JP5227548B2 - 重心位置算出方法、重量取得方法、及び重心位置算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の重心位置を算出する重心位置測定方法、被測定物の重量を取得する重量取得方法、及び被測定物の重心位置を算出する重心位置算出装置に関する。

被測定物の重心位置を算出する装置として、特許文献１では、３点以上の支持部と、この支持部に配置されたロードセルと、傾動可能な載置台とを備えた重心測定装置が提案されている。この装置では、被測定物を載置台に載せた状態で傾斜させる作業を数回行い、そのときの傾斜角度とロードセルの荷重検出値に基づいて、被測定物の重心位置を算出する。
特開平６−１２３６６９号公報

ところが、特許文献１に記載の方法では、被測定物が大きい場合に被測定物を載置台へ載せるのが困難であり、また、被測定物が大きくなれば装置自体も大きくする必要がある。そのため、特許文献１に記載の方法では、被測定物がある程度大きくなると、実質的に測定が不可能な場合が生じる。

そこで本発明は、被測定物が大きい場合でも容易に重心位置を算出できる重心位置算出方法を提供することを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明にかかる重心位置算出方法は、被測定物の重心位置を算出する重心位置算出方法であって、被測定物の底部におけるある水平面内の第１軸を支軸として前記水平面内の第１測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である第１荷重を測定する第１荷重測定工程と、被測定物の底部における前記水平面内の第２軸を支軸として前記水平面内の第２測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第２測定点での荷重である第２荷重を測定する第２荷重測定工程と、被測定物の重量を取得する重量取得工程と、被測定物の重量、前記第１荷重、及び、前記第１軸から前記第１測定点までの距離である第１測定点距離に基づいて、前記水平面における第１軸から水平面重心までの第１重心距離を算出する第１重心距離算出工程と、被測定物の重量、前記第２荷重、及び、前記第２軸から前記第２測定点までの距離である第２測定点距離に基づいて、前記水平面における第２軸から水平面重心までの第２重心距離を算出する第２重心距離算出工程と、前記第１重心距離と前記第２重心距離に基づいて被測定物の前記水平面における水平面重心位置を算出する水平面重心位置算出工程と、を有する。

ここで、上記の「わずかに持ち上げ」とは、各測定点における荷重の変化が無視しうる程度に持ち上げることをいう。上記の構成によれば、被測定物を載せるための載置台等を用いずに、被測定物の重心位置を算出することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記第１測定点距離を計測する第１測定点距離計測工程と、前記第２測定点距離を計測する第２測定点距離計測工程と、をさらに有するようにしてもよい。

また、上記重心位置算出方法において、前記被測定物は、前記第１測定点、前記第２測定点、及び第３測定点の３点によって支持されており、被測定物の底部における前記水平面内の第３軸を支軸として前記水平面内の前記第３測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第３測定点での荷重である第３荷重を測定する第３荷重測定工程をさらに有し、前記第２測定点及び前記第３測定点を通る軸が前記第１軸であり、前記第１測定点及び前記第３測定点を通る軸が前記第２軸であり、前記第１測定点及び前記第２測定点を通る軸が前記第３軸であり、前記重量取得工程において、前記第１荷重、前記第２荷重、及び前記第３荷重を合算して前記被測定物の重量を取得するようにしてもよい。

かかる構成によれば、３点における荷重測定で、被測定物の重心位置を算出することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記被測定物は、矩形状の面によって支持されており、前記矩形を形成する辺のうち、対向する一の組の一方の辺が前記第１軸であって、これに対向する辺上に前記第１測定点が位置し、対向する他の組の一方の辺が前記第２軸であって、これに対向する辺上に前記第２測定点が位置し、前記重量取得工程において、前記第１荷重及び前記第２荷重を合算して前記被測定物の重量を取得するようにしてもよい。

かかる構成によれば、被測定物が矩形状の面によって支持されている場合であっても、同様に被測定物の重心位置を算出することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記被測定物は、矩形を形成する線又はこの線上の点によって支持されており、前記矩形を形成する線のうち、対向する一の組の一方の線が前記第１軸であって、これに対向する線上に前記第１測定点が位置し、対向する他の組の一方の辺が前記第２軸であって、これに対向する線上に前記第２測定点が位置し、前記重量取得工程において、前記第１荷重及び前記第２荷重を合算して前記被測定物の重量を取得するようにしてもよい。

かかる構成によれば、被測定物が矩形を形成する線又はこの線上の点によって支持されている場合であっても、同様に被測定物の重心位置を算出することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記第１軸を支軸として前記第１測定点を所定の持上高さまで持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である持上荷重を測定する持上荷重測定工程と、被測定物の重量、前記第１荷重、前記第１測定点距離、前記持上高さ、及び前記持上荷重に基づいて、高さ方向における重心位置を算出する、高さ重心算出工程と、前記水平面における水平面重心位置と、前記高さ方向における重心位置とに基づいて、被測定物の三次元の重心位置を算出する三次元重心位置算出工程と、をさらに有してもよい。

