JPS63302302A - 二次元倒れ角センサ - 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］ 未発ＩＩは、二次元的に傾動する支柱の変位方向と変位
量を同時に検出することが可能な二次元倒れ角センサに
関するものであり、ざらに詳しくは、これまで、ひずみ
ゲージ、ダイアルゲージ。

差動トランス等で測定していた構造物の変位計測のみな
らず、力、加速度、速度、角速度、角加速度等を検出す
る各種力学量センサとしても利用でき、さらに、マンマ
シンインターフェースとしてジョイスティック等に代わ
る指令入力部等としても用いることが可能な二次元倒れ
角センサに関するものである。

［従来の技術］ コンデンサを構成する対板間の対向面積を可変にし、あ
るいは上記対板間のギャップを可変にし向の変位計を測
定するのが通例である。

一方、上記コンデンサや、一般的に変位１ｉ１１１定に
用いられているひずみゲージ、差動トランス等を二次元
方向変位の同時計ａｌｌに用いようとすると、それぞれ
の軸方向計測のためのセットアツプが必要で、構造が複
雑化し、しかも、それによって測定系の伝達特性が変化
することもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、支持台上において二次元的に傾動可能な支柱
の上記支持台に対する傾動の方向と変位量を同時に検出
ｏｆ能とし、しかも、それらの設置作業が簡便であるば
かりでなく、高精度に計測可能な静電容量変化を利用す
ることにより、小型化されたセンサで精度よく測定でき
るようにした二次元倒れ角センサを提供しようとするも
のであ角センサは、支持台上に二次元的に傾動Ｄｒ能な
支＋）：先備え、上記支持台−Ｈに、中立位置の支柱の
軸線の周囲に回転面を形成する電極板を設けると共に、
支柱上に上記支持台上の゛電極板に平行する電極板を設
けて、両電極板を対面させ、これらの電極板の少なくと
も一方を、上記支柱の軸線のまわりにおいて数個の板片
に分割し、両′屯極扱間にコンデンサを形成させて、上
記数個の板片における静電容量変化の差動成分に基づい
て支持台に対する支柱の二次元方向傾斜を計Ａｌｌ可能
にしたものである。

［作　用］ 支持台上に設けた二次元的に傾動可能な支柱が任意方向
に傾動すると、上記支持台と支柱に設けたコンデンサを
形成する電極板において、静電容な傾動の方向と変位量
を同時に計泪１することができる。この場合に、高精度
に計４（１用能な静電容量変化を利用しているので、小
型化されたセンサによって、精度よ＜Ａ１１Ｉ定でき、
その設置作業も簡便になる。

［実施例］ 第１図ないし第３図は本発明の実施例を示している。

第１図の二次元倒れ角センサは、支持台１ｈの支持突部
２の上端に、球面軸受３により支柱４を二次元的に傾動
Ｉｉ（能に取付け、上記支持台１上に円板状の電極板５
を固定すると共に、支柱４の下端に一ヒ記電極板５に対
面する電極板６を取付けている。Ｌ配電極板６は、支柱
４が中立位置にある状態において支持台ｌ上の電極板５
に対して平行上記両電極板５．６は、これらの分割され
た板片６ａ〜６ｄにより支柱回りに多数のコンデフナ群
を形成するもので、図示しない静電容猷検出回路に接続
し、数個の板片６ａ〜６ｄにおける静電容量変化の差動
成分に基づいて、支持台ｌに対する支柱４の二イ犬元的
な傾動の方向と変位量を同時に計測するように構成して
いる。即ち、支柱４が任意の方向に傾動すると、その傾
動方向における球面軸受３の両側で電極板５，６間のギ
ャップの変化に伴い静電容量が一様に増減するので、そ
れを差動静電界がとして取出すことにより、支柱４の傾
きを正確に検出することができる。

北上静電容量変化の差動成分は、対向する板片について
の差動成分、あるいは相隣合う板片についての差動成分
とすることができる。また、上記に、その覆いの外表面
を誘電性とし、静電遮蔽して４１１１定精度の向−ヒを
図ることができる。

第２図に示す実施例は、支持台１１上の支持突部１２の
上端に、球面軸受１３により支柱１４を二次元的に傾動
可能に取付け、上記支持台ｌｌ上における支持突部１２
の周囲に円筒状の電極板１５を固定すると共に、支柱１
４の下端に放射方向の腕１７を介して上記電極板１５に
対面する円筒状の電極板１６を取付けている。上記電極
板１６は、支柱１４が中立位置にある状態において支持
台１１に、の電極板１５に対して平行になるように回心
状に配設され、しかもこの′電極板１６は支柱１４の軸
線のまわりにおいて４個の均等な板片１６ａ〜１６ｄに
分割されている。支持台ｌｌ上の支持突部１２の上端に
取付けた球面軸受１３は、その回転中心を支柱１４に取
付けた電極板１６の上端１５．１６を静電容量検出回路
に接続し、数個の板片１６ａ〜＋６ｄにおける静電容量
変化の差動成分に基づいて、支柱１４の二次元的な傾動
の方向と変位量を同時に計測することは、前述した実施
例の場合と同様である。なお、支持台ｌｌ上に取付けた
円筒状の電極板１５により構成される容器の上部を可撓
性の遮蔽ｌり１８により被覆し、その容器内に誘電性液
体を封入することにより、感度及び測定精度を一層高め
ることができる。

