JP2001089072A - 姿勢制御装置 - Google Patents
姿勢制御装置Info
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- JP2001089072A JP2001089072A JP26380199A JP26380199A JP2001089072A JP 2001089072 A JP2001089072 A JP 2001089072A JP 26380199 A JP26380199 A JP 26380199A JP 26380199 A JP26380199 A JP 26380199A JP 2001089072 A JP2001089072 A JP 2001089072A
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- Japan
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- control device
- attitude
- attitude control
- angular velocity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小さな物体にも着脱することができる小型の
姿勢検出器を備えた姿勢制御装置を提供する。 【解決手段】 ケース92の内部には、軸線O3を中心
としてカメラ93を回動させるためのサーボモータ(回
動手段)96Cが備えられている。このほかにも軸線O
1を中心として回動させるモータ96Aがテーブル1の
上部に、軸線O2を中心として回動させるモータ96B
が脚部1cの外側にそれぞれ設けられている。97は上
記光ジャイロを3軸分搭載した角速度検出手段であり該
検出信号に基づき制御装置(制御手段)98は軸線O
1,O2,O3を中心として回動させるサーボモータを
駆動制御し、姿勢制御する。
姿勢検出器を備えた姿勢制御装置を提供する。 【解決手段】 ケース92の内部には、軸線O3を中心
としてカメラ93を回動させるためのサーボモータ(回
動手段)96Cが備えられている。このほかにも軸線O
1を中心として回動させるモータ96Aがテーブル1の
上部に、軸線O2を中心として回動させるモータ96B
が脚部1cの外側にそれぞれ設けられている。97は上
記光ジャイロを3軸分搭載した角速度検出手段であり該
検出信号に基づき制御装置(制御手段)98は軸線O
1,O2,O3を中心として回動させるサーボモータを
駆動制御し、姿勢制御する。
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、自らの動き又は対
象物の動きを角速度検出手段を設けて検出する手段を有
し、その情報に応じて駆動部の制御を行い該対象物の姿
勢を安定させる姿勢制御装置に関し、特に、角速度検出
手段に少なくとも一軸方向の角速度を検出できるように
設けられた光ジャイロ及びその制御回路を備えた姿勢制
御装置に関する。
象物の動きを角速度検出手段を設けて検出する手段を有
し、その情報に応じて駆動部の制御を行い該対象物の姿
勢を安定させる姿勢制御装置に関し、特に、角速度検出
手段に少なくとも一軸方向の角速度を検出できるように
設けられた光ジャイロ及びその制御回路を備えた姿勢制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、姿勢制御技術として各種センサに
て被対象物の挙動を検出しその結果に基づいて被対象物
を制御するという方法がとられている。
て被対象物の挙動を検出しその結果に基づいて被対象物
を制御するという方法がとられている。
【0003】図9(a)は、一例として、特開平7−2
52087号公報に開示された「吊荷等の姿勢制御装
置」の正面図であり、図9(b)はそのI−I断面図で
ある。図9(a)(b)に示すように、1は吊荷であっ
て、短いワイヤロープ2によってシャックル3を介して
吊治具4にこれと一体的に吊持されている。吊治具4は
シャックル5を介してワイヤロープ6により物上げ機械
のフック7に吊下されている。フック7は通常、鉛直軸
