性係数であり、Iはその断
面2次モーメントである。
E is the longitudinal elastic modulus of the spring plates 2 and 3, and I is the moment of inertia of area.

なお(1)式はストレインゲージ10をバネ板3の端よりl
/3の長さ位置に貼付したときの関係式である。
Equation (1) uses strain gauge 10 from the end of spring plate 3
It is a relational expression when affixed to the length position of / 3.

(1)式の歪みεは抵抗の変化率ΔR/Rに比例し、この
ΔR/Rはブリッジ回路においてその出力電圧Eβと比
例関係にある。
The strain ε in equation (1) is proportional to the rate of change of resistance ΔR / R, and this ΔR / R is proportional to the output voltage E β of the bridge circuit.

すなわちε=kEβ(k:比例定数)の関係にあり、前
(1)式のεをEβに置換すれば角度βが算出されること
になる。
That is, ε = kE β (k: proportional constant), and
By substituting E β for E in the equation (1), the angle β can be calculated.

同様にしてバネ板2についてもその両端の支持棒9の中
心軸が水平面となす角度αはブリッジ回路の出力電圧E
αに基づき算出されることになる。
Similarly, regarding the spring plate 2, the angle α formed by the central axes of the support rods 9 at both ends with the horizontal plane is the output voltage E of the bridge circuit.
It will be calculated based on α .

ここでバネ板2,3のそれぞれの支持棒9の中心軸が水
平面となす角をα,βとしたときの最大傾斜角θおよび
方位角ψとの関係を第5図に図示する。
FIG. 5 shows the relationship between the maximum tilt angle θ and the azimuth angle ψ, where α and β are the angles formed by the central axes of the support rods 9 of the spring plates 2 and 3 with the horizontal plane.

バネ板2の両端の支持棒9の中心軸が直線aであり、バ
ネ板3の両端の支持棒9の中心軸が直線bである。
The central axes of the support rods 9 at both ends of the spring plate 2 are straight lines a, and the central axes of the support rods 9 at both ends of the spring plate 3 are straight lines b.

直線aおよび直線bが水平面hとなす角度がαおよびβ
である。
The angles formed by the straight line a and the straight line b with the horizontal plane h are α and β.
Is.

直線aと直線bを含む平面sが水平面hとなす角がすな
わち最大傾斜角θであり、中心Oを通り最大傾斜角θを
なす方向に向う直線をOMとすると、OMの水平面hへ
の正斜影と前記直線aの水平面hへの正斜影とのなす角
が方位角ψである。
When the plane s including the straight line a and the straight line b makes an angle with the horizontal plane h, that is, the maximum inclination angle θ, and a straight line passing through the center O and forming the maximum inclination angle θ is OM, the OM is positive to the horizontal plane h. The angle formed by the oblique line and the regular oblique line of the straight line a with respect to the horizontal plane h is the azimuth angle ψ.

すなわち方位角ψは最大傾斜角θをなす方向から直線α
が水平面h上でどの程度の角度を有しているかを示した
ものである。
That is, the azimuth angle ψ is the straight line α from the direction of the maximum inclination angle θ.
Shows an angle on the horizontal plane h.

かかるα,βとθ,ψとの間には次の関係が成立する。The following relationships are established between α and β and θ and ψ.

cosθ=(1+tan2α+tan2β)-1/2…(2) cosψ=(1+cot2α×tan2β)-1/2…(3) したがって角度α,βより最大傾斜角θおよび方位角ψ
が算出できる。
cos θ = (1 + tan 2 α + tan 2 β) -1/2 … (2) cos ψ = (1 + cot 2 α × tan 2 β) -1/2 … (3) Therefore, the maximum inclination angle θ is obtained from the angles α and β. And azimuth ψ
Can be calculated.

以上のようにブリッジ回路の出力電圧Eα,Eβにより
(1)式に基づき、角度α,βが算出でき、角度α,βか
ら(2),(3)式に基づき最大傾斜角θおよび方位角ψを求
めることができる。
As described above, depending on the output voltages E α and E β of the bridge circuit,
The angles α and β can be calculated based on the equation (1), and the maximum tilt angle θ and the azimuth angle ψ can be obtained from the angles α and β based on the equations (2) and (3).

