JPWO2013061989A1 - 重心検出システム - Google Patents

Abstract

コンテナ貨物車両に限ることなく様々な被検出対象物の重心を正確に検出することができる汎用性の高い重心検出システムを提供する。被検出対象物４０が載置される載置板１０と、弾性力を有して載置板１０を支持するバネ１２と、上下方向の被検出対象物４０の往復運動を検出する加速度センサと、ロール方向揺動中心軸１６を中心とする被検出対象物４０の単振子運動を検出する角速度センサと、Ｘ軸方向への載置板１０の移動を規制するＸ軸規制用ガイド部２１とを設け、データ処理装置３によって、加速度センサ１３及び角速度センサ１４の検出結果に基づいて、上下方向のロール方向揺動中心軸１６から被検出対象物４０の重心Ｗまでの重心高さを算出する。

Description

本発明は、被検知対象物の重心を検出する重心検出システムに係り、特に載置板に載置された被検知対象物を揺動させることで重心を検出する重心検出システムに関する。

本件発明者は、先の出願（特許文献１参照）において、積載状態が不明なコンテナ貨物の３次元空間上の重心位置を検出する重心検出装置を提案している。特許文献１に示されている重心検出装置は、コンテナ貨物車両の縦揺れ及び横揺れを検出する揺動検出器と、演算ユニットとを備えている。揺動検出器によって検出された縦揺れを、コンテナ貨物車両の重心を質点とした上下（自重）方向の往復運動に対応させると共に、揺動検出器によって検出された横揺れを、コンテナ貨物車両の車軸を支点とし、コンテナ貨物車両の重心を質点としたロール方向の単振子運動に対応させ、演算ユニットによって演算することで、コンテナ貨物車両の重心位置を導くように構成されている。

特許文献１に示されている重心検出技術は、図１１に示すような重心検出モデルに基づくものである。ここで、図１１に示す重心検出モデルでは、車軸が揺動中心軸に対応し、ばね構造体間の幅「ｂ」、重力加速度「ｇ」、円周率「π」、上下方向の縦揺れ周波数「ｖ」、ロール方向の横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度「α」から、車軸からコンテナ貨物車両（被検知対象物）の重心Ｗまでの上下方向の重心高さ「ｌ（スモールエル）」及び車軸からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の重心位置「ｓ」を求めることができる。従って、揺動検出器によってコンテナ貨物車両の縦揺れ及び横揺れを検出して、上下方向の縦揺れ周波数「ｖ」、ロール方向の横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度「α」を求めることで、車軸からコンテナ貨物車両（被検知対象物）の重心Ｗまでの上下方向の重心高さ「ｌ（スモールエル）」及び車軸からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の重心位置「ｓ」を算出することが可能になる。なお、中心角度「α」は、図１１に示すように車軸を通る垂直中心ラインと、横揺れの中心を示す横揺れ中心ラインとの間のなす角であり、揺動検出器によってコンテナ貨物車両の横揺れを検出することで求めることができる。

この重心検出モデルを用いて、コンテナ貨物車両に限ることなく様々な被検出対象物の重心を検出することができる汎用性の高い重心検出装置の構築が望まれる。この重心検出モデルを用いることで、不定形で重量も不明な被検出対象物であっても重心位置をわずか数秒で検出することができ、応用できる分野も無数となり産業上の価値は計り知れない。
例えば卓上型のコンパクトな重心検出装置を構築できれば、手押し台車に載せて使うこともできて、とても便利であるし、装置製作に必要な原材料もごく低廉になる。

特許第４５１７１０７号

しかしながら、図１１に示す重心検出モデルを単純に適用したのみでは、コンテナ貨物車両以外の被検出対象物の重心を正確に検出することができないという問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、コンテナ貨物車両に限ることなく様々な被検出対象物の重心を正確に検出することができる汎用性の高い重心検出システムを提供することにある。

