JP5696224B2 - Detection device, crank with detection device attached and bicycle with detection device attached to crank - Google Patents
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Description
本発明は、車体に回転自在に連結されたクランクに作用する荷重を検出可能な検出装置、検出装置が取り付けられたクランク及び検出装置がクランクに取り付けられた自転車に関する。 The present invention relates to a detection device capable of detecting a load acting on a crank that is rotatably connected to a vehicle body, a crank having a detection device attached thereto, and a bicycle having the detection device attached to the crank.
従来、自転車に装着され、自転車の走行に関する情報や運転者の運動に関する情報を算出し、表示するサイクルコンピュータと称される装置がある。サイクルコンピュータは、自転車に設けられた各種センサから送信される信号に基づいて所定の情報を算出する。例えば、特許文献1に示すようなひずみゲージをクランクに貼り付けておくことで、サイクルコンピュータはひずみゲージの検出値に基づいてペダルに作用する力を測定し、ペダリングによる全体の仕事率やトルクを算出して表示する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is an apparatus called a cycle computer that is attached to a bicycle and calculates and displays information related to the traveling of the bicycle and information related to the exercise of the driver. The cycle computer calculates predetermined information based on signals transmitted from various sensors provided on the bicycle. For example, by attaching a strain gauge as shown in Patent Document 1 to the crank, the cycle computer measures the force acting on the pedal based on the detected value of the strain gauge, and calculates the total work rate and torque by pedaling. Calculate and display.
ここで、特許文献1に記載されるようなひずみゲージは、クランクに直接貼り付けられるので、クランクから取り外すことが困難であった。また、ひずみゲージを取り外すことができたとしても、取り外す際に変形や破損が生じ易い。 Here, since the strain gauge as described in Patent Document 1 is directly attached to the crank, it is difficult to remove it from the crank. Even if the strain gauge can be removed, deformation and breakage are likely to occur when it is removed.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができるクランクに作用する荷重を検出可能な検出装置、検出装置が取り付けられたクランク及び検出装置がクランクに取り付けられた自転車を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and makes it an example of a subject to solve the above problems, The load which acts on the crank which can solve these subjects is applied. It is an object of the present invention to provide a detectable detection device, a crank having the detection device attached thereto, and a bicycle having the detection device attached to the crank.
上記課題を解決するために、本発明に係る検出装置は、伸縮性を備え、車体に回転自在に連結されたクランクに一方の面で接着される基板と、前記基板の一方の面の反対側の面に接着されるひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージにより検出された前記クランクのひずみに基づいて前記クランクに作用する荷重を検出し、前記基板は、前記クランクに接着される側から前記ひずみゲージに接着される側に向かって拡大していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a detection device according to the present invention includes a substrate that is stretchable and is bonded on one surface to a crank that is rotatably connected to a vehicle body, and the opposite side of the one surface of the substrate. includes a strain gauge, a is adhered to the surface, the strain detecting a load acting on the crank on the basis of a strain of said detected crank by gauge, the substrate from the side to be adhered to said crank It has expanded toward the side adhere | attached on the said strain gauge .
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図1(a)は、自転車のペダリングにより、クランクの回転に寄与しクランクを回転させる力(推進力)及びクランク回転に寄与していない力(損失力)を所定のクランク回転角度毎に算出し、運転者が行った仕事率やトルクを表示するペダリングモニタ100が自転車Bに取り付けられている様子を表す側面図、図1(b)はペダリングモニタ100が自転車Bに取り付けられている様子を表す正面図である。(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Fig. 1 (a) shows the calculation of the force that contributes to the rotation of the crank (propulsion force) and the force that does not contribute to the crank rotation (loss force) for every predetermined crank rotation angle by pedaling the bicycle. FIG. 1B is a side view showing a state where the
自転車Bは、車体のフレームB1と、当該自転車Bの前後においてフレームB1で回転自在に軸支されることにより、フレームB1を移動自在に支持する二つの車輪B2(前輪B21及び後輪B22)と、自転車Bを推進させるための推進力を後輪B22に伝える駆動機構B3と、運転者が操縦するためのハンドルB4と、運転者が着座するためのサドルB5とを有する。 The bicycle B has a vehicle body frame B1 and two wheels B2 (front wheel B21 and rear wheel B22) that support the frame B1 movably by being pivotally supported by the frame B1 before and after the bicycle B. The driving mechanism B3 transmits a propulsive force for propelling the bicycle B to the rear wheel B22, the handle B4 for the driver to steer, and the saddle B5 for the driver to sit on.
駆動機構B3は、一端に回動軸(クランク軸)を有し、斯かる回動軸がフレームB1に対して回転自在に軸支されるアルミ製のクランクB31、クランクB31の他端において回転自在に軸支されると共に、運転者等から力を受けるペダルB32、クランクB31の上記一端にあるクランク軸を共通の回動軸としてクランクB31に接続され、クランクB31と一体的に回動するチェーンリングB34、及び、後輪B22の回動軸を共通の回動軸として後輪B22と一体的に回転するように配されたリアスプロケット(図示せず)とチェーンリングB34とを連結してペダルB32に作用する力(以下、「ペダル作用力」という)を後輪B22に伝達するチェーンB33を具備する。 The drive mechanism B3 has a rotating shaft (crankshaft) at one end, and the rotating shaft is rotatably supported at the other end of the crank B31 by an aluminum crank B31 that is rotatably supported with respect to the frame B1. A chain ring that is pivotally supported by the driver and connected to the crank B31 with the crankshaft at the one end of the pedal B32 and the crank B31 as a common turning shaft, and rotates integrally with the crank B31. B34 and a rear sprocket (not shown) arranged so as to rotate integrally with the rear wheel B22 by using the rotation axis of the rear wheel B22 as a common rotation axis, and a chain ring B34 are connected to each other to connect the pedal B32. A chain B33 for transmitting a force acting on the rear wheel (hereinafter referred to as "pedal acting force") to the rear wheel B22.
