JP5149287B2 - 物体を全ての方向に位置決めするデバイス - Google Patents

Description

本発明は、物体を全ての方向に位置決めするデバイスに関する。物体は、位置決めデバイス上に設置される、球状ドームの形態の部分を少なくとも有するように構成される。球状ドームを有する物体は、位置決めデバイスの３つの支持点で重力によって保持される。位置決めするデバイスは、さらに、物体を回転駆動する手段を含む。任意の位置または向きの物体の重心は、３つの支持点によって形成される三角形内にある。

特に、送信アンテナの放射図を測定するシステムにおける、位置決めデバイスの使用が知られている。この位置決めデバイスは、たとえば、受信機デバイスの固定アンテナにしてよく知られたフィーチャ（特性）を持つ固定された受信アンテナに対して全ての方向に、送信アンテナの向きを制御することができる。データ処理ステーションに接続されるこの受信機デバイスは、その受信アンテナの全ての位置または向きにおいて、ある距離離れた送信アンテナから生成される電磁界を受信することができる。こうして、処理ステーションは、送信アンテナの放射図を確定して、当該送信アンテナのフィーチャ（特性）を確定することができる。

被測定送信アンテナは、球状要素内に配設され、球状要素は、たとえば、位置決めデバイスの３つの支持点で重力によって支持されることができる。従来技術の位置決めデバイスは３つの駆動ホイールを含む。球状要素の外部表面上での各ホイールの接触部は、３つの支持点のうちの１つを構成する。これらの駆動ホイールは、小さなタイヤであり、タイヤは、それぞれ、圧縮空気タービンまたはモータなどの駆動ホイールによってずっと動き続ける。前記ホイールの駆動によって、ホイールに接触する球状要素が３方向にランダムに回転する。

３つの駆動ホイールの使用によって、従来技術の位置決めデバイスはいくつかの欠点を有する。実際に、３つの駆動ホイールが回転するとき、３つの駆動ホイールが球状要素に伝達する動きは、支持点、すなわち、３つの接触点に対する接線方向の動きを伴う。この動きは、３つのホイールの摩擦力の結果である。換言すれば、ホイールは、移動する球状要素の外部表面上でほとんどの時間横滑り（スキッド）する。この作用は、球状要素を無秩序状態に励起する。

種々の摩擦は、球状要素の外部表面にゴムのように作用し、球状要素の外部表面を汚してしまう。場合によっては、球の接線方向の動きは、３つのホイールの１つの向きにちょうど直交するため、このことは、球状要素が、その原点の周りでジャンプすることを意味する。球の中心のこの一時的なずれは、送信アンテナの測定された位置または向きの誤差をもたらし、欠点となる。さらに、種々のジャンプの間に、平衡を失うことある球状要素は、その質量中心に沿って落下する傾向を示す。これは、移動する位置の均一性の欠如をもたらす。

米国特許第３，４４１，９３６号は、送信アンテナが中に配設された球状要素を位置決めするデバイスを述べる。この球状要素は、送信アンテナを任意の方向に向き制御できる位置決めデバイスの３つの駆動ホイール上に、重力によって、保持される。球状要素を移動させるために１つの駆動ホイールが駆動されるとき、その球状要素は、他の２つの駆動ホイール上を横滑り（スキッド）、または、ジャンプする。これは、送信アンテナの適切な位置決めが保証されることができないことを意味し、欠点となる。

そのため、現在の技術水準の先に述べた欠点を克服することができる、物体を全ての方向に位置決めするデバイスを提供することが本発明の目的である。

したがって、本発明は、独立請求項１の特徴を含む、物体を全ての方向に位置決めする先に述べたデバイスに関する。

位置決めデバイスの特定の実施形態は、従属請求項２から７に規定される。

本発明による位置決めデバイスの１つの利点は、３つの支持点に設置された物体を回転駆動するために、１つの駆動部材だけが使用されることである。この駆動部材は、好ましくは球状要素であってよい物体を、駆動部材の向きに沿って任意の方向にランダムに駆動することができる。

有利には、駆動部材は、球状要素の外部表面に接触するホイール、および、この駆動ホイール用の支持体を含む。ホイールの回転軸は、支持体の端部に搭載され、支持体は、球状要素の外部表面上でのホイールの接触点と球状要素の中心を通過する別の軸に沿って回転することができる。ホイールは、プーリのように構成されることができ、プーリの１つの円形溝内に、球状要素の外部表面に接触するゴム・リングが設置される。支持体は、位置決めデバイスの機械式構造上に回転可能に搭載され、駆動ホイールは、圧縮空気タービンまたはモータなどの圧縮空気手段によって回転駆動されることができる。