本発明の重心検出システムは、被検出対象物が載置される載置板と、弾性力を有して前記載置板を支持する支持手段と、前記載置板に対して垂直な上下方向の前記被検出対象物の往復運動を検出する上下方向検出手段と、前記載置板に対して平行なロール方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するロール方向検出手段と、重力が作用するＺ軸方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するＸ軸方向への前記載置板の移動を規制するＸ軸方向規制手段と、前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心高さを算出するデータ処理手段とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の重心検出システムにおいて、前記データ処理手段は、前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交する左右方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心位置を算出するようにしても良い。
さらに、本発明の重心検出システムにおいて、前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するピッチ方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するピッチ方向検出手段と、重力が作用するＺ軸方向及び前記ピッチ方向揺動中心軸とそれぞれ直交するＹ軸方向への前記載置板の移動を規制するＹ軸方向規制手段とを具備し、前記データ処理手段は、前記上下方向検出手段、及び前記ピッチ方向検出手段の検出結果に基づいて、前記載置板上における前記被検出対象物の重心位置を算出するようにしても良い。
さらに、本発明の重心検出システムにおいて、前記載置板は、前記ロール方向揺動中心軸及び前記ピッチ方向揺動中心軸に対して線対称な形状であっても良い。
さらに、本発明の重心検出システムにおいて、前記支持手段は、同一の弾性力を有する複数のバネ手段からなり、前記バネ手段は、前記ロール方向揺動中心軸及び前記ピッチ方向揺動中心軸を挟んで線対称に配置しても良い。
さらに、本発明の重心検出システムにおいて、前記Ｘ軸方向規制手段は、前記載置板の両端から突出して形成された前記ロール方向揺動中心軸と、前記ロール方向揺動中心軸の両端の前記Ｘ軸方向への移動をそれぞれ規制する一対のＸ軸規制用ガイド手段とからなり、前記Ｙ軸方向規制手段は、前記載置板の両端から突出して形成された前記ピッチ方向揺動中心軸と、前記ピッチ方向揺動中心軸の両端の前記Ｙ軸方向への移動をそれぞれ規制する一対のＹ軸規制用ガイド手段とからなるようにしても良い。
また、本発明の重心検出システムは、被検出対象物が載置される載置板と、弾性力を有して前記載置板を支持する支持手段と、前記載置板に対して垂直な上下方向の前記被検出対象物の往復運動を検出する上下方向検出手段と、前記載置板に対して平行なロール方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するロール方向検出手段と、前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するピッチ方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するピッチ方向検出手段と、前記載置板の中心の動きを前記上下方向に規制する移動方向規制手段と、前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心高さと前記載置板上における前記被検出対象物の重心位置とを算出するデータ処理手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、被検出対象物が載置される載置板と、弾性力を有して載置板を支持する支持手段と、載置板に対して垂直な上下方向の被検出対象物の往復運動を検出する上下方向検出手段と、載置板に対して平行なロール方向揺動中心軸を中心とする被検出対象物の単振子運動を検出するロール方向検出手段と、重力が作用するＺ軸方向及びロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するＸ軸方向への載置板の移動を規制するＸ軸方向規制手段と、上下方向検出手段及びロール方向検出手段の検出結果に基づいて、上下方向におけるロール方向揺動中心軸から被検出対象物の重心までの重心高さを算出するデータ処理手段とを設けることにより、載置板に被検出対象物を載置して、外乱を作用させるだけで被検出対象物の重心高さを正確に検出することができるという効果を奏する。

本発明に係る重心検出システムの第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。 図１に示す振動検出装置の側面図である。 図２に示す載置板の形状及びバネの配置を説明するための説明図である。 図１に示すデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す振動検出装置の動作を説明するための説明図である。 図１に示すガイド部を設けない場合の振動検出装置の動作を説明するための説明図である。 本発明に係る重心検出システムの第１の実施の形態において図４に示す報知部に出力される報知画面例を示す図である。 本発明に係る重心検出システムの第２の実施の形態に用いられる振動検出装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係る重心検出システムの第２の実施の形態において図４に示す報知部に出力される報知画面例を示す図である。 図８に示すＸ軸規制用ガイド部及びＹ軸規制用ガイド部の他の実施例を示す斜視図である。 従来の重心検出モデルを説明するための説明図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の重心検出システムは、図１を参照すると、振動検出装置１と、データ処理装置３とを備えている。振動検出装置１は、被検出対象物が載置される載置板１０を備え、載置板１０に載置された被検出対象物の揺動（固有振動）を検出する。データ処理装置３は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、振動検出装置１によって検出された被検出対象物の揺動（固有振動）に基づいて被検出対象物の重心高さ及び重心位置を求める。

