JPH08128829A - 垂直ジャイロ - Google Patents
垂直ジャイロInfo
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- JPH08128829A JPH08128829A JP28911594A JP28911594A JPH08128829A JP H08128829 A JPH08128829 A JP H08128829A JP 28911594 A JP28911594 A JP 28911594A JP 28911594 A JP28911594 A JP 28911594A JP H08128829 A JPH08128829 A JP H08128829A
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- outer peripheral
- rotor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価で、かつ小型軽量化が図れる垂直ジャイ
ロを提供する。 【構成】 球状体８はロータ７と一体的に回転するが、
その外周面を光反射率が異なる２つの面で構成し、３個
の光センサ9a、9b、9cの光送受位置（点）を直交３軸の
軸上に設定してある。それぞれ異なる内容の検出信号を
出力するが、出力内容はロータ面と基台１との角度に依
存したものとなる。ＣＰＵ10は３個の光センサの出力相
互間の差信号から基台の水平面からの傾斜角を演算す
る。基台が水平となった時に水平器13に補正信号を出力
させ、コイル11に電流を供給し、導体で構成される球状
体の外周面に渦電流を生じさせ、プレセッションを生じ
させ、ロータの回転軸を水平となった基台に垂直となる
位置に設定する。
ロを提供する。 【構成】 球状体８はロータ７と一体的に回転するが、
その外周面を光反射率が異なる２つの面で構成し、３個
の光センサ9a、9b、9cの光送受位置（点）を直交３軸の
軸上に設定してある。それぞれ異なる内容の検出信号を
出力するが、出力内容はロータ面と基台１との角度に依
存したものとなる。ＣＰＵ10は３個の光センサの出力相
互間の差信号から基台の水平面からの傾斜角を演算す
る。基台が水平となった時に水平器13に補正信号を出力
させ、コイル11に電流を供給し、導体で構成される球状
体の外周面に渦電流を生じさせ、プレセッションを生じ
させ、ロータの回転軸を水平となった基台に垂直となる
位置に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２自由度ジャイロの１
つである垂直ジャイロに関する。
つである垂直ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の垂直ジャイロは、例えば図６に示
すように構成される。周知のように、この垂直ジャイロ
は、ジャイロ基準軸を垂直に設定し、この垂直軸を基準
にして水平面内の２軸回りの運動変位角を測定するセン
サであり、航空機、船その他の移動体に搭載されロール
角（横揺れ角）及びピッチ角（縦揺れ角）の検出のため
に用いられるものである。
すように構成される。周知のように、この垂直ジャイロ
は、ジャイロ基準軸を垂直に設定し、この垂直軸を基準
にして水平面内の２軸回りの運動変位角を測定するセン
サであり、航空機、船その他の移動体に搭載されロール
角（横揺れ角）及びピッチ角（縦揺れ角）の検出のため
に用いられるものである。
【０００３】図６において、円筒状のジャイロロータ５
１の回転軸であるジャイロスピン軸５２は、上下方向
（ｚ軸）の両端が内部ジンバル５３に回転自在に支持さ
れ、ジャイロロータ５１の高速回転により常に垂直状態
を保持する垂直基準軸である。内部ジンバル５３はその
ジンバル軸（ｘ軸とする）が外部ジンバル５４に回転自
在に支持され、外部ジンバル５４はそのジンバル軸（ｙ
軸とする）がジャイロケース５５に回転自在に支持され
る。
１の回転軸であるジャイロスピン軸５２は、上下方向
（ｚ軸）の両端が内部ジンバル５３に回転自在に支持さ
れ、ジャイロロータ５１の高速回転により常に垂直状態
を保持する垂直基準軸である。内部ジンバル５３はその
ジンバル軸（ｘ軸とする）が外部ジンバル５４に回転自
在に支持され、外部ジンバル５４はそのジンバル軸（ｙ
軸とする）がジャイロケース５５に回転自在に支持され
る。
【０００４】つまり、内部ジンバル５３は、ジャイロス
ピン軸５２をｚｙ面内で回動可能とし、外部ジンバル５
４は、内部ジンバル５３と一体的にジャイロスピン軸５
２をｚｘ面内で回動可能としている。これにより、ジャ
