JPH0318714A - 慣性方位指示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は慣性方位指示装置に関し、特に移動体通信用ア
ンテナの方向の制御や無人走行車のスリップ時や落輪時
の制御をするのに必要となる進行方向の変化量を計測す
るのに用いる慣性方位指示装置に間する。

〔従来の技術〕

従来、この種の角動変化量を得る手段としては移動体の
操舵装置からの情報、例ば船の舵の角度あるいは自動車
のハンドル回転角度などと移動体の速度情報とを得て、
時間で積分するものがあるが、移動体の各部にあるセン
サからの情報を得ることが必要であり、船あるいは自動
車自体の改造等が必要である．また、雪道や砂利道を走
行すると車輪のスリップにより大きな誤差が生じること
がある． 移動体の駆動装置とは独立に移動体の走行方向を計測す
る手段としては羅針盤のように地磁気を計測するものが
あるが、最近の移動体では磁性材料部品が多く使用され
ており、装着場所が極めて限定されるという欠点がある
． 移動体の駆動装置と独立して移動体の走行方向の変化量
を計測する別の手段として、リングレーザジャイロや圧
電素子を利用した加速度計などを用いて移動体の回転加
速度を計測し、時間で積分することにより方位変化を求
めるものがあるが、移動体の運行状態は波浪や坂の昇降
、旋回時のローリングなどの影響があるため３軸すべて
の回転加速度を計測することが必要であり、装置が複雑
で高価となる。

回転体の慣性モーメントを用いる慣性方位指示装置は、
上述した種々の欠点のかなりの部分を解決できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の慣性方向指示装置は、回転エネルギーを
常に供給する機構を必要とし、又、羅針盤を取付けると
同様な自由指示機構を必要とするので高価であり、かつ
、衝撃に弱い欠点がある。

本発明の目的は、回転エネルギーを供給する必要がなく
、簡単な構造で耐衝撃性に優れた慣性方位指示装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の慣性方位指示装置は、液体と、外周が回転体形
状をなし回転対称軸がほぼ垂直になるように前記液体に
浮上する浮動部と、前記液体及び前記浮動部を収容し前
記液体に浮上した前記浮動部の動きを固定しない構造の
容器と，この容器と前記浮動部との水平面内の相対角度
を前記浮動部に接触することなく検出する角度検出器と
を備えている． 〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する． 第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。

ただし、角度検出器４については模式的に図示してある
。

液体１は水，アルコールあるいは油などの液体であり慣
性モーメント要素として作用し、装置の使用温度範囲な
どを考慮して選ばれる。浮動部２は外周面が回転体形状
をなし、回転対称軸がほぼ垂直になって液体１の中で浮
くように浮きが取り付けられており、液体の回転と一体
となって動くように４枚の板が内部につけられおり、こ
れを包む容器３よりわずかに小さい。容器３の水平回転
に対して容器３内の液体上と浮動部２とは慣性により殆
んど回転しないので、容器３を固定している移動体等の
方角変化量は浮動部２の目盛量の、容器３の特定個所に
対する変化量として求めることができる。水平回転角度
の測定のｋめ垂直軸に関した回転体形状としているが、
垂直軸が移動体のローリング等で傾くことがあり、これ
を考慮して浮動部２と容器３とは球の一部とした場合の
実施例を示している。容器３が球形でなく円筒形でも本
来の機能は損われない。

角度検出器４は容器３の真横の個所に、あるいは、真横
の個所と中央部とに分散して取付けられ、後述の光，磁
気，静電容器，超音波などの技術による浮動部角度読取
りのための機器である。

光技術を用いる場合は、浮動部２の外周面の光反射特性
が円周上の場所により異なるようにし、角度検出器４か
ら光ビームを照射し、その光反射量を検出する方法と、
浮動部２の外周面の光透過特性が円周上の場所により異
なるようにし、容器３の中央に設けた光源から送出され
た光が浮動部２の外周面を透過し角度検出器４の受光部
に達する光量を検出する方法とがある。

光の反射法と透過法とのいずれにも使用できる浮動部角
度読取りの例をいくつか次に説明する。

光技術による浮動部角度読取りの第１の例では、浮動部
２の外周面の反射特性あるいは透過特性を、第２図（ａ
）に示すように、濃淡２種の縦縞とし、角度検出器４に
より２つの近接した光ビームで照射・読みとりを行う。

