JPH11271014A - 球ジョイント回転検出装置 - Google Patents
球ジョイント回転検出装置Info
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- JPH11271014A JPH11271014A JP9077398A JP9077398A JPH11271014A JP H11271014 A JPH11271014 A JP H11271014A JP 9077398 A JP9077398 A JP 9077398A JP 9077398 A JP9077398 A JP 9077398A JP H11271014 A JPH11271014 A JP H11271014A
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- rotor
- output shaft
- inclination
- detector
- magnetic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より簡単に出力軸回りの回転を検出できるよ
り小型の球ジョイント回転検出装置を提供する。 【解決手段】 出力軸５を有するロータ１を収納したハ
ウジング３からなる球ジョイントにおいて、出力軸に直
交した方向に１対の磁極１３、１５を備えハウジングに
ホール素子などを使用した２個の磁気検出器１７、１９
を備えて、その出力からロータの磁極位置の経度を算出
する経度測定器２３と、出力軸の対極に設けた光ビーム
源９とハウジングの底面に展設された２次元光位置検出
デバイス（ＰＳＤ）１１から構成されるなどして出力軸
の傾きを検出する軸傾き検出器２１と、経度測定器と軸
傾き検出器の測定結果を用いて出力軸の軸回り回転角を
算出する軸回り回転角算出器２５とを備える。
り小型の球ジョイント回転検出装置を提供する。 【解決手段】 出力軸５を有するロータ１を収納したハ
ウジング３からなる球ジョイントにおいて、出力軸に直
交した方向に１対の磁極１３、１５を備えハウジングに
ホール素子などを使用した２個の磁気検出器１７、１９
を備えて、その出力からロータの磁極位置の経度を算出
する経度測定器２３と、出力軸の対極に設けた光ビーム
源９とハウジングの底面に展設された２次元光位置検出
デバイス（ＰＳＤ）１１から構成されるなどして出力軸
の傾きを検出する軸傾き検出器２１と、経度測定器と軸
傾き検出器の測定結果を用いて出力軸の軸回り回転角を
算出する軸回り回転角算出器２５とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、球ジョイントにお
ける出力軸の傾きと軸周りの回転を検出する回転検出器
に関し、特に、ハウジング内の駆動部の揺動により球を
回転させて出力軸に連結された物の向きを変化させたり
軸回りに回転させたりするために使用する小型の球ジョ
イントに用いることができる回転検出器に関する。
ける出力軸の傾きと軸周りの回転を検出する回転検出器
に関し、特に、ハウジング内の駆動部の揺動により球を
回転させて出力軸に連結された物の向きを変化させたり
軸回りに回転させたりするために使用する小型の球ジョ
イントに用いることができる回転検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】小型の球ジョイントは、メンテナンス検
査や医療検査に用いる検査装置、レーザ照射装置やロボ
ットアイの駆動機構など、小型で高性能な各種装置にお
いて部材の姿勢や方向を制御するための部品として使用
される。特に回転駆動機構を内蔵した球ジョイントは、
各種の搬送機器やそれらの玩具などの駆動輪として使用
したり、パラレルリンク型ロボットや工作機械の駆動部
など回転移動機構を有する物の駆動体として使用するこ
とができる。こうした小型の駆動機構を備えた球ジョイ
ントとして、本願出願者による特開平１０-６７０４に
開示されたものがあるが、マイクロマシーン技術の進展
やロボット作業の対象の広がりに伴って、この種の小型
の駆動式球ジョイントに対する要請がますます強くなっ
ている。
査や医療検査に用いる検査装置、レーザ照射装置やロボ
ットアイの駆動機構など、小型で高性能な各種装置にお
いて部材の姿勢や方向を制御するための部品として使用
される。特に回転駆動機構を内蔵した球ジョイントは、
各種の搬送機器やそれらの玩具などの駆動輪として使用
したり、パラレルリンク型ロボットや工作機械の駆動部
など回転移動機構を有する物の駆動体として使用するこ
とができる。こうした小型の駆動機構を備えた球ジョイ
ントとして、本願出願者による特開平１０-６７０４に
開示されたものがあるが、マイクロマシーン技術の進展
やロボット作業の対象の広がりに伴って、この種の小型
の駆動式球ジョイントに対する要請がますます強くなっ
