JP3879000B2

JP3879000B2 - Mechanical gyro structure

Info

Publication number: JP3879000B2
Application number: JP2003170537A
Authority: JP
Inventors: 昌幸小杉
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP2005003647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定体である回転体が回転する時に回転軸が地球自転軸に沿う方向の北に傾くジャイロコンパスの原理を用いて北方位を計測するメカニカルジャイロ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジャイロコンパスは蝶番で懸架されたコマ軸が地球の自転軸と平行方向となり、それが維持されるのを利用した真方位を示す儀器として知られている。
【０００３】
特許文献１には、回転可能な機器ケーシングを有する自動測定ジャイロコンパスであって、上記ケーシング中には支持バンドに懸架されたジャイロ振子が配置されており、該ジャイロコンパスの回転振動の信号量がオプトエレクトロニック測定装置を用いて取出され中央制御プロセッサにて評価アルゴリズムを用いて指北位置偏差の測定のため評価されるように構成されているものにおいて、上記オプトエレクトロニック測定装置によっては１つの振動周期の小さな端数部分に亙って、自由に振動するジャイロ振子の、機器零（基準）点に対して相対的な夫々の偏差角度及び該偏差角度に所属する角速度及び角速度が検出され、当該中央プロセッサによっては機器零（基準）マークの指北位置偏差（偏位）がジャイロ振子の正規化（基準化）された運動方程式を介して計算され指北位置偏差（偏位）に比例する信号の送出および／又は当該指北位置偏差（偏位）のディスプレイがなされるように構成されている自動測定ジャイロコンパスが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、基準台上に設置された、直交する２軸の傾斜計と１軸回転機構と、１軸回転機構に取付けられた１軸レートジャイロを具備すると共に、１軸回転機構制御部と、１軸レートジャイロの基準方位からの回転角及び各回転位置で得られた地球時点の角速度より仮想方位と振幅を求め、これら仮想方位角及び振幅と２軸傾斜角によって得られたロール角、ピッチ角及び外部より入力された検出地点の緯度とにより検出地点での方位角を検出する方位演算部とを備えたレートジャイロ方位計が記載されている。
【０００５】
非特許文献１には、航法システムに使用するジャイロとしては、レート積分ジャイロ、２軸自由フリージャイロ、レーザジャイロなどがあることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２４８８７１号公報
【特許文献２】
特開平７−１６７６５８号公報
【非特許文献１】
計測制御技術事典（計測自動制御学会）、４３１頁
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来において、方位計測では、方位磁石やジャイロ効果における歳差を加速度計などによって検出するレートジャイロなどが実用に供されており、方位の計測では複数の計測装置や計測センサによる計測または一台の計測センサの場合には、複数回の計測を必要とし、計測が複雑化する不都合があった。また、実用のジャイロは、「コマのような回転軸の向きを変えようとした際に加えた力の方向と直角の方向に回転軸が動く」ジャイロ効果の歳差現象を利用して角度変位を検知するジャイロスコープであり、「コマのような回転軸の向きが他から力が働かなければ回転軸の地球自転軸に平行な方向は変わらない」ジャイロ効果を利用した回転軸がいつも北を向くジャイロコンパスの構造とは異なるため、他からの力など間接的な現象に伴うために計測誤差を含みやすい欠点があり、必ずしも経済的、効果的な測定手段とはいえない面があった。
【０００８】
また、円形フレームを採用したジャイロコンパスにあっては、ジャイロ効果を北方位検出に利用する構成において、コマの回転軸の両端が円形フレームの支点として接続するものであるために構造が複雑化して北方位検出のための装置は大きくなり、必ずしも経済的、効果的な測定手段とは言えない面があった。
【０００９】
本発明は、二重の円形フレームを採用したジャイロコンパスにあって、被測定体であるコマを自由傾斜を簡単な構造で実現し、以って北方位検出を経済的、効果的に行うことの出来るメカニカルジャイロ構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