クランクB31は、自転車Bの進行方向を向いて右側に配置される右クランクシャフトB311と、自転車Bの進行方向を向いて左側に配置される左クランクシャフトB312とを有し、これら左右のクランクシャフトB311、B312は、上記クランク軸を対称点とする点対称となる位置で固着されている。また、ペダルB32も、右クランクシャフトB311の先端部に取り付けられた右ペダル軸(図示せず)に回転自在に支持される右ペダルB321と、左クランクシャフトB312の先端部に取り付けられた左ペダル軸(図示せず)に回転自在に支持される左ペダルB322とを有する。なお、右クランクシャフトB311と左クランクシャフトB312と、右ペダルB321と左ペダルB322とはそれぞれは同一形状・構造である。 The crank B31 has a right crankshaft B311 disposed on the right side facing the traveling direction of the bicycle B, and a left crankshaft B312 disposed on the left side facing the traveling direction of the bicycle B, and these left and right crankshafts. B311 and B312 are fixed at a point-symmetrical position with the crankshaft as a symmetric point. The pedal B32 is also a right pedal B321 that is rotatably supported by a right pedal shaft (not shown) attached to the tip of the right crankshaft B311 and a left pedal attached to the tip of the left crankshaft B312. And a left pedal B322 rotatably supported by a shaft (not shown). The right crankshaft B311 and the left crankshaft B312 and the right pedal B321 and the left pedal B322 have the same shape and structure.
ペダリングモニタ100は、クランクB31の回転角度を検出するクランク回転角度検出装置2、右クランクシャフトB311に作用する力(=ペダル作用力)を検出する右側用検出装置3、左クランクシャフトB312に作用する力(=ペダル作用力)を回転検出する左側用検出装置4、クランクB31の回転速度を検出するケイデンス検出装置5を備える。なお、右側用検出装置3及び左側用検出装置4は、それぞれクランクB31の回転に寄与する力(以下、「推進力」という)とクランクB31の回転に寄与しない力(以下、「損失力」という)とを分けて検出する。
The
また、ペダリングモニタ100は、クランク回転角度検出装置2、右側用検出装置3、並びに左側用検出装置4が検出して送信する検出信号(検出値)に基づいて、右足側の所定のクランク回転角度におけるペダル作用力及び運転者により行われた仕事量やトルクを算出し、サイクルコンピュータ1に送信する右側用計測装置6、左足側の所定のクランク回転角度におけるペダル作用力及び運転者により行われた仕事量やトルクを算出し、サイクルコンピュータ1に送信する左側用計測装置7、及び、所定のクランク回転角度における仕事量やトルク等を足毎に表示するサイクルコンピュータ1を備える。
Further, the
なお、右側用計測装置6はチェーンリングB34に固定され、左側用計測装置7は左クランクシャフトB312に固定されている(図3参照)。そして、各検出装置2〜5と、各計測装置6〜7とは有線で接続されている。また、図2に示すように、サイクルコンピュータ1はハンドルB4に固定され、サイクルコンピュータ1、右側用計測装置6及び左側用計測装置7は図示しない発信機を備えており、相互に無線で接続されている。
The
クランク回転角度検出装置2は、複数の磁石が所定間隔をおいて円形状に配された磁石群が設けられた被センシング部21と、この磁石群からなる被センシング部21を検出する磁気センサを備えるセンシング部22とからなる。被センシング部21は右クランクシャフトB311に対向する様にフレームB1の側面に固定され、センシング部22はチェーンリングB34に固定され、クランクB31と共に回転する。なお、本実施の形態において被センシング部21は右側用計測装置6の中に組み込まれており、一体化されている。センシング部22は回転しながら、磁石群の各磁石を検出し、磁石群の各磁石を検出する度にクランク回転角度検出信号を右側用計測装置6及び左側用計測装置7に送信する。右側用計測装置6及び左側用計測装置7はクランク回転角度検出信号に基づいてクランクB31のクランク回転角度(θ)を検出することができる。
The crank rotation angle detection device 2 includes a
右側用検出装置3は、図3(a)に示すように、全体的にシート状となっており、右クランクシャフトB311に巻き付いている。一方、左側用検出装置4も、図3(b)に示すように、全体的にシート状となっており、左クランクシャフトB312に巻き付いている。右側用検出装置3の構成と左側用検出装置4の構成とは同様であるため、以下、右側用検出装置3について説明する。
As shown in FIG. 3A, the
右側用検出装置3は、図4及び図5に示すように、検出対象の歪みを検出するセンサユニット30〜33、各センサユニット30〜33の下敷きとなって右クランクシャフトB311に直接貼り付けられる下敷きシート34〜37、センサユニット30〜33をまとめて全体的にセンサユニット30〜33の表面側から覆う上側防水シート38、及び、上側防水シート38の裏面と右クランクシャフトB311の表面との間に形成される隙間とセンサユニット30〜33とを遮断する下側防水シート39を具備する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the right-
下敷きシート34〜37は伸縮性(弾性)を有するアルミ板で構成され、一方の面(以下、「表面」という)でセンサユニット30〜33に接着されており、他方の面(以下、「裏面」という)で右クランクシャフトB311の歪み検出箇所に接着される。なお、各下敷きシート34〜37の表面は、それぞれの対応するセンサユニット30〜33より大きく、センサユニット30〜33が接着されると、その一部が露出する。この露出している部分に下側防水シート39が接着されている。
The
このように、センサユニット30〜33が伸縮性を有する下敷きシート34〜37を介して右クランシャフトB311に接着されるので、使用時においてセンサユニット30〜33の検出機能を低下させることなく、センサユニット30〜33を破損させずに右クランシャフトB311から取り外すことが可能となる。なお、下敷きシート34〜37は、右クランクシャフトB311から取り外す際に、塑性変形することなく弾性変形し、且つ、センサユニット30〜33を破損させない強度を有することが望ましい。右側用検出装置3を右クランクシャフトB311から取り外した後に再利用するためである。
