JPH0582525B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0582525B2 JPH0582525B2 JP59207873A JP20787384A JPH0582525B2 JP H0582525 B2 JPH0582525 B2 JP H0582525B2 JP 59207873 A JP59207873 A JP 59207873A JP 20787384 A JP20787384 A JP 20787384A JP H0582525 B2 JPH0582525 B2 JP H0582525B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moving
- coil
- moving body
- rotation
- moving coil
- Prior art date
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、回転運動体上においてその空間回動
角を算定する装置に関するものである。
角を算定する装置に関するものである。
空間において旋回する運動体上で慣性力測定器
により運動体の空間回動角を測定するには、一般
にジヤイロ装置又は加速度計或いはそれらの組合
せなどの大規模の計測システムを必要とする。こ
れらは、船舶、飛行機、飛翔体などの大形走行体
の運動解析又は航行測定に用いられるものが多
く、人体の運動解析又は走行ロボツトハンド制御
等のため、人体四肢又はマニピユレータに取付け
うる小形で、しかも空間旋回運動を忠実に計測す
るトランスジユーサ・システムは、これまで存在
していなかつた。
により運動体の空間回動角を測定するには、一般
にジヤイロ装置又は加速度計或いはそれらの組合
せなどの大規模の計測システムを必要とする。こ
れらは、船舶、飛行機、飛翔体などの大形走行体
の運動解析又は航行測定に用いられるものが多
く、人体の運動解析又は走行ロボツトハンド制御
等のため、人体四肢又はマニピユレータに取付け
うる小形で、しかも空間旋回運動を忠実に計測す
るトランスジユーサ・システムは、これまで存在
していなかつた。
したがつて、本発明は、人体やマニピユレータ
に簡単に装着してその運動状態における空間回動
角を容易に計測しうる実用的な装置を提供するこ
とを目的とする。
に簡単に装着してその運動状態における空間回動
角を容易に計測しうる実用的な装置を提供するこ
とを目的とする。
このため、本発明は、ごく軽小な慣性体支持型
測定器を用い、その測定方式には動的トルク平衡
方式を使用し、且つ測定器よりの出力値を小形化
集積されたコンピユータで高速処理して回動角を
算定するようにした。
測定器を用い、その測定方式には動的トルク平衡
方式を使用し、且つ測定器よりの出力値を小形化
集積されたコンピユータで高速処理して回動角を
算定するようにした。
本発明に用いる慣性体支持型測定器には、形状
が軽小で且つ駆動力も僅少な可動部が必要となる
が、本発明においては、このような条件に適合す
る可動部をもつ市場で入手容易な小形直流電流計
部品を母体とし、これに必要な機能をもつ部品を
付加し慣性測定器として構成したものを使用す
る。そして、この電流計型可動部の指針に可動コ
イルに対して重量が平衡した１対の慣性欠輪を取
付けて可動部の慣性モーメントを増大させ、これ
に作用する運動時の慣性力トルクを検出しこれを
増幅して外部に出力すると共に比例動作をするフ
イードバツク回路を介してコイルに電流を負帰還
させるように構成した動的トルク測定器の出力を
２回積分することにより、運動体の空間回動角を
算定するようにした。以下、図示の実施例により
本発明を具体的に説明する。
が軽小で且つ駆動力も僅少な可動部が必要となる
が、本発明においては、このような条件に適合す
る可動部をもつ市場で入手容易な小形直流電流計
部品を母体とし、これに必要な機能をもつ部品を
付加し慣性測定器として構成したものを使用す
る。そして、この電流計型可動部の指針に可動コ
イルに対して重量が平衡した１対の慣性欠輪を取
付けて可動部の慣性モーメントを増大させ、これ
に作用する運動時の慣性力トルクを検出しこれを