コマのような回転軸がいつも北を向くジャイロコンパスのジャイロ効果を北方位検出に利用するため、従来、コマの回転軸の両端が円形フレームの内側の支点になっていた構造に対して、円形フレームの中心点にコマの支点を１点だけ設ける構造によって、その両端をフリーにし、両端の傾きを方位検出に利用し、ジャイロコンパスの北方位を直接的に検知する構造とした。
北方位を簡便に評価するため、前述のコマ部軸の一端を非接触のデジタイザーあるいは変位センサ（変位検出器）によって検出することによって、コマのような回転軸がいつも北を向くジャイロコンパスの現象を実際の計測に利用できる構造を簡便に実現できる。
【００１１】
互いに直交するに回転軸を有する二重の円形フレームの回動中心にコマの支点を有し、内側の円形フレームを含む面と内側回転軸に直交し、かつ、支点を通る軸を中心に回転するコマを配置し、コマの回転に伴ってジャイロコンパス現象を呈するジャイロ効果が発生してコマの軸が地球自転軸に平行な方向に自在に傾斜できる構造を有するジャイロコンパスの現象を実現したメカニカルジャイロを構成する。
【００１２】
前述のメカニカルジャイロにおいて、コマの回転を摩擦抵抗無く実現するため、円形フレームに銅などの導電性材料を埋め込み、また、二回転軸の軸体および軸受にも銅などの埋め込みによって導電性を保ち、コマの中に配置したマイクロモータなどの回転駆動源へ電力を供給できる構造を実現し、この構造がコマの自在な回転およびコマ回転軸の自在な傾斜を維持しつつジャイロ効果を発生させる細かい点を達成する構造とする。
前述のメカニカルジャイロにおいて、コマの回転によるジャイロ効果に伴ってコマ部軸が傾斜し、その方向をデジタイザーや変位センサなどによって外側フレームを取付けた装置本体に対する方位角として検出し、北方位を評価する構造とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明は、岩盤開発、石油削井あるいは飛行・走行物の制御等において、方位を計測する手段として採用される。
【００１４】
具体的には、土木・資源分野の岩盤・地盤や岩盤内空洞近傍において、岩盤内の方位を計測監視する目的で用いられる。例えば、地滑り監視地盤やダムサイト地盤における地盤変状方向を監視するために、地盤内の孔井において、摺動しつつ簡便に方位を連続的に計測する。また、石油資源開発分野の岩盤内孔井において、孔井の位置を評価する目的で用いられる。例えば、地表の孔口から孔以内を連続的に摺動しつつ方位を連続的に計測し、地下地盤内における孔井の三次元位置を的確に標定する。
他方、飛行物体や走行物体の移動方向制御を目的とし、これら移動物体の方向を方位として検出する。具体的に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例であるメカニカルジャイロ１００の構成を断面で示す。図１において、メカニカルジャイロ１００は、装置本体１、装置本体１内のコマ２、コマ２を装置本体１に取付けるための二重の回転フレームからなる自由傾斜体３、コマ２内の回転モータ４である回転駆動源および装置本体１の内側に設けた位置センサ５等から構成される。
コマ２の中心軸上であって、同一平面上で互いに直交する二回転軸を有する二重の円形フレームの回動中心にコマの支点１０を有する。
【００１６】
このように、図１は、メカニカルジャイロの構造概要を示す。ここでは、互いに直交するに回転軸４３、４４を有する二重の円形フレーム４１、４２の中心にコマの支点１０を有し、内側の円形フレーム４１を含む面と内回転軸４３に直交し、かつ支点１０を通る軸を中心に回転するコマ２を配置し、コマ２の回転に伴ってジャイロコンパス現象を呈するジャイロ効果が発生してコマの軸６が地球自転軸に平行な方向に自在に傾斜できる構造を実現している。
【００１７】
図２は、図１の一部の構成であって、コマ２およびこれを保持、回転させる構造を示す。図２において、コマ２は上下の両側コマ部１１、１２とこれらをつなぎ、かつ保持することになる保持部１３およびコマ部１１、１２の先端にコマ部端１４、１５を有し、一方のコマ部端１４は位置センサ感応部となる。
コマ部１１、１２にはそれぞれ凹部１６、１７が形成され、その中央部にコマ回転軸１８、１９が形成され、より具体的にはコマ回転軸１８、１９が保持部１３によって連結される構造となる。尚、保持部１３はコマ回転軸１８、１９の一部をなすと考えてもよい。この場合は保持部１３をコマ回転軸の一部と読み替える。
【００１８】
保持部１３は、軸受２０を備えた軸受体２１を有し、軸受体２１に対しコマ２は回転可能とされる。前述の凹部１６、１７にはマイクロモータなどの回転モータ２２、２３が設けられて回転駆動源とされる。回転モータ４は一方の側の凹部に設けられるようにしてもよい。
この保持部１３の中央点にコマの支点１０が形成される。保持部１３の軸受体２１に内回転軸４３の一端が接続され、他端は内側のフレームの内側に回転可能に設けられる。
