Устройство для преобразования угловых координат

 

Изобретение относится к механическим аналоговым вычислительным устройствам с ручным управлением и может быть ис юльзовано при решении задач пространственной угловой ориентации . Целью изобретения является расширение числа преобразуемых функций . Устройство состоит из неподвижной пластины 1 с 90-градусным секторным вырезом 2. Поворотная линейка 3 укреплена с возможностью поворота вокруг центра 4, совпадающего с цент- PQM секторного выреза 2, и начало ®/г/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1372334

< 11 4 G 06 G 1/04 ф ;Г(Н",) ч g q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4112788/24-24 (22) 27.08.86 (46) 07.02.88. Бюл. № 5 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский. институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте им. M.È. Калинина (72) Л.Э. Лепинь (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1166139, кл. G 06 G 1/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1180928, кл. С 06 6 1/04, 1984.

11 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

УГЛОВЫХ КООРДИНАТ (57) Изобретение относится к механическим аналоговым вычислительным устройствам с ручным управлением и может быть ис ользовано при решении задач пространственной угловой ориентации. Целью изобретения является расширение числа преобразуемых функций. Устройство состоит из неподвижной пластины 1 с 90-градусным секторным вырезом 2. Поворотная линейка 3 укреплена с возможностью поворота вокруг центра 4, совпадающего с центром секторного выреза 2, и начало

I 37 ее совмещено с этим центром. На поворотной линейке 3 деления в градусах нанесены в функции арксинуса ее длины. Устройство содержит также два визира 7, 8, перемещающихся в двух взаимно перпендикулярных направлениях,параллельных сторонам транспортирной шкалы секторного выреза 2.На движки

Нанесены визирные линии, образующие

2334 подвижное 90-градусное перекрестие.

Точки пересечения визирных линий с транспортной шкалой служат для определения углов тангажа. Точка пересечения визирных линий и поворотной линейки служит для отсчета по этой шкале угла наклона. Углы крена отсчитываются по радиальной шкале. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к механическим аналоговым вычислительным устройствам с ручным управлением и может быть использовано при решении

Г. задач пространственной угловой ориентации объектов.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач эа счет вычисления тригонометрических функций.

На фиг. I показано устройство, общий вид; на фиг. 2 — схема расположения шкал и точек отсчета углов; на фиг. 3 — градуировка шкалы С; на фиг. 4 — схема, поясняющая принцип действия устройства.

Устройство для преобразования угловых координат (фиг.1) состоит из неподвижной пластины l, на которой нанесен 90-градусный секторный вырез

2, поворотная линейка 3 с центром 4 вращения в начале нанесенной на нее шкалы, совпадающим с центром секторного выреза 2. На линейке 3 нанесены деления в .градусах в пределах 0-90 25 а (фиг. 3) . Конец 5 линейки 3 (фиг.2) находится в скользящем контакте с секторным вырезом 2 и служит точкой отсчета углов по шкале секторного выреза 2. Линейка 3 может поворачио ваться в пределах 0-90 с помощью первой ручки 6 управления. Устройство содержит также два визира 7 и 8, выполненных в виде маленьких прозрачных рейсшин, поперечные планки которых

36

9 и 10 установлены в направляющих пазах ll и 12, параллельных сторонам

13 и 14 секторного выреза 2. Планки

9 и 10 являются второй и третьей ручками управления. На визирах 7 и 8 на- 40 несены визирные линии 15 и 16, образуем)п)е подвижное 90-градусное перекрестие, которое может занимать любое положение на плоскости сектора. Точки

l7 и 18 (фиг. 2) пересечения визирных линий 15 и 16 со шкалой 2 служат для отсчета углов тангажа -)„ и по шкале 2, а точка 19 пересечения обоих визирных линий и линейки 3 — для отсчета угла наклона с по шкале линейки

3. Точки 20 и 21 являются точками отсчета углов крена 1"„ и „ по шкале линейки 3, а точка 5 является точкой отсчета угла поворота с по и;кале на дуге выреза 2.

Угловые координаты

, с1) и с) представляют собой полный набор параметров угловой ориентации объекта относительно плоскости гори— зонта или какой-либо другой базовой плоскости. На фиг. 4 приняты следующие обозначения: Π— центр подвижной прямоугольной системы координат XYZ, связанной с объектом; ON — вертикаль

Земли; OX, OY, OZ — взаимно перпендикулярные оси системы ХУ2; „ — крен оси ОХ, т.е. угол между текущим положением оси ОХ и ее горизонтальным положением во вращении вокруг оси ОУ; крен оси ОУ, т.е. угол между те— кущим положением оси OY и ее горизонтальным положением во вращении вокруг оси ОХ; )„ — тангаж оси ОХ, т.е. угол между плоскостью горизонта и осью ОХ; тангаж оси OY т.е. угол ме))пу плоскостью горизонта и осью ОУ; 8 наклон, т.е. угол между вертикально

ON Земли и осью OZ, или, что то же самое, угол между плоскостью горизонта и плоскостью XOY объекта; /— б) поворот, т.е. угол между текущим nol ложением оси ОХ и ее положением ОХ совпадающим с плоскостью NOZ но вра1372334 щении вокруг оси 02, отсчитываемый против часовой стрелки, если смотреть со стороны оси 02.