かかる構成によれば、水平面の重心位置のみならず、高さ方向における重心位置を含む三次元の重心位置を算出することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記各測定点における前記各荷重測定工程を持上計量装置を用いて行い、前記持上計量装置は、各測定点を持ち上げるための動力源であるジャッキ部と、荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部で検出された荷重に基づいて前記各測定点における荷重を算出する制御部とを備え、前記ジャッキ部と前記荷重検出部との一方が他方を支持するように配置してもよい。

かかる構成によれば、持上計量装置がジャッキ部と荷重検出部を備えているため、荷重の計測と、持上作業を一度に行うことができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記各測定点における前記各荷重測定工程及び前記持上荷重測定工程を、持上計量装置を用いて行い、前記持上計量装置は、各測定点を持ち上げるための動力源であるジャッキ部と、荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部で検出された荷重に基づいて前記各測定点における荷重を算出する制御部と、前記ジャッキ部の上昇ストロークを検出する上昇ストローク検出手段とを備え、前記ジャッキ部と前記荷重検出部との一方が他方を支持するように配置されており、前記制御部は前記上昇ストローク検出手段によって検出された上昇ストロークに基づいて前記持上高さを算出するようにしてもよい。

かかる構成によれば、持上高さを直接測定することなく、その値を取得することができる。

また、上記重心位置算出方法において、前記持上計量装置は、被測定物の前記各測定点を受けるための荷重受け部をさらに備え、前記荷重受け部は、前記ジャッキ部又は前記荷重検出部に支持される測定側部分と、前記測定側部分よりも低く、かつ、接地面近傍に位置する被測定側部分と、前記測定側部分及び前記被測定側部分を連結する連結部分とを有するようにしてもよい。

かかる構成によれば、ジャッキ部や荷重検出部にある程度の厚みがあっても、荷重受け部を利用することで容易に被測定物の底部を持ち上げることができる。

さらに、本発明にかかる重量取得方法は、少なくとも３の支点で支えられている被測定物の重量を測定する重量取得方法であって、各支点をわずかに持ち上げ、各測定点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた各測定点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する。

かかる構成によれば、被測定物を載せるための載置台等を用いずに、被測定物の重量を測定することができる。

さらに、本発明にかかる重量取得方法は、平行する２の辺を有する面で支持され、かつ、前記２の辺の間に水平面重心が位置する被測定物の重量を取得する重量取得方法であって、前記２の辺上に位置する点をそれぞれわずかに持ち上げ、両点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた両点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する。

さらに、本発明にかかる重量取得方法は、平行する２の線またはその線上に位置する点によって支持され、かつ、前記２の線の間に水平重心が位置する被測定物の重量を取得する重量取得方法であって、前記２の線上に位置する点をそれぞれわずかに持ち上げ、両点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた両点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する。

さらに、本発明にかかる重心位置算出装置は、外部から所定の値を入力することができる数値入力手段と、入力された前記所定の値に基づいて演算を行うことができる演算部と、を備え、前記所定の値には、被測定物の底部におけるある水平面内の第１軸を支軸として前記水平面内の第１測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である第１荷重と、被測定物の底部における前記水平面内の第２軸を支軸として前記水平面内の第２測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第２測定点での荷重である第２荷重と、被測定物の重量と、前記第１軸から前記第１測定点までの距離である第１測定点距離と、前記第２軸から前記第２測定点までの距離である第２測定点距離と、が含まれ、前記演算部は、被測定物の重量、前記第１荷重、及び前記第１測定点距離に基づいて、前記水平面における第１軸から水平面重心までの第１重心距離を算出し、被測定物の重量、前記第２荷重、及び前記第２測定点距離に基づいて、前記水平面における第２軸から水平面重心までの第２重心距離を算出し、前記第１重心距離と前記第２重心距離に基づいて被測定物の前記水平面における水平面重心位置を算出する。

また、上記重心位置算出装置において、前記所定の値には、前記第１軸を支軸として前記第１測定点を所定の持上高さまで持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である持上荷重と、前記持上げ高さと、がさらに含まれ、前記演算部は、被測定物の重量、前記第１荷重、前記第１測定点距離、前記持上高さ、及び前記持上荷重に基づいて、高さ方向における重心位置を算出し、前記水平面重心位置と、前記高さ方向における重心位置とに基づいて、被測定物の三次元の重心位置を算出するようにしてもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明にかかる重心位置算出方法によれば、被測定物を載せるための載置台等を用いずに、被測定物の重心位置を算出することができる。よって、本発明によれば、被測定物が大きい場合でも容易に重心位置を算出できる重心位置算出方法を提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態について図を参照して説明する。

本実施形態にかかる重心位置算出方法は、被測定物の重心位置を算出する重心位置算出方法であって、第１荷重測定工程と、持上荷重測定工程と、第２荷重測定工程と、第３荷重測定工程と、重量取得工程と、第１測定点距離計測工程と、第２測定点距離計測工程と、第１重心距離算出工程と、第２重心距離算出工程と、水平面重心位置算出工程と、重心高さ算出工程と、三次元重心位置算出工程とを有している。以下、各工程について順に説明する。

