JPS6363912A - 全方位傾斜角計 - 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） 本発明は構造体や移動体の傾斜角並びに傾斜方位角を検
出する全方位傾斜角計に関する。

（従来の技術） 産業用ロボット、船舶、土木建設工事用、特殊車両等で
、常に全方位傾斜角度を検知したいという要請があるが
、この場合最大傾斜角とその方位角を同時に検知されな
ければ検出値を自動制御その伯に利用できない場合が極
めて多い。

従来の傾斜角測定装置としては、−軸方向のみの傾斜角
度を表示するものがある。

このような装置ではある平面上で任意の傾斜を計ると８
、その平面上に装置を置き測定点を中心にして３６０度
回転して仰角または俯角の最大方向に設定してから、そ
のとき示す傾斜角度を読取り、設定した傾斜方位角と読
取った傾斜角をともに合けてデータとして利用している
、このように手動による作業は広範囲の方位角に素早く
対応したりすることが難しく分解能にも制約される。

近来、特に電気信号による自動制御への利用要求が多い
が、従来の安価な装置では到底応じられないという欠点
があった。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の一般的な従来の方法では、手動により読取るため
広範囲の方位角に対応することが難しく、従来の安価な
装置では到底応じられないという欠点があった。これら
従来装置の欠点を解決するためには計測面上で任意方向
に傾斜する傾斜角センサの傾斜方向が、全方位角となる
３６０磨の任意方向を自動的に検知できる機能が必要で
ある。

本発明は前記の問題点を解決するために、構造体の傾斜
する傾斜方向の変化に応じて変化する回転体回転軸の傾
斜角と回転体の回動する回転角との合成信号から検出で
きる。

ざらに本発明の特徴とすることは、構造上、回転体回転
軸の傾斜する傾斜角検知にサーボ式あるいはバランス式
等、高精度検出の傾斜角センサを備えることができ、ま
た回転体の回動する回転角検知にもサーボ式あるいはバ
ランス式等が組合される構造に成っていて、高精度検出
の角度センサを備えることが出来る為に、これらの各セ
ンサ出力からの合成信号により傾斜角と傾斜方位角を検
出することによって、電気的出力による自動制御信号と
して利用できる等、高精度検出が容易でありさらに応答
速度も向上し、しかも構造が堅牢で安価な全方位傾斜角
計を提供できることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するために本発明による全方位傾斜角
計は、測定されるべき構造の面に対して直線上に配置さ
れた軸受によって支持される主回転体と、該主回転体に
支持される部分回転体が前記主回転体回転軸と軸方向を
同じくして回動出来るように軸受によって支持され、前
記構造が傾斜したとき前記主回転体と前記部分回転体を
回動きける手段として回転軸から重心を一方向にずらす
構造とし、前記主回転体と同傾斜となるｌ’ｌ口記口封
部分回転体斜を検知する手段として前記部分回転体の回
転軸上に方向を持つように支持される傾斜角セン量すを
右し、さらに前記主回転体の回動する回転角を検知する
手段として角度ゼンサを備える構造とした構成において
、あらゆる傾斜変化に応じて前記傾斜角センサと前記角
度セン（すから出力される信号によって傾斜角ならびに
傾斜方位角を検出できるようにした構成としている。

また、問題点を解決７るための手段として別の構成では
、測定されるべき構造の面に対して直線上に配置された
軸受によって支持される傾斜回転体と、該傾斜回転体の
回転軸と軸方向を同じくして角度回転体が回動出来るよ
うに軸受によって支持され、前記構造が傾斜したとき前
記傾斜回転体と前記角度回転体を回動させる手段として
回転軸から重心を一方向にずらす構造とし、前記角度回
転体と同傾斜となる前記傾斜回転体の傾斜を検知する手
段として回転軸上に方向を持つように支持される傾斜角
センサを有し、さらに前記角度回転体の回動する回転角
を検知する手段として角度センサを備えた構造とする構
成において、あらゆる傾斜変化に応じて前記傾斜角セン
サと前記角度センサから出力される信号によって傾斜角
並びに傾斜方位角を検出できるようにした構成としてい
る。

（作　　用） 以下、図面を参照し動作作用を説明する。

第１図は本発明の基本原理を示す図であり、同図（イ）
は傾斜角センサ（Ｘ軸）１と、角度センサ（Ｙ軸）２と
主回転体３と部分回転体４と主回転体軸受５と部分回転
体軸受５ａ、ｆ：ｉよび基台６で構成されている。続い
て同図（ロ）は傾斜角センサ（Ｘ軸）１と角度センサ（
Ｙ軸）２と傾斜回転体４ａと傾斜回転体軸受５Ｃと角度
回転体３ａと角度回転体軸受５ｂと基台６から構成され
傾斜変位を傾斜角センサ（×）１仙）１で検知し、該主
回転体３、あるいは角度回転体３ａの繕準からの回転角
を角度レンナ（Ｙ軸）２で検知する。

