(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体を転動させる展示装置であって、
前記球体を転動させる平面を有する平板と、基準面に対する前記平板の傾斜を調整する傾斜調整手段と、前記平板上の前記球体の位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出結果に基づいて、前記平板上で前記球体が転動するように前記傾斜調整手段を制御する傾斜制御手段とを備えることを特徴とする展示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記傾斜調整手段は、前記平板および固定面の間に設置され前記平板の下面の一点を支持する支持軸と、前記平板および前記固定面の間に設置され前記平板の下面の他点を上下動させる可動軸とを有することを特徴とする展示装置。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項において、
さらに、前記平板に固定されたセンサ取付部材を備え、
前記位置センサは、前記センサ取付部材に設けられていることを特徴とする展示装置。
【請求項４】
請求項３において、
さらに、前記平板の面方向と直交する方向の軸回りに前記位置センサを回転させるセンサ回転手段と、前記位置センサの検出結果に基づいて、前記平板上の前記球体が前記位置センサの測定領域に属するように前記センサ回転手段を制御する回転制御手段とを備えることを特徴とする展示装置。
【請求項５】
平面を有する平板と、前記平板および固定面の間に設置され前記平板の下面の一点を支持する支持軸と、前記平板および前記固定面の間に設置され前記平板の下面の他点を上下動させる可動軸と、前記可動軸を上下動させるための力を付与するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御して前記平板の傾斜を制御する傾斜制御手段と、前記アクチュエータの位置を検出するインクリメンタル型のエンコーダと、前記可動軸の移動と共に同方向に移動するセンサ検出子と、前記平板の平面が水平となった位置で前記センサ検出子を検出するセンサとを有した展示装置における、前記平板の水平位置決め行う方法であって、
前記傾斜制御手段に、動作開始点から前記平板が水平となる方向に前記可動軸を移動させ、前記エンコーダのＺ相を検出したときに、その検出位置で前記可動軸を停止するように制御させる第１の移動ステップと、
前記第１の移動ステップにおいて前記可動軸が停止されたときに、前記エンコーダに、パルスのカウント値をリセットさせるカウントリセットステップと、
前記傾斜制御手段に、前記第１の移動ステップにおける停止位置から前記センサが前記センサ検出子を検出するまで前記可動軸を移動させ、検出位置において前記可動軸を停止するように制御させる第２の移動ステップと、
前記傾斜制御手段に、前記第２の移動ステップにおいて前記可動軸が停止されたときに、前記第２の移動ステップにおける移動方向とは逆方向に、且つ前記エンコーダのＺ相が検出されるまで前記可動軸を移動するように制御させる第３の移動ステップと、
前記傾斜制御手段に、前記第３の移動ステップにおいて前記Ｚ相が検出されたときに、該検出位置から、予め設定された該検出位置から前記平板が水平となるまでの移動量を前記可動軸を移動するように制御させる第４の移動ステップとを含むことを特徴とする展示装置の水平位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の軌道に沿って球体を転動させる展示装置に係り、特に、高い展示効果を実現するのに好適な展示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、展示物を展示するにあたっては、展示物の外観を美しく造形して美的効果を高めたり、斬新なレイアウトや意外な演出を採用したりするなどして、展示物への注目を集めて展示効果を高める様々な工夫がなされている。展示装置としては、例えば、特許文献１記載の展示装置が知られている。
特許文献１記載の展示装置は、水平面に対して一定の角度で傾斜する受皿を、内部に収納した展示物としての球体が外部にこぼれ出ないようにして、水平面に垂直な軸線を中心として一定の傾斜角度を維持させつつ、受皿の自転運動を規制するとともに旋回運動をさせて、球体を受皿内で転動させるものである。これにより、展示物を複雑に転がして動かすことができ、消費者に対して商品を好適に目立たせることができる。
【特許文献１】特開平１０−２０８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の展示装置にあっては、受皿を一定の傾斜角度を維持させつつ旋回運動をさせて球体を受皿内で転動させるため、球体は、受皿の旋回運動に応じて受皿の内周面との衝突を繰り返しながら受皿内で不規則に転動するだけあり、展示効果が不十分であるという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、高い展示効果を実現するのに好適な展示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の展示装置は、所定の軌道に沿って球体を転動させる展示装置であって、前記球体を転動させる平面を有する平板と、基準面に対する前記平板の傾斜を調整する傾斜調整手段と、前記平板上の前記球体の位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出結果に基づいて、あらかじめ設定された軌道に沿って前記平板上で前記球体が転動するように前記傾斜調整手段を制御する傾斜制御手段とを備える。
【０００５】
このような構成であれば、位置センサにより、平板上の球体の位置が検出され、傾斜制御手段により、位置センサの検出結果に基づいて、あらかじめ設定された軌道に沿って平板上で球体が転動するように傾斜調整手段が制御される。その結果、傾斜調整手段により、基準面に対する平板の傾斜が調整されるので、球体は、あらかじめ設定された軌道に沿って平板上で転動する。
ここで、基準面とは、水平面、垂直面その他平板の傾斜の基準となる面をいう。
【０００６】
〔発明２〕  さらに、発明２の展示装置は、発明１の展示装置において、前記傾斜調整手段は、前記平板および固定面の間に設置され前記平板の下面の一点を支持する支持軸と、前記平板および前記固定面の間に設置され前記平板の下面の他点を上下動させる可動軸とを有する。
このような構成であれば、平板の下面の一点が支持軸により支持され、平板の下面の他点が可動軸により上下動するので、平板の傾斜を調整することができる。
【０００７】