なお、各工程の説明の前に、本実施形態に係る被測定物Ｍについて説明する。図１は、本実施形態にかかる被測定物Ｍを示した図である。被測定物Ｍは、不定形であり、また、全体に渡って密度が均一でなくてもよい。ただし、被測定物Ｍは、その底部に位置する第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、及び第３測定点Ｐ３の３点によって支えられている（この３点以外の部分は接地していない。）。被測定物が３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で支えられているということはつまり、この３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を頂点とする三角形の内部に、被測定物Ｍの水平面重心が存在することになる。なお、被測定物Ｍが底面部分全体で支えられている場合は被測定物Ｍを支えるための３つの脚を設け、４点以上で支えられている場合はそのうちの３点の底部に厚みのある部材を敷く等することで、被測定物を３点で支えるようにしてもよい。この場合、脚の先端部や部材の底部がそれぞれ第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、及び第３測定点Ｐ３となる。

第１荷重測定工程は、第１測定点Ｐ１における荷重を測定する工程である。まず、被測定物Ｍの底部における第１軸Ｃ１を支軸として第１測定点Ｐ１をわずかに持ち上げる。本実施形態における第１軸Ｐ１は、第２測定点Ｐ２及び第３測定点Ｐ２を通る軸である。なお、第１軸Ｃ１と第１測定点Ｐ１とは同一水平面内にある。さらに、第１測定点Ｐ１をわずかに持ち上げた状態において、第１測定点Ｐ１での荷重である第１荷重Ｗ１を測定する。また、第１測定点Ｐ１を持上げる高さはできる限り低いのが望ましく、被測定物Ｍの重心Ｇの高さがほとんど変わらないことが望ましい。

持上荷重測定工程は、所定の高さまで第１測定点を持上げ、そのときの荷重を測定する工程である。具体的には、被測定物Ｍの底部の第１軸Ｃ１を支軸として第１測定点Ｐ１を所定の持上高さｈまで持ち上げる。そして、その状態において、第１測定点Ｐ１での荷重である持上荷重Ｗｈを測定する。なお、持上荷重測定工程では、第１荷重測定工程の場合よりも十分に高い位置まで第１測定点Ｐ１を持ち上げる。ここで、第１測定点Ｐ１を持ち上げる持上高さｈは、初めからその高さを決めておき、その高さになるまで第１測定点Ｐを持上げても良いし、第１測定点Ｐ１を持上げた後で測定した高さを持上高さｈとしても良い。例えば、第１測定点Ｐ１をジャッキで持上げる場合に、１ストロークで持ち上がる高さが一定であって、その値を知っていれば、持上高さｈを直接測定する必要がない。

なお、本実施形態では、第１測定点Ｐ１を持ち上げる際に、図２に示すような持上計量装置１を使用する。図２は、持上げ計量装置１の分解斜視図である。図２に示すように、持上計量装置１は、測定点を持上げるための動力源であるジャッキ部２と、荷重を検出する荷重検出部（ロードセル）３と、被測定部を受ける荷重受け部４と、制御部５（図４参照）とを有している。本実施形態では、荷重検出部３がジャッキ部２を支持するように配置されている。ただし、図３に示すように、ジャッキ部２が荷重検出部３Ａを支持するように配置してもよい。荷重受け部４は、測定側部分６と、被測定側部分７と、連結部分８とから主に構成されている。測定側部分６は、ジャッキ部２の上方に位置しており、ジャッキ部２の上面に平行で板状の形状となっている。測定側部分６とジャッキ部２の上面とは、それぞれ対応する位置にねじ孔９、１０を有しており、ねじ（図示せず）を用いてジャッキ部２の上面に測定側部分６を固定できるようになっている。被測定側部分７は測定側部分６よりも低く、かつ、接地面近傍に位置している。被測定側部分７は被測定物Ｍと接する部分であって、水平な平板状の形状となっている。この被測定側部分７に被測定物Ｍを載せることで、被測定物Ｍを持ち上げることができる。連結部部分８は、鉛直方向に伸延する部分であって、測定側部分６と被測定側部分７とを連結する役割を有している。この連結部分８によって、被測定側部分７で受けた荷重を測定側部分６に伝達し、さらにジャッキ部２を介して荷重検出部３に伝えることができる。

図４は、持上計量装置１の信号の流れを示した図である。図４に示すように、ジャッキ部２は上昇ストロークを検出する上昇ストローク検出手段１１を有しており、上昇ストロークについての信号１２を制御部５へ出力することができる。また、荷重検出部は荷重についての信号１３を制御部へ出力している。そして制御部５は、荷重検出部３で検出された荷重に基づいて各測定点における荷重Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗｈを算出し、また、上昇ストローク検出手段１１によって検出された上昇ストロークに基づいて持上高さｈを算出することができる。このように、本実施形態に係る持上計量装置１を用いることで、荷重や持上高さを直接計測することなく、これらの値を取得することができる。

