JPS6025125A - 変位検出回路 - 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】 技術分野 本発明は複数の接点部の接点閉接状態を識別する接点検
出回路に関する。

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。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った。

発明の目的 本発明は上述の点に鑑み為されたもので、複数の各接点
間に互いに値の異なる抵抗を接続し、該抵抗を発振回路
の発振周波数設定用抵抗に含め、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、この発振回路の発
振周波数により各接点の閉接状態を識別する接点検出回
路を提供することを目的とする。

実施例 以下、本発明につき好適なる実施例を示す図面を用いて
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る姿勢検出装置の透視図
である。図中１はプラスチッ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ｌの開
口部に一体に嵌合するプラスチッ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木の接点ピン５〜１２が図示の如く設けられ
ている。ハウジングｌ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
ピン受は部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。この球核点４とト記接点ピン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ッキが施され
ている。

姿勢検出装置は、球核点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ｌと接点ベース
２によって密封されている。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ｌの接点ピン受は部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［だけ内側に形成
されている。

次に、球核点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、球核点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３Ｂ周囲の縁部分３Ｃ相互の間
隔すの範囲となっている。

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、球核点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、球核点
４は自重によって接点ピン５゜１２の両方に接触してい
るため、接点ピン５゜１２間は球核点４によって導通路
となっている。

即ち、スイッチでいう閉状態が形成されている。

第３図（Ｂ）は体位の変化によって装置がｎ１度だけ右
横方向へ傾いた状態を示す。この状態では、球核点４の
重心位置Ｐが接点ピン５，１２間にあるため、球核点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ｘｉだけ傾いたところで球核
点４の重心位置Ｐが接点ピン１２．１１間側に移動する
ため、球核点４は接点ピン１２．１１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核点４はヒステリシス特性をも
って移動し、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、球核点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
間隔と球核点４の直径によっ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、球核点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核
点４は縁部分３Ｃによっ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、球核点４の重心位置Ｐ
が縁部分３Ｃより外側に移動するので、球核点４はヒス
テリシス特性をもって縁部分３Ｃを乗り越えて窪み部３
Ｂ側に転がる。このため、球核点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、球核点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Ａと縁部分
３Ｃ相互の距離ｂ（即ち、球核点４の転がる距離）によ
って決定され、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と球核点４の直径によって
決定される。

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。球核点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か、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、Ｌ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ってプリント基板にそのまま接続
することができる。

０ 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った。

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っている。

以上説明した姿勢検出装置では球接点４によって接触さ
れる接点ピン相互の間隔と、球接点４によって決定され
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
い訳であるが、以下の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′〜１２′を４５度
間隔で有する装置とを２２．５度の角１ 度差をおいて平行に設置すれば、２つの装置によって２
２．５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の
である。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
完全密封構造となっており、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ットな２ 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った。

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
源スィッチ、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。

本実施例では無安定マルチバイブレータ５０として５５
５タイマを使用している。このため電源５３は約２ポル
ト〜１５ポルトの範囲で安定して動作し、消費電流も１
００７ｔＡ以下とすることができる。

３ 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Ｔ、及びＴ３は後述の姿勢検出装置の接点
状態により変化し、次式で表される。

Ｔ、＝Ｃ（ＲＡ＋ＲＢ）Ｉｎ２　−　（１）Ｔ３＝Ｃ（
ＲＡ＋２ＲＢ）ｌｎ２−　（２）但しＲＢはＲＢ　１−
ＲＢ８の合成抵抗である。

よって本発振回路の発振周波数ｆは ｆ　＝　１．４４／（（ＲＡ＋２ＲＢ）（ｊ　・・・（
３）でめられる。

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
入力レベルに合わネ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４ 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核点４が端子１１．１
２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＋Ｒ
６＋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
間に球核点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−）（、）Ｉ−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５ 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。

効果 以上説明した如く本発明によれば、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により多数
の接点状態を一つの発振出力により識別可能となり、接
点状態を長時間に渡っ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。

６ 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ＣＢ）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、 ７ 第５図（Ｂ）は姿勢検出回路の出力波形図である。 ここで、ｌ・・・ハウジング、２・・・接点ベース、３
・・・接点ピン受は部、３Ｂ・・・窪み部、４・・・球
核点、５〜１２・・・接点ピンである。 特許出願人　水　井　睦　祥 ８ 第２図 第３図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ） 大 ＣＤ）　（Ｅ）　（Ｆ： 第４図 手続補正書 昭和５８年　９月１３日 特　許　庁　長　官 １、事件の表示 特願昭５８−１３２５６１号 ２、発明の名称 接点検出回路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 水井睦祥 ４、代　理　人　〒１０５ 東京都港区虎ノ門１−１１−１０ ５、補正命令の日付 自　発 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書第１４頁第７行目ｒＲＢ１−ＲＢ８Ｊをｒ
Ｒ１〜Ｒ８Ｊと訂正する。 手続補正書 昭和５９年　２月　７日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５８−１３２５６１号 ２、発明の名称 接点検出回路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 水弁　睦祥 ４、代　理　人　〒１０５ 東京都港区虎ノ門１−２−１２ ５、補正命令の日付 自　発 ７、補正の内容 第３図（Ａ）〜（Ｆ）、第４図、第５図を別紙の通り訂
正する。 第３図 （Ａ＞　（Ｂ）　（Ｃ） （Ｄ）　（Ｅ）　ＣＦ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の接点部の接点閉接状態を識別する接点検出
   回路であって、発振回路部と、該発振回路部の発振周波
   数を設定する設定手段とを備え、前記複数の接点部の接
   点閉接状態により前記設定手段の抵抗値を変化させ、も
   って前記発振回路部発振周波数を変化させ前記複数の接
   点部の接点閉接状態を識別することを特徴とする接点検
   出回路。
2. （２）発振回路部を無安定マルチバイブレータとし、設
   定手段を抵抗及びコンデンサとしてことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の接点検出回路。
3. （３）複数の接点部の各接点間に互いに抵抗値の異なる
   抵抗を接続し、該抵抗を設定手段の発振周波数設定抵抗
   に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の接
   点検出回路。