傾斜角θには、次式　θに＝、／Ｔゝ７７７によって定
められ、全方位傾斜角計の原理を説明する図式である。

第２図くイ）は計測されるべき構造の面に対して、水平
な直線上に固定された軸受５によって支持される主回転
体３と、部分回転体４を示した、基本的原形を示す図で
ある。

第２図（ロ）は計測されるべき構造の面に対して、水平
から垂直までの任意の直線上にある軸受５によって支持
される主回転体３を示した図であり、該主回転体３を支
持した軸受５の傾斜をαとすれば、任意のα傾斜角で固
定しても本来の動作が可能であることを示している図で
ある。

但し、垂直近傍の直線上で固定された軸受５によって支
持される主回転体３は、微小傾斜に対して主回転体３ま
たは部分回転体４の回動に影響を与える傾向がある。

第３図は第１図（イ）をより詳しく示す図であり同図は
主回転体３の回転軸上に軸方向を同じくして部分回転体
４を回動自在に保持して、回転体回転軸上に方向を持つ
ように支持される傾斜角センサ（Ｘ軸）１に振子式セン
サを備えていて振子式の軸受５ｄが部分回転体４の傾斜
方向および鉛直線に対して常に直角となり、理想的な検
知姿勢を構成する図を示している。

そして第３図には方位角センサ１０を組合わせ、傾斜方
位角を方位角専用センサで検出する構成とした図を示し
ている。方位角検知の現状ではＸ軸とＹ軸との出力によ
り傾斜方位角を演算検出するよりも傾斜方位角専用セン
サを組合わせた方が、部品、材料入手と共に安価に出来
るため実用的応用例として示した図である。

第３図に図示したスリップリング８は、回動する傾斜角
センサ°（Ｘ＠＞　１からの電気信号出入口として、配
線体抵抗の影響を少なくするために前記各回転体の回転
軸にスリップリング８を設定した図を示している。

（実　施　例） 以下、図面を参照し本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明による実施例を示した図であり、容器の
一部を切り欠いて内部が見えるようにした実装図である
。

図において主回転体３は主回転体軸受５により左右から
支持され、そして回転軸方向を同じくして部分回転体軸
受５ａにより支持される部分回転体４は計測する面に対
して水平に固定されている。

主回転体３と、部分回転体４は基台６及び容器７が傾斜
したとき容易に回動させる手段として、回転体の回転軸
から小心を一方向にずらしてあり、基台６及び容器７が
あらゆる方向の傾斜状態でも、主回転体３あるいは部分
回転体４となる各回転体の一方向にずらしである重い部
分は常に鉛直性を保ら安定覆る。

該部分回転体４には回転軸上に方向を持つように支持さ
れる傾斜角センサ（ＸＩＮり１を有し、この傾斜角セン
サは１ナ一ポ式傾斜角センサを備えてあり、ざらに主回
転体３の回動する回転角を検知する手段として角度セン
サ（Ｙ軸）２を設定し、この角度センサもサーボ式角度
センサから構成されているが、Ｘ軸、Ｙ軸台センサとも
にサーボ式を設定していても本発明の原理構造から、Ｘ
Ｙ軸相互問に影響なく検知できる構成にしである。

傾斜回転体４に支持される傾斜角センサ（Ｘ軸）１は、
振子形サーボ式を備えているが、振子式は物理的に横軸
を中心として重い方が下を向くように回転するため、鉛
直線からみて直角になる横軸の場合が最良の状態とされ
ている。

従って本発明における原理ならびに実施例では主回転体
３の如何なる傾斜および回動においても、部分回転体４
に支持された傾斜角センサ（Ｘ軸）１は、常に理想的な
姿勢で主回転体回転軸の傾斜変化を検知することができ
る。

以上、動作原理は前項でも説明した如く傾斜角と傾斜方
位角を同時に検知するようにした構成は、部分回転体４
の基準からの傾斜角を傾斜角センサ（Ｘ軸）１で検知し
、主回転体３のｐＱからの回転角を角酊センサ（Ｙ軸）
２で検知している。

基台−Ｌで構成される各回転体の地軸に対する鉛直性を
向上さけるため場合によっては容器７の中にシリコン等
の液体を充填してあり、それに運動物体のダンパ効果も
高めている。

さらに計測する傾斜角が大きい場合、傾斜角セン［すか
らの配線取出しが回転体の回動に影響を与える可能性が
あるため、回転体の回転軸にスリップリング８を設定し
て配線体抵抗の影響をできるだけ減少させるように構成
しである。

また図のように方位角センサ１０を専用に備えて独立し
た機能で傾斜方位角を検知しｈ位角専用回路構成から傾
斜方位角を表示する場合もある。

第５図は本実施例を使用して計測するときの電気回路構
成図例であり、同図（イ）は傾斜角センｌす（Ｘ軸）１
の出力と、角度センサ（Ｙ軸）２の出力は各増幅器１１
を通り、各出力は論理演算器１２で合成信号となり、傾
斜角ｅｋは傾斜角表示器１３で表示されている、傾斜方
位角Ｏｈは論理演鋒器１２からの信号をつぎの論理演算
器１２で９出して、傾斜方位角表示器１４で表示される
。