第２荷重測定工程は、第２測定点Ｐ２の荷重を測定する工程である。第２荷重測定工程は、第１荷重測定工程とほぼ同じ工程である。具体的には、第２荷重測定工程は、被測定物Ｍの底部における第２軸Ｃ２を支軸として第２測定点Ｐ２をわずかに持ち上げる。本実施形態における第２軸Ｃ２は、第１測定点Ｐ１及び第３測定点Ｐ３を通る軸である。なお、第２軸Ｃ２と第２測定点Ｐ２とは同一水平面内にある。さらに、第２測定点Ｐ２をわずかに持ち上げた状態において、第２測定点Ｐ２での荷重である第２荷重Ｗ２を測定する。また、第２測定点Ｐ２を持ち上げる高さはできる限り低いのが望ましく、被測定物Ｍの重心Ｇの高さがほとんど変わらない程度にするのが望ましい。第２測定点Ｐ２の持ち上げは、第１測定点Ｐ１の場合と同様、持上計量装置１を用いて行う。

第３荷重測定工程は、第３測定点Ｐ３の荷重を測定する工程である。第３荷重測定工程も、第１荷重測定工程とほぼ同じ工程である。具体的には、第３荷重測定工程は、被測定物Ｍの底部における第３軸Ｃ３を支軸として第３測定点Ｐ３をわずかに持ち上げる。本実施形態における第３軸Ｃ３とは、第１測定点Ｐ１及び第２測定点Ｐ２を通る軸である。なお、第３軸Ｃ３と第３測定点Ｐ３とは同一水平面内にある。さらに、第３測定点Ｐ３をわずかに持ち上げた状態において、第３測定点Ｐ３での荷重である第３荷重Ｗ３を測定する。また、第３測定点Ｐ３を持上げる高さはできる限り低いのが望ましく、被測定物Ｍの重心Ｇの高さがほとんど変わらない程度にするのが望ましい。第３測定点Ｐ３の持ち上げは、第１測定点Ｐ１や第１測定点Ｐ２の場合と同様、持上計量装置１を用いて行う。

重量取得工程は、被測定物Ｍの重量を取得する工程である。重量取得工程は、被測定物Ｍの重量Ｗｇが取得できれば、どのような方法でもよいが、本実施形態では第１荷重Ｗ１、第２荷重Ｗ２、第３荷重Ｗ３に基づいて算出する。具体的には、下記の第１式に示すように、第１荷重Ｗ１、第２荷重Ｗ２、及び第３荷重Ｗ３を合算して、これを被測定物Ｍの重量Ｗｇとする。このような第１式が成り立つのは次の理由による。被測定物Ｍは、３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３において所定の割合（重量配分）で支持されている。そして、重心の高さがほとんど変わらなければ、その割合は変化しない。そうすると、ある１点をわずかに持上げた前後において、その点の荷重はほとんど変化しない。そのため、各点を順に持ち上げて荷重を測定し、それを足せば被測定物Ｍの重量Ｗｇとなるのである。

第１測定点距離計測工程は、第１軸Ｃ１から第１測定点Ｐ１までの第１測定点距離Ｌ１を計測する工程である。具体的には、図１に示すように、第１測定点Ｐ１から第１軸Ｃ１に垂線ＰＥ１を引いて、この垂線ＰＥ１に沿って第１軸Ｃ１から第１測定点までの距離を計測する。この長さが第１測定点距離Ｌ１である。

第２測定点距離計測工程は、第２軸Ｃ１から第２測定点Ｐ２までの第２測定点距離Ｌ２を計測する工程である。第２測定点距離計測工程も、第１測定点距離計測工程とほぼ同じ工程である。具体的には、図１に示すように、第２測定点Ｐ２から第２軸Ｃ２に垂線ＰＥ２を引いて、この垂線ＰＥ２に沿って第２軸Ｃ２から第２測定点Ｐ２までの距離を計測する。この長さが第２測定点距離Ｌ２である。

第１重心距離算出工程は、被測定物の重量Ｗｇ、第１荷重Ｗ１、及び第１測定点距離Ｌ２に基づいて、水平面における第１軸Ｃ２から水平面重心Ｇまでの第１重心距離ａ１を算出する工程である。以下、第１重心距離算出工程で使用する計算式について説明する。説明を簡単にするため、第１測定点、第２測定点、及び第３測定点を頂点とする三角形を考える。図５は、第１測定点、第２測定点、及び第３測定点を頂点とする三角形の図である。図５の三角形全体に被測定物が載っているものとし、符号G’が付された点を水平面における被測定物の水平面重心とする。

図５を参照すると、第１軸Ｃ１を支軸として被測定物Ｍを持ち上げるとき、第１測定点Ｐ１で持ち上げたときのモーメントと、水平面重心Ｇ’の位置で持ち上げたときのモーメントとは等しいため、次の第２式の関係が成り立つ。この第２式を用いて、第１重心距離ａ１を算出する。ここで、W１は第１測定点Ｐ１における荷重（第１荷重）、Wgは水平面重心Ｇ’における荷重（被測定物の重量）、L1は第１軸から第１測定点までの距離（第１測定点距離）、ａ１は第１軸から重心までの距離（第１重心距離）である。