〔発明３〕  さらに、発明３の展示装置は、発明１および２のいずれか１の展示装置において、さらに、前記平板に固定されたセンサ取付部材を備え、前記位置センサは、前記センサ取付部材に設けられている。
このような構成であれば、平板に固定されたセンサ取付部材に位置センサが設けられているので、平板と一体に位置センサが傾斜する。そのため、平板の平面に対する位置センサの相対位置が固定されるので、平板の傾斜の度合いにかかわらず、平板上の球体の位置を精度よく検出することができる。
【０００８】
〔発明４〕  さらに、発明４の展示装置は、発明３の展示装置において、さらに、前記平板の面方向と直交する方向の軸回りに前記位置センサを回転させるセンサ回転手段と、前記位置センサの検出結果に基づいて、前記平板上の前記球体が前記位置センサの測定領域に属するように前記センサ回転手段を制御する回転制御手段とを備える。
【０００９】
このような構成であれば、回転制御手段により、位置センサの検出結果に基づいて、平板上の球体が位置センサの測定領域に属するようにセンサ回転手段が制御される。その結果、センサ回転手段により、平板の面方向と直交する方向の軸回りに位置センサが回転するので、平板上の球体の位置にかかわらず、平板上の球体が位置センサの測定領域に属することとなる。したがって、平板上の球体の位置を精度よく検出することができる。
【００１０】
〔発明５〕  一方、上記目的を達成するために、発明５の展示装置の水平位置決め方法は、平面を有する平板と、前記平板および固定面の間に設置され前記平板の下面の一点を支持する支持軸と、前記平板および前記固定面の間に設置され前記平板の下面の他点を上下動させる可動軸と、前記可動軸を上下動させるための力を付与するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御して前記平板の傾斜を制御する傾斜制御手段と、前記アクチュエータの位置を検出するインクリメンタル型のエンコーダと、前記可動軸の移動と共に同方向に移動するセンサ検出子と、前記平板の平面が水平となった位置で前記センサ検出子を検出するセンサとを有した展示装置における、前記平板の水平位置決め行う方法であって、前記傾斜制御手段に、動作開始点から前記平板が水平となる方向に前記可動軸を移動させ、前記エンコーダのＺ相を検出したときに、その検出位置で前記可動軸を停止するように制御させる第１の移動ステップと、前記第１の移動ステップにおいて前記可動軸が停止されたときに、前記エンコーダに、パルスのカウント値をリセットさせるカウントリセットステップと、前記傾斜制御手段に、前記第１の移動ステップにおける停止位置から前記センサが前記センサ検出子を検出するまで前記可動軸を移動させ、検出位置において前記可動軸を停止するように制御させる第２の移動ステップと、前記傾斜制御手段に、前記第２の移動ステップにおいて前記可動軸が停止されたときに、前記第２の移動ステップにおける移動方向とは逆方向に、且つ前記エンコーダのＺ相が検出されるまで前記可動軸を移動するように制御させる第３の移動ステップと、前記傾斜制御手段に、前記第３の移動ステップにおいて前記Ｚ相が検出されたときに、該検出位置から、予め設定された該検出位置から前記平板が水平となるまでの移動量を前記可動軸を移動するように制御させる第４の移動ステップとを含む。
【００１１】
このような構成であれば、動作開始位置から可動軸を移動し、Ｚ相が検出された位置でエンコーダのパルスカウント値をリセットし、更にセンサがセンサ検出子を検出する位置まで可動軸を移動し、センサ検出子が検出されると、その検出位置から最も近い位置のＺ相が検出されるまで可動軸をこれまでとは逆方向に移動し、更に、Ｚ相の検出位置から、予め水準器などで測定された正確な水平位置まで可動軸を移動させることができる。
【００１２】
これにより、可動軸の動作開始位置によらずに、センサの検出位置を基準にエンコーダの位置検出精度で展示装置の平板の水平位置決めを行うことができるので、センサ検出子で水平位置を検出したときの検出位置と、水準器などを用いて測定された正確な水平位置との誤差を低減することができる。
ここで、上記エンコーダは、アクチュエータの種類に応じてリニアエンコーダ、ロータリエンコーダなどが該当する。
【００１３】
また、上記センサ検出子は、ドグなどの可動軸に直接取り付ける（または一体形成する）もの、可動軸と共に移動する他の構成部に取り付けるもの、可動軸の一部を検出子とするもの、可動軸と共に移動する他の構成部又はその一部を検出子とするものなどが該当する。
また、上記センサは、センサ検出子を検出できるものであればどのようなセンサでもよく、例えば、フォトセンサ、超音波センサなどが該当する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、発明１の展示装置によれば、あらかじめ設定された軌道に沿って平板上で球体が転動するので、球体が不規則な軌跡ではなく所定の軌跡を描くこととなり、従来に比して、高い展示効果を実現することができるという効果が得られる。
さらに、発明３の展示装置によれば、平板の平面に対する位置センサの相対位置が固定されるので、平板の傾斜の度合いにかかわらず、平板上の球体の位置を精度よく検出することができるという効果が得られる。
【００１５】
さらに、発明４の展示装置によれば、平板上の球体の位置にかかわらず、平板上の球体が位置センサの測定領域に属することとなるので、平板上の球体の位置を精度よく検出することができるという効果が得られる。
また、発明５の展示装置の水平位置決め方法によれば、可動軸の動作開始位置によらずに、センサの検出位置を基準にしてエンコーダの位置検出精度で展示装置の平板の水平位置決めを行うことができるので、高精度な平板の水平位置決めを行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図４は、本発明に係る展示装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、本発明を適用する展示装置１００の構成を説明する。
図１は、展示装置１００の設置状態を示す図である。
【００１７】
展示装置１００は、図１に示すように、水平面に対する平板１２の傾斜を変化させながら、あらかじめ設定された所定の円軌道に沿って平板１２上で球体１０を転動させ、そのような演出によって展示を行うことを目的とした装置である。
図１においては、架台１１０の上に２台の展示装置１００が隣接して配置されている。２台の展示装置１００は、同一機能を有して構成されており、同一の円軌道に沿って同一または所定の位相で球体１０がそれぞれ転動するように同期制御される。同期制御は、例えば、２つの球体１０に対してシンクロ、ミラー等の動作をさせることにより行う。
【００１８】