このように、図２はコマ２の詳細構造を示し、コマ２は中心となる支点１０を含む回転軸に沿って軸対称かつ支点から回転軸６の両方向に対して対称に形成されており、コマ２の回転が偏振しない構造とされている。
【００１９】
図３および図４は、コマ２の保持部１３に対して対向配置される自由傾斜体３を構成することになる二重の円形フレームおよび双方の円形フレームを接続する二回転軸配置構成およびこの配置構成に伴うコマ２のコマ部端１４、１５の配設状態を示し、図３はそのための斜視図、図４は断面平面図である。これらの図において、保持部１３の軸受体２１と内側の円形フレーム４１と、および内側の円形フレーム４１と外側の円形フレーム４２との間に内回転軸４３および外回転軸４４が回転軸心４５、４６を中心として回転可能に配設される。この場合に、構成された二重の円形フレーム４１、４２は同一平面配置可能とされる。図においては、静止時において二重の円形フレーム４１、４２が同一平面配置とされている。
この同一平面配置時に二回転軸、すなわち内回転軸４３および外回転軸４４は直交する配置となる。このような配置構成によって図１に示すコマ２は、全方向に自由傾斜可能とされ、コマ部端１４、１５は拘束されていないフリー端とされる。
【００２０】
このようにすることによって回転時の支点を有する保持部１３を備えたコマ２を設け、保持部１３の周りにそれぞれ間隙を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレーム４１、４２を有し、保持部１３と内側の円形フレーム４１と、および内側の円形フレーム４１と外側の円形フレーム４２との間に同一平面配置時に互いに直交する回転軸４３、４４を設けた自由傾斜体３を装置本体１に設けて保持部１３の支点１０を二重の円形フレーム４１、４２の回動の中心とし、コマ２を自由傾斜可能として保持することによってコマの両側部をフリーとした構造を得る。
【００２１】
図５は、円形フレーム４１、４２および回転軸４３、４４にそれぞれ導電性材料５１、５２を埋め込む構造を示す。二重の円形フレーム４１、４２、二回転軸４３、４４、軸受体２１（軸受２０を含む）およびコマ部１１、１２に導電性材料５１を埋め込み、回転モータ１６、１７に電源（図示せず）から電流を供給できるように導電性構造とする。
【００２２】
このように、図５は、モータ電力の供給構造例を示し、図１において、コマ部１１、１２の回転を摩擦抵抗無く実現するため円形フレーム４１、４２に銅などの導電性材料５１、５２等を埋め込み、また二回転軸４３、４４の軸受体２１および軸受２０にも銅などの埋め込みによって導電性を保ち、コマ部１１、１２の中に配置したマイクロモータ（回転モータ４）など回転動力へ電力を供給できる構造を実現し、この構造がコマ部１１、１２の自在な回転およびコマ部回転軸の自在な傾斜を維持しつつジャイロ効果を発生させるコマ回転を達成する構造となる。
【００２３】
図１において、コマ部端１４に対向して装置本体１には位置センサ５が設けてある。この位置センサ５は、デジタイザーなどの位置を検出するためのものである。変位を位置情報に変換するものであってもよい。位置センサ５のコマ部端１４に対向する面は所定の曲面とされ、位置検出に伴って直ちに北方位が計測される。
【００２４】
コマ２の回転軸６の傾斜方向をコマ２のジャイロ効果による傾きに対する抵抗を排除して検知するため、非接触計測によってコマ２の回転軸６の一端の位置を検出する方法の一例を示しており、この自在に動くコマ２の回転軸の一端から適度な等間隔になる曲面の構造の、例えばデジタイザーを配している。デジタイザー上においてコマ２の回転軸６の一端が最も近づいた位置を検出することにより、メカニカルジャイロの本体に対する北方向が特定される。
【００２５】
このように、コマ２の両側部のいずれかに設けた被計測部となるコマ部端１４に向けて装置本体１に位置測定器５を設け、被測定体となるコマ２を回転させる回転駆動源である回転モータ１６、１７を設け、被測定体の回転に伴う傾斜を前記位置測定器５によって測定し、以って北方位を測定することのできるメカニカルジャイロが構成される。
【００２６】
以上のように、保持部１３、すなわちコマ回転軸１８、１９を軸受２０を介して内回転軸４３、内側のフレーム４１、外回転軸４２、外側のフレーム４４を介して装置本体に自由傾斜可能にして同一方向で、図にあっては左右方向で保持することによってコマ２のコマ部端１４、１５をフリー構造として、位置センサ感応部とする簡便な構造を得ることが出来る。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、同一平面配置可能な二重の円形フレーム構成によって自由傾斜体を構成することによってコマ、すなわち被測定体の計測部となるコマ端をフリー構造とすることができ、このフリー構造のコマ端を利用した簡便な方位を計測するメカニカルジャイロ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略構成を示す構造図。
