JPS61181910A - 傾斜角度検出装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は傾斜角度検出装置に関し、三次元のＸ軸、Ｙ軸
、Ｚ軸まわりの角度を検出し得るよう企図したものであ
る。

〈従来の技術及びその問題点〉 水中ロボットの姿勢監視装置として、現在ポテンショメ
ータを使用して、重力方向に対する変位角度を電圧に変
換する方式によって求める物を採用している。この方式
では計測可能角度範囲が３５０度に止まシ、全周３６０
度に対して１０度の計測不能領域が存在する。またしゆ
う動式のため寿命及び、信頼面に欠ける処がある。本来
このような姿勢監視の目的のためには、ジャイロスコー
プ力学を応用したジャイロ装置が使われるが、価格・取
扱性・寿命等に問題があシ、水中ロボット用には適さな
い。

本発明は、上記従来技術Ｋｌｉみ、構造が簡単で耐久性
に優れ、精度も高くしかも安価な傾斜角度検出装置を提
供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明の構成は、球体を収容した球
状容器と、この球状容器の中心を通り相互に直交するＹ
軸、Ｙ軸及びＺ軸上で且つ球状容器の外側に配列されて
おり、前記球体の接近を検出することによシＸ軸と重力
方向とでなす角α及びＹ軸と重力方向とでなす角β並び
に２軸と重力方向とでなす角γに夫々対応する検出信号
を出力する第１．第２及び第３のセンサと、を有する三
次元姿勢検出装置と、前記センサからの検出信号を基に
、角β、γからＹ軸まわりの角度αＸを、角ｒ、αから
Ｙ軸まわりの角度αＹを、角α、βからＺ軸まわりの角
度αＺを求める信号変換器と、 でなることを特徴とする。

〈作用〉 本発明によれば、球形渦電流式姿勢センサ（特願昭５　
ｓ　−５１５７５）と演算回路とを組み、水中ロボット
の３次元方向の姿勢を遠隔地上に設置されたＣ　ＲＴ　
（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ　）画面上に表示
せしめることができる。また本発明は、水中ロボット、
海洋機器、船舶および艦艇等の姿勢を検出するのに適用
できる。

〈実施例〉 以下本発明の詳細な説明する。

まずはじめに本実施例に用いる球形渦電流式３次元姿勢
検出装置を第１図に示す。同図において、１は鋼球、２
は制動用粘性液体（例えばシリコン油が使われる）、３
．３’〜５，５′は渦電流式変位センナで３−３′はヨ
ウ軸、４−４’はピッチ軸、５−５’はロール軸を示す
。６は球形プラスチック体、７は変位センナ取付金具、
８は水中ロボット本体で、９は姿勢検出装置の水中ロボ
ットへの取付金具である。なおＯＧは重力方向を示し、
αはヨウ軸と、βはピッチ軸と、γはロール軸と夫々重
力方向とのなす角度である。各変位センサと球形プラス
チック体６との間隙は全て同一に設定されている。なお
、同じ軸方向に変位センサーが２個あるのは、２個所を
計測することによって精度の向上を計ったものである。

この３次元姿勢検出装置では、第１図に示すように、渦
電流式変位センサ３，３′の出力は、Ｙ軸よシ重力方向
迄の角度α、変位センサ４゜４′の出力はＹ軸より重力
方向迄の角度β、変位センサ５，５′の出力は２軸よシ
重力方向迄の角度γに対応できる。したがって、予め上
記の各軸よシの重力方向の角度と各変位センサ出力との
関係を求め、関数として与えておけば、逆に各変位セン
ナの出力から角度を求めることができる。

この３次元姿勢検出装置で適用される渦電流法は別名電
磁誘導法とも呼ばれ、交流を流したコイル状プローブと
帯磁金属との電磁誘導作用を利用して、両者の間隙の変
化をコイルのインピーダンス変化または誘起電圧の変化
としてとらえるものである。この方法は金属の電気的性
質と、磁気的性質および形状寸法に関係したものを電気
的に計測するので、応答速度がきわめて速いという特徴
をもっている。