図２は、展示装置１００の外観構造を示す図である。
展示装置１００は、図２に示すように、球体１０を転動させる平面を有する平板１２と、ベース１４と、平板１２およびベース１４の間に設置され平板１２の下面の一点を支持する支持軸１６と、平板１２およびベース１４の間に設置され平板１２の下面の２点をそれぞれ独立に上下動させる２つの可動軸１８とを有して構成されている。
【００１９】
支持軸１６および可動軸１８は、ボールジョイントを介して平板１２の下面にその一端が固定されている。これにより、平板１２の傾斜角の変化に追従して平板１２を支持することができる。平面の傾斜角が変化した場合に、支持軸１６と可動軸１８の距離の変化は、半径方向に移動可能なボールジョイントによって吸収する。
平板１２には、平板１２の一の側面から平板１２の面方向に突出するセンサ取付板２０ａと、平板１２の他の側面から平板１２の面方向に突出するセンサ取付板２０ｂとが設けられている。
【００２０】
センサ取付板２０ａ、２０ｂの上面には、ダイレクトドライブモータ等からなるセンサモータ２２ａ、２２ｂがそれぞれ設けられている。センサモータ２２ａ、２２ｂは、１周あたり１００万分割程度の高精度角度センサを有し、角度センサによりモータ角度を出力する。センサモータ２２ａ、２２ｂの回転軸は、平板１２の面方向と直交する方向に向けられており、それらの回転軸には、平板１２上の球体１０の位置を検出するレーザ変位計等からなる位置センサ２４ａ、２４ｂがそれぞれ取り付けられている。したがって、位置センサ２４ａ、２４ｂは、センサ取付板２０ａ、２０ｂを介して平板１２と一体に傾斜するので、平板１２の平面に対する位置センサ２４ａ、２４ｂの相対位置が固定される。また、平板１２の面方向と直交する方向の軸回りに回転するので、平板１２上の球体１０が位置センサ２４ａ、２４ｂの測定領域に常に属するように、転動する球体１０を追尾することができる。これにより、平板１２上の球体１０の位置を精度よく検出することができる。
【００２１】
次に、可動軸１８の構成を説明する。
図３は、可動軸１８の外観構造を示す図である。
可動軸１８は、図３に示すように、ボールねじモータ３０と、ベース１４に固定されボールねじモータ３０を収容する台座３２と、台座３２の背面に取り付けられ、台座３２から垂直方向に突出する背板３４と、ボールねじモータ３０の回転軸に連結するボールねじ３６と、ボールねじ３６とボールを介して螺合するボールナット３８と、背板３４に取り付けられ、ボールナット３８を上下方向にガイドするリニアガイド４０とを有して構成されている。
【００２２】
可動軸１８は、さらに、ボールナット３８に固定され、ボールねじ３６を挿通する筒状部材４２と、筒状部材４２の上端に一端を連結するボールジョイント４４と、ボールジョイント４４の他端に連結する平板取付ヘッド４６とを有して構成されている。そして、平板取付ヘッド４６の上面は、平板１２の下面に接着されている。
ボールナット３８は、ボールねじモータ３０の回転駆動によりボールねじ３６が回転することに伴ってリニアガイド４０に沿って上下動する。そして、筒状部材４２、ボールジョイント４４および平板取付ヘッド４６がボールナット３８と一体に上下動するので、平板取付ヘッド４６との接合点において平板１２が上下動する。
【００２３】
したがって、平板１２は、平板１２の下面の一点が支持軸１６により支持され、平板１２の下面の２点が可動軸１８により独立に上下動するので、水平面に対して任意の傾斜角で傾斜することができる。
【００２４】
次に、展示装置１００の制御部を説明する。
図４は、展示装置１００の制御ブロック図である。
展示装置１００の制御部は、図４に示すように、あらかじめ設定された目標軌道から目標とする平板１２の目標傾斜角を生成する目標傾斜角生成部６０と、目標軌道から目標とする球体１０の目標速度を生成する目標速度生成部６２とを有して構成されている。
目標軌道は、平板１２の平面の左右方向をｘ軸、前後方向をｙ軸とし、平板１２上の球体１０のｘ座標をｘ、ｙ座標をｙ、時間をｔとすると、下式（１）、（２）により表すことができる。
ｘ＝Ｘo(ｔ)                                                  …（１）
ｙ＝Ｙo(ｔ)                                                  …（２）
【００２５】
目標軌道としては、少なくとも３段階微分可能な軌道を用意する。例えば、円軌道の場合、初期位置（ｘ，ｙ）＝（０，０）から速度および加速度ゼロで球体１０の転動を開始するとすると、目標軌道は、下式（３）、（４）により表すことができる。
ｘ＝Ｒ・cos(ｔ／ｃ)・Ｋ                                      …（３）
ｙ＝Ｒ・sin(ｔ／ｃ)・Ｋ                                      …（４）
Ｋ＝tanh(ｔ・Ａ3)
上式（３）、（４）において、Ｒは回転半径、Ｃは回転周期、Ａは立ち上がり定数である。
【００２６】
目標傾斜角生成部６０は、目標軌道ｘ、ｙから目標傾斜角θxo、θyoを算出する。平板１２の平面を球体１０が転動する運動方程式は、下式（５）により近似することができる。
ｘ′′＝５／７・ｇ・θ                                        …（５）
上式（５）において、「′」の記号は時間微分を意味する。
【００２７】
そして、上式（５）をもとに摩擦の補正を考慮すると、目標傾斜角度θxo、θyoは、目標軌道ｘ、ｙから下式（６）、（７）により算出することができる。
θxo＝Ｘo′′(ｔ)・Ｋ＋ｆx                                    …（６）
θyo＝Ｙo′′(ｔ)・Ｋ＋ｆy                                    …（７）
【００２８】
目標速度生成部６２は、目標軌道ｘ、ｙから目標速度Ｖxo、Ｖyoを下式（８）、（９）により算出する。
Ｖxo＝ｘ′(ｔ)                                                …（８）
Ｖyo＝ｙ′(ｔ)                                                …（９）
【００２９】
展示装置１００の制御部は、さらに、位置センサ２４ａ、２４ｂの検出結果に基づいて平板１２上の球体１０の中心位置を算出する玉中心位置算出部６４と、玉中心位置算出部６４で算出した球体１０の中心位置に基づいて平板１２上の球体１０の中心位置および速度を算出する玉位置オブザーバ部６６と、玉位置オブザーバ部６６で算出した球体１０の中心位置に基づいてセンサモータ２２ａ、２２ｂの回転角を生成するセンサモータ回転角生成部６８とを有して構成されている。
