JPS6226532A - アイソメトリツク制御装置 - Google Patents
アイソメトリツク制御装置Info
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- JPS6226532A JPS6226532A JP61169067A JP16906786A JPS6226532A JP S6226532 A JPS6226532 A JP S6226532A JP 61169067 A JP61169067 A JP 61169067A JP 16906786 A JP16906786 A JP 16906786A JP S6226532 A JPS6226532 A JP S6226532A
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/225—Measuring circuits therefor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
- G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/223—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to joystick controls
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
魚用０丘ぷ
発明の分野
未発ＩＪＩは、加わった力を６自由度に分解した電気的
なアイソメトリック制御信号を発生する装置に関する。
なアイソメトリック制御信号を発生する装置に関する。
より詳しくは、本発明は、３移動准自由度及び３回転自
由度のためのジョイスティック制御装置に関する。
由度のためのジョイスティック制御装置に関する。
更求Ω韮潰
力操作型すなわち「スティック・ス、ティック」型のア
イソメトリック制御装置はＳ置部から知られ、実用され
ている。この制御装置は、３次元のｉＪ！ｎを毛で制御
する場合と、トラッキングシステム、機械ＤＩ御及び車
両制御のような用途とに使用されている。また、３次元
コンピュータグラフィックに関する情報をコンピュータ
に入力するためにも用いられている。この装置は、ジョ
イスティックとしても知られる。
イソメトリック制御装置はＳ置部から知られ、実用され
ている。この制御装置は、３次元のｉＪ！ｎを毛で制御
する場合と、トラッキングシステム、機械ＤＩ御及び車
両制御のような用途とに使用されている。また、３次元
コンピュータグラフィックに関する情報をコンピュータ
に入力するためにも用いられている。この装置は、ジョ
イスティックとしても知られる。
ジョイスティックは１通常は、一端が固定された制御軸
又は制御ロフトを有し、この制御ロット上には、力か加
わったときのロッドの運動を測定するための歪み計が増
付けられている。この歪み計信号を電子回路で処理し、
制御ロフトの自由端に加わった力を表わす出力信号を発
生する。従来、これらの技術及び装置は、４自由度に制
限されていた。歪み計は通常は、２個１組に配され。
又は制御ロフトを有し、この制御ロット上には、力か加
わったときのロッドの運動を測定するための歪み計が増
付けられている。この歪み計信号を電子回路で処理し、
制御ロフトの自由端に加わった力を表わす出力信号を発
生する。従来、これらの技術及び装置は、４自由度に制
限されていた。歪み計は通常は、２個１組に配され。
制御ロフトの長手方向軸線と平行にか又はこれに対しで
ある角度に配設されていた。これらの公知の装置形態に
よっては、６自由度の３次元制御を行うことはてきなか
った。
ある角度に配設されていた。これらの公知の装置形態に
よっては、６自由度の３次元制御を行うことはてきなか
った。
モートン・Ｈ・メールの米国特許第３．４５４，９２０
叶「アイソメトリック制御装置Ｊ （１９６９年７月
８０発行）には、固定端を備えた軸と歪み計とを使用す
る感知制御を目的とした装置が記載されている。この自
由端は、「スティック・スティック」型のコントローラ
が通常大形となってハントグリップを必要とした従来の
技術と比較して、親指と人差し指とによって操作される
。この米国特許においては、正確な制御を行なうために
、軸上に環状に配列された複数の歪み計が用いられる。
叶「アイソメトリック制御装置Ｊ （１９６９年７月
８０発行）には、固定端を備えた軸と歪み計とを使用す
る感知制御を目的とした装置が記載されている。この自
由端は、「スティック・スティック」型のコントローラ
が通常大形となってハントグリップを必要とした従来の
技術と比較して、親指と人差し指とによって操作される
。この米国特許においては、正確な制御を行なうために
、軸上に環状に配列された複数の歪み計が用いられる。
この発明の別の態様は、固体素子の半導体を含む歪み計
の使用である。
の使用である。
３軸ジコ°イステイツク制御は、 Ｒ，Ｄ、ゴロスキー
の米国特許第４，０４６，００５号（１９７７年９月６
日発行）に記載されている。この米国特許には、３自由
度の制御信号を与える装置形態で歪み計を取り付けた固
定端制御ロフトが開示されている。歪み計は、３軸制御
を行なうために、ロッドの軸線に対しである角度に制御
ロッド上に向い合う複数の対として取り付けられている
。これらの従来の制御装置は、ロッドの軸線を中心とし
てのみ回転力すなわちトルクを分解しつるにすぎなかっ
た。
の米国特許第４，０４６，００５号（１９７７年９月６
日発行）に記載されている。この米国特許には、３自由
度の制御信号を与える装置形態で歪み計を取り付けた固
定端制御ロフトが開示されている。歪み計は、３軸制御
を行なうために、ロッドの軸線に対しである角度に制御
ロッド上に向い合う複数の対として取り付けられている
。これらの従来の制御装置は、ロッドの軸線を中心とし
てのみ回転力すなわちトルクを分解しつるにすぎなかっ
た。
或る種の歪み計では、加わりた力を測定するために抵抗
を測定しなければならない、制御装置は、整備で高信頼
性であるためには低歪みで作動させる必要があるため、
抵抗値の変化は小さくてもよい、各々の歪み計信号を検
出して増幅するために個別の回路を使用した場合に、相
当な程度まで正確な出力を得るためには、零点の調節及
び利得の安定性に対する苛酷な制限を課さねばならない
。
を測定しなければならない、制御装置は、整備で高信頼
性であるためには低歪みで作動させる必要があるため、
抵抗値の変化は小さくてもよい、各々の歪み計信号を検
出して増幅するために個別の回路を使用した場合に、相
当な程度まで正確な出力を得るためには、零点の調節及
び利得の安定性に対する苛酷な制限を課さねばならない
。
半導体歪み計は、この問題を多少とも緩和するために用
いられている。この歪み計は、箔型の歪み計に比較して
温度依存性が高くなること及び製造コストが増大するこ
とを代償として、高い出力が得られる。半導体歪み計は
、温度に対して非常に敏感なため、操作者の手の体温に
よって生ずるような制御ロッドの両端間のわずかな温度
差によって実質的な誤差を生ずることがある。箔型又は
ワイヤ型の歪み計は、歪みに対する感度は低いが、温度
依存性は更に低く、温度依存性に対する歪み感度の比は
よりすぐれている。
いられている。この歪み計は、箔型の歪み計に比較して
温度依存性が高くなること及び製造コストが増大するこ
