JPH04319616A - Angular velocity detector using gyrosensor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To expand sharply a detectable range of angular velocity by distributing an angular velocity detecting function appropriately to a gyrosensor itself and a relative angular velocity detecting element of a table for a gyro. CONSTITUTION:In an angular velocity detector, a gyrosensor 4 is provided with interposition of a table 2 for a gyro which is diposed rotatably in relation to the main body 1 of the detector. The result of detection of an element 5 for detecting the relative angular speed of the table 2 for the gyro in relation to the main body 1 of the detector and the result of detection of the gyrosensor 4 are added up. In this way, the gyrosensor outputting an angular velocity is used.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】本発明は、ジャイロセンサを用い
た角速度検出装置に関し、特に、その検出可能な角速度
範囲に対する改善を図るための改良技術に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detection device using a gyro sensor, and more particularly to an improved technique for improving the detectable angular velocity range.

【０００２】0002

【従来の技術】ある方向に振動している物体に、その振
動方向と直交する軸回りの角速度が加わると、前記振動
方向に対して直角方向に前記角速度に比例したコリオリ
力が生ずるという力学的現象に着目し、音叉形、角棒（
音片）形、弦形等の振動子を用い、これに角速度が加わ
った場合にその振動子に生じるコリオリ力に基づく変位
を検出し、これにより前記角速度の大きさを演算する振
動ジャイロセンサや、サグナック効果を応用した光ファ
イバージャイロセンサ等、各種の角速度検出用のジャイ
ロセンサが従来から知られている（特開昭６２−１０６
３１４号公報、特開平１−１４３９６１号公報、「セン
サ百科」（１９８３−７−２５）日刊工業新聞社参照）
。[Background Art] When an angular velocity around an axis perpendicular to the vibration direction is applied to an object vibrating in a certain direction, a Coriolis force proportional to the angular velocity is generated in a direction perpendicular to the vibration direction. Focusing on the phenomenon, we created a tuning fork shape, a square bar (
A vibrating gyro sensor or a vibrating gyro sensor that detects the displacement based on the Coriolis force that occurs in the vibrator when an angular velocity is applied to the vibrator, such as a vibrator in the shape of a vibrator, such as a string-shaped vibrator, and calculates the magnitude of the angular velocity based on this. Various gyro sensors for detecting angular velocity have been known for a long time, such as optical fiber gyro sensors that apply the Sagnac effect (Japanese Patent Laid-Open No. 62-106
314, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-143961, "Sensor Encyclopedia" (July 25, 1983, Nikkan Kogyo Shimbun))
.

【０００３】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
、前記従来のジャイロセンサには、検出可能な角速度の
範囲に限界を伴うのが通常で、その角速度が所定の角速
度、一般的には約９０度／秒程度を超えると正確な検出
は事実上困難であった。このため、例えば、移動ロボッ
ト等の如く角速度の大きい運動要素を含む場合には、全
運動範囲をカバーする検出はなかなか困難であった。 本発明は、この事情に鑑み、前記従来技術に改良を加え
、検出可能な角速度の範囲を改善した角速度検出装置を
提供することを目的とするものである。[Problems to be Solved by the Invention] However, this type of conventional gyro sensor has a limit in the range of detectable angular velocity, and the angular velocity is within a predetermined angular velocity, generally about 90. Accurate detection was practically difficult when the speed exceeded about 1 degree/second. For this reason, for example, when a mobile robot or the like includes a moving element with a high angular velocity, it is quite difficult to detect a motion that covers the entire range of motion. In view of this situation, it is an object of the present invention to provide an angular velocity detection device that improves the conventional technology and improves the range of detectable angular velocity.

【０００４】0004

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、装置本体に対して回転可能に配設されたジ
ャイロ用テーブルを介してジャイロセンサを設置し、前
記ジャイロ用テーブルの装置本体に対する相対的角速度
検出部の検出結果と前記ジャイロセンサの検出結果とを
加算して、角速度を出力するという技術的手段を採用し
た。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention installs a gyro sensor via a gyro table that is rotatably arranged with respect to an apparatus main body, and provides a device for the gyro table. A technical means was adopted in which the detection result of the relative angular velocity detection unit with respect to the main body and the detection result of the gyro sensor were added to output the angular velocity.

【０００５】[0005]

【作用】本発明は、前記ジャイロ用テーブルの介在によ
って、角速度検出機能を前記ジャイロセンサ自体と該ジ
ャイロ用テーブルの相対的角速度検出部とに適当に分配
できるので、検出可能な角速度範囲を拡大できる。[Operation] The present invention can appropriately distribute the angular velocity detection function between the gyro sensor itself and the relative angular velocity detection section of the gyro table through the intervention of the gyro table, thereby expanding the detectable angular velocity range. .