Thus, since the
下側防水シート39は、PET樹脂製あるいはABS樹脂製等の樹脂シート(t=0.1mm又は0.05mm)からなり、略T字状に成形され、センサユニット30〜33が配される本体部39Aと、各センサユニット30〜33のケーブルを集中させて右側用計測装置6へ導くための接続部39Bとで構成されている。本体部39Aには、各センサユニット30〜33が嵌入される嵌入孔39a〜39dが形成されている。嵌入孔39a〜39dは直線状に所定間隔をおいて(本実施の形態においては21mm)並設されている。そして、図5に示すように、嵌入孔39a〜39dにセンサユニット30〜33が嵌入された状態で、センサユニット30〜33と下側防水シート39のセンサユニット30〜33を取り囲む部分とが一体的に下敷きシート34〜37に接着されている。よって、下側防水シート39とセンサユニット30〜33との間から水等の外敵の浸入を防ぐことができる。また、各嵌入孔39a〜39dの形状は、対応するセンサユニット30〜33と略同一に、具体的には、センサユニット30〜33より僅かに大きくなっている。これは下側防水シート39とセンサユニット30〜33との間から水等の外敵の浸入を確実に防ぐことができるようにすると共に、右クランクシャフトB311の変形に伴う下敷きシート34〜37の伸縮が阻害されて右側用検出装置3の検出精度が低下しないようにするためである。
The lower
上側防水シート38は、ゴム板(t=0.3mm)からなり、下側防水シート39と同一の形状に成形されている。上側防水シート38は、少なくとも複数個のセンサユニット30〜33を全体的に覆い、センサユニット30〜33を全体的に且つ個々に取り囲むように下側防水シート39の表面に接着されている。このように、センサユニット30〜33を囲んだ下側防水シート39が下敷きシート34〜37に接着されて、センサユニット30〜33と下側防水シート39との隙間が遮断される一方、上側防水シート38がセンサユニット30〜33を全体的に覆った状態で取り囲むように下敷きシート34〜37に接着され、センサユニット30〜33と上側防水シート38との隙間が遮断されている。よって、センサユニット30〜33が防水されている。さらに、下敷きシート34〜37を右クランクシャフトB311から取り外すことで、下敷きシート34〜37、上側防水シート38及び下側防水シート39によるセンサユニット30〜33に対する防水機能を維持したまま右側用検出装置3を右クランクシャフトB311から取り外すことができる。
The upper
なお、上側防水シート38及び下側防水シート39の材質は特に限定されないが、図3(a)に示すように、上側防水シート38及び下側防水シート39は、右クランクシャフトB311に巻き付けられるため、一定以上、具体的には右クランクシャフトB311に巻き付けられる際に破断しない程度の伸縮性を有する(折り曲げ可能である)ことが望ましい。しかしながら、下側防水シート39については、伸縮性が所定値以上高いと下側防水シート39に設けられた配線が切断されるおそれがあるため、所定値以下、具体的には配線が切断されない程度の伸縮性を有することが望ましい。
The material of the upper
なお、下側防水シート39と右クランクシャフトB311とは基本的に密接しているが、接着はされていない。これは、下側防水シート39と右クランクシャフトB311との間に所定の工具等を挿入させ、右側用検出装置3を右クランクシャフトB311から簡単に取り外すためである。
The lower
また、本実施の形態において、下敷きシート34〜37はくさび型を呈し、すなわち、テーパ状に成形されている。詳細には、下敷きシート34〜37の表面は1辺が9.0mmの正方形に成形され、裏面は1辺が7.4mmの正方形に成形されている。このように下敷きシート34〜37が表面側に向かって拡大するテーパ状に成形されていることにより、所定の工具を下敷きシート34〜37のテーパ状部分に引っ掛けさせることができるので、容易に且つセンサユニット30〜33や下側防水シート39等の他の部材を破損させることなく右側用検出装置3を右クランクシャフトB311から取り外すことができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態において、右側用検出装置3は、各センサユニット30〜33に対応する下敷きシート34〜37を具備する構成となっているが、複数のセンサユニット30〜33がまとめて貼り付けられる一枚の下敷きシートを具備する構成とすることもできる。この場合、右側用検出装置3の部品点数及び製造工程が削減されると共に、右側用検出装置3を右クランクシャフトB311から取り外す工程が削減されるという効果を奏する。一方で、下敷きシートに貼り付けられたセンサユニット30〜33の伸縮性、すなわち、検出感度(精度)の観点から、下敷きシートの面積は小さい方が好ましい。よって、検出感度の観点からは、本実施の形態のように、右側用検出装置3が各センサユニット30〜33に対応する下敷きシート34〜37を具備する構成の方が望ましい。また、検出感度の観点からは、右クランクシャフトB311と下敷きシート34〜37の材質が同一で、伸縮係数が同一となることが望ましい。
Further, in the present embodiment, the right-
さらに、下敷きシートの厚さは特に限定されないが、厚さを薄くすると伸縮性が増すので、センサユニット30〜33の検出感度が向上する。しかしながら、厚さが薄くなるにつれて耐久性が低下し、特に右側用検出装置3を取り外す際に壊れやすくなる。よって、下敷きシートの厚さは検出感度と耐久性との兼ね合いによりバランス良く適宜に設定されることが望ましい。
Further, the thickness of the underlay sheet is not particularly limited, but if the thickness is reduced, the stretchability increases, so that the detection sensitivity of the
また、本実施の形態において、右側用検出装置3は、センサユニット30〜33、下敷きシート34〜37、上側防水シート38及び下側防水シート39が一体化してなり、下敷きシート34〜37が裏面で右クランクシャフトB311の歪み検出箇所(後述する前面、後面、外側面及び内側面)に接着される。これにより、右側用検出装置3が右クランクシャフトB311に巻き付けられ、センサユニット30〜33が下敷きシート34〜37を介して右クランクシャフトB311に貼り付けられることとなる。すなわち、右側用検出装置3が右クランクシャフトB311に巻き付けられるように、下敷きシート34〜37、センサユニット30〜33及び嵌入孔39a〜39dが設けられている。具体的に、下敷きシート34〜37、センサユニット30〜33及び嵌入孔39a〜39dは、歪み検出箇所(後述する前面、後面、外側面及び内側面)に応じた位置に設けられている。このように、下敷きシート34〜37、センサユニット30〜33及び嵌入孔39a〜39dが設けられる位置は、取り付けられるクランクの形状・構造に応じて適宜に設定されることが望ましい。なお、本実施の形態においては、後述するようにセンサユニット30、31は推進力を検出するために用いられ、右クランクシャフトB311の前面及び後面に貼り付けられる。一方、センサユニット32、33は損失力を検出するために用いられ、右クランクシャフトB311の外側面及び内側面に貼り付けられる。よって、一体化された右側用検出装置3において、推進力用のセンサユニット30、31と、損失力用のセンサユニット32、33とが交互に配される。
