JPH0690218B2

JPH0690218B2 - ６自由度加速度センサ

Info

Publication number: JPH0690218B2
Application number: JP61076761A
Authority: JP
Inventors: 全成森木
Original assignee: 三菱プレシジヨン株式会社
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPS62233768A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は６軸加速度検出器に関するものであり、特
に、例えばロケットや航空機のような空中飛しょう体の
ための姿勢安定装置において使用される６軸加速度検出
器の構成品である６自由度加速度センサに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、３次元空間の任意の方向における所定の対象物の
加速度および角加速度を検出するための単一のコンパク
トにされた機器は実現されていなかった。そして、上記
のような目的を果すためには、既存の１軸型加速度検出
器と１軸型角加速度検出器とを夫々３個用意し、それら
の検出軸が互いに直交された関係を保持するように配設
して１個のユニットとしてまとめるようにされていた。

第４図は、上記されたような従来の６軸加速度検出器の
概略構成図であり、この第４図において、（41）〜（4
3）は夫々に既存の１軸型加速度検出器、（41A）〜（43
A）は夫々に既存の１軸型角加速度検出器であり、これ
らは、検出器取付台（40）上で、互いに直交するX,Yお
よびＺ軸に沿って配設されている。そして、このような
構成をとることにより、検出器取付台（40）にかかる加
速度（A_X,A_Y,A_Z）ならびに角加速度（_X,_Y,_Ｚ）が
検出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の６軸加速度検出器は以上のように構成されている
ので、既存の１軸型加速度検出器および１軸型角加速度
検出器を３個ずつ用意して、これらを所定の配設関係を
もって組立てることが必要であることから、全体的な小
形化が妨げられること、信頼性の向上に限界があるこ
と、コストが高くなること等の問題点があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、簡単な構成で、ある対象物について任意所望の方角
における加速度ならびに角加速度を、高い信頼度をもっ
て検出することができる、安価な６軸加速度検出器を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る６自由度加速度センサは、中空の箱体
と、箱体に収納された慣性体と、箱体の内部側壁の適所
に設定された６個の支点と慣性体の表面の適所に設定さ
れた６個の支点の対応されたものとをそれぞれに連結さ
せる６個の支持脚とを備え、慣性体が支持脚により箱体
へ６自由度の全ての運動が拘束されるようそれぞれの支
点が配置され、慣性体を支持脚のみで支え、６個の支持
脚にはそれぞれに力検出器が設けられており、６個の支
持脚に加えられた伸縮力を検出することにより、３次元
空間内において慣性体に加えられている６自由度全ての
加速度を検出するようにされたものである。

〔作用〕

この発明によれば、６個の支持脚に加えられた伸縮力を
検出することにより、３次元空間内において、中空の箱
体内の慣性体に加えられている６自由度全ての加速度が
検出される。これにより、簡単な機構で信頼度の高い６
自由度加速度センサが安価に得られる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例である６自由度加速度セ
ンサの概略構成図であり、その中の第１図（ａ）におい
て、（10）は例えば立方体のような６面体をなす箱体で
あり、側壁部（10A）〜（10F）を有している。（11）は
一定の質量および慣性能率を有する所定形状の慣性体で
あって、これは箱体（10）のほゞ中央部に、後述される
ようにして支持されている。（12）〜（17）は支持脚で
あって、いずれも互いに同一構成のものであり、これら
は、慣性体（11）と箱体（10）のいずれかの側壁部との
間に介設され、箱体（10）と慣性体（11）との間の相対
運動についての６自由度の全てが拘束されている。次
に、第１図（ｂ）においては、支持脚（12）が拡大表示
されており、こゝで、（12A）は力検出器であり、その
一方の支点（12B）は箱体（10）の側壁部（10D）の適所
に当接し、他方の支点（12C）は慣性体（11）の前記側
壁部（10D）の対向面の適所に当接するようにされてい
る。