まわりに回動自在の構造となっている。吊治具4には、
吊荷1の大地に対する方位を検出するための姿勢検出用
ジャイロを用いた姿勢検出器8と、吊荷1の希望姿勢を
設定する設定器8aと、姿勢検出器8と設定器8aとの
信号に基づき後述のコマ型駆動部用モータ15と傾動用
モータ19との回転を制御する制御装置45と、コマ型
駆動部10を主要な構成要素とする姿勢制御部9とが構
成される。
52087号公報に開示された「吊荷等の姿勢制御装
置」の正面図であり、図9(b)はそのI−I断面図で
ある。図9(a)(b)に示すように、1は吊荷であっ
て、短いワイヤロープ2によってシャックル3を介して
吊治具4にこれと一体的に吊持されている。吊治具4は
シャックル5を介してワイヤロープ6により物上げ機械
のフック7に吊下されている。フック7は通常、鉛直軸
まわりに回動自在の構造となっている。吊治具4には、
吊荷1の大地に対する方位を検出するための姿勢検出用
ジャイロを用いた姿勢検出器8と、吊荷1の希望姿勢を
設定する設定器8aと、姿勢検出器8と設定器8aとの
信号に基づき後述のコマ型駆動部用モータ15と傾動用
モータ19との回転を制御する制御装置45と、コマ型
駆動部10を主要な構成要素とする姿勢制御部9とが構
成される。
【0004】姿勢検出器8には公知のジャイロスコープ
又はジャイロコンパスを用いて、吊治具4の鉛直軸まわ
りの大地に対する方位を検出するようにしている。
又はジャイロコンパスを用いて、吊治具4の鉛直軸まわ
りの大地に対する方位を検出するようにしている。
【0005】10は十分な重量をもつコマ型駆動部であ
って、車(フライホイール)10aが正確にその重心位
置において回転軸10bに固着されており、回転軸10
bはその両端において回転自在に軸受11に支承された
構成となっていて、車10aと回転軸10bとでコマ型
駆動部10が構成される。12は、軸受11を挟持する
ごとく固定した円板であって、同形のものが2個対向し
ており、一方の円板12にはその円周に沿って環状のラ
ック13が取付けられている。さらにこの円板12はそ
の中心軸において軸受14を介して吊治具4に回動自在
に取付けられている。つまり、コマ型駆動部10はそれ
自身の回転軸10bを除けば前記軸受14に関する1次
の自由度のみをもって吊治具4と連結されている。
って、車(フライホイール)10aが正確にその重心位
置において回転軸10bに固着されており、回転軸10
bはその両端において回転自在に軸受11に支承された
構成となっていて、車10aと回転軸10bとでコマ型
駆動部10が構成される。12は、軸受11を挟持する
ごとく固定した円板であって、同形のものが2個対向し
ており、一方の円板12にはその円周に沿って環状のラ
ック13が取付けられている。さらにこの円板12はそ
の中心軸において軸受14を介して吊治具4に回動自在
に取付けられている。つまり、コマ型駆動部10はそれ
自身の回転軸10bを除けば前記軸受14に関する1次
の自由度のみをもって吊治具4と連結されている。
【0006】15はコマ型駆動部10を回転させるため
のコマ型駆動部用モータであって、円板12に取付けら
れている。16はコマ型駆動部用モータ15側のスプロ
ケット、17はコマ型駆動部の回転軸10bに固定され
たスプロケット、18はモータ15の回転を伝えるため
に両スプロケットに巻掛けたチェーンである。
のコマ型駆動部用モータであって、円板12に取付けら
れている。16はコマ型駆動部用モータ15側のスプロ
ケット、17はコマ型駆動部の回転軸10bに固定され
たスプロケット、18はモータ15の回転を伝えるため
に両スプロケットに巻掛けたチェーンである。
【0007】19は吊治具4に取付けられた傾動用モー
タであって、その回転軸には前記環状のラック13と噛
合するピニオン20が取付けられている。
タであって、その回転軸には前記環状のラック13と噛
合するピニオン20が取付けられている。
【0008】図10は、上記姿勢制御装置の斜視図であ
る。コマ型駆動部用モータ15と傾動用モータ19とを
有する姿勢制御部9が左右に一つづつ図示されている
が、2個とは限らず所要トルクに応じた数を装着しても
よい。10L,10Rは何れも同じコマ型駆動部10を
有する姿勢制御部9を示すもので、吊治具4の一方側を
L、他方側をRとして表示上、区別したものである。コ
マ型駆動部10Lは軸23Lまわりに矢印イ方向から見
て時計まわりに回転し、コマ型駆動部10Rは軸23R
まわりに矢印ニ方向から見て時計まわりに回転している
とき、コマ型駆動部10Lを軸22Lまわりに矢印ロ方
向から見て時計まわりにある角度だけ回動させ、また同
時にコマ型駆動部10Rを軸22Rまわりに矢印ホ方向
から見て反時計まわりにコマ型駆動部10Lと同じ角度
だけ回動させる。
る。コマ型駆動部用モータ15と傾動用モータ19とを
有する姿勢制御部9が左右に一つづつ図示されている
が、2個とは限らず所要トルクに応じた数を装着しても
よい。10L,10Rは何れも同じコマ型駆動部10を
有する姿勢制御部9を示すもので、吊治具4の一方側を
L、他方側をRとして表示上、区別したものである。コ
マ型駆動部10Lは軸23Lまわりに矢印イ方向から見
て時計まわりに回転し、コマ型駆動部10Rは軸23R
まわりに矢印ニ方向から見て時計まわりに回転している
とき、コマ型駆動部10Lを軸22Lまわりに矢印ロ方
向から見て時計まわりにある角度だけ回動させ、また同
時にコマ型駆動部10Rを軸22Rまわりに矢印ホ方向
から見て反時計まわりにコマ型駆動部10Lと同じ角度
だけ回動させる。
【0009】すなわち、軸22Lまわりの回動と軸22
Rまわりの回動とを同量かつ逆向きにすることにより、
コマ型駆動部10L,10Rを軸22L及び22Rまわ
りに回動するときの反作用のモーメントを吊治具4全体
として打消し合うようにする。そしてこのように回動さ
せられたコマ型駆動部10L,10Rは、その角運動量
を保存しようとして軸21L,21Rのまわりに矢印
ハ,ヘ方向から見て反時計まわりに回動しようとするト
ルクを発生する。
Rまわりの回動とを同量かつ逆向きにすることにより、
コマ型駆動部10L,10Rを軸22L及び22Rまわ
りに回動するときの反作用のモーメントを吊治具4全体
として打消し合うようにする。そしてこのように回動さ
せられたコマ型駆動部10L,10Rは、その角運動量
を保存しようとして軸21L,21Rのまわりに矢印
ハ,ヘ方向から見て反時計まわりに回動しようとするト
ルクを発生する。
【0010】このトルクは円板12の軸受14を介して
吊治具4に伝わり、吊治具4は軸24のまわりに矢印方
向から見て反時計まわりに回動する。そして、傾動用モ
ータ19によって、コマ型駆動部10の回転軸を傾動す
ることをやめると、吊治具4に発生していたトルクの発
生はなくなり、吊治具4及び吊荷の回動が止まり、希望
する方向に吊荷を向けることができる。また、吊治具4
の軸24まわりの回動を逆向きにするには、軸23L,
23Rのまわりのコマ型駆動部10L,10Rの回転方
向を逆にするか、あるいは軸22L,22Rのまわりの
回動方向を逆にすればよい。
吊治具4に伝わり、吊治具4は軸24のまわりに矢印方
向から見て反時計まわりに回動する。そして、傾動用モ
ータ19によって、コマ型駆動部10の回転軸を傾動す
ることをやめると、吊治具4に発生していたトルクの発
生はなくなり、吊治具4及び吊荷の回動が止まり、希望
する方向に吊荷を向けることができる。また、吊治具4
の軸24まわりの回動を逆向きにするには、軸23L,
23Rのまわりのコマ型駆動部10L,10Rの回転方
向を逆にするか、あるいは軸22L,22Rのまわりの
回動方向を逆にすればよい。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
姿勢制御装置を小型化しようとした場合、姿勢検出器で
あるジャイロセンサの大きさが大きいためスペースが取
れず小型化することが困難である。特にハンディタイプ
のような着脱可能なものという用途が増えており、この
ようなものではどのような対象物に取り付けられるか決
まっていないため専用の形状に設計することもできず取
り付けることができないという問題点が生じていた。
姿勢制御装置を小型化しようとした場合、姿勢検出器で
あるジャイロセンサの大きさが大きいためスペースが取
れず小型化することが困難である。特にハンディタイプ
のような着脱可能なものという用途が増えており、この
ようなものではどのような対象物に取り付けられるか決
まっていないため専用の形状に設計することもできず取
り付けることができないという問題点が生じていた。
【0012】そこで、本発明は、小さな物体にも着脱す
ることができる小型の姿勢検出器を備えた姿勢制御装置
を提供することを課題としている。
ることができる小型の姿勢検出器を備えた姿勢制御装置
を提供することを課題としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、物体の角速度を検出する角速度検出手段
と、前記角速度に基づいて前記物体の運動を求める運動
解析手段と、前記運動に応じて前記物体の姿勢を安定さ
せる姿勢安定手段とを含む姿勢制御装置であって、前記
角速度検出手段は、一軸以上の方向の角速度を検出する
光ジャイロと、前記光ジャイロを制御する制御回路を備
えている。
めの本発明は、物体の角速度を検出する角速度検出手段
と、前記角速度に基づいて前記物体の運動を求める運動
解析手段と、前記運動に応じて前記物体の姿勢を安定さ
せる姿勢安定手段とを含む姿勢制御装置であって、前記
角速度検出手段は、一軸以上の方向の角速度を検出する
光ジャイロと、前記光ジャイロを制御する制御回路を備
えている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【0015】(第1の実施形態)図1は、本発明の姿勢
制御出装置に用いる光ジャイロの一例の平面図であり、
図1(b)は、そのAA’断面図である。201はリン
グ共振器型半導体レーザー、202は光導波路の非対称
テーパー部、203a、203b、203c、203d
は全反射ミラー部、230はアノード、240は電気端
子、250はキャップ層、260はクラッド層、270
は光ガイド層、280は活性層、290は光ガイド層、
340は半導体基板、350はカソード、200は反時
計回りのレーザー光、210は時計回りのレーザー光で
ある。リング共振型半導体レーザー201内においてレ
ーザー発振を生じさせてあり、時計回転方向に伝搬する
レーザー光210と、反時計回転方向に伝搬するレーザ
ー光200が示されている。
制御出装置に用いる光ジャイロの一例の平面図であり、
図1(b)は、そのAA’断面図である。201はリン
グ共振器型半導体レーザー、202は光導波路の非対称
テーパー部、203a、203b、203c、203d
は全反射ミラー部、230はアノード、240は電気端
子、250はキャップ層、260はクラッド層、270
は光ガイド層、280は活性層、290は光ガイド層、
340は半導体基板、350はカソード、200は反時
計回りのレーザー光、210は時計回りのレーザー光で
ある。リング共振型半導体レーザー201内においてレ
ーザー発振を生じさせてあり、時計回転方向に伝搬する
レーザー光210と、反時計回転方向に伝搬するレーザ
ー光200が示されている。
【0016】非対称テーパー部202は、反時計回りレ
ーザー光200と、時計回りレーザー光210に対する
ミラー損を異ならせて、それぞれのレーザー発振閾値を
異ならせるために設ける。
ーザー光200と、時計回りレーザー光210に対する
ミラー損を異ならせて、それぞれのレーザー発振閾値を
異ならせるために設ける。
【0017】又、全反射ミラー部203a、203b、
203c、203dによって、全反射を受けるモード
は、他のモードに比べて発振閾値が小さくなり、低注入
レベルで発振が開始する。しかも、他のモードの発振は
抑制される。
203c、203dによって、全反射を受けるモード
は、他のモードに比べて発振閾値が小さくなり、低注入
レベルで発振が開始する。しかも、他のモードの発振は
抑制される。
【0018】この状態で、リングレーザーを時計回りに
回転させると、時計回りレーザー光210の発振周波数
f1はΔf減少する。一方、反時計回りレーザー光20
0の発振周波数f2はΔf増加する。従って、レーザー
光の発振周波数の差のビート周波数が発生するので、こ
のビート周波数を検出することによって物体の角速度が
検出される。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が1対1に対応し
ているので、回転方向の検知も可能である。
回転させると、時計回りレーザー光210の発振周波数
f1はΔf減少する。一方、反時計回りレーザー光20
0の発振周波数f2はΔf増加する。従って、レーザー
光の発振周波数の差のビート周波数が発生するので、こ
のビート周波数を検出することによって物体の角速度が
検出される。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が1対1に対応し
ているので、回転方向の検知も可能である。
【0019】リング共振型半導体レーザー201を定電
流駆動して、端子電圧の変化を測定すればビート周波数
を検出することができる。又、もし定電圧駆動であれ
ば、端子に流れる電流の変化を検出してもよい。又、イ
ンピーダンスメーターを用いて、リングレーザー201
のインピーダンスの変化を検出してもよい。
流駆動して、端子電圧の変化を測定すればビート周波数
を検出することができる。又、もし定電圧駆動であれ
ば、端子に流れる電流の変化を検出してもよい。又、イ
ンピーダンスメーターを用いて、リングレーザー201
のインピーダンスの変化を検出してもよい。
【0020】図2(a)は、周波数−電圧変換回路(F
V変換回路)500を電気端子240に接続する場合の
ビート信号入力と角速度出力との関係を説明するための
配線図である。
V変換回路)500を電気端子240に接続する場合の
ビート信号入力と角速度出力との関係を説明するための
配線図である。
【0021】光ジャイロのリングレーザー駆動電流は、
抵抗を介して、電流源3から注入される。光ジャイロが
静止した状態でも、光ジャイロの中の2つのレーザー光
の発振周波数の差に相当するビート信号が端子電圧の変
化として得られる。さらに、光ジャイロを回転させる
と、回転の角速度に応じたビート信号が現れる。このビ
ート信号を周波数−電圧変換回路(FV変換回路)50
0を通すことによって、ビート周波数を電圧値に直すこ
とができる。たとえば、オフセットを調整して、光ジャ
イロが静止している時の周波数−電圧変換回路(FV変
換回路)500の電圧出力をゼロとすると、周波数−電
圧変換回路(FV変換回路)500の出力の正負によっ
て、回転方向を検出することができる。
抵抗を介して、電流源3から注入される。光ジャイロが
静止した状態でも、光ジャイロの中の2つのレーザー光
の発振周波数の差に相当するビート信号が端子電圧の変
化として得られる。さらに、光ジャイロを回転させる
と、回転の角速度に応じたビート信号が現れる。このビ
ート信号を周波数−電圧変換回路(FV変換回路)50
0を通すことによって、ビート周波数を電圧値に直すこ
とができる。たとえば、オフセットを調整して、光ジャ
イロが静止している時の周波数−電圧変換回路(FV変
換回路)500の電圧出力をゼロとすると、周波数−電
圧変換回路(FV変換回路)500の出力の正負によっ
て、回転方向を検出することができる。
【0022】図2(b)は、周波数−電圧変換回路(F
V変換回路)500の一例の回路図である。この回路
は、トランジスター、ダイオード、コンデンサー、抵抗
で構成されている。更に、C2 >>C1 ,R0 C2 f<
1とすれば、出力電圧VC2はEiC1R0fとなり、ビ
ート周波数fに比例した電圧出力を得る。ここでは、F-
V変換器を用いてアナログ信号として検出しているが、
ビート信号をカウンタ等を用いて直接デジタル信号とし
て取り出し演算回路で演算し角速度を検出する方法もあ
る。
V変換回路)500の一例の回路図である。この回路
は、トランジスター、ダイオード、コンデンサー、抵抗
で構成されている。更に、C2 >>C1 ,R0 C2 f<
1とすれば、出力電圧VC2はEiC1R0fとなり、ビ
ート周波数fに比例した電圧出力を得る。ここでは、F-
V変換器を用いてアナログ信号として検出しているが、
ビート信号をカウンタ等を用いて直接デジタル信号とし
