JPH0161209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は姿勢の変化等による接点部の変位に対
応した周波数信号を出力可能な変位検出装置に関
するものである。

［従来技術］ 従来、複数の接点を有する接点部の接点の閉接
状態を識別するものとしてマトリクスキーボード
がある。

このマトリクスキーボードに代表される各接点
にドライバ線とレシーバ線を配し、接点閉接部材
などで接点が導通状態となるとドライバ線に出力
された信号等がレシーバ線に送られ、このレシー
バ線を監視することで接点の閉接があるか否か識
別していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この様な方式ではドライバ線を順次ド
ライブし、各ドライバ線のドライブに対応したタ
イミングでのレシーバ線の状態を監視しなければ
ならず非常に面倒でかつ複雑な制御が必要であ
り、出力信号も多い。

そのため接点状態の経過を一定時間に渡り記憶
する場合など、記録すべき信号の種類が多く、こ
れらの信号をパラレル−シリアル変換し、シリア
ルデータに変換して記憶し、読み出し、分析の際
には再びシリアル−パラレル変換等の複雑な制御
が避けられなかつた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の課題を解決することを目的とし
てなされたもので、上述の課題を解決する一手段
として例えば以下の構成を備える。

即ち、絶縁性部材より成る筺体中空部の上部及
び底部に所定径の周囲に曲面を有する円形窪み部
を配設するとともに、筺体中空部の該円形窪み部
外周より所定径外側に所定間隔を持つて円状に上
部及び底部間に少なくとも外周面が導電性の円柱
接点を配設し、中に該円柱接点のうち隣合う２つ
に同時に接触しかつ窪み部径以下の径の少なくと
も表面を導電性部材により球状に形成した筐体の
傾きに応じて円柱接点間をヒステリシス特性をも
つて移動するとともに、円柱接点部と窪み部の間
をヒステリシス特性をもつて往復する可動体を転
動自在に位置させた接点部と、コンデンサ及び接
点部の可動体による円柱接点間の状態に対応して
抵抗値の変化する抵抗を備える設定手段と、該設
定手段の設定値に対応した周波数で発振する発振
回路部とを備える。

［作用］ 以上の構成において、姿勢の変化に対応した接
点部の可動体位置により設定手段の抵抗値を変化
させ、もつて発振回路部の発振周波数を変化させ
接点部変位状態を識別可能とする。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明に係る好適なる一
実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る一実施例の変位検出装置
の接点部を形成する姿勢検出装置の透視図であ
る。

図中、１はプラスチツク等の絶縁体により厚さ
ｔの円柱状に形成したハウジング、２はハウジン
グ１の開口部に一体に嵌合するプラスチツク等の
絶縁体より成る円板状の接点ベースであり、周囲
近傍には45度の間隔をおいて８本の接点ピン５〜
１２が図示の如く設けられている。ハウジング１
の底部には接点ベース２の接点ピン５〜１２の一
端が嵌入する８個の孔３Ａを有する接点ピン受け
部３Ａが形成されている。４は少なくとも表面が
金属等の導電性部材より成る所定径の可動球接点
である。この球接点４と上記接点ピン５〜１２の
表面には、酸化及び接触抵抗の低減等を図るため
金メツキが施されている。

本実施例の姿勢検出装置は、球接点４を接点ピ
ン５〜１２の内側に配置した状態で接点ベース２
をハウジング１の開口部に嵌合固定して成る。

第２図Ａ，Ｂは夫々姿勢検出装置の平面図と側
面図である。なお、接点部はハウジング１と接点
ベース２によつて密封されている。また、第１図
及び第２図ＡのＡ−Ａ線の断面図である第２図Ｃ
に示す如く、ハウジング１の接点ピン受け部３の
中央及び接点ベース２の接点ピン５〜１２の内側
中央には深さａの周囲に曲面を有する窪み部３Ｂ
が形成されている。この窪み部３Ｂは接点ピン５
〜１２の位置から距離ｌだけ内側に形成されてい
る。

次に、球接点４は第２図ＢのＢ−Ｂ線の断面図
である第２図Ｄに示すように接点ピン５〜１２の
何れか２本に接触した状態で位置し、接点ピン５
〜１２内を自由に回転移動する。また、球接点４
が接点ピン５〜１２内を接触しながら回転移動で
きる範囲は、第２図Ｃから分かるように窪み部３
Ｂ周囲の縁部分３Ｃ相互の間隔ｂの範囲となつて
いる。

