JPH0781808B2

JPH0781808B2 - 位置検出装置および位置検出方法

Info

Publication number: JPH0781808B2
Application number: JP3023529A
Authority: JP
Inventors: 昇小林; 直杉本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1991-02-18
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: EP0499876A2; DE69219498T2; DE69219498D1; EP0499876A3; JPH04348406A; EP0499876B1; US5221896A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばロボットを用
いて位置決めを行うためなどに有利に実施することがで
きる位置検出方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】列車に搭載されている貯水タンクに、地
上から給水を自動的に行うことができるようにするため
に、列車の予め定める停車位置付近に移動自在にロボッ
トを設け、このロボットの作業端に給水用の管継手を接
続し、列車が停止している状態でロボットの作業端に設
けられている管継手と、列車に搭載されている給水タン
クの管継手とを自動的に接続し、給水タンクへの給水を
行う必要がある。このような用途に用いられるために単
純に考えられる構成は、列車またはロボットの作業端の
いずれか一方に、点光源を取付けて光を発生し、いずれ
か他方に、前記点光源からの光の２次元位置を検出する
平面状の受光面を有するホトダイオードを利用した半導
体位置検出素子を取付け、これによって２つの管継手
が、相互に正確に位置決めされて接続を可能とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成では、
光学的に位置を検出するので、悪環境化での誤検出を生
じたり、または検出不可能になるおそれがあり、耐環境
性が悪い。

【０００４】またこのような構成では、点光源のための
電源と、位置検出素子のための電源とをそれぞれ必要と
し、不便である。電源の数をできるだけ少なくして、実
施しやすくすることが望まれる。

【０００５】本発明の目的は、耐環境性が優れており、
電源の数を減らして、構成の簡素化を図ることができる
ようにした位置検出装置および方法を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲットコ
イルとインピーダンス素子とが接続されて構成されるタ
ーゲット回路と、ターゲットコイルと相対的に変位自在
であるパワーコイルと、そのパワーコイルを駆動する交
流電源とが接続されて構成される励磁回路と、パワーコ
イルに一体的に取付けられるセンサコイルであって、パ
ワーコイルの磁束中心線とセンサコイルの磁束中心線と
は直交しているセンサコイルと、交流電源の出力と予め
定める位相差を有するセンサコイルの出力のレベルを検
出する手段とを含むことを特徴とする位置検出装置であ
る。

【０００７】また本発明は、インピーダンス素子はコン
デンサであり、ターゲット回路の共振周波数は交流電源
の出力周波数に一致していることを特徴とする。

【０００８】また本発明は、センサコイルは一対設けら
れ、各センサコイルの磁束中心線は相互に直交してお
り、検出手段は各センサコイル毎に設けられることを特
徴とする。

【０００９】また本発明は、検出手段は、交流電源の出
力と予め定める位相差を有するセンサコイルの出力レベ
ルを、相互に逆極性の最大値が得られる範囲内で、検出
することを特徴とする。

【００１０】また本発明は、位置検出装置を用いて第１
物体と第２物体との相対的な位置を検出する位置検出方
法であって、位置検出装置は、第１物体に設けられるタ
ーゲット回路であって、このターゲット回路はターゲッ
トコイルとインピーダンス素子とが接続されて構成され
るターゲット回路と、第２物体に設けられる励磁回路で
あって、この励磁回路はターゲットコイルと相対的に変
位自在であるパワーコイルとそのパワーコイルを駆動す
る交流電源とが接続されて構成される励磁回路と、パワ
ーコイルに一体的に取付けられるセンサコイルであっ
て、パワーコイルの励磁中心線とセンサコイルの励磁中
心線とは直交しているセンサコイルと、交流電源の出力
と予め定める位相差を有するセンサコイルの出力レベル
を、相互に逆極性の最大値が得られる範囲内で、検出す
る検出手段とを含み、まず、第１物体と第２物体とを、
前記範囲内にあるように移動し、次に、検出手段の出力
に基づいて、交流電源の出力と予め定める位相差を有す
るセンサコイルの出力のレベルが零となるように、第１
物体と第２物体とを移動することを特徴とする位置検出
方法である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、第１および第２物体の相対的
な位置を検出するために、第１物体にターゲット回路を
取付け、第２物体に励磁コイルとセンサコイルと検出手
段とを取付け、励磁コイルの交流電源によって駆動され
るパワーコイルからの磁界は、ターゲット回路のターゲ
ットコイルによって検出され、このターゲットコイルに
は、コンデンサまたは抵抗などのようなインピーダンス
素子が接続され、これによってターゲット回路は、交流
電源の出力周波数と同一の周波数で共振してもよく、あ
るいは共振しなくてもよく、ターゲットコイルに、前述
のようにパワーコイルからの磁束が鎖交することによっ
て生じるターゲットコイルによって発生される磁界を、
センサコイルによって検出し、検出手段は、パワーコイ
ルを駆動する交流電源の出力に対して予め定める位相差
を有するセンサコイルの出力のレベルを検出し、これに
よってそのセンサコイルの出力のレベルに対応するター
ゲットコイルとセンサコイルとの相対的な位置を検出す
ることができる。