このうち、第１測定点Ｐ１における荷重（第１荷重）W１は、第１荷重測定工程によって計測しており、水平面重心Ｇ’における荷重（被測定物の重量）Wgは前述の第１式から求めることができ、第１軸Ｃ１から第１測定点Ｐ１までの距離（第１測定点距離）L1は、第１測定点距離測定工程によって計測しているため、これらを第２式に代入すれば、第１軸Ｃ１から水平面重心Ｇ’までの距離（第１重心距離）ａ１を求めることができる。

第２重心距離算出工程は、被測定物Ｍの重量Ｗｇ、第２荷重Ｗ１、及び第２測定点距離Ｌ２に基づいて、第２軸Ｃ２から水平面重心Ｇ’までの第２重心距離ａ２を算出する工程である。第１重心距離算出工程と同様に、図５を参照すると、第２軸Ｃ２を支軸として被測定物Ｍを持ち上げるとき、第２測定点Ｐ２で持ち上げたときのモーメントと、水平面重心Ｇ’の位置で持ち上げたときのモーメントは等しいから、次の第３式の関係が成り立つ。この第３式を用いて、第２重心距離ａ２を算出する。ここで、W２は第２測定点Ｐ２における荷重（第２荷重）、L２は第２軸Ｃ２から第２測定点Ｐ２までの距離（第２測定点距離）、ａ２は第２軸Ｃ２から水平面重心Ｇ’までの距離（第２重心距離）である。

このうち、第２測定点Ｐ２における荷重（第２荷重）W２は、第２荷重測定工程によって計測しており、水平面重心Ｇ’における荷重（被測定物の重量）Wgは前述の第１式から求めることができ、第２軸Ｃ２から第２測定点Ｐ２までの距離（第２測定点距離）L２は、第２測定点距離測定工程によって計測しているため、これらを第３式に代入すれば、第２軸Ｃ２から水平面重心Ｇ’までの距離（第２重心距離）ａ２を求めることができる。

水平面重心位置算出工程は、第１重心距離ａ１と第２重心距離ａ２に基づいて被測定物Ｍの水平面における水平面重心位置を算出する工程である。具体的には、第１軸Ｃ１に平行で第１重心距離ａ１だけ離れた直線ＰＬ１と、第２軸Ｃ２に平行で第２重心距離ａ２だけ離れた直線ＰＬ２とが交わる点を被測定物Ｍの水平面における水平面重心位置とする。これにより、水平面における被測定部材の水平面重心位置を算出することができる。

重心高さ算出工程は、第１荷重Ｗ１、被測定物の重量Ｗｇ、第１測定点距離Ｌ１、持上高さｈ、及び持上荷重Ｗｈに基づいて、重心高さｚを算出する工程である。以下、重心高さ工程で用いる計算式の導出方法について図６を参照して説明する。図６は、被測定物Ｍの重心Ｇを通り、かつ、第１軸Ｃ１に垂直な被測定物Ｍの縦断面の概略図である。図６では、被測定物Ｍの第１測定点Ｐ１をわずかに持上げた第１状態（実線で描かれた部分；図６で第１測定点Ｐ１は接地しているように見えるが、実際はわずかに浮いている。）と、所定の持上高さｈまで持上げてθだけ傾斜させた第２状態（二点鎖線で描かれた部分）が重ねられている。なお、図中の符号Ｇが付された点を被測定物の重心とする。

まず、図６の第２状態（二点鎖線で描かれた部分）に着目すると、第１軸Ｃ１から水平面重心Ｇ’までの距離ａ１は、重心Ｇを通る鉛直線によってａ11とａ12の２つに分けることができ、傾きθとの関係から、次の第４式に示す関係が成り立つ。ここで、ａhは、第１軸Ｃ１から重心Ｇを通る鉛直線までの距離であり、ｚは被測定物Ｍの重心高さである。

また、図６の第２状態（二点鎖線で描かれた部分）におけるモーメントに着目すると、第１軸Ｃ１を支軸とした場合、重心Ｇにおけるモーメントと、第１測定点Ｐ１におけるモーメントが等しいから、次の第５式が成り立つ。ここで、Ｗｈは、第１測定点Ｐ１を持上高さｈまで持上げたときの第１測定点Ｐ１における荷重（持上荷重）である。

さらに、図６の第１状態（実線で描かれた部分）に着目すると、第１重心距離算出工程で説明したように、前述の第２式が成り立つ。そして、ｓｉｎθは次の第６式の関係になる。

以上の第２式、第４式、第５式、第６式を整理すると、第７式を算出することができる。この第７式を用いて、高さ方向における重心位置（重心高さ）ｚを算出する。

このうち、第１荷重W1は第１荷重測定工程で測定され、持上荷重Whは持上荷重測定工程で測定され、第２状態における被測定物の重量Wgは重量取得工程で測定され、第１測定点距離L1は第１測定点距離計測工程で計測され、持上高さｈも既知の値であるから、これらを第７式に代入すれば、高さ方向における重心位置（重心高さ）ｚを算出することができる。

三次元重心位置算出工程は、被測定物Ｍの水平面における水平面重心位置と、重心高さｈとに基づいて、被測定物の三次元の重心位置を算出する工程である。具体的には、被測定物の水平面重心位置の鉛直線上であって、重心高さｈの位置を被測定物の三次元の重心位置とする。