第３図に示す実施例は、支持台２１上の支持突部２２の
上端に、球面軸受２３により支柱２４を二次元的に傾動
ＤＴ能に取付け、上記支持台２１上における支持突部２
２の周囲に、球面軸受２３の回転中心に中心をもつ球状
の電極板２５を腕２７により固定すると共に、支柱２４
に上記球状の電極板２５と同心の球状のれ、しかもこの
電極板２６は支柱２４の軸線のまわりにおいて４個の均
等な板片２６ａ〜２６ｄ（一部図示省略）に分割されて
いる。

上記倒れ角センサは、その電極板２５．２６を静電容量
検出回路に接続し、数個の板片２６ａ〜２６ｄにおける
静電容量変化の差動成分に基づいて、支柱２４の二次元
的な傾動の方向と変位量を同時に計測することは、前述
した第１図及びｆ５２図の実施例の場合と同様であるが
、この倒れ角センサはでは、支柱２４の傾動に伴う電極
板２５．２６の対向面積の変化を静電容量の変化として
検出している点で、支柱の傾動に伴って生じる電極間の
距離の変化を静電容量の変化として検出している第１図
及び第２図の場合とは相違している。

上述した各実施例においては、支持台上に、中上記支柱
の軸線のまわりにおいて数個の板片に分割しているが、
支持台に固定した電極板を数個に分割して、支柱に取付
けた電極板を非分割のものとすることもでき、また支持
台及び支柱に取付けた両′屯極板を数個に分割すること
もできる。

また、上述した倒れ角センサは、支柱−支持台系にあら
かじめ設計された二次元方向カー変位特性を持たせ、且
つ、検出感度も設計されたものとすることができ、しか
も単一素子で二次元方向についての計測を同時に行うこ
とができるので、センサの取付は作業が簡便化され、精
度、信・積度の大幅な改善が期待できる。

さら′に、現在の静電容量計測技術が向上していること
により、０．０１ｐＦオーダの静電容量変化に見合う程
度にまで小型微小化が行える。

体の変位、角変位量を接触方式でＡｌ１定できるもので
あるか、それのみならず、傾き色量、加速度計、角加速
度計、さらにはロボット等の動作指令入力装置としても
応用できる。

傾き偽計や加速度計は、第４図に例示するように、支持
台４１に対する支柱４４の取付構造部４３をスプリング
要素とし、支柱４４の先端部に質量４７を付加すること
により構成される。なお、同図中、４５及び４６は電極
板を示している。

角加速度計も同様のメカニズムを利用して得ることがで
き、また、変位−力校正を行うことにより、二次元力計
としても利用できる。

ロボット等の動作指令入力装置としては、この二次元倒
れ角センナをロボットの−か所の二軸関節に対応させ、
第５図に示すように、複数の倒れより、関節角の倒れ角
とその方向を指定すると、その形状通りにスレーブマニ
ピュレータが動くようなマンマシンインターフェース部
でアル。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の二次元倒れ角センサによれば、
支持台上において二次元的に傾動可能な支柱の上記支持
台に対する傾動の方向と変位量を同時に検出することが
でき、しかも、それらの設置作業が簡便であるばかりで
なく、高精度に計測可能な静電容量変化を利用すること
により、小型化されたセンサで精度よく測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の二次元倒れ角センサの異な
る実施例を示す斜視図、ｔｊＩＪ３図は同断面１．１１
．２１，４１・番支持台、 ３．１３，２３　・・球面軸受、 ４．１４，２４，４４．５４−−支柱、５．６，１５，
１６，２５，２６，４５，４６　争拳電極板、６ａ〜６
ｄ、　１６ａ　−１６ｄ、　２６ａ　〜２６ｄ　＊　＊
板片。 指定代理人 第１図 、シｌｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、支持台上に二次元的に傾動可能な支柱を備え、上記
   支持台上に、中立位置の支柱の軸線の周囲に回転面を形
   成する電極板を設けると共に、支柱上に上記支持台上の
   電極板に平行する電極板を設けて、両電極板を対面させ
   、これらの電極板の少なくとも一方を、上記支柱の軸線
   のまわりにおいて数個の板片に分割し、両電極板間にコ
   ンデンサを形成させて、上記数個の板片における静電容
   量変化の差動成分に基づいて支持台に対する支柱の二次
   元方向傾斜を計測可能にしたことを特徴とする二次元倒
   れ角センサ。