JPS6363913A - 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他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き
、その平面上に装置を置き測定点を中心にして３６０鳴
回転して仰角よたは俯角の最大方向に設定してから、そ
のとぎ承り傾斜角度を読取り、設定した傾斜方位角と読
取った傾斜角をともに合Ｕ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索♀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
に傾斜する傾斜面に対応して傾斜角センサの傾斜方向が
、全方位角となる３６０度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回
動する回転角と、主回転体あるいは直角回転体回転軸の
回動する回転角より検知することができる。さらに本発
明の特徴とすることは、構造上、回転体回転軸の回動す
る角度検知にサーボ式あるいはバランス式等、高精度検
出の角度センＦすを備えることができ、また主回転体あ
るいは直角回転体の回動する角度検知にもサーボ式また
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ために、これら
の各センリ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、常に平衡を保つようにおもりを設けた回転体を支
持するジンバル機構において、前記回転体は前記ジンバ
ル機構により計測する而に対して回動自在に支持され、
前記回転体の回動する回転角を検知する手段として角度
センサを有し、前記ジンバルｉ構を支持する主回転体は
基台上に配置された軸受によって支持され、該主回転体
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、前記基台が傾斜したとき前記回転体と前記主回転体
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
す構造とした構成において、あらゆる傾斜変化に応じて
前記各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
。

さらに問題点を解決するための手段として別の構成では
、常に平衡を保つようにおもりを設けた回転体を支持す
るジンバル機構において、前記回転体は前記ジンバル機
構により計測する面に対して回動自在に支持され、前記
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
号を有し、さらに前記回転体に対して直角となり基台に
配置された軸受によって支持される直角回転体の回動す
る回転角を検知する手段として角度センサを備え、前記
基台か傾斜したとき前記回転体と前記直角回転体を回動
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
とした構成において、あらゆる傾斜変化に応じて前記各
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構成されている。

（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おり、同図（イ）
は、角度センサ（Ｙ軸）１と、角度センサ（Ｙ軸）２と
回転体３と重り４と、ジンバル機構５と、主回転体６と
主回転体軸受７と、ジンバル機構軸受７ａと、回転体軸
受７ｄおよび基台８で構成されている。続いて同図（ロ
）は角度センサ（Ｙ軸）１と、角度センサ（Ｙ軸）２と
、回転体３ａと、重り４ａとジンバル機構５８と直角回
転体６ａとジンバル機構軸受７ｂと直角回転体軸受７Ｃ
と回転体軸受７ｅと基台８により構成され、計測するあ
らゆる方向の傾斜に応じて回転体の回動する回転角を角
度センサ（Ｙ軸）１で検知し、＋’ｔｉｉ記主回転体６
あるいは直角回転体６ａの回転角を角度セン＋Ｊ（Ｙ軸
）２で検知している。

傾斜角θには、次式　θに＝　　−ｘ”＋ｙ’によって
定められ、全方位傾斜内針の原理を説明する図式である
。

第２図は第１図（イ）をより詳しく説明する図であり、
回転体３に重り４と浮ぎ９を付けて容器内に液体を充填
し地軸に対する鉛直性を向上させている。さらに同図は
方位角センサ１３を組合せ、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Ｙ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。

同図のスリップリング１０は回動する角度センサ（Ｙ軸
）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１０を設定して構成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３図は本発明による第１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６は主回転体軸受７により左
右から支持され、そして回転体３の回転軸は回転体軸受
７ｄにより支持され、該主回転体回転軸に対して直角に
なるようにジンバル機構軸受７ａによりジンバル機構５
が支持されている。従って計測する面の傾斜に応じて、
基台８と容器１２が傾斜すれば回転体３に備えた千り４
は、常に鉛直線になるように回転体３を回動させ平衡を
保つ、もつとも回転体３を支持するジンバル機構５は、
あらゆる傾斜に応じ回転体３の平衡を保つために回動す
る、即ちいかなる傾斜の変化に対しても重り４は地軸に
対する鉛直性を保持しようとするため回転体３とジンバ
ル機構５を回動させ常に鉛直を保も安定する。

該回転体３の回転軸に角度センサ（Ｙ軸）１を設定し主
回転体６の回転軸に角度センサ（Ｙ軸）２を設定した各
センナはサーボ式角度センサから構成されているが、Ｙ
軸、Ｙ軸台センサともに、サーボ式を備えていても本発
明の原理ｆＳ造から、ＸＹ軸相互間に影響なく各回転体
の回転変位を検知し、各角度センサからの出力を合成す
ることにより傾斜角ｅｋを検出し、さらに傾斜角θによ
り傾斜方位角Ｏｈを検出することができる。

図より各部品は基台８と、平衡バラン吠１１、容器１２
から構成されている。また必要に応じて容器１２の中に
シリコン等の液体を充填して運動物体のダンパ効果を持
たせる場合もある。