【００３０】
玉中心位置算出部６４は、センサモータ２２ａ、２２ｂの回転軸の回転角度を示すモータ角度ＭＳ１、ＭＳ２をセンサモータ２２ａ、２２ｂから入力し、位置センサ２４ａ、２４ｂで測定した球体１０までの距離Ｌ１、Ｌ２を位置センサ２４ａ、２４ｂから入力し、入力したモータ角度ＭＳ１、ＭＳ２および距離Ｌ１、Ｌ２に基づいて、平板１２上の球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcを算出する。センサモータ２２ａ、２２ｂと位置センサ２４ａ、２４ｂの配置関係、および球体１０の径が既知であるので、センサモータ２２ａ、２２ｂおよび位置センサ２４ａ、２４ｂからの入力値およびそれら既知の値から幾何学計算により球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcを算出することができる。
【００３１】
玉位置オブザーバ部６６は、球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcを玉中心位置算出部６４から入力し、ボールねじモータ３０の回転軸の回転角度を示すモータ角度Ｚ１、Ｚ２を各可動軸１８のボールねじモータ３０から入力し、入力した球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcおよびモータ角度Ｚ１、Ｚ２に基づいて、平板１２上の球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eおよび速度ＶＸc_e、ＶＹc_eを算出する。
【００３２】
光沢のある曲面を有する球体１０を位置センサ２４ａ、２４ｂで測定すると、ノイズや大きな誤差が出やすい。すなわち、距離Ｌ１、Ｌ２から直接的に算出される球体１０の位置および速度は、制御には使えない。モータ角度Ｚ１、Ｚ２から算出される平板１２の傾斜および上式（５）の運動方程式により、目標とする球体１０の目標位置を算出することができる。そして、球体１０の目標位置と中心位置Ｘc、Ｙcを比較してオブザーバを組み、位置センサ２４ａ、２４ｂの高周波のノイズや大きな測定誤差を取り除くことで制御に使える中心位置Ｘc_e、Ｙc_eおよび速度ＶＸc_e、ＶＹc_eを算出する。
【００３３】
センサモータ回転角生成部６８は、球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eを玉位置オブザーバ部６６から入力し、遅れ補正用速度信号である目標速度Ｖxo、Ｖyoを目標速度生成部６２から入力し、入力した球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eおよび目標速度Ｖxo、Ｖyoに基づいて、センサモータ２２ａ、２２ｂの回転軸の回転角度を指示するモータ角度指令ＭＳ１ｒ、ＭＳ２ｒを生成し、生成したモータ角度指令ＭＳ１ｒ、ＭＳ２ｒをセンサモータ２２ａ、２２ｂに出力する。
【００３４】
センサモータ回転角生成部６８は、位置センサ２４ａ、２４ｂのレーザを、平板１２上を転動する球体１０の中心に向けるためセンサモータ２２ａ、２２ｂを駆動する。しかし、球体１０の中心にレーザを向けると、レーザ光源が球体１０に正反射し測定が乱れるため、球体１０の中心から少しオフセットした位置を狙うことが好ましい。さらに、センサモータ２２ａ、２２ｂの応答の遅れを見込み、目標速度Ｖxo、Ｖyoをもとに、センサモータ２２ａ、２２ｂの狙い角を少し球体１０の進行方向前方に定める。つまり、球体１０の速度が速ければ速いほど、遅れ補正のゲインが大きくなるので、遅いときの行き過ぎを無くすために進行方向前方に定める。これにより、トラッキング性能を向上することができる。
【００３５】
展示装置１００の制御部は、さらに、目標速度生成部６２から入力した目標速度Ｖxo、Ｖyoと玉位置オブザーバ部６６から入力した球体１０の速度ＶＸc_e、ＶＹc_eの差分を演算する減算部７０と、減算部７０の演算結果に所定の速度ゲインＫｖを乗算するゲイン部７２と、目標傾斜角生成部６０から入力した目標傾斜角度θxo、θyoとゲイン部７２の演算結果を加算する加算部７４とを有して構成されている。
【００３６】
展示装置１００の制御部は、さらに、目標軌道ｘ、ｙと玉位置オブザーバ部６６から入力した球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eの差分を演算する減算部７６と、減算部７６の演算結果に所定の位置ゲインＫｐを乗算するゲイン部７８と、加算部７４の演算結果とゲイン部７８の演算結果を加算してその演算結果を傾斜角度指令θx、θyとして出力する加算部８０とを有して構成されている。
【００３７】
展示装置１００の制御部は、さらに、加算部８０の演算結果に基づいてボールねじモータ３０の回転軸の回転角度を指示するモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒを生成するボールねじモータ回転角生成部８２を有して構成されている。
ボールねじモータ回転角生成部８２は、傾斜角度指令θx、θyを加算部８０から入力し、支持軸１６および２つの可動軸１８の３点支持の位置関係および傾き微小とした線形近似により、入力した傾斜角度指令θx、θyからボールねじ３６の高さ（回転角）をモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒとして算出する。モータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒは、下式（10）、（11）により算出することができる。
Ｚ１ｒ＝Ａ11・θx＋Ａ12・θy                                  …（10）
Ｚ２ｒ＝Ａ21・θx＋Ａ22・θy                                  …（11）
上式（10）、（11）において、Ａ11〜Ａ22は定数である。
【００３８】
そして、ボールねじモータ回転角生成部８２は、モータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒを各可動軸１８のボールねじモータ３０に出力する。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
目標軌道ｘ、ｙを上式（３）、（４）として定義し、初期位置（ｘ，ｙ）＝（０，０）から速度および加速度ゼロで球体１０の転動を開始すると、目標傾斜角生成部６０により、目標軌道ｘ、ｙから目標傾斜角度θxo、θyoが算出され、目標速度生成部６２により、目標軌道ｘ、ｙから目標速度Ｖxo、Ｖyoが算出される。
【００３９】