物体を位置決めするデバイスの目的、利点、および特徴は、図面を参照した、以下の説明においてより明確になるであろう。

球状物体が載置される本発明による位置決めデバイスの部分を断面で部分的に示す図である。 本発明による位置決めデバイスの支持点のロケーションを有する球状物体を示す図である。 本発明による位置決めデバイスのボールおよびソケット接合部についての部分縦断面図である。 本発明による位置決めデバイスのボールおよびソケット接合部についての平面図（Ｂ）である。 本発明による位置決めデバイスを含む、送信アンテナの放射図を測定するシステムを形成する種々の要素を簡潔な方法で示す図である。

以下の説明では、当業者によく知られている位置決めデバイスの要素は全て、簡潔に説明される。位置決めデバイス上に配置される物体は、ランプ、拡声器、インジケータ、装飾物または芸術作品、電子デバイス用の支持体、あるいは任意の他の物体であることができる。この物体は、位置決めデバイス上に設置され、保持されることができる球状ドームの形態の少なくともある部分を含む。

図１は、球状ドーム３を有する物体が、その上で３つの支持点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”で支持されることができる位置決めデバイス２の主要な要素を示す。物体は、好ましくは、電子デバイス用の支持体として働く中空球状要素である。

機械式構造上に搭載されて、位置決めデバイス２は、第１支持点Ｐを形成するための、球状要素の外部表面に接触する駆動部材２０そ含み、さらに、２つのボールおよびソケット接合部３０（その一方だけが図１に見られる）を含む。これらのボールおよびソケット接合部は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して以下で説明される。各ボールおよびソケット接合部のボール３１は、球状要素の外部表面に接触して、位置決めデバイスの他の２つの支持点Ｐ’およびＰ”を形成する。この駆動部材は、球状要素３を、位置決めデバイス上で全ての方向にランダムに回転することができるように構成される。

図２に示すように、３つの支持点Ｐ、Ｐ’、およびＰ”は、好ましくは水平に配列された、三角形の端、たとえば、正三角形の端を形成するように規則正しい間隔であることができる。もちろん、球状要素３の重心は、位置決めデバイス上で保持されるように、正三角形内の任意の位置になければならない。各支持点間の間隔は、好ましくは、球状要素の半径より大きく、かつ、前記球状要素の半径の１．５倍より小さくなければならない。

駆動要素２０は、ホイール２１で作られ、ホイール２１は、球状要素の外部表面に接触して、前記球状要素を回転駆動する。ホイールは、摺動することなく球状要素を駆動するためにゴムで作られ、かつ、プーリの円形溝内に配列されたリング要素を含むことができる。ホイール２１の回転軸ｒ１は、支持体２２またはロッドの端に搭載される。この支持体２２は、球状要素の外部表面上でのホイールの接触点Ｐと前記要素の中心Ｃを通過する別の回転軸ｒ２に沿って回転することができる。支持体２２は、その回転軸に沿って回転可能に、たとえば、ボール・ベアリング２５によって、位置決めデバイスの機械式構造内に保持される。これは、ホイール２１によって、全ての方向に球状要素に対してランダム回転が課されることができることを意味する。

球状要素のために３つの支持点を形成する従来技術のデバイスの３つの駆動ホイールに代わって、単一の駆動ホイール２１は、球状要素の外部表面に接触した状態で横滑り（スキッド）しない。これは、球状要素３が、高い均一性をもって、全体の位置空間をランダムに移動することを可能にする。この駆動ホイールは、好ましくは、モータ２３または圧縮空気タービンによって駆動される。そのモータ２３または圧縮空気タービンは、ホイールの回転軸上に直接配列され、かつ、支持体２２の端部にしっかりと保持され得る。もちろん、モータ２３は、また、前記ホイール２１に近接して支持体内に収容され、ギアのセットによってホイールの回転軸に接続されてもよい。これらのギアのセットは、空気圧モータ２３の回転速度の逓減を可能とする。少なくとも１つの可撓性導管またはパイプ２４は、空気を搬送するために、圧縮空気モータ２３を圧縮空気タンク（図示せず）に接続する。

別の圧縮空気モータまたはタービンは、駆動ホイール２１の支持体２２を回転駆動するために使用されることができる。こうした場合、支持体２２は、駆動ホイール２１の対向端部にプーリ２６を含む。ベルト２７は、前記プーリ２６を、他のモータまたはタービンあるいは別のギアのセットによって駆動される少なくとも１つの他のプーリ（図示せず）に接続する。この機構によって、駆動ホイール２１の回転軸を回転させるために、支持体２２が、回転駆動されることができる。この単一駆動ホイールによって、球状要素は、３つの支持点上でもはやジャンプしない。中心からの球状要素の移動が観測されるのは、自然の真円度およびミリメートル程度のプーリの遊びによるだけである。