振動検出装置１は、図１及び図２を参照すると、被検出対象物が載置される載置板１０と、底板１１に植設され、載置板１０を支えるバネ１２とを備えている。なお、図２（ａ）は、振動検出装置１を図１に示すＸ軸方向から見た側面図であり、図２（ｂ）は、振動検出装置１を図１に示すＹ軸方向から見た側面図である。

載置板１０は、図１及び図３を参照すると、被検出対象物が載置される載置平面として機能する平面を有する矩形状の板である。載置板１０には、載置平面と平行なロール方向揺動中心軸１６が、載置板１０の両端から突出するように形成されている。なお、図３は、載置板１０を裏面側から見た図である。載置板１０としては、木材やプラスチック等の任意の素材を用いることができるが、被検出対象物に対して十分に軽量であることが望ましい。載置板１０は、重量分布が均一な平板であると共に、ロール方向揺動中心軸１６に対して線対称な形状に構成されている。従って、載置板１０における載置平面上の重心は、ロール方向揺動中心軸１６上に位置する。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、載置板１０の載置平面に対して垂直な方向を上下方向、ロール方向揺動中心軸１６に平行な方向を前後方向、載置板１０の載置平面に対して平行且つロール方向揺動中心軸１６と直交する方向を左右方向とする。また、重力が作用する自重方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向及び前後方向とそれぞれ直交する方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及び左右方向とそれぞれ直交する方向をＹ軸方向とし、載置板１０が水平な状態では、上下方向とＺ軸方向とが、前後方向とＹ軸方向とが、左右方向とＸ軸方向とがそれぞれ一致する。

バネ１２は、弾性力を有して載置板１０を支持する支持手段として機能し、ロール方向揺動中心軸１６を挟んだ両側を同じ弾性力で支持するように構成されている。第１の実施の形態では、同一の弾性力を有するコイル状の圧縮バネであるバネ１２が矩形状の載置板１０の四隅にそれぞれ配置されており、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被検出対象物が載置されていない状態の載置板１０が水平に支持される。このように、同一の弾性力を有するバネ１２をロール方向揺動中心軸１６に対して線対称に配置することにより、載置板１０のロール方向揺動中心軸１６を挟んだ両側を同じ弾性力で支持することができる。なお、バネ１２は、コイル状の圧縮バネに限定されることなく、板バネや、空気バネ等を用いるようにしても良い。また、載置板１０のロール方向揺動中心軸１６を挟んだ両側を同じ弾性力で支持できるのであれば、ロール方向揺動中心軸１６を挟んで異なる弾性力を有するバネ１２を配置したり、異なる個数のバネ１２を配置したりしても良い。さらに、ロール方向揺動中心軸１６上に配置させた１個もしくは複数のバネ１２（例えば、径の大きいコイル状の圧縮バネや空気バネ等）によって、載置板１０のロール方向揺動中心軸１６を挟んだ両側を同じ弾性力で支持させるように構成しても良い。

載置板１０の裏面には、加速度センサ１３と角速度センサ１４とが設けられている。加速度センサ１３は、上下（自重）方向（図１に示すＺ軸方向）の加速度、すなわち上下方向の縦揺れ（揺動）を検知するように感度軸が調整されている。また、角速度センサ１４は、ロール方向揺動中心軸１６を中心とした回転方向の角速度、すなわちロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）を検知するように感度軸が調整されている。加速度センサ１３及び角速度センサ１４には、特に限定はなく、例えば水晶音叉式のセンサや振動式のセンサを用いることができ、加速度センサ１３及び角速度センサ１４として３軸（３次元）の角速度センサを用いても良い。

底板１１には、ロール方向揺動中心軸１６の両端部の動きをそれぞれ規制する一対のＸ軸規制用ガイド部２１が設けられている。Ｘ軸規制用ガイド部２１には、Ｚ軸方向（自重方向）を長手方向とする長穴が形成されており、ロール方向揺動中心軸１６の両端部が対象位置にあるＸ軸規制用ガイド部２１のそれぞれの長穴に嵌合されている。これにより、ロール方向揺動中心軸１６は、Ｘ軸規制用ガイド部２１の長穴に沿って移動されるため、載置板１０は、Ｘ軸方向の動きが規制された状態で、上下方向の縦揺れ（揺動）と、ロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）とが可能な状態となる。