とを代償として、高い出力が得られる。半導体歪み計は
、温度に対して非常に敏感なため、操作者の手の体温に
よって生ずるような制御ロッドの両端間のわずかな温度
差によって実質的な誤差を生ずることがある。箔型又は
ワイヤ型の歪み計は、歪みに対する感度は低いが、温度
依存性は更に低く、温度依存性に対する歪み感度の比は
よりすぐれている。
１亀匁考１
制御棒は、一端が固着され他端が自由な片持ちばり（梁
）である、制御棒は、一様な断面をもった等方性の均質
なはりと考えられ、それ自身の重量によって制御棒に生
ずる応力は無視される。これらの想定のいずれかを満足
しないときは、公知のはり理論を適用することでその結
果を適合させてもよい。
）である、制御棒は、一様な断面をもった等方性の均質
なはりと考えられ、それ自身の重量によって制御棒に生
ずる応力は無視される。これらの想定のいずれかを満足
しないときは、公知のはり理論を適用することでその結
果を適合させてもよい。
直交する３輌ｘ、ｙ、ｚから或る座標系において、２軸
は、制御ロッドの長子方向軸線に整列され、原点は、制
御ロッドの自由端にある。それらの結果は、他の任意の
関係ある完全な３次元座標系に、簡単な数学的変換によ
って変換することができる。
は、制御ロッドの長子方向軸線に整列され、原点は、制
御ロッドの自由端にある。それらの結果は、他の任意の
関係ある完全な３次元座標系に、簡単な数学的変換によ
って変換することができる。
２軸に沿って制御ロッドの自由端にスラストが加わると
、制御ロッドの長さ方向における各点で同一の圧縮応力
又は引張り応力か制御ロフトに加わる。同様に、制御ロ
フトが自由端においてＸ軸を、中心として回転すると制
御ロッドは、その長さ方向に沿って変化しないねしり応
力を受ける。これらの量のうちのどちらか一方又は両方
は、制御ロッドの長さ方向に沿った任意の点において、
同一の妥当性をもって測定するとかできる。
、制御ロッドの長さ方向における各点で同一の圧縮応力
又は引張り応力か制御ロフトに加わる。同様に、制御ロ
フトが自由端においてＸ軸を、中心として回転すると制
御ロッドは、その長さ方向に沿って変化しないねしり応
力を受ける。これらの量のうちのどちらか一方又は両方
は、制御ロッドの長さ方向に沿った任意の点において、
同一の妥当性をもって測定するとかできる。
ｙ軸の回りのトルクＴｙが自由端に加わると、制御ロッ
ドは、！！Ｘ点からの距ｆｉＬのところでｙ軸と平行な
軸を中心として曲げを受け、曲げモーメントＭｙはその
長さ方向に沿って一様である。従って、 Ｍｙ＝ Ｔｙ （１）Ｘ
軸に沿って自由端に力Ｆｘが加わると、制御ロッドは、
ｙ軸を中心として再び曲げられ１曲げモーメントは、原
点のところの零から根元のところの最大値まで線形に変
化する。
ドは、！！Ｘ点からの距ｆｉＬのところでｙ軸と平行な
軸を中心として曲げを受け、曲げモーメントＭｙはその
長さ方向に沿って一様である。従って、 Ｍｙ＝ Ｔｙ （１）Ｘ
軸に沿って自由端に力Ｆｘが加わると、制御ロッドは、
ｙ軸を中心として再び曲げられ１曲げモーメントは、原
点のところの零から根元のところの最大値まで線形に変
化する。
Ｍｙ＝ Ｌ−Ｆｘ （２）制御ロフト
に沿った２点の曲げモーメントが知られると、同時に加
えられるトルク及び力の大きさを容易に解くことができ
る。その理由は、これらの２つの原因によるはりに沿っ
た曲げモーメントの分布が全く異なっているからである
。同時の 。
に沿った２点の曲げモーメントが知られると、同時に加
えられるトルク及び力の大きさを容易に解くことができ
る。その理由は、これらの２つの原因によるはりに沿っ
た曲げモーメントの分布が全く異なっているからである
。同時の 。
トルク及び力に対して
Ｍｙ＝ Ｔｙ＋ Ｌ−Ｆｘ （３）Ｍｙ
ｌ、Ｍ３１２がＬｌ、Ｌ２におけるモーメントにそれぞ
れ対応していると、 Ｍ３１１＝ Ｔｙ＋ Ｌｌ −ＦＸ （４）Ｍ
ｙ２ ＝ Ｔｙ ＋ Ｌ２ ・Ｆｘ （５）式
（４）一式（５）なる減算によって Ｍｙ １−Ｍｙ ２ ＝Ｌｌ −Ｆｘ −Ｌ２− Ｆｘ
及び Ｆｘ ＝ （Ｍｙ ｌ −Ｍｙ ２ ） ／ （Ｌｌ
−Ｌ２ ）Ｆｘを式（４）に代入して、 Ｍｙｌ −Ｔｙ 令 Ｌｌ ・（Ｍｙｌ−Ｍｙ２）
／ （Ｌｌ−Ｌ２ ）及び Ｔｙ ＝（Ｍｙ２・Ｌｌ−Ｍｙｌ・Ｌ ２）／（Ｌ ｌ
＝Ｌ ２）各々のこれらの曲げのケースにおいて、向い
合う表面の線形の応力は、互に逆の符号をもち、図の紙
面に対して直角に制御ロッドを分割する中立ｙ−ｚ面に
は応力は存在しない。
ｌ、Ｍ３１２がＬｌ、Ｌ２におけるモーメントにそれぞ
れ対応していると、 Ｍ３１１＝ Ｔｙ＋ Ｌｌ −ＦＸ （４）Ｍ
ｙ２ ＝ Ｔｙ ＋ Ｌ２ ・Ｆｘ （５）式
（４）一式（５）なる減算によって Ｍｙ １−Ｍｙ ２ ＝Ｌｌ −Ｆｘ −Ｌ２− Ｆｘ
及び Ｆｘ ＝ （Ｍｙ ｌ −Ｍｙ ２ ） ／ （Ｌｌ
−Ｌ２ ）Ｆｘを式（４）に代入して、 Ｍｙｌ −Ｔｙ 令 Ｌｌ ・（Ｍｙｌ−Ｍｙ２）
／ （Ｌｌ−Ｌ２ ）及び Ｔｙ ＝（Ｍｙ２・Ｌｌ−Ｍｙｌ・Ｌ ２）／（Ｌ ｌ
＝Ｌ ２）各々のこれらの曲げのケースにおいて、向い
合う表面の線形の応力は、互に逆の符号をもち、図の紙
面に対して直角に制御ロッドを分割する中立ｙ−ｚ面に
は応力は存在しない。
対称な均質′のロットにおいて、Ｘ軸の回りのトルク及
びｙ輌に沿った力は、前式に全く影ツすることなく加え
られるが、制御ロフトに沿った２点においてＸ軸の回り
のモーメントに同一の方程式を適用することによって分
解することができる。
びｙ輌に沿った力は、前式に全く影ツすることなく加え
られるが、制御ロフトに沿った２点においてＸ軸の回り
のモーメントに同一の方程式を適用することによって分
解することができる。
以上の説明かられかるように、全６自由度の解は、２軸
のスラスト及びトルクの測定と、制御ロッドに沿った２
点においてのｘ、ｙ軸の回りの曲げモーメントの測定と
を必要とするに過ぎない。
のスラスト及びトルクの測定と、制御ロッドに沿った２
点においてのｘ、ｙ軸の回りの曲げモーメントの測定と
を必要とするに過ぎない。
前記のように、従来の技術は、２軸を中心とするのを除
いてトルクを分解せず、ｘ、ｙ軸の力を分解するために
（中性面がはり面と交差する位置において）中性軸に跨
座するように歪み変換器を配することに依存していた。
いてトルクを分解せず、ｘ、ｙ軸の力を分解するために
（中性面がはり面と交差する位置において）中性軸に跨
座するように歪み変換器を配することに依存していた。
実用的な装置は、全部の歪み計に同等に影響する温度変
化のような擾乱性の影響による歪み計の出力変化を排除
すべきである。そのために歪み計は、複数の対として用
いられ、被測変量について反対方向に等量だけ。
化のような擾乱性の影響による歪み計の出力変化を排除
すべきである。そのために歪み計は、複数の対として用
いられ、被測変量について反対方向に等量だけ。
！＃饗されるように、しかし擾乱性の影響すなわち好ま
しくない変量については影響されないか又は同じ方向に
等量たけ影響されるように配置される。−・例として、
Ｍ−Ｈ，メールの前記米国特許においては、ｘ、ｙ軸の
力に応答してはりの固定端付近の曲げを感知するために
、差動的な複数の対として４個の歪み計を使用する。差
動電気回路によりて温度およびスラストによる変化を排
除し、中性軸上に歪み計を配置したことによって不所望
の曲げ変量を排除する。Ｒ，Ｄ、ゴロスキーの米国特許