増幅して外部に出力すると共に比例動作をするフ
イードバツク回路を介してコイルに電流を負帰還
させるように構成した動的トルク測定器の出力を
２回積分することにより、運動体の空間回動角を
算定するようにした。以下、図示の実施例により
本発明を具体的に説明する。
第１図イは、本発明に用いる測定器の例を示す
構成図である。図の測定器は、可動部をもつ本体
ｕ、検出部ｄ、増幅部ａ及び帰還回路ｆより構成
される。本体ｕにおいて、MGは永久磁石、SY
は継層鉄板ヨーク、SFは軟鉄心を示し、SYと
SF間の空隙内に軸心Ｏに支承される可動コイル
１が格納されている。また、可動コイル１には、
指針２が結合されている。この電流計型可動部を
もつ慣性力測定器を回転ないし旋回運動体に取付
ける。第１図ロは、その取付け姿勢関係を示す斜
視図である。この図において、空間座標系をＯ−
XYZ、運動体の座標をＯ−ξηζとし、円運動体
は、Oζ軸を空間座標軸OZに一致させ、これを軸
として角速度ω、角加速度ω〓で（面ξOηが空間
XOY面内にある）旋回運動をしているものとす
る。一方、この運動体上にある測定器の本体ｕ
は、コイル軸心Ｏを通る軸を運動体Oζ軸に一致
させ、指針２の方向を軸心ＯをよぎるOη方向に
一致させて、運動体に取付けられている。
構成図である。図の測定器は、可動部をもつ本体
ｕ、検出部ｄ、増幅部ａ及び帰還回路ｆより構成
される。本体ｕにおいて、MGは永久磁石、SY
は継層鉄板ヨーク、SFは軟鉄心を示し、SYと
SF間の空隙内に軸心Ｏに支承される可動コイル
１が格納されている。また、可動コイル１には、
指針２が結合されている。この電流計型可動部を
もつ慣性力測定器を回転ないし旋回運動体に取付
ける。第１図ロは、その取付け姿勢関係を示す斜
視図である。この図において、空間座標系をＯ−
XYZ、運動体の座標をＯ−ξηζとし、円運動体
は、Oζ軸を空間座標軸OZに一致させ、これを軸
として角速度ω、角加速度ω〓で（面ξOηが空間
XOY面内にある）旋回運動をしているものとす
る。一方、この運動体上にある測定器の本体ｕ
は、コイル軸心Ｏを通る軸を運動体Oζ軸に一致
させ、指針２の方向を軸心ＯをよぎるOη方向に
一致させて、運動体に取付けられている。
再び第１図イにおいて、指針２のコイル１側の
端部に重量が平衡した１対の慣性欠輪１３ａ，１
３ｂを取付け、コイル１を含む可動部の慣性モー
メントを増大させて運動体の回転時に慣性トルク
を入力トルクとして可動部に与えるようにする。
また、指針２の両側面３1及び３2を挟み小間隔を
置いて測定器固定部４1及び４2にそれぞれ発光素
子と受光素子の対５1−６1及び５2−６2を設け
る。各発光素子５1，５2よりの発光は、対応する
指針両側面３1，３2により反射されて受光素子６
１，６2により受光される。また、上記指針２の
Oη方向と一致する零（平衡）位置では上記両側
の小間隔は等量に設定され、上記運動体の回転時
には、可動コイル１を含む可動部への入力トルク
Tiと可動コイル１に負帰還される電流によるト
ルクTfとの差トルク（Ti−Tf）が測定器可動部
に加えられる。その結果、光検出部の小間隔が変
化しこれに対応して双方の検出電流が変化し、抵
抗r1，r2よりの差出力が増幅されて出力端８より
外部に取出されると同時に帰還回路ｆを介して可
動コイル１に負帰還される。なお、検出部ｄは必
ずしも光によるものでなくてもよい。
端部に重量が平衡した１対の慣性欠輪１３ａ，１
３ｂを取付け、コイル１を含む可動部の慣性モー
メントを増大させて運動体の回転時に慣性トルク
を入力トルクとして可動部に与えるようにする。
また、指針２の両側面３1及び３2を挟み小間隔を
置いて測定器固定部４1及び４2にそれぞれ発光素
子と受光素子の対５1−６1及び５2−６2を設け
る。各発光素子５1，５2よりの発光は、対応する
指針両側面３1，３2により反射されて受光素子６
１，６2により受光される。また、上記指針２の
Oη方向と一致する零（平衡）位置では上記両側
の小間隔は等量に設定され、上記運動体の回転時
には、可動コイル１を含む可動部への入力トルク
Tiと可動コイル１に負帰還される電流によるト
ルクTfとの差トルク（Ti−Tf）が測定器可動部