【００１２】パワーコイルの磁束中心線とセンサコイル
の磁束中心線とは直交しているので、センサコイルによ
ってパワーコイルの磁界を検出することが防がれる。タ
ーゲット回路には電源が必要でないので、構成の簡素化
を図ることができる。またパワーコイルとターゲットコ
イルとの磁気結合、およびターゲットコイルとセンサコ
イルとの磁気結合によって位置検出が行われるので、前
述の先行技術に関連して述べた光学的構成に比べて耐環
境性が優れている。

【００１３】一対のセンサコイルを用いることによっ
て、ターゲットコイルに関して２次元位置の検出が可能
となる。

【００１４】さらに本発明に従えば、交流電源の出力に
関して予め定める位相差を有するセンサコイルの出力の
レベルが、相互に逆極性の最大値が得られる範囲内で
は、ターゲットコイルとセンサコイルとの相対的な位置
の変位に対してセンサコイルの出力レベルがリニアに変
化し、したがって位置の検出を正確に行うことができ
る。

【００１５】さらに本発明に従う位置検出方法では、交
流電源の出力に関して予め定める位相差を有するセンサ
コイルの出力レベルが、相互に逆極性の最大値が得られ
る範囲内にあるように、第１物体と第２物体とを移動
し、次に、検出手段の出力に基づいて、交流電源の出力
に関して予め定める位相差を有するセンサコイルの出力
レベルが零となるように、第１物体と第２物体とを移動
し、このようにして、ターゲットコイルとセンサコイル
との位置決め、したがって第１物体と第２物体との位置
決めを正確に行うことができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の位置検出装置の
原理を示す簡略化した斜視図である。２次元の位置が検
出されるべき第１物体、たとえば後述の第１３図の車両
３４には、ターゲットコイル１とインピーダンス素子で
あるコンデンサ２とが並列に接続されて構成されるター
ゲット回路３が取付けられる。第２物体、たとえば後述
の第１３図のロボット２７の作業端３８には、励磁回路
４と一対のセンサコイル５，６とが取付けられる。この
図１では、ターゲットコイル１は、Ｘ−Ｙ平面内に、真
円状に巻回されたコイル素線が存在し、そのターゲット
コイル１の磁束中心線はＺ軸に一致している。励磁コイ
ル４は、パワーコイル７と交流電源８とが接続されて構
成され、パワーコイル７は交流電源８によって駆動され
る。交流電源８の出力周波数は、たとえば３０ｋＨｚで
あってもよい。パワーコイル７は、そのコイル素線が一
平面内で真円状に巻回されて構成され、パワーコイル７
の磁束中心線は一直線状のライン９で示される。パワー
コイル７と一体的に、Ｘ軸およびＹ軸のセンサコイル
５，６が配置される。これらの各センサコイル５，６の
コイル素線は、相互に直交する一平面内で真円状に巻回
されてそれぞれ構成される。ライン９はＸ−Ｙ平面に垂
直な図１の状態において、センサコイル５の磁束中心線
はＸ軸に平行な直線であり、もう１つのセンサコイル６
の磁束中心線はＹ軸に平行な直線であり、これらのセン
サコイル５，６は同様な構成を有する。ライン９がＸ−
Ｙ平面に垂直であり、したがってＺ軸に平行な状態にお
いて、センサコイル５の出力によって後述のようにＸ軸
の変位ΔＸを検出することができ、またセンサコイル６
の出力によってＹ軸の変位ΔＹを検出することができ
る。図２はライン９がＺ軸に一致した状態を示す簡略化
した正面図である。ターゲットコイル１、センサコイル
５，６およびパワーコイル７の半径はいずれも同一であ
ってもよい。パワーコイル７の磁束中心線９と、センサ
コイル５の磁束中心線１０とが直交していることによっ
て、センサコイル５はパワーコイル７によって発生され
る磁界の検出をすることがない。また同様にパワーコイ
ル７の磁束中心線９とセンサコイル６の磁束中心線１１
とが直交していることによって、パワーコイル７によっ
て発生される磁界を、センサコイル６が検出することは
ない。図３は、図１に示される構成の一部を示す斜視図
である。一対のセンサコイル５，６およびパワーコイル
７はボビン１２に巻回される。このようなボビン１２
は、非磁性材料、たとえば合成樹脂材料から成る。さら
にターゲットコイル１は非自磁性材料、たとえば合成樹
脂材料などから成るボビン１３に巻回される。