【０００６】[0006]

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の実施例につ
いて説明する。第１図は、本発明の一実施例に関する構
造概念図を示したもので、図中１は装置本体を示し、こ
の装置本体１を計測対象部位にセットする。図中２は軸
受け３を介して前記装置本体１に対して回転可能に配設
されたジャイロ用テーブルで、該ジャイロ用テーブル２
上にジャイロセンサ４が設置される。図中５は相対的角
速度検出部で、ロータリエンコーダやタコジェネレータ
等で構成され、前記装置本体１と前記ジャイロ用テーブ
ル２とに連結されて、これら両者間の相対的な角変位か
らその相対的角速度を出力するように構成されている。 なお、図中６は前記装置本体１及びジャイロ用テーブル
２間に配設されたゼンマイバネ、７は磁石等から構成さ
れる制動手段、８はスリップリング等を介して接続され
た前記ジャイロセンサ４の出力用リード線、９は前記相
対的角速度検出部５の出力用リード線、１０は加算手段
をそれぞれ示す。しかして、前記計測対象部位に角変位
が生じると、その角速度がそれぞれ相対的角速度検出部
５とジャイロセンサ４とに分配されて出力され、これら
が前記加算手段１０により加算されて目的の角速度を出
力することになる。この場合、前記分配の程度は、前記
ジャイロ用テーブル２等からなる回転部分の慣性モーメ
ント、軸受け３の抵抗特性、ゼンマイバネ６のバネ定数
、制動手段７の制動特性等により決まるため、前記ジャ
イロセンサ２及び相対的角速度検出部５の性能特性、特
にその検出限界を考慮し、相互に補完してその範囲内に
収まるよう、これらの値及びその組合せを選定する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 shows a conceptual diagram of the structure of an embodiment of the present invention. In the figure, 1 indicates the main body of the apparatus, and the main body 1 of the apparatus is set at the part to be measured. In the figure, reference numeral 2 denotes a gyro table that is rotatably disposed with respect to the device main body 1 via a bearing 3.
A gyro sensor 4 is installed above. Reference numeral 5 in the figure denotes a relative angular velocity detection unit, which is composed of a rotary encoder, a tacho generator, etc., and is connected to the device main body 1 and the gyro table 2, and detects the relative angular displacement between the two. It is configured to output angular velocity. In the figure, 6 is a spring spring disposed between the device body 1 and the gyro table 2, 7 is a braking means composed of a magnet, etc., and 8 is the gyro sensor 4 connected via a slip ring or the like. Reference numeral 9 indicates an output lead wire of the relative angular velocity detection section 5, and reference numeral 10 indicates an adding means. When an angular displacement occurs in the measurement target region, the angular velocity is distributed to the relative angular velocity detection section 5 and the gyro sensor 4 and output, respectively, and these are added by the addition means 10 to obtain the target angular velocity. It will be output. In this case, the degree of distribution is determined by the moment of inertia of the rotating part such as the gyro table 2, the resistance characteristics of the bearing 3, the spring constant of the spiral spring 6, the braking characteristics of the braking means 7, etc. and the performance characteristics of the relative angular velocity detection section 5, especially its detection limit, these values and their combinations are selected so that they complement each other and fall within the range.