【図２】図１の一部の構成の詳細構造図。
【図３】二重の円形フレーム構成を示す斜視図。
【図４】図３の平面図。
【図５】導電性材料の埋め込み状態を示す図。
【符号の説明】
１…装置本体、２…コマ、３…自由傾斜体、４…回転モータ、５…位置センサ、６…軸、１０…コマ支点、１１、１２…コマ部、１３…保持部、１４、１５…コマ端、１６、１７…凹部、１８、１９…コマ回転軸、２０…軸受、２１…軸受体、４１…内側のフレーム、４２…外側のフレーム、４３…内回転軸、４４…外回転軸、５１…導電材料、１００…メカニカルジャイロ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical gyro structure that measures the north direction using the principle of a gyro compass in which a rotation axis is tilted north in a direction along the earth rotation axis when a rotating body that is a measured object rotates.
[0002]
[Prior art]
The gyrocompass is known as a ceremonial instrument that shows the true direction by utilizing the fact that the coma axis suspended by a hinge is parallel to the rotation axis of the earth and maintained.
[0003]
Patent Document 1 discloses an automatic measurement gyrocompass having a rotatable device casing, in which a gyro pendulum suspended on a support band is disposed, and a rotational vibration signal amount of the gyrocompass is determined. In a configuration in which an optoelectronic measuring device is taken out and evaluated by a central control processor for measurement of finger north position deviation using an evaluation algorithm, depending on the optoelectronic measuring device, one vibration period is used. Of the gyro pendulum that vibrates freely over a small fractional part of the instrument, the respective deviation angles relative to the machine zero (reference) point and the angular velocities and angular velocities belonging to the deviation angles are detected, and the central processor Depending on the device, the finger north position deviation (deviation) of the equipment zero (reference) mark is normalized (standardization) of the gyro pendulum. Automatic measurement gyrocompass configured to send a signal proportional to the finger north position deviation (deviation) and / or display the finger north position deviation (deviation) calculated via the calculated equation of motion Is described.