【００１７】図４は、センサコイル５，６とパワーコイ
ル７とに関連する電気的構成を示すブロック図である。
パワーコイル７を駆動する交流電源８の出力はゼロクロ
ス検出回路１２に与えられる。この交流電源８の出力電
圧波形は図６（１）に示され、そのゼロクロス点は時刻
ｔ１，ｔ２，ｔ３で示されている。

【００１８】センサコイル５，６の出力はサンプルホー
ルド回路１３，１４に与えられる。図５（１）は、ター
ゲットコイル１とパワーコイル７とセンサコイル５の平
面図であり、Ｘ−Ｚ平面の上方から見た図である。セン
サコイルが参照符５ａ〜５ｅで示されるような各位置に
あるとき、そのセンサコイル５の出力波形が変化する。
参照符５ａ〜５ｅは、各位置にあるセンサコイルを示す
ものとして以下の説明で、用いられることもある。セン
サコイル５ｃは、ターゲットコイル１の磁束中心線であ
るＺ軸上にある状態を示している。

【００１９】センサコイル５が図５（１）の位置５ａ，
５ｂにあるときには、そのセンサコイル５からは図６
（２）の参照符１５で示される波形が得られ、また位置
５ｄ，５ｅにあるときには波形１６が得られる。センサ
コイル５が位置５ｃにあるときには、センサコイル５の
出力は零である。このことはもう１つのセンサコイル６
のＹ軸方向の変位に関しても同様である。

【００２０】ゼロクロス検出回路１２は、遅延回路１７
に、ライン１８を介して図６（３）で示されるゼロクロ
ス信号を導出する。遅延回路１７は、ライン１８からの
ゼロクロス信号の立ち上りを、時間Ｗ１だけ遅延した信
号を、図６（４）で示されるように作成してパルス発生
回路１９に与える。このパルス発生回路１９は、ライン
２０に図６（５）で示されるパルスを導出し、これによ
って時刻ｔ２から時間Ｗ１経過した時刻ｔ４から開始す
るパルス（たとえば２００ｎｓ以上）が導出され、サン
プルホールド回路にコマンドを与える。サンプルホール
ド回路１３は、センサコイル５の出力を図６（８）で示
されるように時刻ｔ４以降、保持し、アナログデジタル
コンバータ２１は、ライン２０を介するパルスに応答し
て、時刻ｔ５から時間Ｗ２（たとえば９μｓｅｃ未満）
においてデジタル値に変換し、その出力をマイクロコン
ピュータなどによって実現される処理回路２２に時刻ｔ
６〜ｔ７の期間において入力する。もう１つのセンサコ
イル６に関しても同様にサンプルホールド回路１４が設
けられ、そのサンプルホールド回路１４の出力はアナロ
グデジタル変換回路２３によってデジタル値に変換さ
れ、処理回路２２に入力される。処理回路２２にはメモ
リ２４が接続され、処理回路２２によって演算された変
位量ΔＸ，ΔＹを表す信号は通信インタフェイス２５を
介して通信路２６から給水ロボット用処理回路５２に後
述のように与えられる。