次に第２図を基に本発明の詳細な説明する。

同図において１０は第１図に示したのと同じタイプの球
形渦電流式３次元姿勢検出装置であり、鋼球１１と変位
センサ１２，１３，１４，１５゜１６．１７を有してい
る。検出センサ１２，１３゜１４．１５，１６．１７か
らの検出信号は専用姿勢演算機能部２１および電源部２
２が内蔵されている。三次元姿勢演算機能部２１は、検
出信号で示される角α、β、γを演算してＸＳｔわ９の
角αＸ％Ｙ軸まわりの角αＹ％　Ｚ　ＩＩＩ　ｔわシの
角αＺを求め（詳細は後述する）、表示計測出力２４と
制御出力２５を出力する。表示計測出力２４は例えｄｃ
ＲＴ等の表示器２６へ入力されロボット等の移動物体の
姿勢が逐次表示される。

また制御出力２５はロボットなどの姿勢制御回路２７へ
入力され、ロボット等が所望の姿勢を保つようその駆動
装置を制御する指令信号が出力される。尚、２３は電源
部であシ交流単相１００／１１ｏ　Ｖ、　ｓｏ／’６０
　Ｈｚが採用される。

ここで三次元姿勢演算機能部２１での演算を説明する。

姿勢検出装置１０で求められた角度α、β、ｒより、Ｘ
軸まわりの角度（ヨウ角）αＸ、Ｙ軸まわ）の角度（ピ
ッチ角）αｙ＋Ｚ＠まわシの角度（ロール角）αＺはつ
ぎの式より求まる。

αｚ　＝　ｔａｎ−”　（−）　　・曲・・・・曲曲曲
■ｃｏｓβ 但し逆正接により求められる範囲は 一９０’＜αＸ、αＹ、αｚ＜：９０’である。このた
め０〜３６０度の範囲を求める九めにαＸは、β角が９
０度以上か、以下か、あるいはｒ角が９０度以上か以下
かＫよって補正値を変えて加算する必要がある。αＹ、
αｚＫついても同様である。

この補正加算値は次表のとおシである。

（表） 上記■、■、■式の演算経過は下記の通りである。

第３図においてＧの座標は、 Ｘ＝ＯＧ−ＣＯ８α Ｙ＝σで・ＣＯ８β ２＝σて−ｃｏｓγ αＸをＹ軸から２軸の方向への回転角度とすると、従っ
て ■、■弐についても同様にして求められる。

第４図に上記演算の流れ図を示す。数字は各変位センサ
１２，１３，１４，１５，１６．１７からの入力信号を
示し、関数処理を行なったのち、夫々の平均値Ｍ４　、
　Ｍβ、　Ｍ７が求められ、その余弦（Ｃｏ５１ｎｅ　
）値の商から逆正接値を求め、傾斜角度を知る。

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、回転部分を有しない３次元姿勢検出装置と信号変
換器を組み合わせて構成し九九め、高精度で応答速度が
早く、シかも過酷な使用条件に耐え、更に安価でしかも
長寿命な傾斜角度検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元姿勢検出装置を示す構成図、第２図は本
発明の実施例を示す構成図、第３図は演算式を求めるた
めの説明図、第４図は演算方法を示すフロー図である。 図面中 １０は三次元姿勢検出装置、 １９は信号変換器、 ２１は三次元姿勢演算機能部である。 特許比　願人　三菱重工業株式会社 復代理人　弁理士　　光　石　士　部（他１名）第１図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）球体を収容した球状容器と、この球状容器の中心
   を通り相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上で且つ球状
   容器の外側に配列されており、前記球体の接近を検出す
   ることによりＸ軸と重力方向とでなす角α及びＹ軸と重
   力方向とでなす角β並びにＺ軸と重力方向とでなす角γ
   に夫々対応する検出信号を出力する第１、第２及び第３
   のセンサと、を有する三次元姿勢検出装置と、 前記センサからの検出信号を基に、角β、γからＸ軸ま
   わりの角度α＿Ｘを、角γ、αからＹ軸まわりの角度α
   ＿Ｙを、角α、βからＺ軸まわりの角度α＿Ｚを求める
   信号変換器と、 でなることを特徴とする傾斜角度検出装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、信号変換器は、 α＿Ｘ＝ｔａｎ＾−＾１［（ｃｏｓγ）／（ｃｏｓβ）
   ］α＿Ｙ＝ｔａｎ＾−＾１［（ｃｏｓα）／（ｃｏｓγ
   ）］α＿Ｚ＝ｔａｎ＾−＾１［（ｃｏｓβ）／（ｃｏｓ
   α）］なる演算を行なうことを特徴とする傾斜角度検出
   装置。