JPH0449050B2 - - Google Patents

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JPH0449050B2
JPH0449050B2 JP61123232A JP12323286A JPH0449050B2 JP H0449050 B2 JPH0449050 B2 JP H0449050B2 JP 61123232 A JP61123232 A JP 61123232A JP 12323286 A JP12323286 A JP 12323286A JP H0449050 B2 JPH0449050 B2 JP H0449050B2
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JP
Japan
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inclination angle
angle
inclination
rotation axis
sensor
Prior art date
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JP61123232A
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JPS62280608A (ja
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Shigeki Yamazaki
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は構造体や移動体の傾斜角並びに傾斜方
位角を検知することができる全方位傾斜角計に関
する。
従来技術 産業用ロボツト、船舶、土木建設工事用、特殊
車両等で、常時全方位傾斜角度を検知したいとい
う要請があるが、この場合最大傾斜角と傾斜方位
角を同時に検知されなければ検知値を自動制御そ
の他に利用できない場合が極めて多い。
従来の傾斜角測定装置としては、一軸方向のみ
の傾斜角度を表示するものがある、このような装
置ではある平面の傾斜を計るとき、その平面上に
装置を置き測定点を中心にして360度回転し、仰
角または俯角の最大方向にセツトしてからそのと
き示す傾斜角度を読み取り、セツトした方位角と
読みとつた傾斜角を合せてデータとして利用して
いる。
発明が解決しようとする問題点 このように手動による作業は広範囲の方位角に
対応するとしても計測時間を要し、ある時点での
正確な全方位傾斜を得ることは難しい。
しかも近来特に電気的出力による自動制御信号
への利用は増々要求されるところである。
問題点を解決するための手段および作用 本発明はかかる点に鑑みなされたものでその目
的とする処は、計測されるべき構造体の傾斜方向
の変化に応じて変化する回転体回転軸の傾斜角を
検知することにより全方位の傾斜角と最大傾斜方
位角を正確に算出可能とした全方位傾斜角計を供
する点にある。
以下本発明の構成を第1図に基づき説明する。
Aは計測されるべき構造体である。
B1は同構造体Aに回転自在に支持された第1
の回転軸である。
C1は計測面を鉛直にしたときに、同鉛直面に
おいて水平面となす傾斜角を検知する第1傾斜角
センサである。
D1は回転軸B1に一体に設けられ第1傾斜角セ
ンサC1の計測面が第1回転軸B1に含む鉛直面と
常に一致または平行になるように第1傾斜角セン
サC1を支持する第1センサ支持体である。
B2は前記第1回転軸B1に直角な方向に指向し
て該構造体Aに回転自在に支持された第2の回転
軸である。
C2は計測面を鉛直にしたときに、同鉛直面に
おいて水平面となす傾斜角を検知する第2傾斜角
センサである。
D2は第2回転軸B2に一体に設けられ第2傾斜
角センサC2の計測面が第2回転軸B2を含む鉛直
面と常に一致または平行になるように第2傾斜角
センサC2を支持する第2センサ支持体である。
傾斜角センサC1,C2はそれぞれ第2センサ支
持体D1,D2に支持されて、計測面が常に鉛直に
保持されるので、理想的な姿勢で計測することが
でき、計測精度を高く維持することができる。
第1回転軸B1の傾斜角は傾斜角センサC1によ
り検知し、第1回転軸B1と直角な第2回転軸B2
の傾斜角は第2傾斜角センサーC2により同時に
検知できるので、両検知情報をもとに構造体Aの
置かれた状態の全方位の最大傾斜角および傾斜方
位角が算出できる。
すなわち前記第1回転軸B1の傾斜αおよび第
2回転軸B2の傾斜角βより全方位の最大傾斜角