イロスピン軸５２は、当該垂直ジャイロを搭載する移動
体の水平面内での姿勢変化に拘らず常に垂直状態を保持
できることになる。
ピン軸５２をｚｙ面内で回動可能とし、外部ジンバル５
４は、内部ジンバル５３と一体的にジャイロスピン軸５
２をｚｘ面内で回動可能としている。これにより、ジャ
イロスピン軸５２は、当該垂直ジャイロを搭載する移動
体の水平面内での姿勢変化に拘らず常に垂直状態を保持
できることになる。
【０００５】内部ジンバル５３のジンバル軸には、一端
にピックオフ５３ａが設けられ、他端にトルカ５３ｂが
設けられる。同様に、外部ジンバル５４のジンバル軸に
は、一端にピックオフ５４ａが設けられ、他端にトルカ
５４ｂが設けられる。ピックオフ５３ａ（５４ａ）は、
ジンバル軸の回動角、つまりジャイロスピン軸５２に対
するジャイロケース５５（移動体の水平基準面）の変位
角を検出し、外部へ出力する。これにより、移動体で
は、水平基準面がジャイロスピン軸５２に対し垂直とな
るような姿勢制御がなされる。
にピックオフ５３ａが設けられ、他端にトルカ５３ｂが
設けられる。同様に、外部ジンバル５４のジンバル軸に
は、一端にピックオフ５４ａが設けられ、他端にトルカ
５４ｂが設けられる。ピックオフ５３ａ（５４ａ）は、
ジンバル軸の回動角、つまりジャイロスピン軸５２に対
するジャイロケース５５（移動体の水平基準面）の変位
角を検出し、外部へ出力する。これにより、移動体で
は、水平基準面がジャイロスピン軸５２に対し垂直とな
るような姿勢制御がなされる。
【０００６】また、ジャイロスピン軸５２は、安定的に
垂直状態を保持できるとは限らず、若干のドリフトがあ
るので、垂直検出器５６が設けられる。垂直検出器５６
は、ジャイロスピン軸５２の垂直からの傾きを検出し、
垂直設定信号をトルカ５３ｂ（５４ｂ）の対応するもの
に与える。例えば、ジャイロスピン軸５２がｙ軸方向
（外部ジンバル５４のジンバル軸の方向）へ傾いている
場合は、ｘ軸のトルカ５３ｂに垂直設定信号を供給す
る。
垂直状態を保持できるとは限らず、若干のドリフトがあ
るので、垂直検出器５６が設けられる。垂直検出器５６
は、ジャイロスピン軸５２の垂直からの傾きを検出し、
垂直設定信号をトルカ５３ｂ（５４ｂ）の対応するもの
に与える。例えば、ジャイロスピン軸５２がｙ軸方向
（外部ジンバル５４のジンバル軸の方向）へ傾いている
場合は、ｘ軸のトルカ５３ｂに垂直設定信号を供給す
る。
【０００７】トルカ５３ｂ（５４ｂ）は、ジャイロスピ
ン軸５２を垂直に駆動するためのモータであって、垂直
設定信号が零になるまで、つまりジャイロスピン軸５２
が垂直になるまで、ジャイロロータ５１に必要な歳差運
動トルクを与える。このようにして、ジャイロスピン軸
５２は、安定的に垂直状態を保持できるようになってい
る。
ン軸５２を垂直に駆動するためのモータであって、垂直
設定信号が零になるまで、つまりジャイロスピン軸５２
が垂直になるまで、ジャイロロータ５１に必要な歳差運
動トルクを与える。このようにして、ジャイロスピン軸
５２は、安定的に垂直状態を保持できるようになってい
る。
【０００８】なお、以上の説明から、２つのジンバル軸
の交点が２軸回りの回動中心となっていることが解る。
の交点が２軸回りの回動中心となっていることが解る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の垂直ジ
ャイロは、高精度ではあるが、そのため大型化・重量化
し、高価であるという問題がある。例えば個人用のボー
トや自動操縦する無人のヘリコプタ等のように、精度は
それ程高くなくとも良いような用途では、安価であるこ
とが望まれ、また小型軽量のものであることが必要だか
らである。
ャイロは、高精度ではあるが、そのため大型化・重量化
し、高価であるという問題がある。例えば個人用のボー
トや自動操縦する無人のヘリコプタ等のように、精度は
それ程高くなくとも良いような用途では、安価であるこ
とが望まれ、また小型軽量のものであることが必要だか
らである。
【００１０】本発明の目的は、安価で、かつ小型軽量化
が図れる新規構成の垂直ジャイロを提供することにあ
る。
が図れる新規構成の垂直ジャイロを提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の垂直ジャイロは次の如き構成を有する。即
ち、第１発明の垂直ジャイロは、スピン軸を中心に回転
する回転体と； 回転体を基台上にそのスピン軸に垂直
な平面内での２軸回りに回動可能に支持するジンバル
と； を備える垂直ジャイロにおいて； 回転体が、ジ