図３Ａおよび図３Ｂは、球状要素用の支持点のうちの１つとして使用される位置決めデバイスのボールおよびソケット接合部３０の１つを示す。全体が円柱外部形状であることができる、このボールおよびソケット接合部３０は、合成ボール用のハウジング３２を含む。ハウジングは、ボールがハウジング内部で自由に回転するような大きさに作られる。ハウジングは、球または円柱であってよい。好ましくは、ボールおよびソケット接合部は、自由に回転するボールのために、テフロン（登録商標）などの摩擦係数が低い非導電性材料で作られる。

ボール３１の一部は、ボールおよびソケット接合部３０内の上部開口を介してハウジング３２から露出して、球状要素の外部表面に接触する。球状要素の重量の一部を表す力Ｆは、ボール上で支持点Ｐ’に加えられる。この開口の径は、ボールの径より小さいため、ボールはハウジング３２内部に保持される。

球形状のハウジングの場合、ボールおよびソケット接合部は、ハウジング内にボールを捕捉するために縦に互いに適合する２つの部品を含む。しかし、円柱ハウジングの場合、上部開口は、ハウジングを部分的に閉じるカバー（図示せず）内に作られる。ボールおよびソケット接合部は、また、ノズルの形態で構成されて、ボールおよびソケット接合部内のパイプ３３を介して、圧縮空気をうまくボールハウジング３２内にもたらす。こうして、ボールは、空気クッションでハウジング内に保持される。

球状要素３が、流量の調節がされる２つの圧縮空気ノズル上にだけ配置され、そして、第３支持点が駆動ホイールである場合には、球状要素を浮遊させ、回転させることが容易である。しかし、場合によっては、振動運動が球状要素を励起する。球状要素が、ノズルに接近すると、ノズルは、空気圧を高め、球状要素をわずかに押し出す。局所圧力、したがって、支持力が減少する場合、球状要素は、元のノズル上に落下し、ノズルは、その後、要素を再び押し出す。その結果、圧縮空気ノズルの場合、空気圧は、球の重量に応じて調節されなければならず、それは、本発明によるボールおよびソケット接合部によって解決される。その圧力が球状要素の重量に依存する、圧縮空気の細流は、ボールの周りのハウジング・開口から流出し、単純な圧縮空気ノズルの問題を回避する。球状要素は、全ての方向にサージ無しで自由に回転駆動されることができる。

３つの支持点での球状要素の平衡の欠如に関連する任意の問題を解決するために、球の縁部に対して付加的にボールおよびソケット接合部または圧力球状接合部を導入することによって、球状要素の重量の増加が可能となる。このボールおよびソケット接合部は、圧縮空気管内で摺動し、バネのように球状要素に対して一定の力を生成するボールを使用して作られることができる。駆動ホイールと接触した状態で得られるこの通常圧は、前記ホイールがよりよく固着することを可能にする。

図４は、電子送信機デバイス４の送信アンテナ４’用の放射図を測定するシステム１の要素の全てを概略的に示す。システム１には本発明の位置決めデバイス２が含まれる。簡潔のために、図４では、位置決めデバイス２は、重力によって、球状要素３などの物体を保持する部材２０，３０，４０によって表されている。駆動部材２０は、全ての方向にランダムに球状要素を回転させることができる。

送信アンテナ４’を有する電子デバイス４は、球状要素３内部に収容され、しっかり保持され、球状要素３は、電子デバイスを閉じ込めるために任意の知られている手段によって互いの上部に適合する２つの部品を含む。送信アンテナ４’は、好ましくは、中空球の中心の近くに位置決めされて、測定システムの送信アンテナによって生成される電磁界を測定する。

測定システムは、さらに、送信アンテナ４’からの電磁界（ＲＦ信号）を受信する少なくとも１つの受信アンテナ５’を備える受信機デバイス５と、位置決めデバイス２上で移動する球状要素の位置または向きを検出する手段６を含む。受信アンテナによって受信される電磁界に関連する信号および検出手段によって提供される位置信号は、好ましくはコンピュータ・ステーション７であるデータ処理ステーションに、自動的か、または、オンデマンドで送信される。受信機デバイス５およびデジタル・カメラ６によって形成される検出手段は、コンピュータ・ステーションと独立に、または、前記コンピュータ・ステーションによって電力供給されることができる。

測定システム１のコンポーネントはほとんど、図１において８で参照される要素によって示される無反射チャンバ内に設置される。これは、送信アンテナ放射測定に有害であり得る、送信アンテナ４’によって生成される電磁界の障害物での反射を防止する。さらに、送信アンテナに近接する、すなわち、前記チャンバ内部の位置決めデバイス２の部品はどれも、金属材料で作られてはならないため、位置決めデバイスの部品は、送信アンテナによって生成される電磁界の測定に干渉しない。プラスチックまたは非導電性材料で作られた位置決めデバイス２用の駆動手段は、圧縮空気を使用して動作する。これらの駆動手段は、タップを有するパイプによって圧縮空気タンクに接続されたモータまたは圧縮空気タービンであってよい。そのため、２つの軸に沿ってホイールおよびホイール支持体を駆動するこれらの非金属モータは、送信アンテナに近接して設置されることができる。