次いで、位置センサ２４ａ、２４ｂにより、平板１２上の球体１０の位置が検出される。そして、玉中心位置算出部６４により、位置センサ２４ａ、２４ｂの検出結果に基づいて平板１２上の球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcが算出され、玉位置オブザーバ部６６により、算出された球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcに基づいて平板１２上の球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eおよび速度ＶＸc_e、ＶＹc_eが算出される。
【００４０】
次いで、減算部７０により、目標速度Ｖxo、Ｖyoと球体１０の速度ＶＸc_e、ＶＹc_eの差分が演算され、ゲイン部７２により、その差分値に速度ゲインＫｖが乗算され、加算部７４により、目標傾斜角度θxo、θyoとゲイン部７２の演算結果が加算される。また、減算部７６により、目標軌道ｘ、ｙと球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eの差分が演算され、ゲイン部７８により、その差分値に位置ゲインＫｐが乗算され、加算部８０により、加算部７４の演算結果とゲイン部７８の演算結果が加算される。
【００４１】
そして、ボールねじモータ回転角生成部８２により、加算部８０からの傾斜角度指令θx、θyからモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒが生成され、生成されたモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒが各可動軸１８のボールねじモータ３０に出力される。その結果、ボールねじモータ３０の回転駆動により可動軸１８が上下動し、目標軌道ｘ、ｙに沿って平板１２上で球体１０が転動するように平板１２の傾斜が調整される。したがって、球体１０は、目標軌道ｘ、ｙに沿って平板１２上で転動する。
【００４２】
一方、センサモータ回転角生成部６８により、球体１０の中心位置Ｘc_e、Ｙc_eおよび目標速度Ｖxo、Ｖyoからモータ角度指令ＭＳ１ｒ、ＭＳ２ｒが生成され、生成されたモータ角度指令ＭＳ１ｒ、ＭＳ２ｒがセンサモータ２２ａ、２２ｂに出力される。その結果、センサモータ２２ａ、２２ｂにより、平板１２上の球体１０が位置センサ２４ａ、２４ｂの測定領域に属するように位置センサ２４ａ、２４ｂが回転する。
【００４３】
このようにして、本実施の形態では、球体１０を転動させる平面を有する平板１２と、ベース１４と、平板１２およびベース１４の間に設置され平板１２の下面の一点を支持する支持軸１６と、平板１２およびベース１４の間に設置され平板１２の下面の２点をそれぞれ独立に上下動させる２つの可動軸１８と、平板１２上の球体１０の位置を検出する位置センサ２４ａ、２４ｂと、位置センサ２４ａ、２４ｂの検出結果に基づいて、目標軌道ｘ、ｙに沿って平板１２上で球体１０が転動するように可動軸１８を制御する制御部とを備える。
【００４４】
これにより、目標軌道ｘ、ｙに沿って平板１２上で球体１０が転動するので、球体１０が不規則な軌跡ではなく所定の軌跡を描くこととなり、従来に比して、高い展示効果を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、平板１２に固定されたセンサ取付板２０ａ、２０ｂを備え、位置センサ２４ａ、２４ｂは、センサ取付板２０ａ、２０ｂに設けられている。
【００４５】
これにより、平板１２の平面に対する位置センサ２４ａ、２４ｂの相対位置が固定されるので、平板１２の傾斜角にかかわらず、平板１２上の球体１０の位置を精度よく検出することができる。
さらに、本実施の形態では、平板１２の面方向と直交する方向の軸回りに位置センサ２４ａ、２４ｂを回転させるセンサモータ２２ａ、２２ｂと、位置センサ２４ａ、２４ｂの検出結果に基づいて、平板１２上の球体１０が位置センサ２４ａ、２４ｂの測定領域に属するようにセンサモータ２２ａ、２２ｂを制御する制御部とを備える。
【００４６】
これにより、平板１２上の球体１０の位置にかかわらず、平板１２上の球体１０が位置センサ２４ａ、２４ｂの測定領域に属することとなるので、平板１２上の球体１０の位置を精度よく検出することができる。
さらに、本実施の形態では、平板１２の下面と支持軸１６および可動軸１８をボールジョイントを介して接続した。
【００４７】
これにより、平板１２の傾斜角の変化に追従して平板１２を支持することができる。
上記第１の実施の形態において、支持軸１６および可動軸１８は、発明１または２の傾斜調整手段に対応し、展示装置１００の制御部は、発明１の傾斜制御手段、または発明４の回転制御手段に対応し、センサ取付板２０ａ、２０ｂは、発明３のセンサ取付部材に対応している。また、センサモータ２２ａ、２２ｂは、発明４のセンサ回転手段に対応している。
【００４８】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図５ないし図６は、本発明に係る展示装置の水平位置決め方法の第２の実施の形態を示す図である。
【００４９】
上記第１の実施の形態における展示装置１００の制御部において、平板１２の初期位置を特に考慮せずに、球体１０を目標軌道ｘ、ｙに沿って移動させているのに対して、本実施の形態では、球体１０を移動させる前に、平板１２を水平位置に位置決めする制御を行う。
【００５０】
まず、本実施の形態の展示装置１００の構成を説明する。
本実施の形態の展示装置１００は、図示しないが、上記第１の実施の形態の展示装置１００に追加する形で、各可動軸１８のボールねじ３６の移動と共に同方向に移動するセンサ検出子２００（例えば、ドグなど）と、ボールねじ３６が平板１２を水平とする位置に移動したときに、各センサ検出子２００を検出するフォトセンサ２６（例えば、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなど）とを備えた構成となっている。
【００５１】
次に、図５に基づき、本実施の形態の展示装置１００の制御部の構成を説明する。
ここで、図５は、本実施の形態の展示装置１００の制御部の構成を示すブロック図である。
図５に示すように、本実施の形態の展示装置１００の制御部は、ボールねじモータ３０の回転角度位置を検出する位置検出器として、各ボールねじモータ３０がインクリメンタル型のロータリエンコーダを有する。
【００５２】
本実施の形態の制御部は、更に、上記第１の実施の形態の展示装置１００の制御部に追加する形で、平板１２の水平位置決めを行う水平位置決め部８４を含んだ構成となっている。本実施の形態では、この水平位置決め部８４によって、球体１０を目標軌道ｘ、ｙに沿って移動させる前に（展示を行う前に）、平板１２の水平位置決めを行うことが可能である。