In the present embodiment, the right-
次に、センサユニット30〜33の構成及びセンサユニット30〜33を用いた推進力及び損失力の検出方法について説明する。
Next, a configuration of the
図6に示すように、右側用検出装置3のセンサユニット30〜33はそれぞれ、一対の2つのひずみゲージからなる。センサユニット30は、ペダルB321が真下(6時方向)に位置するとき、右クランクシャフトB311の進行方向に対して前方を向く面(以下、「前面」という)に下敷きシート34を介して貼り付けられ、センサユニット31は、同様に後方を向く面(以下、「後面」という)に敷きシート35を介して貼り付けられている。センサユニット30、31は矢羽型で、一対のひずみゲージ30a・30b、31a・31bで構成され、各センサユニット30、31は矢羽型の矢羽の向きが右クランクシャフトB311の長さ方向に沿って右ペダルB321を向いた状態で貼り付けられている。
As shown in FIG. 6, each of the
一方、センサユニット32は、右クランクシャフトB311の進行方向に直交する方向に対して自転車Bの外側を向く面(以下、「外側面」という)に敷きシート36を介して貼り付けられ、センサユニット33は進行方向に直交する方向に対して自転車Bの内側を向く面(以下、「内側面」という)に敷きシート37を介して貼り付けられている。なお、センサユニット32、33は矢羽型で、一対のひずみゲージ32a・33b、33a・33bで構成され、矢羽型の矢羽の向きが右クランクシャフトB311の長さ方向に沿って右ペダルB321を向いた状態で貼り付けられている。
On the other hand, the
なお、各センサユニット30〜33はケーブルによって右側用計測装置6に接続されており、各センサユニット30〜33で検出された検出値が検出信号により右側用計測装置6に送信される。
Each
図6(a)に示すように、右クランクシャフトB311の前後面、すなわち、右クランクシャフトB311の回転方向に力を受ける面に貼り付けられたセンサユニット30、31によって、ペダル作用力の回転方向成分(推進力)が検出される。そして、これらのひずみゲージ30a、30b、31a及び31bにより、図7(a)に示す推進力用ブリッジ回路3Aが構成されている。具体的には、各センサユニット30、31を構成する一対のひずみゲージ30a、30bとひずみゲージ31a、31bがそれぞれ推進力用ブリッジ回路3Aの対辺に配置されている。これにより、右クランクシャフトB311のねじれのひずみ(内外方向から受ける力の影響)を相殺(キャンセル)することができる。
As shown in FIG. 6 (a), the rotation direction of the pedal action force is detected by the
一方、図6(b)に示すように、右クランクシャフトB311の内外側面、すなわち、右クランクシャフトB311の内外方向に力を受ける面に貼り付けられたセンサユニット32、33によって、ペダル作用力の動径方向成分(損失力)が検出される。そして、これらのひずみゲージ32a、32b、33a及び33bにより、図7(b)に示す損失力用ブリッジ回路3Bが構成されている。具体的には、各センサユニット32、33を構成する一対のひずみゲージ32a、32bとひずみゲージ33a、33bがそれぞれ損失力用ブリッジ回路3Bの対辺に配置されている。これにより、右クランクシャフトB311のねじれのひずみ(回転方向から受ける力の影響)を相殺(キャンセル)することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), the pedal action force is increased by the
以上のように構成される推進力に係るセンサユニット30、31で構成される推進力用ブリッジ回路3Aからの出力値X、損失力に係るセンサユニット32、33で構成されるブリッジ回路3Bからの出力値Yに基づいて、以下のように、ペダル作用力の回転方向成分Fx及び動径方向成分Fyを算出することができる。なお、この算出は、各ブリッジ回路が接続された右側用計測装置6の制御部60により行われる。また、ブリッジ回路3A、3Bと制御部60との間にオペアンプ等の増幅回路が介在している場合、最終的に制御部60が取得する電力値を以下の出力値X、出力値Yとする。
〔式〕
Fx=((X−Xz)−(Y−Yz)A/B[kgf]
Fy=((Y−Yz)−(X−Xz)C/D[kgf]
A=(Xd−Xz)/(Yd−Yz)
B=20/(Xr−Xz)
C=(Yr−Yz)/(Xr−Xz)
B=20/(Yd−Yz)
The output value X from the propulsive
〔formula〕
Fx = ((X−Xz) − (Y−Yz) A / B [kgf]
Fy = ((Y−Yz) − (X−Xz) C / D [kgf]
A = (Xd−Xz) / (Yd−Yz)
B = 20 / (Xr-Xz)
C = (Yr−Yz) / (Xr−Xz)
B = 20 / (Yd−Yz)
ここで、「Xz」、[Yz]は右クランクシャフトB311が無負荷状態における制御部60への出力値を表し、「Xr」、[Yr]は右クランクシャフトB311が20[kgf]の回転方向成分を受けた状態における制御部60への出力値を表し、「Xd」、[Yd]は右クランクシャフトB311が20[kgf]の動径方向成分を受けた状態における制御部60への出力値を表す。なお、これらの[Xz]、[Yz]、[Xr]、[Yr]、[Xd]、[Yd]は、例えば、ペダリングモニタ100を使用する前にセンサユニット30〜33を右クランクシャフトB311に貼り付けて校正することによって取得される。
Here, “Xz” and [Yz] represent output values to the control unit 60 when the right crankshaft B311 is in a no-load state, and “Xr” and [Yr] represent rotation directions of the right crankshaft B311 of 20 [kgf]. An output value to the control unit 60 in a state where the component is received, and “Xd” and [Yd] are output values to the control unit 60 in a state where the right crankshaft B311 receives a radial direction component of 20 [kgf]. Represents. These [Xz], [Yz], [Xr], [Yr], [Xd], and [Yd] indicate that the
次に、図8の右側用計測装置6を中心としたペダリングモニタ100のブロック図を用いて、ペダリングモニタ100による右側用検出装置3のキャリブレーション(無負荷状態における右側用検出装置3の電圧値(出力値)の校正)について説明する。