ンバルに片持ち支持されるモータの回転軸（スピン軸）
の一端に形成される円筒状のロータと、このロータを収
容してロータと一体的に回転する球状体であって回転軸
を中心に２つに区分した両外周面が互いに光反射率の異
なる面からなる球状体と； で構成されると共に、球状
体外周面と光の送受を行う３個の光センサであって、１
つは回転体の２軸回り回動中心を通る基台に垂直な線分
と回転軸の一端側における球状体外周面との交点位置に
対し光の送受を行い、他の２つは回転軸に直交し互いに
直交する２本の線分それぞれと球状体外周面との交点位
置に対し光の送受を行うべく、それぞれ球状体の外部に
固定配置される３個の光センサと； ３個の光センサの
検出信号を受けて、相互間の差信号から基台の水平面か
らの傾斜角を演算する手段と； を備えたことを特徴と
する。
め、本発明の垂直ジャイロは次の如き構成を有する。即
ち、第１発明の垂直ジャイロは、スピン軸を中心に回転
する回転体と； 回転体を基台上にそのスピン軸に垂直
な平面内での２軸回りに回動可能に支持するジンバル
と； を備える垂直ジャイロにおいて； 回転体が、ジ
ンバルに片持ち支持されるモータの回転軸（スピン軸）
の一端に形成される円筒状のロータと、このロータを収
容してロータと一体的に回転する球状体であって回転軸
を中心に２つに区分した両外周面が互いに光反射率の異
なる面からなる球状体と； で構成されると共に、球状
体外周面と光の送受を行う３個の光センサであって、１
つは回転体の２軸回り回動中心を通る基台に垂直な線分
と回転軸の一端側における球状体外周面との交点位置に
対し光の送受を行い、他の２つは回転軸に直交し互いに
直交する２本の線分それぞれと球状体外周面との交点位
置に対し光の送受を行うべく、それぞれ球状体の外部に
固定配置される３個の光センサと； ３個の光センサの
検出信号を受けて、相互間の差信号から基台の水平面か
らの傾斜角を演算する手段と； を備えたことを特徴と
する。
【００１２】また、第２発明の垂直ジャイロは、第１発
明において、球状体を、導体からなる球状体または外周
表面に導体層が形成される球状体とし、回転体の２軸回
り回動中心を通る基台に垂直な線分の回転軸の一端側へ
の延長線上であって球状体の外周から適宜距離離隔した
位置に固定配置され、球状体の外周面に渦電流を生じさ
せ回転軸が基台に垂直となるように回転体を駆動するた
めのコイルと； 基台が水平状態となったとき補正信号
を出力する水平器と； 補正信号を受けてコイルに駆動
電流を供給する駆動回路と； を備えたことを特徴とす
る。
明において、球状体を、導体からなる球状体または外周
表面に導体層が形成される球状体とし、回転体の２軸回
り回動中心を通る基台に垂直な線分の回転軸の一端側へ
の延長線上であって球状体の外周から適宜距離離隔した
位置に固定配置され、球状体の外周面に渦電流を生じさ
せ回転軸が基台に垂直となるように回転体を駆動するた
めのコイルと； 基台が水平状態となったとき補正信号
を出力する水平器と； 補正信号を受けてコイルに駆動
電流を供給する駆動回路と； を備えたことを特徴とす
る。
【００１３】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の垂直ジャ
イロの作用を説明する。第１発明では、球状体の外周面
を光反射率が異なる２つの面で構成し、３個の光センサ
の光送受位置（点）を直交３軸の軸上に設定し、３個の
光センサの出力内容をロータ面と基台との角度に依存し
たそれぞれ異なる内容のものとなるようにし、それらの
差信号から基台の水平面からの傾斜角を演算する。
イロの作用を説明する。第１発明では、球状体の外周面
を光反射率が異なる２つの面で構成し、３個の光センサ
の光送受位置（点）を直交３軸の軸上に設定し、３個の
光センサの出力内容をロータ面と基台との角度に依存し
たそれぞれ異なる内容のものとなるようにし、それらの
差信号から基台の水平面からの傾斜角を演算する。
【００１４】従って、精度の面では従来の垂直ジャイロ
よりは劣るが、球状体の回転軸を垂直基準とした水平面
内の２軸回りの運動変位角を測定できる。また、精度は
従来程の高精度である必要はないので、ロータは径を小
さくでき、小型軽量化が図れる。そして、垂直基準軸を
水平となった基台に垂直な位置に設定するリセット操作
は、安価を旨とする本発明では、例えばリセットレバー
を手操作することでも良いが、第２発明のように構成す
れば、簡単にリセット操作が行える。
よりは劣るが、球状体の回転軸を垂直基準とした水平面
内の２軸回りの運動変位角を測定できる。また、精度は
従来程の高精度である必要はないので、ロータは径を小
