JPS60164221A - 位置検出装置 - 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、平板に加えられた荷車を前記平板の複数個所
においてロードセルのような荷重検出器で電気信号とし
て検出し、前記荷重検出器の出力信号を基にして荷重の
加わった個所を前記平板上における直交座標として検出
する位置検出装置に関する。

従来技術 この種の位置検出装置は、一般に、平板上の３個所又は
４個所に荷重検出器を設け、各荷重検出器の出力信号（
荷重信号）をサンプリングし、サ　−ンプリングした荷
重信号を基に座標の解析を行なっている。このような位
置検出装置において、平板上への荷重は通常人間の指に
よって加えられるから、荷重信号のパターンは荷船量、
荷重印加時問、荷重印加速度等により多種多様になる。

すなわち、荷重信号のパターンは、一般には荷重が加え
られた瞬間から立上り、ピーク値に達した後に立下る第
５図（イ）に示す波形で示すことができる。しかし、荷
重信号のピーク値は荷重量（加圧力）によって異なり、
また荷重信号が存在する時間は荷重印加時間（加圧時間
）によって異なり、しかも荷重信号の立上り及び立下り
の勾配は荷重印加速度によって異なるため、荷重信号の
パターンは、実際には荷重量、荷重印加時間、荷重印加
速度により多種多様である。このため、荷重信号のパタ
ーンは、荷重が瞬間的に加わったときは荷重印加時間が
著しく短かくなって第５図（ロ）に示す波形になり、荷
重が徐々に加わったとぎは荷重信号の立上りが緩やかに
なるとともに荷重印加時間が長くなる第５図（ハ）に示
す波形になり、荷ｍｌが多いときは荷重検出器を含む検
出回路の飽和レベルで一定になる第５図（ニ）に示す波
形になる。

このように荷重信号のパターンが多種多様であると、荷
重信号のサンプリングのタイミングを荷重信号のパター
ンに応じて設定することが実際上困難であるから、正確
な座標値を得ることができず、検出誤差が大きくなって
しまう。

発明の目的 本発明は、荷重信号のパターンが多種多様であっても、
理想的なタイミングでデータをサンプリングし、常に正
確な座標値を得ることができる位置検出装置を提供する
ことを目的とする。

発明の構成 上記目的は、本発明によれば、４個の荷重検出器を用い
、各荷重検出器の出力信号を用いて荷重の加わった個所
のＸＹ座標値に対応する信号を演算回路で算出し、演算
回路からの出力信号を、前記出力信号が所定の値に達し
たときから所定の期間連続してサンプリングした後、サ
ンプリングした信号を処理回路において平均化すること
により達成される。

実施例 以下、図面に示す実施例に基いて本発明を説明する。

第１図において、（１）は検出ヘッドで、方形状をした
平板（２）と、その４隅の点（Ａ、Ｂ’。

Ｃ，Ｄ＞に連結棒（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ　＞を介し
て連結された４　ｆｌｌｉｌの荷重検出器（４ａ、４ｂ
、４ｃ、４ｄ　）　トを備え°Ｃおり、図示の例では平
板（２）が水平となるように固定板（５）に取付けられ
ている。各荷重検出器（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）は
、ロードセル、ストレインゲージのように荷重に比例し
たアナログ値の電気信号を出力する既知の検出器であり
、各々の検出信号（Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ　）は後述
する演算回路（１１）に供給される。

この検出ヘッド（１）において、たとえば指（６）によ
り平板（２）上の点（Ｐ）に荷」を加えると、この荷重
が点（Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄ）の四つに分割して荷重検出
器（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）に加わり、各荷重検出
器（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）に加わる分力は点（Ｐ
）から点（Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄ）の距離に対応する。そ
こでこの実施例は、各荷重検出器（４ａ、４ｂ。

４ｃ、４ｄ　）での検出信号を基にして演算回路（１１
）において四則演算を行なって平板（２）上にお（プる
点（Ｐ）の座標値に対応する信号（Ｘｎ′　、Ｙｎ′）
をめるものである。