【００２１】図５（２）は、センサコイル５が図５
（１）の位置５ａ〜５ｅのようにＸ方向に変位したとき
に、パワーコイル７に与えられる交流電源８の出力電圧
に対して予め定める位相差を有するセンサコイル５の出
力の電圧のレベルを表している。このような交流電源８
の出力と予め定める位相差を有するセンサコイル５の出
力は、たとえばその最大値であることが望ましく、これ
によって感度の向上を図ることができるけれども、その
ような最大値でなくてもよい。センサコイル５がＺ軸上
にあるとき、図５（２）では、そのセンサコイル５の前
記出力レベルは、参照符Ｐ０で示されるように零であ
り、Ｘ軸方向に、Ｚ軸に関して左右に変位した位置Ｐ１
〜Ｐ２の範囲では、前記出力レベルはリニアに変化す
る。このような位置Ｐ１〜Ｐ２の範囲では、ターゲット
コイル１とセンサコイル５との相対的な位置を正確に検
出することが可能である。さらにセンサコイル５がＸ軸
方向に変位して位置Ｐ３〜Ｐ４の範囲において、そのタ
ーゲットコイル１とセンサコイル５との相対的な位置の
検出が可能である。このように、ターゲットコイル１と
センサコイル５との相対的な位置が変化したときに、交
流電源８の出力と予め定める位相差を有するセンサコイ
ル５の出力のレベルが図５（２）のように得られる理由
について、図７〜図１２を参照して説明する。

【００２２】図７を参照して、ビオ・サバールの法則に
よると、導線２８に流れる電流ベクトルＩによる点Ｐ
で、磁界の強さΔＨは、数１で示される。

【００２３】

【数１】

【００２４】微少部分ΔＬの電流Ｉによって、距離ｄ離
れた点Ｐにおいて、微少磁界の強さΔＨが示されてい
る。θは微少部分ΔＬと直線ＯＰとの成す角である。磁
界の方向は、アンペアの右ねじの法則に従う。このこと
から、図８に示されるように、導線２９が真円であつ
て、ｘ−ｙ平面上にあるとき、導線２９全体の電流Ｉに
よって点Ｐに生じる磁界の強さＨは、数２で示される。
なお図９は図８の平面図である。

【００２５】

【数２】

【００２６】ここで

【００２７】

【数３】

【００２８】ここで、導線２９は半径ｒを有し、接線３
０とは、点Ｏ１で接し、中心Ｏと点Ｐとの距離はａであ
り、、接点Ｏ１と点Ｐとの距離はｂであり、中心Ｏと接
点Ｏ１とを結ぶ半径線とｘ軸との成す角はφであり、接
点Ｏ１と点Ｐとを結ぶ直線と接線３０との成す角はψで
ある。

【００２９】したがって図１０に示されるようにターゲ
ットコイル１の中心Ｐｔでのパワーコイル７による磁界
の強さＨｐｔは、数４で示される。

【００３０】

【数４】

【００３１】ここで

【００３２】

【数５】

【００３３】である。

【００３４】ｎ１は、パワーコイル７の巻数であり、Ｉ
１はパワーコイル７に供給される電流出あり、ｒ１はパ
ワーコイル７の半径を表す。

【００３５】次に図１１に示されるように、センサコイ
ル５の中心Ｐｓでのターゲットコイル１による磁界の強
さＨｐｓは、数６に示される。

【００３６】

【数６】

【００３７】

【数７】

【００３８】ここで、ｎ２はターゲットコイル１の巻数
を示し、ｒ２はターゲットコイル１の半径を示す。

【００３９】前述の数６において、ターゲットコイル１
に流れる電流を計算するのは困難であるので、このター
ゲットコイル１に流れる電流に対応する前述の数４の磁
界の強さＨｐｔを用いて前述の数６が得られる。