さくでき、小型軽量化が図れる。そして、垂直基準軸を
水平となった基台に垂直な位置に設定するリセット操作
は、安価を旨とする本発明では、例えばリセットレバー
を手操作することでも良いが、第２発明のように構成す
れば、簡単にリセット操作が行える。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の垂直ジャイロの概念図である。
図１において、基台１は、当該垂直ジャイロを搭載する
移動体の水平基準面である。基台１には支柱２が垂設さ
れ、支柱２の上端にはＵ状のアームが形成される。図示
例では、このＵ状のアームは、紙面に垂直方向となって
いる。アームの両先端部には軸受け２ａが設けられ、こ
の軸受け２ａにリング状の外部ジンバル３が回転自在に
支持される。従って、外部ジンバル３は、紙面に平行な
面内で回動することになる。
する。図１は、本発明の垂直ジャイロの概念図である。
図１において、基台１は、当該垂直ジャイロを搭載する
移動体の水平基準面である。基台１には支柱２が垂設さ
れ、支柱２の上端にはＵ状のアームが形成される。図示
例では、このＵ状のアームは、紙面に垂直方向となって
いる。アームの両先端部には軸受け２ａが設けられ、こ
の軸受け２ａにリング状の外部ジンバル３が回転自在に
支持される。従って、外部ジンバル３は、紙面に平行な
面内で回動することになる。
【００１６】外部ジンバル３の回動軸に直交する側の両
端には軸受け３ａが設けられ、この軸受け３ａに半リン
グ状の内部ジンバル４がその半円弧を下向きにして回転
自在に支持される。従って、内部ジンバル４は、紙面に
垂直な面内で回動することになる。
端には軸受け３ａが設けられ、この軸受け３ａに半リン
グ状の内部ジンバル４がその半円弧を下向きにして回転
自在に支持される。従って、内部ジンバル４は、紙面に
垂直な面内で回動することになる。
【００１７】内部ジンバル４の中央内面には、支柱５が
立設され、支柱５の上端面には図示例では２枚の回路基
板６ａ、６ｂが固定される。また、図示省略したが、ロ
ータ７は、中空円筒状のもので、その中空部内面に永久
磁石が固定されているが、この中空部外周に回転軸が突
設される。この回転軸は回路基板６ｂに穿設した穴に回
転自在に支持される。そして、この中空円筒状の回転軸
の軸心に配置される心棒が回路基板６ａの上面に立設さ
れ、ロータ７の中空部内面に対面する心棒の側面にはコ
イルが設けられ、このコイルに直流電流を供給すること
でロータ７を回転させる。回路基板６ｂにはホール素子
が設けられ、その磁界検出信号を受けてロータ７の回転
を制御する回路が回路基板６ａに搭載されている。電源
供給及び回転数の一定化制御は外部のモータ制御器７ａ
で行う。
立設され、支柱５の上端面には図示例では２枚の回路基
板６ａ、６ｂが固定される。また、図示省略したが、ロ
ータ７は、中空円筒状のもので、その中空部内面に永久
磁石が固定されているが、この中空部外周に回転軸が突
設される。この回転軸は回路基板６ｂに穿設した穴に回
転自在に支持される。そして、この中空円筒状の回転軸
の軸心に配置される心棒が回路基板６ａの上面に立設さ
れ、ロータ７の中空部内面に対面する心棒の側面にはコ
イルが設けられ、このコイルに直流電流を供給すること
でロータ７を回転させる。回路基板６ｂにはホール素子
が設けられ、その磁界検出信号を受けてロータ７の回転
を制御する回路が回路基板６ａに搭載されている。電源
供給及び回転数の一定化制御は外部のモータ制御器７ａ
で行う。
【００１８】要するに、本実施例では、モータは、例え
ば先の出願「ジャイロ」（特願平６−５３８４号：未公
開）で紹介したようなブラシレスＤＣモータであるが、
その回転軸を内部ジンバル４に片持ち支持させてあるの
であり、この回転軸の一端に円筒状のロータ７が形成さ
れる。なお、モータは、ブラシレスＤＣモータである必
要はなく、その他例えば誘導モータでも良いが、ブラシ
レスＤＣモータを用いると制御回路を組込むことができ
るので、一層の小型化が可能となる。
ば先の出願「ジャイロ」（特願平６−５３８４号：未公
開）で紹介したようなブラシレスＤＣモータであるが、
その回転軸を内部ジンバル４に片持ち支持させてあるの
であり、この回転軸の一端に円筒状のロータ７が形成さ
れる。なお、モータは、ブラシレスＤＣモータである必
要はなく、その他例えば誘導モータでも良いが、ブラシ
レスＤＣモータを用いると制御回路を組込むことができ
るので、一層の小型化が可能となる。
【００１９】次に、球状体８は、このロータ７を収容し
てロータ７と一体的に回転する。この球状体８は、アル
