JPS6186613A - Apparatus for computing turning angle in space - Google Patents
Apparatus for computing turning angle in spaceInfo
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- JPS6186613A JPS6186613A JP20787384A JP20787384A JPS6186613A JP S6186613 A JPS6186613 A JP S6186613A JP 20787384 A JP20787384 A JP 20787384A JP 20787384 A JP20787384 A JP 20787384A JP S6186613 A JPS6186613 A JP S6186613A
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、回転運動体上においてその空間回動角を算定
する装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for calculating a spatial rotation angle on a rotating body.
空間において旋回する運動体上で慣性力測定器により運
動体の空間回動角を測定するには、一般にジャイロ装置
又は加速度計或いはそれらの組合せなどの大規模の計測
システムを必要とする。これらは、船舶、飛行機、飛翔
体などの大形走行体の運動解析又は航行測定に用いられ
るものが多く、人体の運動解析又は走行ロビットノ・ン
ド制御等のため、人体四肢又はマニピュレータに取付け
うる小形で、しかも空間旋回運動を忠実に計測するトラ
ンスジューサ・システムは、これまで存在していなかっ
た。Measuring the spatial rotation angle of a moving body rotating in space using an inertial force measuring device generally requires a large-scale measurement system such as a gyro device, an accelerometer, or a combination thereof. These devices are often used for motion analysis or navigation measurement of large moving objects such as ships, airplanes, and flying objects, and small devices that can be attached to human limbs or manipulators for human body motion analysis or running robot control, etc. However, until now there has been no transducer system that can accurately measure spatial rotational motion.
したがって、本発明は、人体やマニピュレータに簡単に
装着してその運動状態における空間回動角を容易に計測
しうる実用的な装置を提供することを目的とする◎
〔発明の概要〕
このため、本発明は、ごく軽小な慣性体支持型測定器を
用い、その測定方式には動的トルク平衡方式を使用し、
且つ測定器よりの出力値を小形化集積されl−コン♂ユ
ータで高速処理して回動角を算定するようにした。Therefore, an object of the present invention is to provide a practical device that can be easily attached to a human body or a manipulator to easily measure the spatial rotation angle in a state of movement. The present invention uses a very light and small inertial support type measuring device, and uses a dynamic torque balance method for its measurement method.
In addition, the output values from the measuring instruments are miniaturized and integrated and processed at high speed by an l-computer to calculate the rotation angle.
本発明に用いる慣性体支持型測定器には、形状が軽小で
且つ駆動力も僅少な可動部が必要となるが、本発明にお
いては、このような条件に適合する可動部をもつ市場で
入手容易な小形直流電流計部品を母体とし、これに必要
な機能をもつ部品を付加し慣性力測定器として構成した
ものを使用する。そして、この電流計型可動部の指針の
一方の端部に重量が平衡した1対の慣性大輪を取付けて
可動部の慣性モーメントを増大させ、これに作用する運
動時の慣性力トルクを検出しこれを増幅して外部に出力
すると共に比例動作をするフィードバック回路を介して
コイルに電流を負帰還させるように構成した動的トルク
測定器の出力を2回積分することにより、運動体の空間
回動角を算定するようにした。以下、図示の実施例によ
り本発明を具体的に説明する。The inertial support type measuring instrument used in the present invention requires a movable part that is small and light in shape and has a small driving force. An inertial force measuring device is used by adding parts with the necessary functions to a simple small DC ammeter component. Then, a pair of large inertia wheels whose weight is balanced is attached to one end of the pointer of this ammeter type movable part to increase the moment of inertia of the movable part, and detect the inertial force torque acting on it during movement. By integrating twice the output of the dynamic torque measuring device, which is configured to amplify and output the current to the outside and also feed negative current back to the coil via a feedback circuit that operates proportionally, the spatial rotation of the moving body is calculated. Now calculates the moving angle. Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to illustrated embodiments.