かかる演算は演算器33が行い結果は最大傾斜角表示器3
4,方位角表示器35によって表示されることになる。
This calculation is performed by the calculator 33, and the result is the maximum tilt angle display 3
4, will be displayed by the azimuth indicator 35.

以上のように本実施例においては、傾斜角90度以内のど
のような姿勢におかれても、瞬時に検出角α,βをもと
に最大傾斜角θおよび方位角ψを算出し表示することが
できる。
As described above, in the present embodiment, the maximum inclination angle θ and the azimuth angle ψ are instantly calculated and displayed based on the detected angles α and β regardless of the posture within 90 degrees. be able to.

したがって各種移動体に本計器を搭載することにより移
動体の全方位傾斜角度をリアルタイムで検出できる各種
制御に利用可能である。
Therefore, by mounting this instrument on various moving bodies, it can be used for various controls capable of detecting the omnidirectional tilt angle of the moving body in real time.

該姿勢センサーをある自動制御に利用する場合、検出電
圧Eα,Eβからα,βあるいはθ,ψを必ずしも求め
る必要はなく、直接Eα,Eβから必要な制御量を求め
るようにしてもよいのは当然である。
When the posture sensor is used for a certain automatic control, it is not always necessary to obtain α, β or θ, ψ from the detected voltages E α , E β , and the required control amount can be obtained directly from E α , E β. Of course it is good.

十字形の起歪板にストレインゲージを貼付するという簡
単な基本構成により成り立っているので、各部品の可動
量も少なく姿勢センサ自体の小型化,堅牢化およびコス
トの低減を図ることができる。
Since the basic structure is such that the strain gauge is attached to the cross-shaped strain plate, the amount of movement of each component is small, and the attitude sensor itself can be made compact, robust and cost-effective.

起歪板端部をストロークベアリングにより支持している
ので起歪板にねじれおよび引張り等の本来目的としない
歪みを計測方向に関係なく減少させることができるとと
もに、ストレインゲージの抵抗をブリッジ回路に構成し
ているので、温度等の外乱を除去して本来計測すべき曲
げ歪みのみを正確に検出することができ、精度の高い姿
勢センサとしている。
Since the ends of the strain-flexing plate are supported by stroke bearings, strain that is not intended, such as twisting and pulling on the strain-flexing plate, can be reduced regardless of the measurement direction, and the strain gauge resistance is configured in a bridge circuit. Therefore, it is possible to remove the disturbance such as temperature and accurately detect only the bending strain that should be originally measured, and the posture sensor has high accuracy.

なお容器内にはシリコン液が充填されるので変動に対し
てセンサの可動部分がダンパ効果を有し、凹凸の激しい
傾斜面を移動する場合にも検出値を早期に安定させるこ
とができる。
Since the container is filled with the silicon liquid, the movable part of the sensor has a damper effect against the fluctuation, and the detected value can be stabilized early even when the sloped surface having the severe unevenness is moved.

本実施例にはバネ板2,3の端部をストロークベアリン
グにより支持して、回動と同時に摺動を可能として引張
り歪みを除いていたが、単純に回動のみを許すベアリン
グで支持してもよく、これによって生じる引張り歪みの
影響はストレインゲージ10の抵抗をブリッジ回路に構成
することで消去することができる。
In this embodiment, the end portions of the spring plates 2 and 3 are supported by stroke bearings so that they can slide simultaneously with the rotation so as to remove tensile strain, but they are simply supported by bearings that allow only rotation. The effect of tensile strain caused by this can be eliminated by configuring the resistance of the strain gauge 10 in a bridge circuit.

また浮き8を使用せず、バネ板2,3の中央が重錘6に
より若干落ち込んだ状態にあっても傾斜角の検出は可能
である。
Further, even if the center of the spring plates 2 and 3 is slightly lowered by the weight 6 without using the float 8, the inclination angle can be detected.

次に別の実施例について第6図に基づき説明する。Next, another embodiment will be described with reference to FIG.

円環状の支持枠体40の四方等間隔位置に端部を固定され
て中心に向けて4枚のバネ板41,42,43,44が延出され
ており、各バネ板の先端からは中心に向けて支持棒45が
突設されている。
The end portions are fixed at equal intervals on four sides of the annular support frame 40, and four spring plates 41, 42, 43, 44 extend toward the center, and the center of each spring plate is at the tip. A support rod 45 is projected toward.