θと傾斜方位角の近似的な値は次式に基づいて
計算できる。
cosθ=(1+tan2α+tan2β)-1/2 ……(1) cos=(1+cot2α・tan2β)-1/2 ……(2) 上記(1),(2)式の導出過程を第2図に基づき説明
する。
同図においていま最大傾斜角θの傾斜面上に傾
斜方位角で構造体Aが載置されているとする。
第1回転軸B1と第2回転軸B2とが直交するも
のとしてその交点をOとし、回転軸B1を含み傾
斜面に平行な平面をSとし、点Oを含み水平な面
をhとする。
第1傾斜角センサC1が検知する傾斜角は第1
回転軸B1の水平面hとのなす角αであり、第2
傾斜角センサC2が検知する傾斜角は第2回転軸
B2の水平面hとのなす角βである。
いま第1回転軸B1上で点Oより距離Γにある
任意の点Pとし、点Oを通る最大傾斜軸Yに点P
より下した垂線の足をP1とし、同点P1より水平
面hに下した垂線の足をP2とし、点Pより水平
面hに下した垂線の足をP3とする。
∠POP3=α,∠P1OP2=θ,∠P3OP2=で
あるから 1 23=r sinα ……(3) (3),(4)式より 同様にして第2回転軸B2についてsinθを求める
と、(5)式におけるαがβに、α,βの値が小さい
場合にはが略π/2−に変更されただけであ
るから (5),(6)式より、sinθを消去し整理すると、前記
(2)式が求まる。
また第(5)式より この式に(2)式を代入して整理すると前記(1)式が
求まる。
なお傾斜角α,βが小さい値の場合はtanα≒
α,tanβ≒βと置換えて、前記(1)式をさらに近
似させると、最大傾斜角θ=√22(出願当初
明細書に記載されたθK=√22)となる。
実施例 以下第3図および第4図に図示した本発明に係
る一実施例について説明する。
第3図は本実施例に係る構造体たる函体1の一
部欠截斜視図である。
立方体状の函体1の一隅を囲むようにして断面
L字状の支持板3が底板2に立設されており、各
片3a,3bに対向してそれぞれ支持板4,5が
底板2に立設されている。
対向する一対の支持板3aと4との対応する位
置に設けられた軸受6,7によつて第1回転軸8
が回動自在に支持されている。
同第1回転軸8に上板9aを貫通固定されて第
1内函体9が吊設されている。
同第1内函体9の内部には第1回転軸8に直角
な方向に指向した支軸10が軸受11によつて回
動自在に支持され、同支軸10に一体に円板12
が固着されている。
円板12はアブソリユート形エンコーダ用光学
スリツト円板であつて、第1内函体9の上板9a
より下方円板の半径方向に沿つて突設された第1
光読取器13によつて円板12の回転角をデジタ
ル量として検知できる。
円板12の外周縁の所定個所には重錘14が固
着されている。
したがつて第1回転軸8の下方に第1内函体9
が位置し、第1内函体9の内部で支軸10の下方
に重錐14が位置するので重錐14は常に軸受6
の鉛直下方に位置することになり、第1光読取器
13の検知する回転角は第1回転軸8の水平面と
のなす傾斜角αを示すことができる。
なお図示されていないが第1光読取器13から
の出力配線は第1回転軸8の回転に影響を与えな
いように第1回転軸8の内部を通して引き出して
いるがスリツプリングを介するようにしてもよ
い。
同様にして対向する支持板3bと5との間に軸
受15,16を介して第2回転軸17が前記第1
回転軸8と直交する方向に指向して回動自在に支
持され、同第2回転軸17に上板18aを貫通固
定されて第2内函体18が吊設されている。
第2内函体18の内部は図示されないが前記第
1内函体9の内部と同じ構造をしており、第2の
光読取器19により第2回転軸17の水平面とな
す傾斜角βを検知することができる。
以上のように前記光読取器13,19によつて
検知される上記傾斜角α,βをもとに前記(1),(2)
式より函体1の置かれた状態の最大傾斜角θおよ
び傾斜方位角を算出することができる。
この演算回路のブロツク図を第4図に図示し説
明する。
各光読取器13,19からの検知信号は各々増
幅回路20,21で増幅されて演算回路22に入
力される。
演算回路22では両検知信号の示す値にもとず
き、前記(1),(2)式の演算を行い、算出された最大
傾斜角θを傾斜角表示器23に出力しデジタル表
示させ、算出された傾斜方位角を傾斜方位角表
示器24に出力しデジタル表示させる。
傾斜角センサ自体の精度が優れているのに加
え、両傾斜角センサは常に計測面を鉛直に保持さ
れる理想的な姿勢で計測がなされ、かつ2つの傾
斜角センサが互いに独立していて影響し合うこと
がないので、精度が極めて高い計測結果が得ら
れ、実際に0度から数10度の広範囲の最大傾斜角