すなわちＸＹ座標系における点（Ａ　、Ｂ　、Ｃ。

Ｄ）および（Ｐ）の座標を、第２図に示すように、Ａ＝
０．０、Ｂ＝Ｌ、０、Ｃ＝Ｌ　、Ｈ，Ｄ＝Ｏ。

Ｈ，Ｐ＝Ｘｎ、Ｙｎとし、点（Ｐ　）　ｋニアＪＩＢ）
　ツタｐｍをＦ、各荷重検出器に加わった分力、すなわ
ち検出信号を、４ａ　＝Ｆａ　、４ｂ　＝Ｆｂ　、４ｃ
　＝Ｆｃ、４ｄ＝Ｆｄとすると、点（Ｐ）の座標（Ｘｎ
、Ｙｎ　）は、 （Ｆｂ　十Ｆｃ　）・Ｌ ｘｎ＝　□・・・・・・（１） Ｆａ　＋Ｆｂ　＋Ｆｃ　十Ｆｄ （Ｆｃ　＋Ｆｄ　）・１」 Ｙｎ＝□・旧・・（２） Ｆａ　＋Ｆｂ　＋Ｆｃ　＋Ｆｄ で得ることができる。（１）式と（２）式のうち、Ｌと
Ｈは、第１にオケル点（Ａ　、Ｂ　、Ｃ，０）を結ぶ長
方形の大きさにより異なるから、この実施例では１とＨ
を除く、 Ｆ’ｂ十Ｆｃ ’）（ｎ−＝□・・・・・・（３） Ｆａ　＋Ｆｂ　十Ｆｃ　十Ｆｄ Ｆｃ＋Ｆｄ ｙｎ”＝□・・・・・・（４） Ｆａ　＋Ｆｂ　＋Ｆｃ　十Ｆｄ の演算を演算回路（１１）で演算し、演算結果を処理回
路（１２）において所定時間連続してサンプリングした
後、サンプリングしたデータを平均化処理して出力する
。このようにして得たＸｎ′、Ｙｎ′は、外部装置にお
いて、 Ｘｎ　＝Ｘｎ　−ｘ　Ｌ−・−・（５）Ｙｎ　＝Ｙｎ−
ｘＨ・・・・−（６） の演算を行なって点（Ｐ）の実際の座標値をめる信号と
して用いられる。

次に、第３図に示す電気回路の実施例について説明する
。

同図において、（１０）は荷重検出器（４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄ）（７）各出力信号（Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ
　）を個々に増幅する４個の増幅器（１０ａ、１０ｂ、
１０ｃ、１０ｄ　）から成る増幅回路（１０）と、この
増幅回路（１０）の出力信号を基にして前述した（３）
式と（４）式の演算を行なう演算回路（１１）と、この
演算回路（１１）の出力信号を平均化処理するマイクロ
プロセッサ等の処理回路（（１２）とを設けている。

演算回路（１１）は、３個の加算器（１４，１５，１６
）と、３個のアナログ・ディジタル（以下、Ａ−Ｄとい
う）変換器（１７，’１８．１９）とで構成されている
。

加算器（１４，１５，１６）は、演算増幅器による既知
のアナログ加算器であり、加算器（１４）は増幅器（１
０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ、　１０ｄ　）の各出力信号
を加算器（１５）は増幅器（１０ｂ、１０ｃ　）の各出
力信号を、加算器（１６）は増幅器（１０ｃ、１０ｄ　
）の各出力信号を各々加算する。従って、加算器（１４
）は（Ｆａ　＋Ｆｂ＋Ｆｃ　＋Ｆｄ　）の演算を行ない
、加算器（１５）は（Ｆｂ　＋Ｆｃ　）の演算を行ない
、加算器（１６）は（Ｆｃ　＋Ｆｄ　）の演算を行なう
。

Ａ−Ｄ変換器（１７，１８，１９）は入力゛するアナロ
グ信号を２進コードに変換して出力する既知の市販のも
のであり、基準信号端子＜ｙｒｅｒ）に入力する基準電
圧に対するデータ入力端子（Ｖ　ｉｎ）に入力するデー
タ信号の電圧の割合で出力する。変換器（１７）は端子
（ｖｒｅｆ）に直流電源（図示せず）から基準信号（Ｖ
ａ　）が、端子（Ｖｉｎ）に加算器（１４）の出力信号
（Ｆａ　＋Ｆｂ　＋Ｆｃ　＋Ｆｄ　）が各々入力し、変
換器（１８）は端子（Ｖｒｅｆ）に加算器（１４）の出
力信号が、端子（Ｖ　ｉｎ）に加算器（１５）の出力信
号（Ｆｂ　＋ＦＣ）が各々入力し、そして変換器（１９
）は端子（Ｖｒｅｆ）に加算器（１４）の出力信号が、
端子（Ｖｉｎ）に加算器（１６）の出力信号（Ｆｃ　＋
Ｆｄ　）が各々入力する。従って、変換器（１７）は点
（Ｐ）に加わった荷重（Ｆ）を出力し、変換器（１８）
は点（Ｐ）のＸ座標値に対応する信号（Ｘｎ′）を、変
換器（１９）は点（Ｐ）のＹ８標値に対応する信号（Ｙ
ｎ”）を各々出力する。変換器（１７，１８，１９）の
出力信号（Ｆ、Ｘｎ　−、Ｙｎ−）は、各変換器（１７
，１８，１９）が８ビツトのものであると、２５６分率
で出力される。

