JPS5946832A - 水槽における物体の運動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水槽における物体の２μ）Ｉ動ｉｆ測装置に関
する。

従来、水槽実験における浮体模型の運動計には、色々な
ものがある。例えば、サーボ駆動の６自由度運動計とか
、模型につけた光の動きを非接触で追随できるＸ−Ｙ運
動計がある。しかし、前者はサーボ回路の調整が難しく
、また機構が大型になり模型に荷重を与える欠点がある
。また、後者は誤差がかなりあり、非常に高価なものに
なるという欠点がある。

ところで、二次元造波水槽における波浪中試験を行なう
場合、模型は波浪中運動として前後ＴＡｂ　（サージ）
、縦揺れ（ピッチ）、上下動（ヒープ）が大きく、その
他の運動は拘束されるか又は無視できる稈度に小さい。

この８つの運動のうち、ピッチとヒープは波高と同程度
かもしくは数倍の範囲にとどまるが、サージは波による
漂流が加わり、可動範囲が大きくなる。そして、従来か
らパンタグラフ方式と呼ばれる型式の模型ガイド装置が
平水中の試験に使用されている。このガイド装置の特色
はガイドの上下、水平方向への静的なバランスをガイド
自体でとりうるので、ガイドの重量が模型に加わらない
こと、及びガイドによる摩擦力を小さくできることであ
り、一方、欠点として、可動範囲を大きくできないこと
、周期運動時にガイドの慣性力が模型に加わる等の欠点
があるため、上記したような波浪中試験には不適であっ
た。

そこで、本発明は上記欠点を解消し得る水槽における物
体の運動計測装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明は水槽両側に沿って設けられｔコ案内レー
ルに案内されて該水槽上を所定方向に走行自在な台車を
設け、上記台車上に、その走行方向と直角方向の水平支
持軸を介して、水平部材を該水平支持軸軸心回りで揺動
自在に支持し、上記水平部材の前端部に、上記水平支持
軸と平行な第１水平軸を介して、第１爪直部材の上端部
をｆｆ！　ｉ水平軸軸心回りで揺動自在に支持すると共
に、上記水平部材の前端部に、且つ第１水平軸と同一軸
心上位置で設けられた第２水平軸を介して、台車走行方
向と平行な水平レバーの中央部を、該ＱＸ　２水平軸軸
心回りで揺動自在に支持すると共に、該水平レバーの前
後端に同一長さの第２垂直部材の上端部を、第２水平軸
と平行な第１水平連結ビンを介してそれぞれ支持し、上
記第１及び第２垂ｉα部材の下端部に、上記第２水平軸
と平行な水平取付ビンを介して物体を取付け、上記水平
部材の後端部に、上記物体に作用する各部材重量を打消
し釣り合わすための釣合重錘を取付け、更に上記水平部
材、第１垂直部材及び水平レバーの揺動角をそれぞれ検
出する測角器を設けると共に、上記台車の動きを検出す
る測長器を設け、且つ上記台車を、第１垂直部材の揺動
角が零度となるように移動させるようにしたことを特徴
とする水槽における物体の運動計測装置である。

