JP2009002744A - 傾斜計 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造を有し、即応性の改善された傾斜計を提供する。
【解決手段】３軸加速度センサ１と、３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、Ａ＝√（Ａ_ｘ ^２＋Ａ_ｙ ^２＋Ａ_ｚ ^２）によって求めた合成加速度Ａを出力する合成加速度算出部２と、合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差値を求め、その値が所定の範囲内にあるとき、計測命令を出力する計測可否判定部３と、計測可否判定部から計測命令を受けたとき、３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、θ_ｘ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｘ／Ａ_ｚ）によって求めたｘ軸方向の傾斜角θ_ｘ、または、θ_ｙ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｙ／Ａ_ｚ）によって求めたｙ軸方向の傾斜角θ_ｙまたはその両方を計測値として出力する傾斜角算出部４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物に取付けられてその傾斜状態を検出する傾斜計に関するものである。

従来の傾斜計としては、例えば、振り子と、ロータリーエンコーダ、光電式変位センサ、磁気センサまたは磁気誘導式ピックアップ等とを組み合わせ、振り子の角度変位を検出することによって傾斜角を測定するものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

しかし、これらの振り子の角度変位を検出する形式の傾斜計は、測定対象物が運動している間は正確な測定値が得られず、また、測定対象物が静止する時も、振り子の慣性運動が止むまでの間は正確な測定を行うことができず即応性に欠けていた。したがって、この種の傾斜計は運動する物体の傾斜状態を測定するのに適したものではなかった。

そこで、運動する物体の傾斜状態を正確に測定するべく、例えば、加速度センサとジャイロとの組み合わせからなる傾斜計等の、振り子を使用しない種々の傾斜計がこれまでに提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、かかる傾斜計は、いずれも構造が複雑であり、製造コストが高くつくという問題があった。

特開平８−１８９８２６号公報 特開２００３−１３９５３０号公報 特開平５−１４１９７０号公報

したがって、本発明の課題は、簡単な構造を有し、即応性の改善された傾斜計を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、３軸加速度センサと、前記３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、
Ａ＝√（Ａ_ｘ ^２＋Ａ_ｙ ^２＋Ａ_ｚ ^２）
によって求めた合成加速度Ａを出力する合成加速度算出部と、前記合成加速度算出部から出力された前記合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差を求め、該偏差が所定の範囲内にあるとき、計測命令を出力する計測可否判定部と、前記計測可否判定部から前記計測命令を受けたとき、前記３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、
θ_ｘ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｘ／Ａ_ｚ）
によって求めたｘ軸方向の傾斜角θ_ｘ、または、
θ_ｙ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｙ／Ａ_ｚ）
によって求めたｙ軸方向の傾斜角θ_ｙまたはその両方を計測値として出力する傾斜角算出部と、を備えたことを特徴とする傾斜計を構成したものである。

上記構成において、好ましくは、前記計測可否判定部は、前記偏差が１［Ｇ］の５％以下の範囲内にあるとき、前記計測命令を出力するようになっている。あるいは、前記３軸加速度センサは、ＭＥＭＳとして形成されていることが好ましい。

本発明によれば、単一の３軸加速度センサを使用し、３軸加速度センサの各軸の出力値から合成加速度を求め、合成加速度が１［Ｇ］またはその近傍の値であるときは、測定対象物に重力加速度のみが作用し、重力以外の外力は作用していないと判定し、その時の３軸加速度検出値に基づいて傾斜角を算出するようにしたので、非常に簡単な構造において測定対象物の傾斜状態を瞬時にかつ正確に測定することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による傾斜計の概略構成を示すブロック図である。図１を参照して、本発明によれば、３軸加速度センサ１が備えられる。この実施例では、３軸加速度センサ１は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)として形成されており、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向それぞれの加速度の検出値をアナログ出力する。

また、本発明によれば、３軸加速度センサ１の３軸の検出値出力に基づき、合成加速度を求める合成加速度算出部２が備えられる。合成加速度検出部２は、３軸加速度センサ１のアナログ出力をデジタル信号に変換する（図示されない）Ａ／Ｄ変換器を有している。

合成加速度算出部２は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル変換された、ｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、
Ａ＝√（Ａ_ｘ ^２＋Ａ_ｙ ^２＋Ａ_ｚ ^２）
によって求めた合成加速度Ａを出力する。

本発明によれば、また、合成加速度算出部２から出力された合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差を求め、該偏差が所定の範囲内にあるとき、計測命令を出力する計測可否判定部３が備えられる。
このように、合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差に基づいて計測命令を出力するようにしたのは、合成加速度Ａが１［Ｇ］またはその近傍の値をとるときは、３軸加速度センサ１、すなわち傾斜計には重力加速度ｇのみが生じ、重力以外の外力が作用していないことを表しており、よって、このときの傾斜角の検出値には誤差が殆ど生じないと考えられるからである。そして、この実施例においては、計測可否判定部３は、偏差が１［Ｇ］の５％以下の範囲内にあるとき、計測命令を出力する。

さらに、計測可否判定部から計測命令を受けたとき、３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、図２に示した幾何学的配置に従って、
θ_ｘ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｘ／Ａ_ｚ）
によって求めたｘ軸方向の傾斜角θ_ｘ、または、
θ_ｙ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｙ／Ａ_ｚ）
によって求めたｙ軸方向の傾斜角θ_ｙまたはその両方を計測値として出力する傾斜角算出部４が備えられる。

［実施例］
本発明による傾斜計を、無人搬送システムのフォークに適用し、フォームの傾斜状態をモニタリングする実験を行った。この実験では、図３に示すように、本発明による傾斜計１０をフォーク１１の先端部に取り付けた。この場合、３軸加速度センサのｙ軸がフォーク１１の根元に向かってのび、ｚ軸が上向きにのびるように配置した。そして、フォーク１１を作動させ、傾斜計１０からの検出値の出力に基づいて傾斜角（ロール角）を測定し、測定値を経過時間に対してプロットして図４のグラフを得た。図４のグラフ中、ＶＡＬＩＤは、計測可否判定部３による傾斜角測定の可否の判定動作を示し、ＯＮは、傾斜角測定が可と判定した（よって計測命令を出力した）ときを、ＯＦＦは、傾斜角測定が不可と判定したときをそれぞれ表す。

この実験において、合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差が１［Ｇ］の５％以下の範囲内にないときは、傾斜計１０の計測可否判定部３から傾斜角算出部４に計測命令が出力されず、よって、傾斜計１０から測定値は出力されないが、この間は、その直前の傾斜計１０からの出力値を測定値として保持するようにしている（図４のグラフ中の水平部分参照）。それによって、運動するフォーク１１の傾斜状態を、実用上支障が生じない精度で、連続的にモニタリングすることができる。

本発明の１実施例による傾斜計の概略構成を示すブロック図である。 図１の傾斜計による傾斜角の算出法を説明する図である。 図１の傾斜計を無人搬送システムのフォークに適用した実施例の側面図である。 図３の実施例において測定された傾斜計の出力値を経過時間に対してプロットしたグラフである。

符号の説明

１ ３軸加速度センサ
２ 合成加速度算出部
３ 計測可否判定部
４ 傾斜角算出部
１０ 傾斜計
１１ フォーク

Claims (3)

1. ３軸加速度センサと、
   前記３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、
   Ａ＝√（Ａ_ｘ ^２＋Ａ_ｙ ^２＋Ａ_ｚ ^２）
   によって求めた合成加速度Ａを出力する合成加速度算出部と、
   前記合成加速度算出部から出力された前記合成加速度Ａの１［Ｇ］からの偏差を求め、該偏差が所定の範囲内にあるとき、計測命令を出力する計測可否判定部と、
   前記計測可否判定部から前記計測命令を受けたとき、前記３軸加速度センサからのｘ軸出力値Ａ_ｘ、ｙ軸出力値Ａ_ｙおよびｚ軸出力値Ａ_ｚに基づき、
   θ_ｘ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｘ／Ａ_ｚ）
   によって求めたｘ軸方向の傾斜角θ_ｘ、または、
   θ_ｙ＝ｔａｎ^−１（Ａ_ｙ／Ａ_ｚ）
   によって求めたｙ軸方向の傾斜角θ_ｙまたはその両方を計測値として出力する傾斜角算出部と、を備えたことを特徴とする傾斜計。
2. 前記計測可否判定部は、前記偏差が１［Ｇ］の５％以下の範囲内にあるとき、前記計測命令を出力することを特徴とする請求項１に記載の傾斜計。
3. 前記３軸加速度センサは、ＭＥＭＳとして形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の傾斜計。

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