第1図(イ)は、本発明に用いる測定器の例を示す構成
図である。図の測定器は、可動部をもつ本体U、検出部
d1増幅部a及び帰還回路fより構成される。本体Uに
おいて、MGは永久磁石、SYは継層鉄板ヨーク、SF
は軟鉄心を示し、SYとSF間の空隙内に軸心Oに支承
される可動コイル(1)が格納されている。また、可動
コイル(1)には、指針(2)が結合されている。この
電流計型可動部をもつ慣性力測定器を回転ないし旋回運
動体に取付ける。FIG. 1(a) is a configuration diagram showing an example of a measuring instrument used in the present invention. The measuring instrument shown in the figure is composed of a main body U having a movable part, a detection part d1, an amplification part a, and a feedback circuit f. In the main body U, MG is a permanent magnet, SY is a sublayer iron plate yoke, and SF
indicates a soft iron core, and a moving coil (1) supported on the axis O is housed in the gap between SY and SF. Further, a pointer (2) is coupled to the moving coil (1). This inertial force measuring device with an ammeter type movable part is attached to a rotating or rotating body.
第1図(ロ)は、その取付は姿勢関係を示す斜視図であ
る。この図において、空間座標系をo−xyz 、運動
体の座標な〇−ξηことし、運動体は、0ζ軸を空間座
標軸O2に一致させ、これを軸として角速度ω、角加速
度ふで(面ξ0ηが空間XOY面内にある)旋回運動を
しているものとする。一方、この運動体上にある測定器
の本体Uは、コイル軸心Oを通る軸を運動体0ζ軸に一
致させ、指針(2)の方向を軸心0をよぎるOη力方向
一致させて、運動体に取付けられている。FIG. 1(b) is a perspective view showing the relationship between the mounting and posture. In this figure, the spatial coordinate system is o-xyz, and the coordinates of the moving body are 〇-ξη. ξ0η is in the spatial XOY plane). On the other hand, the main body U of the measuring instrument placed on this moving body has its axis passing through the coil axis O aligned with the moving body 0ζ axis, and the direction of the pointer (2) aligned with the direction of the Oη force that crosses the axis 0. Attached to the moving body.
再び第1図(イ)において、指針(2)のコイル(1)
側の端部に重量が平衡した1対の慣性大輪(13m)、
(13b)を取付け、コイル(1)を含む可動部の慣性
モーメントを増大させて運動体の回転時に慣性トルクを
入力トルクとして可動部に与えるようにする。また、指
針(2)の両側面(31)及び(3□)を挾み小間隔を
置いて測定器固定部(41)及び(4□)にそれぞれ発
光素子と受光素子の対(5,) −(61)及び(5□
)−(62)を設ける。各発光素子(5,) + (5
2)よりの発光は、対応する指針両側面(3,) 、
(32)により反射されて受光素子(6,) 、 (6
2)により受光される。また、上記指針(2)のOη力
方向一致する零(平衡)位置では上記両側の小間隔は等
量に設定され、上記運動体の回転時には、可動コイル(
1)を含む可動部への入力トルクT1と可動コイル(1
)に負帰還される電流によるトルクTfとの差トルク(
TI −Tf)が測定器可動部に加えられる。その結果
、光検出部の小間隔が変化しこれに対応して双方の検出
電流が変化し、抵抗r4.r2よりの差出力が増幅され
て出力端(8)より外部に取出されると同時に帰還回路
fを介して可動コイル(1)に負帰還される。なお、検
出部dは必ずしも光によるものでなくてもよい。Again in Figure 1 (a), the coil (1) of the pointer (2)
A pair of large inertia wheels (13m) with weight balanced at the side ends,
(13b) is attached to increase the moment of inertia of the movable part including the coil (1), so that inertia torque is applied to the movable part as input torque when the moving body rotates. In addition, pairs of light emitting elements and light receiving elements (5,) are attached to the measuring instrument fixing parts (41) and (4□), with a small interval between both sides (31) and (3□) of the pointer (2). −(61) and (5□
)-(62) are provided. Each light emitting element (5,) + (5
2) Light emission from both sides of the corresponding pointer (3,),
(32) and is reflected by the light receiving elements (6,), (6
2). In addition, at the zero (equilibrium) position where the Oη force direction of the pointer (2) coincides, the small intervals on both sides are set to the same amount, and when the moving body rotates, the movable coil (
The input torque T1 to the movable part including 1) and the movable coil (1
) is the difference torque (
TI - Tf) is applied to the measuring instrument moving part. As a result, the small spacing between the photodetectors changes, and correspondingly, the detection currents of both the resistors r4. The differential output from r2 is amplified and taken out from the output terminal (8), and at the same time is negatively fed back to the movable coil (1) via the feedback circuit f. Note that the detection section d does not necessarily have to be based on light.