Next, using the block diagram of the pedaling monitor 100 centering on the right-
図8に示すように、サイクルコンピュータ1は、制御を司る制御部10、操作が可能であり、操作された内容を示す操作検出信号を制御部10に送信する入力部11、制御部10の命令により所定の情報を表示する表示部12、制御部10の命令により所定の情報を右側用計測装置6との間で送受信する送受信部14、制御部10に電源を供給する電源部15を有する。
As shown in FIG. 8, the cycle computer 1 includes a
制御部10は、CPU10a、ROM10b、RAM10cを備えている。CPU10aは、ROM10bに予め記憶されているプログラムに基づいて、ペダリングに係る所定のパラメータの表示等を含むサイクルコンピュータとしての基本処理及び後述する右側用検出装置3のキャリブレーション実行条件の判定処理を制御する。ROM10bには、CPU10aが実行するサイクルコンピュータとしての基本処理及び右側用検出装置3のキャリブレーション実行条件の判定処理を実行するためのプログラムコードが予め記憶されている。RAM10cは、CPU10aがサイクルコンピュータとしての基本処理及び右側用検出装置3のキャリブレーション実行条件の判定処理を実行する際に行う演算処理において、データ等のワーキングエリアとして機能する。
The
入力部11は、操作可能な操作部11a〜11cを備え(図2参照)、操作部11a〜11cが受けた操作に伴う入力信号を操作に対応する制御情報に変換して制御部10へ送信する。なお、本実施の形態において、操作部11a、11cは押下操作可能なボタン構造からなり、11bは十字キー構造からなる。運転者は、これら操作部11a〜11cの操作の組み合わせによって、運転者や自転車に関する固有情報の入力や後述するキャリブレーションの実行/不実行の選択等が可能となる。
The
表示部12は、例えば、各足についての所定のクランク回転角度毎の仕事率やトルク等、又は、後述するように電源投入時にキャリブレーション実行を選択するための画面を表示する。なお、表示部12をタッチパネルで構成させて、入力部11と表示部12とを一体化することも可能である。
The
送受信部14は、右側用計測装置6、左側用計測装置7をはじめ、携帯電話等の移動端末や自宅等に設置されるPCといった外部の処理機器との間でデータの送受信を行うためのインターフェースである。
The transmitter /
右側用計測装置6は、制御を司る制御部60、右側用検出装置3の各ブリッジ回路3A、3Bから出力される電圧に電圧を出力(加算)する電圧出力部61、各ブリッジ回路3A、3Bから出力される電圧に電圧増幅部61から出力される電圧が加算されたものを増幅する電圧増幅部62、電圧増幅部62から出力された電圧の電圧値を検出する電圧検出部63、サイクルコンピュータ1からの信号を受信すると共に、サイクルコンピュータ1に信号を送信する送受信部64、制御部60に電源を供給する電源部65を備える。
The
各ブリッジ回路3A、3Bは独立して個別に電圧増幅部62に接続されている。電圧出力部61は、D/Aコンバータで構成されており、各ブリッジ回路3A、3Bと電圧増幅部62とを接続するケーブルに接続されている。すなわち、電圧出力部61は、推進力用ブリッジ回路3Aから出力される電圧と、損失力用ブリッジ回路3Bから出力される電圧に対して個別に電圧を加えることができる。
Each of the
電圧増幅部62はオペアンプで構成され、推進力用ブリッジ回路3Aから出力される電圧に電圧出力部61から出力された電圧が加算された電圧Aと、損失力用ブリッジ回路3Bから出力される電圧に電圧出力部61から出力された電圧が加算された電圧Bと、を個別に増幅する。
The
電圧検出部63は、A/Dコンバータで構成され、電圧増幅部62によって増幅された電圧の電圧値を検出することができる(以下、ブリッジ回路3Aから出力された電圧にA基づいて増幅された電圧の電圧値を「推進力電圧値Va」、ブリッジ回路3Bから出力された電圧Bに基づいて増幅された電圧の電圧値を「損失力電圧値Vb」という)。なお、本実施の形態において、A/Dコンバータである電圧検出部63の性能は、分解能が「10」bitであり、入力最大値が「1.5」V、感度(傾き)が「7.32」mV/kgfとなっている。
The
制御部60は、CPU60a、ROM60b、RAM60cを備えている。CPU60aは、ROM60bに予め記憶されているプログラムに基づいて、後述する右側用検出装置3のキャリブレーションを制御する。ROM60bには、CPU60aが実行する右側用検出装置3のキャリブレーションを実行するためのプログラムコードが予め記憶されている。RAM60cは、CPU60aが右側用検出装置3のキャリブレーションを実行する際に行う演算処理において、データ等のワーキングエリアとして機能する。制御部60は、キャリブレーションを実行するための所定の実行条件(以下、「キャリブレーション実行条件」という)が成立すると、電圧検出部63によって検出された各検出値(推進力電圧値Va、損失力電圧値Vb)が予め設定された所定の判定値に達しているか否かを判定し、達していないと判定すると、電圧出力部61にブリッジ回路3A、3Bに所定の電圧を加えさせる。
The control unit 60 includes a CPU 60a, a ROM 60b, and a RAM 60c. The CPU 60a controls calibration of the right-
本実施の形態において、判定値は検出値毎に設定されている(以下、推進力電圧値Vaに対する判定値を「推進力用判定値Vs」、損失力電圧値Vbに対する判定値を「損失力用判定値Vt」という)。すなわち、推進力用ブリッジ回路3Aと損失力用ブリッジ回路3Bとに対して判定値が設定されている。制御部60は、推進力電圧値Va、損失力電圧値Vbがそれぞれ推進力用判定値Vs、損失力用判定値Vtを越えるまで上記の処理を繰り返す。なお、所定のキャリブレーション実行条件については後述する。
In the present embodiment, the determination value is set for each detected value (hereinafter, the determination value for the propulsive force voltage value Va is referred to as “determination value Vs for propulsive force”, and the determination value for the loss force voltage value Vb is “loss power”. For example, determination value Vt). That is, determination values are set for the propulsive
次に、図9を用いて、制御部60による右側用検出装置3のキャリブレーション(無負荷状態における右側用検出装置3の電圧値(出力値)の校正)について説明する。
Next, calibration of the right-side detection device 3 (calibration of the voltage value (output value) of the right-
