(57)【要約】【課題】本発明は、ＧＰＳアンテナを搭載した測量機器を、人の立ち入りが困難な災害現場等に設置する場合、無人化でき、かつ簡単な構成で安定的な水平保持を行うことができる機器水平保持装置を提供する。【解決手段】支柱３には、その一端において機器取付台２が該台の面と直角をなして取付けられ、他端において錘６が取付けられ、ジンバル方式揺動支持手段の支持内枠７に固定される。該支柱の所定位置を中心にして、該錘が下方に垂下するように、支柱３が揺動自在に支持される。さらに、支柱３の揺動を阻止できる揺動阻止部材が前記揺動支持手段に備えられる。該揺動阻止部材は、架台が傾いたときに、支柱３が揺動するように揺動阻止を解除され、次いで支柱が鉛直方向になったときに、該支柱の揺動を阻止し、機器取付台２の水平を確保する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端において機器取付台が該台の面と直角をなして取付けられ、他端において錘が取付けられた支柱と、
前記支柱の所定位置を中心にして、前記錘が下方に垂下するように、前記支柱を揺動自在に支持する揺動支持手段と、
前記支柱の揺動を阻止できる揺動阻止部材と、
を有する機器水平保持装置。
【請求項２】
前記揺動支持手段は、互いに直交する２つの軸を中心にして回動する支持内枠と支持外枠を有し、
前記支持内枠と前記支持外枠とは、前記一方の軸に沿った支持ピンで回動自在に連結され、
前記支持外枠は、前記他方の軸に沿った支持ピンで回動自在に支持部材に支持され、
前記支柱は、前記所定位置で、前記支持内枠に、前記支持内枠のなす面と直交して前記支持内枠に取付けられることを特徴とする請求項１に記載の機器水平保持装置。
【請求項３】
前記支持部材は、架台に接続されており、
前記揺動阻止部材は、前記架台が傾いたときに、前記支柱を揺動させるように揺動阻止を解除され、次いで前記支柱が鉛直方向になったときに、前記支柱の揺動を阻止し、前記機器取付台の水平を確保することを特徴とする請求項１又は２に記載の機器水平保持装置。
【請求項４】
前記揺動支持手段は、支持球体と支持受け部材とを有し、
前記支持柱には、前記支持球体が該球体の中心を通るように固定され、
前記支持受け部材は、前記支持部材に結合され、
前記支持球体は、前記支持受け部材の内側に受け入れられ、該支持球体と該支持受け部材とが円滑に相対移動することことを特徴とする請求項１又は３に記載の機器水平保持装置。
【請求項５】
前記揺動阻止部材は、前記球体を遠隔操作又は自動操作で押えることができる押え板を有することを特徴とする請求項４に記載の機器水平保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器、例えば、測量機器を水平に設置できる機器水平保持装置に関し、特に、水平でない場所に測量機器を設置する際に、測量機器を自動的に水平に保持でき、外乱による振動があっても測量機器の揺動を防止できる機器水平保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然災害の発生を予測するために、その発生が予想される場所に各種測量機器が設置され、その自然現象が観測されている。そして、その設置位置から離れた場所で遠隔監視される。例えば、地殻変動に伴う地表面移動観測、氷河の観測、また、火山噴火、地すべり、急傾斜地の崩壊などの自然災害に対する観測などが挙げられる。また、自然災害以外でも、例えば、原子力事故などのように、人の立ち入りが困難な場所での影響調査などにおいても、遠隔監視による測定機器が設置される。
【０００３】
これらの観測の様に、観測位置が観測場所から遠隔であり、しかも、観測位置まで人が立ち入れない場合に、各測量機器を当該場所へ設置する際には、ヘリコプターやクレーンを用いていた。各測量機器は、当該場所まで搬送され、そこで設置面まで降ろされて設置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各測量機器では、観測対象に応じて設置点の位置を知るために、あるいは、設置点の位置変位を観測するために、ＧＰＳを利用している場合が多い。従来、ＧＰＳを利用した測量機器では、衛星からの受信状態を良好とするために、複数台の各アンテナを水平にしておく必要がある。そのため、測量機器内において、致心所定のマークを決められた方位にセットすることが行われている。これによって、各アンテナの位相条件が揃えられ、ＧＰＳ衝星からの信号を受信されるが、それでも除去できない位相誤差などを計算（一重位相差、二重位相差）して、該誤差を除去していた。