第４，０４６，００５号には、差動的な四つ組として、
Ｚ軸の回りのねじりを分解するために、傾創配匿とした
複数対の歪み計の同様な配置を使用している。
しくない変量については影響されないか又は同じ方向に
等量たけ影響されるように配置される。−・例として、
Ｍ−Ｈ，メールの前記米国特許においては、ｘ、ｙ軸の
力に応答してはりの固定端付近の曲げを感知するために
、差動的な複数の対として４個の歪み計を使用する。差
動電気回路によりて温度およびスラストによる変化を排
除し、中性軸上に歪み計を配置したことによって不所望
の曲げ変量を排除する。Ｒ，Ｄ、ゴロスキーの米国特許
第４，０４６，００５号には、差動的な四つ組として、
Ｚ軸の回りのねじりを分解するために、傾創配匿とした
複数対の歪み計の同様な配置を使用している。
差動対は、６個の変量を分解しようとする場合には、ぶ
かっこうになる、全部の応力及び歪みがはり内部におい
て線形ベクトル和により加算されれば、これらは、測定
の数が被測変量の数に少なくとも等しい限り、独立した
測定のいずれの組みからも、複数の線形方程式によって
解くことが出来る。多くの材料は、特に応力及び歪みが
小さい限り、この直線性を示す。特に、多くの金属及び
合金は直線性である。
かっこうになる、全部の応力及び歪みがはり内部におい
て線形ベクトル和により加算されれば、これらは、測定
の数が被測変量の数に少なくとも等しい限り、独立した
測定のいずれの組みからも、複数の線形方程式によって
解くことが出来る。多くの材料は、特に応力及び歪みが
小さい限り、この直線性を示す。特に、多くの金属及び
合金は直線性である。
以下の説明においては、この項の第１段落による想定の
ほかに、応力と歪みが線形に対応しているという意味で
、はりが完全に弾性を示すことな想定している。歪み計
の信号は、真の歪みの数値的表現に既に変換されている
ものと想定している。
ほかに、応力と歪みが線形に対応しているという意味で
、はりが完全に弾性を示すことな想定している。歪み計
の信号は、真の歪みの数値的表現に既に変換されている
ものと想定している。
実際には、温度及び同種の擾乱が排除されるように、解
くべき変量よりも１つ多い測定が必要とされる。これら
の不所望の影響を排除するための必要十分条件は、全部
の歪み計が同じように影響を受けるという想定の下に、
各々の解方程式中の全部の歪み係数の和が零になること
である。全部の測定の組合せか同等に良いわけではなく
、最適の組は歪み計の精度及び感度が同じならば、各々
の出力変量についてほぼ同一の正確さ及び振幅を芋え、
これらの振幅は可及的に大きくなる。
くべき変量よりも１つ多い測定が必要とされる。これら
の不所望の影響を排除するための必要十分条件は、全部
の歪み計が同じように影響を受けるという想定の下に、
各々の解方程式中の全部の歪み係数の和が零になること
である。全部の測定の組合せか同等に良いわけではなく
、最適の組は歪み計の精度及び感度が同じならば、各々
の出力変量についてほぼ同一の正確さ及び振幅を芋え、
これらの振幅は可及的に大きくなる。
及乳ム１１
本発明の最終的な目的は、３つの互に直交する軸に沿っ
た移動及びそれらを中心とする回転を３次元に空間内の
６自由度において十分に制御できる単一のアイソメトリ
ック制御装置を提供することにある。
た移動及びそれらを中心とする回転を３次元に空間内の
６自由度において十分に制御できる単一のアイソメトリ
ック制御装置を提供することにある。
本発明の１つの特徴は、主要軸即ちｘ−ｙ−ｚ座標系に
おける２軸を中心に弾性のはり又はロッド上に対称に配
された３個の歪み計のノＳ本群を利用することにある。
おける２軸を中心に弾性のはり又はロッド上に対称に配
された３個の歪み計のノＳ本群を利用することにある。
本発明の別の特徴では、２以上の群の歪み計、即ち、３
個の歪み計の基本群、又はＲ，Ｄ、ゴロスキーの米国特
許第４，０４６，００５号による群がはりに沿った異な
ったレベルに配されている。
個の歪み計の基本群、又はＲ，Ｄ、ゴロスキーの米国特
許第４，０４６，００５号による群がはりに沿った異な
ったレベルに配されている。
基本的な１群内の個別の歪み計は、はりの主要軸に対し
て全て同一の角度をもち、この角度は、はり材のポワソ
ン比の値のｃｏｔａｎ”’よりも小さい。多くの金属に
ついての臨界的な角度が４５＠よりも大きいとしても、
この角度は、実際には、０″と４５′との間において変
化する。
て全て同一の角度をもち、この角度は、はり材のポワソ
ン比の値のｃｏｔａｎ”’よりも小さい。多くの金属に
ついての臨界的な角度が４５＠よりも大きいとしても、
この角度は、実際には、０″と４５′との間において変
化する。
好ましい実施例によれば、（はりの自由端から）上方の
２ｎは、同じ角度値をもつが、互いに逆の方向に傾斜し
ている。底部の群は、９０′″の角度をもち、即ち、歪
み計の作動軸は、はりの主要軸と直交する。しかし理論
的には、この角度は、ポワソン比の値のｃｏｔａｎ−’
値と９０°との中間の値としてよい。
２ｎは、同じ角度値をもつが、互いに逆の方向に傾斜し
ている。底部の群は、９０′″の角度をもち、即ち、歪
み計の作動軸は、はりの主要軸と直交する。しかし理論
的には、この角度は、ポワソン比の値のｃｏｔａｎ−’
値と９０°との中間の値としてよい。
本発明の更に別の特徴は、歪み計の数と係りなく、単一
の電子回路か発生した信号を処理し、これらの信号は、
Ａ−Ｄ変換前に、Ｔｌ子回路によって逐次サンプリング
されることにある。
の電子回路か発生した信号を処理し、これらの信号は、
Ａ−Ｄ変換前に、Ｔｌ子回路によって逐次サンプリング
されることにある。
従って１本発明は、弾性のはり及び該はりの表面に固着
した歪み計を備えた形式のアイソメトリック制御装置て
あって、３つ１組の少なくとも第１群の歪み計（Ｄ、Ｅ
、Ｆ）の各々の作動軸が、はり（ｉｏ）の主要軸２に関
して或る単一の所定の角度傾斜し、歪み計は、はりに沿
って第１の所定のレベルに配されたことを特徴とするア
イソメトリック制御装置を提供する。
した歪み計を備えた形式のアイソメトリック制御装置て
あって、３つ１組の少なくとも第１群の歪み計（Ｄ、Ｅ
、Ｆ）の各々の作動軸が、はり（ｉｏ）の主要軸２に関
して或る単一の所定の角度傾斜し、歪み計は、はりに沿
って第１の所定のレベルに配されたことを特徴とするア
イソメトリック制御装置を提供する。
ましい′ の詳細な孟
本発明の好ましい実施例の説明に入る前に、Ｃ，Ｃ，ベ
リー及びＨ，Ｒ，リスナー共著の一般参考書「歪み計の
初歩」“Ｔｈｅ ５ｔｒａｉｎ ＧａｕｇｅＰｒｉｍｅ
ｒ″ （１９６２年、マグロウヒル社刊）、について説
明する。
リー及びＨ，Ｒ，リスナー共著の一般参考書「歪み計の
初歩」“Ｔｈｅ ５ｔｒａｉｎ ＧａｕｇｅＰｒｉｍｅ
ｒ″ （１９６２年、マグロウヒル社刊）、について説
明する。
図面中筒１図および第２図を参照して、本発明による基
本歪み計群は、ジョイスティック軸即ちジョイスティッ
クロッド１０の回りに対称に配された３個の歪み計Ａ、
Ｂ、Ｃから成っている。軸ｌＯは円筒形に図示されてい
るため、３個の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃの対称配置は、これら
がロッド１０の回りに１２０”の角度に配されているこ
とを意味する。これは第２図に明瞭に示され、同図には
またｘ−ｙ座標系も所定位置に示されている。Ｘ−ｙ座