に加えられる。その結果、光検出部の小間隔が変
化しこれに対応して双方の検出電流が変化し、抵
抗r1，r2よりの差出力が増幅されて出力端８より
外部に取出されると同時に帰還回路ｆを介して可
動コイル１に負帰還される。なお、検出部ｄは必
ずしも光によるものでなくてもよい。
第２図は、上述した測定器の動作説明用ブロツ
ク図である。同図において、Tiは慣性入力トル
ク、Tfはコイルに負帰還される電流によるトル
ク、εはTiとTfとの差、Gdは検出部ｄの伝達函
数、Gaは増幅部ａの利得、Eoは出力電圧、Gfは
帰還回路ｆの利得を示す。これらの間には、次の
関係が成立する。
ク図である。同図において、Tiは慣性入力トル
ク、Tfはコイルに負帰還される電流によるトル
ク、εはTiとTfとの差、Gdは検出部ｄの伝達函
数、Gaは増幅部ａの利得、Eoは出力電圧、Gfは
帰還回路ｆの利得を示す。これらの間には、次の
関係が成立する。
Ti−Tf＝ε
Tf＝EoGf
Eo＝GdGaε ……(1)
(1)式より
Eo／Ti＝GdGa／１＋GfGdGa ……(2)
増幅部ａの利得が大きくGa≫１ならば、
Eo／Ti≒１／Gf (3)
になる。すなわち、出力電圧Eoは慣性入力トル
クTiにほぼ比例する。
クTiにほぼ比例する。
ここで、可動部の慣性モーメントをＩ、運動体
の空間旋回角加速度をω〓とすれば Ti＝Iω〓 ……(4) が成立つ。この式に示されるように、Tiには運
動体の直線加速度又は重力の影響を全く含まれて
いない。Tiに影響を与えるのは、運動体自身の
回転角速度ω〓のみである。したがつて、Tiのもつ
周波数帯は単調であるのが普通である。慣性入力
トルクTiと出力電圧Eoとの間の周波数特性は、
Tiの周波数帯が零より考えられる上限周波数ま
で変わる間利得が一定であるのが望ましい。よつ
て、これに適合するように帰還ループの回路構成
は比例型とする。
の空間旋回角加速度をω〓とすれば Ti＝Iω〓 ……(4) が成立つ。この式に示されるように、Tiには運
動体の直線加速度又は重力の影響を全く含まれて
いない。Tiに影響を与えるのは、運動体自身の
回転角速度ω〓のみである。したがつて、Tiのもつ
周波数帯は単調であるのが普通である。慣性入力
トルクTiと出力電圧Eoとの間の周波数特性は、
Tiの周波数帯が零より考えられる上限周波数ま
で変わる間利得が一定であるのが望ましい。よつ
て、これに適合するように帰還ループの回路構成
は比例型とする。
第３図は、かような帰還ループの例を示す回路
図である。同図において、帰還回路ｆは、電圧
Eoを抵抗Rp2と抵抗Rp1の比に分圧してコイルに
帰還電流を与える比例動作を行うよう構成され
る。この場合の伝達関数は、Ga≫１のとき
Rp1／Rp2となる。この回路構成により、 Eo＝Rp2／Rp1Ti ……(5) を得る。(5)式及び(4)式により、Eoを角度系の慣
性力として表わすことができる。すなわち、 Eo＝Rp2／Rp1Ｉω〓を得る。
図である。同図において、帰還回路ｆは、電圧
Eoを抵抗Rp2と抵抗Rp1の比に分圧してコイルに
帰還電流を与える比例動作を行うよう構成され
る。この場合の伝達関数は、Ga≫１のとき
Rp1／Rp2となる。この回路構成により、 Eo＝Rp2／Rp1Ti ……(5) を得る。(5)式及び(4)式により、Eoを角度系の慣
性力として表わすことができる。すなわち、 Eo＝Rp2／Rp1Ｉω〓を得る。
ここに、Rp2／Rp1Ｉはこの測定器の常数であるか
らRp2／Rp1Ｉを角度系のスケールの重みと考え、こ
のスケールで表わした角加速度をΩ〓とすると、
Eo−Ω〓 ……(6)
を得る。すなわち、Eoは、常に運動体の角加速
度に比例した出力を与えることになる。
度に比例した出力を与えることになる。
したがつて、第４図に示すように、Eo（Ω）を
第１次積分回路in1によつて積分することにより
旋回角速度Ωに対応する出力−Ωが求められ、こ
れを更に第２次積分回路in2によつて積分するこ
とにより旋回角出力θを得ることができる。第５
図に、上記２回積分回路の具体例を示す。
第１次積分回路in1によつて積分することにより
旋回角速度Ωに対応する出力−Ωが求められ、こ
