JP2714791B2 - 重心測定装置 - Google Patents

重心測定装置

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JP2714791B2 JP17804287A JP17804287A JP2714791B2 JP 2714791 B2 JP2714791 B2 JP 2714791B2 JP 17804287 A JP17804287 A JP 17804287A JP 17804287 A JP17804287 A JP 17804287A JP 2714791 B2 JP2714791 B2 JP 2714791B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は車両、航空機等の重心測定及び運動生理学
データ解析等の重心測定装置に関する。 〔従来の技術〕 従来の荷重測定装置は第12図及び第13図に示すよう
に、上鉄板100と下鉄板101との間にロードセル102を4
個介在させ、ロードセル102にかかる荷重分布を電気信
号として取出していた。 〔解決しようとする問題点〕 従来の荷重測定装置は、4つのロードセル102に荷重
が均一にかかりにくく、偏荷重による測定誤差が大きか
った。従って、荷重板上の重心位置の測定、即ち偏荷重
を積極的に測定する重心測定装置にこの従来荷重測定装
置を応用することは難しかった。さらに、従来荷重測定
装置は重量が重く、厚みが厚く、破損の恐れがあった。 そこで、本発明では軽量で薄くかつ、高精度で壊れに
くい重心測定装置を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上述の目的を達成するため、本発明は、測定場所に載
置される枠体状の周囲部分の内側面から周囲部分の底面
より高くなる位置に少なくとも4ケ所の梁を内方へ張り
出させ、各梁の張り出した先端に荷重板となる中央部分
の外側面を連結して荷重板を空中で保持し、荷重板の上
面においてその中心を通り互いに直交するX軸,Y軸を想
定したときに前記各梁をX軸,Y軸に線対称となる位置に
設け、各梁の上下面ではなく両側面の各側面に少なくと
も2つの抵抗を夫々荷重方向に対して45°の傾斜角度と
なるように配したひずみゲージを接着し、1つの梁の両
側面に接着された2つのひずみゲージを接続して一対の
ゲージでブリッジ回路を構成するとともに、各梁の各ゲ
ージに電圧を印加し、荷重板に上方から荷重がかかるこ
とにより生ずる各梁の剪断ひずみを利用して各ゲージで
ひずみ量を電圧として出力し、各ゲージから出力される
各電圧を増幅・演算器で増幅し演算して所定の基準位置
からの変位量として重心位置を表示するように構成した
ものである。 〔作用〕 この発明において、荷重板に荷重がかかると各梁に剪
断ひずみが生じ、各梁の両側面に貼り付けられたゲージ
から出力される各電圧が増幅器で増幅され、かつ演算器
でX方向からY方向それぞれの定位置から重心移動に伴
う変位量x・yが出力され、重心位置が表示される。 〔実施例〕 以下にこの発明の好適な実施例を図面を参照にして説
明する。 第1図において、測定場所に載置される長方形の枠体
状の周囲部分2の内側面、この例では互いに対向する2
つの短辺側の内側面から周囲部分の底面(載置面)より
高くなる位置に夫々2ケ所の梁3を内方へ張り出し、こ
の張り出した4つの梁3の先端に荷重板1となる中央部
分の外側面を連結して荷重板1を空中で保持してある。 梁3の形成は、第1図上、横方向の溝30と縦方向の溝
31とを切削加工などにより形成することにより行なわれ
る。全体は、鉄,アルミニウム,ジュラルミン,セラミ
ック,プラスチックなどの材料から一体成形され、溝3
0,31を切削することにより梁3を削り出し、あるいは鋳
型や射出成形金型で荷重板1と周囲部分2に梁3を連成
して一体板状構造物としてある。 梁3の上下面(第1図では上面のみ見える)ではな
く、両側面(第2図において見える面とその裏側)にひ
ずみゲージ4を夫々貼り付けてある。両側面のひずみゲ
ージ4は結線されてブリッジ回路を構成し、一対のゲー
ジ4となる。各梁3にゲージ4が設けられ、荷重板1に
上方から荷重がかかると梁3の個所に剪断ひずみが生
じ、このひずみを利用してゲージ40でひずみ量を電気的