以上が、本実施形態にかかる重心位置算出方法の説明である。上述のように、本実施形態にかかる重心位置算出方法によれば、被測定物Ｍ全体を載置台等に載せることなく、被測定物Ｍの重心位置を算出することができる。そのため、被測定物Ｍが大きい場合であっても、大掛かりな測定装置を必要とせず、容易に重心位置を算出することができる。

なお、上記実施形態に係る制御部５が、外部から計測によって求められた測定値を入力することができる数値入力手段と、上記の第１〜７式を用いた演算を行うことができる演算部とを有し、所定の測定値を入力することで、被測定物の重心位置が算出できるようにしてもよい。さらにこれとは別に、図７に示すように、ジャッキ部２に制御部５が設けられるとともに制御部５が無線通信ユニット１４を有し、無線によって上昇ストロークについての信号や、荷重についての信号を遠隔地に接地された演算装置１５に送信し、この演算装置１５において被測定物の重心位置等を演算するようにしても良い。一般に無線通信ユニット１４は小型軽量であるため、制御部５をジャッキ部２に設けても全体の重量は大きくならず、逆に、ジャッキ部２及び荷重検出部３を演算装置１５から独立させることで、ジャッキ部２及び荷重検出部３の移動性を向上させることができる。よって、上記構成によれば、現場測定に最適な持上計量装置とすることができる。

また、上記の実施形態では、被測定物Ｍが３つの測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で支えられている場合について、水平面重心を算出する方法について説明したが、被測定物が４点以上の支点で支えられている場合であっても被測定物Ｍの重量Ｗｇが既知であれば、上記の実施形態と同様の方法で水平面における水平面重心位置を算出することができる。この場合、４点以上の支点のうち、持ち上げる支点を１点と、支軸を形成することになる支点を２点選択する。ただし、持ち上げる１つの支点と、支軸を形成することになる２つの支点とを頂点とする三角形の内部に被測定物の水平面重心が位置するようにする。そして、１つの支点を持ち上げて、支軸から水平面重心までの距離を算出する。さらに工程を別の支点を用いて行えば、被測定物の水平面における水平面重心位置を算出することができる。

さらに、被測定物が点ではなく線で支えられているような場合であってもその線が直線であれば、また、被測定物が面で支えられているような場合であってもその面を形成する辺が直線であれば、上記の実施形態と同様に、被測定物の水平面重心位置を算出することができる。例えば、底面が長方形であるコンテナであれば、水平面重心位置を算出することができる。このとき、底面の奥の辺を支軸にして手前の辺の中心付近を持ち上げて荷重を測定し、奥の辺から水平面重心までの距離を算出する。同様に、右の辺を支軸にして左の辺の中心付近を持ち上げて荷重を測定し、右の辺から水平面重心までの距離を算出する。そして、算出したそれぞれの距離から、コンテナの水平面重心位置を算出することができる。

なお、底面を形成する辺のうち対向する辺が平行であり、その対向する辺の間に被測定物の水平面重心がある場合は、これらの辺をわずかに持ち上げて得た荷重を合算すると被測定物の重量となる。上記のコンテナであれば、底面の奥の辺を支軸にして手前の辺の中心付近をわずかに持ち上げて測定した荷重と、底面の手前の辺を支軸にして奥の辺の中心付近をわずかに持ち上げて測定した荷重とを合算するとコンテナの重量となる。また、上記のコンテナの場合、底面の手前の辺の中心付近をさらに持ち上げれば、持上荷重も容易に測定することができる。よって、底面の奥の辺の中央付近、手前の辺の中央付近、及び左の辺の中央付近の３点を持ち上げて荷重を測定すれば、大きな装置を使用することなく、コンテナの三次元の重心位置を算出することができる。この点については、被測定物が面ではなく平行な線又はこの線上の点によって支持されている場合も同様である。つまり、上記の「底面を形成する辺」を「平行な線」に置換えれば、同様に三次元の重心位置を算出することができる。

また、上記の実施形態では、３つの測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で支えられている被測定物Ｍについて、被測定物Ｍの重量Ｗｇを取得する方法について説明したが、被測定物がある程度たわむような場合は、被測定物が４点以上で支えられている場合であっても上記の実施形態と同様の方法で被測定物の重量を測定することができる。例えば、図７（ａ）に示すように、被測定物が４点で支えられていてもある程度たわむのであれば、Ａ点がわずかに（Ａ’点まで）持ち上げられても、Ｂ点、Ｃ点、及びＤ点は接地した状態を維持する。そのため、Ａ点を持上げる前後において、Ａ〜Ｄ点における荷重はほとんど変化しない。よって、被測定物を支えるＡ〜Ｄ点を順に持ち上げて測定した荷重の値を合算することで、被測定物全体の重量を取得することができる。さらに、このような場合であって、Ａ点を持ち上げ難いときは、図７（ｂ）に示すように、Ｂ点及びＤ点を通る直線に平行であって、Ａ点を通る直線上にある２つのＡ’’点からＡ点の持上げ・荷重測定を行うのが望ましい。このようにすることによって測定誤差（モーメント誤差）を軽減することができる。このとき、２つのＡ’’点を渡すような部材を用意し、この部材の上にＡ点を載せるようにすれば、Ａ点における荷重を容易に測定することができる。