ている。
【０００３】球ジョイントを各種装置器具に取り込んで
活用するためには、出力軸の姿勢や回転に関する正確な
測定が欠かせない。しかし、近年発達してきた球ジョイ
ントは極めて小型精密化していて、計測機構も小さく堅
牢でかつ測定により球ジョイントに与える負荷が小さい
ことが要求される。２個のロータリーエンコーダと出力
軸の間に２本のスライドバーを渡して、スライドバーの
方向から出力軸の傾きを検出する方法もあるが、この方
法では装置が大きくまた測定負荷のため球ジョイントの
円滑な動きを阻害し、付属部品を含めた球ジョイントの
小型化が困難である。また、出力軸の傾きは測定できて
も回転角を知ることができない。
活用するためには、出力軸の姿勢や回転に関する正確な
測定が欠かせない。しかし、近年発達してきた球ジョイ
ントは極めて小型精密化していて、計測機構も小さく堅
牢でかつ測定により球ジョイントに与える負荷が小さい
ことが要求される。２個のロータリーエンコーダと出力
軸の間に２本のスライドバーを渡して、スライドバーの
方向から出力軸の傾きを検出する方法もあるが、この方
法では装置が大きくまた測定負荷のため球ジョイントの
円滑な動きを阻害し、付属部品を含めた球ジョイントの
小型化が困難である。また、出力軸の傾きは測定できて
も回転角を知ることができない。
【０００４】これらの困難を解消する方法として、本願
出願者の出願に係る特開平８−１４８６４号公報に、ロ
ータに２個の光源を設けハウジングの底面あるいは側面
に２次元光位置検出デバイス（ＰＳＤ）を設けて各光源
から照射される光のスポット位置を２次元ＰＳＤによっ
て検出しロータの回転を計測する方法が開示されてい
る。この方法は、図５に示すように、ロータの回転出力
軸の反対側に第１の光源を仕込み、この照射方向から出
力軸の傾きを検出し、さらにこれとは異なる方向に光を
放射する第２の光源をロータに仕込んでその照射方向か
ら軸の回転角を算出するようになっている。
出願者の出願に係る特開平８−１４８６４号公報に、ロ
ータに２個の光源を設けハウジングの底面あるいは側面
に２次元光位置検出デバイス（ＰＳＤ）を設けて各光源
から照射される光のスポット位置を２次元ＰＳＤによっ
て検出しロータの回転を計測する方法が開示されてい
る。この方法は、図５に示すように、ロータの回転出力
軸の反対側に第１の光源を仕込み、この照射方向から出
力軸の傾きを検出し、さらにこれとは異なる方向に光を
放射する第２の光源をロータに仕込んでその照射方向か
ら軸の回転角を算出するようになっている。
【０００５】ＰＳＤは照射光分布の重心を検出する道具
なので、１個のＰＳＤで２個の光源の照射位置を時分割
で検出するには光源の切り替え機構も内蔵しなければな
らない。このように２個の光源を使用することで、ロー
タの構造が複雑となり高度の加工を必要とし、またこれ
ら機構を収納するため、ロータを小さくすることも困難
である。さらに、複数の照射口を遮蔽しないようにする
ため、ロータを同心に保持する球受け構造やロータを駆
動する機構に制約があった。なお、複数の光源があるた
め相互に干渉して生じる測定誤差を小さくする工夫も必
要であった。
なので、１個のＰＳＤで２個の光源の照射位置を時分割
で検出するには光源の切り替え機構も内蔵しなければな
らない。このように２個の光源を使用することで、ロー
タの構造が複雑となり高度の加工を必要とし、またこれ
ら機構を収納するため、ロータを小さくすることも困難
である。さらに、複数の照射口を遮蔽しないようにする
ため、ロータを同心に保持する球受け構造やロータを駆
動する機構に制約があった。なお、複数の光源があるた
め相互に干渉して生じる測定誤差を小さくする工夫も必
要であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、より簡単に軸回りの回転を検出で
きるより小型の球ジョイント回転検出装置を提供するこ
とである。
しようとする課題は、より簡単に軸回りの回転を検出で
きるより小型の球ジョイント回転検出装置を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、出力軸を有するロータとロータを中心位置に保持す
る球受けを備えたハウジングからなる球ジョイントに用
いる本発明の球ジョイント回転検出装置は、ロータの出
力軸に直交した方向に１対の磁極を備えハウジングに少
なくとも２個の磁気検出器を備えてこの磁気検出器の出
力からロータの磁極位置の経度を算出する経度測定器
と、出力軸の傾きを検出する軸傾き検出器と、経度測定
器と軸傾き検出器の測定結果を用いて出力軸の軸回り回
転角を算出する軸回り回転角算出器とを備えることを特
徴とする。
め、出力軸を有するロータとロータを中心位置に保持す
る球受けを備えたハウジングからなる球ジョイントに用
いる本発明の球ジョイント回転検出装置は、ロータの出