支持枠体40の中心には基端部材たる円板46が位置し、そ
の外周面に4箇所等間隔に円溝を有し、その内部にベア
リング47が内蔵されていて、同ベアリング47によって前
記4本の支持棒45がそれぞれ回動自在に嵌入支持されて
いる。
A disk 46, which is a base end member, is located at the center of the support frame 40, and circular grooves are formed at four equal intervals on the outer peripheral surface thereof, and bearings 47 are built in the inside thereof. Four support rods 45 are rotatably inserted and supported.

円板46の下面中央より垂直に垂直棒48が突設されその先
端に重錘49が固着されている。
A vertical bar 48 is vertically projected from the center of the lower surface of the disk 46, and a weight 49 is fixed to the tip thereof.

各バネ板41,42,43,44の表裏面にはそれぞれストレイ
ンゲージ50が貼付されていて、以上の部材は全て容器51
によって密閉されている。
Strain gauges 50 are attached to the front and back surfaces of the spring plates 41, 42, 43 and 44, respectively, and the above members are all containers 51.
Is sealed by.

なお各バネ板41,42,43,44に貼付されたストレインゲー
ジ50は対称な位置関係にあるバネ板の4個のストレイン
ゲージ50でそれぞれ前記実施例同様のブリッジ回路を構
成し、その出力は増幅器で増幅されて演算器で演算され
るようになっている。
The strain gauges 50 attached to the respective spring plates 41, 42, 43, 44 constitute a bridge circuit similar to the above embodiment with four strain gauges 50 of the spring plates having symmetrical positions, and their outputs are It is amplified by an amplifier and operated by an arithmetic unit.

本実施例は以上のような構成に係る姿勢センサであり、
中央の円板46は四方のバネ板のバネ力によってのみ支持
されており、水平姿勢にあっても重錘49により若干落込
んだ状態にある。
This embodiment is an attitude sensor having the above-mentioned configuration,
The central disk 46 is supported only by the spring force of the four spring plates, and is slightly lowered by the weight 49 even in the horizontal posture.

該姿勢センサが傾いたとき、円板46は重錘49により水平
状態を維持するように働らき、したがってバネ板に歪み
を生じさせる。
When the attitude sensor is tilted, the disc 46 acts by the weight 49 so as to maintain the horizontal state, thus causing the spring plate to be distorted.

ベアリング47の働らきによりねじり歪みは最小に抑えら
れ、引張り歪みはブリッジ回路で除去され、本来の目的
とする曲げ歪みのみが検出される。
The torsion strain is minimized by the action of the bearing 47, and the tensile strain is removed by the bridge circuit, so that only the originally intended bending strain is detected.

該姿勢センサが水平姿勢にある状態でも、円板46が若干
落込んでバネ板に曲げを生じているのが、かかる状態を
予め基準に設定しておけば、以後の傾きに対しても正確
な傾斜角等が算出できる。
Even when the posture sensor is in the horizontal posture, the disc 46 is slightly dropped and the spring plate is bent. If such a state is set in advance as a reference, it is possible to accurately measure the inclination. The tilt angle and the like can be calculated.

ストレインゲージ50の抵抗をブリッジ回路に組込んでい
るので温度による影響も無視でき、安定した高精度の検
知出力を得ることができるとともに、構成が極めて簡単
で各部品の可動量が少ないため小型軽量化および堅牢化
が可能で、コストの低減も図ることができる。
Since the resistance of the strain gauge 50 is built into the bridge circuit, the effect of temperature can be ignored, and stable and highly accurate detection output can be obtained, and the configuration is extremely simple and the moving amount of each part is small, so it is small and lightweight. The cost can be reduced as well.

また容器51内に前記実施例と同様にシリコン液を充填し
てよりダンパ効果をもたせることもでき、そのとき円板
46の上面に浮きを設けて鉛直付勢力を増すようにしても
よい。
Further, it is also possible to fill the container 51 with a silicone liquid in the same manner as in the above embodiment so as to have a more damper effect, and at that time, the disk
A float may be provided on the upper surface of 46 to increase the vertical biasing force.

なお以上の実施例では歪検知素子としてストレインゲー
ジを用いたが、その他柔軟圧電フィルム等が利用でき
る。
Although a strain gauge is used as the strain sensing element in the above embodiments, a flexible piezoelectric film or the like can be used.