なお、増幅器（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ　）は
、平板（２）に荷重が加えられていない待機状態のとき
は、Ａ−Ｄ変換器（１７，１８，１９＞の出力信号が零
となるように調整されている。

処理回路（１２）は・、信号（Ｆ）がオンレベルに達し
たときから、 ■一定時間を経過するまで、 ■信号（Ｆ）がオフレベル（下限の値）に低下するまで
、 ■信号（Ｆ）が飽和レベル（上限の値）に上昇するまで
、 の３条件のうち最も早く成立した条件までの間、演算回
路（１１）の出力信号を連続的にサンプリングしてメモ
リに順次格納し、格納した信号を平均化処理した後出力
する。このため、処理回路（１２）は、オンレベル検知
部（２０）　、タイマ（２１）　、オフレベル検知部（
２２）　、飽和レベル検知部（２３）及び平均化処理部
（２４）を備えている。

オンレベル検知部（２０）は、信＠（干）が座標を検出
すべき最低値に達したこと、すなわち平板（２）に荷重
が加えられたことを検知するものである。このオフレベ
ル検知部（２０）でのオンレベル検知信号は、タイマ（
２１）にトリガ信号として供給されるとともに、平均化
処理部（２４）に信号（Ｘｎ　＝　、Ｙｎ　′）のサン
プリング開始指令信号として供給される。

タイマ（２１）は前記オンレベル検知信号により１〜リ
ガされたときから一定時間経過したことを検知し、オフ
レベル検知部（２２）は信号（Ｆ’）が所定の下限の値
まで低下したこと、すなわち平板（２）に加えられた荷
重が検知不要な値まで低下したことを検知し、飽和レベ
ル検知部（２３）は信号（Ｆ）が一定の上限値に、特に
荷重検出器（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）　、増幅回路
（１０）及び演算回路（１１）が飽和する値にまで上昇
したことを検知する。タイマ（２１）　、オフレベル検
知部（２２）及び飽和レベル検知部（２３）の検知信号
は、平均化処理部（２４）においてサンプリング終了指
令信号として用いられる。

平均化処理部〈２４）は、オンレベル検知部（２０）か
ら検知信号が入力すると、信号（Ｘｎ　−、Ｙｎ′）を
交互に連続的にサンプリングして順次メモリに格納し、
タイマ（２１）　、オンレベル検知部（２２）及び飽和
レベル検知部（２３）のいずれかから検知信号が入力す
ると、信号（Ｘｎ　’−、Ｙｎ　−）のサンプリングを
中止し、メモリに格納している信号を読み出して信号（
Ｘｎ　′、Ｙｎ　−）毎に平均化し、平均化した信号（
Ｘｎ　−、Ｙｎ−）を外部装置に出力する。

処理回路（１２）におけるオンレベル検知部（２０）、
゛タイマ（２１）、オフレベル検知部（２２）　、飽和
レベル検知部（２３）及び平均化処理部（２４）の各機
能を共通のマイクロプロセッサで行なうときは、処理回
路（１２）は、第４図に示１ｊＪ：うに、常時は荷重入
力があるか否か、信号（Ｆ）がオンレベルであるか否か
を判定する過程を繰返して待機しており、荷重信号が入
力し、信号（Ｆ）がオンレベルであると、信号（Ｆ　、
Ｘｎ　＝　、Ｙｎ−）をサンプリングしてメモリに格納
する過程を、メモリに格納した信号（Ｆ）がオフレベル
になるか、または飽和レベルになるか、ざらには一定時
間経過するまＣ繰返した後、メモリに格納した信号を読
み出して信号毎に平均化し、平均化した信号（Ｘｎ、Ｙ
ｎ”）を外部装置に出力して待機状態に戻る。