かかる構成によると、水槽内に浮かぶ物体例えば模型の
上下動、前後動及び縦揺れを測角計及び測長器によりそ
れぞれ計測でき、また装置本体自重による模型への荷重
を打消す釣合Ｍ錘を設けたので、上記計測を正確に行な
うことができ、更に装置本体を台車に載せると共にこの
台車を模型の前後動に追従させるようにしたので、模型
の大幅な前後移動が生じても、上記各計測が不可能にな
ることはない。また、台車の追従に少々の誤差や位相の
遅れがあっても正確な計測を行なうことができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。先ず
、本発明における運動計測装置の原理を第１図及び第２
図に基づき説明する。（１）は水槽（２）側部に設けら
れた案内レール（３）に案内されて水槽（２）上方を所
定方向で走行自在な台車で、この台車（１）には、模型
（物体）（４）の前後動、上下動及び縦揺れを計測する
ためのパンタグラフ式のガイド機構（５）が設けられて
いる。即ち、台車（１）上には水平部材（６）が、走行
方向と直角方向の水平支持軸（７）を介してその軸心Ｕ
りで１１■動自在に支持され、また水平部材（６）の先
端には、垂直部材（８）の上端が上記水平支持軸（７）
と平行な水平軸（９）を介してその軸心回りで揺動自在
に支持され、ま１こ上記垂直部材（８）の下端には、上
記水平軸（９）と平行な水平取付ビンα０を介して模型
（４）が揺動自在に支持され、更に上記水平支持軸（７
）、水平軸（９）及び水平取付ビン０１部には、水平部
利（６）、垂直部材（８）及び模型（４）の各揺動角（
θ１）（θ２）（θ３）を検出する測角器例えば非接触
式ポテンショメータ０υ０２０罎が設けられている。そ
して、第８図に示すように、上記台車（１）は、チェー
ンα４又はワイヤー及びスプロケット（１！１又はプー
リーを介して走行用サーボモータ０りに連動連結されて
、走行自在にされている。また、」二記台車（１）上に
は、台車（１）の走行移動量（’Ｙｓ）を検出するため
の測長器例えば多回転式ボテンシツメータ０ηが設けら
れている。なお、（至）は水平部材（６）の後端部に設
けられたカウンタウェイトで、模型（４）に働くガ□イ
ド機構（５）の重量による静的な荷重を打消して０る。

ＱＱはサーボモータＯＱに連結されたタコジエネである
。

次に、計測方法について説明する。いま、第１図に示す
ように、模型（４）が水面に浮かんで静止している状態
では、水平部材（６）、垂直部材（８）及び模型（４）
の傾きがないようにセットする。次に、第２図に示すよ
うに、波が来て模型（４）が揺れると、それぞれの揺動
角（θ１）（θ、）（θ３）が検出され、それぞれの揺
動角の変化分（θｌ）（θ２）（θ３）は下記式の通り
となる。

θ１−θ１ θ２＝０２−９０゜ θ３＝　θ３−９０’ 従って、模型の前後動変位（ｙＧ）、上下動変位（Ｚｃ
　）、及び縦揺れ（ψ）は下記式の通りとなる。

’Ｙｃ　＝−Ａ！ｖ−５■（θｌ＋θｚ）＋Ｉ！ｎ　（
１−ｃｏｓθ＋）ｌ−ＹｓＺに　＝　ｌｖ　（１−ＣＯ
ｓ　（０１＋／７２）　）＋ｌ１））　−ｓｉｎθｌψ
　＝　−０３ （なお、ｌＩＴは水平部材（６）の突出長さ、ｌＶは垂
直部材（８）の長さ、Ｖｓは台ホの走行移動量を示す。

） 上記各値（θｌ）（θ２）（θ３）は電気量に変換され
、アナログ演算で瞬時瞬時の動き（Ｙｃ　）（Ｚｃ　）
　（ψ）が求められる。なお、前後動変位（ｙＧ）が大
きくなった場合、サーボモータ０→により台車（１）を
移動させて桶型（４）に追従させる。その時の制御はθ
３が零度となるように、即ちθ１＋０２が零度となるよ
うに追値制御を行なわせる。上記制御系統を第４図に示
す。

