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角度検出センサ コモンズ

国内特許コード P03A001019
整理番号 U1999P065
掲載日 2003年11月18日
出願番号 特願平11-255794
公開番号 特開2001-082913
登録番号 特許第3218327号
出願日 平成11年9月9日(1999.9.9)
公開日 平成13年3月30日(2001.3.30)
登録日 平成13年8月10日(2001.8.10)
発明者
  • 加賀美 聡
  • 稲葉 雅幸
  • 井上 博允
出願人
  • 学校法人東京大学
発明の名称 角度検出センサ コモンズ
発明の概要 球ジョイントに容易に組込むことができ、球ジョインの3軸回転角度を測定可能な角度検出センサを提供することにある。球ジョイントの球体部12の外面には、球体部の中心と一致した中心をそれぞれ有した2つの第1コイル22a、22bが巻回され、この球体部は、受部材14に形成されたほぼ球状の凹所内に回転自在かつ摺動自在に装着されている。球状部からはジョイント軸10が延出している。受部材には、凹所を囲んでいるとともに、球体部の中心と一致した中心をそれぞれ有した2つの第2コイル24a、24bが巻回されている。第2コイルに互いに周波数の異なる電圧を供給して交代磁場を発生させ、この交代磁場により第1コイルに発生する誘導起電力を周波数毎に分解して検出する。そして、検出された誘導起電力からジョイント軸の3軸周りでの回転角度をそれぞれ算出する。
従来技術、競合技術の概要 近年、ロボットの関節、ジョイスチック等の操作レバーの軸受に、3軸自由度を持った球ジョイントを用いたものが提供されている。例えば、ロボットの分野においては、軽量化と動作の多自由度化を実現するため、股関節や足首関節のような3自由度を持つ関節を、球ジョイントを用いて構成している。そして、このような球ジョイントは、機構部分が軽量かつ単純な構成にできる利点を有している。球ジョイントを用いた場合、ワイヤ等で牽引して関節の角度を制御するためには、球ジョイントの3軸の回転角度を測定することが必要となる。一般に、3次元角度測定には、ホール素子を用いた測定素子や、交代磁場を用いたVR用途の3次元位置測定装置などを用いることが知られている。
産業上の利用分野 角度検出センサ、特に、球ジョイントの3軸周りの回転角度を検出するための角度検出センサ
特許請求の範囲 【請求項1】球状の外面を持った球体部と、上記球体部から延出じたジョイント軸と、ほぼ球状の内面を有しているとともに上記球体部が回転自在に係合した凹所を有した受部材と、を備えた球ジョイントにおける上記ジョイント軸の3軸回転角度を検出する角度検出センサにおいて、上記球体部の外面に巻回されているとともに、上記球体部の中心と一致した中心をそれぞれ有した2つの第1コイルと、上記凹所を囲んで上記受部材に設けられているとともに、上記球体部の中心と一致した中心をそれぞれ有した2つの第2コイルと、上記第1および第2コイルのいずれか一方の2つのコイルに互いに周波数の異なる電圧を供給し交代磁場を発生させる電圧供給部と、上記交代磁場により上記第1および第2コイルの他方の2つのコイルに発生する誘導起電力を上記周波数毎に検出し、検出された誘導起電力から上記ジョイント軸の3軸周りでの回転角度をそれぞれ算出する算出部と、を備えていることを特徴とする角度検出センサ。
【請求項2】上記各コイルに発生した誘導起電力を周波数毎の出力電圧に分離する分離部を備えていることを特徴とする請求項1に記載に角度検出センサ。
【請求項3】上記第1コイルと第2コイルとのなす角度と出力電圧との関係を規定する関数データを格納した記憶部を備え、上記算出部は、上記検出された周波数毎の出力電圧と上記記憶部に格納された関数データとに基いて上記ジョイント軸の回転角度を算出することを特徴とする請求項2に記載の角度検出センサ。
【請求項4】上記一方の第1コイルと一方の第2コイルとのなす角度をθ1a、上記一方の第1コイルと他方の第2コイルとのなす角度をθ2a、他方の第1コイルと上記一方の第2コイルとのなす角度をθ1b、上記他方の第1コイルと上記他方の第2コイルとのなす角度をθ2b、上記2つの第2コイルのコイル面同士がなす角度を2ωとし、上記球体部の中心を通るx、y、z軸に対する上記ジョイント軸のなす角度をそれぞれロール角γ、ピッチ角β、ヨー角αとした場合、上記算出部は、上記検出された周波数毎の出力電圧と上記記憶部に格納された関数データとに基いて上記θ1a、θ2a、θ1b、θ2bをそれぞれ算出するとともに、以下の式に基いて上記ロール角γ、ピッチ角β、ヨー角αを算出することを特徴とする請求項3に記載の角度検出センサ。
【数1】
【請求項5】上記2つの第1コイルのコイル面同士がなす角度は30°~90°に設定され、上記2つの第2コイルのコイル面同士がなす角度は30°~90°に設定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の角度検出センサ。
【請求項6】上記2つの第2コイルのコイル面同士がなす角度は50~60°に設定されていることを特徴とする請求項5に記載の角度検出センサ。
産業区分
  • 測定
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中


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