を10分の1度以下の精度で算出可能である。
以上のように本実施例に係る全方位傾斜角計は
どのような姿勢におかれても瞬時に第1回転軸8
の傾斜角αおよび第2回転角17の傾斜角βを検
知してこれをもとに最大傾斜角θおよび傾斜方位
角を算出し表示することができる。
したがつて各種移動体に本計器を搭載すること
により移動体の全方位傾斜角度をリアルタイムで
検出でき各種制御に応用可能である。
ある自動制御に利用する場合、検知された傾斜
角α,βから全方位の最大傾斜角θおよび傾斜方
位角を必ずしも求める必要はなく、α,βから
直接必要な制御量を求めるようにしてもよいのは
当然である。
なお函体1の内部にシリコン等の液体を充填す
ることで第1内函体9の回転運動にダンパ効果を
もたせることができ、凹凸の激しい傾斜面を移動
する場合にダンパ効果を与えて全方位傾斜角の読
みを安定させることが可能である。
また円板12の重錐14と反対側の外周縁に浮
きを付け水平面に対する鉛直度を向上させること
もできる。
次に別の実施例について第5図に基づき説明す
る。
本実施例は函体の内部に前記実施例における内
函体9,10と同様の傾斜角センサーを1個内蔵
したものを2個上下に重ねてなるものである。
一方の函体30の内部構造について説明する
と、一対の側壁に平行に断面コの字状の支持板3
1が底壁に配置固定されている。
該支持板31の一対の立設された側板31a,
31bの対応する位置に設けられた軸受32,3
3に回転軸34が回動自在に支持されていて、同
回転軸34に上板35aを貫通固定されて内函体
35が吊設されている。
内函体35は前記実施例の内函体9,10と、
同じものであり、内部にアブソリユート形エンコ
ーダ用光学スリツト円板および光読取器が内蔵さ
れている。
内函体35の上板35aの上面には浮き36が
上方向に突設されており、函体30の内部にシリ
コン等の液体を充填するようになつている。
したがつて回転軸34に対して内函体35が鉛
直下方に位置しようとするとともに浮き36が鉛
直上方に位置しようとして鉛直性を向上させる構
造としている。
またシリコン等の液体の充填により回転体のダ
ンパ効果を高めている。
なお計測する傾斜角が大きい場合に光読取器か
らの配線の引き出しが回転軸34の回転に影響を
与えるおそれがあるため回転体34に一端にスリ
ツプリング37を設けている。
以上のような内部構造の函体30を2個上下に
重ね合せるのであるが、互いに内部の回転軸が直
角の方向に指向するように90度回転させて重ね合
わせる。
なお本計器においては上側の函体30の上に簡
易な方位角センサ38が独立して固定されてお
り、精度は劣るが大略の傾斜方位角を別個に検出
し、本計器の状態をチエツクすることができるよ
うになつている。
本実施例は以上のような構造をしており、互い
に直角な方向に指向する回転軸34の水平面に対
する傾斜角α,βを検知することができ、同検知
情報をもとに前記実施例と同様に全方位の最大傾
斜角θおよび傾斜方位角を算出することが可能
である。
上記の如く函体30の姿勢が常に検出できると
ともに、方位角センサ38により函体30の指向
する方向の絶対的方位角も検知可能であり、函体
30の置かれた状態を的確に判断することができ
る。
なお回転軸の傾斜角α,βを求める方式として
は前記実施例のほか振子式センサから構成される
アブソリユートエンコーダ、磁気抵抗素子シンク
ロからポテンシヨメータ、サーボ式、気泡式、容
量式、水銀式等の高精度の一軸傾斜角センサが一
般に考えられる。
さらには差動トランスにより傾斜角に対応し磁
心が変位するものを用いることも考えられる。
これら高精度の一軸傾斜角センサも計測面を鉛
直にして計測を行うのが理想的であり、計測面が
傾斜するに従い計測精度は悪くなる。
本発明では、常に計測面が鉛直になるように2
つの傾斜角センサが保持される構成であるから計
測精度を高く維持でき、かつ両傾斜角センサが互
いに独立して影響を与えない構造であり、さらに
同種の傾斜角センサを使用しているので演算によ
り算出される最大傾斜角θおよび傾斜方位角も
精度がきわめて高い。
発明の効果 本発明は構造体内の互いに直角な方向に指向し
た回転軸の傾斜角を常時電気信号として検出で
き、構造体自体コンパクトなので、各種用途に利
用が可能である。
また同検出情報をもとに構造体のおかれた姿勢
における全方位の最大傾斜角および傾斜方位角を
リアルタイムに算出できる。
構造体のおかれた状態の最大傾斜角および傾斜
方位角が瞬時に算出できるので、移動体の各種制
御をリアルタイムで行うことができる。
従来の実績ある高精度の一軸傾斜角センサを備
