(57)【要約】【課題】角度及び角速度を測定する角度・角速度測定装置において、角度を検出する装置を別途に設けることなく、検出された角速度（角度）から簡単に角度（角速度）を得ることが出来ると共に、前記角度及び角速度をユーザが即座に視認することができる角度・角速度測定装置を提供する。【解決手段】角速度を検出する検出部を備え、該検出部による検出結果に基づき、角度を演算し、前記角速度及び角度を、必要に応じて選択的に表示部１３を表示する。【選択図】図２
0003150952.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
角度及び角速度を測定する角度・角速度測定装置において、
角速度を検出する検出部と、
該検出部による検出結果に基づき、角度を演算する演算部と、
前記角速度及び角度を表示する表示部と
を備えていることを特徴とする角度・角速度測定装置。
【請求項２】
前記表示部に表示する角速度を前記演算部によって演算された角度に、又は該角度を前記角速度に選択的に切り替えて表示する表示切替指示を受け付ける切替受付手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の角度・角速度測定装置。
【請求項３】
前記検出部による検出の結果を、アナログ出力、デジタル出力又はオープンコレクタ出力にて出力する出力端を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の角度・角速度測定装置。
【請求項４】
任意の角度及び／又は角速度の値の設定を受け付ける設定値受付手段と、
前記検出部による検出結果に係る角度及び／又は角速度が前記値を超えた場合、その旨を報知する報知手段と
を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の角度・角速度測定装置。
【請求項５】
測定による時計周り又は反時計周りのピーク値を表示するピーク表示指示を受け付けるピーク表示受付手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の角度・角速度測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、角度及び／又は角速度を測定する角度・角速度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角速度を検出する角速度センサとして、ジャイロがある。ジャイロは、振動している物体に回転角速度を加えると、その振動方向と直角方向に生じるコリオリ力を用いたものである。
【０００３】
このようなジャイロは、角度を検出するエンコーダと共に、ロボットの動作制御、無人搬送車の走行誘導等に使われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ジャイロによる自動走行中、走行距離、ステアリングの操舵角等の計測値を用いて台車の位置を演算するいわゆるジャイロ誘導式無人搬送車に対して開示されている。詳しくは、特許文献１には、前記台車の自動走行中に、走行方向の後側のステアリング零調情報のずれ角を求め、これを用いて走行方向前側操舵角を補正することにより正確な操舵角を得て、前記台車の位置演算の精度を高める、ステアリング零調情報の誤差補正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９５８４０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ジャイロは、出力データの取り扱いに専門性が必要とされると共に、出力データの取り扱いが煩わしいという問題がある。一般に、ジャイロからの出力は電圧出力又はＳＰＩ出力であるが、これらの出力を物理量に変換する処理は、単純な積算では大きなズレが発生するので、取扱書の熟知を前提とする複雑な演算が要求される。また、ジャイロは、温度による影響が大きく、ジャイロを用いて測定を行う際、ユーザは複数の温度係数を夫々測定する必要もある。
【０００７】
一方、ロボットの動作制御、無人搬送車の走行誘導等のように、角度及び角速度の計測が必要である場合は、前記ロボット又は無人搬送車にジャイロ及びエンコーダを装着する必要があるが、このような、ジャイロ及びエンコーダの装着は、荷重を増加させると共に、構造を複雑にするといった問題があった。
しかしながら、特許文献１のステアリング零調情報の誤差補正方法では、上述したような問題を解決することはできない。
【０００８】
本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、角度及び角速度を測定する角度・角速度測定装置において、角速度を検出する検出部と、該検出部による検出結果に基づき、角度を演算する演算部と、前記角速度及び角度を表示する表示部とを備え、前記検出部の検出結果の角速度に基づいて角度を演算して、前記表示部に表示することにより、角度を検出する装置を別途に設けずに、検出された角速度から簡単に角度を得ることが出来ると共に、前記角速度及び角度をユーザが即座に視認することが出来る角度・角速度測定装置を提供することにある。