標系は、周知のように、簡単な数学的演算によって他の
任意の座標系に変換することができる。３個の対称な歪
み計Ａ、Ｂ、Ｃは、Ｘ軸及びｙ軸の回りの曲げを測定す
るのに適している。歪み計Ａ、Ｂ、Ｃは、図示のように
、Ｉ！！直軸である２軸（ロッドｌＯの主要軸）と平行
である。Ｘ。
本歪み計群は、ジョイスティック軸即ちジョイスティッ
クロッド１０の回りに対称に配された３個の歪み計Ａ、
Ｂ、Ｃから成っている。軸ｌＯは円筒形に図示されてい
るため、３個の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃの対称配置は、これら
がロッド１０の回りに１２０”の角度に配されているこ
とを意味する。これは第２図に明瞭に示され、同図には
またｘ−ｙ座標系も所定位置に示されている。Ｘ−ｙ座
標系は、周知のように、簡単な数学的演算によって他の
任意の座標系に変換することができる。３個の対称な歪
み計Ａ、Ｂ、Ｃは、Ｘ軸及びｙ軸の回りの曲げを測定す
るのに適している。歪み計Ａ、Ｂ、Ｃは、図示のように
、Ｉ！！直軸である２軸（ロッドｌＯの主要軸）と平行
である。Ｘ。
ｙ軸が図示のように歪み計Ａ、Ｂ、Ｃに対して対称に配
されていれば、ｘ、ｙ軸の回りのロッド１０中の曲げ歪
みは、次式 ％式％（１０） 式においてＡ、Ｂ、Ｃは、歪み計Ａ、Ｂ、Ｃからの信号
をそれぞれ表わし、Ｓｘ、ｘ輌の回りの曲げ歪みを表わ
し、ｓｙは、ｙ軸の回りの曲げ歪みを表わし、にｌは定
数を表わす、これらの式は。
されていれば、ｘ、ｙ軸の回りのロッド１０中の曲げ歪
みは、次式 ％式％（１０） 式においてＡ、Ｂ、Ｃは、歪み計Ａ、Ｂ、Ｃからの信号
をそれぞれ表わし、Ｓｘ、ｘ輌の回りの曲げ歪みを表わ
し、ｓｙは、ｙ軸の回りの曲げ歪みを表わし、にｌは定
数を表わす、これらの式は。
ｃｏｓ１５−５ｉｎ１５− ｃｏｓ４５ ＝ Ｏ（１２
）により、全部の歪み計に平等に関係する不所望の影響
を排除する。
）により、全部の歪み計に平等に関係する不所望の影響
を排除する。
そのため、Ｘ輌及びｙ軸における曲げ測定値は、Ｚ軸の
スラストもしくは張力、２輌のまわりにのねじり、又は
温度によって影響されない。この結果は、歪み計の位置
に対して特定の軸位置を選択したことに依存せず、前記
の場合は単に一般的な場合の一例である。
スラストもしくは張力、２輌のまわりにのねじり、又は
温度によって影響されない。この結果は、歪み計の位置
に対して特定の軸位置を選択したことに依存せず、前記
の場合は単に一般的な場合の一例である。
この配列形態を用いると、メールの米国特許第３．４５
４，９２０号において４個の歪み計によって得られる機
能は、わずか３個の歪み計によって得られる。解を与え
る方程式（複数）を電子的に作成するには、固定の乗算
係数及び加算のみが必要であるから、これは、４個の演
算増幅器を用いた標準的なアナログ計算技術を用いて行
いつる。
４，９２０号において４個の歪み計によって得られる機
能は、わずか３個の歪み計によって得られる。解を与え
る方程式（複数）を電子的に作成するには、固定の乗算
係数及び加算のみが必要であるから、これは、４個の演
算増幅器を用いた標準的なアナログ計算技術を用いて行
いつる。
ｘ、ｙ軸の曲げについての同様の結果は、第３図の平面
図に示した形態において得られ、歪み計Ｃは、直径上に
向いあったＣ′の位置に移動する。しかしこの場合には
、前記の各式において、第３項の符号は正となり、擾乱
性の）響は除かれない。
図に示した形態において得られ、歪み計Ｃは、直径上に
向いあったＣ′の位置に移動する。しかしこの場合には
、前記の各式において、第３項の符号は正となり、擾乱
性の）響は除かれない。
ｘ、ｙ軸の曲げについての前記の各式は、歪み計Ａ、Ｂ
、Ｃ又はＣ′か第４図および第５図に示すように２軸に
対して同じ方向に等しい角度だけ全て傾斜している場合
には影響されない、傾斜角度が増大すると、曲げに対す
る感度が減少し、ロッド１０の材料のポワソン比によっ
て定まるある角度で零となり、次に再び逆の符号の方向
に増大する。歪み計Ａ、Ｂ、Ｃが、Ｚ軸と直角に整夕噌
されている。第６図に示した極端な場合には１曲げに対
する感度は、正確にポワソン比（多くの金属の場合的−
０，３）の分減少する。歪み計Ａ、Ｂ。
、Ｃ又はＣ′か第４図および第５図に示すように２軸に
対して同じ方向に等しい角度だけ全て傾斜している場合
には影響されない、傾斜角度が増大すると、曲げに対す
る感度が減少し、ロッド１０の材料のポワソン比によっ
て定まるある角度で零となり、次に再び逆の符号の方向
に増大する。歪み計Ａ、Ｂ、Ｃが、Ｚ軸と直角に整夕噌
されている。第６図に示した極端な場合には１曲げに対
する感度は、正確にポワソン比（多くの金属の場合的−
０，３）の分減少する。歪み計Ａ、Ｂ。
Ｃは、傾斜すると、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿ったせん断歪みの
影響を受ける。これらの歪みは、２つの原因、即ち、２
軸の回りのゆがみ、又はＸ軸もしくはｙ軸に沿った力に
よって生じつる。
影響を受ける。これらの歪みは、２つの原因、即ち、２
軸の回りのゆがみ、又はＸ軸もしくはｙ軸に沿った力に
よって生じつる。
２軸の回りのロッド１０のねじりは、軸方向及び接線方
向に鈍せん断を生ずる。このねしすせん断は、ロッドｌ
Ｏの回りに一様なため、全部の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃに平等
に影響し、曲げ歪みの解においては除かれる。このせん
断の測定は、トルク分解の基礎を提供する。
向に鈍せん断を生ずる。このねしすせん断は、ロッドｌ
Ｏの回りに一様なため、全部の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃに平等
に影響し、曲げ歪みの解においては除かれる。このせん
断の測定は、トルク分解の基礎を提供する。
Ｘ軸もしくはｙ軸の方向に沿って加わる力によるロッド
ｌＯの曲げは、曲げモーメントのほかにせん断力な発生
させる。このせん断は、ロッド１０の回りに一様ではな
いので、解において除去されず、加わった力と平行な軸
線の回りに見かけの曲げモーメントを生ずる。従来のは
り理論は。
ｌＯの曲げは、曲げモーメントのほかにせん断力な発生
させる。このせん断は、ロッド１０の回りに一様ではな
いので、解において除去されず、加わった力と平行な軸
線の回りに見かけの曲げモーメントを生ずる。従来のは
り理論は。
このせん断力の大きさを計算するための基礎を与える。
せん断力の大きさは、はりの正確な寸法比に依存し、無
視することができる。以下の説明をわかり易くするため
に、このせん断効果は考慮しない。せん断効果が十分に
大きくなった場合は、容易に補償てき、又は、ロッドｌ
Ｏの寸法比の再設計によって減少させることができる。
視することができる。以下の説明をわかり易くするため
に、このせん断効果は考慮しない。せん断効果が十分に
大きくなった場合は、容易に補償てき、又は、ロッドｌ
Ｏの寸法比の再設計によって減少させることができる。
６軸分解のための最適の構成では、ロッドｌＯの長さ方
向に沿って隔たてられた２つの場所におけるＸ軸もしく
はｙ軸の曲げと、Ｚ軸の回りのトルクと、Ｚ軸に沿った
スラストとを検出しなければならない。その装置を第７
図に示す、歪み計Ａ、Ｂ、Ｃは、第６ＵＡに示すように
、基部のＸ。
向に沿って隔たてられた２つの場所におけるＸ軸もしく