第2図は、上述した測定器の動作説明用ブロック図であ
る。同図において、Tlは慣性入力トルク、Tfはコイ
ルに負帰還される電流によるトルク、εはTlとTfど
の差、Gdは検出部dの伝達函数、Gaは増幅部aの利
得、Eoは出力電圧、Gfは帰還回路fの利得を示す。FIG. 2 is a block diagram for explaining the operation of the measuring instrument described above. In the figure, Tl is the inertial input torque, Tf is the torque due to the current negatively fed back to the coil, ε is the difference between Tl and Tf, Gd is the transfer function of the detection section d, Ga is the gain of the amplification section a, and Eo is the output The voltage Gf indicates the gain of the feedback circuit f.
これらの間には、次の関係が成立する。The following relationship holds between these.
(1)式より
増幅部aの利得が太き(Ga)1ならば、になる。すな
わち、出力電圧Eoは貫性入カトルクTIにほぼ比例す
る。From equation (1), if the gain of the amplifier section a is large (Ga) 1, then the following equation is obtained. That is, the output voltage Eo is approximately proportional to the penetrating input torque TI.
ここで、可動部の慣性モーメントをI、運動体の空間旋
回角速度をふとすれば
TI = Iゐ ・・・・・・(4)
か成立つ。この式に示されるように、TIには運動体の
直線加速度又は重力の影響は全く含まれていない。TI
に影響を与えるのは、運動体自身の回転角速度ふのみで
ある。したがって、T1のもつ周波数帯は単調であるの
が普通である。慣性入力トルクTIと出力電圧EOとの
間の周波数特性は、TIの周波数帯が零より考えられる
上限周波数まで変わる間利得が一定であるのが望ましい
。よって、これに適合するように帰還ループの回路構成
は比例型とする。Here, if the moment of inertia of the moving part is I and the spatial rotation angular velocity of the moving body is TI = I... (4)
Or is it true? As shown in this equation, TI does not include the linear acceleration of the moving body or the influence of gravity at all. T.I.
What affects this is the rotational angular velocity of the moving body itself. Therefore, the frequency band of T1 is usually monotonic. As for the frequency characteristic between the inertial input torque TI and the output voltage EO, it is desirable that the gain is constant while the frequency band of TI changes from zero to a conceivable upper limit frequency. Therefore, to meet this requirement, the circuit configuration of the feedback loop is of a proportional type.
第3図は、かような帰還ループの例を示す回路図である
。同図において、帰還回路fは、電圧EOを抵抗Rp2
と抵抗Rp、の比に分圧してコイルに帰還電流を与える
比例動作を行うよう構成される。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of such a feedback loop. In the figure, the feedback circuit f connects the voltage EO to the resistor Rp2.
It is configured to perform a proportional operation in which the voltage is divided into the ratio of the voltage and the resistor Rp and a feedback current is given to the coil.
この場合の伝達関数は、Ga)1のときRp1/Rp2
となる。この回路構成により、
を得る。(5)式及び(4)式により、EOを角度系の
慣性力として表わすことができる。すなわち、ここに
R竪工はこの測定器の常数である力・らp1
ケールで表わした角加速度をムとすると、Eo =Δ
・・・・・・(6)を得る。すなわち、
EOは、常に運動体の角加速度に比例した出力を与える
ことになる。The transfer function in this case is Rp1/Rp2 when Ga)1
becomes. With this circuit configuration, we obtain. Equations (5) and (4) allow EO to be expressed as an inertial force in an angular system. i.e. here
The R-vertical is the constant force of this measuring instrument, ρ1.If the angular acceleration expressed in scale is MU, then Eo = Δ
......(6) is obtained. That is,
EO always provides an output proportional to the angular acceleration of the moving body.