力軸に直交した方向に１対の磁極を備えハウジングに少
なくとも２個の磁気検出器を備えてこの磁気検出器の出
力からロータの磁極位置の経度を算出する経度測定器
と、出力軸の傾きを検出する軸傾き検出器と、経度測定
器と軸傾き検出器の測定結果を用いて出力軸の軸回り回
転角を算出する軸回り回転角算出器とを備えることを特
徴とする。
【０００８】なお、磁気検出器はホール素子を用いて非
接触で磁極位置を検出するようにしたものであってもよ
い。また、磁気検出器２個を、ハウジング底面と平行で
ロータの中心を含む面内でロータ中心を挟んで直角の位
置に配設するようにすることが好ましい。軸傾き検出器
には、ロータ出力軸の対極に設けた光ビームを発生する
光源とハウジングの底面に展設された２次元光位置検出
デバイス（ＰＳＤ）を用いて、出力軸の傾きを２次元で
測定するようにしたものを使用することができる。
接触で磁極位置を検出するようにしたものであってもよ
い。また、磁気検出器２個を、ハウジング底面と平行で
ロータの中心を含む面内でロータ中心を挟んで直角の位
置に配設するようにすることが好ましい。軸傾き検出器
には、ロータ出力軸の対極に設けた光ビームを発生する
光源とハウジングの底面に展設された２次元光位置検出
デバイス（ＰＳＤ）を用いて、出力軸の傾きを２次元で
測定するようにしたものを使用することができる。
【０００９】本発明の球ジョイント回転検出装置によれ
ば、ロータを磁化しておいて少なくとも２個の磁気検出
器で磁場強度を測定して磁極位置を知るようにしたの
で、測定のためにはロータにただ１個の光源を組み込め
ば足りるから、小さなロータにも十分適用できる。な
お、ロータを出力軸を回転軸とした回転体と見るとロー
タ表面にある磁極は回転体の赤道上に存在することにな
る。正負の磁極がロータの赤道上の対向する位置に対に
なって存在するため、磁気検出器の測定出力は磁気検出
器と中心を結ぶ線と正負の磁極を結ぶ線の角度の余弦に
比例する。したがって、ハウジングを基準とした磁極の
経度αすなわち磁気検出器の属する面内に投影した角度
αは、２個の磁気検出器から得られる測定出力から求め
られる。
ば、ロータを磁化しておいて少なくとも２個の磁気検出
器で磁場強度を測定して磁極位置を知るようにしたの
で、測定のためにはロータにただ１個の光源を組み込め
ば足りるから、小さなロータにも十分適用できる。な
お、ロータを出力軸を回転軸とした回転体と見るとロー
タ表面にある磁極は回転体の赤道上に存在することにな
る。正負の磁極がロータの赤道上の対向する位置に対に
なって存在するため、磁気検出器の測定出力は磁気検出
器と中心を結ぶ線と正負の磁極を結ぶ線の角度の余弦に
比例する。したがって、ハウジングを基準とした磁極の
経度αすなわち磁気検出器の属する面内に投影した角度
αは、２個の磁気検出器から得られる測定出力から求め
られる。
【００１０】一方ハウジングに対する回転軸の傾き
（φ,θ）は、軸傾き検出器により求めることができ
る。したがってロータの赤道面の傾きが知れるので、静
止座標系とも言うべきハウジング側の座標系からロータ
に固定された座標系への座標変換行列Ｔを用いることに
より、磁極の経度αを出力軸の回転角βに変換すること
ができる。
（φ,θ）は、軸傾き検出器により求めることができ
る。したがってロータの赤道面の傾きが知れるので、静
止座標系とも言うべきハウジング側の座標系からロータ
に固定された座標系への座標変換行列Ｔを用いることに
より、磁極の経度αを出力軸の回転角βに変換すること
ができる。
【００１１】なお、磁気検出器としてホール素子を用い
ると、極く小型の検出素子により非接触で磁極位置を検
出することができる。また、磁気検出器２個を、ハウジ
ング底面と平行でロータの中心を含む面内でロータ中心
を挟んで直角の位置に配設することは、磁気検出器を静
止座標系の２軸に配置することであり、このため、ハウ
ジングを基準とした磁極の経度αは２個の磁気検出器か
ら得られる測定出力の比のアークタンジェントから求め
ることができ、演算が極めて簡単になる。
ると、極く小型の検出素子により非接触で磁極位置を検
出することができる。また、磁気検出器２個を、ハウジ
ング底面と平行でロータの中心を含む面内でロータ中心
を挟んで直角の位置に配設することは、磁気検出器を静
止座標系の２軸に配置することであり、このため、ハウ
ジングを基準とした磁極の経度αは２個の磁気検出器か
ら得られる測定出力の比のアークタンジェントから求め
ることができ、演算が極めて簡単になる。
【００１２】なお、軸傾き検出器として出力軸と結合し
た２本のビームの傾きから求める方法や撮像装置を用い
た光学的な方法など各種のものが利用できる。特に、ロ
ータ出力軸の対極に設けた光ビームを発生する光源とハ
ウジングの底面に展設された２次元光位置検出デバイス
（ＰＳＤ）を用いて、出力軸の傾きを２次元で測定する