Если считать тангаж вверх и правый

5 крен положительными, тангаж вниз и левый крен отрицательными, 6 и всегда положительными, а пределы изменения (,,,, Я„ и от -90 до

+90, Э от 0 до 90 и q от 0 до 360, то геометрическая связь между перечисленными параметрами выразится следующими формулами:

& Illa . sill) У з1п » = 5 Ill о соы ; 5 (Ill = з!П8з!П(.

Для работы с предлагаемым устройством распределение знаков углов и расположение точек отсчета удобно поставить в зависимость от тригонометрической четверти угла (. Эта зависимость представлена в таблице.

Для удобства работы с прибором 25 приняты следующие обозначения шкал, визиров и точек отсчета (фиг.1,2 и таблица): шкала A — по дуге 2 сектора от 0 до 90 в направлении против часовой стрелки с оцифровкой черного цвета; шкала  — по дуге 2 сектора от 0 до 90 в направлении по часовой стрелке с оцифровкой красного цвета; шкала С вЂ” по радиусу 3 от 0 до 90 в направлении от центра вращения к концу радиуса с оцифровкой зеленого цвета.

А,  — точки отсчета углов „ и по шкале С в соответствии с табли- 40 цей и фиг. 2.

Точки 5, 17 и 18 (фиг. 2) являются точками отсчета, соответственно углов (, 1 (), 1„(g) по шкале А или

В с учетом таблицы. Точка 19 являет- 45 ся точкой отсчета угла 9 по шкале С.

Угол Ч выставляется по шкале А как дополнение до его значения от целого о числа четвертей, т.е.(р „ =(-и 90 де n=0,1,2,3. Например, если дано о 50 — 235, то устанавливаем (ст =

235 — 180 = 55, если Ч = 25 о то ч" „- = 25 и т.д.

Работа устройства для преобразования угловых координат заключается в

55 том, чтобы перемещением визиров и поворотом радиальной шкалы выставить на соответствующих шкалах выбранную пару координат и прочитать на тех же шкалах значения остальных четырех координат с учетом таблицы.

Следует отметить, что из числа сочетаний координат из шести по две, равного пятнадцати, одиннадцать пар однозначно определяют угловое положение объекта в пространстве, четыре же пары, а именно 9, g „; 9, 1(H,G, 1 1 и 9 дают двузначные решения, т.е. при каждом из этих сочетаний объект может находиться в двух фиксированных положениях относительно горизонта. Кроме того, угол наклона, в принципе, может быть и отрицательным, например, если объект наклонить в той же вертикальной плоскости NOZ, но в другую от вертикали сторону

fl (положение 0Z на фиг. 3) . Можно показать (в том числе с помощью предложенного устройства), что при этом знаки всех остальных углов (кроме ) поменяются на обратные. Если же посо ле этого изме ить g на 180, то знаки остальных углов (1(„, ч, 4 „ и 1 ) примут прежние значения, т.е. после всех этих манипуляций объект займет первоначальное угловое положение относительно плоскости горизонта. Это означает, что одно и то же угловое положение объекта может быть достигнуто при двух значениях 9 : + 8 -6, т.е. в данном случае одна из областей

0, например отрицательная, является лишней и поэтому здесь не рассматривается.

Эти, а также другие особенности пространственной угловой ориентации объектов легко обнаруживаются и определяются с помощью устройства, что в числе других положительных характеристик говорит о его полезности при выполнении работ, связанных с исследованием угловых перемещений объектов.

Пример 1. Дано y = 235

9 = 35 . Найти 1„,, „, . Решение. Угол находится в II) четверти,(, = 235 — 180 = 55 . По таблице 1 в графе III четв находим: знак вЂ, шкала В; знак +, шкала А; знак +, отсчет В; ф . знак +, отсчет А.

Поворачивая шкалу С, совмещаем ее о конец с делением1 „„= 55 на шкале А.

Перемещая визиры А и В, устанавливаем их перекрестие на делении 8

1372334

35 шкалы С. По шкале В в точке ее пересечения с визиром В читаем 1» — — 19, по шкале А в точке ее переО сечения с визиром А — = + 28

5 повернув шкалу С до совпадения ее о конца с точкой = 28, читаем по шкале С с отсчетом по визиру В (отсчет Б ) «I » = + 22 ; повернув шкалу

С до точки 1« = — 19, читаем по шкале С с отсчетом по визиру А (отсчет А) 1» = 30,5

Пример 2.Дано Чб = 118, — -49 . Найти 6,1,1, »,, . Решение. Угол « находится во II четПОО верти (» = 118 — 90 == 28 в-« От

По таблице 1 в графе "II четв."