したがって、第4図に示すように、Eo (1”l)を
第1火種分回路ln1によって積分することにより旋回
角速度Ωに対応する出力−〇が求められ、これを更VC
第2火種分回路1nzによって積分することにより旋回
角出力θを得ることができる。第5図に、上記2回積分
回路の具体例を示す。Therefore, as shown in FIG. 4, by integrating Eo (1"l) by the first fire type division circuit ln1, the output -0 corresponding to the turning angular velocity Ω is obtained, and this is
The turning angle output θ can be obtained by integrating by the second fire type dividing circuit 1nz. FIG. 5 shows a specific example of the above-mentioned double integration circuit.
第6図は、第5図の2回積分回路の動作を説明するため
の波形図である。同図(a)は角加速度へ、同図(b)
は角速度Ω、同図(c)は回動角θの波形図である。時
間1 = 1GのときΩ=0.0=0として、時間t
= to %tl (=Δt)の間、角加速度を一定(
a)とすると、
となり、Δ、Ω、θは第6図の左側前半A−+Bの経過
をたどる。FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the two-time integration circuit of FIG. The same figure (a) shows the angular acceleration, the same figure (b)
is the angular velocity Ω, and (c) is a waveform diagram of the rotation angle θ. When time 1 = 1G, assuming Ω = 0.0 = 0, time t
= to %tl (=Δt), the angular acceleration is kept constant (
If a), then Δ, Ω, and θ follow the course of A-+B in the first half on the left side of FIG.
次に、1 = 1+〜t2(=Δt)の間、角加速度を
一定(−a)にすると、
晶t1〜t1=−8
=aΔt −aΔt=Q
すなわち、角速度はΩ1のaΔtより減速してt=t!
でOとなる。また、
θ1−θ、 === ’ (Δt)2となるので、θt
=−(Δす2+−!−(Δt)2=a(Δt)2!22
を得る。したがって、ム、Ω、θは第6図右側後半B→
Cの経過をたどり、1=1.において回動角θはa(Δ
t)を示すことになる。Next, if the angular acceleration is kept constant (-a) between 1 = 1+ and t2 (=Δt), then t1 to t1 = -8 = aΔt - aΔt=Q In other words, the angular velocity is decelerated from aΔt of Ω1. t=t!
becomes O. Also, θ1-θ, ===' (Δt)2, so θt
=-(Δs2+-!-(Δt)2=a(Δt)2!22 is obtained. Therefore, M, Ω, and θ are shown in the second half B on the right side of Fig. 6.
Following the course of C, 1=1. The rotation angle θ is a(Δ
t).
第1図に示したような、指針の一方の端部に1対の慣性
大輪をもった小形電流計型の慣性力トルク測定器は、本
体Uに検出部d1増幅部a及び帰還回路fを内蔵させて
全体として小形に構成しうる。また、これに付属する第
1火種分回路及び第2火種分回路を主体とする電子計算
ユニットも小形に集積化されているので、これらの全装
置を人体やロボットのマニピュレータに装着することが
可能である。A small ammeter-type inertia force torque measuring device having a pair of large inertia wheels at one end of the pointer, as shown in Fig. It can be built-in and made compact as a whole. In addition, the attached electronic calculation unit, which mainly consists of the first fire type branch circuit and the second fire type branch circuit, is integrated into a small size, so all of these devices can be attached to the human body or a robot manipulator. It is.
以上説明したとおり、本発明によれば、作業中の人間の
四肢又は動作中のロボット・マニピュレータ等に装着し
て人体の運動解析又はマニピュレータの制御等の用途に
今迄なかった空間回動角計測器として使用することがで
きる。As explained above, according to the present invention, it can be attached to the extremities of a working human being or a robot manipulator in motion, and can be used to measure the spatial rotation angle, which has not been available until now, for applications such as human body motion analysis or manipulator control. It can be used as a container.