【０００９】
また、本考案の他の目的は、前記表示部に表示する角速度を前記演算部によって演算された角度に、又は該角度を前記角速度に切り替えて表示する表示切替指示を受け付ける切替受付手段を備え、該切替受付手段が前記表示切替指示を受け付けた場合、前記表示部への表示を角速度又は角度に選択的に切り替えて表示することにより、前記検出部の検出結果を、必要に応じて角速度又は角度にて前記表示部に表示し、ユーザが即座に視認することが出来る角度・角速度測定装置を提供することにある。
【００１０】
また、本考案の他の目的は、前記検出部による検出の結果をアナログ出力及び／又はオープンコレクタ出力にて出力する出力端を備え、前記検出部による検出の結果をアナログ出力、デジタル出力又はオープンコレクタ出力することにより、例えばＰＬＣによるシーケンサ制御の際、ＰＬＣと容易に接続できる角度・角速度測定装置を提供することにある。  
【００１１】
また、本考案の他の目的は、任意の角度及び／又は角速度の値の設定を受け付け、前記検出部による検出結果に係る角度及び／又は角速度が前記値を超えた場合、その旨を報知することにより、ユーザの使い勝手の向上を図ることが出来る角度・角速度測定装置を提供することにある。  
【００１２】
また、本考案の他の目的は、前記検出部による検出結果に係る角度又は角速度の中、時計周り又は反時計周りのピーク値を表示することにより、例えば前記検出結果が連続的に変化する場合における、ユーザの使い勝手の向上を図ることが出来る角度・角速度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、角度及び角速度を測定する角度・角速度測定装置において、角速度を検出する検出部と、該検出部による検出結果に基づき、角度を演算する演算部と、前記角速度及び角度を表示する表示部とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本考案にあっては、前記検出部によって検出された角速度に基づき、前記演算部が角度を演算し、前記演算部の演算によって得られた角度及び前記角速度は前記表示部に表示される。
【００１５】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、前記表示部に表示する角速度を前記演算部によって演算された角度に、又は該角度を前記角速度に選択的に切り替えて表示する表示切替指示を受け付ける切替受付手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本考案にあっては、例えば、前記検出部の検出結果に係る角速度が前記表示部に表示されている状態で、前記切替受付手段が前記表示切替指示を受け付けた場合、前記表示部には前記検出部の検出結果に係る角度が表示される。一方、前記検出部の検出結果に係る角度が前記表示部に表示されている状態で、前記切替受付手段が前記表示切替指示を受け付けた場合は、前記表示部には前記検出部の検出結果に係る角速度が表示される。
【００１７】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、前記検出部による検出の結果を、アナログ出力、デジタル出力又はオープンコレクタ出力にて出力する出力端を備えていることを特徴とする。
【００１８】
本考案にあっては、前記検出部による検出が行われる場合、前記出力端を例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）に接続することにより、前記検出の結果に係るデータを必要に応じて処理することが出来る。
【００１９】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、任意の角度及び／又は角速度の値の設定を受け付ける設定値受付手段と、前記検出部による検出結果に係る角度及び／又は角速度が前記値を超えた場合、その旨を報知する報知手段とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本考案にあっては、前記設定値受付手段を介してユーザから任意の角度及び／又は角速度の値の設定を受け付ける。前記検出部の検出結果に係る角度及び／又は角速度が前記値を超えた場合、前記報知手段が前記検出部の検出結果に係る角度及び／又は角速度が前記値を超えた旨を、ユーザに報知する。