【００４０】数６を、ｘ＝±３ｒ，ｙ＝０，ｚ＝ｒの範
囲で数値し、実測値と比較した結果を図１２に示す。こ
の図１２において、座標系とコイルの位置関係は、図７
〜図１１に対応している。実測値はセンサコイル５に発
生するピーク電圧を１とした場合であり、これに対応し
たプロフィールを計算値として表している。このことか
ら、計算値と実測値とが比較的良好に一致することが判
る。図１２のグラフは、図５（２）の点Ｐ０よりも右の
図形に対応し、図５（２）の左側では、点Ｐ０に関して
点対称の形状となっている。こうして交流電源８の出力
と予め定める位相差、たとえば１８０度を有するセンサ
コイル５の出力のレベル、たとえばピーク値を検出する
ことによって図５（２）の特性が得られ、これによって
センサコイル５の出力に基づき、Ｚ方向の距離が明らか
な場合、変位量ΔＸを求めることができる。このような
図５（２）に示される特性は、図４に示されるメモリ２
４にストアされており、処理回路２２は、このメモリ２
４にストアされている特性に基づき、変位量ΔＸを求め
る。上述の説明では、主としてセンサコイル５に関して
行われたけれども、センサコイル６によって変位量ΔＹ
も、同様にして求められる。またΔＸあるいはΔＹがわ
かっていれば、ΔＺも同様に求められる。

【００４１】ターゲットコイル１の状態によって、
（１）ターゲットコイル１が静止している場合と、
（２）ターゲットコイル１が任意に運動する場合とに分
けて、本発明の考え方を説明する。まず前記（１）の場
合、すなわちターゲットコイル１が静止している場合に
は、図１３に示されるように、センサコイル５，６から
の電圧およびそのものの移動距離をメモリ２４の中のテ
ーブルに予めストアしておき、このテーブルとセンサコ
イル５，６からの電圧とを比較することによって、ター
ゲットコイル１までの距離ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを知ること
ができる。図１３において、センサコイル５，６の位置
が、図１３のＱ１→Ｑ２→Ｑ３と移動したときの電圧
を、メモリ２４にストアされているテーブルと比較する
ことによって、上述のようにΔＸ，ΔＹ，ΔＺを知るこ
とができる。

【００４２】前述の（２）の場合、すなわちターゲット
コイル１が任意に運動する場合には、前述の（１）の場
合で説明した構成を実施することはできない。この場合
（２）では、図１４に示されるように、ΔＸ，ΔＹが、
モータなどによって、矢符６４，６５で示されるように
センサコイル５，６とパワーコイル７をターゲットコイ
ル１に追従させ、これによってΔＸ，ΔＹが或る許容値
内に入ったら、Ｘ方向およびＹ方向はターゲットコイル
１の中心軸上にあると見なし、矢符６６に示されるよう
にＺ方向へ少しずつ接近しながらターゲットコイル１の
中心を探す。すなわちセンサコイル５，６とパワーコイ
ル７とがターゲットコイル１の動きに追従していると判
定したら、矢符６６の方向に少しずつ接近させる。次に
述べる給水ロボット２７は、車両３４の揺れを考慮し
て、この場合（２）の構成によって実現される。

【００４３】クロック信号発生回路３２は、アナログデ
ジタル変換回路２１，２３にクロック信号を与えて動作
を制御する。

【００４４】図１５は図１〜図１２に示される実施例を
含む給水ロボット２７の斜視図である。列車３３の車両
３４には貯水タンク３５が搭載されており、この貯水タ
ンク３５に接続される給水口である管継手３６は、車体
３４に固定される。この車体３４にはまた、管継手３６
の近傍で、ターゲットコイル１が固定される。ターゲッ
トコイル１には、コンデンサ２が前述のように接続され
る。給水ロボット２７を用いてその管継手３７を管継手
３６に接続して自動的に給水を行うようにするために、
この給水ロボット２７の作業端３８には、管継手３７な
どとともに、パワーコイル７とセンサコイル５，６が固
定される。給水ロボット２７は地上に設けられたレール
３９に沿って走行移動可能な台車４０と、その台車４０
に設けられる複数のアーム４１とを含む。レール３９
は、列車３３が走行するレール４２に沿ってその列車３
３の停止位置付近に設けられる。

【００４５】図１６は給水ロボット２７の側面図であ
る。給水ロボット２７の複数軸のアーム４１および作業
端３８が変位することによって、ターゲットコイル１と
センサコイル５，６との相互のＸ−Ｙ平面内での位置が
検出され、Ｚ軸方向の変位がリミットスイッチ４５によ
って検出され、こうして管継手３６，３７の接続が行わ
れる。

