(57)【要約】【課題】摩擦がなく、精度良く重心を測定できる重心測定装置の提供。【解決手段】重心測定装置は、可動体１の磁性体と磁石ユニット３とで形成される磁気回路中の物理量に基づき磁石ユニット３の吸引力を制御して可動体１に載置された被測定物の重心位置を演算する。【選択図】      図１
2005148015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が磁性体で形成され、被測定物を載置する可動体と、
この可動体の前記磁性体に間隙を介して対向するように設置され、前記可動体を吸引する磁石ユニットと、
前記磁石ユニットを固定する台枠と、
前記可動体の磁性体と前記磁石ユニットとで形成される磁気回路中の物理量を検出する物理量検出手段と、
この物理量検出手段によって検出した物理量に基づいて前記磁石ユニットの吸引力を制御する吸引力制御手段と、
前記物理量検出手段によって検出した物理量に基づいて前記被測定物の重心位置を演算する重心位置演算手段と
を具備することを特徴とする重心測定装置。
【請求項２】
前記吸引力を時間変化させる吸引力加振手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の重心測定装置。
【請求項３】
前記吸引力制御手段は、前記電磁石ユニットの励磁電流を制御する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の重心測定装置。
【請求項４】
前記吸引力制御手段は、前記磁石ユニットの位置を制御する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の重心測定装置。
【請求項５】
前記吸引力制御手段は、前記電磁石ユニットの励磁電流及び位置を制御する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の重心測定装置。
【請求項６】
前記物理量検出手段は、前記可動体の磁性体と前記磁石ユニットとの間隙の大きさ、可動体の加速度、前記間隙中の磁束密度、電磁石ユニットの励磁電流のうち少なくとも２つを検出する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の重心測定装置。
【請求項７】
前記重心位置演算手段は、少なくとも異なる２点を中心として回転加振させて、重心回りの回転モーメントと同時に重心位置を演算する手段であることを特徴とする請求項２記載の重心測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の重心測定及び運動生理学データ解析等に利用可能な重心測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の重心測定装置として、特許文献１、特許文献２に示されるものがある。
【０００３】
特許文献１の重心測定装置を、図６を参照して説明する。
【０００４】
図６において、従来の重心測定装置は、図示しない物体を載置する荷重板１１と、下板１２と、この荷重板１１と下板１２との間に配置された複数のロードセル１４と、これらロードセル１４の出力に基づき重心位置を演算する重心位置演算器１６とから構成されている。この構成によって重心位置演算器１６では、荷重板１１と下板１２との間に配置された複数のロードセル１４にかかる荷重分布から重心を演算するようにしている。
【０００５】
かかる従来の重心測定装置においては、偏荷重（摩擦）による測定誤差が大きいため、荷重板上の重心位置の測定精度が悪いという問題がある。
【０００６】
次に、特許文献２の重心測定装置を、図７を参照して説明する。
【０００７】
図７のように、テーブル２１と、複数の加振機２３と、加速度を検出する加速度計２４と、重心位置演算器２６とから構成され、テーブル２１に複数の加振機２３及び加速度計２４が配置され、重心位置演算器２６で、テーブル２１を複数の加振機２３で並進加振させて質量を演算し、また、テーブル２１を加振機２３で回転加振させて慣性モーメントを演算し、演算した質量及び慣性モーメントから重心位置を演算するものである。
【０００８】
図７に示す従来の重心測定装置においても、テーブルと加振機との摩擦による誤差が大きいため、重心位置の測定精度が悪いという問題があった。