えることが可能な構造であるため、計測精度を高
く維持でき、かつ傾斜角センサを常に計測面に鉛
直になるようにした理想的な姿勢で支持するので
高精度の計測が保証される。
0度から数10度の広い範囲に傾斜角を10分の1
度以下の精度で得られるので、適用範囲が広い汎
用性に優れた全方位傾斜角計を提供することがで
きるとともに、全方位傾斜角を検出するのに拘ら
ず、性能及び分解能を従来の一軸傾斜角センサに
準ずるものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のクレーム対応図、第2図は全
方位の最大傾斜角および傾斜方位角のが算出され
る旨説明するための説明図、第3図は本発明に係
る一実施例の全方位傾斜角計の一部欠截斜視図、
第4図は同実施例における演算・表示回路のブロ
ツク図、第5図は別実施例の全方位傾斜角計の一
部欠截斜視図である。 1……函体、2,……府板、4,5……支持
板、6,7……軸受、8……第1回転軸、9……
第1内函体、10……支軸、11……軸受、12
……円板、13……第1光読取器、14……重
錐、15,16……軸受、17……第2回転軸、
18……第2内函体、19……第2光読取器、2
0……増幅回路、21……増幅回路、22……演
算回路、23……傾斜角表示器、24……傾斜方
位角表示器、30……函体、31……支持板、3
2,33……軸受、34……回転軸、35……内
函体、36……浮き、37……スリツプリング、
38……方位角センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 計測されるべき構造体Aに回転自在に支持さ
    れた第1の回転軸B1と、計測面を鉛直にしたと
    きに同鉛直面において水平面となす傾斜角αが検
    知する第1傾斜角センサC1と、前記第1回転軸
    B1に一体に設けられ前記第1傾斜角センサC1
    計測面が前記第1回転軸B1を含む鉛直面と常に
    一致または平行になるように前記第1傾斜角セン
    サC1を支持する第1センサ支持体D1と、前記第
    1回転軸B1に直角な方向に指向して該構造体A
    に回転自在に支持された第2の回転軸B2と、計
    測面を鉛直にしたときに同鉛直面において水平面
    となす傾斜角βを検知する第2傾斜角センサC2
    と、前記第2回転軸B2に一体に設けられ前記第
    2傾斜角センサC2の計測面が前記第2回転軸B2
    を含む鉛直面と常に一致または平行になるように
    前記第2傾斜角センサC2を支持する第2センサ
    支持体D2とを備えたことを特徴とする全方位傾
    斜角計。
JP12323286A 1986-05-30 1986-05-30 全方位傾斜角計 Granted JPS62280608A (ja)

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JP12323286A JPS62280608A (ja) 1986-05-30 1986-05-30 全方位傾斜角計

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JP12323286A JPS62280608A (ja) 1986-05-30 1986-05-30 全方位傾斜角計

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Publication Number Publication Date
JPS62280608A JPS62280608A (ja) 1987-12-05
JPH0449050B2 true JPH0449050B2 (ja) 1992-08-10

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02240509A (ja) * 1989-03-15 1990-09-25 Tamagawa Seiki Co Ltd 回転型角度検出器
JPH0663770B2 (ja) * 1989-05-18 1994-08-22 繁己 山崎 姿勢センサ
US5174035A (en) * 1989-05-18 1992-12-29 Shigemi Yamazaki Attitude sensing apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPS62280608A (ja) 1987-12-05

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