【００５３】
水平位置決め部８４は、ユーザの操作部の操作や展示装置１００の電源オンなどを契機に発せられる水平位置決め指令に応じて動作を開始し、フォトセンサ２６の検出結果及びボールねじモータ３０のロータリエンコーダの検出結果などに基づき、予め決められた手順でボールねじ３６を上下動させる制御を行い、平板１２の水平位置決めを行う。
より具体的に、水平位置決め部８４は、水平位置決め指令を受けると、ボールねじ回転角生成部８２に対して、以下の（１）〜（４）の手順でモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒを出力し、ボールねじ３６を上下動させて、平板１２の水平位置決め処理を行う。なお、以下の（１）〜（４）の処理は、各可動軸１８のボールねじ３６に対して行われる。
【００５４】
ここで、図６は、水平位置決め部８４において実行される平板１２の水平位置決め処理の手順を示す図である。
（１）図６に示すように、動作開始点から、平板１２が水平になる方向にボールねじ３６が所定速度で移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。更に、ボールねじ３６が移動後に、最初にロータリエンコーダでＺ相が検出されると、その検出位置でボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。このとき、ボールねじモータ３０のロータリエンコーダに対して、位置検出用パルスのカウント値をリセットさせるリセット指令を与える。これにより、Ｚ相が検出された位置でロータリエンコーダの位置検出用パルスのカウント値がリセットされる。
【００５５】
（２）上記（１）の停止位置（Ｚ相の検出位置）から、平板１２の平面が水平方向となる方向にボールねじ３６が所定速度で移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。更に、ボールねじ３６が移動後に、フォトセンサ２６でセンサ検出子２００が検出されたると、その検出位置でボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。
【００５６】
（３）上記（２）の停止位置から今度は上記（２）の移動方向とは逆方向にボールねじ３６が所定速度で移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。更に、ボールねじ３６が移動後に、最初にロータリエンコーダでＺ相が検出されると、その検出位置でボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。
【００５７】
（４）上記（３）の停止位置（Ｚ相の検出位置）から、上記（３）と同じ移動方向に、予め水準器などを用いて設定された、上記（３）の停止位置から平板１２が水平位置となる移動距離ｄ0だけボールねじ３６が移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじ３６は、エンコーダの分解能と同じ位置精度で水平位置に向かって移動し、水平位置として検出された位置において停止する（水平位置決めされる）。
【００５８】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
ユーザによる操作部の操作によって、水平位置決め指令が水平位置決め部８４に出力されると、水平位置決め部８４において、平板１２の水平位置決め処理が開始される。
水平位置決め部８４は、各可動軸１８のボールねじ３６を、その初期位置からボールねじ３６の位置が平板１２を水平方向に近づける方向に移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじモータ３０が駆動し、ボールねじ３６が平板１２を水平方向に近づける方向に移動する。
【００５９】
一方、ボールねじモータ３０が駆動すると、ボールねじモータ３０のロータリエンコーダは、内部のフォトセンサと、スリット機構とによってモータの回転に伴って発生するパルスをカウントし、ボールねじモータ３０の（ボールねじ３６）の回転角度位置の検出を行う。そして、ボールねじモータ３０の駆動に伴って、ロータリエンコーダの回転子が回転すると、やがてロータリエンコーダにおいてＺ相が検出される。
【００６０】
水平位置決め部８４は、ロータリエンコーダにおいてＺ相が検出されると、その検出位置においてボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。更に、Ｚ相の検出位置において、ロータリエンコーダにパルスのカウント値をリセットするようにリセット指令を与える。これによって、リセット指令を受けたボールねじモータ３０のロータリエンコーダは、パルスのカウント値をリセットする。
【００６１】
水平位置決め部８４は、ロータリエンコーダにおいて、パルスのカウント値がリセットされると、これまでの移動方向と同じ方向に、可動軸１８のボールねじ３６が移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじモータ３０が駆動し、ボールねじ３６が平板１２を水平方向に近づける方向に更に移動する。このとき、ボールねじ３６の移動に伴ってセンサ検出子２００も移動し、やがてフォトセンサ２６において、センサ検出子２００が検出される。
【００６２】
水平位置決め部８４は、フォトセンサ２６において、センサ検出子２００が検出されると、その検出位置において、ボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじモータ３０が停止し（またはブレーキをかけた状態になり）、ボールねじ３６がセンサ検出子２００の検出位置において停止する。
【００６３】
水平位置決め部８４は、ボールねじ３６がセンサ検出子２００の検出位置において停止すると、今度は、これまでの移動方向とは逆方向にボールねじ３６が移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじモータ３０が逆回転に駆動し、ボールねじ３６がこれまでとは逆方向に移動する。例えば、これまで上方向に移動していた場合は、下方向に移動する。
【００６４】
この移動によって、ロータリエンコーダにおいてＺ相が検出されると、水平位置決め部８４は、この最初に検出されたＺ相の検出位置において、ボールねじ３６が停止するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじ３６が逆方向に移動後に最初にＺ相が検出された位置で停止する。