また、底板１１には、バネ１２と干渉しない位置にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１５が設けられている。Ａ／Ｄ変換器１５は、加速度センサ１３及び角速度センサ１４から出力されるアナログ信号（検出結果）をデジタル信号に変換してデータ処理装置３に出力する。

データ処理装置３は、図４を参照すると、マイクロプロセッサ等からなる演算部３１と、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなる記憶部３２と、キーボード等の操作部３３と、液晶ディスプレイやスピーカ等の報知部３４と、受信部３５とを備え、各部はバス３６によって接続されている。

記憶部３２には、重心位置を導くための演算プログラムや、当該演算に必要な各種の入力用の定数が記憶されている。演算部３１は、操作部３３からの演算指示に基づいて、一定期間、加速度センサ１３及び角速度センサ１４から出力を記憶部３２に記憶させる。次に、演算部３１は、記憶部３２に記憶されている演算プログラムに従って、記憶部３２に記憶した加速度センサ１３及び角速度センサ１４から出力を演算することで、載置板１０に載置された被検出対象物の重心位置を算出する。演算部３１によって算出された被検出対象物の重心位置は、報知部３４から表示通知や音声通知として出力される。

次に、第１の実施の形態における被検出対象物の重心高さ及び重心位置の検出動作について図５乃至図７を参照して詳細に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、被検出対象物４０を振動検出装置１の載置板１０のほぼ中央に載置する。被検出対象物４０が載置板１０に載置された状態では、載置板１０を支持するバネ１２の弾性力によって支えられ、被検出対象物４０の重量及び重心位置に応じた高さに中立する。言い換えるならば、被検出対象物４０の想定重量に応じ、被検出対象物４０が載置板１０に載置された状態では、被検出対象物４０の重量に応じた高さに中立するようにバネ１２の弾性力が設定されている。

次に、図５（ａ）に矢印で示すように、被検出対象物に外乱を作用させ、載置板１０に載置された被検出対象物４０を揺動させる。なお、外乱は、載置板１０に作用させても良く、また、振動検出装置１を台車や車両等の走行体に乗せて路面の凹凸によって作用させても良い。

載置板１０に被検出対象物４０に載置した状態で外乱を被検出対象物４０もしくは載置板１０に作用させると、被検出対象物４０は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、バネ１２の弾性力、被検出対象物４０の総重量及びその重心位置Ｗに依存する固有の周期（周波数）を持つ運動に基づいて揺動（固有振動）する。なお、外乱は、載置板１０に載置された被検出対象物４０に対して横揺れと縦揺れとを発生させるものであり、斜め上から作用させると効果的である。この外乱による運動は、Ｘ軸規制用ガイド部２１によって、Ｘ軸方向の動きが規制された状態で行われる。従って、加速度センサ１３によって、被検出対象物４０の重心Ｗの上下方向の往復運動が上下方向の縦揺れ（揺動）として正確に検出されると共に、角速度センサ１４によって、被検出対象物４０の重心Ｗのロール方向の単振子運動がロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）として正確に検出される。なお、載置板１０は、被検出対象物に対して十分に軽量であり、被検出対象物４０の揺動（固有振動）に影響を与えないものとする。

加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）と、角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）とは、データ処理装置３に入力される。データ処理装置３では、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）から上下方向の縦揺れ（揺動）の縦揺れ周波数「ｖ」を求めると共に、角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）からロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）の横揺れ周波数「Ｖ」をそれぞれ求める。また、データ処理装置３では、角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）からロール方向揺動中心軸１６を通る垂直中心ラインと、横揺れの中心を示す横揺れ中心ラインとの間の中心角度αを求める。なお、中心角度αは、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）から求めても良く、傾斜センサ等を設けて静止時に測定するようにしても良い。

