JP3678576B2 - 水平・傾斜調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0004】
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。
【0005】
【課題を解決するための手段】
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。
【0006】
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。
【0007】
【発明の実施の形態】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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。
【図2】 実施例に係る水平・傾斜装置の平面図である。
【図3】 実施例に係る水平傾斜装置の正面図である。
【図4】 図2のIV−IV線断面図である。
【図5】 図2のV−V線断面図である。
【図6】 実施例に係る駆動手段を示す断面図である。
【図7】 図6のVII−VII線断面図である。
【図8】 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。
【図9】 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。
【図10】 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 (3)
- 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、この可動フレームのフロント側に設けられると共に、かかる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、前記可動フレームのリヤ側に設けられ、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に規制する運動方向規制手段とを備え、
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水平・傾斜調整装置。 - 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記載の水平・傾斜調整装置。
- 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又は2記載の水平・傾斜調整装置。
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