次にこの姿勢検出装置の動作を第３図Ａ〜Ｆを
用いて説明する。

初めに、球接点４が第３図Ａのように接点ピン
５と１２の間に位置しているものとする。このと
き、球接点４は自重によつて接点ピン５，１２の
両方に接触しているため、接点ピン５，１２間は
球接点４によつて導通路となつている。即ち、ス
イツチでいう閉状態が形成されている。

第３図Ｂは体位の変化によつて装置がn1度だ
け右横方向へ傾いた状態を示す。この状態では、
球接点４の重心位置Ｐが接点ピン５，１２間にあ
るため、球接点４、接点ピン１１の方へは回転移
動せず第３図Ａの状態が保たれる。

次に、装置が第３図Ｃに示すように更に右横方
向へ傾き図示の如く一定の角度x1だけ傾いたと
ころで球接点４の重心位置Ｐが接点ピン１２，１
１間側に移動するため、球接点４は接点ピン１
２，１１の間に回転移動する。そして、接点ピン
５，１２間は開状態となり、接点ピン１２，１１
間が閉状態（導通路）となる。このように装置の
傾きに応じて球接点４はヒステリシス特性をもつ
て移動し、接点ピン５〜１２間の接続状態が順次
変化するのである。なお、球接点４が次の接点ピ
ン間に移動を開始する傾き角（ヒステリシス角）
は接点ピン相互の間隔と球接点４の直径によつて
任意に決定することができる。

次いで、装置が縦方向に傾く場合を説明する。
装置が第３図Ｄの状態から第３図Ｅに示すように
右方向へn2度だけ傾いた場合、球接点４の重心
位置Ｐは窪み部３Ｂの縁部分３Ｃよりも内側にあ
るので球接点４は縁部分３Ｃによつて支えられ接
点ピンに接触した状態に保たれる。

更に、装置が第３図Ｆに示すように一定角度
x2（x2＞n2）だけ傾いたとき、球接点４の重心位
置Ｐが縁部分３Ｃより外側に移動するので、球接
点４はヒステリシス特性をもつて縁部分３Ｃを乗
り越えて窪み部３Ｂ側に転がる。このため、球接
点４は接点ピン５〜１２と無接触状態となる。ま
た、装置の傾きが一定角度以上元に戻ると、球接
点４は窪み部３Ｂから接点ピン側に移動する。こ
の無接触状態に至る傾き角x2（ヒステリシス角）
は接点ピンから縁部分３Ｃまでの高さｌと縁部分
３Ｃ相互の距離ｂ（即ち、球接点４の転がる距離）
によつて決定され、無接触状態から接触状態への
ヒステリシス角度は窪み部３Ｂの深さａと球接点
４の直径によつて決定される。

本実施例においては、以上の構成とすることに
より、円柱電極である接点ピン方向を平行軸とし
てあらゆる方向の姿勢角度（傾き）を、どの接点
ピン間に可動体があるかで検出でき、又、接点ピ
ン方向と垂直方向に所定角度以上傾いている場合
には球接点が接点ピン間位置より窪み部３Ｂに入
り込んだ状態と成り、第３図Ｆに示す如くどの接
点ピンにも当接していない状態となることにより
検出できる。

以上のように構成されかつ動作する姿勢検出装
置の接点ピン５〜１２の相互間には例えば後述す
る姿勢検出回路の発振回路を構成する８個の抵抗
Ｒ１〜Ｒ８が接続される。球接点４の接点ピン４
への接触位置及び接触状態と無接触状態に応じて
抵抗値が変化するが、その抵抗値の変化に基づい
て変化する発振周波数から体位の変化を検出す
る。これにより、体位の変化を一定の角度毎に捉
えることができるものである。なお、上記の姿勢
検出装置は接点ベース２から外側に突出する接点
ピン５〜１２の部分を用いることによつてプリン
ト基板にそのまま接続することができる。

また、装置全体が密封構造で熱にも強いため、
プリント基板に実装後洗浄が可能な外、半田槽に
よる半田付けも可能となり、実装上の制約がなく
なつた。

このため装置全体を極めて容易に小型化でき、
また実装も容易な姿勢検出装置となつている。

以上説明した姿勢検出装置では球接点４によつ
て接触させる接点ピン相互の間隔と、球接点４に
よつて決定されるヒステリシス角毎にしか体位を
検出することができない。即ち、上述の姿勢検出
装置は、円周状に等間隔（等角度）で配設された
８本の接点ピン５〜１２より構成されており、互
いの接点ピン５〜１２はそれぞれ45度間隔となつ
ている。このため、例えば球接点が特定の接点ピ
ン間に位置している場合であつても、装置のヒシ
テリシス特性により、実際にはこの球接点が位置
している接点ピン間が垂直方向の最下部に位置し
ているのではなく、所定角度傾むいた状態が存在
し、結果として45度単位での角度検出ができるの
みである。

