JP2004113817A - 水平・傾斜調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
　例えば、操縦訓練用シュミレータ、映画館における映像と連動したモーションシート、水平レベルの調整機構、あるいは遊技場における体感ゲーム機等に使用され、搭載した物体に対して水平状態や所望の傾斜状態を与える水平・傾斜調整装置を低コストで製作し、幅広い用途に活用可能とすることを目的とする。
【解決手段】　
　固定フレーム１と、この固定フレーム１上で物体を搭載して運動する可動フレーム２と、この可動フレーム２が一支点の周りで自由に運動をなし得るよう該可動フレーム２と固定フレーム１とを連結する連結手段３と、上記可動フレーム２を固定フレーム１と離間又は近接する方向に沿って個別に押し引きする一対の駆動手段５，５と、上記可動フレーム２の運動を上記駆動手段５による押し引き方向に沿った揺動及びその揺動中心を通る軸の周りの回転のみに規制する運動方向規制手段４とから構成した。
【選択図】　　　　　図１

Description

　本発明は、例えば、操縦訓練用シュミレータ、映画館における映像と連動したモーションシート、水平レベルの調整機構、あるいは遊技場における体感ゲーム機等に使用され、搭載した物体に対して水平状態や所望の傾斜状態を与えることが可能な水平・傾斜調整装置に関する。

　従来、この種の用途に使用されて物体にその水平状態や所望の傾斜状態を与えることが可能な水平・傾斜調整装置としては、図１０に示すように、複数本の油圧又は電動アクチュエータ１００を用いて固定フレーム１０１上に可動フレーム１０２を掲げて支持したものが知られている。この水平・傾斜調整装置は６本の電動アクチュエータ１００によって可動フレーム１０２と固定フレーム１０１との間に立体トラスを構成したものであり、各電動アクチュエータ１００のストローク量に応じて前後、左右、上下への移動運動や、ローリング、ピッチング、ヨーイングといった揺動運動が上記可動フレーム１０２に与えられるようになっている。

　しかし、この従来の水平・傾斜調整装置は可動フレームの運動の自由度が高い反面、高精度のアクチュエータが多く必要となる他、所望の運動を得るための各アクチュエータの制御も複雑となり、コントローラを含めた装置全体の製作コストが非常に嵩むといった問題点があった。このため、操縦訓練用シュミレータの如く、複雑な運動の再現に重点をおいてコスト度外視の用途には採用し得るものの、体感ゲーム機の如く、複雑な運動の再現よりも製作コストの低減化に重点を置く用途には採用することができなかった。

　本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、搭載される物体に対してその水平状態や所望の傾斜状態を与えることが可能であり、しかも低コストで製作して幅広い用途に活用することが可能な水平・傾斜調整装置を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の水平・傾斜調整装置は、固定フレームと、この固定フレーム上で物体を搭載して運動する可動フレームと、この可動フレームが一支点の周りで自由に運動をなし得るよう該可動フレームと固定フレームとを連結する連結手段と、上記可動フレームを固定フレームと離間又は近接する方向に沿って個別に押し引きする一対の駆動手段と、上記可動フレームの運動を上記駆動手段による押し引き方向に沿った揺動及びその揺動中心を通る軸の周りの回転のみに規制する運動方向規制手段とを備えたことを特徴とするものである。

　このような技術的手段によれば、上記可動フレームは一支点の周りで自由に運動をなし得るよう連結手段によって固定フレームと連結されていることから、一対の駆動手段によって上記可動フレームを固定フレームと離間又は近接する方向に沿って個別に押し引きすると、かかる可動フレームは上記支点を中心とした揺動運動又は該支点を通る軸の周りの回転運動を生じ、所望の傾斜状態を可動フレームに対して与えることが可能となる。このとき、上記運動方向規制手段は可動フレームの運動を上記駆動手段による押し引き方向に沿った揺動及び及びその揺動中心を通る軸の周りの回転のみに規制していることから、物体を搭載している可動フレームが固定フレームの設置面と平行な方向に変位することはなく、駆動手段でトラス構造を構成しなくとも、可動フレームを固定フレーム上に掲げた状態で支持することができる。

　以上説明してきたように、本発明の水平・傾斜調整装置によれば、連結手段によって固定フレームと連結された可動フレームを一対の駆動手段によって押し引きすることにより、かかる可動フレームは一支点を中心とした揺動運動又は該支点を通る軸の周りの回転運動を生じるので、極めて簡易な構造で上記可動フレームに搭載される物体に対してその水平状態や所望の傾斜状態を任意に与えることが可能となり、幅広い用途に対して低コストで水平・傾斜装置を提供することが可能となる。