[0004]
Patent Document 2 includes a two-axis inclinometer, a one-axis rotation mechanism, and a one-axis rate gyro mounted on the one-axis rotation mechanism, which are installed on a reference table. The virtual azimuth and amplitude are obtained from the rotation angle from the reference azimuth of the uniaxial rate gyro and the angular velocity at the time of the earth obtained at each rotational position, and the roll obtained by these virtual azimuth and amplitude and biaxial tilt angle A rate gyro compass is provided that includes an azimuth calculation unit that detects an azimuth angle at a detection point based on the angle, pitch angle, and latitude of the detection point input from the outside.
[0005]
Non-Patent Document 1 describes that as a gyro used for a navigation system, there are a rate integration gyro, a two-axis free gyro, a laser gyro, and the like.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-248771 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-167658 [Non-Patent Document 1]
Measurement Control Technology Encyclopedia (Measuring and Control Society of Japan), 431 pages [0007]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in azimuth measurement, a rate gyro that detects precession in an azimuth magnet or gyro effect with an accelerometer or the like has been put to practical use.In azimuth measurement, measurement with a plurality of measuring devices or measurement sensors or a single unit is used. In the case of a measurement sensor, a plurality of measurements are required, and there is a disadvantage that the measurement becomes complicated. In addition, the practical gyroscope uses the precession phenomenon of the gyro effect that "the rotation axis moves in a direction perpendicular to the direction of the force applied when trying to change the direction of the rotation axis like a coma." The rotation axis using the gyro effect always goes north, because the direction of the rotation axis like a coma does not change if the direction of the rotation axis does not work from any other direction. Since it is different from the structure of the gyrocompass that faces it, there is a drawback that it is likely to include measurement errors because it is accompanied by indirect phenomena such as forces from others, and it is not necessarily an economical and effective measurement means.
[0008]
In addition, in a gyrocompass that uses a circular frame, the structure is complicated because both ends of the rotation axis of the frame are connected as fulcrums of the circular frame in a configuration that uses the gyro effect for detecting the north direction. The apparatus for detecting the north direction has become large, and has not necessarily been an economical and effective measuring means.
[0009]
The present invention is a gyrocompass that employs a double circular frame, and realizes a free tilt with a simple structure for a coma as a measured object, thereby detecting the north direction economically and effectively. An object of the present invention is to provide a mechanical gyro structure that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to use the gyro effect of a gyrocompass whose rotation axis is always facing north like the north direction detection, it has a circular shape compared to the conventional structure where both ends of the rotation axis of the frame are fulcrums inside the circular frame. With a structure in which only one frame fulcrum is provided at the center of the frame, both ends are free, and the inclination of both ends is used for azimuth detection to directly detect the north direction of the gyrocompass.
In order to easily evaluate the north direction, a gyrocompass phenomenon in which the rotation axis like a coma always faces north by detecting one end of the coma axis mentioned above with a non-contact digitizer or displacement sensor (displacement detector). The structure that can be used for actual measurement can be easily realized.
[0011]
It has a frame fulcrum at the center of rotation of a double circular frame that has a rotation axis orthogonal to each other, and rotates around an axis that is orthogonal to the surface including the inner circular frame and the inner rotation axis and passes through the fulcrum. A mechanical that realizes the phenomenon of a gyro compass that has a structure in which the axis of the top can be freely tilted in a direction parallel to the earth rotation axis by generating a gyro effect that exhibits a gyro compass phenomenon as the top rotates. Configure the gyro.
[0012]
In the above-mentioned mechanical gyro, in order to realize the rotation of the frame without frictional resistance, a conductive material such as copper is embedded in the circular frame, and the conductivity of the two-rotating shaft body and bearing is also maintained by embedding copper or the like. Realizes a structure that can supply power to a rotational drive source such as a micro motor placed in the top, and this structure maintains the free rotation of the top and the free tilt of the top rotation shaft while generating a gyro effect. A structure that achieves points.
In the mechanical gyro described above, the coma axis is tilted due to the gyro effect due to the rotation of the coma, and the direction is detected as an azimuth angle with respect to the device body with the outer frame attached by a digitizer, displacement sensor, etc., and the north direction is evaluated. Structure.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present invention is employed as a means for measuring the direction in bedrock development, oil well drilling or flight / running object control.