しかし、第４図に示すような構成とすれば姿勢
検出装置自体の構造を全く変えることなく、更に
精度の高い（詳細な）姿勢検出を行える姿勢検出
装置とすることができる。

即ち、第４図に示すように接点ピン５〜１２を
45度間隔で有する装置と同様に接点ピン５′〜１
２′を45度間隔で有する装置とを22.5度の角度差
をおいて平行に設置すれば、２つの装置によつて
22.5度の間隔で接点ピンを設けたと同様の装置と
することができ、より詳細に体位を検出すること
ができる。例えば、第４図に右方に示す装置の球
接点が所定角度傾いた接点ピン５′と１２′間に位
置している場合であつても、第４図に左方に示す
装置の球接点も接点ピン５と１２間に位置してい
るか、接点ピン１１と１２間に位置しているかを
検出することにより、角度検出の精度を倍に上げ
ることができる。

そして、同様にｎ個の装置を接点ピン相互の間
隔をｎ分割した角度差をもたせて設置すれば、ｎ
倍の精度で姿勢検出が可能となることは容易に理
解されよう。

以上説明した様に本実施例の姿勢検出装置は人
間の姿勢検出を例として述べたが、本姿勢検出装
置は小型でかつ完全密封構造となつており、また
耐衝撃性も優れている。このため容易に防爆構造
とすることもでき使用環境条件の制約がほとんど
ない。これはケースを耐熱性、耐蝕性を有する電
気的絶縁材料を用いることで、さらに、あらゆる
環境条件での使用が可能となる。このため本姿勢
検出装置はクレーンのアームや種々のロボツトな
どにも使用可能であり、本装置を取り付けること
により、影響条件の制約もなくなり、変位検出部
が小型化され、かつ精密で正確な変位の検出が可
能となつた。

第５図Ａは姿勢検出装置よりの閉接点状態を基
に体位位置を検出するための姿勢検出回路図であ
る。

図中５０は無安定マルチバイブレータであり、
５２は電源スイツチ、５３は電源である。端子Ａ
〜Ｈは前述の姿勢検出装置の接点ピン５〜１２に
対応している。

本実施例ではマルチバイブレータ５０として、
いわゆる最も一般的なタイマICである555タイマ
（HA1755等）を使用している。このため電源５
３は約２ボルト〜15ボルトの範囲で安定して動作
し、消費電流も100μA以下とすることができる。

この555タイマは、単安定マルチバイブレータ
として動作させることも、また、無安定マルチバ
イブレータとして動作させることも可能なICで
ある。そして、本実施例では、５０に示すよう
に、抵抗RBをスレツシユホールド端子とトリガ
端子間に接続することにより、無安定マルチバイ
ブレータとして動作させている。この場合には、
コンデンサＣは抵抗RAとRBを通して充電され、
抵抗RBを介して放電する。従つて、Ｃはスレツ
シユホールド電圧レベルとトリガ電圧レベルの間
を充放電し、デユーテイサイクルは抵抗RAと
RBでコントロールされることになる。

マルチバイブレータ５０よりの発振出力は、処
理装置の入力レベルに合わせ、抵抗RCと抵抗RD
との分圧電位として出力される。

本発振回路での発振出力波形を第５図Ｂに示
す。

第５図ＢでのT₁及びT₃は、後述の姿勢検出装
置の接点状態により変化する抵抗値RBに対応し
て変化する。

このT₁及びT₃は、発振回路（555タイマ）の回
路特性により一義的に定まり、発振回路使用IC
（555タイマ）の仕様に従い次式で表わされる。

T₁＝0.693（RA＋RB）Ｃ ……(1) T₃＝0.693（RA＋2RB）Ｃ ……(2) 但しRBはR1〜R8の合成抵抗である。よつて
本発振回路の発振周波数ｆは ｆ＝1.44／（RA＋2RB）Ｃ ……(3) で求められる。

無安定マルチバイブレータ５０の発振出力
OUTは、抵抗RC及びRDにより分圧され、心電
図記録用装置などの入力レベルに合わされて出力
されている。

以上の回路図において、姿勢検出装置の端子
５，１２間に球接点４が位置した場合には、端子
５，１２間が閉接状態となり、５，１２間即ち第
５図ＡのＡ−Ｈ間が電気的に併設状態となりRB
＝R8となる。つまり発振周波数ｆは(3)式のRBに
R8を代入してｆ＝1.44／（RA＋2R8）Ｃが得られる。