同図（ロ）は傾斜方位角検出を方位角センサ１０により
独立して構成されていて、専用センサからの出力は増幅
器１１を通り、論理演算器１２で弾出された方位角０［
）は傾斜方位角表示器１４で表示されている。それから
傾斜角検出の構成（ついては同図（イ）と同じで、傾斜
角センサ（Ｘ軸）１の出力と、角度センサ（Ｙ軸）２の
出力が各増幅器１１を通り、各出力は論理演算器１２で
合成信号となり、傾斜角ｅｋは傾斜角表示器１３で表示
されている。

（発明の効果） 以上説明してぎたように、本発明による全方位傾斜角計
は、傾斜角出力と傾斜方位角出力を電気信号として操作
表示したり、あるいは構造体の姿勢を自動制御する電気
信号等として利用できる。

今まで述べた動作原理や実施例等より明らかなように各
角度センサ自体は、従来の実績ある傾斜角センサまたは
角度センサをＣ２定することが可能な構造であるため、
適用例が多く汎用性を兼ね備えた全方位傾斜角計を提供
することができる。

効果は全方位傾斜角と傾斜方位角を同時に検知出来る検
出装置となり、性能、及び分解能も従来の実績ある一軸
角度センサに準する。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の基本原理を示す図であり、第１
図（ロ）はさらに本発明の基本原理を示ず図である。 第２図（イ）は測定する面に対して水平な直線上に固定
された回転体を示す基本的原型を示した。 第２図（ロ）は測定する面に対して任意のα傾斜角で固
定しても本来の動作作用が可能であることを示す図であ
る。 第３図は第１図の基本動作である振子式の様子をより詳
しく示している図であり、またスリップリングや、それ
から傾斜方位角センサを組合わせた応用例を示す図であ
る。 第４図は本発明による実施例を示した図であり、容器を
切り開いて内部が見える実装図を示した。 第５図（イ）は本発明による実施例を使用し、全方位傾
斜角計を動作させるときの、電気回路構成ブロック図例
を示す図である。 第５図（ロ）は本発明による実施例を使用して、全方位
傾斜角計を動作さけるときの電気回路構成ブロック図例
を示し、さらに傾斜方位角センサを専用に構成した図で
ある。 １・・・傾斜角センサ（Ｘ軸） ２・・・角度センサ（Ｙ軸） ３・・・主回転体 ４・・・部分回転体 ３ａ・・・角度回転体 ４ａ・・・傾斜回転体 １０・・・方位角センサ １１・・・増幅器 １２・・・論理演停器 １３・・・傾斜角表示器 １４・・・傾斜方位角表示器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　測定されるべき構造の面に対して直線上に配置
   された軸受によつて支持される主回転体と、該主回転体
   に支持される部分回転体が前記主回転体回転軸と軸方向
   を同じくして回動出来るように軸受によつて支持され、
   前記構造が傾斜したとき前記主回転体と前記部分回転体
   を回動させる手段として回転軸から重心を一方向にずら
   す構造とし、前記主回転体と同傾斜となる前記部分回転
   体の傾斜を検知する手段として前記部分回転体の回転軸
   上に方向を持つように支持される傾斜角センサを有し、
   さらに前記主回転体の回動する回転角を検知する手段と
   して角度センサを備えた構造とする構成において、あら
   ゆる傾斜変化に応じて前記傾斜角センサと前記角度セン
   サから出力される信号によって傾斜角並びに傾斜方位角
   を検出するようにしたことを特徴とする全方位傾斜角計
   。
2. （２）　測定されるべき構造の面に対して直線上に配置
   された軸受によつて支持される傾斜回転体と、該傾斜回
   転体の回転軸と軸方向を同じくして角度回転体が回動出
   来るように軸受によつて支持され、前記構造が傾斜した
   とき前記傾斜回転体と前記角度回転体を回動させる手段
   として回転軸から重心を一方向にずらす構造とし、前記
   角度回転体と同傾斜となる前記傾斜回転体の傾斜を検知
   する手段として回転軸上に方向を持つように支持される
   傾斜角センサを有し、さらに前記角度回転体の回動する
   回転角を検知する手段として角度センサを備えた構造と
   する構成において、あらゆる傾斜変化に応じて前記傾斜
   角センサと前記角度センサから出力される信号によつて
   傾斜角並びに傾斜方位角を検出するようにしたことを特
   徴とする全方位傾斜角計。
3. （３）　前記各回転体の回転軸にスリップリングを備え
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項並びに第２項
   記載の全方位傾斜角計。
4. （４）　前記構造が傾斜したとき、前記運動物体のダン
   パ効果を作り早く安定させる手段として、前記構成の容
   器内に液体を充填したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項並びに第２項記載の全方位傾斜角計。
5. （５）　前記特許請求の範囲第１項並びに第２項記載の
   全方位傾斜角計に於いて、前記全方位傾斜角計の構造体
   に固定される方位角センサにより傾斜方位角を検出する
   手段として構成することを特徴とする全方位傾斜角計。