【０００７】次に、図２に基いて前記実施例の動作の仕
方に関して説明する。図中（イ）は角変位θと経過時間
ｔとの関係を示した状態図、（ロ）は角速度θ′と経過
時間ｔとの関係を示した状態図で、線Ａは前記装置本体
１の角変位、線Ａ′は同装置本体１の角速度、線Ｂは前
記ジャイロ用テーブル２の角変位、線Ｂ′は同ジャイロ
用テーブル２の角速度の変化をそれぞれ示し、またθｇ
′は前記ジャイロセンサ４からの出力、θｒ′は前記相
対的角速度検出部５からの出力をそれぞれ示す。しかし
て、計測対象にセットされた前記装置本体１の角変位が
線Ａのような経過を辿った場合を想定すると、前記ジャ
イロ用テーブル２の角変位は前述の回転部分の慣性モー
メント等により決まる遅れをもって線Ｂのように推移す
る。この結果、それぞれの角速度も線Ａ′及び線Ｂ′の
ように推移する。この場合、前記相対的角速度検出部５
においては、前記装置本体１の角変位とジャイロ用テー
ブル２の角変位との差分、例えばθａとθｂとの差分に
基いて、それらの角速度に関する差分、すなわちθａ′
とθｂ′との差分を演算して、前記ジャイロ用テーブル
２の装置本体１に対する相対的角速度θｒ′として出力
する。他方、前記ジャイロセンサ４においては、前記ジ
ャイロ用テーブル２自体の角変位θｂに基いて、その角
速度θｂ′を検出し、これをジャイロ用テーブル２自体
の角速度θｇ′として出力する。なお、ｃ点を超えると
、前記θｒ′の符号は、当然反転する。そこで、これら
の出力結果である刻々の角速度θｒ′とθｇ′とを前記
加算手段１０により加算していけば、前記装置本体１自
体の角速度、すなわち目的の角速度θａ′の経過である
線Ａ′が求められる。この場合、前記ジャイロ用テーブ
ル２自体の角速度θｇ′は、当然、装置本体１の角速度
θａ′より小さくなるため、前記ジャイロセンサ４にと
って追随し易くなるのはいうまでもない。なお、以上の
実施例においては、ジャイロ用テーブル２を１個用いた
場合を説明したが、２個以上用いた多段構造に構成して
もよい。また、他の条件設定によっては前記ゼンマイバ
ネ６や制動手段７は省略することも可能である。Next, the operation of the above embodiment will be explained based on FIG. In the figure, (a) is a state diagram showing the relationship between angular displacement θ and elapsed time t, and (b) is a state diagram showing the relationship between angular velocity θ' and elapsed time t. Line A' shows the angular velocity of the device body 1, Line B shows the angular displacement of the gyro table 2, Line B' shows the change in the angular velocity of the gyro table 2, and θg
' indicates the output from the gyro sensor 4, and θr' indicates the output from the relative angular velocity detection section 5, respectively. Therefore, assuming that the angular displacement of the device main body 1 set as a measurement target follows a course like line A, the angular displacement of the gyro table 2 is determined by the moment of inertia of the rotating part, etc. It changes like line B with a delay. As a result, the respective angular velocities also change like lines A' and B'. In this case, the relative angular velocity detection section 5
Based on the difference between the angular displacement of the device main body 1 and the angular displacement of the gyro table 2, for example, the difference between θa and θb, the difference regarding their angular velocities, that is, θa'
The difference between and θb' is calculated and outputted as the relative angular velocity θr' of the gyro table 2 with respect to the device main body 1. On the other hand, the gyro sensor 4 detects the angular velocity θb' of the gyro table 2 itself based on the angular displacement θb, and outputs this as the angular velocity θg' of the gyro table 2 itself. Note that, beyond point c, the sign of θr' is naturally reversed. Therefore, by adding the momentary angular velocities θr' and θg' which are these output results by the adding means 10, a line A' which is the course of the angular velocity of the apparatus main body 1 itself, that is, the target angular velocity θa' is obtained. is required. In this case, since the angular velocity θg' of the gyro table 2 itself is naturally smaller than the angular velocity θa' of the apparatus main body 1, it goes without saying that it becomes easier for the gyro sensor 4 to follow. In addition, in the above embodiment, the case where one gyro table 2 is used has been described, but a multi-stage structure using two or more may be used. Further, depending on other condition settings, the spiral spring 6 and the braking means 7 may be omitted.

【０００８】[0008]

【発明の効果】本発明は、以上の構成を採用した結果、
角速度検出機能を、相互に補完できるように、前記ジャ
イロセンサ自体とジャイロ用テーブルの相対的角速度検
出部とに適当に分配することができるので、検出可能な
角速度範囲を大幅に拡大できるという優れた効果を奏す
る。[Effects of the Invention] As a result of adopting the above configuration, the present invention has the following advantages:
Since the angular velocity detection function can be appropriately distributed between the gyro sensor itself and the relative angular velocity detection section of the gyro table so that they can complement each other, the detectable angular velocity range can be greatly expanded. be effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図１】本発明の実施例に係る装置全体の構造を示した
概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall structure of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施例における角変位θ又は角速度θ
′と経過時間ｔとの関係を示した状態図である。[Fig. 2] Angular displacement θ or angular velocity θ in the embodiment of the present invention
FIG. 3 is a state diagram showing the relationship between ' and the elapsed time t.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１‥‥装置本体　　　　　　　　　　　　　　　　　　
２‥‥ジャイロ用テーブル ３‥‥軸受け　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　４‥‥ジャイロセンサ ５‥‥相対的角速度検出部　　　　　　　　６‥‥ゼン
マイバネ７‥‥制動手段　　　　　　　　　　　　　　
　　　　８‥‥出力用リード線1‥‥Device body
2. Gyro table 3. Bearing
4. Gyro sensor 5. Relative angular velocity detection section 6. Spring spring 7. Braking means
8. Output lead wire

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　装置本体に対して回転可能に配設され
たジャイロ用テーブルを介してジャイロセンサを設置し
、前記ジャイロ用テーブルの装置本体に対する相対的角
速度検出部の検出結果と前記ジャイロセンサの検出結果
とを加算して、角速度を出力することを特徴とするジャ
イロセンサを用いた角速度検出装置。1. A gyro sensor is installed via a gyro table that is rotatably arranged with respect to a device main body, and a detection result of a relative angular velocity detection section of the gyro table with respect to the device main body is detected by a gyro sensor. An angular velocity detection device using a gyro sensor, which outputs an angular velocity by adding detection results.