　以下、添付図面に基づいて本発明の水平・傾斜調整装置を詳細に説明する。図１乃至図３は本発明の水平・傾斜調整装置の実施例を示すものである。同図において、符号１は床面等に設置固定される固定フレーム、符号２は物体を搭載して後述する各種姿勢に制御される可動フレーム、符号３はこの可動フレーム２が一支点の周りで自由に運動をなし得るように該可動フレーム２と固定フレーム１とを連結する連結手段、符号４は固定フレーム１に対する可動フレーム２の運動方向を規制する運動方向規制手段、符号５，５は上記可動フレーム２を固定フレーム１に対して近接又は離間させる一対の電動アクチュエータ（駆動手段）である。

　上記固定フレーム１は鋼材を略三角形に繋ぎ合わせて形成されており、その頂点の一つには上記ボールジョイント３が、残りの二つの頂点には上記電動アクチュエータ５，５が夫々立設されている。また、上記可動フレーム２も鋼材を繋ぎ合わせて上記固定フレーム１と略同じ大きさに形成されると共に、上記電動アクチュエータ５，５に対応した位置には該アクチュエータの駆動力を受け止めるための支持部２１，２１が夫々立設されている。

　上記連結手段３には、図４に示すように、互いに揺動又は回動自在に係合したボール付きシャンク３１及びホルダ３２から構成されるボールジョイントを用いており、上記ボール付きシャンク３１はナット３３によって可動フレーム２に、ホルダ３２はボルト３４によって固定フレーム１に夫々取り付けられている。従って、上記可動フレーム２はボール付きシャンク３１の球体部３１ａを一支点とし、かかる支点を中心とした自由な揺動又は該支点を通る軸の周りに自由な回転をなし得るよう固定フレーム１と連結されている。尚、図４中の符号３５は上記ホルダー３２を固定フレーム１に取り付けるためのブラケットである。

　ここで、本実施例では上記連結手段３としてボールジョイントを使用したが、これの代わりに自在軸継手を用いることも可能である。但し、ボールジョイントを用いた方が自在軸継手を使用する場合に比較し、製造コストの低減化を図ることができる。

　一方、図５は上記運動方向規制手段４を示すものである。かかる運動方向規制手段４は、ブラケット４０を介して固定フレーム１に取り付けられたスタッド４１と、このスタッド４１の先端が挿入されるスリット４３ａを備えると共に上記可動フレーム２に固定具４４を介して固定された樹脂コンクリート製の規制部材４３とから構成されており、かかる規制部材４３のスリット４３ａにスタッド４１の先端を挿入することにより、スタッド４１が規制部材４３に対して一方向にのみ摺動し、固定フレーム１に対する可動フレーム２の揺動方向がスリット４３ａの伸長方向のみに限定されるようになっている。尚、上記固定具４４にはスリット４３ａよりも開口幅の大きなスリット４４ａが形成されており、上記スタッド４１は該スリット４４ａ内に隙間を有して挿通されている。

　ここで、スリット４３ａの伸長方向は可動フレーム２が固定フレーム１と近接又は離間する方向に合致しており、上記ボールジョイント３を支点とした可動フレーム２の揺動は該方向にのみ生じ、固定フレーム１の設置面に沿った揺動は上記スタッド４１とスリット４３ａとの干渉によって防止されるようになっている。また、本実施例では上記規制部材４３を樹脂コンクリートから成形することにより、上記スタッド４１と規制部材４３の摺動時に騒音が発生するのを防止することができる他、実質的に上記スタッド４１と規制部材４３のみで運動方向規制手段を構成しているので、製造コストを低く抑えることも可能である。

　また、上記電動アクチュエータ５は、図６及び図７に示すように、中空円筒状のハウジング５０と、このハウジング５０に対して回転自在に支承されると共に外周面に螺旋状のボール転走溝（図示せず）が形成されたねじ軸５１と、ボール（図示せず）を介してこのねじ軸５１に螺合するナット部材５２と、このナット部材５２に固定されると共に上記ハウジング５０に対してストロークするロッド５３と、一対のプーリ５４，５５及びタイミングベルト５６を介して上記ねじ軸５１を回転駆動する原動機としてのステッピングモータ５７とから構成されており、上記ステッピングモータ５７を駆動すると、ねじ軸５１の回転量に応じて上記ロッド５３がハウジング５０に対してストロークし、アクチュエータ５全体の長さが変化するようになっている。尚、図中の符号５８はハウジングに固定されたプーリカバーである。