軸傾き検出器を用いると、極めて小型な機構であるので
小さなハウジングに組み込むことができ、また非接触で
測定するので接触負荷トルクを生じさせずに、出力軸角
度を検出することができる。
た２本のビームの傾きから求める方法や撮像装置を用い
た光学的な方法など各種のものが利用できる。特に、ロ
ータ出力軸の対極に設けた光ビームを発生する光源とハ
ウジングの底面に展設された２次元光位置検出デバイス
（ＰＳＤ）を用いて、出力軸の傾きを２次元で測定する
軸傾き検出器を用いると、極めて小型な機構であるので
小さなハウジングに組み込むことができ、また非接触で
測定するので接触負荷トルクを生じさせずに、出力軸角
度を検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を実施例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の球
ジョイント回転検出装置の１実施例を示す構成図、図２
から図４はその測定原理を説明する図面である。
を実施例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の球
ジョイント回転検出装置の１実施例を示す構成図、図２
から図４はその測定原理を説明する図面である。
【００１４】図１中、１はロータ、３はハウジング、５
は出力軸、７は球受け、９は光源、１１は光位置検出素
子、１３はＮ極、１５はＳ極、１７は第１の磁気検出
器、１９は第２の磁気検出器、２１は軸傾き検出器、２
３は経度測定器、２５は回転角算出器である。ロータ１
は図示しない駆動ユニットによりハウジング３の中で回
転駆動され、これに固定されている出力軸５の向きを変
えたり軸回転をさせたりする。球受け７はロータ１の中
心を常に一定の位置に保持する働きをする。光源９はロ
ータ１表面上、出力軸５の対極に当たる位置に配設され
ていて、軸心方向に光ビームを放射する。光源９はＬＥ
Ｄなど小型軽量で指向性の良いものが好ましい。また光
源９の電力は出力軸５内を通した導線で外部から供給し
ても良いが、電池をロータ１内に組み込んで供給しても
よい。
は出力軸、７は球受け、９は光源、１１は光位置検出素
子、１３はＮ極、１５はＳ極、１７は第１の磁気検出
器、１９は第２の磁気検出器、２１は軸傾き検出器、２
３は経度測定器、２５は回転角算出器である。ロータ１
は図示しない駆動ユニットによりハウジング３の中で回
転駆動され、これに固定されている出力軸５の向きを変
えたり軸回転をさせたりする。球受け７はロータ１の中
心を常に一定の位置に保持する働きをする。光源９はロ
ータ１表面上、出力軸５の対極に当たる位置に配設され
ていて、軸心方向に光ビームを放射する。光源９はＬＥ
Ｄなど小型軽量で指向性の良いものが好ましい。また光
源９の電力は出力軸５内を通した導線で外部から供給し
ても良いが、電池をロータ１内に組み込んで供給しても
よい。
【００１５】光位置検出素子１１は、照射光分布の重心
位置を２次元情報として取り出すもので、たとえば２次
元半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）を使用することがで
きる。光位置検出素子１１は、ハウジング３の底面に展
設されていて、光源９の照射位置を検出する。図２に示
すように、光位置検出素子１１の座標系の原点をロータ
１の中心の直下、距離Ｌの所に位置するように配置する
と、出力軸５の傾き（φ，θ）は光位置座標（ｘ，ｙ）
から次式で直ちに求められる。 φ＝tan-1（ｙ／ｘ） θ＝tan-1（（ｘ2＋ｙ2）1/2／Ｌ） 軸傾き検出器２１が光位置検出素子１１の測定出力を用
いてこれらの演算をし、結果を表示すると共に軸傾き測
定信号として回転角算出器２５に送る。
位置を２次元情報として取り出すもので、たとえば２次
元半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）を使用することがで
きる。光位置検出素子１１は、ハウジング３の底面に展
設されていて、光源９の照射位置を検出する。図２に示
すように、光位置検出素子１１の座標系の原点をロータ
１の中心の直下、距離Ｌの所に位置するように配置する
と、出力軸５の傾き（φ，θ）は光位置座標（ｘ，ｙ）
から次式で直ちに求められる。 φ＝tan-1（ｙ／ｘ） θ＝tan-1（（ｘ2＋ｙ2）1/2／Ｌ） 軸傾き検出器２１が光位置検出素子１１の測定出力を用
いてこれらの演算をし、結果を表示すると共に軸傾き測
定信号として回転角算出器２５に送る。
【００１６】ロータ１は出力軸５に対して垂直な方向に
磁化されていて、最も径の大きい赤道面上の対向位置に
１対の正磁極Ｎ１３と負磁極Ｓ１５が形成されている。
また、磁気検出器１７と磁気検出器１９がハウジング３
内の床面に平行な面内に設置されている。検出器設置面