【０００５】
つまり、従来のＧＰＳ搭載測量機器では、設置点において、ＧＰＳ用アンテナを水平に調整するには人手を介して行うことが前提となっているということである。また、コストパフォーマンスの観点から、自動でアンテナの水平を確保することは行われていなかった。
【０００６】
ＧＰＳアンテナは、４つの衛星からの信号を受信する必要性から、水平に保持されるのが良い。ところが、ＧＰＳを搭載した測量機器の設置点が、偶々不整地であって、測量機器を降ろした設置点が傾斜している場合、アンテナを水平に保持することは困難である。特に、火山噴火地帯などの自然災害に伴うＧＰＳ観測の場合は、現地に立ち入りが難しい場合が多く、このような時には、ヘリコプターによるＧＰＳ観測機器の設置が有効であるが、無人で設置することになるため、観測機器のＧＰＳアンテナが水平になるように設置することは困難である。
【０００７】
ところで、この様な状況下にでも、測量機器を自動的に水平に保持する装置が開発されている。この装置は、遠隔操作で姿勢制御する手段によって、あるいは、複雑な水平保持方式によって測量機器を水平に保持するものであるが、姿勢制御手段を用いた場合には、コストが嵩むことになり、コストダウンに問題が残るものである。
【０００８】
また、複雑な水平保持方式を採用した場合には、測量機器を水平に保持することができても、風などの外乱によって測量機器が揺動してしまい、この揺動が、アンテナ自体を水平にすることを阻害する。そのため、この複雑な水平保持方式も高価なものとなり、コストダウンにならず、しかも、アンテナの定常的な水平保持を難しくしている。
【０００９】
そこで、本発明は、ＧＰＳアンテナ他、水平に設置されることが必要な測量機器などを、クレーン、ヘリコプターなどによって、人の立ち入りが困難な災害現場等に設置する場合に、無人化でき、かつ簡単な構成で安定的な水平保持を行うことができる機器水平保持装置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】
以上の課題を解決するために、本発明では、測量機器などの機器を自動的に水平を保持できる機器水平保持装置において、一端において機器取付台が該台の面と直角をなして取付けられ、他端において錘が取付けられた支柱と、前記支柱の所定位置を中心にして、前記錘が下方に垂下するように、前記支柱を揺動自在に支持する揺動支持手段と、前記支柱の揺動を阻止できる揺動阻止部材とを備えた。
【００１１】
そして、前記揺動支持手段は、互いに直交する２つの軸を中心にして回動する支持内枠と支持外枠を有しており、前記支持内枠と前記支持外枠とは、前記一方の軸に沿った支持ピンで回動自在に連結され、前記支持外枠は、前記他方の軸に沿った支持ピンで回動自在に支持部材に支持され、前記支柱は、前記所定位置で、前記支持内枠に、前記支持内枠のなす面と直交して前記支持内枠に取付けることとした。
【００１２】
さらに、前記支持部材は、架台に接続されており、前記揺動阻止部材は、前記架台が傾いたときに、前記支柱を揺動させるように揺動阻止を解除され、次いで前記支柱が鉛直方向になったときに、前記支柱の揺動を阻止し、前記機器取付台の水平を確保するようにした。
【００１３】
また、本発明による機器水平保持装置において、前記揺動支持手段は、支持球体と支持受け部材とを備えるものとし、前記支持柱には、前記支持球体が該球体の中心を通るように固定され、前記支持受け部材は、前記支持部材に結合され、前記支持球体は、前記支持受け部材の内側に受け入れられ、該支持球体と該支持受け部材とが円滑に相対移動することこととした。
【００１４】