このように、信号（Ｆ）がオンレベルに達したときから
、一定時間を経過するまでの間、または信号（Ｆ）がオ
フレベルになるか飽和レベルになるまでの間、信号（Ｘ
ｎ　−、Ｙｎ−）を繰返しサンプリングし、サンプリン
グ信号を信号（Ｘｎ　＝、Ｙｎｉ毎に平均化して出力す
ると、荷重信号のパターンがいかなる場合でもサンプリ
ングのタイミングが荷重信号の安定時になるとともに誤
差が平均化し、常に正確な座標値を得ることができる。

すなわち、サンプリングの開始時は、信号（１：）がオ
フレベルに達したときになるため安定である。また、サ
ンプリングの終了時は、荷重信号のパターンが第５図（
ロ）に示す波形のとぎは信＠（Ｆ）がオフレベルになっ
たときであるし、第５図（ハ）に示すときは一定時間経
過したとぎであり、さらに第５図（ニ）に示すときは信
号（Ｆ）が飽和レベルに達したときになるため、各々安
定である。そして、平均化処理をすると、サンプリング
ごとの荷重信号の誤差も平均化されるため、平均化した
信号の誤差が少ない。

このように、処理回路（１２）から出力された信号（Ｘ
ｎ　−、Ｙｎ−）は、外部装置において（５）式と（６
）式の演算を行なって平板（２）上における荷重の加え
られた個所のＸ座標値とＹ座標値を算出する信号として
用いられる。

上述の装置は、アナログ加算器（１４，１５，１６）と
、市販のＡ−Ｄ変換器（１７，１８，１９）により荷重
検出器（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）の出力信号（Ｆａ
、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ）をアナログ的に処理して（３）式
。と（４）式の演算を行なうから、信号（Ｆａ、Ｆｂ、
Ｆｃ、Ｆｄ　）をディジタル信号に変換した後、（３）
式と（４）式の演算を行なう場合に比べて部品点数が少
なくてすみ、廉価である。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、たと
えば演算回路（１１）において信号（「ａ。

Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ　）をディジタル信号に変換した後、
（３）式、（４）式の演算を行なうようにしてもよい。

また、（３）式、（４）式の代りに、（１）式、（２）
式の演棹を演算回路（１１）に′お・いて行なうように
してもよいし、平均化処理した信号を用いて（５）式と
（６）式の演算を処理回路（１２）において行なうよう
にしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、４個の荷重検出器を用い、各荷
重検出器の出力信号を用いて荷重の加わった個所のＸＹ
座標値に対応する信号を演算回路で算出し、演樟回路か
らの出力信号を、前記出力信号が所定の値に達したとき
から所定の期間連続してサンプリングした後、サンプリ
ングした信号を処理回路にＪ３いて平均化するようにし
たから、荷重信号のパターンが多種多様であっても、サ
ンプリングのタイミングが安定になるとともに誤差が平
均化され、常に正確な座標値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は検出ヘッドの一例を示す斜視図、第２図は本発
明の原理説明図、 第３図は電気回路の一例を示すブロック図、第４図は処
理回路の動作説明図、 第５図は荷重信号のパターンの例を示す図である。 （１）：検出ヘッド、（２）：平板、 （４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　）　：荷重検出器、（１０
）　：増幅回路、（１１）　：演算回路、（１２）　：
処理回路、。 特許出願人　日本信号株式会社 第５図 （イ）　（ロ） （ハ） 椅問

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕平板の４隅に各々設けられ、前記平板に加えられ
   た荷重の分力を電気信号として検出する４個の荷重検出
   器と、 各荷重検出器の出力信号を基にして四則演算を行なって
   前記平板上における荷重の加えられた個所の×Ｙ座標の
   Ｘ座標値とＹ座標値に個々に対応する信号を出力信号す
   る演算回路と、 前記演算回路からの出力信号を、前記出力信号が所定の
   値に達したとぎから所定の期間連続してリンブリングし
   た後、サンプリングした信号を信号の種類毎に平均化す
   る処理回路と、 を備えたことを特徴とする位置検出装置。 〔２〕前記処理回路におけるサンプリングの期間は、前
   記演算回路からの入力信号を、前記入力信号が所定の伯
   に達したときから、 ■一定時間を釘過するまで、 ■前記入力信号が下限の値にまで低下するまで、■前記
   入力信号が上限の値にまで上屏するまで、のいずれか早
   く達するまでの期間である特許請求の範囲第１項記載の
   位置検出装置。