第４図中、翰は基準電圧発生器、ＱＱは加算器、（支）
は補償回路である。

ここで、上記ガイド機構を具体的、に説明する。

第５図〜第９図において、０υは台車に）」二に、その
走行方向と直角方向の水平支持軸に）を介して、この水
平支持軸（至）軸心回りで揺動自在に支持された水平枠
体（水平部材の一例）で、（旧ハその台車に）側の軸受
である。この水平枠体ｃｌｌｌは走行方向に沿って設け
られた仕切板（２）によって第１枠部（ｓｉａ）と第２
枠部（８１ｂ）とに区画されている。第１枠部（８１ａ
）側の前端部には、上記水平支持軸（ト）と平行な第１
前部水平軸（第１水平軸）（ト）を介して、第１垂直レ
バー（第１垂直部材の一例）＠の上端部が第１前部水平
軸に）軸心回りで揺動自在に支持されている。また、第
２枠部（８１ｂ）側の前端部には、第１前部水平軸に）
と同一軸心上位置で設けられた第２前部水平軸（第２水
平軸の一例）に）を介して、台車（２）走行方向と平行
な水平レバー働がこの第２前部水平軸（ハ）軸心回りで
揺動自在に支持され、更に、この水平レバー働の前後端
には、同一長さの第２垂直レバー（第２垂直部材の一例
）（イ）の上端部が、第２前部水平軸に）と平行な水平
支持ビンθＤを介して支持されている。（ロ）は第１前
部水平軸（１）の軸受、的は第２前部水平軸（至）の軸
受である。そして、上記第１及び第２垂直レバ刊０）の
下端部には、取付部材＠ゆを介して模型（ハ）が取付け
られており、また第１及び第２垂直レバー＠θ０と取付
部材■とは、上記第１及び第２　ｉ’３ｉ１部水平輔Ｃ
１１に）と平行な水平取付ビン■を介して連結されてい
る。θカは水平枠体（切の水平支持軸■の一端部に連結
された第１ポテンシぢメータで、第７図に示すように、
模型に）の上下動を水平枠体ＣＩＯの揺動角（θ１′）
として検出するためのものである。（→は水平枠体ｏＤ
の一側部に且つ水平支持軸に）位置で取付けられた第２
ポテンシヨメータで、第８図に示すように、模型θ呻の
前後動を、第１垂直レバー（切の揺動角（何）として検
出するためのものである。なお、第１垂直レバー（ロ）
は上下伸縮が許され、０購無理が逃げられるようになっ
ている。即ち、水平枠体０υの水平支持軸（至）位置に
は、第２ポテンシヨメータ（財）に連結された第１後部
水平軸（１すが設けられると共に、この第１後部水平ｆ
Ｉｌｌ　Ｉ’Ｓと第１前部水平１ｔｃｈ　ｃｙｊとは、
第１平行リンク機１７６　ｔｌＪを介して連動連結され
ている。←旧よ水平枠体６υの他側部に且つ水平支持軸
（至）位置で取付けられた第８ポテンシヨメータで、第
９図に示すように、模型θ啼の鉛直面内での揺動角（０
３′）を前後一対の第２垂直レバー（１（）を介して検
出するためのものである。即ち、水平枠体０υの水平支
持軸（至）位置には、第３ポテンシヨメータイ１）に連
結された第２後部水平軸鰭が設けられると共に、この第
２後部水平軸（ハ）乃と第２凧直レバー６（）を支持す
る水平レバー（ト）とは、第２平行リンク機構Ｆ３を介
して連動連結されている。なお、第２平行リンク機構１
５３１の前部型１ばレバーに相当する部分は、水平レバ
ー（至）の前後端に枢着された一対の傾斜リンク（財）
によって構成されている。従って、模型θ騰が鉛直面内
で揺動すると、水平レバー（２）が揺動し、この水平レ
バー（至）の揺動が第２平行リンク機構−を介して第２
後部水平軸隨に、即ち第３ポテンシヨメータ（ハ）封に
伝達される。州は水平枠体く切の後端部近傍に取付けら
れたカウンタウェイトで、上記各部材重量（装置本体重
量）による模型６ｅへの荷重を打消すために設けられて
いる。ところで、」二記構成における作用は、原理のと
ころで説明したものと同じであるので、その説明を省略
する。なお、上記装置の各部材は小型軽量にされて、模
型に働く慣性力が小さくなるようにされている。