[0014]
Specifically, it is used for the purpose of measuring and monitoring the orientation in the bedrock in the civil engineering / resources field, in the vicinity of the bedrock / ground and in the rock cavity. For example, in order to monitor the ground deformation direction in the landslide monitoring ground or the dam site ground, the azimuth is continuously continuously measured while sliding in the borehole in the ground. In addition, it is used for the purpose of evaluating the location of a borehole in a borehole in the rock resource development field. For example, the azimuth is continuously measured while sliding within the hole from the hole on the surface, and the three-dimensional position of the borehole in the underground ground is accurately determined.
On the other hand, for the purpose of controlling the moving direction of the flying object and the traveling object, the direction of these moving objects is detected as the direction. This will be specifically described.
[0015]
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a mechanical gyroscope 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a mechanical gyro 100 includes an apparatus main body 1, a frame 2 in the apparatus main body 1, a free inclined body 3 including a double rotating frame for attaching the frame 2 to the apparatus main body 1, and a rotation motor 4 in the frame 2. And a position sensor 5 provided inside the apparatus main body 1 and the like.
A frame fulcrum 10 is provided at the center of rotation of a double circular frame on the central axis of the frame 2 and having two rotation axes orthogonal to each other on the same plane.
[0016]
Thus, FIG. 1 shows the structural outline of a mechanical gyro. Here, it has a frame fulcrum 10 at the center of a double circular frame 41, 42 having rotating shafts 43, 44 orthogonal to each other, orthogonal to the surface including the inner circular frame 41 and the inner rotating shaft 43, In addition, a top 2 that rotates about an axis passing through the fulcrum 10 is arranged, and as the top 2 rotates, a gyro effect that exhibits a gyrocompass phenomenon occurs, so that the top 6 of the top can be freely parallel to the earth rotation axis. A structure that can be tilted is realized.
[0017]
FIG. 2 is a partial configuration of FIG. 1 and shows a top 2 and a structure for holding and rotating the top 2. In FIG. 2, the frame 2 has upper and lower side piece parts 11, 12, and a holding part 13 that connects and holds them, and top parts 11, 12 at the tips of the piece parts 14, 15, The frame part end 14 becomes a position sensor sensitive part.
Recesses 16 and 17 are formed in the top portions 11 and 12, respectively, and top rotation shafts 18 and 19 are formed at the center thereof. More specifically, the top rotation shafts 18 and 19 are connected by the holding portion 13. It becomes. Note that the holding unit 13 may be considered to form part of the frame rotation shafts 18 and 19. In this case, the holding unit 13 is read as a part of the frame rotation shaft.
[0018]
The holding unit 13 includes a bearing body 21 including a bearing 20, and the top 2 is rotatable with respect to the bearing body 21. The aforementioned recesses 16 and 17 are provided with rotary motors 22 and 23 such as micromotors, which serve as rotational drive sources. The rotary motor 4 may be provided in the recess on one side.
A frame fulcrum 10 is formed at the center point of the holding portion 13. One end of the inner rotary shaft 43 is connected to the bearing body 21 of the holding portion 13, and the other end is rotatably provided inside the inner frame.
Thus, Figure 2 shows a detailed structure of the frame 2, the frame 2 is formed symmetrically with respect to both the rotation axis 6 from the axis of symmetry and the fulcrum along a rotation axis including a fulcrum 10 as a center, The structure is such that the rotation of the top 2 is not deviated.
[0019]
3 and 4 show a double circular frame that constitutes the free inclined body 3 that is disposed to face the holding portion 13 of the frame 2, and a two-rotation shaft arrangement configuration that connects both circular frames, and this The arrangement | positioning state of the frame part ends 14 and 15 of the frame | top | piece 2 accompanying arrangement | positioning structure is shown, FIG. 3 is the perspective view for that, and FIG. 4 is a cross-sectional top view. In these drawings, the inner rotating shaft 43 and the outer rotating shaft 44 are between the bearing body 21 of the holding portion 13 and the inner circular frame 41, and between the inner circular frame 41 and the outer circular frame 42. , 46 so as to be rotatable about the center. In this case, the constructed double circular frames 41 and 42 can be arranged in the same plane. In the figure, the double circular frames 41 and 42 are arranged in the same plane when stationary.