【００４６】図１７は、管継手３６，３７とコイル１，
５，６，７との付近の拡大した側面図である。管継手３
７には可撓性の管４３が接続され、管継手３６，３７が
相互に接続された状態で、水が圧送される。車両３４に
は非検出突起４４が突設され、作業端３８には検出手段
としてのリミットスイッチ４５が設けられる。管継手３
６，３７が相互に接続された状態で、リミットスイッチ
４５が突起４４に当接して、スイッチング態様が変化
し、これによって管継手３６，３７の接続状態が検出さ
れる。コイル１，５，６，７の働きによって、Ｘ−Ｙ平
面内での２次元の位置を検出することができ、Ｚ軸方向
の変位は突起４４とリミットスイッチ４５の働きによっ
て検出することができる。

【００４７】図１８は、管継手３６，３７およびコイル
１，５，６，７の相対的な配置を示す図である。管継手
３６，３７が相互に接続された状態において、ターゲッ
トコイル１の磁束中心線であるＺ軸（前述の図１参照）
は、パワーコイル７の磁束中心線９に一致し、センサコ
イル５，６の中心は磁束中心線９上にある。こうしてこ
の実施例では、管継手３６の軸線とターゲットコイル１
の磁束中心線との距離ａは、管継手３７とパワーコイル
７の磁束中心線９との距離に等しく選ばれる。

【００４８】図１９は、給水ロボット２７に関連する構
成を示すブロック図である。列車３３は複数の車両３４
ａ，３４ｂを有し、対応する構成要素には、添え字ａ，
ｂを付して示し、総括的にはこれらの添え字ａ，ｂを省
略して示す。

【００４９】図２０は図１９の動作を説明するためのフ
ローチャートである。列車３３が給水ロボット２７の設
置されている場所、たとえば駅に到着したとき、ステッ
プｓ１からｓ２に移り、操作者が起動スイッチ４７を押
圧操作する。これによつて列車３３の車両３４ｃに設け
られているデータ送信装置４８からは無線などによっ
て、給水口３６の位置情報を、ホストコンピュータ４９
に接続されているデータ受信回路５０において受信され
て読込まれる。各給水ロボット２７ａ，２７ｂには、そ
の給水ロボットを制御するコンピュータによって実現す
る処理回路５２ａ，５２ｂがそれぞれ備えられている。
給水タンク３５ａ，３５ｂに給水が行われて満水になっ
たかどうかは、満水検出手段５３ａ，５３ｂによって検
出され、その検出出力は、各処理回路５２ａ，５２ｂに
与えられる。

【００５０】ステップｓ４において、ホストコンピュー
タ４９は、各ロボット２７ａ，２７ｂの処理回路５２
ａ，５２ｂに管継手３６ａ，３６ｂを表す位置情報を、
ライン５１を介して与え、これによって処理回路５２
ａ，５２ｂは、給水ロボット２７ａ，２７ｂをレール３
９に沿って移動させ、作業端３８ａ，３８ｂに取付けら
れているセンサコイル５ａ，５ｂが、ターゲットコイル
１ａ，１ｂと相対的な位置の図５（２）で示される位置
Ｐ１〜Ｐ２の範囲内に大略的にもたらす。この範囲Ｐ１
〜Ｐ２に代えて、Ｐ３〜Ｐ４の範囲に給水ロボット２７
ａ，２７ｂが移動するようにしてもよい。

【００５１】ステップｓ５では、各給水ロボット２７
ａ，２７ｂは、前述のステップｓ４の指令位置の範囲に
移動後、アーム４１ａ，４１ｂを動かして、Ｘ−Ｙ平面
内におけるターゲットコイル１を、センサコイル５，６
によって検出し、図５（２）で示される位置Ｐ０を探
す。

【００５２】ステップｓ６では、給水ロボット２７ａ，
２７ｂは、ターゲットコイル１ａ，１ｂの磁束中心線と
パワーコイル７の磁束中心線とが一致し、この磁束中心
線９上にセンサコイル５，６の中心がもたらされた状態
で、アーム４１ａ，４１ｂをさらに動かして、給水口の
管継手３６ａ，３６ｂに、給水を行う管継手３７ａ，３
７ｂを押込み、こうして管継手の接続状態はリミットス
イッチ４５によって検出される。このような管継手３
６，３７の接続完了後、ステップｓ７で、給水ロボット
２７は給水を開始する。