はｙ軸の曲げと、Ｚ軸の回りのトルクと、Ｚ軸に沿った
スラストとを検出しなければならない。その装置を第７
図に示す、歪み計Ａ、Ｂ、Ｃは、第６ＵＡに示すように
、基部のＸ。
１曲げを検出するように配列されている。歪み計り、Ｆ
、Ｇは、第４図の構成を用いて、頂部で同様の変量を検
出し、２軸に対して或る角度に設定されている。Ｚ軸に
対称に反対の角度にある歪み計Ｅは、歪み計り、Ｅの信
号の間の差に比例しだせん断力な測定するために、歪み
計りと共に使用される。同様に、他の２つの歪み計Ｈ，
Ｉは、歪み計Ｆ、Ｇと共に使用されるので、歪み計り。
、Ｇは、第４図の構成を用いて、頂部で同様の変量を検
出し、２軸に対して或る角度に設定されている。Ｚ軸に
対称に反対の角度にある歪み計Ｅは、歪み計り、Ｅの信
号の間の差に比例しだせん断力な測定するために、歪み
計りと共に使用される。同様に、他の２つの歪み計Ｈ，
Ｉは、歪み計Ｆ、Ｇと共に使用されるので、歪み計り。
Ｆ、Ｇの群分けは、ロットｌＯの軸線の下方において反
復又は再現される。２軸の回りのトルクはこのせい断に
比例する。
復又は再現される。２軸の回りのトルクはこのせい断に
比例する。
Ｚ軸に沿ったスラストは、次のようにして解かれる。
゛ Ｆｚ＝に２．（Ｄ＋Ｆ＋Ｇ）−１，５（Ｄ−Ｅ）−（Ａ
＋Ｂ＋Ｃ） （１：ｌ）ただしＦｚは２軸に沿って
整列された力であり、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、
これらによって示される歪み計がらの歪み信号を表わし
、に２は定数を表わす。
゛ Ｆｚ＝に２．（Ｄ＋Ｆ＋Ｇ）−１，５（Ｄ−Ｅ）−（Ａ
＋Ｂ＋Ｃ） （１：ｌ）ただしＦｚは２軸に沿って
整列された力であり、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、
これらによって示される歪み計がらの歪み信号を表わし
、に２は定数を表わす。
上式において、第３項は、主にスラストによるポワソン
比に依存し、ポワソン比は常に負であるため、第１項と
第３項とは共にスラスト感度に加えられる。真中の項は
、Ｚ軸の回りのトルクが第１項に与える影響を補償によ
って除くために用いられる。曲げに対する不感性は、３
つ組の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃ及びり、Ｆ、Ｇの各々から曲げ
歪みを分解するための方程式を平衡させた結果である。
比に依存し、ポワソン比は常に負であるため、第１項と
第３項とは共にスラスト感度に加えられる。真中の項は
、Ｚ軸の回りのトルクが第１項に与える影響を補償によ
って除くために用いられる。曲げに対する不感性は、３
つ組の歪み計Ａ、Ｂ、Ｃ及びり、Ｆ、Ｇの各々から曲げ
歪みを分解するための方程式を平衡させた結果である。
歪み計り、Ｅは、ロッド１０の長さ方向に沿って別々の
位置にあるので、曲げに対する多少の残留感度は存在す
るが１曲げ歪みのパターンは既知なため、この影響は、
補償することかできる。トルク出力の曲げ感度について
も同様のことが言える。歪み計り、Ｇの間隔が歪み計り
、Ａの間隔よりも著しく小さい場谷には、この効果は小
さいものとして無視することができる。
位置にあるので、曲げに対する多少の残留感度は存在す
るが１曲げ歪みのパターンは既知なため、この影響は、
補償することかできる。トルク出力の曲げ感度について
も同様のことが言える。歪み計り、Ｇの間隔が歪み計り
、Ａの間隔よりも著しく小さい場谷には、この効果は小
さいものとして無視することができる。
トルク補償の必要性を除くには、歪み計り、 Ｅについ
て、Ｒ，Ｄ、ゴロスキーの米国特許第４．０４６，００
５号の第２図に示された構成を用いることができる。歪
み計Ｅを単独で用いるのでなく、３個の歪み計Ｅ、Ｈ，
Ｉを用いるならば、トルクの補償と歪み計の重複配置と
が避けられる。別の方法として、歪み計Ｅを、２つの歪
み計に区画し、その一方は、歪み計りの上方に、他のも
のはその下方に、それぞれ等間隔に設けることができる
。
て、Ｒ，Ｄ、ゴロスキーの米国特許第４．０４６，００
５号の第２図に示された構成を用いることができる。歪
み計Ｅを単独で用いるのでなく、３個の歪み計Ｅ、Ｈ，
Ｉを用いるならば、トルクの補償と歪み計の重複配置と
が避けられる。別の方法として、歪み計Ｅを、２つの歪
み計に区画し、その一方は、歪み計りの上方に、他のも
のはその下方に、それぞれ等間隔に設けることができる
。
電子回路
前述したような歪み計の用途において、所要の結果を得
るために多くの歪み計の抵抗を測定することは、普通に
行われている。制御装置を整備に高信頼性にするには、
歪み計を低歪みとして動作させる必要があるため、歪み
計の抵抗変化は、小さくしてよい０個別の回路を使用し
て各々の歪み針信号を検出し増幅する場合には、相当な
程度に正確な結果を得るために、零点７Ａ節及び利得の
安定性を厳格に制限しなければならない。
るために多くの歪み計の抵抗を測定することは、普通に
行われている。制御装置を整備に高信頼性にするには、
歪み計を低歪みとして動作させる必要があるため、歪み
計の抵抗変化は、小さくしてよい０個別の回路を使用し
て各々の歪み針信号を検出し増幅する場合には、相当な
程度に正確な結果を得るために、零点７Ａ節及び利得の
安定性を厳格に制限しなければならない。
従来の技術においては、これらの問題を緩和するために
、半導体歪み計が用いられた。これらの歪み計は、高出
力を芋えるとしても、筒型の歪み計と比較して、温度依
、存性及び製造コストが増大する。この歪み計の温度依
存性は非常に高いため、操作者の手の体温でジョイステ
ックに生じつるはりの両端間のわずかな温度差によって
実質的な′誤差を生じつる。箔又はワイヤを用いた歪み
計は、歪みに対する感度は低いが、温度依存性は更に低
いので、温度依存性に対する歪み感度の比が改善される
。
、半導体歪み計が用いられた。これらの歪み計は、高出
力を芋えるとしても、筒型の歪み計と比較して、温度依
、存性及び製造コストが増大する。この歪み計の温度依
存性は非常に高いため、操作者の手の体温でジョイステ
ックに生じつるはりの両端間のわずかな温度差によって
実質的な′誤差を生じつる。箔又はワイヤを用いた歪み
計は、歪みに対する感度は低いが、温度依存性は更に低
いので、温度依存性に対する歪み感度の比が改善される
。
１つの巧妙な解決策は、同じ回路を全部の歪み計で共有
し、その回路のいかなるドリフトも全部の歪み計に平等
に影響して、解の動作中に相殺されるようにすることで
ある。
し、その回路のいかなるドリフトも全部の歪み計に平等
に影響して、解の動作中に相殺されるようにすることで
ある。
第８［Ａに示した回路は、多重の歪み計の間で１つの前
置増幅器を時分割多重化するものである。 。
置増幅器を時分割多重化するものである。 。
第８図には、回路を複雑化しないように、３個の歪み計
Ｇｌ、Ｇ２．Ｇ３のみが図示されている。各々の歪み計
Ｇｌ〜Ｇ３の一端は、共通に演算増幅器Ａ５の出力に接
続されている。歪み計Ｇｌ〜Ｇ３の他端は、固体のサン
プリングスイッチである２つのスイッチＳｌ、Ｓ２に接
続されている。
Ｇｌ、Ｇ２．Ｇ３のみが図示されている。各々の歪み計
Ｇｌ〜Ｇ３の一端は、共通に演算増幅器Ａ５の出力に接
続されている。歪み計Ｇｌ〜Ｇ３の他端は、固体のサン
プリングスイッチである２つのスイッチＳｌ、Ｓ２に接
続されている。