第４図は本発明による第２実施例を示した図で容器１２
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。図より各部は角度センサ（Ｙ軸）１、角度センＦｊ
（Ｙ軸）２、回転体３、中り４、ジンバル機構５、主回
転体６、主回転体軸受７、ジンバルｉ横軸受７ａ、１台
８、浮き９と、平衡バランサ１１、容器１２、方位角セ
ンサ］３から構成されていて特に角度センサはＹ軸、Ｙ
軸ともにサーボ式ＩａＭＡを取付けて検出している。

Δ］測する面のあらゆる傾斜に応じて、回転体３の平衡
を保つため重り４と、浮き９を設けてあり回転体３の回
動する回転角を角度センサ（Ｘ軸）１で検知する、なお
回転体３の平衡を保つためにジンバル機構５は回動する
。ジンバル機構５を支持する主回転体６の回動する回転
角を角度センサ（Ｙ軸）２で検知している。

本実施例では各回転体の回動する回転角検出精度を向上
させる為と、運動物体を早く安定さけるため容器内にシ
リコン液を充填してあり回転体３に設けた重り４と浮き
９で鉛直性を高めている。

第５図（イ）は第１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、角度センサ（Ｘ軸）１の出力と
角度センサ（Ｙ軸）２の出力は各増幅３１４で増幅され
Ｘ軸と、Ｙ軸の各出力は論理演瞠器１５で合成信号とな
り傾斜角ｅｋは傾斜角表示器１６で表示される。また傾
斜角θにより次の論理演悼器１５で０出された方位角θ
ｈは、傾斜方位角表示器１７で表示される。

第５図（ロ）は第２実施例を使用し計測するときの電気
回路構成図例であり、角麿センＩＸ軸）１の出力と角度
レンリ−（Ｙ軸）２の出力は各増幅器１４で“増幅され
Ｘ軸と、Ｙ軸の各出力は論理演ｃ７蔦１５で合成信号と
なり傾斜角ｅｋは傾斜角表示器１６で表示ｄれる。方位
角検出は独立した構成により、方位角センサ１３で検知
した信号は増幅器１４を通り論理演緯器１５で（頃斜方
位角Ｏｈを検出し、傾斜方位角表示器１７で表示される
。

第１、第２実施例では適用していないが計測する傾斜角
が大きい場合、例えば全方位傾斜角９０磨以上となれば
、角度センサ（Ｘ軸）１からの配線取出しがジンバル機
構の自由回動に＋＞６　ｍを与える傾向があるため各回
転軸にスリップリング１０を設けて配線体抵抗の影響を
なくした。

伯の応用例として本発明の各角度センサはポテンショメ
ータからシンクロまたはｔナーボ式センサまであらゆる
機種の角度センサを設定することによりＸ軸、Ｙ軸を検
知することができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明による全方位傾斜置針
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
角度センナ自体は、従来の実績あるサーボ式センサまた
は角度センサを設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置針を提供
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
角度セン号に準する。

【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す図である。 第２図は第１図に浮き９、スリップリング１０、そして
方位角センサ１３を追加し検出精度を向上させた応用例
を示した図である。 第３図は本発明による第１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。 第４図は本発明による第２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。応用例として方位角専用セン■すを備えた構成図
を示している。 第５図（イ）は本発明による第１実施例を使用し、全方
位傾斜置針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）は本発明による第２実施例を使用し、全方
位傾斜置針を動作させ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として構成し
た図である。 １・・・角度センサ（Ｘ軸） ２・・・角度セン号（Ｙ軸） １３・・・方位角センサ　　　　１４・・・増幅器１５
・・・論理演口器　　　　　１６・・・傾斜角表示器１
７・・・傾斜方位角表示器 特ム）出願人　　　両輪　繁己 第２図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　常に平衡を保つようにおもりを設けた回転体を
   支持するジンバル機構において、前記回転体は前記ジン
   バル機構により計測する面に対して回動自在に支持され
   、前記回転体の回動する回転角を検知する手段として角
   度センサを有し、前記ジンバル機構を支持する主回転体
   は基台に配置された軸受によって支持され、該主回転体
   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、前記基台が傾斜したとき前記回転体と前記主回転体
   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
   す構造とした構成において、あらゆる傾斜変化に応じて
   前記各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）　常に平衡を保つようにおもりを設けた回転体を
   支持するジンバル機構において、前記回転体は前記ジン
   バル機構により計測する面に対して回動自在に支持され
   、前記回転体の回動する回転角を検知する手段として角
   度センサを有し、さらに前記回転体に対して直角となり
   基台に配置された軸受によって支持される直角回転体の
   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
   、前記基台が傾斜したとき前記回転体と前記直角回転体
   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
   す構造とした構成において、あらゆる傾斜変化に応じて
   前記各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。
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）　前記基台が傾斜したときの前記運動物体におも
   りと浮きあるいは浮きを設けた構造とし、鉛直性を向上
   させ、さらに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。