推進力Fx及び損失力Fyの検出範囲が所望の範囲となるように、右側用検出装置3が出荷される前に、無負荷状態(Fx・Fy=0[kgf])における電圧値が校正されたとしても(図9(a)、図9(b)の一点鎖線参照)、右側用検出装置3が出荷された後には、センサユニット30〜33の経年変化や温度変化、さらには、右クランクシャフトB311への取り付けの不手際による変形によって、無負荷状態(Fx・Fy=0[kgf])のときの電圧値がずれてしまう(図9(a)、図9(b)の波線参照)。
Before the right-
そこで、使用前に推進力Fx及び損失力Fyの検出範囲が所望の範囲となるように、無負荷状態(Fx・Fy=0kgf)における電圧値Va、Vbを校正するキャリブレーションを実行する。なお、右側用検出装置3のキャリブレーションを実行する前提として、右側用検出装置3は右クランクシャフトB311に取り付けられているものとする。
Therefore, calibration is performed to calibrate the voltage values Va and Vb in the no-load state (Fx · Fy = 0 kgf) so that the detection ranges of the propulsive force Fx and the loss force Fy are in a desired range before use. It is assumed that the
本実施の形態では、推進力Fxの所望の検出範囲と損失力Fyの所望の検出範囲が異なることから、推進力Fxと損失力Fyを分けて説明する。最初に、損失力Fyについて説明する。 In the present embodiment, since the desired detection range of the propulsive force Fx and the desired detection range of the loss force Fy are different, the propulsive force Fx and the loss force Fy will be described separately. First, the loss power Fy will be described.
損失力Fyの所望の検出範囲は「−100」kgfから「100」kgfであり、電圧検出部63の入力範囲が「0」V(000)〜「1.5」V(3FF)であるため、「Fy=0」kgfにおけるA/Dコンバータ出力(推進力用判定値Vt)が「0.75」V(200)となるように、すなわち、推進力用判定値Vtを「0.75」Vに設定して制御部60にキャリブレーションを実行させる。
The desired detection range of the loss force Fy is “−100” kgf to “100” kgf, and the input range of the
一方、推進力Fxの所望の検出範囲は「−20」kgfから「180」kgfであり、電圧検出部63の入力範囲が「0」V(000)〜「1.5」V(3FF)であるため、「Fx=0」kgfにおけるA/Dコンバータ出力(推進力用判定値Vs)が「0.15」V(066)となるように、すなわち、推進力用判定値Vsを「0.15」Vに設定して制御部60にキャリブレーションを実行させる。
On the other hand, the desired detection range of the propulsive force Fx is “−20” kgf to “180” kgf, and the input range of the
このように、推進力Fxの所望の検出範囲が「+」側に偏っているのは、右クランクシャフトB311(右ペダルB321)には正の方向(漕ぐ方向)の力が掛かり易く、負の方向の力が掛かり難いことから、推進力(ペダル作用力の回転方向成分)の正の方向のダイナミックレンジを大きくして、精度良く且つ確実に回転方向成分を検出するためである。なお、負の方向の力が全く掛からないということはないので、負の方向のダイナミックレンジも適度に設定しておくことが望ましい。 Thus, the reason why the desired detection range of the propulsive force Fx is biased toward the “+” side is that the right crankshaft B311 (the right pedal B321) is likely to be applied with a positive force (the direction of the rowing) and is negative. This is because the dynamic range in the positive direction of the propulsive force (the rotational direction component of the pedal acting force) is increased to detect the rotational direction component accurately and reliably because it is difficult to apply a direction force. It should be noted that since the negative force is not applied at all, it is desirable to set the negative dynamic range appropriately.
次に、上記のキャリブレーションの実行条件について説明する。サイクルコンピュータ1に電力が供給されると、制御部10は表示部12に右側用検出装置3のキャリブレーションの実行/不実行を選択させる画面(以下、「キャリブレーション選択画面」という)を表示させる。ここで、運転者が入力部11を用いて、キャリブレーションの実行を選択する操作を行うと、制御部10は、送受信部14にキャリブレーションの実行が選択されたという情報を右側用計測装置6に送信させる。
Next, the calibration execution conditions will be described. When power is supplied to the cycle computer 1, the
右側用計測装置6の制御部60は、送受信部64からキャリブレーションの実行が選択されたという情報を受け取ると、上記のキャリブレーションを実行する。すなわち、キャリブレーション実行条件は、「表示部12にキャリブレーション選択画面が表示されているときに、入力部11が所定の操作を受けること」である。すなわち、キャリブレーションは手動で行われることとなる。
When the control unit 60 of the right-
次に、キャリブレーションを行うための制御フローを説明する。まず、図10を用いてサイクルコンピュータ1によるキャリブレーション実行条件判定処理を説明する。 Next, a control flow for performing calibration will be described. First, calibration execution condition determination processing by the cycle computer 1 will be described with reference to FIG.