電流は、演算増幅器ＡＩ、トランジスタＱｌ及び抵抗Ｒ
２から或る精密電流源からスイッチＳｌを経て１つの歪
み計に供給される。演算増幅器ＡＩは、抵抗Ｒ２の両端
間の電圧を基準ダイオードＭＤＩの両端間の電圧に等し
い値に保つように作用する。増幅器ＡＩの入力電流が無
視可能ならば、抵抗Ｒ２において必要とされる電流は、
トレーン電圧の変化と関係なく、トランジスタＱ１のド
レーンに流れるべきであり、抵抗Ｒ２の両端間の電圧は
一定であるから、トランジスタＱｌのドレーン電流も一
定となる。演算増幅器Ａ２、トランジスタＱ２及び抵抗
Ｒ３から或る第２の同様の電流源は、抵抗Ｒ４に電流を
供給し、抵抗Ｒ４の他端は、歪み計０１〜Ｇ３の共通の
接続線に接続されている。そのため、歪み計の抵抗に対
する抵抗Ｒ２の比が抵抗比Ｒ３／Ｒ４と同一ならば、ト
ランジスタＱ２のドレーン電位は、スイッチＳｌの電圧
降下と無関係に、スイッチＳｌを経てトランジスタＱｌ
に接続された歪み計の下端の電位と同一となる。異なっ
た電圧にある２つの端子に一定の比率の電流を流すよう
な他の方法も同様にこの回路部に用いることができる。
２から或る精密電流源からスイッチＳｌを経て１つの歪
み計に供給される。演算増幅器ＡＩは、抵抗Ｒ２の両端
間の電圧を基準ダイオードＭＤＩの両端間の電圧に等し
い値に保つように作用する。増幅器ＡＩの入力電流が無
視可能ならば、抵抗Ｒ２において必要とされる電流は、
トレーン電圧の変化と関係なく、トランジスタＱ１のド
レーンに流れるべきであり、抵抗Ｒ２の両端間の電圧は
一定であるから、トランジスタＱｌのドレーン電流も一
定となる。演算増幅器Ａ２、トランジスタＱ２及び抵抗
Ｒ３から或る第２の同様の電流源は、抵抗Ｒ４に電流を
供給し、抵抗Ｒ４の他端は、歪み計０１〜Ｇ３の共通の
接続線に接続されている。そのため、歪み計の抵抗に対
する抵抗Ｒ２の比が抵抗比Ｒ３／Ｒ４と同一ならば、ト
ランジスタＱ２のドレーン電位は、スイッチＳｌの電圧
降下と無関係に、スイッチＳｌを経てトランジスタＱｌ
に接続された歪み計の下端の電位と同一となる。異なっ
た電圧にある２つの端子に一定の比率の電流を流すよう
な他の方法も同様にこの回路部に用いることができる。
演算増幅器Ａ５は、歪み計Ｇｌ〜Ｇ３の共通線に適切な
電圧を印加することによって、トランジスタＱ２のトレ
ーン電圧を演算増幅器Ａ４の出力と同一の電圧に保つよ
うに動作する。
電圧を印加することによって、トランジスタＱ２のトレ
ーン電圧を演算増幅器Ａ４の出力と同一の電圧に保つよ
うに動作する。
演算増幅器Ａ３は、現在選択されている歪み計の下端部
と地気との間の電位差を、抵抗比Ｒ５／Ｒ６により設定
された利得で増幅する。演算増幅器Ｓ２は、スイッチＳ
ｌと同期して作動するスイッチＳ２を介して、歪み計の
電位を検出する。スイッチＳ２は、歪み計を付勢するの
に必要な大電流ではなく演算増幅器Ａ３に必要とされる
無視可能な入力電流のみを導くので、スイッチＳ２の両
端間の電圧降下は無視てきる程度である。歪み計の出力
信号Ｖｏは、ｙ４算増幅器Ａ３の出力から取出される。
と地気との間の電位差を、抵抗比Ｒ５／Ｒ６により設定
された利得で増幅する。演算増幅器Ｓ２は、スイッチＳ
ｌと同期して作動するスイッチＳ２を介して、歪み計の
電位を検出する。スイッチＳ２は、歪み計を付勢するの
に必要な大電流ではなく演算増幅器Ａ３に必要とされる
無視可能な入力電流のみを導くので、スイッチＳ２の両
端間の電圧降下は無視てきる程度である。歪み計の出力
信号Ｖｏは、ｙ４算増幅器Ａ３の出力から取出される。
スイッチＳ３か閉成されると、演算増幅器Ａ４が動作し
て演算増幅器Ａ３の出力を積分する。スイッチＳ３が閉
成され、スイッチＳ１．Ｓ２が。
て演算増幅器Ａ３の出力を積分する。スイッチＳ３が閉
成され、スイッチＳ１．Ｓ２が。
その全位置を経て同期的に反復してサイクル動作すると
、演算増幅器Ａ４の出力信号は、増幅された歪み計上力
信号の平均値にオフセットを加えた値に落ち着く、演算
増幅冴Ａ５．歪み計６１〜Ｇ３の共通線、スイッチＳ２
及び演算増幅器Ａ３を通るフィードバックは、出力電圧
ｖＯの平均値を零に減少させるように作用する。これは
回路動作の設定サイクルと見ることかでき、回路素子の
ばらつき、歪み計Ｇ１−Ｇ３のばらつき、３よび歪み計
の出力電圧ＶＯからの擾乱性の影響を除去する。
、演算増幅器Ａ４の出力信号は、増幅された歪み計上力
信号の平均値にオフセットを加えた値に落ち着く、演算
増幅冴Ａ５．歪み計６１〜Ｇ３の共通線、スイッチＳ２
及び演算増幅器Ａ３を通るフィードバックは、出力電圧
ｖＯの平均値を零に減少させるように作用する。これは
回路動作の設定サイクルと見ることかでき、回路素子の
ばらつき、歪み計Ｇ１−Ｇ３のばらつき、３よび歪み計
の出力電圧ＶＯからの擾乱性の影響を除去する。
スイッチＳ３を開放すると、積分器に入力電流か流れな
くなるため、演算増幅器Ａ４の出力は一定となる。スイ
ッチＳ１．Ｓ２を再び同期的にサイクル作動させると、
演算増幅器Ａ３の連続した出力信号は、歪み計Ｇｌ〜Ｇ
３の抵抗の平均値からの偏差に比例する。歪み計Ｇｌ〜
Ｇ３は、１つの電流源から給電されるので、これらの間
電位差は正確に抵抗に比例し、従来のブリッジ回路にみ
られる非直線性は存在しない。通常の動作中は。
くなるため、演算増幅器Ａ４の出力は一定となる。スイ
ッチＳ１．Ｓ２を再び同期的にサイクル作動させると、
演算増幅器Ａ３の連続した出力信号は、歪み計Ｇｌ〜Ｇ
３の抵抗の平均値からの偏差に比例する。歪み計Ｇｌ〜
Ｇ３は、１つの電流源から給電されるので、これらの間
電位差は正確に抵抗に比例し、従来のブリッジ回路にみ
られる非直線性は存在しない。通常の動作中は。
どれかの回路部に生ずる遅いドリフトを補償するように
１．スイッチＳ３開放の測定サイクルに、スイッチＳ３
開成の平均化サイクルを介挿してもよい。実際には、ス
イッチＳ１．５２が切り換えられる都度、スイッチＳ３
を一時的に開放し、演算増幅器Ａ３の出力に生ずるどん
な温度信号も平均化工程に含まれないようにすることか
適切である。
１．スイッチＳ３開放の測定サイクルに、スイッチＳ３
開成の平均化サイクルを介挿してもよい。実際には、ス
イッチＳ１．５２が切り換えられる都度、スイッチＳ３
を一時的に開放し、演算増幅器Ａ３の出力に生ずるどん
な温度信号も平均化工程に含まれないようにすることか
適切である。
演算増幅器Ａ３における電圧オフセットをオとすれば、
演算増幅器Ａ３の出力電圧は、２つの積算性の要素のみ
、即ち抵抗比Ｒ５／Ｒ６及び電圧Ｖｒのみによって前記
抵抗の平均値からの偏差に関連している。従ってこの回
路は、印加入力電圧対基準電圧比にデジタル出力信号か
比例する比率計型のＡ−Ｄ変換器と■み合わせて使用し
た場合に、特に有用である。電圧ＶｒをＡ−Ｄ変換器に
対する基準電圧とした場合、デジタル出力は、歪み計の
平均値からの偏差に抵抗比Ｒ５／Ｒ６を掛けたものに比
例する。従って、回路中の唯一の残存する不安定性の原
因は、この抵抗比Ｒ５／Ｒ６であり、高度に安定した比
をもった抵抗は、低コストで容易に入手てきる。
演算増幅器Ａ３の出力電圧は、２つの積算性の要素のみ
、即ち抵抗比Ｒ５／Ｒ６及び電圧Ｖｒのみによって前記
抵抗の平均値からの偏差に関連している。従ってこの回
路は、印加入力電圧対基準電圧比にデジタル出力信号か
比例する比率計型のＡ−Ｄ変換器と■み合わせて使用し
た場合に、特に有用である。電圧ＶｒをＡ−Ｄ変換器に