また、上記の実施形態では、各測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を持ち上げて被測定物Ｍの荷重Ｗｇを測定する際に、図２に示す持上計量装置１を用いる場合について説明したが、これに代えて各測定点をクレーン等で一旦持ち上げてロードセルの上に載せるようにしても良い。ロードセルの厚みが十分薄ければ、上記の実施形態と同様に、被測定物の荷重を測定することができる。また、被測定物がグランドピアノやテーブル程度の大きさであれば、ジャッキ部のない簡易な計量装置を用いるのが便利である。例えば、測定回数と測定値から自動で被測定物の重量を算出するような制御部を有する計量装置を用いれば、簡単に被測定物の重量を測定することができ、また、測定に用いる装置自体も安価なものにすることができる。

以上のように、本発明によれば、被測定物が大きい場合でも容易に重心位置を算出できる重心位置算出方法を提供することができる。よって、本発明は、重心位置算出の技術分野において有益である。

本願発明の実施形態に係る被測定物を示した図である。 本願発明の実施形態に係る持上計量装置の分解斜視図である。 本願発明の他の実施形態に係る持上計量装置の分解斜視図である。 本願発明の実施形態に係る持上計量装置の信号の流れを示した図である。 本願発明の実施形態に係る測定点を頂点とする三角形の図である。 本願発明の実施形態に係る被測定物の縦断面の概略図である。 本願発明の被測定物について他の実施形態を示した図である。 本願発明の持上計量装置について他の実施形態を示した図である。

Ｍ 被測定物
Ｐ１ 第１測定点
Ｐ２ 第２測定点
Ｐ３ 第３測定点
Ｇ 重心
Ｇ’ 水平面重心
Ｃ１ 第１軸
Ｃ２ 第２軸
Ｃ３ 第３軸
Ｗ１ 第１荷重
Ｗ２ 第２荷重
Ｗ３ 第３荷重
Ｗｇ 重量
ｈ 持上高さ
Ｗｈ 持上荷重
Ｌ１ 第１測定点距離
Ｌ２ 第２測定点距離
ａ１ 第１重心距離
ａ２ 第２重心距離
１ 持上計量装置
２ ジャッキ部
３ 荷重検出部
４ 荷重受け部
５ 制御部
６ 測定側部分
７ 被測定側部分
８ 連結部分
１１ 上昇ストローク検出手段

Claims (14)