ミ等の導体からなる中空球状体または外周表面が金メッ
キ等の導体層である中空球状体であり、図示するように
球の下側約１／３を欠落したものであるが、回転軸を中
心に２つに区分した両外周面が互いに光反射率の異なる
面からなる。具体的には例えば図２に示すように、球状
体８の球中心（２軸回りの回動中心と一致する）を原点
とする直交３軸（垂直軸をｚ、これに直交する２軸を
ｘ、ｙとする）を考えると、例えばｚｘ面で２分した片
側の半外周面（−ｙ軸方向の面）を黒く、他の片側の半
外周面（＋ｙ軸方向の面）を白く塗り潰してある。
てロータ７と一体的に回転する。この球状体８は、アル
ミ等の導体からなる中空球状体または外周表面が金メッ
キ等の導体層である中空球状体であり、図示するように
球の下側約１／３を欠落したものであるが、回転軸を中
心に２つに区分した両外周面が互いに光反射率の異なる
面からなる。具体的には例えば図２に示すように、球状
体８の球中心（２軸回りの回動中心と一致する）を原点
とする直交３軸（垂直軸をｚ、これに直交する２軸を
ｘ、ｙとする）を考えると、例えばｚｘ面で２分した片
側の半外周面（−ｙ軸方向の面）を黒く、他の片側の半
外周面（＋ｙ軸方向の面）を白く塗り潰してある。
【００２０】球状体８の外周には、まず９ａ、９ｂ、９
ｃの３つの光センサが設けられる。これらは、球状体８
の外周面上所定測定点と光の送受を行い、検出信号をＣ
ＰＵ１０に与えるが、測定点は、具体的には、図２に示
すように、ｘ軸上の点ｐ1 、ｙ軸上の点ｐ2 、ｚ軸上の
点ｐ3 である。図１では見易くする観点から正確な記載
とはなっていないが、光センサ９ａはｚ軸上の点ｐ3 の
位置で光の送受を行い、光センサ９ｂは例えばｘ軸上の
点ｐ1 の位置で光の送受を行い、光センサ９ａはｙ軸上
の点ｐ2 の位置で光の送受を行うように、それぞれ球状
体の外部に固定配置される。
ｃの３つの光センサが設けられる。これらは、球状体８
の外周面上所定測定点と光の送受を行い、検出信号をＣ
ＰＵ１０に与えるが、測定点は、具体的には、図２に示
すように、ｘ軸上の点ｐ1 、ｙ軸上の点ｐ2 、ｚ軸上の
点ｐ3 である。図１では見易くする観点から正確な記載
とはなっていないが、光センサ９ａはｚ軸上の点ｐ3 の
位置で光の送受を行い、光センサ９ｂは例えばｘ軸上の
点ｐ1 の位置で光の送受を行い、光センサ９ａはｙ軸上
の点ｐ2 の位置で光の送受を行うように、それぞれ球状
体の外部に固定配置される。
【００２１】従って、３つの光センサの検出信号は図３
に示すように、オンになる位相がそれぞれの信号で異な
るが、デューティは各信号とも５０％（オンとオフの割
合が１：１）のパルス波である。つまり、各光センサか
らの信号は周期は同じであるが、位相差が異なってい
る。従って、ロータ７の回転軸が基台１に垂直となる図
１の状態と、基台１が水平面から傾いた図４の状態で
は、各センサがオンになるタイミングが違うことにな
る。基本的には、このオンになるタイミングの差が利用
される。
に示すように、オンになる位相がそれぞれの信号で異な
るが、デューティは各信号とも５０％（オンとオフの割
合が１：１）のパルス波である。つまり、各光センサか
らの信号は周期は同じであるが、位相差が異なってい
る。従って、ロータ７の回転軸が基台１に垂直となる図
１の状態と、基台１が水平面から傾いた図４の状態で
は、各センサがオンになるタイミングが違うことにな
る。基本的には、このオンになるタイミングの差が利用
される。
【００２２】ＣＰＵ１０は、３つの光センサの検出信号
を受けて、相互間の差信号を取り、ある基準点から測定
点（ｐ1 、ｐ2 、ｐ3 ）に至る回転角（α1 、α2 、α
3 ）を求める。これらの回転角と基台１の水平面からの
傾角（θ、φ）との関係は、数式１、同２、同３で示さ
れる。なお、式中のβはオイラー変換したスピン軸の回
転角であり、ｒは半径である。
を受けて、相互間の差信号を取り、ある基準点から測定
点（ｐ1 、ｐ2 、ｐ3 ）に至る回転角（α1 、α2 、α
3 ）を求める。これらの回転角と基台１の水平面からの
傾角（θ、φ）との関係は、数式１、同２、同３で示さ
れる。なお、式中のβはオイラー変換したスピン軸の回
転角であり、ｒは半径である。
【００２３】
【数１】（１＋tan2α1)（cos βcos θ)2ｒ2 ＋（sin2
θ）ｒ2 ＝ｒ2
θ）ｒ2 ＝ｒ2
【００２４】
【数２】（１＋tan2α2)（sin βcos φ＋cos βsin θ
sin φ)2ｒ2＋（−cos θsin φ)2ｒ2 ＝ｒ2
sin φ)2ｒ2＋（−cos θsin φ)2ｒ2 ＝ｒ2
【００２５】