２つのビームに対応する、第２図（ｂ）に示す、２つの
検出信号出力により縞の移動方向、すなわち、方角の変
化方行と通過した縞の数により回転角度を求めることが
できる。

光技術による浮動部角度取りの第２の例では浮動部２の
外周面の反射特性あるいは透過特性を３値以上の多値す
る。第３図（ａ）の例は４値である。この場合は光ビー
ムが１つでも縞の移動方向すなわち方角の変化方向、そ
して縞の数から回転角度を求めることができる。

光技術による浮動部角度読取りの第３及び第４の例では
、反射光量あるいは透過光量が、第６図に示すように、
浮動部２の角度に対してアナログ的に連続変化する。こ
れらのうち、第３の例では、浮動部２の外周面の構成は
第４図のように反射部あるいは透過部をくさび形とし、
スリットを用いた光学系で検出する。第４の例では、第
５図のように浮動部２の外周面の厚さを変え反射量ある
いは透過量（透過の場合はクロスハッチングした反射面
２１が不要）を変え、同様にスリットを用いた光学系で
検出する． 次に、磁気の技術を利用した浮動部角度読取りの例につ
いて説明する。磁化した磁性体の短冊を第２図（ａ）の
ように規則的に浮動部２の外周面に配置し、磁気抵抗素
子などの磁気感応素子を複数個用いて方角変化方向と変
化角度を求めることができる．また、磁化した磁性体の
短冊を配置するのに、磁性粉を塗付し、短冊状に磁化す
る方法もある。

静電容量を検出することにより浮動部角度読取りを行う
こともできる。

第７図を参照すると、浮動部２の外周面に短冊状の誘電
体あるいは金属（参照番号５）を配置し、周知の静電容
量の測定と同様に組電極６を配置し、組電極間の容量値
の変化を検出する。誘電体又は金属〈斜線部〉５が組電
極６の間に入っている場合は容量が大きく、組電極６の
間から外れると容量が小さくなる。他の場合と同様に適
当な間隔を持たせた２組の組電極６を用いると回転方向
も区別できる。

超音波を用いて角度検出を行うことも可能である。超音
波に対して異った反射系数を持つ短冊を浮動部２の外周
面に配置し、角度検出器４から超音波ビームを照射し、
その反射波を角度検出器４の受信部で検出する。２組の
超音波ビームを用いると第２図に図示したと同様の方法
で回転方向と回転角度が検出できる。この場所、超音波
ビームの送波器及び受波器は容器３の内壁面に配置する
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、移動体の駆動装置からデ
ータを受ける必要がなく、移動体の中の設置環境の要求
も緩やかであり、また、液体を用いることから１軸だけ
の回路で回転角度を求めることができ、かつ、自由支持
機構を必要としないなど、簡易な構造で容易に安価に方
位角変化量を検出できるジャイロコンパスを提供するこ
とができ、移動体に搭載して走行中に通信用アンテナの
方向を固定局や人工衛星に追尾せることや、無人走行車
がスリップや規定道路から落輪した場合に駆動装置から
のデータの代りに車の走行方向データを得て制御を回復
させることなど広い範囲に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図（ａ）
及び（ｂ）は第１図に示す実施例で光技術により浮動部
角度読取りを行なう第１の例における浮動部２の外周面
の反射あるいは透過のパターンを示す図及び検出信号波
形を示す図、第３図（ａ）及び（ｂ）は同じく第２の例
における浮動部２の外周面の反射あるいは透過のパター
ンを示す図及び検出信号波形を示す図、第４図は同じく
第３の例の説明図、第５図は同じく第４の例における浮
動部２の部分横断面図、第６図は同じく第３又は第４の
例での検出信号波形を示す図、第７図は第１図に示す実
施例で静電容量を検出することにより浮動部角度読取り
を行う例の説明図である。 １・・・液体、２・・・浮動部、３・・・容器、４・・
・角度検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体と、外周が回転体形状をなし回転対称軸がほぼ垂直
   になるように前記液体に浮上する浮動部と、前記液体及
   び前記浮動部を収容し前記液体に浮上した前記浮動部の
   動きを固定しない構造の容器と、この容器と前記浮動部
   との水平面内の相対角度を前記浮動部に接触することな
   く検出する角度検出器とを備えることを特徴とする慣性
   方位指示装置。