いま、上記一実施例の６自由度加速度センサに対して、
ある所定の加速度および角加速度が印加されると、慣性
体（11）には対応の慣性力が作用し、この慣性力の全て
は６本の支持脚（12）〜（17）に対する伸縮力として分
散され、この伸縮力は前記支持脚（12）〜（17）の夫々
に対して個別に設けられている力検出器（例えば、支持
脚（12）に対応する力検出器（12A））によって検出さ
れる。なお、支持脚に対する１対の支点は、前記支持脚
が微小に変位伸長するときに曲げを生じる原因となる偶
力の発生を防止するためのものである。

第２図は、前記第１図におけるこの発明の一実施例であ
る６自由度加速度センサからの伸縮力信号を処理して、
所要の加速度信号および角加速度信号を得るための信号
処理部のブロック図である。この第２図において、（S
a）〜（Sf）は、夫々に、支持脚（12）〜（17）の力検
出器からの力信号であって、これらは信号変換器（20）
に入力されて所定の処理が施されてから、X,YおよびＺ
軸方向における加速度信号（SA_X,SA_Y,SA_Z）および夫々
の軸回りの角加速度信号（Ｓ_X,S_Y,S_Ｚ）として６
軸の加速度および角加速度を出力する。

上記の信号変換器（20）での処理は、次の（１）式のよ
うな演算式に基づいてなされる。

こゝに、C₁₁〜C₆₆はある所定の定数であり、また、上記
演算式の実行は、後から例示されるような適当なアナロ
グ回路またはディジタル回路によって容易に実現される
ものである。

第2A図は、前記第２図における信号変換器（20）の具体
例を示す概略構成図であり、この第2A図において、（2
1）〜（26）は夫々に分圧加算回路である。この中の分
圧加算回路（21）を例にとると、これは６個の分圧器
（21a）〜（21f）とこれらの分圧器からの入力信号を受
入れて所要の加算結果を出力させる加算器（21g）とか
ら構成されている。そして、前記６個の分圧器の中の分
圧器（21a）を例にとると、この分圧器（21a）を構成す
る可変抵抗の一方の端部には力信号（Sa）が直接的に印
加され、また、その他方の端部には極性反転器（20a）
を介して極性の反転された力信号（−Sa）が印加されて
いる。他の分圧器（21b）〜（21f）の夫々についても、
極性反転器（21b）〜（20f）が、前述された分圧器（21
a）の場合と同様な対応関係をもって配設されており、
前記分圧器（21b）〜（21f）の夫々に対応する力信号
（Sb）〜（Sf）が加えられている。

こゝで、再び分圧加算回路（21）を例にとって、その動
作を説明する。分圧器（21a）〜（21f）の分圧比は、予
め、夫々にC₁₁,C₁₂,C₁₃,C₁₄,C₁₅およびC₁₆に設定されて
おり、前記分圧器（21a）〜（21f）の夫々に対応して入
力される力信号（Sa）〜（Sf）は夫々に所要の分圧がな
されてから加算されて、所望のＸ軸方向の加速度信号
（SA_X）が次のようにしてえられる。

SA_X＝C₁₁×Sa＋C₁₂×Sb＋C₁₃×Sc＋C₁₄×Sd＋C₁₅×Se ＋C₁₆×Sf ……（２）上記以外の加速度信号および角加速度信号、すなわちＹ
軸方向の加速度（SA_Y）、Ｚ軸方向の加速度信号（S
A_Z）、Ｘ軸回りの角加速度信号（Ｓ_Ｘ）、Ｙ軸回りの
角加速度信号（Ｓ_Ｙ）およびＺ軸回りの角加速度信号
（Ｓ_Ｚ）についても、同様にして、夫々対応する分圧
加算回路（22）〜（26）によって所定の加算結果がえら
れる。そして、これらの結果に関連する前記（２）式の
ような加算式に基づいて、前述された（１）式のように
マトリクス表示がなされた演算式がえられることにな
る。