は、出力軸５がハウジング床面に対して垂直になるとき
に磁極１３、１５が含まれるロータ１の赤道面と一致す
る面である。なお、磁気検出器１７、１９はロータ１の
中心に対して直角になる位置に設置されている。
磁化されていて、最も径の大きい赤道面上の対向位置に
１対の正磁極Ｎ１３と負磁極Ｓ１５が形成されている。
また、磁気検出器１７と磁気検出器１９がハウジング３
内の床面に平行な面内に設置されている。検出器設置面
は、出力軸５がハウジング床面に対して垂直になるとき
に磁極１３、１５が含まれるロータ１の赤道面と一致す
る面である。なお、磁気検出器１７、１９はロータ１の
中心に対して直角になる位置に設置されている。
【００１７】磁気検出器１７、１９は、正磁極Ｎ１３と
負磁極Ｓ１５により形成される磁場強度に対応し、磁極
軸の回転に伴い正弦波状の変化をする信号を出力する。
磁気検出器１７、１９としてホール素子を用いた小型の
測定器を使用すると、小さなハウジング３でもこれを収
容して球ジョイントを小型化することができる。磁気検
出器１７、１９の出力信号Ｖは、磁気検出器とロータ中
心を結ぶ直線に対する磁極軸の傾きβの余弦に比例し、
Ｖ＝Ａcosβなる関係が成立する。したがって、２個の
磁気検出器の出力を複合することにより磁気検出器とロ
ータ中心でなす面に投影した磁極の方向を示す角αを求
めることができる。
負磁極Ｓ１５により形成される磁場強度に対応し、磁極
軸の回転に伴い正弦波状の変化をする信号を出力する。
磁気検出器１７、１９としてホール素子を用いた小型の
測定器を使用すると、小さなハウジング３でもこれを収
容して球ジョイントを小型化することができる。磁気検
出器１７、１９の出力信号Ｖは、磁気検出器とロータ中
心を結ぶ直線に対する磁極軸の傾きβの余弦に比例し、
Ｖ＝Ａcosβなる関係が成立する。したがって、２個の
磁気検出器の出力を複合することにより磁気検出器とロ
ータ中心でなす面に投影した磁極の方向を示す角αを求
めることができる。
【００１８】図３は、２個の磁気検出器の測定出力から
角αを求める原理を説明する図面である。磁気検出器Ｓ
ｘ、Ｓｙとロータ中心Ｏを含む検出器面Ｂ内に直交座標
系を想定し、ｘ軸上に設けられたｘ軸磁気検出器Ｓｘと
ｙ軸上に設けられたｙ軸磁気検出器Ｓｙにより、ロータ
面上Ｎｄの位置に存在するＮ極の経度、すなわちＮ極か
ら検出器面Ｂに下ろした垂線の足と中心Ｏを結ぶ線がｘ
軸となす角αを求めるものとする。
角αを求める原理を説明する図面である。磁気検出器Ｓ
ｘ、Ｓｙとロータ中心Ｏを含む検出器面Ｂ内に直交座標
系を想定し、ｘ軸上に設けられたｘ軸磁気検出器Ｓｘと
ｙ軸上に設けられたｙ軸磁気検出器Ｓｙにより、ロータ
面上Ｎｄの位置に存在するＮ極の経度、すなわちＮ極か
ら検出器面Ｂに下ろした垂線の足と中心Ｏを結ぶ線がｘ
軸となす角αを求めるものとする。
【００１９】ｘ軸磁気検出器Ｓｘの出力Ｖｘとｙ軸磁気
検出器Ｓｙの出力Ｖｙは、磁極軸すなわちロータ中心Ｏ
とＮ極を結ぶ方向ベクトルＮｄがｘ軸に対してなす角β
ｘとｙ軸に対してなす角βｙの関数で、 Ｖｘ＝Ａｘcosβｘ Ｖｙ＝Ａｙcosβｙ と表される。なお、Ａｘ、Ａｙはそれぞれの検出器の感
度を表す。
検出器Ｓｙの出力Ｖｙは、磁極軸すなわちロータ中心Ｏ
とＮ極を結ぶ方向ベクトルＮｄがｘ軸に対してなす角β
ｘとｙ軸に対してなす角βｙの関数で、 Ｖｘ＝Ａｘcosβｘ Ｖｙ＝Ａｙcosβｙ と表される。なお、Ａｘ、Ａｙはそれぞれの検出器の感
度を表す。
【００２０】さらに、磁極軸Ｎｄが検出器面Ｂとなす角
をψとすると、 cosβｘ＝cosψcosα cosβｘ＝cosψsinα となるから、 Ｖｙ／Ｖｘ＝Ａｙcosψsinα／Ａｘcosψcosα＝（Ａｙ
／Ａｘ）tanα なる関係がある。ここでＡｘ＝Ａｙとすれば、 α＝tan-1（Ｖｙ／Ｖｘ） からＮ極の経度αを求めることができる。磁気検出器Ｓ
ｘ、Ｓｙとロータ中心Ｏを結ぶ線が直交していない場合
にも、計算が多少煩雑になるがＮ極の経度αを求めるこ
とができることは言うまでもない。
をψとすると、 cosβｘ＝cosψcosα cosβｘ＝cosψsinα となるから、 Ｖｙ／Ｖｘ＝Ａｙcosψsinα／Ａｘcosψcosα＝（Ａｙ
／Ａｘ）tanα なる関係がある。ここでＡｘ＝Ａｙとすれば、 α＝tan-1（Ｖｙ／Ｖｘ） からＮ極の経度αを求めることができる。磁気検出器Ｓ
ｘ、Ｓｙとロータ中心Ｏを結ぶ線が直交していない場合
にも、計算が多少煩雑になるがＮ極の経度αを求めるこ
とができることは言うまでもない。
【００２１】図４は、回転角算出器２５において出力軸
５の傾きと磁極Ｎの経度から出力軸回りの回転角を求め
るアルゴリズムを説明する図面である。磁極軸の方向ベ
クトルＮｄの先端座標は経度測定器２３により経度αが
与えられているので、検出器面Ｂの上にとった直交座標
系における座標値としてｚ成分を求めれば位置が確定で