水平位置決め部８４は、更に、ボールねじ３６が最初にＺ相が検出された位置で停止すると、このＺ相を検出したときと同じ移動方向に、予め水準器などで測定されたこの停止位置から平板１２の平面を水平とする位置までの移動距離ｄ0だけボールねじ３６が移動するようにモータ角度指令を生成して、ボールねじモータ３０に出力する。これによって、ボールねじモータ３０が駆動し、ボールねじ３６は、ボールねじモータ３０のロータリエンコーダによって検出される位置に基づき停止位置から距離ｄ0だけ平板１２が水平となる方向に移動して停止する。これにより、平板１２の水平位置決めが完了する。
【００６５】
以降は、平板１２上に球体１０を乗せて、上記第１の実施の形態と同様に、目標軌道ｘ、ｙに沿って球体１０を移動させる制御が行われる。
このようにして、本実施の形態では、水平位置決め部８４において、上記（１）〜（４）の手順でボールねじ３６を移動させ、且つロータリエンコーダのパルスカウント値のリセットを行わせる制御を行って、平板１２の水平位置決めを行うことがが可能である。
【００６６】
これにより、ボールねじ３６の初期位置（動作開始点）によらずに、ボールねじモータ３０の有するロータリエンコーダの位置検出精度で、平板１２の水平位置決めを行うことができる。
上記第２の実施の形態において、支持軸１６および可動軸１８は、発明５の支持軸および可動軸に対応し、展示装置１００の制御部は、発明５の傾斜制御手段に対応し、ボールねじモータ３０は、発明５のアクチュエータおよびエンコーダに対応する。
【００６７】
なお、上記第１及び第２の実施の形態においては、平板１２の平面の形状を矩形としたが、これに限らず、円形、楕円形その他の形状とすることもできる。
また、上記第１及び第２の実施の形態において、展示装置１００は、１つの球体１０を平板１２上で転動させるように構成したが、これに限らず、２以上の球体１０を平板１２上で転動させるように構成することもできる。
【００６８】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、あらかじめ設定された所定の円軌道に沿って平板１２上で球体１０を転動させる構成としたが、これに限らず、数式で表現可能な任意の軌道の組み合わせよりなる軌道に沿って平板１２上で球体１０を転動させる構成としてもよい。但し、この構成の場合は、各軌道を表す数式同士が３階微分まで連続である必要がある。
【００６９】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、センサモータ２２ａ、２２ｂの位置を既知として、これらの取付け誤差を特に考慮せずに幾何学計算を行う構成としたが、幾何学計算を行う前に、取付け誤差を考慮したキャリブレーションを行う構成としてもよい。
このキャリブレーションは、例えば、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の手順で行う。
【００７０】
（Ａ）エッジのあるブロックを平板１２上に置き、エッジに２つのレーザを当て、そのときのセンサモータ２２ａ、２２ｂの高精度角度センサの値と距離とを記録する。
（Ｂ）ブロックの位置を、６箇所以上（パラメータ数以上）変更して、それぞれの箇所における上記（Ａ）の記録処理を行う。
（Ｃ）幾何パラメータを設計値と仮定し、センサモータ２２ａ、２２ｂのそれぞれの記録値からエッジの位置を計算する。
（Ｄ）上記（Ｃ）の２つの計算値は、取付け誤差が無い場合に一致するので、両者の差分をとり（例えば、差分の２乗を計算し）、すべての上記記録箇所について、差分が最小となる幾何パラメータの値を数値的に求める。
【００７１】
上記（Ａ）〜（Ｄ）の手順で求めた幾何パラメータを用いて、幾何学計算を行うことによって、取付け誤差により生じる誤差を低減する。
なお、上記（Ａ）〜（Ｄ）の手順で幾何パラメータをキャリブレートしても、計測距離が長ければ長いほど誤差が大きくなるので、更に、中心からのレーザ光のオフセット値を補正するようにしてもよい。例えば、現状（発生誤差の大きさ）に応じて、オフセット値を、誤差が低減する値にずらす。
【００７２】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、展示装置１００を、ノイズによる位置センサ２４ａ、２４ｂの測定距離の誤差を考慮せずに、平板１２上の球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcを計算する構成としたが、これに限らず、球体１０の中心位置Ｘc、Ｙcを計算する前に、測定距離のフィルタリング処理を行って、ノイズによって生じる誤差を低減する構成としてもよい。
【００７３】
例えば、図７に示すように、展示装置１００の制御部を、上記実施の形態における図４の展示装置１００の制御部に、玉位置オブザーバ部６６からの玉中心位置に基づき位置センサ２４ａ、２４ｂで測定される距離を逆算する距離逆算部９０と、位置センサ２４ａ、２４ｂで測定した距離と、距離逆算部９０で逆算した距離とに基づき、測定距離のフィルタリング処理を行うフィルタリング処理部９２、９４とを追加した構成とする。
【００７４】
このような構成であれば、制御部は、玉中心位置算出部６４において、平板１２上の球体１０の中心位置を算出する際に、まず、距離逆算部９０において、玉位置オブザーバ部６６において推定された球体１０の推定位置から、位置センサ２４ａ、２４ｂにおいて測定されるべき距離を幾何学的に逆算する。
次に、フィルタリング処理部９２において、位置センサ２４ａに対して逆算された距離Ｌe（以下、逆算距離Ｌe１と称す）と位置センサ２４ａで測定された距離Ｌ（Ｌ１）との差分の絶対値を算出し、該算出した差分の絶対値と予め設定された閾値Ｌthとを比較する。
【００７５】
そして、下式（12）に示すように、差分の絶対値が閾値Ｌth以下の場合に、位置センサ２４ａの距離測定が正しく行われたと判定する。一方、下式（13）に示すように、差分の絶対値が閾値Ｌthよりも大きい場合に、位置センサ２４ａの距離測定が正しく行われなかったと判定する。
｜Ｌt−Ｌet｜≦Ｌth                                      …（12）
｜Ｌt−Ｌet｜＞Ｌth                                      …（13）
但し、上式（12）、（13）において、ｔは時刻である。
【００７６】
同様に、フィルタリング処理部９２において、位置センサ２４ｂに対する逆算距離Ｌe（以下、逆算距離Ｌe２と称す）と位置センサ２４ｂで測定された測定距離Ｌ（Ｌ２）との差分の絶対値を算出し、この絶対値と閾値Ｌthとを比較する。そして、上式（12）に示すように、差分の絶対値が閾値Ｌth以下の場合に、位置センサ２４ｂの距離測定が正しく行われたと判定する。一方、上式（13）に示すように、差分の絶対値が閾値Ｌthよりも大きい場合に、位置センサ２４ｂの距離測定が正しく行われなかったと判定する。
