Measurement of Resultant Acceleration of a Moving Object in 3-D Space Based on Sensing Position of A Metallic Ball Rolling in a Spherical Shell

基于金属球在球壳内滚动的位置传感测量 3D 空间运动物体的合成加速度

• 批准号: 14550413
• 负责人: OKADA Tokuji
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: NIIGATA UNIVERSITY
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14550413/
• 关键词: Acceleration sensor; Proximity sensor; Elastic distortion; Poisson's ratio; Young's modulus; Distance measurement; Metallic ball weight; Spherical shell; 弾性変位; 弾性層; 合成加速度; ロボットセンサ; 平衡感覚; 金属球

This research is concerned with a smart acceleration sensor which makes it possible to give equilibrium sense on a object moving in a 3-d space. Actually, we have developed a sensor which can measure resultant acceleration of motion and gravity in 3D space based on sensing a metallic ball position on elastic layer located at inside of a spherical shell. Construction of different types of elastic layers by silicon rubber is introduced and their displacements against pressure are calculated by using the Hertz' law. Since the resultant acceleration makes the ball roll toward the direction to find a balanced position in the shell, the center position of the metallic ball is the target to be pursued. The elastic layer is concentric to the shell and liable to distort so that three proximity sensors of high-frequency oscillation type can detect ball sink against pressure. We show measurement principle of extracting the acceleration by using the characteristics of the sink versus pressure. Experimental results are shown and compared among various rubbers to have the most appropriate design of the sensor. These data are important for making specifications of the spherical acceleration sensor. We got practical data such that angular error less than 7.4[deg] ; amount error less than 0.097[m/s^2] : force sensitivity 0.089[N] ; insensible range less than 6.1[deg] with almost no vibration.

这项研究涉及智能加速度传感器，它可以为在 3 维空间中移动的物体提供平衡感。实际上，我们开发了一种传感器，可以通过感测球壳内部弹性层上的金属球位置来测量 3D 空间中运动和重力的合成加速度。介绍了硅橡胶不同类型弹性层的构造，并利用赫兹定律计算了它们的压力位移。由于合成的加速度使球朝着在壳体内寻找平衡位置的方向滚动，因此金属球的中心位置就是要追寻的目标。弹性层与壳体同心且易于变形，因此三个高频振荡型接近传感器可以检测球在压力下的下沉。我们展示了利用水槽与压力的特性提取加速度的测量原理。显示实验结果并在各种橡胶之间进行比较，以获得最合适的传感器设计。这些数据对于制定球形加速度传感器的规格非常重要。我们得到实际数据，角度误差小于7.4°；量误差小于0.097[m/s^2]：力灵敏度0.089[N]；无感范围小于6.1°，几乎没有振动。

项目成果

球殻内金属球の位置計測による全加速度方向の検出

通过测量球壳内金属球的位置来检测所有加速度方向

• 发表时间: 2004
• 作者: 岡田 徳次

岡田徳次: "転動する球殻内金属球の位置計測に基づく三次元合成加速度計測"ロボティクス・メカトロニクス講演会'04講演論文集. (2004)

Tokuji Okada：“基于球壳内滚动金属球位置测量的三维合成加速度测量”机器人与机电一体化会议 04 论文集（2004 年）。

球殻弾性層内金属球の位置計測に基づく三次元運動体の合成加速度検出

基于球壳弹性层中金属球位置测量的三维运动体复合加速度检测

• 发表时间: 2005
• 作者: 岡田 徳次

Measurement of Resultant Acceleration Utilizing a Weigh Ball Rolling in a Spherical Shell

利用在球壳中滚动的称重球测量合成加速度

• 发表时间: 2005
• 作者: Tokuji Okada

Measurement of Resultant Acceleration in 3D Space Based on Sensing a Metallic Ball Position on Elastic Layer Located at Inside of a Spherical Shell

基于感测球壳内部弹性层上金属球位置的 3D 空间合成加速度测量

• 发表时间: 2004
• 作者: Tokuji; Okada
• 通讯作者: Okada