きる。一方、出力軸５の方向ベクトルＺｒは、傾き測定
器２１により求められているので、検出器面Ｂの上にと
った直交座標系上における単位ベクトルＺｒの先端座標
は簡単に知ることができる。出力軸５の方向ベクトルＺ
ｒと磁極軸の方向ベクトルＮｄは直交関係にあるので、 Ｚｒ・Ｎｄ＝０ なる関係が成立する。これから、磁極軸の方向ベクトル
Ｎｄのｚ座標を求めることができる。
５の傾きと磁極Ｎの経度から出力軸回りの回転角を求め
るアルゴリズムを説明する図面である。磁極軸の方向ベ
クトルＮｄの先端座標は経度測定器２３により経度αが
与えられているので、検出器面Ｂの上にとった直交座標
系における座標値としてｚ成分を求めれば位置が確定で
きる。一方、出力軸５の方向ベクトルＺｒは、傾き測定
器２１により求められているので、検出器面Ｂの上にと
った直交座標系上における単位ベクトルＺｒの先端座標
は簡単に知ることができる。出力軸５の方向ベクトルＺ
ｒと磁極軸の方向ベクトルＮｄは直交関係にあるので、 Ｚｒ・Ｎｄ＝０ なる関係が成立する。これから、磁極軸の方向ベクトル
Ｎｄのｚ座標を求めることができる。
【００２２】ここで、出力軸５の回りのロータ１の回転
角は、ロータ赤道面内において基準位置から計ったＮ磁
極の回転角と同じであるから、基準位置を出力軸５を垂
直姿勢にして検出器面Ｂとロータ赤道面を一致させたと
きのｘ軸に対応するＸｒ軸に取れば、図４における回転
角γで表される。基準軸Ｘｒの単位ベクトルは、出力軸
５の傾きから簡単に求まる。回転角γは、基準軸Ｘｒと
磁極軸Ｎｄのなす角であるから、上記で得られたベクト
ル値を用いて γ＝cos-1（Ｘｒ・Ｎｄ／|Ｘｒ||Ｎｄ|） で求めることができる。
角は、ロータ赤道面内において基準位置から計ったＮ磁
極の回転角と同じであるから、基準位置を出力軸５を垂
直姿勢にして検出器面Ｂとロータ赤道面を一致させたと
きのｘ軸に対応するＸｒ軸に取れば、図４における回転
角γで表される。基準軸Ｘｒの単位ベクトルは、出力軸
５の傾きから簡単に求まる。回転角γは、基準軸Ｘｒと
磁極軸Ｎｄのなす角であるから、上記で得られたベクト
ル値を用いて γ＝cos-1（Ｘｒ・Ｎｄ／|Ｘｒ||Ｎｄ|） で求めることができる。
【００２３】なお、軸傾き検出器は２次元光位置検出器
に限らず、磁気的な手段で出力軸５の傾きを知る方法や
機械的なリンク機構を使用した方法など、各種の方法を
使用したものが利用できる。また、磁気検出器の配置面
もハウジング底面に平行でなくてもよく、高さもロータ
中心位置に限らない。ロータ回転角を算出するためのア
ルゴリズムは上記実施例に説明したものに限らない。出
力軸の姿勢とロータ表面の定点についての位置情報は既
に３個の検出器で得られているから、外の演算方法でも
回転角度を算出することができることはいうまでもな
い。さらに磁気検出器の相互関係もロータ中心を挟む直
交関係に限らず任意の角度離しても良い。また、検出器
面に設定する座標系も直交座標系でなく、座標軸が直角
以外の角度で交わる３次元座標系、円筒座標系、球座標
系などであってもよい。
に限らず、磁気的な手段で出力軸５の傾きを知る方法や
機械的なリンク機構を使用した方法など、各種の方法を
使用したものが利用できる。また、磁気検出器の配置面
もハウジング底面に平行でなくてもよく、高さもロータ
中心位置に限らない。ロータ回転角を算出するためのア
ルゴリズムは上記実施例に説明したものに限らない。出
力軸の姿勢とロータ表面の定点についての位置情報は既
に３個の検出器で得られているから、外の演算方法でも
回転角度を算出することができることはいうまでもな
い。さらに磁気検出器の相互関係もロータ中心を挟む直
交関係に限らず任意の角度離しても良い。また、検出器
面に設定する座標系も直交座標系でなく、座標軸が直角
以外の角度で交わる３次元座標系、円筒座標系、球座標
系などであってもよい。
【００２４】
【発明の効果】上に詳細に述べた通り、本発明の球ジョ
イント回転検出装置は極めて小型に構成できるため、小
型の球ジョイントに適用して球ジョイントの出力軸位置
や回転の測定や測定結果をフィードバックして姿勢制御
するために使用することができる。
イント回転検出装置は極めて小型に構成できるため、小
型の球ジョイントに適用して球ジョイントの出力軸位置
や回転の測定や測定結果をフィードバックして姿勢制御
するために使用することができる。
【図１】本発明の球ジョイント回転検出装置の１実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】本実施例の出力軸姿勢を測定する原理を説明す
る図面である。
る図面である。
【図３】本実施例の磁極の経度を測定する原理を説明す
る図面である。
る図面である。
【図４】本実施例の出力軸回り回転角を算定する原理を
説明する図面である。
説明する図面である。
