JP6483833B2 - 力、トルク及び仕事率の測定のための接着結合式の動力計並びに付随する方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年8月26日出願で、本明細書中に参照により組込まれる「力、トルク及び仕事率の測定用の接着結合式の動力計並びに付随する方法」という名称の米国特許出願第62/042,208号に対する優先権を主張するものである。
以下では、動力計101をメカニカルアーム100に接着させる一方で適正量の圧力が加わることを確実にするために、例示的ステップを提供している。動力計101は、メカニカルアーム100の周囲を4分の3だけ包み込み、(例えばハウジング302上で)動力計101のいずれかの面の一時的フックに連結する弾性ゴムと共に供給され得る。動力計101には、メカニカルアーム100に動力計101を取付ける際に使用するためのバネクランプが供給され得る。(例えばハウジング302などの)動力計101上のタブに取付けられた弾性ゴム/ケーブル/バネを引っ張るように作動するカムが、メカニカルアーム100の裏側(動力計101の反対側)で使用するために供給され得、ここで、カムは、ユーザーが動力計101の正しい設置のための適切な量の圧力を加えることができるようにする。
動力計101は、以下のものを含む他の適用例で使用可能である:
・ スキー(ノルディック/クラシック又はスケートスキー用として、コーチング又は仮想コーチングフィードバックのために撓み及び係合を測定するために使用される)
・ ボート競技用のボートオール
・ パラリンピックトライアスロン、バイク及び車椅子ステージの両方
・ アイススケート用器械
・ ウエイトリフティングで、バーベル/ダンベル上の錘を精確に決定するため
・ ウエイトマシンで反復回数及び適用される力の量を決定するため
・ モータースポーツ
− 駆動シャフト及びハーフシャフトの荷重から、車輪馬力を決定するための車輪上の大きいスポークの器械に至るまで、あらゆる多様な適用例において使用され得る
− サスペンション力の決定
− ボートレーシング(ハイドロプレーンレース、F1動力ボートなど)用の船体応力の決定
− ウィングの遠隔測定のための実際のダウンフォースの決定
− コントローラ内で使用するための調整可能なウィング上のダウンフォース及びドラグフォースの決定
・ 乗馬訓練 馬術を習う学生が力を調整できるように、装置上でインラインで手綱を使用することができる
・ シューズ、キック力又は衝撃力を決定するため
・ 以下のものの中における力、トルク、モーメント、共振周波数の測定:
− ラケット/スティックスポーツ、ホッケー、ゴルフ、ラクロス、野球、テニス、フェンシング、ラケットボール、スクアッシュ、卓球など
− パドル/オール:カヤック、カヌー、漕艇
・ ウエイトマシン及びエアロビクストレーニング用マシン:力、反復回数、速度及び実時間仕事率の測定
・ フリーウエイトの器械:ダンベル及びバーバルで反復回数、速度及び実時間仕事率を決定するため
・ 衝撃力の測定:シューズ(衝撃/かかとの打撃)、ヘルメット、保護用パッド
・ 歪みゲージ(又は他の歪み検知要素)の組合せが、運動検知装置(例えば加速度計及びジャイロなどの慣性センサ)と併用される場合、システムの動力学モデルを構築することができる。このようにして、システム(マン/マシン・インターフェース)の同調が可能になると考えられる。例えば、一個人のために最適なラケット/クラブを選択/設計することができる。物体の共振周波数を同調させるために、同じ工具セットを使用することができる
・ (回転するのではなく)平行移動する部材内の力を測定するためにポッドが使用されている場合、部材の速度は、非限定的にGPS、風速計、ピトー管、慣性センサ、車輪回転数の計数などを含む複数の手段によって推定可能である。力及び速度の推定値から、仕事率を決定することができる
・ 1つの部材上への多数のロードセルの適用により、部材の任意の軸を中心とした力、モーメント、せん断及びトルクを検知することが可能になる
・ 輸送業界における適用例:駆動シャフト(仕事率決定又は応力解析のため)、サスペンション部材、フレーム要素上の動的力及び外部力(例えば自動車のスポイラ上に働く下向きの力)の測定
・ 製造の適用例において、この力測定ポッドは、切断力又は押し抜き力(すなわちロボットスタンピング、打ち抜き加工)を測定するために使用可能である。このようにして、作業者は、工具をいつ研ぐべきか/いつ交換すべきか又はシステムを調整すべきかを知ることになる
・ 条件監視の適用例においては、構造の健全性及び適用された荷重を、加速度/振動の測定値及び構造中で測定された付随する歪みから決定することができる
・ ポッド上で全ての動力処理を実施する代りに、歪み生データ又は部分的に処理されたデータをポッドから外に移して、何らかの外部デバイスにより実時間又はオフラインで処理することができる
・ 鉄道車両又は輸送トラック間の連結器。力×線形速度=内部を伝達されるワット単位の仕事率を使用して、連結器を有する列車又は他の出荷ユニット上の空力抵抗を決定することができ、同様に、力を単独で決定することもできる。
・ 任意の機械的部材内の応力及び曲げモーメントを測定する。
以上で説明した特徴及び以下で請求されている特徴は、本明細書の範囲から逸脱することなく、さまざまな形で組合せることができる。以下の実施例は、以上で説明された本発明の可能な非限定的な組合せを例示しており、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、プロセス及び製品に対し多くの変更及び修正を加えることができるということが明白であるはずである。
Claims (17)
- メカニカルアームの力、トルク、仕事率及び速度のうちの1つ以上を測定するための接着結合式の動力計であって、