【数３】（１＋tan2α3)（sin βsin φ−cos βsin θ
cos φ)2ｒ2＋（cos θcos φ)2ｒ2 ＝ｒ2
cos φ)2ｒ2＋（cos θcos φ)2ｒ2 ＝ｒ2
【００２６】そこで、例えば、測定点ｐ1 を基準として
α1 ＝０とすれば、βは０°または１８０°となるので
上記各式は簡略化でき、一方の傾角θとα2 、α3 の関
係は数式４となり、他方の傾角φとα2 、α3 の関係は
数式５となる。
α1 ＝０とすれば、βは０°または１８０°となるので
上記各式は簡略化でき、一方の傾角θとα2 、α3 の関
係は数式４となり、他方の傾角φとα2 、α3 の関係は
数式５となる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】要するに、ＣＰＵ１０では、１つの測定点
を基準にして２つの回転角を求め、それを数式４及び数
式５に適用して基台１が図４に示すように水平面から傾
いた場合の傾角（θ、φ）を演算するのである。
を基準にして２つの回転角を求め、それを数式４及び数
式５に適用して基台１が図４に示すように水平面から傾
いた場合の傾角（θ、φ）を演算するのである。
【００３０】この傾角（θ、φ）は、図外の姿勢制御系
へ送られ、基台１が水平となるように制御されることに
なるが、このままでは、当該垂直ジャイロの垂直基準軸
は、基台１に正確に垂直とはならず、図４に示す程度よ
りは少ないが、垂直基準軸は少し傾いている。また、垂
直基準軸は、厳密にはドリフトにより定常時でも変位す
るものである。従って、垂直基準軸を基台に垂直な位置
にリセットする手段が必要である。
へ送られ、基台１が水平となるように制御されることに
なるが、このままでは、当該垂直ジャイロの垂直基準軸
は、基台１に正確に垂直とはならず、図４に示す程度よ
りは少ないが、垂直基準軸は少し傾いている。また、垂
直基準軸は、厳密にはドリフトにより定常時でも変位す
るものである。従って、垂直基準軸を基台に垂直な位置
にリセットする手段が必要である。
【００３１】このリセットする手段として、安価を旨と
する本発明では、例えばリセットレバーを手操作するこ
とでも良いが、本実施例では図１に示すように、コイル
１１と駆動回路１２と水平器１３とを設けてある。
する本発明では、例えばリセットレバーを手操作するこ
とでも良いが、本実施例では図１に示すように、コイル
１１と駆動回路１２と水平器１３とを設けてある。
【００３２】コイル１１は、ロータ７及び球状体８から
なる回転体の２軸回り回動中心を通る基台１に垂直な線
分（支柱２の中心線）の回転軸の一端側への延長線上で
あって球状体８の外周から適宜距離離隔した位置に、端
的に言えば、支柱２の設定位置の直上位置（つまり測定
点ｐ3 の直上位置）に、発生磁界の方向が球中心（２軸
回り回動中心）を通るように固定配置される。
なる回転体の２軸回り回動中心を通る基台１に垂直な線
分（支柱２の中心線）の回転軸の一端側への延長線上で
あって球状体８の外周から適宜距離離隔した位置に、端
的に言えば、支柱２の設定位置の直上位置（つまり測定
点ｐ3 の直上位置）に、発生磁界の方向が球中心（２軸
回り回動中心）を通るように固定配置される。
【００３３】水平器１３は、基台１が水平状態となった
時にｘ軸及びｙ軸の補正信号を出力する。水平器１３
は、水銀スイッチ、加速度計、電界液に交流を流す水平
器等公知のものを用いることができる。
時にｘ軸及びｙ軸の補正信号を出力する。水平器１３
は、水銀スイッチ、加速度計、電界液に交流を流す水平
器等公知のものを用いることができる。
【００３４】駆動回路１２は、２つの増幅器１２ａと加
算器１２ｂとからなり、水平器１３の出力を増幅加算し
てコイル１１に供給する。
算器１２ｂとからなり、水平器１３の出力を増幅加算し
てコイル１１に供給する。
【００３５】その結果、コイル１１が発生する磁界Ｂに
よって球状体８の外周面に渦電流を生じ、図５に示すよ
うに、コイル１１が発生する磁界Ｂが回転軸（スピン
軸）Ｓから角度λ傾いているとすれば、その角度λに対
応するスピン軸回りの小円の線速度ｖと磁界Ｂに応じた
プレセッションＰが生ずる。このプレセッションＰは、
スピン軸Ｓを磁界Ｂの方向へ移動させる作用をする。ス
ピン軸Ｓは、角度λを小さくしつつ歳差運動を行い、水
平となった基台１に垂直となるように移動する。角度λ
が小さくなるに伴い、小円の線速度ｖも小さくなり、プ
レセッションＰも小さくなる。スピン軸Ｓと球状体８と
の交点は不動点であるから、スピン軸Ｓがコイル１１の
直下に入るとプレセッションＰは零となり、その点で移
動を停止する。
よって球状体８の外周面に渦電流を生じ、図５に示すよ