なお、Ｘ軸規制用ガイド部２１によって、Ｘ軸方向の動きが規制されていない場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、被検出対象物４０の揺動に伴ってロール方向揺動中心軸１６が左右にずれてしまうことになる。これにより、被検出対象物４０の運動は不規則になってしまい、被検出対象物４０の重心Ｗの上下方向の往復運動を加速度センサ１３によって正確に検出することができなくなってしまうと共に、被検出対象物４０の重心Ｗのロール方向の単振子運動を角速度センサ１４によって正確に検出することができなくなってしまう。

図５（ａ）に示すように、ロール方向揺動中心軸１６を挟んだバネ１２の間隔を「ｂ」、ロール方向揺動中心軸１６から被検知対象物４０の重心Ｗまでの上下方向の重心高さを「ｌ（スモールエル）」、ロール方向揺動中心軸１６から被検知対象物４０の重心Ｗまでの左右方向の重心位置を「ｓ」とすると、上下方向の重心高さ「ｌ」及び左右方向の重心位置「ｓ」は、加速度センサ１３及び角速度センサ１４の検出結果から求められる縦揺れ周波数「ｖ」、横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度αを用いて次式で表すことができる。なお、「ｇ」は、重力加速度、「π」は、円周率である。

また、左右方向の重心位置「ｓ」は、上下方向の重心高さ「ｌ」と、加速度センサ１３の検出結果から求められる縦揺れ周波数「ｖ」及び中心角度αとを用いて次式で表すことができる。

さらに、〔数２〕を〔数１〕に代入することで、次式で示す上下方向の重心高さ「ｌ」による二次方程式が得られる。

〔数３〕において、二次係数、一次係数及び定数項は、求めた縦揺れ周波数「ｖ」、横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度αを用いて特定することができる。従って、データ処理装置３では、求めた縦揺れ周波数「ｖ」、横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度αを用いて〔数３〕を演算することで上下方向の重心高さ「ｌ」を求め、さらに、〔数２〕を演算することで左右方向の重心位置を「ｓ」を求める。なお、上下方向の重心高さを「ｌ」は、ロール方向揺動中心軸１６から被検知対象物４０の重心Ｗまでの高さであるため、載置板１０の厚さやロール方向揺動中心軸１６の半径が無視できない値である場合には、当該値を減算した結果を上下方向の重心高さを「ｌ」として求めると良い。

次に、データ処理装置３は、例えば、図７に示すような報知画面５０を報知部３４に出力させ、求めた上下方向の重心高さを「ｌ」と、左右方向の重心位置「ｓ」とを報知する。なお、報知画面５０に示すように、上下方向の重心高さを「ｌ」と、左右方向の重心位置「ｓ」とをグラフ化して出力することにより、ユーザは、上下方向の重心高さを「ｌ」及び左右方向の重心位置「ｓ」を視覚的に簡単に認識することができる。また、報知画面５０において、求めた縦揺れ周波数「ｖ」、横揺れ周波数「Ｖ」及び中心角度αの表示欄や、ロール方向揺動中心軸１６を挟んだバネ１２の間隔「ｂ」、ＦＦＴの条件等を入力することができる入力欄を設けるようにしても良い。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の重心検出システムの振動検出装置１ａは、図８を参照すると、第１の実施の形態の構成に加え、載置板１０ａに載置平面と平行で且つロール方向揺動中心軸１６と直交するピッチ方向揺動中心軸１７が設けられている。ピッチ方向揺動中心軸１７は、載置板１０ａの両端から突出するように形成されている。また、載置板１０ａは、重量分布が均一な平板であると共に、ピッチ方向揺動中心軸１７に対して線対称な形状に構成されている。従って、載置板１０ａにおける載置平面上の重心は、ロール方向揺動中心軸１６及びピッチ方向揺動中心軸１７の交点上に位置する。

バネ１２は、ピッチ方向揺動中心軸１７を挟んだ両側を同じ弾性力で支持するように構成されている。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に同一の弾性力を有するコイル状の圧縮バネであるバネ１２が矩形状の載置板１０の四隅にそれぞれ配置されており、ロール方向揺動中心軸１６に対して線対称に配置されていると共に、ピッチ方向揺動中心軸１７に対しても線対称に配置されている。