【００２１】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、測定による時計周り又は反時計周りのピーク値を表示するピーク表示指示を受け付けるピーク表示受付手段を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本考案にあっては、前記検出部の検出結果が連続的に変化するような場合において、前記ピーク表示受付手段を介して、角度及び／又は角速度の時計周り又は反時計周りのピーク値を表示するピーク表示指示を受け付けた場合は、前記表示部には、すべての検出結果でなく、その検出時点までの最高の時計周り又は反時計周りのピーク値が表示される。
【考案の効果】
【００２３】
本考案によれば、前記検出部が検出した角速度に基づき、角度を前記表示部に表示するので、角度を検出する装置を別途に設けずに、角速度から角度を簡単に得ることが出来ると共に、前記角速度及び角度をユーザが即座に視認することが出来る。
【００２４】
本考案によれば、前記切替受付手段が前記表示切替指示を受け付けた場合、前記表示部への表示が角速度又は角度に切り替えて表示されるので、前記検出部の検出結果を、必要に応じて角速度又は角度にて選択的に前記表示部に表示し、ユーザは即座に検出結果に係る角速度又は角度を視認することが出来る。
【００２５】
本考案によれば、前記検出部による検出の結果をアナログ出力、デジタル出力又はオープンコレクタ出力するので、例えばＰＬＣによるシーケンサ制御の際には、ＰＬＣとの接続が容易にできる。
【００２６】
本考案によれば、前記検出部による検出結果に係る角度及び／又は角速度が、受け付けた角度及び／又は角速度の設定値を超えた場合、その旨をユーザに報知するので、ユーザの使い勝手の向上を図ることが出来る。
【００２７】
本考案によれば、前記検出部による検出結果に係る角度又は角速度の中、時計周り又は反時計周りのピーク値を表示できるので、例えば、前記検出結果が連続的に変化する場合において、検出結果すべてでなく、ピーク値が表示されるので、ユーザの使い勝手の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本考案に係る角度・角速度測定装置の斜視図である。
【図２】本考案に係る角度・角速度測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本考案に係る角度・角速度測定装置のセンサ本体の要部構成図である。
【考案を実施するための形態】
【００２９】
以下、本考案をその実施状態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本考案に係る角度・角速度測定装置の斜視図であり、図２は要部構成を示すブロック図である。
【００３０】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、検出対象物に被着され、角速度を検出するセンサヘッド２と、ケーブルＣによってセンサヘッド２に連結されており、センサヘッド２による検出結果に基づく演算及び該演算結果の表示を行うセンサ本体１と、センサ本体１による演算の結果、又はセンサヘッド２による検出の結果を選択的に外部に出力する入出力ケーブル３とを備えている。
【００３１】
センサヘッド２は、直方体形状のケーシング２５を備えており、ケーシング２５の中に角速度センサ２１、加速度センサ２２、温度センサ２３、及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）２４を設けている。角速度センサ２１（検出部）は検出対象物の移動方向の角速度を検出し、加速度センサ２２は検出対象物の移動方向の加速度を３軸で検出する。角速度センサ２１の精度は温度の影響を受け易いので、温度センサ２３の検出結果に基づき、角速度センサ２１の検出結果における温度の影響が取り除かれる。なお、ケーシング２５の一面の縁には、センサヘッド２を検出対象物に取り付けるための複数の取付片２６,２６,２６,…が、前記一面の面方向に沿って延設されている。
【００３２】
ＤＳＰ２４（演算部）は、角速度センサ２１及び加速度センサ２２の検出によって得られる夫々の検出データに基づき、検出対象物の角速度及び角度（傾斜角度）を演算する。例えば、検出対象物が移動体である場合、ＤＳＰ２４は、加速度センサ２２によって検出された加速度及び重力加速度に基づいて前記検出対象物の停止時における停止傾斜角度を求め、該停止傾斜角度を、角速度センサ２１の出力を時間積分して得られる角度変化量に加算して、移動中の前記検出対象物の角度を求める。
【００３３】
センサ本体１は、直方体形状のケーシング１４を備えており、ケーシング１４には、ＣＰＵ１１、記憶部１５、表示部１３、及び表示部１３を有する操作部１２を設けている。記憶部１５は不揮発性であり、プログラムの実行時に発生する一時的なデータが記録される。また、表示部１３及び操作部１２は、ケーシング１４の一面に設けられており、表示部１３は例えば、矩形である３つの表示ユニット１３１,１３２,１３３を備えている。表示ユニット１３１,１３２,１３３には、表示される値に応じた単位が表示される。本実施例においては、センサ本体１がＣＰＵ１１を有する場合を例として説明するが、これに限るものでなく、ＤＳＰであっても良い。