対する基準電圧とした場合、デジタル出力は、歪み計の
平均値からの偏差に抵抗比Ｒ５／Ｒ６を掛けたものに比
例する。従って、回路中の唯一の残存する不安定性の原
因は、この抵抗比Ｒ５／Ｒ６であり、高度に安定した比
をもった抵抗は、低コストで容易に入手てきる。
平均抵抗イ１がこの回路によって失われる問題は残存す
る可撤性がある。平均値の変化は、定義によれば全部の
歪み計に同様に影！シ、複数の力を分解する際に除かれ
るので、ジョイスティックに応用する場合、これは重要
ではない。
る可撤性がある。平均値の変化は、定義によれば全部の
歪み計に同様に影！シ、複数の力を分解する際に除かれ
るので、ジョイスティックに応用する場合、これは重要
ではない。
本回路は、歪み計Ｇｌ〜Ｇ３の公称抵抗に等しい値の安
定した基準抵抗を歪み計の組に付加するという簡単な手
段によって、絶対抵抗値を必要とするような場合に使用
することがてきる。抵抗の偏値をデジタル形に変換する
場合は、絶対値への修正は、測定しした基準値の引算に
よって、容易に実現される。別の方法として、スイッチ
Ｓｌ、Ｓ２か基準抵抗に接続されている時にのみスイッ
チＳ３を閉成すれば、演算増幅器Ａ３からの出力信号は
、基準値からの偏値を直接に表わす。
定した基準抵抗を歪み計の組に付加するという簡単な手
段によって、絶対抵抗値を必要とするような場合に使用
することがてきる。抵抗の偏値をデジタル形に変換する
場合は、絶対値への修正は、測定しした基準値の引算に
よって、容易に実現される。別の方法として、スイッチ
Ｓｌ、Ｓ２か基準抵抗に接続されている時にのみスイッ
チＳ３を閉成すれば、演算増幅器Ａ３からの出力信号は
、基準値からの偏値を直接に表わす。
実際的な用途において、単にスイッチＳｌ、Ｓ２の容量
を拡大することによって、どんな数の歪み計又は他の抵
抗装置も接続することかできる。これらのスイッチＳｌ
、Ｓ２は、速度及び信頼性のために１機械的なスイッチ
としてでなく電子的スイッチとして実現することが多い
、電子スイフチの最も重要な欠点である導通時に抵抗値
が比較的高くなることは、この回路によって、重要では
なくなる。
を拡大することによって、どんな数の歪み計又は他の抵
抗装置も接続することかできる。これらのスイッチＳｌ
、Ｓ２は、速度及び信頼性のために１機械的なスイッチ
としてでなく電子的スイッチとして実現することが多い
、電子スイフチの最も重要な欠点である導通時に抵抗値
が比較的高くなることは、この回路によって、重要では
なくなる。
デジタル的に使用する場合に、スイッチＳ３と演算増幅
器Ａ４及びこれに組み合わされた関連素子の代りにＤ−
Ａ変換器を用いることには利点かありうる。その場合、
Ｄ−Ａ変！器は、たとえば演算増幅器Ａ３のデジタル出
力信号を受けるマイクロプロセッサによって駆動しても
よい、これによって、保持コンデンサ回路中の漏洩によ
るドリフトが除かれ、専用平均化サイクルの必要か解消
される。
器Ａ４及びこれに組み合わされた関連素子の代りにＤ−
Ａ変換器を用いることには利点かありうる。その場合、
Ｄ−Ａ変！器は、たとえば演算増幅器Ａ３のデジタル出
力信号を受けるマイクロプロセッサによって駆動しても
よい、これによって、保持コンデンサ回路中の漏洩によ
るドリフトが除かれ、専用平均化サイクルの必要か解消
される。
歪み計Ｇ１−０３の共通線を一定の基準電圧Ｖｒて動作
させることか時に好ましい。この場合に、演算増幅器Ａ
５の出力信号を用いて演算増幅器Ａｌに加わる基準電圧
を変更することによって、フィードバックを保つことか
てきる。最高のフィードバック利得を得るには、抵抗Ｒ
１とツェナーダイオードＺＤＩの基準組合せ回路を単に
廃し、演算増幅器Ａ５の出力を演算増幅器Ａｔの正の入
力に接続するたけてよい。利得が低い場合、演算増幅器
ＡＩは、演算増幅器Ａ５の出力信号の一部分と基準値と
の和を受けることかてきる。いずれの場合にも負帰−を
保つために、演算増幅器Ａ５の入力を相互に入れ換える
ことが必要になる。
させることか時に好ましい。この場合に、演算増幅器Ａ
５の出力信号を用いて演算増幅器Ａｌに加わる基準電圧
を変更することによって、フィードバックを保つことか
てきる。最高のフィードバック利得を得るには、抵抗Ｒ
１とツェナーダイオードＺＤＩの基準組合せ回路を単に
廃し、演算増幅器Ａ５の出力を演算増幅器Ａｔの正の入
力に接続するたけてよい。利得が低い場合、演算増幅器
ＡＩは、演算増幅器Ａ５の出力信号の一部分と基準値と
の和を受けることかてきる。いずれの場合にも負帰−を
保つために、演算増幅器Ａ５の入力を相互に入れ換える
ことが必要になる。
第１図は、１群３個の歪み計のための歪み計の配置形態
を示す斜視図、 第２図は、第１図に示した歪み計の配置形態の平面図、 第３図は、３個１組の歪み計のための別の歪み計装置形
態な°示す平面図、 第４図は、３個１組の歪み計のための更に別の配置形態
を示す磨面ＩＡてあり、歪み計を垂直軸に対し傾斜させ
て示す図、 第５図は、第４図に示した歪み計の配置形態を示す上面
図、 第６図は、３個１組の歪み計を垂直軸線に対し直角に整
列させた状態において、これらの歪み計の配置形態を示
す斜視図、 第７図は、６軸分解のための歪み計装置形態を示す斜視
図、 第８図は、３ｉ１組の歪み計のための電子回路の接続図
である。 主要部分の符号の説明 ｌＯ・・・制御ロット（はり）。 Ｚ・・・軸。 Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・歪み計。
を示す斜視図、 第２図は、第１図に示した歪み計の配置形態の平面図、 第３図は、３個１組の歪み計のための別の歪み計装置形
態な°示す平面図、 第４図は、３個１組の歪み計のための更に別の配置形態
を示す磨面ＩＡてあり、歪み計を垂直軸に対し傾斜させ
て示す図、 第５図は、第４図に示した歪み計の配置形態を示す上面
図、 第６図は、３個１組の歪み計を垂直軸線に対し直角に整
列させた状態において、これらの歪み計の配置形態を示
す斜視図、 第７図は、６軸分解のための歪み計装置形態を示す斜視
図、 第８図は、３ｉ１組の歪み計のための電子回路の接続図
である。 主要部分の符号の説明 ｌＯ・・・制御ロット（はり）。 Ｚ・・・軸。 Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・歪み計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、弾性のはりと、該はりの表面に固着した歪み計とを
備えた形式のアイソメトリック制御装置において、３つ
１組みの少なくとも第１群の歪み計の各々の作動軸が前
記はりの主要軸に対して或る単一の所定の角度傾斜し、
該歪み計は、該はりに沿って第１の所定のレベルに配さ
れていることを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のアイソメトリック制御
装置において、前記単一の所定の角度は、前記はりの材
料のポワソン比のｃｏｔａｎ＾−＾１よりも小さい値を
有することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のアイソメトリック制御
装置において、前記単一の所定の角度は、０°と４５°
との間の或る選択された大きさを有することを特徴とす
るアイソメトリック制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載のアイソメトリック制御