れを更に第２次積分回路in2によつて積分するこ
とにより旋回角出力θを得ることができる。第５
図に、上記２回積分回路の具体例を示す。
第６図は、第５図の２回積分回路の動作を説明
するための波形図である。同図ａは角加速度Ω、
同図ｂは角速度Ω、同図ｃは回動角θの波形図で
ある。時間ｔ＝t0のときΩ＝０，θ＝０として、
時間ｔ＝T0〜t1（＝Δt）の間、角加速度を一定(a)
とすると、 Ω〓t0〜t1＝ａ そのとき、 Ωt1＝∫t1 t0adt＝aΔt θt1＝∫t1 t0aΔt dt＝ａ／２（Δt）2 となり、Ω〓，Ω，θは第６図の左側前半Ａ→Ｂの
経過をたどる。
するための波形図である。同図ａは角加速度Ω、
同図ｂは角速度Ω、同図ｃは回動角θの波形図で
ある。時間ｔ＝t0のときΩ＝０，θ＝０として、
時間ｔ＝T0〜t1（＝Δt）の間、角加速度を一定(a)
とすると、 Ω〓t0〜t1＝ａ そのとき、 Ωt1＝∫t1 t0adt＝aΔt θt1＝∫t1 t0aΔt dt＝ａ／２（Δt）2 となり、Ω〓，Ω，θは第６図の左側前半Ａ→Ｂの
経過をたどる。
次に、ｔ＝t1〜t2（＝Δt）の間、角加速度を一
定（−ａ）にすると、 Ω〓t1〜t2＝−ａ そのとき、 Ωt2＝Ωt1＋∫t2 t1（−ａ）dt ＝aΔt−aΔt＝０ すなわち、角速度はΩt1のaΔtより減速してｔ
＝t2で０となる。また、 θt2−θt1＝ａ／２（Δt）2となるので、 θt2＝ａ／２（Δt）2＋ａ／２（Δt）2＝ａ（Δt）2 を得る。したがつて、Ω〓，Ω，θは第６図右側後
半Ｂ→Ｃの経過をたどり、ｔ＝t2において回動角
θはａ（Δt）2を示すことになる。
定（−ａ）にすると、 Ω〓t1〜t2＝−ａ そのとき、 Ωt2＝Ωt1＋∫t2 t1（−ａ）dt ＝aΔt−aΔt＝０ すなわち、角速度はΩt1のaΔtより減速してｔ
＝t2で０となる。また、 θt2−θt1＝ａ／２（Δt）2となるので、 θt2＝ａ／２（Δt）2＋ａ／２（Δt）2＝ａ（Δt）2 を得る。したがつて、Ω〓，Ω，θは第６図右側後
半Ｂ→Ｃの経過をたどり、ｔ＝t2において回動角
θはａ（Δt）2を示すことになる。
第１図に示したように、指針の一方の端部に１
対の慣性欠輪をもつた小形電流計型の慣性力トル
ク測定器は、本体ｕに検出部ｄ、増幅部ａ及び帰
還回路ｆを内蔵させて全体として小形に構成しう
る。また、これに付属する第１次積分回路及び第
２次積分回路を主体とする電子計算ユニツトも小
形に集積化されているので、これらの全装置を人
体やロボツトのマニピユレータに装着することが
可能である。
対の慣性欠輪をもつた小形電流計型の慣性力トル
ク測定器は、本体ｕに検出部ｄ、増幅部ａ及び帰
還回路ｆを内蔵させて全体として小形に構成しう
る。また、これに付属する第１次積分回路及び第
２次積分回路を主体とする電子計算ユニツトも小
形に集積化されているので、これらの全装置を人
体やロボツトのマニピユレータに装着することが
可能である。
以上説明したとおり、本発明によれば、作業中
の人間の四肢又は動作中のロボツト・マニピユレ
ータ等に装着して人体の運動解析はマニピユレー
タの制御等の用途に今迄なかつた空間回動角計測
器として使用することができる。
の人間の四肢又は動作中のロボツト・マニピユレ
ータ等に装着して人体の運動解析はマニピユレー
タの制御等の用途に今迄なかつた空間回動角計測
器として使用することができる。
第１図イは本発明に用いる測定器の例を示す構
成図、第１図ロはその取付け姿勢関係を示す斜視
図、第２図は第１図イの測定器の動作説明用ブロ
ツク図、第３図は帰還ループの例を示す回路図、
第４図は２回積分回路により回動角を算定する原
理を示すブロツク図、第５図は第４図の２回積分
回路の具体例を示す回路図、第６図はその動作説
明用波形図である。 ζOη……運動体の回動面、Oζ……回動面に直
角の方向、１……可動コイル、OZ……可動コイ
ルの回動軸、２……指針、１３ａ，１３ｂ……１
対の慣性欠輪、Ti……入力トルク、ｄ……検出
部、ａ……増幅部、８……出力端、ｆ……帰還回
路、Tf……負帰還電流によるトルク、in1及びin2
……第１次及び第２次積分回路、θ……空間回動
角。
成図、第１図ロはその取付け姿勢関係を示す斜視