　この電動アクチュエータ５の両端は球面軸受５９を介して固定フレーム１あるいは可動フレーム２の支持部２１に連結されており、電動アクチュエータ５の伸縮によって可動フレーム２の姿勢が変化しても、該アクチュエータ５には軸力のみが作用するようになっている。具体的には、球面軸受５９を収納したホルダ６０を上記プーリカバー５８又は上記ロッド５３に固定する一方、上記可動フレーム２又は固定フレーム１にはコネクトブラケット６１を固定し、上記球面軸受５９及びコネクトブラケット６１を貫通するコネクトボルト６２によって上記ホルダ６０とコネクトブラケット６１とを連結している。これにより、上記コネクトブラケット６１はコネクトボルト６２を中心として図７に矢線て示す如く揺動し得ると共に、球面軸受５９の作用によって図６に矢線で示す如く揺動することが可能となっている。

　また、上記電動アクチュエータ５にはロッド５３の伸縮位置を検出する３つのフォトセンサ（図示せず）が内蔵されており、かかるロッド５３がホームポジション、最大伸縮位置又は最小伸縮位置のいずれかに到達したことを検出し、これを上記ステッピングモータ５７の駆動信号を送出しているコントローラ（図示せず）に通知するように構成されている。これにより、上記コントローラは可動フレーム２が水平状態にあるか、あるいは如何なる傾斜状態にあるか否かを把握し、可動フレーム２が所望の姿勢となるように制御し得るようになっている。

　そして、このように構成された本実施例の水平・傾斜装置は、図示外のコントローラから一対の電動アクチュエータ５，５のステッピングモータ５７，５７に対して駆動信号を送出することにより、該アクチュエータ５，５に対して任意の伸縮量を与え、上記可動フレーム２に対して種々の姿勢変化を与えて使用される。

　図８は、上記電動アクチュエータ５，５の駆動によって可動フレーム２に与えることができる姿勢を例示したものである。尚、以降の説明では便宜上、一対の電動アクチュエータ５，５が配設された可動フレーム２の一辺をフロント側、ボールジョイント３が配設された可動フレーム２の頂点をリヤ側と呼ぶことにする。

　分図（ａ）は各電動アクチュエータ５の伸縮位置をホームポジションに設定した場合の可動フレーム２の姿勢を示すものであり、この場合可動フレーム２は水平状態を保っている。次に、この状態から各電動アクチュエータ５を同一量だけ伸長させると、可動フレーム２のリヤ側はボールジョイント３によって支承されていることから、かかる可動フレーム２は分図（ｂ）に示すようにフロント側がリヤ側よりも持ち上がった傾斜状態へ移行する。一方、分図（ａ）に示す水平状態から各電動アクチュエータ５を同一量だけ縮めると、かかる可動フレーム２は分図（ｃ）に示すようにフロント側がリヤ側よりも下がった傾斜状態へ移行する。

　また、分図（ａ）に示す水平状態からいずれか一方の電動アクチュエータ５のみを伸長させると、可動フレーム２は上記ボールジョイント３の球付きシャンク３１と運動方向規制手段４のスタッド４１とを結んだ仮想軸（図中に一点鎖線で示す仮想の軸）の周囲に回転を生じ、分図（ｄ）又は（ｆ）に示すようにフロント側の左右いずれか一方が他方よりも持ち上がった傾斜状態へ移行する。更に、いずれか一方の電動アクチュエータ５を伸長させ、他方の電動アクチュエータ５を縮めると、分図（ｅ）又は（ｇ）に示すように可動フレーム２には一層大きな傾斜状態が与えられる。

　従って、本実施例の水平・傾斜調整装置によれば、コントローラによって一対の電動アクチュエータ５，５の伸縮量を調整するのみで可動フレーム２を図８に示す各状態へと連続的に移行させることができ、従来の水平・傾斜調整装置よりも簡易な構造且つ簡易な制御にもかかわらず、かかる可動フレーム２に搭載した物体に対して水平状態あるいは任意の傾斜状態を容易に与えることができるものである。また、電動アクチュエータの伸縮量はステッピングモータ５７の回転量により任意に変化させることができるので、可動フレーム２に搭載された物体の傾斜状態を多岐にわたり微細に調整可能である。

　また、ボールジョイント３によって固定フレーム１と連結された可動フレーム２の運動方向を上記運動方向規制手段４によって制限しているので、従来の水平・傾斜調整装置の如く多数のアクチュエータによって立体トラスを構成せずとも、一対のアクチュエータ５，５のみで可動フレーム２を支持すると共にこれを駆動することができ、極めて簡易な構成で該可動フレーム２に任意の傾斜状態を与えることができるものである。