うに、コイル１１が発生する磁界Ｂが回転軸（スピン
軸）Ｓから角度λ傾いているとすれば、その角度λに対
応するスピン軸回りの小円の線速度ｖと磁界Ｂに応じた
プレセッションＰが生ずる。このプレセッションＰは、
スピン軸Ｓを磁界Ｂの方向へ移動させる作用をする。ス
ピン軸Ｓは、角度λを小さくしつつ歳差運動を行い、水
平となった基台１に垂直となるように移動する。角度λ
が小さくなるに伴い、小円の線速度ｖも小さくなり、プ
レセッションＰも小さくなる。スピン軸Ｓと球状体８と
の交点は不動点であるから、スピン軸Ｓがコイル１１の
直下に入るとプレセッションＰは零となり、その点で移
動を停止する。
【００３６】なおコイル１１が発生する磁界Ｂの向き
は、図４では外向きに示してあるが、逆に球中心に向か
う方向でも同様の作用が得られる。スピン軸Ｓの回転方
向も図示例とは逆向きであっても同様の作用が得られ
る。
は、図４では外向きに示してあるが、逆に球中心に向か
う方向でも同様の作用が得られる。スピン軸Ｓの回転方
向も図示例とは逆向きであっても同様の作用が得られ
る。
【００３７】水平器１３は、スピン軸Ｓがコイル１１の
直下に入り停止するまで、または基台１が水平となった
以降継続して補正信号を出力するのである。スピン軸Ｓ
がコイル１１の直下に入り停止したことは、３個の光セ
ンサの出力内容から検出できる。
直下に入り停止するまで、または基台１が水平となった
以降継続して補正信号を出力するのである。スピン軸Ｓ
がコイル１１の直下に入り停止したことは、３個の光セ
ンサの出力内容から検出できる。
【００３８】なお、以上説明したリセット手段を使用せ
ず、例えば前述したようなリセットレバー等を使用する
時は、球状体８は、導体である必要はないことになる。
ず、例えば前述したようなリセットレバー等を使用する
時は、球状体８は、導体である必要はないことになる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の垂直ジャ
イロは、球状体の外周面を光反射率が異なる２つの面で
構成し、３個の光センサの光送受位置（点）を直交３軸
の軸上に設定し、３個の光センサの出力内容をロータ面
と基台との角度に依存したそれぞれ異なる内容のものと
なるようにし、それらの差信号から基台の水平面からの
傾斜角を演算するので、球状体の回転軸を垂直基準軸と
した水平面内の２軸回りの運動変位角を測定できる安価
な垂直ジャイロを提供でき、また、精度は従来程の高精
度である必要はないので、ロータは径を小さくでき、小
型軽量化が図れる効果がある。そして、垂直基準軸を水
平となった基台に垂直な位置に設定するリセット操作
は、安価を旨とする本発明では、例えばリセットレバー
を手操作することでも良いが、第２発明のように構成す
れば、簡単にリセット操作が行える効果もある。
イロは、球状体の外周面を光反射率が異なる２つの面で
構成し、３個の光センサの光送受位置（点）を直交３軸
の軸上に設定し、３個の光センサの出力内容をロータ面
と基台との角度に依存したそれぞれ異なる内容のものと
なるようにし、それらの差信号から基台の水平面からの
傾斜角を演算するので、球状体の回転軸を垂直基準軸と
した水平面内の２軸回りの運動変位角を測定できる安価
な垂直ジャイロを提供でき、また、精度は従来程の高精
度である必要はないので、ロータは径を小さくでき、小
型軽量化が図れる効果がある。そして、垂直基準軸を水
平となった基台に垂直な位置に設定するリセット操作
は、安価を旨とする本発明では、例えばリセットレバー
を手操作することでも良いが、第２発明のように構成す
れば、簡単にリセット操作が行える効果もある。
【図１】本発明の一実施例に係る垂直ジャイロの概念図
である。
である。
【図２】球状体外周囲に設定される検出点の説明図であ
る。
る。
【図３】各光センサの出力タイムチャートである。
【図４】基台（水平基準面）が水平面から傾いた場合の
状態図である。
状態図である。
【図５】垂直基準軸を水平となった基台に垂直にするリ
セット操作の説明図である。
セット操作の説明図である。
【図６】従来の垂直ジャイロの概念図である。
１ 基台 ２ 支柱 ２ａ 軸受け ３ 外部ジンバル ３ａ 軸受け ４ 内部ジンバル ５ 支柱 ６ａ 回路基板 ６ｂ 回路基板 ７ ロータ ８ 球状体 ９ａ 光センサ ９ｂ 光センサ ９ｃ 光センサ １０ ＣＰＵ １１ コイル １２ 駆動回路 １２ａ 増幅器 １２ｂ 加算器
Claims (4)
- 【請求項１】 スピン軸を中心に回転する回転体と；
回転体を基台上にそのスピン軸に垂直な平面内での２軸