図、第２図は第１図イの測定器の動作説明用ブロ
ツク図、第３図は帰還ループの例を示す回路図、
第４図は２回積分回路により回動角を算定する原
理を示すブロツク図、第５図は第４図の２回積分
回路の具体例を示す回路図、第６図はその動作説
明用波形図である。 ζOη……運動体の回動面、Oζ……回動面に直
角の方向、１……可動コイル、OZ……可動コイ
ルの回動軸、２……指針、１３ａ，１３ｂ……１
対の慣性欠輪、Ti……入力トルク、ｄ……検出
部、ａ……増幅部、８……出力端、ｆ……帰還回
路、Tf……負帰還電流によるトルク、in1及びin2
……第１次及び第２次積分回路、θ……空間回動
角。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 運動体の回動面と直交する方向に回動軸を配
した可動コイルと、該可動コイルの回動軸を介し
て対向した永久磁石と、上記可動コイルの回動軸
のまわりに取付けられ回転モーメントが平衡した
一対の慣性欠輪と、上記可動コイルに取付けられ
た指針と、該指針の平衡位置からの変位を検出す
る検出手段とを有する動的トルク測定器を設け、 上記検出手段の出力信号を増幅して取り出すと
共に、この増幅出力を比例動作をする帰還回路を
介して上記可動コイルに負帰還させ、 上記検出手段の増幅出力を２回積分することに
より、上記運動体の回動時の空間回動角を算定す
るようにした空間回動角算定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20787384A JPS6186613A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 空間回動角算定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20787384A JPS6186613A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 空間回動角算定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6186613A JPS6186613A (ja) | 1986-05-02 |
| JPH0582525B2 true JPH0582525B2 (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=16546960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20787384A Granted JPS6186613A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 空間回動角算定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6186613A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0754261B2 (ja) * | 1991-02-13 | 1995-06-07 | 株式会社リサーチ | 行動記録装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5946340B2 (ja) * | 1977-09-24 | 1984-11-12 | 日本航空電子工業株式会社 | 加速度計 |
| US4452092A (en) * | 1981-03-27 | 1984-06-05 | Sperry Corporation | Torque feedback control for two degree of freedom rate sensor |
-
1984
- 1984-10-03 JP JP20787384A patent/JPS6186613A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6186613A (ja) | 1986-05-02 |
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