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視覚的力表示器並びに視覚的力理科教材及び科学玩具 コモンズ

国内特許コード P100001347
整理番号 P09-037
掲載日 2010年12月13日
出願番号 特願2010-101671
公開番号 特開2011-232121
登録番号 特許第5704592号
出願日 平成22年4月27日(2010.4.27)
公開日 平成23年11月17日(2011.11.17)
登録日 平成27年3月6日(2015.3.6)
発明者
  • 伊東 明彦
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
発明の名称 視覚的力表示器並びに視覚的力理科教材及び科学玩具 コモンズ
発明の概要 【課題】使用する際の向きの制約を受けることなく、作用している力の向きと大きさを視覚的に表示できる力表示器を提供することを目的とする。
【解決手段】3軸加速度センサ20から取得するx軸方向、y軸方向及びz軸方向の加速度に基づいて、軸方向の各々について、3軸加速度センサ20に作用する重力以外の力に対応する短周期加速度値(Sx、Sy及びSz)及び3軸加速度センサ20に作用する重力に対応する長周期加速度値Lx、Ly及びLzを求める。次いで、短周期加速度値(Sx、Sy及びSz)及び長周期加速度値Lx、Ly及びLzに基づいて、軸方向の各々について表示情報を生成する。この表示情報に基づいて軸方向に作用する力の向きと大きさを表示する。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


学校教育の現場において、理科離れが叫ばれている。その理由の一つとして、理科で扱われる事柄の中には、視覚的に認識できないものがあることが掲げられる。一例として、力の概念がある。つまり、力は目に見えないために、その向きと大きさを視覚的に捉えることができず、中高生にとって難解なものの一つとなっている。したがって、教育現場において、物体に作用している力の向きと大きさを視覚化できる教材が求められている。
直交する2軸(又は3軸)の加速度を加速度センサにより検出し、基準方向と重力加速度とのなす角度、つまり傾斜角を求める傾斜センサは種々提案されている(特許文献1、特許文献2)。加速度センサを用いて傾斜角を求めることは、力の向きを認識することに対して示唆を与えるものであるが、特許文献1、特許文献2等は力の向きと大きさの両者を視覚化して表示できる機器を開示するものではなかった。
以上に対して本発明者らは、非特許文献1において力の向きと大きさの両者を視覚化して表示できる機器を提案している。

産業上の利用分野


本発明は、物体に作用している力の向きと大きさを視覚的に認識できる表示器に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
互いに直交するx軸方向と、y軸方向と、z軸方向の各々の軸方向について加速度を検出する3軸加速度センサと、
前記3軸加速度センサから取得する前記x軸方向、前記y軸方向及び前記z軸方向の前記加速度に基づいて、前記軸方向の各々について、前記3軸加速度センサに作用する重力以外の力に対応する加速度情報S(Sx、Sy及びSz)及び前記3軸加速度センサに作用する重力に対応する加速度情報L(Lx、Ly及びLz)を求め、
算出された前記加速度情報S(Sx、Sy及びSz)及び前記加速度情報L(Lx、Ly及びLz)に基づいて、前記軸方向の各々について表示情報を生成するコントローラと、
前記表示情報に基づいて前記軸方向に作用する力の向きと大きさを表示する表示体と、を備える視覚的力表示器であって
前記コントローラは、
起動後に特定した基準重力G0と、
前記基準重力G0を特定した後に算出される前記加速度情報S(Sx、Sy及びSz)から算出される加速度の絶対値G1(ただし、加速度の絶対値G1=(Sx+Sy+Sz1/2と、を比較することで、前記視覚的力表示器が加速度運動又は非加速度運動のいずれの状態にあるのかを判断することを特徴とする視覚的力表示器。

【請求項2】
前記コントローラは、
前記視覚的力表示器が非加速度運動の状態にあるものと判断すると、
前記加速度情報L(Lx、Ly及びLz)と向きが逆で大きさの等しい加速度値G(Gx=-Lx、Gy=-Ly及びGz=-Lz)を、前記3軸加速度センサに作用する重力に対応する前記表示情報として扱い、
前記視覚的力表示器が加速度運動の状態にあるものと判断すると、
当該加速度運動を開始する前の前記加速度情報L(Lx、Ly及びLz)と向きが逆で大きさの等しい加速度値G(Gx=-Lx、Gy=-Ly及びGz=-Lz)を、前記3軸加速度センサに作用する重力に対応する前記表示情報として扱う、
請求項に記載の視覚的力表示器。

【請求項3】
前記コントローラは、
前記力の向きと大きさの表示について第1のモードと第2のモードを備え、
前記第1のモードは、
前記重力G(Gx=-Lx、Gy=-Ly及びGz=-Lz)と前記加速度情報S(Sx、Sy及びSz)の向きが逆の場合には、前記重力Gと前記加速度情報Sを各々独立した前記表示情報として扱い、
前記重力G(Gx=-Lx、Gy=-Ly及びGz=-Lz)と前記加速度情報S(Sx、Sy及びSz)の向きが同じ場合には、前記重力Gと前記加速度情報Sとを加えて前記表示情報として扱い、
前記第2のモードは、
前記重力G(Gx=-Lx、Gy=-Ly及びGz=-Lz)と前記加速度情報S(Sx、Sy及びSz)の向きに係らず、前記重力Gと前記加速度情報Sとを加えて前記表示情報として扱う、
請求項に記載の視覚的力表示器。

【請求項4】
前記コントローラは、
前記基準重力G0を特定する以前から、前記加速度情報L(Lx、Ly及びLz)を算出し、
前記基準重力G0を特定した際に与えられる前記各軸方向の前記加速度情報L0(Lx0、Ly0及びLz0)により初期重力値Gx0=-Lx0、Gy=-Ly及びGz=-Lz)として記憶する、
請求項1~のいずれかに記載の視覚的力表示器。

【請求項5】
請求項1~請求項のいずれか一項に記載の視覚的力表示器からなる視覚的理科教材。

【請求項6】
請求項1~請求項のいずれか一項に記載の視覚的力表示器からなる視覚的科学玩具。
産業区分
  • 測定
  • 運動娯楽用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010101671thum.jpg
出願権利状態 登録
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