In this same plane arrangement, the two rotation axes, that is, the inner rotation axis 43 and the outer rotation axis 44 are arranged orthogonally. With such an arrangement, the top 2 shown in FIG. 1 can be freely tilted in all directions, and the top end portions 14 and 15 are free ends that are not constrained.
[0020]
In this way, the top 2 provided with the holding portion 13 having a fulcrum during rotation is provided, and the holding portion 13 has double circular frames 41 and 42 that can be arranged in the same plane with a gap therebetween. The free inclined body 3 provided with the rotating shafts 43 and 44 that are orthogonal to each other when arranged in the same plane between the holding portion 13 and the inner circular frame 41, and between the inner circular frame 41 and the outer circular frame 42 1 is provided with the fulcrum 10 of the holding portion 13 as the center of rotation of the double circular frames 41 and 42, and the frame 2 is held so as to be freely tiltable, thereby obtaining a structure in which both sides of the frame are free.
[0021]
FIG. 5 shows a structure in which conductive materials 51 and 52 are embedded in the circular frames 41 and 42 and the rotating shafts 43 and 44, respectively. A conductive material 51 is embedded in the double circular frames 41 and 42, the two rotary shafts 43 and 44, the bearing body 21 (including the bearing 20), and the top portions 11 and 12, and a power source (not shown) is supplied to the rotary motors 16 and 17. ) To have a conductive structure so that current can be supplied.
[0022]
Thus, FIG. 5 shows an example of a motor power supply structure. In FIG. 1, in order to realize the rotation of the top portions 11 and 12 without frictional resistance, the circular frames 41 and 42 are made of conductive materials 51 and 52 such as copper. Etc., and also the bearing body 21 and the bearing 20 of the two rotary shafts 43 and 44 maintain conductivity by embedding copper or the like, and rotational power such as a micromotor (rotary motor 4) disposed in the top portions 11 and 12 A structure capable of supplying electric power to the frame is realized, and this structure achieves a frame rotation that generates a gyro effect while maintaining a free rotation of the frame parts 11 and 12 and a free inclination of the rotation axis of the frame part.
[0023]
In FIG. 1, a position sensor 5 is provided in the apparatus main body 1 so as to face the frame end 14. This position sensor 5 is for detecting the position of a digitizer or the like. The displacement may be converted into position information. The surface of the position sensor 5 facing the frame portion end 14 is a predetermined curved surface, and the north direction is measured immediately with the position detection.
[0024]
An example of a method for detecting the position of one end of the rotating shaft 6 of the top 2 by non-contact measurement in order to detect the tilt direction of the rotating shaft 6 of the top 2 without removing the resistance to the tilt due to the gyro effect of the top 2 is shown. In addition, for example, a digitizer having a curved surface structure with appropriate equal intervals from one end of the rotation shaft of the freely moving piece 2 is disposed. By detecting the position at which one end of the rotating shaft 6 of the top 2 is closest on the digitizer, the north direction with respect to the main body of the mechanical gyroscope is specified.
[0025]
As described above, the position measuring device 5 is provided in the apparatus main body 1 toward the piece end 14 serving as the measured portion provided on either side of the piece 2, and the rotational drive for rotating the piece 2 serving as the measured object. Rotation motors 16 and 17 serving as sources are provided, and a mechanical gyro capable of measuring the north direction by measuring the inclination accompanying the rotation of the measured object by the position measuring device 5 is configured.
[0026]
As described above, the holding portion 13, that is, the top rotation shafts 18 and 19 can be freely tilted to the apparatus main body via the bearing 20 through the inner rotation shaft 43, the inner frame 41, the outer rotation shaft 42, and the outer frame 44. By holding the same in the same direction, in the drawing, in the left-right direction, the frame portion ends 14 and 15 of the frame 2 can be made into a free structure and a simple structure serving as a position sensor sensitive portion can be obtained.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a free inclined body is formed by a double circular frame configuration that can be arranged on the same plane, whereby a top, that is, a top end of a measurement part of a measured object, can have a free structure. It is possible to provide a mechanical gyro structure that measures a simple direction using the free-structure frame end.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
2 is a detailed structural diagram of a part of the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing a double circular frame configuration.