【００７７】
次に、フィルタリング処理部９２、９４において、距離測定が正しく行われたと判定された場合は、下式(14）に示すように、玉中心位置算出部６４に出力する距離Ｌoutt（以下、出力距離Ｌouttと称す）をＬtとする。
一方、フィルタリング処理部９２、９４において、距離測定が正しく行われなかったと判定された場合は、下式(15）に示すように、前回の（１サイクル前の）測定距離Ｌt-1に、逆算距離Ｌeの微分Ｌe´に１サイクル時間ｔを乗算した「Ｌe´×ｔ」を加算した値を出力距離Ｌouttとする。
Ｌoutt＝Ｌt                                          …（14）
Ｌoutt＝Ｌt-1+Ｌe´×ｔ                              …（15）
このように、位置センサ２４ａ、２４ｂの測定距離に対してフィルタリング処理を行うことで、ノイズによる大きな測定誤差や、短時間の測定エラーに対してもトラッキングを続行することができる。
【００７８】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、展示装置１００の制御部は、加算部７４において、目標傾斜角生成部６０から入力された目標傾斜角度θxo、θyoとゲイン部７２の演算結果とを加算し、加算部８０において、加算部７４の演算結果とゲイン部７８の演算結果を加算してその演算結果を傾斜角度指令θx、θyとして出力する構成とした。この構成において、レーザで計測した距離の誤差を考慮して（オブザーバを用いたとしてもレーザの誤差を考慮する）、傾斜角度指令θx、θyの算出時に、目標軌道から生成されるθxo、θyoの寄与を大きくし、フィードバックのゲインはなるべく小さくするようにしてもよい。これによって、制御の安定性を向上することが可能である。
【００７９】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、ゲイン部７２により、球体１０の速度ＶＸc_e、ＶＹc_eの差分値に速度ゲインＫｖを乗算するようにしたが、速度ゲインＫｖは、目標速度のノルムＶo（＝（ＶＸc_e2＋ＶＹc_e2）1/2）に依存するため、図８に示すように、低速時において（又は停止時において）は、ゲインＫｖが小さくなるように制御する構成にしてもよい。これによって、球体１０が停止、又は低速移動時に制御を安定させることが可能となる。ここで、図８は、速度ゲインＫｖと目標速度のノルムＶoとの関係を示す図である。
【００８０】
また、上記第１及び第２の実施の形態において、ボールねじモータ回転角生成部８２により、モータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒを生成し、生成されたモータ角度指令Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒを各可動軸１８のボールねじモータ３０に出力して、目標軌道ｘ、ｙに沿って平板１２上で球体１０が転動するように平板１２の傾斜を調整する制御を行うようにしたが、この制御ループにおいて、バックラッシュを除去する制御を組み込むようにしてもよい。これによって、制御の精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】展示装置１００の設置状態を示す図である。
【図２】展示装置１００の外観構造を示す図である。
【図３】可動軸１８の外観構造を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の展示装置１００の制御ブロック図である。
【図５】第２の実施の形態の展示装置１００の制御ブロック図である。
【図６】水平位置決め処理の手順を示す図である。
【図７】測定距離のフィルタリング処理を行う場合の展示装置１００の制御ブロック図である。
【図８】速度ゲインＫｖと目標速度のノルムＶoとの関係を示す図である。}
【符号の説明】
【００８２】
１００                    展示装置
１２                      平板
１０                      球体
１４                      ベース
１６                      支持軸
１８                      可動軸
２０ａ、２０ｂ            センサ取付板
２２ａ、２２ｂ            センサモータ
２４ａ、２４ｂ            位置センサ
２６                      フォトセンサ
３０                      ボールねじモータ
３２                      台座
３４                      背板
３８                      ボールナット
４０                      リニアガイド
４２                      筒状部材
４４                      ボールジョイント
４６                      平板取付ヘッド
６０                      目標傾斜角生成部
６２                      目標速度生成部
６４                      玉中心位置算出部
６６                      玉位置オブザーバ部
６８                      センサモータ回転角生成部
７０、７６                減算部
７２、７８                ゲイン部
７４、８０                加算部
８２                      ボールねじモータ回転角生成部
８４                      水平位置決め部
９０                      距離逆算部
９２、９４                フィルタリング処理部
【図１】
0005167976.tif 000002
【図２】
0005167976.tif 000003
【図３】
0005167976.tif 000004
【図４】
0005167976.tif 000005
【図５】
0005167976.tif 000006
【図６】
0005167976.tif 000007
【図７】
0005167976.tif 000008
【図８】
0005167976.tif 000009