載置板１０の裏面に設けられた角速度センサ１４には、２軸以上の角速度センサが用いられ、ロール方向揺動中心軸１６を中心とした回転方向の角速度、すなわちロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）に加えて、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心とした回転方向の角速度、すなわちピッチ方向揺動中心軸１７を中心としたピッチ方向の横揺れ（揺動）を検知するようにそれぞれ感度軸が調整されている。

底板１１には、ロール方向揺動中心軸１６の両端部の動きをそれぞれ規制する一対のＸ軸規制用ガイド部２１と共に、ピッチ方向揺動中心軸１７の両端部の動きをそれぞれ規制する一対のＹ軸規制用ガイド部２２が設けられている。Ｙ軸規制用ガイド部２２には、Ｚ軸方向（自重方向）を長手方向とする長穴が形成されており、ピッチ方向揺動中心軸１７の両端部が対象位置にあるＹ軸規制用ガイド部２２のそれぞれの長穴に嵌合されている。これにより、ロール方向揺動中心軸１６は、Ｙ軸規制用ガイド部２２の長穴に沿って移動されるため、載置板１０ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の動きが規制された状態で、上下方向の縦揺れ（揺動）と、ロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）と、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心としたピッチ方向の横揺れ（揺動）とが可能な状態となる。なお、Ｘ軸規制用ガイド部２１及びＹ軸規制用ガイド部２２によるＸ軸方向及びＹ軸方向の動きの規制は、載置板１０ａの中心、すなわちロール方向揺動中心軸１６とピッチ方向揺動中心軸１７との交点が垂線に沿って移動させることを意味する。換言するならば、載置板１０ａの中心が垂線に沿う上下動のみ許容する構造であれば、載置板１０ａのその他の部分の動きは前後左右上下に複合的に動いて構わない。

角速度センサ１４の検出結果（ピッチ方向の角速度）は、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）と共にデータ処理装置３に入力される。これにより、データ処理装置３は、第１の実施の形態と同様に、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）に基づいて、上下方向の重心高さ「ｌ」及び左右方向の重心位置「ｓ」が求める。また、同様の手順で、データ処理装置３は、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ピッチ方向の角速度）に基づいて、ピッチ方向揺動中心軸１７から被検知対象物４０の重心Ｗまでの上下方向の重心高さ「ｌ’」と、ピッチ方向揺動中心軸１７から被検知対象物４０の重心Ｗまでの前後方向の重心位置「ｓ’」とを求める。

このように、第２の実施の形態では、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ロール方向の角速度）に基づく上下方向の重心高さ「ｌ」と、加速度センサ１３の検出結果（上下方向の加速度）及び角速度センサ１４の検出結果（ピット方向の角速度）に基づく上下方向の重心高さ「ｌ’」とを求めるが、両者の平均を出力するようにしても良く、いずれか一方のみを出力するようにしても良い。

次に、データ処理装置３は、例えば、図９に示すような報知画面５１を報知部３４に出力させ、求めた上下方向の重心高さを「ｌ」と、左右方向の重心位置「ｓ」と、前後方向の重心位置「ｓ’」とを報知する。なお、報知画面５１に示すように、上下方向の重心高さを「ｌ」と、左右方向の重心位置「ｓ」と、前後方向の重心位置「ｓ’」とをグラフ化して出力することにより、ユーザは、上下方向の重心高さを「ｌ」、左右方向の重心位置「ｓ」及び前後方向の重心位置「ｓ’」とを視覚的に簡単に認識することができる。