前記メカニカルアームと接着結合するように前処理された第1の表面を有するプレートと、
前記接着結合式の動力計の配向に対応する配向で、前記第1の表面とは反対側の前記プレートの第2の表面と物理的に結合された少なくとも1つの歪みゲージであって、前記プレートが前記メカニカルアームに対して接着結合されたときにメカニカルアームから前記少なくとも1つの歪みゲージまで機械的力が伝達される、少なくとも1つの歪みゲージと、
前記少なくとも1つの歪みゲージからの信号を受信し、前記信号から力、トルク及び仕事率のうちの1つ以上を決定するための電子機器と、
受信装置に対して、力、トルク及び仕事率のうちの1つ以上を伝送するための無線送信機と、
を含み、
前記1つ以上の歪みゲージの配向が、影響、歪みからの結合、及び、前記メカニカルアームの曲げに寄与しない力、の1つ以上を除去するように選択される、
接着結合式の動力計。 - 前記メカニカルアームの動きを検知するための少なくとも1つの慣性センサをさらに含み、前記電子機器が、検知された力及び検知された動きに基づいて仕事率を決定する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記電子機器が、前記検知された動きに基づいて前記メカニカルアームの少なくとも角速度を決定する、請求項2に記載の接着結合式の動力計。
- 前記少なくとも1つの慣性センサが、磁気リードスイッチ、加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計からなる群から選択される、請求項2に記載の接着結合式の動力計。
- 前記少なくとも1つの歪みゲージが、前記メカニカルアーム内の対象でない力、モーメント及びトルクに対する感度を削減するように配向されている、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記少なくとも1つの歪みゲージが、該少なくとも1つの歪みゲージのうちの他の歪みゲージに対して角度を成して配向されている、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、或る方向で歪みに対して感度がより高いものとなるように形成されている、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、方向性剛性を提供する整列された複合繊維を有する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、方向性剛性を提供するように焼結プラスチックで形成されている、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、せん断力の伝達を改善し且つ垂直方向圧縮力の伝達を削減する垂直方向ハニカム構造で形成されており、こうして前記メカニカルアームに対する表面欠陥の影響が軽減される、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、前記プレートの縁部において接着剤に作用するせん断応力を削減するために、テーパの付いた縁部厚みを有する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、接着剤中の最大せん断応力を削減するために異なる材料を用いて剛性を増大させながら遷移する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、接着剤に作用するせん断力を削減するためにジグザグ縁部を有する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、前記少なくとも1つの歪みゲージの基板を形成する、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- 前記プレートが、前記メカニカルアームと実質的に同じ熱膨張係数を有する材料で形成されている、請求項1に記載の接着結合式の動力計。
- メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いて前記メカニカルアームの歪みを測定するための方法であって、
前記動力計の電子機器内で、前記動力計のプレートを介して前記メカニカルアームに機械的に結合された少なくとも1つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、
前記信号に基づいて前記メカニカルアーム内の前記歪みを決定するステップと、
前記歪みを受信用デバイスに送信するステップと、
前記メカニカルアームに対し機械的に結合された少なくとも1つの慣性センサからの第2の信号を受信するステップと、
前記歪みに基づいて力及びトルクのうちの1つ以上を決定するステップと、
前記第2の信号に基づいて、前記メカニカルアームの速度を決定するステップと、
前記決定された力、前記決定されたトルク及び前記決定された速度のうちの1つ以上に基づいて、前記メカニカルアームに適用される仕事率を計算するステップと、
を含む方法。 - メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いて前記メカニカルアームの歪みを測定するための方法であって、
前記動力計の電子機器内で、前記動力計のプレートを介して前記メカニカルアームに機械的に結合された少なくとも1つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、
前記信号に基づいて前記メカニカルアーム内の前記歪みを決定するステップと、
前記歪みを受信用デバイスに送信するステップと、
前記メカニカルアームに適用された既知の力に基づいて、前記力の測定値を自己較正するステップと、
を含む方法。
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