1. 被測定物の重心位置を算出する重心位置算出方法であって、
   被測定物の底部におけるある水平面内の第１軸を支軸として前記水平面内の第１測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である第１荷重を測定する第１荷重測定工程と、
   被測定物の底部における前記水平面内の第２軸を支軸として前記水平面内の第２測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第２測定点での荷重である第２荷重を測定する第２荷重測定工程と、
   被測定物の重量を取得する重量取得工程と、
   被測定物の重量、前記第１荷重、及び、前記第１軸から前記第１測定点までの距離である第１測定点距離に基づいて、前記水平面における第１軸から水平面重心までの第１重心距離を算出する第１重心距離算出工程と、
   被測定物の重量、前記第２荷重、及び、前記第２軸から前記第２測定点までの距離である第２測定点距離に基づいて、前記水平面における第２軸から水平面重心までの第２重心距離を算出する第２重心距離算出工程と、
   前記第１重心距離と前記第２重心距離に基づいて被測定物の前記水平面における水平面重心位置を算出する水平面重心位置算出工程と、を有する重心位置算出方法。
2. 前記第１測定点距離を計測する第１測定点距離計測工程と、
   前記第２測定点距離を計測する第２測定点距離計測工程と、をさらに有する請求項１に記載の重心位置算出方法。
3. 前記被測定物は、前記第１測定点、前記第２測定点、及び第３測定点の３点によって支持されており、
   被測定物の底部における前記水平面内の第３軸を支軸として前記水平面内の前記第３測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第３測定点での荷重である第３荷重を測定する第３荷重測定工程をさらに有し、
   前記第２測定点及び前記第３測定点を通る軸が前記第１軸であり、
   前記第１測定点及び前記第３測定点を通る軸が前記第２軸であり、
   前記第１測定点及び前記第２測定点を通る軸が前記第３軸であり、
   前記重量取得工程において、前記第１荷重、前記第２荷重、及び前記第３荷重を合算して前記被測定物の重量を取得する、請求項１に記載の重心位置算出方法。
4. 前記被測定物は、矩形状の面によって支持されており、
   前記矩形を形成する辺のうち、対向する一の組の一方の辺が前記第１軸であって、これに対向する辺上に前記第１測定点が位置し、対向する他の組の一方の辺が前記第２軸であって、これに対向する辺上に前記第２測定点が位置し、
   前記重量取得工程において、前記第１荷重及び前記第２荷重を合算して前記被測定物の重量を取得する、請求項１に記載の重心位置算出方法。
5. 前記被測定物は、矩形を形成する線又はこの線上の点によって支持されており、
   前記矩形を形成する線のうち、対向する一の組の一方の線が前記第１軸であって、これに対向する線上に前記第１測定点が位置し、対向する他の組の一方の辺が前記第２軸であって、これに対向する線上に前記第２測定点が位置し、
   前記重量取得工程において、前記第１荷重及び前記第２荷重を合算して前記被測定物の重量を取得する、請求項１に記載の重心位置算出方法。
6. 前記第１軸を支軸として前記第１測定点を所定の持上高さまで持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である持上荷重を測定する持上荷重測定工程と、
   被測定物の重量、前記第１荷重、前記第１測定点距離、前記持上高さ、及び前記持上荷重に基づいて、高さ方向における重心位置を算出する、重心高さ算出工程と、
   前記水平面重心位置と、前記高さ方向における重心位置とに基づいて、被測定物の三次元の重心位置を算出する三次元重心位置算出工程と、をさらに有する、請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載の重心位置算出方法。
7. 前記各測定点における前記各荷重測定工程を、持上計量装置を用いて行い、前記持上計量装置は、各測定点を持ち上げるための動力源であるジャッキ部と、荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部で検出された荷重に基づいて前記各測定点における荷重を算出する制御部とを備え、前記ジャッキ部と前記荷重検出部との一方が他方を支持するように配置されている、請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載の重心位置算出方法。
8. 前記各測定点における前記各荷重測定工程及び前記持上荷重測定工程を、持上計量装置を用いて行い、前記持上計量装置は、各測定点を持ち上げるための動力源であるジャッキ部と、荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部で検出された荷重に基づいて前記各測定点における荷重を算出する制御部と、前記ジャッキ部の上昇ストロークを検出する上昇ストローク検出手段とを備え、
   前記ジャッキ部と前記荷重検出部との一方が他方を支持するように配置されており、
   前記制御部は前記上昇ストローク検出手段によって検出された上昇ストロークに基づいて前記持上高さを算出する、請求項６に記載の重心位置算出方法。
9. 前記持上計量装置は、被測定物の前記各測定点を受けるための荷重受け部をさらに備え、前記荷重受け部は、前記ジャッキ部又は前記荷重検出部に支持される測定側部分と、前記測定側部分よりも低く、かつ、接地面近傍に位置する被測定側部分と、前記測定側部分及び前記被測定側部分を連結する連結部分とを有する、請求項７又は８に記載の重心位置算出方法。
10. 少なくとも３の支点で支えられている被測定物の重量を取得する重量取得方法であって、各支点をわずかに持ち上げ、各測定点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた各測定点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する重量取得方法。
11. 平行する２の辺を有する面で支持され、かつ、前記２の辺の間に水平面重心が位置する被測定物の重量を取得する重量取得方法であって、前記２の辺上に位置する点をそれぞれわずかに持ち上げ、両点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた両点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する重量取得方法。
12. 平行する２の線またはその線上に位置する点によって支持され、かつ、前記２の線の間に水平重心が位置する被測定物の重量を取得する重量取得方法であって、前記２の線上に位置する点をそれぞれわずかに持ち上げ、両点における荷重を測定する荷重測定工程と、前記荷重測定工程で得られた両点における荷重を合算して被測定物の重量を取得する重量取得工程と、を有する重量取得方法。
13. 外部から所定の値を入力することができる数値入力手段と、
    入力された前記所定の値に基づいて演算を行うことができる演算部と、を備え、
    前記所定の値には、
    被測定物の底部におけるある水平面内の第１軸を支軸として前記水平面内の第１測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である第１荷重と、
    被測定物の底部における前記水平面内の第２軸を支軸として前記水平面内の第２測定点をわずかに持ち上げ、このときの前記第２測定点での荷重である第２荷重と、
    被測定物の重量と、
    前記第１軸から前記第１測定点までの距離である第１測定点距離と、
    前記第２軸から前記第２測定点までの距離である第２測定点距離と、が含まれ、
    前記演算部は、
    被測定物の重量、前記第１荷重、及び前記第１測定点距離に基づいて、前記水平面における第１軸から水平面重心までの第１重心距離を算出し、
    被測定物の重量、前記第２荷重、及び前記第２測定点距離に基づいて、前記水平面における第２軸から水平面重心までの第２重心距離を算出し、
    前記第１重心距離と前記第２重心距離に基づいて被測定物の前記水平面における水平面重心位置を算出する、重心位置算出装置。
14. 前記所定の値には、
    前記第１軸を支軸として前記第１測定点を所定の持上高さまで持ち上げ、このときの前記第１測定点での荷重である持上荷重と、
    前記持上げ高さと、がさらに含まれ、
    前記演算部は、
    被測定物の重量、前記第１荷重、前記第１測定点距離、前記持上高さ、及び前記持上荷重に基づいて、高さ方向における重心位置を算出し、
    前記水平面重心位置と、前記高さ方向における重心位置とに基づいて、被測定物の三次元の重心位置を算出する、請求項１３に記載の重心位置算出装置。

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