そして、前記揺動阻止部材は、前記球体を遠隔操作又は自動操作で押えることができる押え板を有することを特徴とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による機器水平保持装置について、測量機器を対象とした具体例を挙げて、図を参照しながら、その実施形態について説明する。以下に説明する実施形態では、測量機器にＧＰＳが搭載され、そのＧＰＳアンテナを水平に保持する場合を例に挙げる。そして、水平保持装置の具体例を、第１の実施形態と第２の実施形態とに分けて説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態による水平保持装置では、測量機器を水平に保持する方式として、ジンバル方式を採用した。その水平保持装置の外観を、図１に示した。
【００１６】
図１に示された水平保持装置は、アンテナカバー１、アンテナ取付台２、支柱３、水平保持部４、そして、架台５から構成されている。架台５が、当該測量機器を観測対象の設置点に設置するためのものである。同図では、架台５として矩形体の形状を示したが、必ずしも、この形状に限られず、設置点に安定して設置されるものであればどのようなものでも良い。例えば、三脚などが挙げられる。架台５には、測量機器本体や電源を内蔵するようにしてもよい。
【００１７】
アンテナ取付台２には、測量機器に搭載されたＧＰＳのアンテナ（図示なし）が取付けられている。ここで、アンテナ取付台２にＧＰＳアンテナだけでなく、場合によっては、測量機器自体を取付けても良い。他の測量機器でも、水平に保持することを必要とする場合にも、取付けることが可能である。なお、アンテナカバー１は、必要に応じて、任意の形状とすることができ、あるいは、アンテナ保護を必要としなければ、装着されなくても良い。
【００１８】
アンテナ取付台２は、支柱３の軸方向が取付台２の平面に対して直角となるように、支柱３の先端に固着されている。そして、支柱３は、水平保持部４内のジンバル方式によって、揺動自在に保持されている。図１では、架台５が、例えば、平らな地表面に設置され、アンテナ取付台２が水平に保持された状態を示している。
【００１９】
次いで、水平保持部４内における支柱３の揺動自在な支持について、図２に示されたジンバル方式を参照して説明する。図２において、図１と同一部分には同じ符号を付した。
【００２０】
このジンバル方式は、支柱３を支持する円盤状の支持内枠７と、支持内枠７の外側にある円環状の支持外枠８とを有している。支持外枠８は、水平保持部４内の支持部材（図示省略）に、Ｘ軸を軸心として自由に回動するようにピンＰｘ１及びＰｘ２によって取付けられている。さらに、支持内枠７は、Ｘ軸と直交するＹ軸を軸心とし、支持外枠８に対して自由に回動するようにピンＰｙ１及びＰｙ２によって支持外枠８に取付けられている。この様な構成となっているため、支柱３は、３６０度の方向に回動が可能である。
【００２１】
ところで、支持内枠７には、支柱３が取付けられるが、支柱３の軸心をＺ軸とすれば、このＺ軸は、Ｙ軸と直交している。この支柱３の端部には、図１で説明したように、アンテナ取付台２が固着されているが、その支柱３の他端には、錘６が固着されている。この錘６の重さは、アンテナカバー１、アンテナ取付台２、支柱３及び錘６からなる系の重心が、支持内枠７の中心、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点より鉛直方向で下方となるように選択される。このため、支柱３は、自由に回動することができなくなり、架台５が所定の場所に設置されたときには、Ｚ軸を鉛直方向になるように回動することになる。
【００２２】
さらに、図２では、図示を省略しているが、支持内枠７及び支持外枠８が回動しないように、Ｘ軸となるピンＰｘ１又はＰｘ２と、Ｙ軸となるＰｙ１又はＰｙ２とにそれぞれ独立して動作するロック部材を設けておく。このロック部材を、例えば、支持内枠７又は支持外枠８と共に回動する円盤と、遠隔操作で駆動されるカム又は摺動子とで構成し、該カム又は摺動子によって該円盤を係合又は圧着して、支持内枠７又は支持外枠８の回動を阻止することができる。例えば、タイマーあるいは無線操作によって、ソレノイドモータでジンバル方式を固定することができる。
【００２３】