次に姿勢検出装置の変位により球接点４が端子
１１，１２間に位置すると端子１１，１２間即ち
Ｇ−Ｈ間が閉接状態となり、RB＝R1＋R2＋R3
＋R4＋R5＋R6＋R8となる。

以上の説明より明らかな如く、姿勢検出装置の
ある端子間に球接点４が位置した場合には端子Ａ
−Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ−Ｄ，Ｄ−Ｅ，Ｅ−Ｆ，Ｆ−
Ｇ，Ｇ−Ｈ，Ｈ−Ａのいずれかの端子間で電気的
閉接点状態となり、R1〜R8の抵抗値を互いに変
えることによりRBの合成抵抗も必ず変化し、こ
れに伴い発振周波数も必ず変化する。この発振周
波数と体位センサ位置との対応を利用することに
より極めて小型でかつ容易に体位位置を求めるこ
とが可能となる。

また第４図に示す如く、複数の姿勢検出装置を
用いてさらに精密な体位を測定したい場合には、
RBの抵抗分割を姿勢検出装置よりの接点ピン数
分行い、互いの抵抗値を異なる値とすることによ
り、発振周波数を変化させることができる。

以上説明した様に本実施例によれば、体位の変
化を一定角度毎に詳しく検出することができる。
また、構造が極めて簡単であり、製作も極めて容
易となる。さらに可動体は水銀のように酸化する
ことがなく、かつ熱にも強いので、極めて取扱い
が良好である。また、複数の装置を各電極を一定
角度ずつずらして設置して成る装置とすれば、複
数倍の数の電極を有する装置となるので、個々の
装置構成を何ら変えることなくより詳細かつ精密
な姿勢検出が可能となる。

更に、接点ベース２と接点ピン受け部３の接点
ピン５〜１２の内側には深さａの周囲に曲面を有
する窪み部３Ｂを形成してあるため、装置が縦方
向に傾いた場合に、球接点４が接点ピン５〜１２
のいずれにも接触していない状態となり、縦方向
への傾きをも検出することができる。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、接点部の変
位に伴う各接点の閉接状態により発振回路の発振
周波数を変化させることができ、多数の接点状態
を一つの発振出力によつて識別可能となり、接点
部の変位状態を長時間に渡つて記録する場合など
においてもこの発振出力を例えばテープレコーダ
等に接続するのみで何らの変換も必要とせず記録
し、また再生することができる。

またこの出力波形をオシロスコープ等で監視し
ても極めて容易に接点部の変位状態が識別でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る姿勢検出装置
を分解した状態の透視図、第２図Ａ，Ｂは各々第
１図に示す姿勢検出装置の平面図及び側面図、第
２図Ｃ，Ｄは各々第２図ＡのＡ−Ａ線部分及び第
２図ＢのＢ−Ｂ線部分の断面図、第３図Ａ〜Ｆは
各々姿勢検出装置の動作を説明するための断面
図、第４図は他の説明に係る姿勢検出装置の一実
施例の平面図、第５図Ａは姿勢検出装置の姿勢検
出回路図、第５図Ｂは姿勢検出回路の出力波形図
である。 ここで、１……ハウジング、２……接点ベー
ス、３……接点ピン受け部、３Ｂ……窪み部、４
……球接点、５〜１２……接点ピンである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性部材より成る筺体中空部の上部及び底
   部に所定径の周囲に曲面を有する円形窪み部を配
   設するとともに、前記筺体中空部の該円形窪み部
   外周より所定径外側に所定間隔を持つて円状に前
   記上部及び底部間に少なくとも外周面が導電性の
   円柱接点を配設し、中に該円柱接点のうち隣合う
   ２つに同時に接触しかつ前記窪み部径以下の径の
   少なくとも表面を導電性部材により球状に形成し
   た前記筺体の傾きに応じて前記円柱接点間をヒス
   テリシス特性をもつて移動すると共に前記円柱接
   点部と前記窪み部の間をヒステリシス特性をもつ
   て往復する可動体を転動自在に位置させた接点部
   と、 コンデンサ及び前記接点部の前記可動体による
   前記円柱接点間の閉接状態に対応して抵抗値の変
   化する抵抗を備える設定手段と、 該設定手段の設定値に対応した周波数で発振す
   る発振回路部とを備え、 姿勢の変化に対応した前記接点部の可動体位置
   により前記設定手段の抵抗値を変化させ、もつて
   前記発振回路部の発振周波数を変化させ前記接点
   部の変位を識別可能とすることを特徴とする変位
   検出装置。 ２ 発振回路部を無安定マルチバイブレータで構
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の変位検出装置。