　尚、この実施例では可動フレーム２を動かすための駆動手段として電動アクチュエータを使用したが、従来例と同様に油圧アクチュエータ等を用いることも可能である。但し、送りねじ装置を含む電動アクチュエータを用いた方が微細な動きを可動フレームに対して与えることが可能となる他、作動油を加圧するための付加機器も不要となり、製造コストの低減化を図ることが可能となる。

　また、本実施例においては、一対の電動アクチュエータ５，５が可動フレーム２の自由端部であって該可動フレーム２の仮想軸を挟んで対向する２点を個別に押し引きするように構成されており、かかる構成によれば可動フレーム２の水平状態及び傾斜角度の制御が容易となる。また、両電動アクチュエータ５，５が上記仮想軸を挟んで振り分けられているので、装置全体の重量バランスが良好なものとなる他、対称構造による外観上の美感も得られる。但し、一対の電動アクチュエータ５，５を可動フレーム２の仮想軸の片側のみに集中して配設しても、かかる可動フレームに対して水平状態あるいは任意の傾斜状態を与えることは可能てある。

　また、本実施例では上記ボールジョイント３の位置を略三角形状に形成した可動フレーム３の頂点の一つに設定しているが、例えば図２に符号Ｐで示すような位置に設定しても良い。但し、この符号Ｐの位置は実用上、本実施例における可動フレーム２の仮想軸５１（図２参照）上であって、両電動アクチュエータ５の可動フレーム２との枢着点同士を結ぶ仮想直線５２よりもリヤ側であることが望ましい。

　一方、本発明における水平・傾斜調整装置は操縦訓練用シュミレータ、モーションシート、水平レベル調整機構、体感ゲーム機等の用途の他、図９に示す如く搬送装置の一部としての用途にも適用可能である。すなわち、ファクトリーオトメーション（ＦＡ）における搬送装置の一部として、方向転換機構、受け渡し装置として利用可能である。同図の場合、１台の搬入コンベア１０１と３台の搬出コンベア１０２〜１０４との組み合わせで使用され、搬入コンベア１０１を経て搬入される搬送物体１０５を可動フレーム２上に受け入れた後、可動フレーム２に傾斜を与えることで、いずれか一つの搬出コンベア１０２〜１０４に向けて搬送物体１０５を送り出す。この例において、上記搬送物体１０５には搬出先を示すバーコード１０５ａが付されており、搬入コンベア１０１の一側に設けられた読取装置１０７によって上記バーコード１０５ａが読み取られると共に、読み取った情報が各電動アクチュエータ５のコントローラに伝達される。従って、コントローラは伝達された情報に基づいて可動フレーム２の傾斜状態を制御し、これによって搬送物体の搬出先を自由に選択できるようになっている。

本発明の水平・傾斜調整装置の実施例を示す斜視図である。 実施例に係る水平・傾斜装置の平面図である。 実施例に係る水平傾斜装置の正面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 実施例に係る駆動手段を示す断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 実施例に係る水平・傾斜調整装置で実現可能な運動を示す説明図である。 本発明の水平・傾斜調整装置を搬送装置の一部として使用した状態を示す概略斜視図である。 従来の水平・傾斜調整装置を示す斜視図である。

符号の説明

　１…固定フレーム、２…可動フレーム、３…ボールジョイント（連結手段）、４…運動方向規制手段、５…電動アクチュエータ（駆動手段）

Claims (5)

1. 固定フレームと、この固定フレーム上で物体を搭載して運動する可動フレームと、この可動フレームが一支点の周りで自由に運動をなし得るよう該可動フレームと固定フレームとを連結する連結手段と、両端が球面軸受を介して上記可動フレーム及び固定フレームに連結されると共に、上記可動フレームを固定フレームと離間又は近接する方向に沿って個別に押し引きする一対の駆動手段と、上記可動フレームの運動を上記駆動手段による押し引き方向に沿った揺動及びその揺動中心を通る仮想軸の周りの回転のみに規制する運動方向規制手段とを備えたことを特徴とする水平・傾斜調整装置。
2. 上記駆動手段は、上記可動フレームの自由端部であって上記仮想軸を挟んで対向する２点を別個に押し引きすることを特徴とする請求項１記載の水平・傾斜調整装置。
3. 上記駆動手段は、ねじ軸及びこれに螺合するナット部材とから構成されると共にその一方が上記固定フレームに、他方が上記可動フレームに枢着された送りねじ装置と、この送りねじ装置に駆動力を付与する原動機とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水平・傾斜調整装置。
4. 上記連結手段は球面軸受からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水平・傾斜調整装置。
5. 上記運動方向規制手段は、上記固定フレーム又は可動フレームのいずれか一方に突設されたスタッドと、該一方に対する他方に設けられると共に上記スタッドが摺動自在に嵌合する規制部材とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水平・傾斜調整装置。

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