制御部10は、電源部15より電力が供給されると、ステップS10において、表示部12にキャリブレーション選択画面を表示させる。
When power is supplied from the power supply unit 15, the
次いで、制御部10は、ステップS11において、入力部11から制御情報が送信されたか否かを判定する。制御部10は、制御情報がなければ当該判定を繰り返し行い、制御情報があれば、ステップS12において、当該制御情報がキャリブレーションの実行を示しているか否かを判定する。
Next, the
制御部10は、制御情報が「キャリブレーションの実行」を示さない、すなわち、不実行を示す場合はそのまま当該メイン処理を終了し、一方、制御情報が「キャリブレーションの実行」を示す場合、送受信部14に「キャリブレーションの実行」が選択されたという情報を右側用計測装置6に送信させて、当該メイン処理を終了する。
When the control information does not indicate “execution of calibration”, that is, when it indicates non-execution, the
次に、図11を用いて右側用計測装置6によるキャリブレーション実行処理を説明する。まず、制御部60は、ステップS20において、後述する推進力校正完了フラグがONされているか否かを判定する。制御部60は、推進力校正完了フラグがONされていると判定すると、ステップS25に処理を移し、推進力校正完了フラグがONされていないと判定すると、ステップS21において、電圧検出部63に推進力電圧値Vaを検出させる。
Next, calibration execution processing by the right-
制御部60は、ステップS22において、推進力電圧値Vaが推進力用判定値Vs以上であるか否かを判定する。制御部60は、Va≧Vsと判定するとステップS24においてRAM60cの所定領域に推進力校正完了フラグをONし、Va<Vsと判定するとステップS23において電圧出力部61に所定の電圧を推進力ブリッジ回路3Aに掛けさせる。
In step S22, the controller 60 determines whether or not the propulsive force voltage value Va is greater than or equal to the propulsive force determination value Vs. When determining that Va ≧ Vs, the control unit 60 turns on the driving force calibration completion flag in a predetermined area of the RAM 60c in step S24. When determining that Va <Vs, the control unit 60 supplies a predetermined voltage to the
制御部60は、ステップS25において、後述する損失力校正完了フラグがONされているか否かを判定する。制御部60は、損失力校正完了フラグがONされていると判定すると、ステップS30に処理を移し、損失力校正完了フラグがONされていないと判定すると、ステップS26において、電圧検出部63に損失力電圧値Vbを検出させる。
In step S25, the controller 60 determines whether or not a loss force calibration completion flag, which will be described later, is turned on. If the control unit 60 determines that the loss force calibration completion flag is ON, the process proceeds to step S30. If the control unit 60 determines that the loss force calibration completion flag is not ON, the control unit 60 causes the
制御部60は、ステップS27において、損失力電圧値Vbが損失力用判定値Vt以上であるか否かを判定する。制御部60は、Vb≧Vtと判定するとステップS29においてRAM60cの所定領域に損失力校正完了フラグをONし、Vb<Vtと判定するとステップS28において、電圧出力部61に所定の電圧を損失力ブリッジ回路3Bに掛けさせる。
In step S27, the controller 60 determines whether or not the loss force voltage value Vb is greater than or equal to the loss force determination value Vt. When determining that Vb ≧ Vt, the control unit 60 turns on the loss force calibration completion flag in a predetermined region of the RAM 60c in step S29, and when determining that Vb <Vt, the control unit 60 applies a predetermined voltage to the
制御部60は、ステップS30において、推進力校正完了フラグ及び損失力校正完了フラグのいずれもがONされているか否かを判定する。制御部60は、いずれもONされていると判定すると当該キャリブレーション実行処理を終了し、いずれもONされていないと判定するとステップS20に処理を戻す。なお、キャリブレーション実行処理によってONされた推進力校正完了フラグ及び損失力校正完了フラグは、電断時やステップS30の後などの適宜なタイミングでOFFされる。 In step S30, the control unit 60 determines whether both the propulsion force calibration completion flag and the loss force calibration completion flag are ON. If it is determined that both are ON, the control unit 60 ends the calibration execution process, and if it is determined that none is ON, the process returns to step S20. The propulsion force calibration completion flag and the loss force calibration completion flag that are turned on by the calibration execution process are turned off at an appropriate timing such as when power is cut off or after step S30.
なお、上述したように、サイクルコンピュータ1と右側用計測装置6とによる右側用検出装置3のキャリブレーションを説明しているが、サイクルコンピュータ1と左側用計測装置7とによっても同様に左側用検出装置4のキャリブレーションが実行される。
As described above, the calibration of the right-
このように、右側用検出装置3が制御部60を備える右側用計測装置6に接続されており、右側用計測装置6が電圧検出部63と電圧出力部61とを備えるので、出荷後の使用前においてもキャリブレーションを行い、正確に測定値を測定することができる。
As described above, the right-
(その他の実施の形態)
ペダリングモニタ100は路上を走行する自転車以外に、スポーツジム等に設置されるトレーニング用の走行不能なエクササイズバイク、又は、人力でペダルを漕いで推進する船(例えば、スワンボート)等のペダルに連結されたクランクを回転させる乗り物に使用することができる。(Other embodiments)
The pedaling monitor 100 is connected to a pedal such as a non-exercise exercise bike installed in a sports gym or the like, or a boat (for example, a swan boat) propelled by pushing a pedal manually, in addition to a bicycle traveling on the road. It can be used for vehicles that rotate the crank.
また、実施の形態1では、サイクルコンピュータ1によってペダル作用力やトルクの平均等が表示されているが、携帯電話等の移動端末のアプリケーションソフトウェアによってペダル作用力やトルクの平均等を表示するようにすることもできる。この場合、移動端末は自転車Bに設置しても、運転者が携帯するようにしてもよい。 In the first embodiment, the pedal action force and the average torque are displayed by the cycle computer 1, but the pedal action force and the torque average are displayed by application software of a mobile terminal such as a mobile phone. You can also In this case, the mobile terminal may be installed on the bicycle B or carried by the driver.