装置において、全部の歪み計が発生した信号をＡ−Ｄ変
換前に逐次サンプリングによって単一の電子回路で処理
することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ５、特許請求の範囲第３項記載のアイソメトリック制御
装置において、全部の歪み計が発生した信号をＡ−Ｄ変
換前に逐次サンプリングによって単一の電子回路で処理
することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載のアイソメトリック制御
装置において、前記３個の歪み計は、前記はり上に前記
主要軸の回りに対称に配されていることを特徴とするア
イソメトリック制御装置。 ７、特許請求の範囲第２項記載のアイソメトリック制御
装置において、前記３個の歪み計は、前記はり上に前記
主要軸の回りに対称に配されていることを特徴とするア
イソメトリック制御装置。 ８、特許請求の範囲第３項記載のアイソメトリック制御
装置において、前記３個の歪み計は、前記はり上に前記
主要軸の回りに対称に配されていることを特徴とするア
イソメトリック制御装置。 ９、特許請求の範囲第６、７又は８項記載のアイソメト
リック制御装置において、前記単一の所定の角度は、０
°と４５°との間の大きさに選択されていることを特徴
とするアイソメトリック制御装置。 １０、弾性のはりと、該はりの表面に固着した歪み計と
を備えた形式のアイソメトリック制御装置において、前
記はりに沿って第１群の歪み計が第１の所定レベルに、
第２群の歪み計が第２の所定レベルにそれぞれ配されて
いることを特徴とするアイソメトリック制御装置。 １１、特許請求の範囲第１０項記載のアイソメトリック
制御装置において、第１群及び第２群は、傾斜した作動
軸線をもった各３個の歪み計を有し、前記はりの主要軸
に対して、第１群の歪み計の作動軸線は第１の所定の角
度傾斜し、第２群の歪み計の作動軸線は第２の所定の角
度傾斜していることを特徴とするアイソメトリック制御
装置。 １２、特許請求の範囲第１１項記載のアイソメトリック
制御装置において、第１及び第２の所定の角度は、互い
に方向が反対で大きさが等しく、この大きさは、前記弾
性はりの材料のポワソン比のｃｏｔａｎ＾−＾１よりも
小さい値を有することを特徴とするアイソメトリック制
御装置。 １３、特許請求の範囲第１１項記載のアイソメトリック
制御装置において、第１及び第２の所定の角度は、０°
と４５°との間で方向が互いに逆の選択された大きさを
有することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 １４、特許請求の範囲第１１項記載のアイソメトリック
制御装置において、全部の歪み計が発生した信号をＡ−
Ｄ変換前に逐次サンプリングによって単一の電子回路で
処理することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 １５、特許請求の範囲第１２項記載のアイソメトリック
制御装置において、全部の歪み計が発生した信号をＡ−
Ｄ変換前に逐次サンプリングによって単一の電子回路で
処理することを特徴とするアイソメトリック制御装置。 １６、特許請求の範囲第１１項記載のアイソメトリック
制御装置において、１つの群の各３個の歪み計は、前記
はり上に前記主要軸の回りに対称に配されていることを
特徴とするアイソメトリック制御装置。 １７、特許請求の範囲第１２項記載のアイソメトリック
制御装置において、１つの群の各３つの歪み計は、前記
はり上に前記主要軸の回りに対称に配されていることを
特徴とするアイソメトリック制御装置。 １８、特許請求の範囲第１６又は１７項記載のアイソメ
トリック制御装置において、第１及び第２の所定の角度
は、０°と４５°との間の大きさに選定され、方向が反
対であることを特徴とするアイソメトリック制御装置。 １９、弾性のはりと、該はりの表面に固着した歪み計と
を備えた形式のアイソメトリック制御装置において、前
記はりに沿って第１群の歪み計が第１の所定レベルに、
第２群の歪み計が第２の所定レベルに、第３群の歪み計
が第３の所定レベルにそれぞれ配されていることを特徴
とするアイソメトリック制御装置。 ２０、特許請求の範囲第１９項記載のアイソメトリック
制御装置において、第１群、第２群及び第３群は、傾斜
した軸線をもった３個の歪み計を有し、前記はりの主要
軸に対して、第１群の歪み計の作動軸線は第１の所定の
角度、第２群の歪み計の作動軸線は第２の所定の角度、
第３群の歪み計の作動軸線は第３の所定の角度傾斜して
いることを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２１、特許請求の範囲第２０項記載のアイソメトリック
制御装置において、第１及び第２の所定の角度は、互に
方向が反対で大きさが等しく、この大きさは、前記弾性
はりの材料のポワソン比のｃｏｔａｎ＾−＾１よりも小
さい値を有することを特徴とするアイソメトリック制御
装置。 ２２、特許請求の範囲第２１項記載のアイソメトリック
制御装置において、第３の所定の角度は９０°であるこ
とを特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２３、特許請求の範囲第２０項記載のアイソメトリック
制御装置において、１つの群の各３つの歪み計は、前記
はり上に前記主要軸の回りに対称に配されていることを
特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２４、特許請求の範囲第２１項記載のアイソメトリック
制御装置において、１つの群の各３つの歪み計は、前記
はり上に前記主要軸の回りに対称に配されていることを
特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２５、特許請求の範囲第２２項記載のアイソメトリック
制御装置において、１つの群の各３個の歪み計は、前記
はり上に前記主要軸の回りに対称に配されていることを
特徴とするアイソメトリック制御装置。 ２６、特許請求の範囲第２４項又は２５項記載のアイソ
メトリック制御装置において、第１、第２及び第３の所
定の角度は、０°と４５°との間の大きさに選定され、
方向が反対であることを特徴とするアイソメトリック制
御装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA487089 | 1985-07-19 | ||
| CA487089 | 1985-07-19 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6226532A true JPS6226532A (ja) | 1987-02-04 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61169067A Pending JPS6226532A (ja) | 1985-07-19 | 1986-07-19 | アイソメトリツク制御装置 |
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| JP (1) | JPS6226532A (ja) |
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