【図５】従来の球ジョイント回転検出装置を示す構成図
である。
である。
１ ロータ ３ ハウジング ５ 出力軸 ７ 球受け ９ 光源 １１ 光位置検出素子 １３、１５ 磁極 １７、１９ 磁気検出器 ２１ 軸傾き検出器 ２３ 経度測定器 ２５ 回転角算出器
Claims (4)
- 【請求項１】 出力軸を有するロータと該ロータを中心
位置に保持する球受けを備えたハウジングからなる球ジ
ョイントの回転検出装置であって、前記ロータが出力軸
に直交した方向に１対の磁極を備え前記ハウジングが少
なくとも２個の磁気検出器を備えて該磁気検出器の出力
から前記ロータの磁極位置の経度を算出する経度測定器
と、前記出力軸の傾きを検出する軸傾き検出器と、前記
経度測定器と前記軸傾き検出器の測定結果を用いて前記
出力軸の軸回り回転角を算出する軸回り回転角算出器と
を備えることを特徴とする球ジョイント回転検出装置。 - 【請求項２】 前記磁気検出器がホール素子を用いて非
接触で磁極位置を検出することを特徴とする請求項１記
載の球ジョイント回転検出装置。 - 【請求項３】 前記磁気検出器２個を、前記ハウジング
底面と平行で前記ロータの中心を含む面内で該中心を挟
んで直角の位置に配設することを特徴とする請求項１ま
たは２記載の球ジョイント回転検出装置。 - 【請求項４】 前記軸傾き検出器が、前記ロータの出力
軸の対極に設けた光ビームを発生する光源と前記ハウジ
ングの底面に展設された２次元光位置検出デバイス（Ｐ
ＳＤ）を用いて、前記出力軸の傾きを２次元で測定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の球
ジョイント回転検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077398A JP2887285B1 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 球ジョイント回転検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077398A JP2887285B1 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 球ジョイント回転検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2887285B1 JP2887285B1 (ja) | 1999-04-26 |
| JPH11271014A true JPH11271014A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=14007933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9077398A Expired - Fee Related JP2887285B1 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 球ジョイント回転検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2887285B1 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001057639A1 (fr) * | 2000-02-02 | 2001-08-09 | Next Corporation | Dispositif de commande de type levier |
| WO2003008819A1 (de) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Kugelgelenk mit integriertem winkelsensor |
| WO2003052284A1 (de) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Kugelgelenk für ein kraftfahrzeug |
| US7171330B2 (en) * | 2002-09-18 | 2007-01-30 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Rotation and/or tilt angle detection means for a ball and socket joint |
| WO2008019698A1 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Cherif Atia Algreatly | Motion tracking apparatus and method |