以上説明したように本実施の形態においては、被検出対象物４０が載置される載置板１０と、弾性力を有して載置板１０を支持するバネ１２と、上下方向の被検出対象物４０の往復運動を検出する加速度センサ１３と、ロール方向揺動中心軸１６を中心とする被検出対象物４０の単振子運動を検出する角速度センサ１４と、Ｘ軸方向への載置板１０の移動を規制するＸ軸規制用ガイド部２１とを設け、データ処理装置３によって、加速度センサ１３及び角速度センサ１４の検出結果に基づいて、上下方向のロール方向揺動中心軸１６から被検出対象物４０の重心Ｗまでの重心高さ「ｌ」を算出するように構成することにより、上下方向の縦揺れ（揺動）と、ロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）とを正確に検出できるため、載置板１０に被検出対象物４０を載置して、外乱を作用させるだけで被検出対象物４０の重心Ｗの重心高さ「ｌ」を正確に検出することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の重心検出システムにおいて、データ処理装置３によって、加速度センサ１３及び角速度センサ１４の検出結果に基づいて、左右方向のロール方向揺動中心軸１６から被検出対象物４０の重心Ｗまでの重心位置「ｓ」とを算出するように構成することにより、載置板１０に被検出対象物４０を載置して、外乱を作用させるだけで被検出対象物４０の重心Ｗの左右方向の重心位置「ｓ」を正確に検出することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の重心検出システムにおいて、角速度センサ１４によってピッチ方向揺動中心軸１７を中心とする被検出対象物４０の単振子運動を検出させると共に、Ｙ軸方向への載置板１０の移動を規制するＹ軸規制用ガイド部２２を具備し、データ処理装置３によって、加速度センサ１３及び角速度センサ１４の検出結果に基づいて、前後方向のピッチ方向揺動中心軸１７から被検出対象物４０の重心Ｗまでの重心位置「ｓ’」とを算出するように構成することにより、載置板１０に被検出対象物４０を載置して、外乱を作用させるだけで被検出対象物４０の重心Ｗの前後方向の重心位置「ｓ’」を正確に検出することができるという効果を奏する。また、Ｘ軸規制用ガイド部２１及びＹ軸規制用ガイド部２２によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への載置板１０の移動が規制されているため、外乱が作用した場合の被検出対象物４０の運動が、被検出対象物の上下方向の往復運動と、ロール方向揺動中心軸１６を中心とする単振子運動と、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心とする単振子運動とに制限される。従って、上下方向の縦揺れ（揺動）と、ロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）と、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心としたピッチ方向の横揺れ（揺動）とをさらに正確に検出でき、被検出対象物４０の重心高さ「ｌ」及び重心位置「ｓ」「ｓ’」の検出精度を向上させることができる。

さらに、本発明の重心検出システムにおいて、載置板１０は、ロール方向揺動中心軸１６及びピッチ方向揺動中心軸１７に対して線対称な形状である。また、
バネ１２は、載置板１０の４隅にロール方向揺動中心軸１６及びピッチ方向揺動中心軸を挟んで線対称に配置されている。これにより、上下方向の縦揺れ（揺動）と、ロール方向揺動中心軸１６を中心としたロール方向の横揺れ（揺動）と、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心としたピッチ方向の横揺れ（揺動）とを被検出対象物４０の固有振動として正確に検出することができ、被検出対象物４０の重心高さ「ｌ」及び重心位置「ｓ」「ｓ’」の検出精度を向上させることができる。

さらに、本発明の重心検出システムにおいて、ロール方向揺動中心軸１６を載置板１０の両端から突出して形成させ、Ｘ軸規制用ガイド部２１によってロール方向揺動中心軸１６の両端のＸ軸方向への移動をそれぞれ規制させると共に、ピッチ方向揺動中心軸１７を載置板１０の両端から突出して形成させ、Ｙ軸規制用ガイド部２２によってピッチ方向揺動中心軸１７の両端のＹ軸方向への移動をそれぞれ規制させるように構成することにより、簡単な構成で、外乱が作用した場合の被検出対象物４０の運動を、被検出対象物の上下方向の往復運動と、ロール方向揺動中心軸１６を中心とする単振子運動と、ピッチ方向揺動中心軸１７を中心とする単振子運動とに制限させることができる。