【００５３】ステップｓ８では、列車３３の車両３４
ａ，３４ｂに設けられている貯水タンク３５の検出手段
５３によって満水が検出され、満水情報が処理回路５２
に与えられる。この満水情報は検出手段５３から、ター
ゲットコイル１およびセンサコイル５，６を介して、周
波数変調などの手法でデータ伝送される。

【００５４】ステップｓ９では、満水情報が得られた
後、給水ロボット２７にる給水を中止し、アーム４１を
移動して管継手３６，３７を切り離す。給水完了情報
は、処理回路５２からホストコンピュータ４９に与えら
れる。

【００５５】ステップｓ１０では、ホストコンピュータ
４９は、すべての給水ロボット２７からの給水が完了し
たことを検出し、モニタ表示手段５４に、その給水が完
了したことを表示する。このモニタ表示手段５４では、
給水中の情報もまた表示される。ステップｓ１１では、
作業者が、給水の完了をモニタ表示手段５４の表示内容
によって確認し、こうしてすべての給水動作を終了す
る。

【００５６】本発明は、給水ロボット２７に関連して実
施されるだけでなく、ロボットによるジャンパー線など
の接続作業のような電子回路基板の接続作業、曲線上に
おいても接続可能な列車の自動連結器、ロボットによる
ワークの位置検出、無接点リミットスイッチの働き、さ
らに宇宙機器のランデブードッキング装置など、および
その他の分野において広範囲に実施することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ターゲッ
トコイルとインピーダンス素子とが接続されて構成され
るターゲット回路の前記ターゲットコイルによって、パ
ワーコイルとそのパワーコイルを駆動する交流電源とに
よって構成される励磁コイルの前記パワーコイルによっ
て発生される磁界を検出し、ターゲットコイルからの磁
界を、センサコイルによって検出し、検出手段によっ
て、交流電源の出力と予め定める位相差を有するセンサ
コイルの出力のレベルを検出し、こうしてセンサコイル
の出力の前記レベルに対応するターゲットコイルとセン
サコイルとの相対的な位置を検出することができるよう
にしたので、前述の光学的構成を有する先行技術に比べ
て、耐環境性が向上され、検出不可能になったり、誤検
出を生じたりするおそれがなくなる。またターゲット回
路には電源が必要でないので、構成の簡素化が可能であ
り、広範囲に本発明を実施することができる。

【００５８】さらに本発明に従えば、ターゲット回路の
ターゲットコイルに接続されるインピーダンス素子をコ
ンデンサとし、そのターゲット回路の共振周波数を、交
流電源の出力周波数に一致することによって、検出感度
の向上を図ることができる。

【００５９】一対のセンサコイルを用い、各センサコイ
ルの磁束中心線を、相互に直交するように配置すること
によって、ターゲットコイルに関して２次元の位置の検
出が可能となる。

【００６０】さらに本発明によれば、検出手段は、交流
電源の出力と予め定める位相差を有するセンサコイルの
出力レベルを、相互に逆極性の最大値が得られる範囲内
で、検出することによって、ターゲットコイルとセンサ
コイルとの相対的な位置と、交流電源の出力と予め定め
る位相差を有するセンサコイルの出力レベルとは、リニ
アに対応し、位置検出を正確に行うことができる。

【００６１】さら本発明によれば、ターゲット回路を第
１物体に設け、第２物体には、励磁回路とセンサコイル
と検出手段とを設け、第１物体と第２物体とを、まず、
前記範囲内にあるように移動し、その後、検出手段の出
力に基づいて、交流電源の出力と予め定める位相差を有
するセンサコイルの出力のレベルが零となるように第１
物体と第２物体とを相互に移動することによって、ター
ゲットコイルとセンサコイルとの位置検出、したがって
第１物体と第２物体との位置検出を、正確に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を簡略化して示す斜視図であ
る。

【図２】ターゲットコイル１、センサコイル５，６およ
びパワーコイル７のＸ−Ｙ平面上に投影した正面図であ
る。

【図３】ターゲットコイル１、センサコイル５，６およ
びパワーコイル７の具体的な構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図５】センサコイル５に関連する動作を説明するため
の図である。