バネ板も十字形状に限らず放射状に複数配設してもよ
く、その場合も適当に歪検知素子を貼付してその検出値
をもとに傾斜角等の算出が可能である。
The spring plate is not limited to the cross shape but may be a plurality of spring plates arranged radially. In that case, the strain sensing element may be appropriately attached and the tilt angle or the like can be calculated based on the detected value.

発明の効果 本発明は放射状に配設され一端を固定し他端を回動自在
に支持された起歪板に歪検知素子を貼付し、起歪板に支
持された中央の基端部材が水平に付勢される簡単な構成
で全方向に亘って高精度で安定した検知出力を得ること
ができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, a strain sensing element is attached to a strain-flexing plate that is radially arranged and has one end fixed and the other end rotatably supported, and a central base end member supported by the strain-flexing plate is horizontal. It is possible to obtain a highly accurate and stable detection output in all directions with a simple configuration biased to.

したがって小型軽量化および堅牢化が図れるとともに低
コストを実現できる。
Therefore, it is possible to achieve size reduction, weight reduction, and robustness as well as low cost.

高精度の検知出力は最大傾斜角および方位角その他角速
度,角加速度等の算出に利用でき、その表示精度も高く
維持できる。
The highly accurate detection output can be used to calculate the maximum tilt angle, azimuth angle, and other angular velocities and angular accelerations, and the display accuracy can be maintained high.

【図面の簡単な説明】第1図は本発明に係る一実施例の
姿勢センサの一部欠截斜視図、第2図は同姿勢センサを
一方向に傾けたときの要部斜視図、第3図はバネ板の曲
がり状態をモデル化した図、第4図は同実施例の電気系
ブロック図、第5図は検出値と最大傾斜角および方位角
との関係を示す説明図、第6図は別実施例の姿勢センサ
の一部欠截斜視図である。 1…姿勢センサ、2,3…バネ板、4…基板、5…垂直
棒、6…重錘、7…垂直棒、8…浮き、9…支持棒、10
…ストレインゲージ、 20…支持枠体、21…円孔、22…ストロークベアリング、
23…容器、 30…電源、31,32…増幅器、33…演算器、34…最大傾斜
角表示器、35…方位角表示器 40…支持枠体、41,42,43,44…バネ板、45…支持棒、
46…円板、47…ベアリング、48…垂直棒、49…重錘、50
…ストレインゲージ、51…容器。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a posture sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of essential parts when the posture sensor is tilted in one direction. FIG. 3 is a diagram modeling a bent state of a spring plate, FIG. 4 is an electric system block diagram of the same embodiment, and FIG. The drawing is a partially cutaway perspective view of the attitude sensor of another embodiment. 1 ... Attitude sensor, 2, 3 ... Spring plate, 4 ... Substrate, 5 ... Vertical bar, 6 ... Weight, 7 ... Vertical bar, 8 ... Float, 9 ... Support bar, 10
… Strain gauge, 20… Support frame, 21… Circular hole, 22… Stroke bearing,
23 ... Container, 30 ... Power supply, 31, 32 ... Amplifier, 33 ... Computing unit, 34 ... Maximum tilt angle display, 35 ... Azimuth angle display 40 ... Support frame, 41, 42, 43, 44 ... Spring plate, 45 ... support rod,
46 ... Disc, 47 ... Bearing, 48 ... Vertical bar, 49 ... Weight, 50
… Strain gauge, 51… Container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被計測物に固定される支持枠体と、 同支持枠体の中央に位置した基端部材と、 同基端部材より前記支持枠体へ放射状に配設されて基端
部材を支持し基端部または先端部の一方を固定し他方を
放射方向を軸に回動自在に支持された複数の起歪板と、 前記基端部材を常に水平に維持しようと付勢する付勢手
段と、 前記複数の起歪板に各々貼付された歪検知素子とを備え
たことを特徴とする姿勢センサ。
1. A support frame body fixed to an object to be measured, a base end member located at the center of the support frame body, and a base end member radially arranged from the base end member to the support frame body. A plurality of strain-flexing plates that support one end of the base member and one end of the base member is fixed, and the other end is rotatably supported about the radial direction. An attitude sensor, comprising: a biasing means; and a strain sensing element attached to each of the plurality of flexure plates.
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