| US7365925B2 (en) | 2006-03-30 | 2008-04-29 | Agilent Technologies, Inc. | Method of aligning optical elements |
| CN100422579C (zh) * | 2003-10-29 | 2008-10-01 | Zf腓特烈港股份公司 | 用于汽车的球窝关节 |
| CN109211152A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-15 | 杭州电子科技大学 | 同时检测精密球铰链球头偏心量与球杆空间姿态的方法 |
| KR20210072756A (ko) * | 2018-10-15 | 2021-06-17 | 젯트에프 프리드리히스하펜 아게 | 조인트, 휠 서스펜션용 링크, 및 조인트의 조립 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104454962B (zh) * | 2014-12-01 | 2016-11-30 | 杭州电子科技大学 | 一种可检测空间回转角的球铰链 |
-
1998
- 1998-03-19 JP JP9077398A patent/JP2887285B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001057639A1 (fr) * | 2000-02-02 | 2001-08-09 | Next Corporation | Dispositif de commande de type levier |
| WO2003008819A1 (de) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Kugelgelenk mit integriertem winkelsensor |
| US6879240B2 (en) | 2001-07-18 | 2005-04-12 | ZF Lenförder Metallwaren AG | Ball joint with integrated angle sensor |
| WO2003052284A1 (de) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Kugelgelenk für ein kraftfahrzeug |
| US7063480B2 (en) | 2001-12-14 | 2006-06-20 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Ball-and-socket joint for a motor vehicle |
| US7171330B2 (en) * | 2002-09-18 | 2007-01-30 | ZF Lemförder Metallwaren AG | Rotation and/or tilt angle detection means for a ball and socket joint |
| CN100422579C (zh) * | 2003-10-29 | 2008-10-01 | Zf腓特烈港股份公司 | 用于汽车的球窝关节 |
| US7365925B2 (en) | 2006-03-30 | 2008-04-29 | Agilent Technologies, Inc. | Method of aligning optical elements |
| WO2008019698A1 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Cherif Atia Algreatly | Motion tracking apparatus and method |
| CN109211152A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-15 | 杭州电子科技大学 | 同时检测精密球铰链球头偏心量与球杆空间姿态的方法 |
| CN109211152B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-04-28 | 杭州电子科技大学 | 同时检测精密球铰链球头偏心量与球杆空间姿态的方法 |
| KR20210072756A (ko) * | 2018-10-15 | 2021-06-17 | 젯트에프 프리드리히스하펜 아게 | 조인트, 휠 서스펜션용 링크, 및 조인트의 조립 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2887285B1 (ja) | 1999-04-26 |
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