この様に、水平保持のためのジンバル方式が構成されることにより、図１に示された測量機器水平保持装置が、例えば、傾斜した設置点に置かれたときの状態を、図３に示した。図３の測量機器水平保持装置は、図１に示されたものと同様である。水平保持部４内には、上述したジンバル方式が内蔵されているため、支柱３が、架台５の傾きに関係なく、鉛直に支持されている。この状態の詳細について、図４に示した。
【００２４】
図４は、図２の水平保持装置と同様のものを示しており、該水平保持装置が、架台５の傾きに対応して、アンテナ取付台２を水平に保持している状態を表している。
【００２５】
図４では、測量機器水平保持装置が、図３に示されるように、傾斜した設置点に置かれたときに、水平保持部４内のジンバル方式の偏移状態を示している。設置点の傾斜に合せて、架台５が傾くことにより支持部材も傾くことになるが、支柱３は、錘６による自立作用により、鉛直方向を維持しようとする。支持部材が傾くことによりＸ軸が傾き、つまり、図４に示されるように、支持外枠８が破線で示される位置から実線で示される位置に回動して、支持外枠８が傾くことになるが、支柱３は、鉛直方向を維持しようとするので、支持内枠７は、支持外枠８とは相対的に回動することになる。同様に、Ｙ軸が傾いても、支柱３の鉛直方向への自立作用によって、支持部材の傾きに応じて支持外枠８が相対的に回動することになる。
【００２６】
この様にして、支柱３は、架台５の傾きがどのような方向であっても、常に鉛直方向を維持している。そのため、支柱３の先端部に固着されたアンテナ取付台２は、水平を保持することができる。
【００２７】
以上で、第１の実施形態による測量機器水平保持装置の水平保持動作を説明したが、実際に設置する場合には、先ず、測量機器が搭載された水平保持装置を、観測目標設置点に搬送し、そこで該装置を降ろして設置する。測量機器の搬送時には、アンテナ取付台２が動かないように固定しておくことが都合よく、上述したロック部材はロック状態とされているが、設置したときには、ロック部材のロック状態を遠隔操作で解除する。そうすると、支柱３の自立作用により、架台５が傾斜地に設置されて傾いていても、アンテナ取付台２は水平に安定する。そこで、アンテナ取付台２が水平に安定したところで、遠隔操作又は自動操作によってロック部材をロック状態に移行させる。これによって、水平が確保され、測量機器の所望地点への設置が完了し、以後、風などの振動による影響を受けることなく、ＧＰＳアンテナの水平が保持される。
【００２８】
なお、例えば、地殻変動、地滑りなどによって、設置点の傾斜が変化することにより架台５の傾きが変化した場合には、ＧＰＳアンテナも水平ではなくなる。このときには、遠隔操作でロック部材のロック状態を一旦解除してやる。そうすると、上述したのと同様に、水平保持装置内のジンバル方式と、支柱３の自立作用とによって、ＧＰＳアンテナは、自動的に水平になり、その後も保持される。（第２の実施形態）
第１の実施形態による測量機器水平保持装置では、支柱の自立作用によるアンテナ取付台に係る水平安定化をジンバル方式の採用で実現したが、第２の実施形態による測量機器水平保持装置においては、支柱の自立作用を利用することに変わりはないが、支柱を揺動させるジンバル方式の代わりに、支柱を球体で支持し、該球体を全方位で受け止められる受け部材を有する球体保持方式を採用した。
【００２９】
図５に、第２の実施形態による測量機器水平保持装置の水平保持方式の概要を示した。図５では、図２に示された第１の実施形態による水平保持方式と同様の部分には、同じ符号を付してある。
【００３０】
図５の水平保持方式が、図２の水平保持方式と大きく異なるところは、支柱３を支持球体９の中心を通るように取付けており、さらに、球体９を、頂部を切り欠いた円錐状の支持受け部材１０を有することである。支持受け部材１０の切り欠き部分には、支持球体９の一部が露出し、その切り欠き部分の大きさは、支柱３の揺動範囲に応じて決められる。
【００３１】
支持球体９の外周面と、支持受け部材１０の内周面とが接触するようにし、各接触面は、支持球体９がスムースに摺動するように滑らかに形成されている。この接触面には、潤滑油などを施しておくこともできる。また、接触抵抗を減らすために、支持受け部材１０の内面に複数の突起を形成し、点接触とすることもできる。あるいは、支持球体９を支持受け部材１０から磁気浮上させておくこともできる。