回りに回動可能に支持するジンバルと； を備える垂直
ジャイロにおいて； 回転体が、ジンバルに片持ち支持
されるモータの回転軸（スピン軸）の一端に形成される
円筒状のロータと、このロータを収容してロータと一体
的に回転する球状体であって回転軸を中心に２つに区分
した両外周面が互いに光反射率の異なる面からなる球状
体と； で構成されると共に、球状体外周面と光の送受
を行う３個の光センサであって、１つは回転体の２軸回
り回動中心を通る基台に垂直な線分と回転軸の一端側に
おける球状体外周面との交点位置に対し光の送受を行
い、他の２つは回転軸に直交し互いに直交する２本の線
分それぞれと球状体外周面との交点位置に対し光の送受
を行うべく、それぞれ球状体の外部に固定配置される３
個の光センサと； ３個の光センサの検出信号を受け
て、相互間の差信号から基台の水平面からの傾斜角を演
算する手段と；を備えたことを特徴とする垂直ジャイ
ロ。 - 【請求項２】 回転体の２軸回り回動中心を通る基台に
垂直な線分の回転軸の一端側への延長線上であって球状
体の外周から適宜距離離隔した位置に固定配置され、球
状体の外周面に渦電流を生じさせ回転軸が基台に垂直と
なるように回転体を駆動するためのコイルと； 基台が
水平状態となったとき補正信号を出力する水平器と；
補正信号を受けてコイルに駆動電流を供給する駆動回路
と；を備えたことを特徴とする請求項１に記載の垂直ジ
ャイロ。 - 【請求項３】 球状体は、導体からなる球状体である；
ことを特徴とする請求項２に記載の垂直ジャイロ。 - 【請求項４】 球状体は、外周表面に導体層が形成され
る球状体である；ことを特徴とする請求項２に記載の垂
直ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28911594A JPH08128829A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 垂直ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28911594A JPH08128829A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 垂直ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08128829A true JPH08128829A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17738983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28911594A Withdrawn JPH08128829A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 垂直ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08128829A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102175235A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-09-07 | 南京航空航天大学 | 球形压电定子式陀螺仪 |
| CN106123883A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-16 | 大连民族大学 | 球体转子三轴陀螺仪 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP28911594A patent/JPH08128829A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102175235A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-09-07 | 南京航空航天大学 | 球形压电定子式陀螺仪 |
| CN102175235B (zh) | 2011-01-21 | 2012-12-12 | 南京航空航天大学 | 球形压电定子式陀螺仪 |
| CN106123883A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-16 | 大连民族大学 | 球体转子三轴陀螺仪 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |