JP2018072232A - Rotation angle detector and rotary encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角を検出する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for detecting a rotation angle.
回転角を検出する技術としては、磁石を含む回転系とホール素子を含む固定系とを備え、回転軸に回転系を固定し基準座標系に固定系を固定した状態において、回転系の磁石の磁力を、固定系のホール素子で検出することにより、回転軸の基準座標系に対する回転角を検出する回転角検出装置が知られている（たとえば、特許文献１、２）。 As a technique for detecting the rotation angle, a rotation system including a magnet and a fixed system including a Hall element are provided, and in a state where the rotation system is fixed to the rotation axis and the fixed system is fixed to the reference coordinate system, A rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation axis with respect to a reference coordinate system by detecting magnetic force with a fixed Hall element is known (for example, Patent Documents 1 and 2).
また、重力を利用して傾斜角を検出する傾斜角センサの技術や（たとえば、特許文献３、４）、２軸方向や３軸方向について加速度を検出する加速度センサの技術も知られている（たとえば、特許文献５、６）。 In addition, a technique of an inclination angle sensor that detects an inclination angle using gravity (for example, Patent Documents 3 and 4), and an acceleration sensor technique that detects acceleration in a biaxial direction or a triaxial direction are also known ( For example, Patent Documents 5 and 6).
上述した回転角検出装置を検出対象の回転軸が特定されない汎用の回転角検出装置として適用する場合、回転角の検出を行う回転軸を変更する度に、回転角検出装置の回転系を回転軸に固定すると共に、回転角検出装置の固定系を基準座標系に固定する煩雑な作業が必要となる。また、周辺に回転角検出装置の固定系の基準座標系への固定に適した構造体が存在しない回転軸については、基準座標系に対する回転角の検出に大きな困難を伴う。 When the above-described rotation angle detection device is applied as a general-purpose rotation angle detection device in which the detection target rotation axis is not specified, the rotation system of the rotation angle detection device is rotated every time the rotation axis for detecting the rotation angle is changed. And a complicated operation for fixing the fixing system of the rotation angle detecting device to the reference coordinate system. In addition, for a rotation axis that does not have a structure suitable for fixing the rotation angle detection device to the reference coordinate system in the periphery, it is difficult to detect the rotation angle with respect to the reference coordinate system.
よって、回転角検出装置を回転軸に固定するだけで、良好な検出精度を維持したまま回転軸の基準座標系に対する回転角を検出できれば、回転角検出装置の利便性は大きく向上する。 Therefore, if the rotation angle of the rotation axis with respect to the reference coordinate system can be detected while maintaining good detection accuracy by simply fixing the rotation angle detection device to the rotation axis, the convenience of the rotation angle detection device is greatly improved.
そこで、本発明は、回転軸の基準座標系に対する回転角を精度良く検出できる、基準座標系に固定する必要のない回転角検出装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can accurately detect the rotation angle of the rotation axis with respect to the reference coordinate system and does not need to be fixed to the reference coordinate system.
前記課題達成のために、本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に、前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたサブベースと、前記サブベースと同軸に回転可能に、当該サブベースに軸支されたベースと、前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、前記サブベースの下部に固定されたウエイトと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサと、傾斜角センサが検出した傾斜角と前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出する検出部とを備えたものである。 In order to achieve the object, the present invention provides a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft, a detection rotation shaft that is coaxially fixed to the rotation shaft and rotates together with the rotation shaft, and the detection rotation. A sub-base pivotally supported by the detection rotary shaft so as to be rotatable coaxially with the shaft, a base pivotally supported by the sub-base so as to be rotatable coaxially with the sub-base, and a detection rotary shaft with respect to the base A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the sub-base, a weight fixed to a lower portion of the sub-base, an inclination angle sensor fixed to the base for detecting an inclination angle with respect to a vertical direction, and an inclination detected by the inclination angle sensor A detection unit that detects the rotation angle of the rotation shaft using the angle and the rotation angle detected by the rotation angle sensor is provided.
このような回転角検出装置によれば、サブベースは、回転軸に固定される検出用回転シャフトに軸支されていると共に、サブベースの下部にはウェイトが設けられているために、回転軸から加わったトルクによって、サブベースが急峻に回転したり、大きく回転することはない。また、さらに、ベースはサブベースに軸支されているので、サブベースが回転してもサブベースからベースに伝達されるトルクは小さく、ベースに生じる角加速度は小さく抑えられる。 According to such a rotation angle detection device, the sub-base is pivotally supported by the detection rotation shaft fixed to the rotation shaft, and the weight is provided at the lower portion of the sub-base. Due to the torque applied from the sub-base, the sub-base does not rotate sharply or greatly. Furthermore, since the base is pivotally supported by the sub-base, even if the sub-base rotates, the torque transmitted from the sub-base to the base is small, and the angular acceleration generated in the base is kept small.
よって、回転軸から伝わるトルクによってベースの角加速度は小さく抑えられるので、当該角加速度による傾斜角センサの検出誤差も小さく、この結果、回転軸の回転角の検出誤差を小さく抑制することができる。 Therefore, since the angular acceleration of the base is suppressed to a small value by the torque transmitted from the rotating shaft, the detection error of the tilt angle sensor due to the angular acceleration is also small, and as a result, the detecting error of the rotation angle of the rotating shaft can be suppressed to a small value.
また、回転軸の移動により、下部にウェイトが設けられているために重心が偏っているサブベースが慣性力によって回転しても、ベースはサブベースに軸支されているので、サブベースが回転してもサブベースからベースに伝達されるトルクは小さく、ベースに生じる角加速度は小さく抑えられる。 Also, even if the subbase whose center of gravity is biased due to the movement of the rotating shaft due to the movement of the rotating shaft rotates due to inertial force, the subbase rotates because the base is pivotally supported by the subbase. Even so, the torque transmitted from the sub-base to the base is small, and the angular acceleration generated in the base is kept small.
よって、回転軸が移動してもベースの角加速度は小さく抑えられるので、当該角加速度による傾斜角センサの検出誤差も小さく、この結果回転軸の回転角の検出誤差を小さく抑制することができる。 Therefore, even if the rotation axis moves, the angular acceleration of the base is kept small, so that the detection error of the tilt angle sensor due to the angular acceleration is also small, and as a result, the detection error of the rotation angle of the rotation axis can be suppressed small.
ここで、より具体的には、このような回転角検出装置は、前記検出部において、前記回転軸の回転角検出開始時の前記傾斜角センサの傾斜角に対する当該傾斜角センサが検出している傾斜角の変化を前記ベースの傾斜角として算出し、算出した前記ベースの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出するように構成してもよい。 More specifically, in such a rotation angle detection device, in the detection unit, the inclination angle sensor detects the inclination angle of the inclination angle sensor at the start of rotation angle detection of the rotation shaft. A change in inclination angle is calculated as the inclination angle of the base, and an angle obtained by adding the rotation angle detected by the rotation angle sensor to the calculated inclination angle of the base is detected as the rotation angle of the rotation shaft. May be.
また、このような回転角検出装置は、当該回転角検出装置に前記ベースに固定された、当該ベースの回転軸上の位置の加速度を検出する加速度センサを設け、前記検出部において、前記加速度センサが検出した加速度を用いて、傾斜角センサが検出している傾斜角に含まれる当該加速度による誤差を補正し、補正後の傾斜角を用いて求まる前記ベースの傾斜角に、前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出するように構成してもよい。 Further, such a rotation angle detection device is provided with an acceleration sensor that detects an acceleration at a position on the rotation axis of the base, which is fixed to the base, and the detection unit includes the acceleration sensor. Using the detected acceleration, the error due to the acceleration included in the tilt angle detected by the tilt angle sensor is corrected, and the rotation angle sensor is adjusted to the tilt angle of the base obtained using the corrected tilt angle. You may comprise so that the angle which added the detected rotation angle may be detected as a rotation angle of the said rotating shaft.
このようにすることにより、回転軸の加速度をもった移動によって、傾斜角センサに直接加わる加速度の影響による傾斜角の検出誤差を加速度センサで検出した加速度を用いてキャンセルして、より精度よく回転軸の回転角を検出できるようになる。 By doing this, the movement with the acceleration of the rotation axis cancels the tilt angle detection error due to the effect of the acceleration directly applied to the tilt angle sensor using the acceleration detected by the acceleration sensor, and rotates more accurately. The rotation angle of the shaft can be detected.
また、前記課題達成のために、本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に、前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたベースと、前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、前記ベースの下部に固定されたウエイトと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサと、前記ベースに固定された、当該ベースの回転軸上の位置の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサが検出した加速度を用いて、当該加速度による傾斜角センサが検出している傾斜角を補正し、補正後の傾斜角を用いて求まる前記ベースの傾斜角に、前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出する検出部とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft, a detection rotation shaft that is coaxially fixed to the rotation shaft and rotates together with the rotation shaft, and the detection A base rotatably supported by the detection rotary shaft, a rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the detection rotary shaft relative to the base, and a weight fixed to a lower portion of the base An inclination angle sensor that is fixed to the base and detects an inclination angle with respect to a vertical direction, an acceleration sensor that is fixed to the base and detects an acceleration at a position on a rotation axis of the base, and the acceleration sensor Using the detected acceleration, the inclination angle detected by the inclination angle sensor based on the acceleration is corrected, and the rotation angle is corrected to the inclination angle of the base obtained using the corrected inclination angle. An angle sensor is added to the rotational angle detected, in which a detecting section for detecting a rotation angle of the rotary shaft.
このような回転角検出装置によれば、ベースは検出用回転シャフトに軸支されていると共に、ベースの下部にはウェイトが設けられているために、ウエイトの重さやベースの慣性モーメントを充分な大きさに設定することにより、回転軸から加わったトルクや回転軸の移動によってベースに生じる角加速度を小さく抑制することができる。 According to such a rotation angle detection device, since the base is pivotally supported by the detection rotary shaft and the weight is provided at the lower part of the base, the weight weight and the moment of inertia of the base are sufficient. By setting the size, the torque applied from the rotating shaft and the angular acceleration generated in the base due to the movement of the rotating shaft can be suppressed small.
また、回転軸の加速度をもった移動によって、傾斜角センサに直接加わる加速度の影響による傾斜角の検出誤差を、加速度センサで検出した加速度を用いてキャンセルすることができる。
よって、このような回転角検出装置によれば、より精度よく回転軸の回転角を検出できるようになる。
In addition, an inclination angle detection error due to the influence of the acceleration directly applied to the inclination angle sensor due to the movement of the rotation axis with the acceleration can be canceled using the acceleration detected by the acceleration sensor.
Therefore, according to such a rotation angle detection device, the rotation angle of the rotation shaft can be detected with higher accuracy.
ここで、以上の回転角検出装置には、前記ベースに固定された、当該ベースの回転中心軸と垂直な方向に延びるフィンを設けるようにしてもよい。
また、併せて本発明は、以上の回転角検出装置と、前記検出部が検出した前記回転軸の回転角が、所定の単位角度変化する度に、所定の信号を出力する信号出力部とを備えたロータリエンコーダも提供する。
Here, the above rotation angle detection device may be provided with a fin fixed to the base and extending in a direction perpendicular to the rotation center axis of the base.
In addition, the present invention also includes the above rotation angle detection device and a signal output unit that outputs a predetermined signal each time the rotation angle of the rotation shaft detected by the detection unit changes by a predetermined unit angle. A rotary encoder provided is also provided.
以上のように、本発明によれば、回転軸の基準座標系に対する回転角を精度良く検出できる、基準座標系に固定する必要のない回転角検出装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rotation angle detection device that can accurately detect the rotation angle of the rotation axis with respect to the reference coordinate system and does not need to be fixed to the reference coordinate system.
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａに、本第１実施形態に係る回転角検出装置の外観を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図１ａ１は回転角検出装置の前面を表し、図１ａ２は回転角検出装置の左側面を表し、図１ａ３は回転角検出装置の後面を表し、図１ａ４は図１ａ１の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図１ａ５は回転角検出装置を斜視したようすを表している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 a shows an appearance of the rotation angle detection device according to the first embodiment.
Now, as shown in the drawing, FIG. 1a1 represents the front surface of the rotation angle detection device, FIG. 1a2 represents the left side surface of the rotation angle detection device, and FIG. 1a3 represents the rear surface of the rotation angle detection device. 1a4 shows a cross section of the rotation angle detection device taken along the sectional line AA of FIG. 1a1, and FIG. 1a5 shows a perspective view of the rotation angle detection device.
図示するように、回転角検出装置は、ベース１、第１ベアリング２、サブベース３、第２ベアリング４、検出用回転シャフト５、磁石６、ウエイト７、回転角センサ８、傾斜角センサ９、ベース１に固定された信号処理系１０を備えている。 As shown in the figure, the rotation angle detecting device includes a base 1, a first bearing 2, a sub-base 3, a second bearing 4, a detection rotating shaft 5, a magnet 6, a weight 7, a rotation angle sensor 8, an inclination angle sensor 9, A signal processing system 10 fixed to the base 1 is provided.
ここで、検出用回転シャフト５は、第２ベアリング４によって前後方向を回転軸として回転可能にサブベース３を同軸状に軸支しており、サブベース３は第１ベアリング２によって前後方向を回転軸として回転可能にベース１を同軸状に軸支している。 Here, the rotation shaft 5 for detection supports the sub-base 3 coaxially so that it can be rotated about the front-rear direction by the second bearing 4. The sub-base 3 is rotated about the front-rear direction by the first bearing 2. A base 1 is coaxially supported so as to be rotatable as a shaft.
また、磁石６は検出用回転シャフト５の前端面に固定されており、回転角センサ８はベース１に固定されている。
ここで、図１ｂに検出用回転シャフト５と磁石６と回転角センサ８の配置関係を示す。回転角センサ８は、磁石６と対向する配置でベース１に固定されている。また、磁石６はＮ極とＳ極が周方向に交互に配置された磁石である。また、回転角センサ８は、たとえば、ホール素子やMR素子などを用いて検出した磁力から回転角センサ８に対する磁石６の回転角、すなわち、ベース１に対する検出用回転シャフト５の回転角を検出するセンサである。
The magnet 6 is fixed to the front end face of the detection rotary shaft 5, and the rotation angle sensor 8 is fixed to the base 1.
Here, FIG. 1 b shows the positional relationship among the detection rotating shaft 5, the magnet 6, and the rotation angle sensor 8. The rotation angle sensor 8 is fixed to the base 1 so as to face the magnet 6. The magnet 6 is a magnet in which N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. The rotation angle sensor 8 detects, for example, the rotation angle of the magnet 6 with respect to the rotation angle sensor 8, that is, the rotation angle of the detection rotating shaft 5 with respect to the base 1 from the magnetic force detected using a Hall element or MR element. It is a sensor.
次に、図１ｃに、前後方向に見たウエイト７、回転角センサ８、傾斜角センサ９の配置を示す。傾斜角センサ９は、回転角センサ８と共に、ベース１に固定されており、重力を利用して重力方向（鉛直方向）に対する傾斜角、すなわち、ベース１の重力方向に対する傾斜角を検出する。 Next, FIG. 1 c shows the arrangement of the weight 7, the rotation angle sensor 8, and the tilt angle sensor 9 as viewed in the front-rear direction. The tilt angle sensor 9 is fixed to the base 1 together with the rotation angle sensor 8 and detects the tilt angle with respect to the gravitational direction (vertical direction), that is, the tilt angle of the base 1 with respect to the gravitational direction using gravity.
そして、ウエイト７は、サブベース３の下部に固定された重りである。
ここで、このような回転角検出装置は、図１ｄ１、ｄ２に示すように、回転角を検出する回転軸１００に検出用回転シャフト５を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸１００によって支持されている形態で、回転軸１００の回転角を検出する。
The weight 7 is a weight fixed to the lower portion of the sub-base 3.
Here, as shown in FIGS. 1d1 and d2, such a rotation angle detection apparatus uses the rotation shaft 5 for detection fixed to a rotation shaft 100 that detects the rotation angle. That is, the rotation angle of the rotation shaft 100 is detected in a form in which the entire rotation angle detection device is supported by the rotation shaft 100.
次に、回転角検出装置の信号処理系１０の機能構成を図２に示す。
図示するように、信号処理系１０は、制御部１１、検出処理部１２、外部と無線通信を行う無線通信インタフェース１３よりなる。
なお、図１では図示を省略したがベース１には、信号処理系１０の電源を供給するバッテリも固定されている。
ここで、図３ａに示すように、回転軸１００が静止している状態では、サブベース３は、ウエイト７の作用により、サブベース３の下方が鉛直下方となる姿勢となる。
Next, the functional configuration of the signal processing system 10 of the rotation angle detection device is shown in FIG.
As shown in the figure, the signal processing system 10 includes a control unit 11, a detection processing unit 12, and a wireless communication interface 13 that performs wireless communication with the outside.
Although not shown in FIG. 1, a battery that supplies power to the signal processing system 10 is also fixed to the base 1.
Here, as shown in FIG. 3 a, when the rotary shaft 100 is stationary, the sub base 3 is in a posture in which the lower side of the sub base 3 is vertically downward by the action of the weight 7.
ここで、ベース１の慣性モーメントは比較的大きく、また、ベース１の重心は、ほぼベース１の回転中心軸上の位置に設定されている。ただし、ベース１の重心は、回転軸１００が静止している状態で、ベース１の回転角が、傾斜角センサ９が検出する傾斜角が０となる回転角となるように僅かに中心からずらして設定してもよい。 Here, the inertia moment of the base 1 is relatively large, and the center of gravity of the base 1 is set at a position substantially on the rotation center axis of the base 1. However, the center of gravity of the base 1 is slightly shifted from the center so that the rotation angle of the base 1 becomes a rotation angle at which the inclination angle detected by the inclination angle sensor 9 becomes 0 in a state where the rotary shaft 100 is stationary. May be set.
以下、このような回転角検出装置の回転角の検出動作について説明する。
ここで、回転角センサ８が検出している、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト５のベース１に対する回転角をθ１、計測開始時に傾斜角センサ９が検出していた鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθref、傾斜角センサ９が検出している鉛直方向に対する現在のベース１の傾斜角をθdetとして、
検出処理部１２は、ベース１の回転角θ２を、
θ２=θdet-θref
により算出し、
回転軸１００の回転角θを、
θ=θ１+θ２により算出する。
Hereinafter, the rotation angle detection operation of such a rotation angle detection device will be described.
Here, the rotation angle with respect to the base 1 of the detection rotation shaft 5 fixed to the rotation shaft 100 detected by the rotation angle sensor 8 is θ1, and the base with respect to the vertical direction detected by the inclination angle sensor 9 at the start of measurement. The inclination angle of 1 is θref, and the inclination angle of the current base 1 with respect to the vertical direction detected by the inclination angle sensor 9 is θdet.
The detection processing unit 12 determines the rotation angle θ2 of the base 1 as follows:
θ2 = θdet-θref
Calculated by
The rotation angle θ of the rotary shaft 100 is
Calculation is performed using θ = θ1 + θ2.
さて、図３ｂに示すように、回転角センサ８が固定されているベース１が、検出用回転シャフト５に対してθ２回転すると、回転角センサ８が検出した回転角θ１は、検出用回転シャフト５、回転軸１００の真の回転角θから、ベース１の回転角θ２を減算した角度となる。なお、図３ｂに示した例は、θrefが０であり、θ２=θdetである場合についてのものである。 Now, as shown in FIG. 3b, when the base 1 to which the rotation angle sensor 8 is fixed rotates θ2 with respect to the detection rotation shaft 5, the rotation angle θ1 detected by the rotation angle sensor 8 becomes the detection rotation shaft. 5. The angle obtained by subtracting the rotation angle θ2 of the base 1 from the true rotation angle θ of the rotation shaft 100. Note that the example shown in FIG. 3B is for the case where θref is 0 and θ2 = θdet.
したがって、上述のように、傾斜角センサ９を用いて求めたベース１の回転角θ２を用いて、θ=θ１+θ２により回転軸１００の回転角θを算出することにより、回転軸１００の真の回転角を検出することができる。 Therefore, as described above, the rotation angle θ of the rotation shaft 100 is calculated from θ = θ1 + θ2 by using the rotation angle θ2 of the base 1 obtained by using the inclination angle sensor 9, so that the trueness of the rotation shaft 100 is obtained. Can be detected.
さて、ベース１が角加速度をもって回転した場合、傾斜角センサ９には重力に加えて角加速度による力が加わり、傾斜角センサ９が検出する傾斜角θdetには、真のベース１の傾斜角に対する誤差が生じる。 When the base 1 rotates with angular acceleration, a force due to angular acceleration is applied to the tilt angle sensor 9 in addition to gravity, and the tilt angle θdet detected by the tilt angle sensor 9 corresponds to the true tilt angle of the base 1. An error occurs.
ベース１が角加速度をもって回転する第１の要因は、検出用回転シャフト５、第２ベアリング４、サブベース３、第１ベアリング２を介して、回転軸１００からベース１に伝達されるトルクである。 The first factor that the base 1 rotates with angular acceleration is torque transmitted from the rotary shaft 100 to the base 1 through the detection rotary shaft 5, the second bearing 4, the sub-base 3, and the first bearing 2. .
しかし、本第１実施形態に係る回転角検出装置によれば、サブベース３は第２ベアリング４で検出用回転シャフト５に軸支されていると共に、サブベース３の下部にはウェイトが設けられているために、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト５から第２ベアリング４を介して加わったトルクによって、サブベース３が急峻に回転したり、大きく回転することはない。また、さらに、ベース１は第１ベアリング２を介してサブベース３に軸支されているので、サブベース３が多少回転してもベース１に生じる角加速度は小さく抑えられる。 However, according to the rotation angle detecting device according to the first embodiment, the sub base 3 is pivotally supported by the detection rotating shaft 5 by the second bearing 4, and a weight is provided at the lower portion of the sub base 3. For this reason, the sub-base 3 does not rotate sharply or greatly rotate due to the torque applied from the detection rotating shaft 5 fixed to the rotating shaft 100 via the second bearing 4. Furthermore, since the base 1 is pivotally supported by the sub base 3 via the first bearing 2, even if the sub base 3 rotates slightly, the angular acceleration generated in the base 1 can be suppressed small.
よって、本第１実施形態に係る回転角検出装置によれば、検出用回転シャフト５、第２ベアリング４、サブベース３、第１ベアリング２を介して、回転軸１００からベース１に加わるトルクによってベース１の角加速度は小さく抑えられるので、当該角加速度による回転軸１００の回転角θの検出誤差を小さく抑制することができる。 Therefore, according to the rotation angle detection device according to the first embodiment, the torque applied to the base 1 from the rotary shaft 100 via the detection rotating shaft 5, the second bearing 4, the sub-base 3, and the first bearing 2. Since the angular acceleration of the base 1 is suppressed to a small value, a detection error of the rotation angle θ of the rotation shaft 100 due to the angular acceleration can be suppressed to a small value.
次に、ベース１が角加速度をもって回転する第２の要因は、図３ｃに示すように、回転軸１００の位置が固定されておらず、回転軸１００が移動する場合に、当該回転軸１００の移動に伴い、下部にウェイトが設けられているために重心が偏っているサブベース３が慣性力によって角加速度をもって回転することによるものであり、この場合、サブベース３の回転に伴い第１ベアリング２を介してサブベース３からベース１にトルクが伝達される。 Next, as shown in FIG. 3c, the second factor that the base 1 rotates with angular acceleration is that the position of the rotary shaft 100 is not fixed and the rotary shaft 100 moves when the rotary shaft 100 moves. This is because the sub-base 3 whose center of gravity is biased because the weight is provided in the lower part as it moves is rotated with angular acceleration by the inertial force. In this case, the first bearing is accompanied by the rotation of the sub-base 3. Torque is transmitted from the sub-base 3 to the base 1 via 2.
しかし、本第１実施形態に係る回転角検出装置によれば、上述のように、ベース１は第１ベアリング２を介してサブベース３に軸支されているので、サブベース３が回転しても、サブベース３からベース１に伝達されるトルクは小さく、ベース１に生じる角加速度は小さく抑えられる。 However, according to the rotation angle detection device according to the first embodiment, as described above, the base 1 is pivotally supported by the sub base 3 via the first bearing 2, so that the sub base 3 rotates. However, the torque transmitted from the sub-base 3 to the base 1 is small, and the angular acceleration generated in the base 1 is kept small.
よって、本第１実施形態に係る回転角検出装置によれば、回転軸１００が移動した場合でも、これによって、ベース１の角加速度はベース１に生じる角加速度は小さく抑えられるので、回転軸１００の移動に伴うに回転軸１００の回転角θの検出誤差を小さく抑制することができる。 Therefore, according to the rotation angle detection device according to the first embodiment, even when the rotation shaft 100 moves, the angular acceleration generated in the base 1 can be suppressed to be small because the angular acceleration generated in the base 1 is thereby reduced. With this movement, the detection error of the rotation angle θ of the rotating shaft 100 can be reduced.
さて、図２において、制御部１１は無線インタフェースを介して受信した外部からのモード設定指令に従って、検出モードとして連続回転角検出モード、ロータリエンコーダモードのいずれかを検出処理部１２に設定する。 In FIG. 2, the control unit 11 sets either the continuous rotation angle detection mode or the rotary encoder mode as the detection mode in the detection processing unit 12 in accordance with an external mode setting command received via the wireless interface.
検出処理部１２は、連続回転角検出モードが設定されているときには、上述のように、計測開始時に、傾斜角センサ９が検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθrefとして記憶する。そして、以降、回転角センサ８が検出している、ベース１に対する回転軸１００に固定された検出用回転シャフト５の回転角をθ１、傾斜角センサ９が検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθdetとして、
θ２=θdet-θref
θ=θ１+θ２
によって算出した回転軸１００の回転角θを、無線通信インタフェース１３を介して外部に無線通信により出力する処理を繰り返し行う。
When the continuous rotation angle detection mode is set, the detection processing unit 12 stores the tilt angle of the base 1 with respect to the vertical direction detected by the tilt angle sensor 9 as θref at the start of measurement as described above. Thereafter, the rotation angle of the detection rotation shaft 5 fixed to the rotation shaft 100 relative to the base 1 detected by the rotation angle sensor 8 is θ1, and the base 1 relative to the vertical direction detected by the tilt angle sensor 9 is detected. The inclination angle is θdet,
θ2 = θdet-θref
θ = θ1 + θ2
The process of outputting the rotation angle θ of the rotation shaft 100 calculated by the above through the wireless communication interface 13 by wireless communication is repeatedly performed.
次に、検出処理部１２は、ロータリエンコーダモードが設定されているときには、計測開始時に、傾斜角センサ９が検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθrefとして記憶する。そして、以降は、
θ２=θdet-θref
θ=θ１+θ２
によって算出した回転軸１００の回転角θが所定の単位角度増減したときにパルス信号を、無線通信インタフェース１３を介して外部に無線通信により出力する処理を行う。
Next, when the rotary encoder mode is set, the detection processing unit 12 stores the tilt angle of the base 1 with respect to the vertical direction detected by the tilt angle sensor 9 as θref at the start of measurement. And after that,
θ2 = θdet-θref
θ = θ1 + θ2
When the rotation angle θ of the rotation shaft 100 calculated by the above is increased or decreased by a predetermined unit angle, a process of outputting a pulse signal to the outside via the wireless communication interface 13 by wireless communication is performed.
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本第２実施形態に係る回転角検出装置の構成は、図１に示した第１実施形態に係る回転角検出装置の構成に、加速度センサを追加した構成を備えている。
ここで、図４ａに、図１ａ１の断面線A-Aによる、本第２実施形態に係る回転角検出装置の断面を示す。本第２実施形態に係る回転角検出装置の加速度センサ４１はベース１に固定されており、図４ｂに前後方向に見たウエイト７、傾斜角センサ９、加速度センサ４１の配置を示す。加速度センサ４１は、ベース１の回転中心軸上の位置に、回転角センサ８と前後方向に見て重なるようにベース１に固定される。そして、加速度センサ４１は、ベース１の回転中心軸上の位置の当該回転中心軸と垂直な２軸方向について加速度を検出する。ここで、このように加速度センサ４１はベース１の回転中心軸上の位置に配置されているので、加速度センサ４１が検出する加速度は、回転軸１００の移動によって生じた回転角検出装置の全体の移動の加速度を表すものとなる。
The first embodiment of the present invention has been described above.
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
The configuration of the rotation angle detection device according to the second embodiment includes a configuration in which an acceleration sensor is added to the configuration of the rotation angle detection device according to the first embodiment shown in FIG.
Here, FIG. 4a shows a cross section of the rotation angle detection device according to the second embodiment, taken along the cross sectional line AA of FIG. 1a1. The acceleration sensor 41 of the rotation angle detection device according to the second embodiment is fixed to the base 1, and FIG. 4 b shows the arrangement of the weight 7, the inclination angle sensor 9, and the acceleration sensor 41 as viewed in the front-rear direction. The acceleration sensor 41 is fixed to the base 1 at a position on the rotation center axis of the base 1 so as to overlap the rotation angle sensor 8 in the front-rear direction. The acceleration sensor 41 detects acceleration in a biaxial direction perpendicular to the rotation center axis at a position on the rotation center axis of the base 1. Here, since the acceleration sensor 41 is arranged at a position on the rotation center axis of the base 1 in this way, the acceleration detected by the acceleration sensor 41 is the entire rotation angle detection device generated by the movement of the rotation axis 100. It represents the acceleration of movement.
次に、図５に、本第２実施形態に係る信号処理系１０の機能構成を示す。
図示するように、本第２実施形態では、信号処理系１０の検出処理部１２において、加速度センサ４１で検出した加速度を考慮して、回転軸１００の回転角θを算出する。
ここで、加速度センサ４１と傾斜角センサ９の位置関係は固定であるので、加速度センサ４１で検出した加速度の大きさ、方向より、回転軸１００の移動によって生じた回転角検出装置の全体の移動により傾斜角センサ９に加わる加速度の大きさと傾斜角センサ９に対する方向は定まる。そして、上述のようにベース１に働く角加速度は小さく抑えられ、かつ、これにより、ベース１の慣性モーメントを大きく設定していることとも相まって、ベース１の回転速度も小さく抑えられるので、傾斜角センサ９にベース１の回転による力はほとんど加わらない。したがって、回転軸１００の移動によって、直接、傾斜角センサ９に加わる加速度が、実質的に、傾斜角センサ９に加わる加速度となる。
Next, FIG. 5 shows a functional configuration of the signal processing system 10 according to the second embodiment.
As shown in the figure, in the second embodiment, the detection processing unit 12 of the signal processing system 10 calculates the rotation angle θ of the rotating shaft 100 in consideration of the acceleration detected by the acceleration sensor 41.
Here, since the positional relationship between the acceleration sensor 41 and the tilt angle sensor 9 is fixed, the entire movement of the rotation angle detection device caused by the movement of the rotation shaft 100 is determined from the magnitude and direction of the acceleration detected by the acceleration sensor 41. Thus, the magnitude of acceleration applied to the tilt angle sensor 9 and the direction with respect to the tilt angle sensor 9 are determined. As described above, the angular acceleration acting on the base 1 can be suppressed to a small value, and the rotational speed of the base 1 can also be suppressed to a small value together with the fact that the moment of inertia of the base 1 is set to be large. Little force is applied to the sensor 9 due to the rotation of the base 1. Therefore, the acceleration directly applied to the tilt angle sensor 9 by the movement of the rotating shaft 100 is substantially the acceleration applied to the tilt angle sensor 9.
そこで、検出処理部１２は、加速度センサ４１で検出した加速度を用いて、回転軸１００の加速度をもった移動によって、直接、傾斜角センサ９に加わっている加速度により傾斜角センサ９に生じている傾斜角の検出誤差Eを算定し、傾斜角センサ９が検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角θdetを、
θdet' =θdet-E
によりθdetから検出誤差Eをキャンセルした傾斜角θdet'に補正する。
Therefore, the detection processing unit 12 is generated in the tilt angle sensor 9 by the acceleration directly applied to the tilt angle sensor 9 by the movement having the acceleration of the rotation shaft 100 using the acceleration detected by the acceleration sensor 41. The inclination angle detection error E is calculated, and the inclination angle θdet of the base 1 with respect to the vertical direction detected by the inclination angle sensor 9 is calculated.
θdet '= θdet-E
To correct the inclination angle θdet ′ from which the detection error E is canceled from θdet.
ここで、傾斜角センサ９に加速度が加わっている場合、図４ｃ１に示すように、傾斜角センサ９には、加速度に対する慣性力ベクトルＡと重力ベクトルＧとを合成した力ベクトルＦが加わり、この力Ｆベクトルに対する傾斜角が傾斜角センサ９において検出されることとなる。
また、図４ｃ２に示すように、重力ベクトルＧの大きさは固定であるので、慣性力ベクトルＡの大きさ及び方向と、力Ｆベクトルの方向ＦＤＥＴが求まれば、重力ベクトルＧの方向は定まり、この重力ベクトルＧの方向と力Ｆベクトルの方向ＦＤＥＴの差が、傾斜角センサ９に加わっている加速度により傾斜角センサ９に生じている傾斜角の検出誤差Eとなる。
Here, when acceleration is applied to the tilt angle sensor 9, as shown in FIG. 4c1, a force vector F obtained by combining the inertial force vector A and the gravity vector G with respect to the acceleration is added to the tilt angle sensor 9, and this The inclination angle with respect to the force F vector is detected by the inclination angle sensor 9.
Further, as shown in FIG. 4c2, since the magnitude of the gravity vector G is fixed, if the magnitude and direction of the inertial force vector A and the direction FDET of the force F vector are obtained, the direction of the gravity vector G is determined. The difference between the direction of the gravity vector G and the direction FDET of the force F vector becomes an inclination angle detection error E generated in the inclination angle sensor 9 due to the acceleration applied to the inclination angle sensor 9.
そして、加速度に対する慣性力ベクトルＡの大きさと方向は加速度センサ４１で検出した加速度より求まり、力Ｆベクトルの方向ＦＤＥＴは傾斜角センサ９において検出された傾斜角より求まるので、加速度センサ４１で検出した加速度と傾斜角センサ９において検出された傾斜角より、傾斜角センサ９に生じている傾斜角の検出誤差Eを定めることができる。
そこで、検出処理部１２における加速度センサ４１で検出した加速度からの傾斜角センサ９に生じている傾斜角の検出誤差Eの算定は、たとえば、傾斜角センサ９で検出される傾斜角と、加速度センサ４１で検出される加速度の大きさ及び方向と、傾斜角センサ９に生じる傾斜角の検出誤差Eとの関係式または対応関係を予め求めて検出処理部１２に設定しておき、検出処理部１２において当該関係式または対応関係と傾斜角センサ９で検出された傾斜角と加速度センサ４１で検出した加速度とに従って算定すること等により行う。
The magnitude and direction of the inertial force vector A with respect to the acceleration are obtained from the acceleration detected by the acceleration sensor 41, and the direction FDET of the force F vector is obtained from the inclination angle detected by the inclination angle sensor 9, so that it is detected by the acceleration sensor 41. From the acceleration and the tilt angle detected by the tilt angle sensor 9, a detection error E of the tilt angle generated in the tilt angle sensor 9 can be determined.
Therefore, the calculation of the tilt angle detection error E occurring in the tilt angle sensor 9 from the acceleration detected by the acceleration sensor 41 in the detection processing unit 12 is performed by, for example, the tilt angle detected by the tilt angle sensor 9 and the acceleration sensor. A relational expression or correspondence between the magnitude and direction of the acceleration detected at 41 and the inclination angle detection error E generated in the inclination angle sensor 9 is obtained in advance and set in the detection processing section 12. The calculation is performed according to the relational expression or the corresponding relationship, the inclination angle detected by the inclination angle sensor 9 and the acceleration detected by the acceleration sensor 41, and the like.
そして、検出処理部１２は、回転角センサ８が検出している、ベース１に対する回転軸１００に固定された検出用回転シャフト５の回転角をθ１、計測開始時に傾斜角センサ９が検出していた鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθrefとして、
θ２=θdet'-θref
θ=θ１+θ２
回転軸１００の回転角θにより算出する。
The detection processing unit 12 detects the rotation angle of the detection rotation shaft 5 fixed to the rotation shaft 100 with respect to the base 1 detected by the rotation angle sensor 8 as θ1, and the inclination angle sensor 9 detects the rotation angle at the start of measurement. The tilt angle of the base 1 with respect to the vertical direction is θref,
θ2 = θdet'-θref
θ = θ1 + θ2
It is calculated from the rotation angle θ of the rotating shaft 100.
なお、以上の回転軸１００の回転角θの算出動作以外の他の信号処理系１０の動作は第１実施形態と同様である。
以上、本発明の第２実施形態について説明した。
このような第２実施形態によれば、回転軸１００の加速度をもった移動によって、傾斜角センサ９に直接加わる加速度の影響による傾斜角の検出誤差をキャンセルして、より精度よく回転軸１００の回転角θを検出できるようになる。
The operations of the signal processing system 10 other than the calculation operation of the rotation angle θ of the rotating shaft 100 are the same as those in the first embodiment.
The second embodiment of the present invention has been described above.
According to the second embodiment as described above, the movement of the rotary shaft 100 with the acceleration cancels the tilt angle detection error due to the influence of the acceleration directly applied to the tilt angle sensor 9, and the rotary shaft 100 is more accurately detected. The rotation angle θ can be detected.
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６ａに、本第３実施形態に係る回転角検出装置の外観を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図６ａ１は回転角検出装置の前面を表し、図６ａ２は回転角検出装置の左側面を表し、図６ａ３は回転角検出装置の後面を表し、図６ａ４は図６ａ１の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図６ａ５は回転角検出装置を斜視したようすを表している。
図示するように、回転角検出装置は、ベース６１、ベアリング６２、検出用回転シャフト６３、磁石６４、ウエイト６５、回転角センサ６６、傾斜角センサ６７、ベース１に固定された信号処理系６８、加速度センサ６９を備えている。
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6a shows the appearance of the rotation angle detection device according to the third embodiment.
6a1 represents the front surface of the rotation angle detection device, FIG. 6a2 represents the left side surface of the rotation angle detection device, and FIG. 6a3 represents the rear surface of the rotation angle detection device. 6a4 shows a section of the rotation angle detection device along the sectional line AA in FIG. 6a1, and FIG. 6a5 shows a perspective view of the rotation angle detection device.
As shown in the figure, the rotation angle detection device includes a base 61, a bearing 62, a detection rotation shaft 63, a magnet 64, a weight 65, a rotation angle sensor 66, an inclination angle sensor 67, a signal processing system 68 fixed to the base 1, An acceleration sensor 69 is provided.
ここで、検出用回転シャフト６３は、ベアリング６２によって前後方向を回転軸１００として回転可能にベース６１を軸支している。
また、磁石６４は検出用回転シャフト６３の前端面に固定されており、回転角センサは、磁石６４と対向する配置でベース６１に固定されている。
また、加速度センサ６９は、ベース６１の回転中心軸上の位置に、回転角センサと前後方向に見て重なるようにベース６１に固定され、ベース６１の回転中心軸上の位置の当該回転中心軸と垂直な２軸方向について加速度を検出する。
Here, the rotation shaft 63 for detection supports the base 61 by a bearing 62 so as to be rotatable about the front-rear direction as the rotation axis 100.
Further, the magnet 64 is fixed to the front end surface of the detection rotating shaft 63, and the rotation angle sensor is fixed to the base 61 so as to face the magnet 64.
The acceleration sensor 69 is fixed to the base 61 at a position on the rotation center axis of the base 61 so as to overlap the rotation angle sensor in the front-rear direction, and the rotation center axis at a position on the rotation center axis of the base 61. Acceleration is detected in two axial directions perpendicular to the axis.
また、図６ｂに、前後方向に見たウエイト６５、加速度センサ６９、傾斜角センサ６７の配置を示すように、傾斜角センサ６７は、回転角センサと共に、ベース６１に固定されており、各々、重力を利用して重力方向（鉛直方向）に対する傾斜角、すなわち、ベース６１の重力方向に対する傾斜角を検出する。 6b shows the arrangement of the weight 65, the acceleration sensor 69, and the tilt angle sensor 67 viewed in the front-rear direction, the tilt angle sensor 67 is fixed to the base 61 together with the rotation angle sensor, The inclination angle with respect to the gravity direction (vertical direction), that is, the inclination angle of the base 61 with respect to the gravity direction is detected using gravity.
そして、ウエイト６５は、ベース６１の下部に固定された重りである。
ここで、このような回転角検出装置は、回転角を検出する回転軸１００に検出用回転シャフト６３を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸１００によって支持されている形態で、回転軸１００の回転角を検出する。
The weight 65 is a weight fixed to the lower portion of the base 61.
Here, such a rotation angle detection device is used with the detection rotation shaft 63 fixed to the rotation shaft 100 that detects the rotation angle. That is, the rotation angle of the rotation shaft 100 is detected in a form in which the entire rotation angle detection device is supported by the rotation shaft 100.
次に、本第３実施形態に係る信号処理系１０の構成、動作は、上述した第２実施形態に係る信号処理系１０の構成、動作と同じである。
以上、本発明の第３の実施形態について説明した。
以上のように、本第３実施形態に係る回転角検出装置は、上述した第２実施形態に係る回転角検出装置において、サブベース３と第２ベアリング４を除いて、ベース１を直接、第１ベアリング２を介して検出用回転シャフト５で軸支すると共に、ウエイト７をサブベース３に代えてベース１の下部に固定した構成と等しい構成を備えている。
Next, the configuration and operation of the signal processing system 10 according to the third embodiment are the same as the configuration and operation of the signal processing system 10 according to the second embodiment described above.
Heretofore, the third embodiment of the present invention has been described.
As described above, the rotation angle detection device according to the third embodiment is the same as the rotation angle detection device according to the second embodiment described above, except that the base 1 is directly connected to the first, except for the sub base 3 and the second bearing 4. It has a structure equivalent to a structure in which the weight 7 is fixed to the lower part of the base 1 in place of the sub-base 3 while being supported by the detection rotating shaft 5 via the one bearing 2.
ここで、本第３実施形態に係る回転角検出装置によれば、ベース６１は検出用回転シャフト６３に軸支されていると共に、ベース６１の下部にはウェイトが設けられているために、ウエイト７の重さやベース１の慣性モーメントを充分に大きく設定したり、ベアリング６２の摩擦係数を充分に小さく設定することにより、回転軸１００の回転や回転軸１００の移動によって生じるベース１の角加速度を充分に小さく抑えることができる。 Here, according to the rotation angle detection device according to the third embodiment, the base 61 is pivotally supported by the detection rotary shaft 63 and the weight is provided at the lower portion of the base 61. 7 and the moment of inertia of the base 1 are set sufficiently large, and the friction coefficient of the bearing 62 is set sufficiently small so that the angular acceleration of the base 1 caused by the rotation of the rotary shaft 100 and the movement of the rotary shaft 100 is reduced. It can be kept small enough.
したがって、第２実施形態と同様に精度よく回転軸１００の回転角θを検出することができる。 Therefore, the rotation angle θ of the rotating shaft 100 can be detected with high accuracy as in the second embodiment.
以上の第１、第２、第３実施形態に係る回転角検出装置には、ベース１/６１の回転を非接触で抑制するための機構を、さらに備えるようにしてもよい。
すなわち、たとえば、図７ａ１に示すように、ベース１/６１の外周面に、回転軸１００と垂直な方向に延びるフィン７０１を設けるようにしてもよい。
このように設けたフィン７０１は、ベース１/６１の回転に対する空気抵抗を増大し、ベース１/６１の回転を非接触で抑制する。
また、このように設けたフィン７０１は、回転軸１００と共に回転角検出装置の全体が移動を継続する場合、図７ｂ１に示すように、当該移動に伴って生じるベース１/６１に対する気流の方向に沿った方向に、ベース１/６１の回転角を固定する。
You may make it further provide the mechanism for suppressing rotation of the base 1/61 by non-contact in the rotation angle detection apparatus which concerns on the above 1st, 2nd, 3rd embodiment.
That is, for example, as shown in FIG. 7a1, fins 701 extending in a direction perpendicular to the rotation shaft 100 may be provided on the outer peripheral surface of the base 1/61.
The fins 701 provided in this way increase the air resistance against the rotation of the base 1/61 and suppress the rotation of the base 1/61 in a non-contact manner.
Further, when the entire rotation angle detection device continues to move together with the rotation shaft 100, the fin 701 provided in this way is in the direction of the air flow with respect to the base 1/61 generated by the movement, as shown in FIG. 7b1. The rotation angle of the base 1/61 is fixed in the direction along.
または、たとえば、図７ｂに示すように、ヘリウム等を充填した気球７０２でベース１/６１の姿勢を一定に保つ力を加えることにより、ベース１/６１の回転を非接触で抑制するようにしてもよい。 Alternatively, for example, as shown in FIG. 7b, by applying a force to keep the attitude of the base 1/61 constant with a balloon 702 filled with helium or the like, the rotation of the base 1/61 is suppressed in a non-contact manner. Also good.
または、たとえば、図７ｃに示すように、ベース１/６１の外周等に磁石７０３を固定し、周辺に存在する金属等の磁性体や、別途周辺に配置した他の磁石との磁力による結合によって、ベース１/６１にベース１/６１の姿勢を一定に保つ力が加わるようにすることにより、ベース１/６１の回転を非接触で抑制するようにしてもよい。 Or, for example, as shown in FIG. 7c, a magnet 703 is fixed to the outer periphery of the base 1/61, etc., and is coupled by a magnetic force such as a metal such as a metal present in the periphery or another magnet disposed separately in the periphery. Rotation of the base 1/61 may be suppressed in a non-contact manner by applying a force to the base 1/61 to keep the attitude of the base 1/61 constant.
以上、本発明の実施形態について説明した。
以上の第１、第２、第３実施形態では、回転検出装置から外部に無線通信を介して検出した回転角θやパルス信号を出力したが、これは、回転検出装置と外部とをケーブルにより接続し、回転検出装置から外部にケーブルを介して検出した回転角θやパルス信号を出力するようにしてもよい。また、この場合には、当該ケーブルを介して回転検出装置の電源を供給するようにしてよい。
The embodiment of the present invention has been described above.
In the first, second, and third embodiments described above, the rotation angle θ and the pulse signal detected via wireless communication are output from the rotation detection device to the outside. The rotation angle θ or the pulse signal detected via a cable may be output from the rotation detection device to the outside. In this case, the rotation detector may be supplied with power via the cable.
１…ベース、２…第１ベアリング、３…サブベース、４…第２ベアリング、５…検出用回転シャフト、６…磁石、７…ウエイト、８…回転角センサ、９…傾斜角センサ、１０…信号処理系、１１…制御部、１２…検出処理部、１３…無線通信インタフェース、４１…加速度センサ、６１…ベース、６２…ベアリング、６３…検出用回転シャフト、６４…磁石、６５…ウエイト、６６…回転角センサ、６７…傾斜角センサ、６８…信号処理系、６９…加速度センサ、１００…回転軸、７０１…フィン、７０２…気球、７０３…磁石。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... 1st bearing, 3 ... Sub base, 4 ... 2nd bearing, 5 ... Detection rotating shaft, 6 ... Magnet, 7 ... Weight, 8 ... Rotation angle sensor, 9 ... Inclination angle sensor, 10 ... Signal processing system 11... Control unit 12. Detection processing unit 13. Wireless communication interface 41... Acceleration sensor 61. Base 62. Bearing 63 63 Rotating shaft for detection 64 Magnet 66 65 Weight 66 DESCRIPTION OF SYMBOLS Rotation angle sensor, 67 ... Inclination angle sensor, 68 ... Signal processing system, 69 ... Acceleration sensor, 100 ... Rotating shaft, 701 ... Fin, 702 ... Balloon, 703 ... Magnet.
Claims (6)
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたサブベースと、
前記サブベースと同軸に回転可能に、当該サブベースに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記サブベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサと、
傾斜角センサが検出した傾斜角と前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出する検出部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a rotation shaft,
A rotating shaft for detection that is coaxially fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft;
A sub-base that is pivotally supported by the detection rotary shaft so as to be rotatable coaxially with the detection rotary shaft;
A base rotatably supported coaxially with the sub-base;
A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the detection rotary shaft with respect to the base;
A weight fixed to a lower portion of the sub-base;
An inclination angle sensor that is fixed to the base and detects an inclination angle with respect to a vertical direction;
A rotation angle detection apparatus comprising: a detection unit that detects a rotation angle of the rotation shaft using an inclination angle detected by an inclination angle sensor and a rotation angle detected by the rotation angle sensor.
前記検出部は、前記回転軸の回転角検出開始時の前記傾斜角センサの傾斜角に対する当該傾斜角センサが検出している傾斜角の変化を前記ベースの傾斜角として算出し、算出した前記ベースの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出することを特徴とする回転角検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1,
The detection unit calculates, as the inclination angle of the base, a change in the inclination angle detected by the inclination angle sensor with respect to the inclination angle of the inclination angle sensor at the start of rotation angle detection of the rotation shaft. A rotation angle detection device that detects an angle obtained by adding a rotation angle detected by the rotation angle sensor to a tilt angle of the rotation axis as a rotation angle of the rotation shaft.
前記ベースに固定された、当該ベースの回転軸上の位置の加速度を検出する加速度センサを有し、
前記検出部は、前記加速度センサが検出した加速度を用いて、傾斜角センサが検出している傾斜角に含まれる当該加速度による誤差を補正し、補正後の傾斜角を用いて求まる前記ベースの傾斜角に、前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出することを特徴とする回転角検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1,
An acceleration sensor that is fixed to the base and detects an acceleration at a position on a rotation axis of the base;
The detection unit corrects an error due to the acceleration included in the inclination angle detected by the inclination angle sensor using the acceleration detected by the acceleration sensor, and the inclination of the base obtained using the corrected inclination angle A rotation angle detection device that detects an angle obtained by adding a rotation angle detected by the rotation angle sensor to a corner as a rotation angle of the rotation shaft.
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記ベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサと、
前記ベースに固定された、当該ベースの回転軸上の位置の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した加速度を用いて、当該加速度による傾斜角センサが検出している傾斜角を補正し、補正後の傾斜角を用いて求まる前記ベースの傾斜角に、前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出する検出部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a rotation shaft,
A rotating shaft for detection that is coaxially fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft;
A base pivotally supported by the detection rotary shaft so as to be rotatable coaxially with the detection rotary shaft;
A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the detection rotary shaft with respect to the base;
A weight fixed to the bottom of the base;
An inclination angle sensor that is fixed to the base and detects an inclination angle with respect to a vertical direction;
An acceleration sensor that is fixed to the base and detects an acceleration at a position on a rotation axis of the base;
Using the acceleration detected by the acceleration sensor, the inclination angle detected by the inclination angle sensor based on the acceleration is corrected, and the rotation angle sensor detects the inclination angle of the base obtained using the corrected inclination angle. And a detection unit that detects an angle obtained by adding the rotation angles as a rotation angle of the rotation shaft.
前記ベースに固定された、当該ベースの回転中心軸と垂直な方向に延びるフィンを有することを特徴とする回転角検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1, 2, 3 or 4,
A rotation angle detecting device having a fin fixed to the base and extending in a direction perpendicular to a rotation center axis of the base.
前記検出部が検出した前記回転軸の回転角が、所定の単位角度変化する度に、所定の信号を出力する信号出力部とを有することを特徴とするロータリエンコーダ。 The rotation angle detection device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
A rotary encoder comprising: a signal output unit that outputs a predetermined signal each time a rotation angle of the rotation shaft detected by the detection unit changes by a predetermined unit angle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016214192A JP6824574B2 (en) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Rotation angle detector and rotary encoder |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2016214192A JP6824574B2 (en) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Rotation angle detector and rotary encoder |
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Family Applications (1)
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-
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