【００３４】
操作部１２は、複数のボタンを有しており、該ボタンを介して、ユーザからの指示を受け付ける。つまり、ＣＰＵ１１は操作部１２を介してユーザからの指示を受け付け、該指示に応じて処理を行う。
【００３５】
例えば、操作部１２は、切替表示ボタン１２１、設定ボタン１２２、ＣＷリミット１２３Ａ、ＣＷリミット１２３Ｂ、ＣＣＷリミット１２４Ａ、ＣＣＷリミット１２４Ｂ、アップボタン１２５、ダウンボタン１２６、リセットボタン１２７、及び電源ボタン１２８を設けている。また、３つの表示ユニット１３１,１３２,１３３の一側付近には、３つのＬＥＤランプ１２９Ａ,１２９Ｂ,１２９Ｃが、表示ユニット１３１,１３２,１３３の並設方向に沿って、適宜隔てて設けられている。
【００３６】
切替表示ボタン１２１（切替受付手段）は、所定表示ユニットへの表示を角度から角速度へ、又は角速度から角度へ選択的に切り替えて表示する指示をユーザから受け付ける。例えば、所定の表示ユニットに検出結果に係る角速度が表示されている場合に、ユーザが切替表示ボタン１２１を押圧操作することによって、ＣＰＵ１１は、前記表示ユニットに表示されている角速度を、該角速度に係る角度に切り替えて表示する指示を受け付ける。該指示に応じて、ＣＰＵ１１はＤＳＰ２４に前記角速度に基づく角度の演算を指示し、求められた角度を前記表示ユニットに表示する。
【００３７】
設定ボタン１２２（設定値受付手段）を介して、ＣＰＵ１１は任意の角度値及び／又は角速度値の設定を受け付ける。つまり、ユーザが設定ボタン１２２を押圧操作することによって、所定の表示ユニットが設定受付可能な状態となる。（例えば、点滅する。）この際、ユーザはリセットボタン１２７、アップボタン１２５及びダウンボタン１２６を操作することによって、任意の数字を入力することが出来る。このようにして、受け付けた角度及び／又は角速度の設定値は、記憶部１５に記憶される。以降、ＣＰＵ１１は、記憶部１５に記憶される角度及び／又は角速度の設定値に基づく制御を行う。
【００３８】
以下、設定ボタン１２２を介して受け付けた角度及び／又は角速度の設定値に基づく制御の一例を説明する。説明の便宜上、所定の角速度を、例えば、最大値として受け付けた場合を例として説明する。  
センサヘッド２を用いた測定が開始する前、上述したような手順によって角速度の設定値を受け付け、該設定値は記憶部１５に記憶される。その後、センサヘッド２を用いた測定が開始される。測定の開始によって、センサヘッド２の検出結果に係る角速度が表示部１３に表示される。ＣＰＵ１１は、前記測定の際にセンサヘッド２から出力される検出データに係る角速度を、記憶部１５に記憶されている設定値と比較し、前記検出データに係る角速度が前記設定値を超えた場合、その旨をユーザに報知する。斯かる報知は、例えば、ＬＥＤランプ１２９Ａ,１２９Ｂ,１２９Ｃ（報知手段）を点滅される構成であっても良く、表示部１３を点滅させる構成であっても良い。
【００３９】
上記においては、ユーザが所定の角速度を最大値として設定した場合を例として説明したが、これに限るものでない。ユーザは所定の角速度を最低値として設定することも可能であり、所定の角度を最大値又は最低値として設定することも可能に構成されている。
【００４０】
ユーザによる設定値が最大値としての設定であるか、最低値としての設定であるかは、例えば、ユーザが所定の角度又は角速度の設定値を入力した後、ＣＣＷリミット１２４Ａを押圧操作した場合は、入力された設定値は最大値であると認識するように構成し、ＣＣＷリミット１２４Ｂを押圧操作した場合は、入力された設定値は最低値であると認識するように構成すれば良い。なお、例えば、角度及び角速度を夫々別の表示ユニットを用いて設定することによって、角度及び角速度を共に設定できるように構成しても良い。
【００４１】
また、例えば、上限値及び下限値を夫々別の表示ユニットを用いて設定することによって、角速度値及び／又は角度値の所定範囲を設定できるように構成してもよい。
【００４２】
ＣＰＵ１１は、ＣＷリミット１２３Ａ（ピーク表示受付手段）及びＣＷリミット１２３Ｂ（ピーク表示受付手段）を介して、ピーク値のみを表示する指示を受け付ける。例えば、ユーザがＣＷリミット１２３Ａを押圧操作した場合、ＣＰＵ１１はＣＷリミット１２３Ａを介して、時計周りのピーク値のみを表示するピーク値表示指示を受け付け、いわゆるピーク値表示モードに設定する。斯かるピーク値表示モードの場合、ＣＰＵ１１は、たとえ、測定の際にセンサヘッド２から出力される検出データに係る、時計周りの角速度（又は角度）が連続的に変動する場合であっても、連続的に変動する角速度（又は角度）をすべて表示部１３に表示するのでなく、その時点までの検出データに係る角速度（又は角度）の中、ピーク値のみを表示部１３に表示する。