10 находим: знак вЂ, шкала А; знак вЂ, шкала В; знак +, отсчет А; знак вЂ, отсчет В.

1(ейстнуя аналогично, как в примере 1, устанавливаем с, = 28 : по шкале А устанавливаем с помощью визира А » = — 49 . Обнаруживаем что шкала С и визир А не пересекаются. Задача неразрешима, сочетание (== 118 и „ = -49 невыполнимо, так как выходит эа пределы области определения функции.

Пример 3. Дано 1»вв — 20, остальное как в примере 2. Решение °

Табличные данные те же, что в примере 2. По шкале А с помощью визира

А выставляем 1 „ = -20, поворачиная а шкалу С, совмещаем ее конец с делением 28 на шкале А, визир В перемещаем до совпадения с визиром А и шкалой С и читаем результаты, как в примере 1:

9 = 465, 1 = -40, Ф

+26, = -43

30

40

Пример 4. Дано 1» = -70, (I1 = +39 . Найти g,9, y (Реше"

««не ° По таблице в графе "III четв." находим: шкала В; знак +, шкала А;

50 знак +, отсчет В; отсчет А.

По шкале В визиром В выставляем — -70, совмещаем с этой точкой конец шкалы С, визиром А по шкале С

О выставляем » = +39, читаем по шкале А: 4« = +12,5, перемещаем шкалу

С до совпадения с = 12,5, чита1 ем, = +74, совмещаем шкалу С с пеО рекрестием, читаем 9 == 74 ««»<р — 13, «P = 180 + 13 = 193

Пример 5. Дано 6 = +22

-36 . Найти 6, (1», „,,1.

Ре«««ен««е. По таблице в графе "I четв. наход««м: » . шкала В; шкала А; знак вЂ, отсчет В; знак вЂ, отсчет А.

Аналогично выставляем визиры В

0 по «««кале В 4„ = +22, визиром А по о шкале А 1 «« = -36, шкалу С ставим о на перекрестие, читаем: «» = 57,5

9 = 44, »аш -27, « = -39

О

Пример 6. Дано » шв +30

-40 . Найти q, 6,1»в 1 . Решение. По таблице в графе "It четв." находим: знак вЂ, шкала А; знак вЂ, шкала В; отсчет А; отсчет В.

Ставим произвольно визиры А и В, чтобы перекрестие находилось посрео дине сектора, например (7 = 45 о

6 = 30 . Совместим конец шкалы С с точкой пересечения шкалы А и визира В, визиром А ставим на шкале С заданный крен 1 » вв 30, затем переводим конец шкалы С в точку пересечения шкалы А с визиром А и ставим визиром В на шкале С нторой заданный о крен («ф = -40, затем перенодим конец шкалы С снова в точку пересечения визира В со шкалой А, а визиром А ставим на шкале С первый крен

Π— +30, и т.дев пока значения крена 11 „= +30 и 11 = -40 не перестанут изменяться. я этого потребуется не более двух — трех повторений операции и при наличии некоторого навыка в работе с устройством, не более 5-6 с. Далее аналогично, как в предыдущих примерах, читаем: 8 = 45,5, P,< = 35, «Р = 90 + 35 = 125, 4» = -24, -36

Аналогичным образом выполняются ««ce остальные решения, н том числе двузначные.

Формула изобретения

Устройство для преобразования угловых координат, содержащее неподвижную пластину, н которой выпол13723 третью.

Шкала Угол

Отсчет, знак с 1 четв. !! четв. II! четв. IV четв.

7 нен 90-градусный секторный вырез, по дуге, ограничивающей который, нанесена градусная шкала, поворотную линейку, установленную на оси, которая совмещена с центром секторного выреза, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет вычисления тригонометрических фнукций, в него дополнительно введены два взаимно перпендикулярных визира, выполненных в в иде рейсшин, попе реч ные планки которых установлены в направляющих пазах, которые размещены параллельно сторонам секторного выреза, на поворотную линейку нанесена радиальная шкала, поворотная линейка и поперечные планки визиров снабжены ручками управления с первой по

l372334

Составитель 3.Шершнева

Редактор В.Данко Техред М. Ходанич Корректор М.Иароши

Заказ 484/4I Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектнан

Устройство для преобразования угловых координат Устройство для преобразования угловых координат Устройство для преобразования угловых координат Устройство для преобразования угловых координат Устройство для преобразования угловых координат Устройство для преобразования угловых координат 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналого-графической вычислительной технике и может быть использовано в качестве спецвычислителя в ультразвуковой дефектоскопии

Изобретение относится к вычислительным устройствам с ручным управлением, в частности для суммирования площадей проекций пор при расшифровке радиографических снимков сварных стыков трубопроводов

Изобретение относится к вычислительным устройствам и может быть использовано для измерения остойчивости корабля
Наверх