球状要素３、したがって、球状要素３に含まれる、測定をされる送信アンテナ４’の位置または向きを正確に確定するために、特定の図形または基準１０が、球状要素３の外部表面上に配置される。これらの図形または基準は、円形バーコードによって形成され、各円形バーコードは、位置決めデバイス２上での球状要素３の正確な位置を規定する。各円形バーコード１０は、球の外部表面上に印刷されるか、または、接着される、あるいは、任意の他の手段で作ることができる。

たとえば、球状要素の外部表面にわたって均一に分布する１４の異なる円形バーコードが存在する。各円形バーコードは、４ビットおよび球状要素の外部表面に対して異なる色の１つの外部境界確定ビットで符号化される。球状要素の外部表面は、好ましくは、淡く色付けされ、たとえば、白であり、一方、少なくとも１つの付加的な外部境界確定ビットは、暗く色付けされ、たとえば、黒である。

たとえば、１５画像／秒で撮影できなければならないデジタル・カメラによって取り込まれる画像を改善するために、測定システム１は、さらに、等方性（一様性）を照明デバイス９を含む。この照明デバイス９は、デジタル・カメラ６の側面で、球状要素３の外部表面の少なくとも半分の方向に光ビームＬを供給するよう構成される。この照明デバイスは、外部光源から、デジタル・カメラが視認可能な球状要素の無反射チャンバの表面まで光を誘導する光ファイバのセットによって形成されることができる。

以上の説明から、当業者は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、物体を全ての方向に位置決めするデバイスの複数の変形を考案することができる。

Claims (5)

1. 物体（３）を全ての方向に位置決めするデバイス（２）であって、前記物体は、位置決めデバイス（２）の３つの支持点（Ｐ，Ｐ’，Ｐ”）で支持され、重力によって保持される、球状ドームの形状の部分を少なくとも有しており、位置決めデバイスには、前記物体を回転駆動する駆動手段が含まれ、前記３つの支持点によって形成される三角形内に任意の位置または向きの前記物体の重心があり、前記駆動手段は、駆動部材（２０，２１，２２）を含み、前記球状ドームの外部表面との前記駆動部材の接触部は、位置決めデバイスの前記３つの支持点のうちの１つを形成し、前記駆動部材は、位置決めデバイス上で前記物体を全ての方向に駆動するよう構成されており、
   位置決めデバイスの前記３つの支持点のうちの他の２つの支持点は、それぞれ、ボールおよびソケット接合部（３０，４０）によって形成され、前記ボール（３１）は、前記ボールおよびソケット接合部のハウジング（３２）内で自由に回転するように設置され、それにより、前記ボールの一部が、前記ハウジングの開口を通して露出して、前記球状要素（３）の外部表面に接触し、
   前記駆動部材（２０）は、前記球状ドームの外部表面に接触して、前記ドームを回転駆動するホイール（２１）であり、前記ホイールの回転軸は、前記物体の外部表面上での前記ホイールの接触点と、前記物体の球状ドーム形状部分によって規定された前記球の中心を通過する別の軸に沿って非金属の空気圧モータにより回転することができる支持体（２２）の端部に搭載されて、前記ホイールによって前記物体に対して全ての方向に回転を課し、
   別の非金属の空気圧モータ（２３）は、前記駆動部材の前記ホイールに近接して前記支持体上に搭載されて、前記ホイールを前記ホイールの回転軸の周りに回転するように駆動することを特徴とする位置決めデバイス。
2. 前記ボールを収容する前記ボールおよびソケット接合部の部分は、前記ボールが空気クッションで前記ハウジング内に保持されるように、圧縮空気をもたらすノズルであることを特徴とする請求項１に記載の位置決めデバイス。
3. 前記ホイールは、プーリの円形溝内にゴム・リングを有する、プーリの形態をとることを特徴とする請求項１に記載の位置決めデバイス。
4. 前記物体は、前記３つの支持点（Ｐ，Ｐ’，Ｐ”）上に配列された球状要素（３）であり、前記３つの支持点上での前記球状要素の重量を増すために、さらなるボールおよびソケット接合部が、前記球状要素に接触して設けられることを特徴とする請求項１に記載の位置決めデバイス。
5. 前記さらなるボールおよびソケット接合部は、圧縮空気パイプ内で摺動して前記球状要素に対して一定の力を生成するボールを含むことを特徴とする請求項４に記載の位置決めデバイス。

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