4 is a plan view of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an embedded state of a conductive material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Device main body, 2 ... Top, 3 ... Free inclination body, 4 ... Rotation motor, 5 ... Position sensor, 6 ... Axis, 10 ... Top fulcrum, 11, 12 ... Top part, 13 ... Holding part, 14, 15 ... End of frame, 16, 17 ... recess, 18, 19 ... frame rotation shaft, 20 ... bearing, 21 ... bearing body, 41 ... inner frame, 42 ... outer frame, 43 ... inner rotation shaft, 44 ... outer rotation shaft, 51: Conductive material, 100: Mechanical gyro.

Claims

ジャイロコンパスの原理を用いて北方位を計測するためのメカニカルジャイロ構造において、
回転時の支点を有する保持部を備えたコマを設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に同一平面配置時に互いに直交する回転軸を設けた自由傾斜体を装置本体に設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動の中心とし、前記コマを自由傾斜可能として保持することによって、支点からコマの回転軸の両方向に対して対称に形成されたコマの２つの先端を拘束されていないフリー端となし、前記コマの２つの先端のいずれかに設けた被計測部に向けて装置本体に位置測定器を設け、前記コマを回転させる回転駆動源を設け、前記コマの回転に伴う傾斜を前記位置測定器によって測定し、以って北方位を計測することを特徴とするメカニカルジャイロ構造。In the mechanical gyro structure for measuring the north direction using the principle of the gyrocompass,
Provided with a frame having a holding portion having a fulcrum at the time of rotation, and having a double circular frame that can be arranged in the same plane at intervals around the holding portion, the holding portion and the inner circular frame, In addition, a free inclined body provided with rotation axes orthogonal to each other when arranged in the same plane between the inner circular frame and the outer circular frame is provided in the apparatus main body, and the fulcrum of the holding portion is rotated by the double circular frame. the center, the by holding the freely tilt the frame, not constrained to two tip pieces which are formed symmetrically with respect to both the rotation axis of the frame from the fulcrum free end and without, of the frame 2 horn or to provide a position measuring device to the apparatus main body toward the measurement portion provided in the distal end, a rotary drive source for rotating the frame is provided, the inclination caused by rotation of the frame is measured by the position measuring device Mechanical gyro structure which is characterized by measuring the north position I or more.

請求項１において、前記コマを前記保持部を介して一体とされた両側コマ部から構成し、前記保持部は軸受を備えた軸受体を有し、いずれかのコマ部または両側のコマ部に設けた凹部に回転モータを設けて前記回転駆動源としたことを特徴とするメカニカルジャイロ構造。In Claim 1, The above-mentioned top is constituted from a both-sides piece part made into one unit via the above-mentioned holding part, and the above-mentioned holding part has a bearing body provided with a bearing, A mechanical gyro structure characterized in that a rotation motor is provided in the provided recess to serve as the rotation drive source.

請求項２において、前記二重の円形フレーム、回転軸、軸受体およびコマ部に導電性材料を埋め込み、前記回転モータに導電させることを特徴とするメカニカルジャイロ構造。3. The mechanical gyro structure according to claim 2, wherein a conductive material is embedded in the double circular frame, the rotary shaft, the bearing body, and the top portion, and the rotary motor is made conductive.

請求項１において、前記コマの一端である被計測部を位置センサ感応部となし、この位置センサ感応部に対向して前記装置本体に位置センサを設けたことを特徴とするメカニカルジャイロ構造。2. The mechanical gyro structure according to claim 1, wherein a portion to be measured which is one end of the top is formed as a position sensor sensitive portion, and a position sensor is provided in the apparatus main body so as to face the position sensor sensitive portion.