実施の形態1では、キャリブレーション選択画面は電源投入時に表示されているが、入力部11の操作により任意に表示させることも可能である。
In the first embodiment, the calibration selection screen is displayed when the power is turned on, but can be arbitrarily displayed by operating the
また、右側用検出装置3のセンサユニット30〜33、下敷きシート34〜37、上側防水シート38及び下側防水シートの形状・大きさ・材質なども実施の形態1に限られない。
Further, the shape, size, material, and the like of the
また、右側用検出装置3のキャリブレーションは実施の形態1に限られない。例えば、図12に示すように、温度を検出する温度センサ9を制御部60に接続させ、使用前のキャリブレーションを行うときに温度センサ9が検出する温度を基準温度として所定の記憶装置に記憶し、それ以降、電源投入されていることを条件として、温度センサにより検出される温度と基準温度との差が所定の閾値を超えることをキャリブレーション実行条件とし、自動的にキャリブレーションが実行されるようにすることもできる。
Further, the calibration of the
この場合のキャリブレーション方法の一例を以下に説明する。例えば、最初に、右側用検出装置3の出荷前に、温度センサ9で温度を検出すると共に、電圧検出部63で電圧値を検出しながら検出値Va(Vb)を0Vに調整する。さらに、出荷後で右側用検出装置3を自転車Bに取り付ける前に、温度センサ9で温度を検出すると共に、電圧検出部63で電圧値を検出しながら検出値Va(Vb)を0Vに調整する。ここで、温度センサ9によって検出された温度(出荷前の検出温度を「基準温度A」とし、出荷後で取り付けられる前の検出温度を「基準温度B」とする)と、各基準温度検出の際に電圧検出部63によって最初に検出された電圧値とを対応付けて制御部60のROM60bあるいはRAM60c等の記憶装置に記憶する(基準温度Aの検出の際に最初に検出された電圧値を「温度キャリブレーション値a」とし、基準温度Bの検出の際に最初に検出された電圧値を「温度キャリブレーション値b」とする)。次に、図13に示すように、基準温度A(図13において「温度A」)及び温度キャリブレーション値aと、基準温度B(図13において「温度B」)及び温度キャリブレーション値bとから、検出温度と温度キャリブレーション値との関係式を算出して、ROM60bあるいはRAM60c等の記憶装置に記憶する。そして、右側用検出装置3を自転車Bに取り付けた後等、キャリブレーション実行条件が成立すると(例えば、検出温度と基準温度Aとの差が所定の閾値を超えると)、当該関係式に温度センサ9によって検出された温度を入力して、補正キャリブレーション値を算出し、算出された補正キャリブレーション値が示す電圧を電圧出力部61から出力させる。なお、基準温度・温度キャリブレーション値の数や検出時期は上記の例に限られない。また、キャリブレーション実行条件は、「検出温度と基準温度Aとの差が所定の閾値を超えること」に限られない。
An example of the calibration method in this case will be described below. For example, first, before the right
1 サイクルコンピュータ
2 クランク回転角度検出センサ
3 右側用検出装置
3A 推進力用ブリッジ回路
3B 損失力用ブリッジ回路
4 左側用検出装置
6 右側用計測装置
7 左側用検出装置
9 温度センサ
30〜33 センサユニット
34〜37 下敷きシート(基板)
38 上側防水シート(第2防水シート)
39 下側防水シート(第1防水シート)
61 電圧出力部
62 電圧増幅部
63 電圧検出部
100 ペダリングモニタ
B 自転車
B1 フレーム
B2 車輪
B21 前輪
B22 後輪
B3 駆動機構
B31 クランク
B311 右クランクシャフト
B312 左クランクシャフト
B32 ペダル
B321 右ペダル
B322 左ペダル
B33 チェーン
B34 チェーンリング
B4 ハンドル
B5 サドル
B6 スポーク
B7 チェーンステイ
B8 タイヤDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cycle computer 2 Crank rotation
38 Upper tarpaulin (second tarpaulin)
39 Lower tarpaulin (first tarpaulin)
61
Claims (6)
前記基板の一方の面の反対側の面に接着されるひずみゲージと、を有し、
前記ひずみゲージにより検出された前記クランクのひずみに基づいて前記クランクに作用する荷重を検出し、
前記基板は、前記クランクに接着される側から前記ひずみゲージに接着される側に向かって拡大していることを特徴とする検出装置。 A substrate that has elasticity and is bonded on one side to a crank rotatably connected to the vehicle body;
A strain gauge adhered to a surface opposite to one surface of the substrate,
Detecting a load acting on the crank based on the strain of the crank detected by the strain gauge ;
The detection apparatus according to claim 1, wherein the substrate expands from a side bonded to the crank to a side bonded to the strain gauge .
前記嵌入孔に前記ひずみゲージが嵌入された状態で前記ひずみゲージを囲むように前記第1防水シートと接着されている第2防水シートと、を有し、
前記基板は、前記嵌入孔における前記第1防水シートと前記ひずみゲージとの間を遮断した状態で前記第1防水シート及び前記ひずみゲージに接着されていることを特徴とする請求項1に記載の検出装置。 A first waterproof sheet in which an insertion hole into which the strain gauge is inserted is formed;
A second waterproof sheet bonded to the first waterproof sheet so as to surround the strain gauge in a state where the strain gauge is inserted into the insertion hole,
The said board | substrate is adhere | attached on the said 1st waterproof sheet and the said strain gauge in the state which interrupted | blocked between the said 1st waterproof sheet and the said strain gauge in the said insertion hole. Detection device.
前記複数の嵌入孔に前記ひずみゲージが一つずつ嵌入されていることを特徴とする請求項2に記載の検出装置。 A plurality of insertion holes are formed in the first waterproof sheet,
The detection device according to claim 2 , wherein the strain gauges are inserted into the plurality of insertion holes one by one .
前記ひずみゲージが前記クランクのひずみの検出位置に応じて配されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の検出装置。 The whole detection device can be wound around the crank,
The detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the strain gauge is arranged according to a detection position of strain of the crank .
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