【００３２】
ここで、アンテナカバー１、アンテナ取付台２、支柱３、支持球体９及び錘４、そしてアンテナ本体からなる系の重心を、支持球体９の中心位置より下方に設定しておくことによる自立作用により、支持球体９の外周面が、支持受け部材１０の内周面を摺動し、支柱３のＺ軸は、鉛直方向に安定する。
【００３３】
この様に、支持球体９と支持受け部材１０とによる水平保持方式の動作でも、図２に示した水平保持方式と同様に、架台５が傾斜して設置されても、アンテナ取付台２が水平に保持される。しかし、この球体保持方式においても、風などの振動による影響を受けるので、設置後における支柱３の揺動を阻止する必要がある。
【００３４】
そこで、図５に示した水平保持方式の例では、支持球体９を両側から挟むストッパシューのような円弧状の押え板Ｂ１及びＢ２を設けておく。これらの押え板Ｂ１及びＢ２は、自動的に又は遠隔操作で支持球体９を押え込み、あるいは、遠隔操作で支持球体９をフリーにすることができる。
【００３５】
以上で、第２の実施形態による測量機器水平保持装置の水平保持方式を説明したが、実際に設置する場合には、第１の実施形態による測量機器水平保持装置の場合と同様の手順で行われ、先ず、測量機器が搭載された水平保持装置を、観測目標設置点に搬送し、そこで該装置を降ろして設置する。そして、上述した押え板Ｂ１及びＢ２を駆動して支持球体９をフリーにする。そうすると、支柱３の自立作用により、架台５が傾斜地に設置されて傾いていても、アンテナ取付台２は水平に安定する。そこで、アンテナ取付台２が水平に安定したところで、遠隔操作又は自動で押え板を駆動して支持球体を押さえ込み、アンテナ取付台の水平を確保する。測量機器の所望地点への設置が完了し、以後、風などの振動による影響を受けることなく、ＧＰＳアンテナの水平が保持される。
【００３６】
これまで、第１及び第２の実施形態について、機器水平保持装置を主として地表面に設置し、該地表面が傾斜している場合を例にして説明したが、本実施形態による機器水平保持装置は、構造物の傾斜面に機器を設置する場合にも、好適に実施することができる。機器水平保持装置の機器取付台に、機器を適切に取付けておけば、機器を構造物に水平となるように取付けるとき、その構造物のへの取付け場所が傾斜していても、取付け現場において、作業員が機器の水平保持調整をする必要が無くなり、簡単にかつ容易に機器の水平保持を確保することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、水平に保持すべき測定機器を、錘を備えた支柱の他端に取付けて、該支柱を架台の支持部材に揺動自在に支持するようにし、遠隔操作又は自動操作で該支柱の揺動を阻止するようにしたので、自然災害、原子力事故などで人が立ち入り不可能である災害現場においても、クレーン、ヘリコプターで搬送し、水平にするべき測定機器を簡単に設置でき、しかも、設置後においても、測定機器の水平を容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定器水平保持装置の外観を示す図である。
【図２】測定器水平保持装置における水平保持方式の具体例を説明する図である。
【図３】図２に示された水平保持方式の作用を説明する図である。
【図４】図１に示された測定器水平保持装置が傾いた場所に設置された状態を説明する図である。
【図５】測定器水平保持装置における水平保持方式の他の具体例を説明する図である。
【符号の説明】
１…アンテナカバー
２…アンテナ取付台
３…支柱
４…水平保持部
５…架台
６…錘
７…支持内枠
８…支持外枠
９…支持球体
１０…支持受け部材
Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２…支持ピン
Ｂ１、Ｂ２…押え板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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