第３図は、この発明の変形例である６自由度加速度セン
サの概略構成図であり、この第３図において、水平にさ
れた取付台（36）には正三角形状の台座（35）が固着さ
れている。この台座（35）の３個の頂点部分には夫々に
２個の弾性舌部が設けられており、後述される力検出器
付きの支持脚に対する支点にされている。なお、前記弾
性舌部は、支持脚の微小な伸縮によって生じる曲げ偶力
を減少させるためのものである。台座（35）と同一形状
・寸法を有する錘台（31）の３個の頂点部分のいずれか
が、ある所定の距離をもって前記台座（35）の３個の辺
部分のいずれかと対向するように配置されており、ま
た、前記錘台（31）の下面には、一定の質量および慣性
能率を有する慣性体（32）が固着されている。支持脚
（331）〜（336）の中で、支持脚（335）を例にとれ
ば、この支持脚（335）の中央部には力検出器（335a）
が設けられており、また、その一端部は錘台（31）側の
支点（345）で支持され、その他端部は台座（35）側の
支点（345a）で支持されている。他の支持脚についても
同様であり、このようにして６自由度加速度センサ（3
0）が構成されている。

このようにして構成されている６自由度加速度センサ
（30）にある所定の加速度または角加速度が作用される
と、これに対応した慣性力が錘台（31）に発生し、この
慣性力は支持脚（331）〜（336）に分散して、夫々の支
持脚（331）〜（336）の伸縮力として対応の力検出器
（331a）〜（336a）からとり出される。そして、このよ
うにしてとり出された伸縮力に対応する信号は、前記第
２図について説明されている場合と同様な処理がなされ
て、所要の加速度および角加速度信号が出力されている
ことになる。

この変形例によれば、６個の支点を有し、その下面に慣
性体を備えている錘台と、６個の支点を有する台座と、
対応する双方の支点を連結させる力検出器付きの６個の
支持脚とからなる６自由度加速度センサが構成され、各
支持脚の伸縮力を検出して適当な処理を施すことによ
り、３次元空間内の全ての加速度および角加速度を的確
に検出することができる。

〔発明の効果〕

以上説明されたように、この発明に係る６自由度加速度
センサは、中空の箱体と、箱体に収納された慣性体と、
箱体の内部側壁の適所に設定された６個の支点と慣性体
の表面の適所に設定された６個の支点の対応されたもの
とをそれぞれに連結させる６個の支持脚とを備え、慣性
体が支持脚により箱体へ６自由度の全ての運動が拘束さ
れるようそれぞれの支点が配置され、慣性体を支持脚の
みで支え、６個の支持脚にはそれぞれに力検出器が設け
られており、６個の支持脚に加えられた伸縮力を検出す
ることにより、３次元空間内において慣性体に加えられ
ている６自由度全ての加速度を検出するようにされるの
で、簡単な機構で信頼度の高い６自由度加速度センサが
安価に得られるといった効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の概略構成図、第２図
は、上記実施例からの伸縮力信号について所要の処理を
施すための信号処理部のブロック図、第2A図は、前記第
２図における信号変換器を例示する概略構成図、第３図
は、この発明の変形例の概略構成図、第４図は、従来例
の概略構成図である。（10）は箱体、（10A）〜（10F）は側壁部、（11）は慣
性体、（12）〜（17）は支持脚、（12A）は力検出器、
（12B），（12C）は支点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空の箱体と、前記箱体に収納された慣性
体と、前記箱体の内部側壁の適所に設定された６個の支
点と前記慣性体の表面の適所に設定された６個の支点の
対応されたものとをそれぞれに連結させる６個の支持脚
とを備えた６自由度加速度センサであって、前記慣性体
が前記支持脚により前記箱体へ６自由度の全ての運動が
拘束されるようそれぞれの支点が配置され、前記慣性体
を前記支持脚のみで支え、前記６個の支持脚にはそれぞ
れに力検出器が設けられており、前記６個の支持脚に加
えられた伸縮力を検出することにより、３次元空間内に
おいて前記慣性体に加えられている６自由度全ての加速
度を検出するようにされた６自由度加速度センサ。