に増幅して検出し、この検出した出力電圧を演算して重
心位置を測定する。この点については後述する。 第1図において、荷重板1の端部(長辺をなす外側面
下部)より梁3の中心までの距離TはL1分の4(4/L1
と等しいか、それ以下に設計してあり、溝31の幅D2は溝
30の幅D1よりも大きく(D1≦D2)形成してある。 第2図に示すように、荷重板1の上面は周囲部分2の
上面より若干高くなるように梁3に連結してあり、また
第3図に示すように、荷重板1の長辺側の外側面の上半
分は外方に延出して周囲部分2をおおうようにオーバー
ハング形状に形成されている。 第4図は、荷重板1,周囲部分2,梁3の構造を簡略化し
た側断面を示し、梁3の片方の側面にひずみゲージ4を
貼り付けてある状態を図示する。第4図では示されない
他方の側面にも同様のひずみゲージ4を貼り付けてあ
る。荷重板1の底面と周囲部分2の底面との間には隙間
dがあり、この隙間dは荷重板の最大厚みhの半分(h/
2)かそれ以下にしてある。 ひずみゲージ4は、第5図に示すように抵抗R1,R2(R
3,R4)から成り、梁3の一方の側面の抵抗R1,R2から成
るひずみゲージ4と、他方の側面の抵抗R3,R4から成る
ひずみゲージ4とが結線されてブリッジ回路(第6図参
照)を構成している。また各抵抗R1〜R4は、荷重方向に
対して45°傾斜して設けられる。2つのひずみゲージ4
から成るゲージ40は、4ケ所の梁3の夫々の両側面に設
けられ、全体は第6図に示すように結線され、各ゲージ
40には電圧、例えば3Vの電圧が印加され(第5図で印加
電圧を符号Eで示す)、各ゲージ40からの出力は、各梁
3に加わるひずみの大きさに応じて出力電圧が変化す
る。 第7図及び第8図において、重心測定のシステム構成
例について説明すると、荷重板1に荷重Pが作用したと
き、各梁3に貼られたゲージ40の出力電圧R・1〜R・
4は、各梁3に分配された力P・1〜P・4に比例する
ので、X方向の力のつり合いは、 (P・1+P・2)×Lx1=(P・3+P・4)×Lx2 Y方向の力のつり合いは、 (P・1+P・3)×Ly1=(P・2+P・4)×Ly2 となる。これにより、各梁3に分配された力P・1〜P
・4に比例した出力電圧R・1〜R・4の関係は次のよ
うにして求められる。 X方向:(R・1+R・2)×Lx1=(R・3+R・
4)×Lx2 …(1) Y方向:(R・1+R・3)×Ly1=(R・2+R・
4)×Ly2 …(2) 第8図中Xの軸とYの軸とは荷重板1の中心(a点)
を通り、このa点から重心移動に伴う変位量x・yと
し、Lx0はX方向の梁3の間隔、Ly0はY方向の梁3の間
隔を示す。 X方向において、Lx1=1/2Lx0+x、Lx2=1/2Lx0−x
であり、これを前記(1)式に代入すると、 で求められ、Lx0は既知であるため、各出力電圧R・1
〜R・4を測定すれば、X方向のa点からb点への移動
量(第8図中のx)が分かる。 Y方向においても同様に、Ly1=1/2Ly0+y、Ly2=1/
2Ly0−yを前記(2)式に代入し、 で求められ、Ly0は既知であるため、各出力電圧R・1
〜R・4を測定すれば、Y方向の移動量(第8図中の
y)が分かる。 4つのゲージ40からの各出力電圧R・1〜R・4は増
幅・演算器10で増幅され、演算されて変位量x・yが出
力され、これをX−Yレコーダー11等に入力して重心移
動位置の軌跡を解析する。また、増幅・演算器10からの
出力をパソコン12に入力して重心移動位置の軌跡解析及
び重量解析を行うようにすることもできる。 第9図ないし第11図は、梁3の形成個所や形成数を異
ならしめた例を示すものであるが、いずれも、荷重板1
の上面においてその中心を通り互いに直交するX軸,Y軸
を想定したときに各梁3のX軸,Y軸に線対称となる位置
に設けられる。また、1つの梁3に2つ以上のゲージ40
を貼り付けることもできる。 さらに、この荷重板1にボールをぶつけてその衝撃個
所を測定(位置とか角度)したり、老人等の機能回復治
療において、患者を荷重板1上を歩行させ、左右の足に
かかる荷重を測定することもできる。 〔効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、測定場所に載