第1図(イ)は本発明に用いる測定器の例を示−f’i
成図、第1図(ロ)はその取付は姿勢関係を示す斜視図
、第2図は第1図0)の測定器の動作説明用ブロック図
、第3図は帰還ループの例を示す回路図、第4図は2回
積分回路により回動角を算定する原理を示すブロック図
、第5図は第4図の2回積分回路の具体例を示す回路図
、第6図はその動作説明用波形図である。
ξOη・・・運動体の回動面、0ζ・・・回動面に直角
の方向、(1)・・・可動コイル、O2・・・可動コイ
ルの回動鋤、(2) ・・・指針、(13a)、(13
b) −= 1対の慣性大輪、Ti・・・入力トルク、
d・・・検出部、a・・・増幅部、(8)・・・出力端
、f・・・帰還回路、Tf・・・負帰還電流によるトル
ク、in 及びl n 2・・・第1次及び第2火種
分回路、θ・・・空間回動角。
1′(1Figure 1 (a) shows an example of a measuring instrument used in the present invention -f'i
Fig. 1 (b) is a perspective view showing the installation and posture relationship, Fig. 2 is a block diagram for explaining the operation of the measuring instrument in Fig. 1 (0), and Fig. 3 is a circuit showing an example of a feedback loop. Figure 4 is a block diagram showing the principle of calculating the rotation angle using a double integration circuit, Figure 5 is a circuit diagram showing a specific example of the double integration circuit shown in Figure 4, and Figure 6 is an explanation of its operation. FIG. ξOη... Rotating surface of the moving body, 0ζ... Direction perpendicular to the rotating surface, (1)... Moving coil, O2... Rotating plow of the moving coil, (2)... Pointer , (13a), (13
b) −= 1 pair of large inertia wheels, Ti...input torque,
d...detection section, a...amplification section, (8)...output end, f...feedback circuit, Tf...torque due to negative feedback current, in and ln 2...first Next and second fire type circuit, θ... Spatial rotation angle. 1'(1
Claims (1)
ルの軸を一致させて取付けた直流電流計型可動部をもつ
測定器において、上記可動コイルに結合された指針の一
方の端部に重量が平衡した1対の慣性欠輪を取付け、上
記可動部の慣性モーメントを増大させて上記運動体の回
転時の慣性トルクを入力トルクとして上記可動コイルを
含む可動部に与え、上記指針の他端の零位置よりの変位
を検出して電気信号に変換し増幅して出力端に取出すと
共に比例動作をする帰還回路を介して上記可動コイルに
負帰還させ、上記入力トルクと上記負帰還電流によるト
ルクとの差トルクを上記可動コイルに加えるように構成
した動的トルク測定器の出力を2回積分することにより
、上記運動体の回動時の空間回動角を自動的に算定する
ことを特徴とする空間回動角算定装置。In a measuring instrument having a DC ammeter-type moving part installed with the axis of the moving coil aligned in a direction perpendicular to the rotation plane of a moving body rotating in space, one end of the pointer connected to the moving coil. A pair of inertia missing wheels whose weights are balanced are attached to the part, the moment of inertia of the movable part is increased, and the inertia torque during the rotation of the moving body is applied as an input torque to the movable part including the movable coil, and the pointer Displacement from the zero position at the other end is detected, converted into an electrical signal, amplified, and taken out to the output end, as well as negative feedback to the movable coil via a feedback circuit that operates proportionally, thereby generating the input torque and the negative feedback. By integrating twice the output of a dynamic torque measuring device configured to apply a differential torque from the torque caused by the current to the moving coil, the spatial rotation angle when the moving body rotates is automatically calculated. A spatial rotation angle calculation device characterized by the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20787384A JPS6186613A (en) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | Apparatus for computing turning angle in space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20787384A JPS6186613A (en) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | Apparatus for computing turning angle in space |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6186613A true JPS6186613A (en) | 1986-05-02 |
JPH0582525B2 JPH0582525B2 (en) | 1993-11-19 |
Family
ID=16546960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20787384A Granted JPS6186613A (en) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | Apparatus for computing turning angle in space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6186613A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04258723A (en) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Res:Kk | Action recording device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5448290A (en) * | 1977-09-24 | 1979-04-16 | Japan Aviation Electron | Accelerometer |
JPS57182114A (en) * | 1981-03-27 | 1982-11-09 | Sperry Rand Corp | Torque feedback controller for two freedom degree rate sensor |
-
1984
- 1984-10-03 JP JP20787384A patent/JPS6186613A/en active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5448290A (en) * | 1977-09-24 | 1979-04-16 | Japan Aviation Electron | Accelerometer |
JPS57182114A (en) * | 1981-03-27 | 1982-11-09 | Sperry Rand Corp | Torque feedback controller for two freedom degree rate sensor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04258723A (en) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Res:Kk | Action recording device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0582525B2 (en) | 1993-11-19 |
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