【００４３】
例えば、測定開始後、表示部には最初の検出データに係る値が、表示部１３に表示され、該検出データは記憶部１５に記憶される。次いで、ＣＰＵ１１は、次回に得られる検出データ（新検出データ）を記憶部１５に記憶されている検出データ（以下旧検出データ）と比較し、新検出データが旧検出データより高いと判定した場合は、旧検出データを新検出データに書き換えて、記憶部１５に記憶する。表示部１３には、新検出データに係る値が表示される。このような処理を繰り返すことによって、その時点までの検出データに係る角速度（又は角度）の中、ピーク値のみを表示部１３に表示することが出来る。
【００４４】
一方、ユーザによってＣＷリミット１２３Ｂが押圧操作された場合は、前記ピーク値表示モードは解除され、いわゆる通常モードに設定され、連続的に変動する角速度（又は角度）がすべて表示部１３に表示される。その後再度、ＣＷリミット１２３Ｂが押圧操作された場合、又は、最初からＣＷリミット１２３Ｂが押圧操作された場合は、反時計周りのピーク値のみを表示するように構成されている。
【００４５】
図３は本考案に係る角度・角速度測定装置のセンサ本体１の要部構成図である。センサ本体１は入出力ケーブル３を介して外部の装置に測定結果に係るデータを出力するための出力端部１６を備えている。
【００４６】
出力端部１６は、アナログ出力端１６１、デジタル出力を行うトランシーバ１６３及びオープンコレクタ出力端１６２を備えている。入出力ケーブル３を介して外部の装置に出力すべきデータは、アナログ出力端１６１を介してアナログ出力することが出来るうえ、オープンコレクタ出力端１６２を介してオープンコレクタ出力することが出来る。また、トランシーバ１６３からのデジタル出力を用いて、例えばＰＣ等との接続も可能である。従って、ユーザは必要に応じて、出力を選択することが出来る。
【００４７】
例えば、本考案に係る角度・角速度測定装置をＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）に接続して使用することにより、測定の結果をロギングする場合が想定できる。多くのＰＬＣは入力データとしてアナログデータを用いるので、斯かる場合は、アナログ出力端１６１を介するアナログ出力を選択して、ＰＬＣと接続すれば良い。また、入力データとしてデジタルデータが用いられる場合は、前記デジタル出力端と接続させることにより対応することも可能である。
【００４８】
入出力ケーブル３は、図２に示すように、２つのオープンコレクタ出力、アナログ出力、デジタル出力及びリセット入力からなる。本考案に係る角度・角速度測定装置は、入出力ケーブル３を介して、例えば、ＰＬＣ、パソコン等に接続することにより、前記検出の結果に係るデータを必要に応じて処理する。
【００４９】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、以上の記載内容に限るものでなく、例えば、一定時間以上、オン時間を保持するオフディレイタイマ機能、又は一定時間以上のオンが続けた場合はオンにするオンディレイタイマ機能、一定時間経過後に処理を実行させるワンショットタイマ機能等を有するように構成しても良い。
【００５０】
なお、角速度ゼロ感度設定機能を備えるように構成しても良い。角速度ゼロ感度設定機能を加えた場合、自動的にゼロ感度調整が行われ、常に高い測定精度を得ることが出来る。
【００５１】
また、本考案に係る角度・角速度測定装置は、以上の記載内容に限るものでなく、例えば、表示切替、最大値設定、最低値設定、ピーク値表示、最低値表示等の項目を有するメニューを表示部に示すメニューボタンを設け、表示された各項目の中から、選択するように構成してもよい。
【００５２】
本考案に係る角度・角速度測定装置は、上述したような構成を有するので、ロボットの動作制御、無人搬送車の走行誘導等の分野以外に、例えば、医療及びリハビリ分野でも活用することができる。すなわち、医療及びリハビリの現場にて、患者さんの足関節の開き具合、腕の回転角度等の測定を行う場合、角度・角速度測定に対する専門知識を有しない人であっても容易に行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２１  角速度センサ
２４  ＤＳＰ
１３  表示部
１２１  切替表示ボタン  
１２２  設定ボタン
１２３Ａ  ＣＷリミット（ピーク表示受付手段）
１２３Ｂ  ＣＷリミット（ピーク表示受付手段）
１２４Ａ  ＣＣＷリミット
１２４Ｂ  ＣＣＷリミット
１２９Ａ,１２９Ｂ,１２９Ｃ  ＬＥＤランプ
１６１  アナログ出力端
１６２  オープンコレクタ出力端
１６３  トランシーバ
【図１】
0003150952.tif 000003
【図２】
0003150952.tif 000004
【図３】
0003150952.tif 000005