置される枠体状の周囲部分の内側面から周囲部分の底面
より高くなる位置に少なくとも4ケ所の梁を内方へ張り
出させ、各梁の張り出した先端に荷重板となる中央部分
の外側面を連結して荷重板を空中で保持し、荷重板の上
面においてその中心を通り互いに直交するX軸,Y軸を想
定したときに前記各梁をX軸,Y軸に線対称となる位置に
設け、各梁の上下面ではなく両側面の各側面に少なくと
も2つの抵抗を夫々荷重方向に対して45°の傾斜角度と
なるように配したひずみゲージを接着し、1つの梁の両
側面に接着された2つのひずみゲージを接続して一対の
ゲージでブリッジ回路を構成するとともに、各梁の各ゲ
ージに電圧を印加し、荷重板に上方から荷重がかかるこ
とにより生ずる各梁の剪断ひずみを利用して各ゲージで
ひずみ量を電圧として出力し、各ゲージから出力される
各電圧を増幅演算器で増幅し演算して所定の基準位置か
らの変位量として重心位置を表示するように構成したも
のであるため、ロードセルは不要となり、その分装置全
体の厚みを薄くすることが可能となった。また、各梁の
両側面にひずみゲージを接着し結線してゲージを構成し
てあるために、片面にだけ接着したものに比べ誤差が少
なくなり、偏荷重による測定誤差も少なく、測定精度が
向上した。ロードセルを使用したものに比べれば測定精
度は格段に向上した。また、荷重板そのものがロードセ
ルとして機能するために、全体構造を一体的に構成する
ことができ、薄く、軽量でしかも丈夫で壊れにくくなっ
た。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の好適な実施例を示す平面図、第2図
は第1図II-II線断面図、第3図は第1図III-III線断面
図、第4図はゲージ接着個所を示す簡略断面図、第5図
はひとつの梁に接着される2個一対のひずみゲージを示
す図、第6図は各梁に設けた4つのゲージの結線図、第
7図は重心測定装置のシステム構成例を示す図、第8図
は重心点移動に伴なう出力変位量と重心位置との関係を
説明する図、第9図は梁を8本設けた例を示す平面図、
第10図は正方形の荷重板のコーナー部に梁を設けた例を
示す平面図、第11図は円形の装置の平面図、第12図は従
来装置の側面図、第13図は従来装置の平面図である。 1……荷重板(重心計)、2……周囲部分、3……梁、
4……ひずみゲージ、40……ゲージ、10……増幅・演算
器、11……X−Yレコーダー、12……パソコン、R1〜R4
……抵抗。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.測定場所に載置される枠体状の周囲部分の内側面か
    ら周囲部分の底面より高くなる位置に少なくとも4ケ所
    の梁を内方へ張り出させ、 各梁の張り出した先端に荷重板となる中央部分の外側面
    を連結して荷重板を空中で保持し、 荷重板の上面においてその中心を通り互いに直交するX
    軸,Y軸を想定したときに前記各梁をX軸,Y軸に線対称と
    なる位置に設け、 各梁の上下面ではなく両側面の各側面に少なくとも2つ
    の抵抗を夫々荷重方向に対して45°の傾斜角度となるよ
    うに配したひずみゲージを接着し、 1つの梁の両側面に接着された2つのひずみゲージを接
    続して一対のゲージでブリッジ回路を構成するととも
    に、各梁の各ゲージに電圧を印加し、 荷重板に上方から荷重がかかることにより生ずる各梁の
    剪断ひずみを利用して各ゲージでひずみ量を電圧として
    出力し、 各ゲージから出力される各電圧を増幅・演算器で増幅し
    演算して所定の基準位置からの変位量として重心位置を
    表示するように構成したことを特徴とする重心測定装
    置。 2.中央部分と周囲部分とを連結する梁は削り出しや一
    体成形等により中央部分と周囲部分と連成され、全体が
    一体板状構造物に形成されたことを特徴とする請求項1
    に記載の重心測定装置。 3.荷重板の外側面の少なくとも一部が外方へ延出して
    周囲部分をおおうようにオーバーハング形状に形成され
    たことを特徴とする請求項1又は2に記載の重心測定装
    置。
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