以上の構成によると、水槽内に浮かぶ換型の」二下動、
前後動及び縦揺れをポテンシヨメータによりそれぞれａ
］測でき、また装置本体自重による模型への荷重を打消
すカウンタウェイトを設けｔこので、上記４測を正確に
行なうことができ、更に装置本体を台車に載せると共に
この台車を（莫型の１）（１後動に追従させるようにし
たので、模型の大幅な前後移動が生じても、上記音訓（
１１すが不用能になることはない。また、台車の追従に
少々の誤差や位相の遅れがあっても正ｉ７１ζな′、ｉ
１測を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の渾１ＩＩＩＩ語測装置のｊｑ
（理を説明する図で、第１図は静止状Ｊｉｆｆの側面図
、第２図は運動状態の側面図、第８１’４は全体斜視図
、第４図は制御回路を示すブロック図、ｒｒｓ　５図〜
第９図は本発明の要部の一実施例を示すもので、第５図
は平面図、第６図は側面図、第７１’；−］　（ａ）　
（ｂ）は＋＜、Ｘ型の上下動を計測する機構の説明図、
第８図（ａ）　（＋））は模型の前後動を計測する機ｆ
１１７の説明１゛４、ＣＩ’ｊ　９１’）ｕ、（ａ）（
ｂ）は模型の縦揺れを計測する機構の説明図で、それぞ
れ（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 （１）・・・台車、（２）・・水槽、（３）・・・案内
レール、（４）・・・模型（物体）　、（５）　・ガイ
ド機構、（６）・・・水平部材、（７）・・・水平支持
軸、（８）・・・垂直部材、（９）・・・水平軸、ｏｌ
・・・水平取付ビン、θ◇θ罎０１・・・ポテンショメ
ータ（測角Ｗ　）　、（ＩＩ・・・サーボモータ、ση
・・・ポテンショメータ（副長器）、（７）・・・カウ
ンタウェイト（釣合重錘）、０υ・・・水平枠体（水平
部材）、（２）・・・台車、Ｂｅ・・・水平支持軸、〈
→・・・第１前部水平軸（第１水平軸）、（イ）・・・
第１垂直レバー（第１垂直部材）、（乃・・・第２前部
水平軸（第２水平軸）、鏝・・・水平レバー、θ０・・
・第２垂直レバー（第２垂直部材）、θ１）・・・水平
支持ビン、■・・・模型（物体）、に）・・・水平取付
ビン、（１η・・第１ポテンシジメータ、（財）・・・
第２ボテンシジメータ、４４１・・・第１後部水平軸、
ｔｉト・・第１平行リンク機構、いり・・・第８ポテン
シヨメータ、ｉ５乃・・・第２後部水平軸、ｆｆ１３１
−・・第２平行リンク機構代理人　森本義弘 第１図 ５ 第？図 第５図 第Ｃ図 ！ 第７図 第β図 （１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　水槽両側に沿って設けられた案内レールに案内さ
   れて該水槽上を所定方向に走行自在な台車を設け、上記
   台車上に、その走行方向と直角方向の水平支持軸を介し
   て、水平部材を該水平支持軸軸心回りで揺動自在に支持
   し、上記水平部材の前端部に、上記水平支持軸と平行な
   第１水平軸を介して、第１垂直部材の上端部を第１水平
   軸軸心回りで揺動自在に支持すると共に、上記水平部材
   の前端部に、且つ第１水平軸と同一軸心上位置で設けら
   れた第２水平軸を介して、台車走行方向と平行な水平レ
   バーの中央部を、該第２水平軸軸心回りで揺動自在に支
   持すると共に、該水平レバーの前後端に同一長さの第２
   垂直部材の上端部を、第２水平軸と平行な第１水平連結
   ピンを介してそれぞれ支持し、上記第１及び第２垂直部
   材の下端部に、上記第２水平軸と平行な水平取付ピンを
   介して物体を取付け、上記水平部材の後端部に、上記物
   体に作用する各部材重量を打消し釣り自わすための釣合
   重錘を取付け、更に上記水平部材、第１垂直部材及び水
   平レバーの揺動角をそれぞれ検出する測角器を設けると
   共に、上記台ヰ１の動きを検出する測長器を設け、且つ
   上記台車を、第１垂直部材の揺動角が零度となるように
   移動させるようにしたことを特徴とする水槽における物
   体の運動計測装置。