【特許文献１】特開平０１−０２１３３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の重心測定装置においては、摩擦があるために測定精度が悪い、という課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、摩擦を抑制して精度良く重心を測定するこが可能な重心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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の重心測定装置においては、一部が磁性体で形成され、被測定物を載置する可動体と、この可動体の磁性体に間隙を介して対向するように設置され、前記可動体を吸引する磁石ユニットと、前記磁石ユニットを固定する台枠と、前記可動体の磁性体と前記磁石ユニットとで形成される磁気回路中の物理量を検出する物理量検出手段と、この物理量検出手段によって検出した物理量に基づいて前記磁石ユニットの吸引力を制御する吸引力制御手段と、前記物理量検出手段によって検出した物理量に基づいて前記被測定物の重心位置を演算する重心位置演算手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、摩擦を抑制して精度良く重心を測定することの可能な重心測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る重心測定装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の重心測定装置は、被測定物を載置する可動体１と、可動体１を吸引させる磁石ユニット３と、磁石ユニット３を固定する台枠２と、可動体１の磁性体と磁石ユニット３で形成される磁気回路中の物理量を検出する物理量検出部４と、磁石ユニット３の吸引力を制御する吸引力制御部５と、被測定物の重心位置を演算する重心位置演算部６とから構成されている。
【００１５】
ここに、被測定物を載置する可動体１は、少なくとも一部が磁性体で形成されていて磁石により吸引できるようになっている。また、可動体１と台枠２とは非接触となっており、磁石ユニット３は、可動体１の磁性体に対向するように設置されて、可動体１を吸引するもので、その吸引力を励磁電流で変えられるようになっている。
【００１６】
物理量検出部４は、可動体１の磁性体と磁石ユニット３で形成される磁気回路中の物理量を検出する。この物理量としては、例えば、可動体１の磁性体と磁石ユニット３との間隙、可動体１の加速度、可動体１の磁性体の磁束密度、磁石ユニット３の励磁電流がある。
【００１７】
可動体１の磁性体と磁石ユニット３との間隙の検出手段としては、非接触の渦電流式変位センサやレーザ式変位センサ等がある。
【００１８】
吸引力制御部５には、物理量検出部４によって検出された物理量に基づいて磁石ユニット３の吸引力を制御するもので、電磁石ユニット３の励磁電流を変えて制御する方法又は磁石ユニット３の位置を変えて制御する方法を採用することができる。
【００１９】
ここに、電磁石ユニットの吸引力ｆは、以下のような式となる。
【数１】
2005148015.tif 000003
【００２０】
ここで、ｉは電磁石ユニットの励磁電流、ｐは電磁石ユニットと可動体の磁性体との間隙、ｐ０は間隙のオフセット値、ｆ０は吸引力のオフセット値、ｋｐとｋｉは係数である。
【００２１】
吸引力制御方法として、電磁石ユニットと可動体の磁性体との間隙を目標値に一致させようとするギャップ一定制御と、励磁電流を目標値に一致させようとする目標パワー制御（特に目標値が０の場合はゼロパワー制御）とがある。詳細な吸引力制御方法については、例えば特開平６−１７８４０９号公報に述べられているため、ここでは省略する。
【００２２】
これらの吸引力制御方法が採用された吸引力制御部５によって、定常時には、垂直方向の吸引力は被測定物を含む可動部の総質量と釣り合うように、また、水平方向の吸引力は対向する力が釣り合うように制御されるようになっている。
【００２３】
重心位置演算部６は、物理量検出部５によって検出した物理量に基づいて被測定物の重心位置を演算する。
【００２４】
重心位置の演算方法に関して、図２を参照にして説明する。
【００２５】
可動部全体のｘ軸（１次元）の重心位置ｘｔは、以下の式を用いて演算する。
【数２】
2005148015.tif 000004
【００２６】
ここで、Ｔは時間平均の時間、ｘ１，ｘ２は磁石ユニットｘ１，ｘ２のｘ軸の位置、ｆｚ１，ｆｚ２は電磁石ユニットｘ１，ｘ２のｚ軸方向の吸引力である。
【００２７】
可動部の総質量ｍｔは、以下の式を用いて演算する。
【数３】
2005148015.tif 000005
【００２８】
ここで、ｇは重力加速度、ｚ１，ｚ２は電磁石ユニットｘ１，ｘ２のｚ軸の位置、はｚの時刻ｔについての２階微分（加速度）である。
【００２９】
これから、被測定物の重心位置ｘｇは、以下の式を用いて演算する。
【数４】
2005148015.tif 000006
【００３０】
ここで、ｍ０は可動体の質量、ｘ０は可動体の重心位置であり、ｚ軸に対して対称な場合は以下となる。
【数５】