【図６】図４に示される電気的構成の動作を説明するた
めの波形図である。

【図７】ビオ・サバールの法則を説明するための図であ
る。

【図８】コイル１９に電流Ｉを流したときにおける点Ｐ
の磁界の強さＨを説明するための斜視図である。

【図９】図８におけるｘ−ｙ平面への投影を示す平面図
である。

【図１０】ターゲットコイル１とパワーコイル７との配
置を示すＸ−Ｚ平面への投影を示す平面図である。

【図１１】ターゲットコイル１とセンサコイル５とのＸ
−Ｚ平面への投影を示す平面図である。

【図１２】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【図１３】本発明の一実施例のターゲットコイル１が静
止している場合、メモリ２４にストアされている内容を
示す図である。

【図１４】ターゲットコイル１が任意に運動する場合の
動作を説明する簡略化した平面図である。

【図１５】給水ロボット２７に関連する本発明の一実施
例の斜視図である。

【図１６】給水ロボット２７とその付近の簡略化した断
面図である。

【図１７】管継手３６，３７およびコイル１，５，６，
７およびリミットスイッチ４５を示す側面図である。

【図１８】管継手３６，３７およびコイル１，５，６，
７の位置関係を示す簡略化した図である。

【図１９】給水ロボット２７に関連する電気的構成を示
すブロック図である。

【図２０】図１９に示される構成の動作を説明するため
のフローチャートである。

【符号の説明】

１ターゲットコイル２コンデンサ３ターゲット回路４励磁コイル５Ｘ軸センサコイル６Ｙ軸センサコイル７パワーコイル８交流電源９，１０，１１磁束中心線１２ゼロクロス検出回路１３，１４サンプルホールド回路１７遅延回路１９パルス発生回路２１，２３アナログデジタル変換回路２２処理回路２５通信インタフェイス２４メモリ２７給水ロボット３３列車３４車両３５貯水タンク３６，３７管継手３８作業端３９レール４１アーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットコイルとインピーダンス素子
とが接続されて構成されるターゲット回路と、ターゲッ
トコイルと相対的に変位自在であるパワーコイルと、そ
のパワーコイルを駆動する交流電源とが接続されて構成
される励磁回路と、パワーコイルに一体的に取付けられ
るセンサコイルであって、パワーコイルの磁束中心線と
センサコイルの磁束中心線とは直交しているセンサコイ
ルと、交流電源の出力と予め定める位相差を有するセン
サコイルの出力のレベルを検出する手段とを含むことを
特徴とする位置検出装置。
【請求項２】インピーダンス素子はコンデンサであ
り、ターゲット回路の共振周波数は交流電源の出力周波
数に一致していることを特徴とする請求項１記載の位置
検出装置。
【請求項３】センサコイルは一対設けられ、各センサ
コイルの磁束中心線は相互に直交しており、検出手段は
各センサコイル毎に設けられることを特徴とする請求項
１記載の位置検出装置。
【請求項４】検出手段は、交流電源の出力と予め定め
る位相差を有するセンサコイルの出力レベルを、相互に
逆極性の最大値が得られる範囲内で、検出することを特
徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項５】位置検出装置を用いて第１物体と第２物
体との相対的な位置を検出する位置検出方法であって、
位置検出装置は、第１物体に設けられるターゲット回路
であって、このターゲット回路はターゲットコイルとイ
ンピーダンス素子とが接続されて構成されるターゲット
回路と、第２物体に設けられる励磁回路であって、この
励磁回路はターゲットコイルと相対的に変位自在である
パワーコイルとそのパワーコイルを駆動する交流電源と
が接続されて構成される励磁回路と、パワーコイルに一
体的に取付けられるセンサコイルであって、パワーコイ
ルの励磁中心線とセンサコイルの励磁中心線とは直交し
ているセンサコイルと、交流電源の出力と予め定める位
相差を有するセンサコイルの出力レベルを、相互に逆極
性の最大値が得られる範囲内で、検出する検出手段とを
含み、まず、第１物体と第２物体とを、前記範囲内にあ
るように移動し、次に、検出手段の出力に基づいて、交
流電源の出力と予め定める位相差を有するセンサコイル
の出力のレベルが零となるように、第１物体と第２物体
とを移動することを特徴とする位置検出方法。