なお、本実施の形態では、振動検出装置１において、載置板１０のＸ軸方向の動きを規制するＸ軸方向規制手段として、ロール方向揺動中心軸１６及びＸ軸規制用ガイド部２１を用いたが、Ｘ軸方向規制手段として他の構成を採用しても良い。例えば、図１０に示すように、振動検出装置１ｂにおいて、ロール方向揺動中心軸１６の両端に対応する位置に一対の切り欠き部１８を形成すると共に、底板１１に立設された一対のＸ軸規制用ガイド棒２３を、一対の切り欠き部１８にそれぞれ嵌合される位置に配置させ、Ｘ軸方向規制手段として機能させても良い。また、本実施の形態では、振動検出装置１ａにおいて、載置板１０ａのＹ軸方向の動きを規制するＹ軸方向規制手段として、ピッチ方向揺動中心軸１７及びＹ軸規制用ガイド部２２を用いたが、Ｙ軸方向規制手段として他の構成を採用しても良い。例えば、図１０に示すように、振動検出装置１ｂにおいて、ピッチ方向揺動中心軸１７の両端に対応する位置に一対の切り欠き部１９を形成すると共に、底板１１に立設された一対のＹ軸規制用ガイド棒２４を、一対の切り欠き部１９にそれぞれ嵌合される位置に配置させ、Ｙ軸方向規制手段として機能させても良い。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１、１ａ 振動検出装置
３ データ処理装置
１０、１０ａ 載置板
１１ 底板
１２ バネ（支持手段）
１３ 加速度センサ
１４ 角速度センサ
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ ロール方向揺動中心軸
１７ ピッチ方向揺動中心軸
２１ Ｘ軸規制用ガイド部
２２ Ｙ軸規制用ガイド部
４０ 被検出対象物
５０、５１ 報知画面

Claims (7)

1. 被検出対象物が載置される載置板と、
   弾性力を有して前記載置板を支持する支持手段と、
   前記載置板に対して垂直な上下方向の前記被検出対象物の往復運動を検出する上下方向検出手段と、
   前記載置板に対して平行なロール方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するロール方向検出手段と、
   重力が作用するＺ軸方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するＸ軸方向への前記載置板の移動を規制するＸ軸方向規制手段と、
   前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心高さを算出するデータ処理手段とを具備することを特徴とする重心検出システム。
2. 前記データ処理手段は、前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交する左右方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心位置を算出することを特徴とする請求項１記載の重心検出システム。
3. 前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するピッチ方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するピッチ方向検出手段と、
   重力が作用するＺ軸方向及び前記ピッチ方向揺動中心軸とそれぞれ直交するＹ軸方向への前記載置板の移動を規制するＹ軸方向規制手段とを具備し、
   前記データ処理手段は、前記上下方向検出手段、及び前記ピッチ方向検出手段の検出結果に基づいて、前記載置板上における前記被検出対象物の重心位置を算出することを特徴とする請求項２記載の重心検出システム。
4. 前記載置板は、前記ロール方向揺動中心軸及び前記ピッチ方向揺動中心軸に対して線対称な形状であることを特徴とする請求項３記載の重心検出システム。
5. 前記支持手段は、同一の弾性力を有する複数のバネ手段からなり、
   前記バネ手段は、前記ロール方向揺動中心軸及び前記ピッチ方向揺動中心軸を挟んで線対称に配置されていることを特徴とする請求項４記載の重心検出システム。
6. 前記Ｘ軸方向規制手段は、前記載置板の両端から突出して形成された前記ロール方向揺動中心軸と、前記ロール方向揺動中心軸の両端の前記Ｘ軸方向への移動をそれぞれ規制する一対のＸ軸規制用ガイド手段とからなり、
   前記Ｙ軸方向規制手段は、前記載置板の両端から突出して形成された前記ピッチ方向揺動中心軸と、前記ピッチ方向揺動中心軸の両端の前記Ｙ軸方向への移動をそれぞれ規制する一対のＹ軸規制用ガイド手段とからなることを特徴とする請求項５記載の重心検出システム。
7. 被検出対象物が載置される載置板と、
   弾性力を有して前記載置板を支持する支持手段と、
   前記載置板に対して垂直な上下方向の前記被検出対象物の往復運動を検出する上下方向検出手段と、
   前記載置板に対して平行なロール方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するロール方向検出手段と、
   前記上下方向及び前記ロール方向揺動中心軸とそれぞれ直交するピッチ方向揺動中心軸を中心とする前記被検出対象物の単振子運動を検出するピッチ方向検出手段と、
   前記載置板の中心の動きを前記上下方向に規制する移動方向規制手段と、
   前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて、前記上下方向における前記ロール方向揺動中心軸から前記被検出対象物の重心までの重心高さと前記載置板上における前記被検出対象物の重心位置とを算出するデータ処理手段とを具備することを特徴とする重心検出システム。

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