2005148015.tif 000007
【００３１】
なお、被測定物の質量ｍｇは、以下の式を用いて演算できる。
【００３２】
ｍｇ＝ｍｔ−ｍ０
以上のように本実施形態によれば、可動体１の磁性体と磁石ユニット３とで形成される磁気回路中の物理量を検出し、該物理量に基づいて磁石ユニット３の吸引力を制御して、可動体１に載置される被測定物の重心位置を演算するようにしているので、被測定物が載置される可動体１と台枠２とを非接触とすることで摩擦による誤差が無い状態で、精度良く重心を測定することができる。
【００３３】
次に、本発明に係る重心測定装置の他の実施形態を説明する。
【００３４】
本実施形態は、図１に示す実施形態の構成に、吸引力を時間変化させる吸引力加振手段を追加した構成である。この吸引力加振手段では、吸引力制御部５の目標パワーを、例えば正弦波状に変化させて、吸引力を加振させるものである。
【００３５】
重心測定部６では、吸引力加振手段により、可動体１を並進加振させた時の値から質量を演算し、演算した質量及び、可動体１を少なくとも異なる２点を中心に回転加振させた時の値から重心位置を演算する。
【００３６】
具体的な重心測定の方法を、以下に説明する。
【００３７】
可動部の総質量ｍｔは、以下の式を用いてｘ軸方向に並進加振させた（ｆｘ１＝ｆｘ２）時の値から演算する。
【数６】
2005148015.tif 000008
【００３８】
可動部全体のｘ軸（１次元）の重心位置ｘｔと重心まわりの慣性モーメントＩｔは、可動体１を２通り回転加振させた時の以下の運動方程式を満たす値を演算する。
【数７】
2005148015.tif 000009
【００３９】
また、被測定物の重心位置ｘｇは、第１実施形態と同様に演算する。
【００４０】
なお、回転加振させた時の値から重心位置を演算する簡単な方法は、以下の慣性モーメントを用いた方法である。
【００４１】
可動部のｘ１点まわりの慣性モーメントＩ１は、以下の式を用いてｘ１点中心に回転加振させた時、すなわち、
【数８】
2005148015.tif 000010
【００４２】
また、可動部のｘ２点まわりの慣性モーメントＩ２は、以下の式を用いてｘ２点中心に回転加振させた時、すなわち、
【数９】
2005148015.tif 000011
【００４３】
これから、可動部全体のｘ軸（１次元）の重心位置ｘｔは、以下の式を用いて総質量と慣性モーメントから演算する。
【数１０】
2005148015.tif 000012
【００４４】
以上のように本実施形態によれば、可動体１の磁性体と磁石ユニット３とで形成される磁気回路中の物理量を検出し、該物理量に基づいて磁石ユニット３の吸引力を制御し、吸引力加振手段により吸引力を時間変化させて、可動体１に載置される被測定物の重心位置を演算するようにしているので、被測定物が載置される可動体１と台枠２とを非接触とすることで摩擦による誤差が無い状態で、精度良く重心を測定することができる。
【００４５】
なお、図１の構成で可動体１は、可動体１の中心で台枠２に支持する一点支持構成であったが、これ以外に、図３に示すように、可動体１の非中心で２箇所の等の複数で台枠２に支持する多点支持構成としてもよい。さらに、図４に示すように、台枠２内に収容され得るように可動体１を構成して、可動体１を台枠２に支持する構成としてもよい。
【００４６】
また、図１の構成では、磁石ユニット３は、第１実施形態では、可動体１の磁性体に対向するように設置されて、可動体１を吸引するもので、その吸引力を励磁電流で変えられるようになっているものであったが、図５に示すように、磁石の位置が変えられるように構成しても良い。
【００４７】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る重心測定装置の一実施形態の構成図。
【図２】同実施形態における重心位置の説明図。
【図３】本発明に係る重心測定装置の他の実施形態の構成図。
【図４】本発明に係る重心測定装置の他の実施形態の構成図。
【図５】本発明に係る重心測定装置の他の実施形態の構成図。
【図６】従来の一例に係る重心測定装置の構成図。
【図７】従来の他例に係る重心測定装置の構成図。
【符号の説明】
【００４９】
１…可動体、２…台枠、３…磁石ユニット、４…物理量検出部、５…吸引力制御部、６…重心位置演算部。
【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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【図６】
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【図７】
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