て取り出し演算回路で演算し角速度を検出する方法もあ
る。
【0023】図3は、光ジャイロとともに制御回路を実
装した光ジャイロユニットの斜視図である。光ジャイロ
61がユニット60のパッケージの一部に配置されてい
る。また、光ジャイロ61の隣に制御回路62も配置さ
れている。このパッケージは特に密閉される必要はない
が、密封しておいた方が振動の影響などを受けないので
密封できる形となっている。このパッケージから内部の
信号を取り出す電極は複数あり、そのうちの二つ63,
64を例示してある。
装した光ジャイロユニットの斜視図である。光ジャイロ
61がユニット60のパッケージの一部に配置されてい
る。また、光ジャイロ61の隣に制御回路62も配置さ
れている。このパッケージは特に密閉される必要はない
が、密封しておいた方が振動の影響などを受けないので
密封できる形となっている。このパッケージから内部の
信号を取り出す電極は複数あり、そのうちの二つ63,
64を例示してある。
【0024】図4は、光ジャイロを搭載した本発明の姿
勢制御装置の斜視図である。314は吊り荷でありワイ
ヤーロープ324によってフック334に吊り下げられ
ており、この状態でフック334は軸344まわりに回
動自在となっている。
勢制御装置の斜視図である。314は吊り荷でありワイ
ヤーロープ324によってフック334に吊り下げられ
ており、この状態でフック334は軸344まわりに回
動自在となっている。
【0025】従来の姿勢制御装置では、姿勢検出器8及
び制御装置45の大きさが大きいため吊り治具自身が大
きくなっていたが、本発明の姿勢制御装置では姿勢検出
器とその制御回路を1つにまとめた姿勢検出ユニット3
04が設けられている。また、姿勢制御装置354は吊
り荷の上に直接配置されている。吊り荷314の上に設
けられた姿勢制御装置354は従来例と同じように吊り
荷の傾き方向を検出し、目標となる方向に姿勢を保つた
めにコマ型駆動部を駆動させる。このように従来は大き
さが大きく姿勢制御装置自身が吊り荷と同じ程度の大き
さであったのに対し、吊り荷に対し十分小さくなってい
る。そのため吊り荷の上に直接配置することもできる。
び制御装置45の大きさが大きいため吊り治具自身が大
きくなっていたが、本発明の姿勢制御装置では姿勢検出
器とその制御回路を1つにまとめた姿勢検出ユニット3
04が設けられている。また、姿勢制御装置354は吊
り荷の上に直接配置されている。吊り荷314の上に設
けられた姿勢制御装置354は従来例と同じように吊り
荷の傾き方向を検出し、目標となる方向に姿勢を保つた
めにコマ型駆動部を駆動させる。このように従来は大き
さが大きく姿勢制御装置自身が吊り荷と同じ程度の大き
さであったのに対し、吊り荷に対し十分小さくなってい
る。そのため吊り荷の上に直接配置することもできる。
【0026】姿勢検出ユニット304は小型であるた
め、1軸に限らず3軸分のユニットを設置してより高度
な姿勢制御を行わせてもよい。
め、1軸に限らず3軸分のユニットを設置してより高度
な姿勢制御を行わせてもよい。
【0027】(第2の実施形態)図5は、光ジャイロを
搭載した別の姿勢制御装置の概念図を示す。姿勢制御装
置354自身は実施形態1と同じであるが、姿勢制御装
置354を吊り荷の上ではなく吊り荷314とフック3
34との間のワイヤー324に配置する形となってい
る。実施形態1では吊り荷が変わる度に吊り荷の上に姿
勢制御装置354を設置しなければならなかったが吊り
荷314とフック334との間のワイヤー324に配置
するようにしたため、吊り荷を取り付ける毎に姿勢制御
装置354を取り付けなくても良くなり取り扱いが楽に
なる。
搭載した別の姿勢制御装置の概念図を示す。姿勢制御装
置354自身は実施形態1と同じであるが、姿勢制御装
置354を吊り荷の上ではなく吊り荷314とフック3
34との間のワイヤー324に配置する形となってい
る。実施形態1では吊り荷が変わる度に吊り荷の上に姿
勢制御装置354を設置しなければならなかったが吊り
荷314とフック334との間のワイヤー324に配置
するようにしたため、吊り荷を取り付ける毎に姿勢制御
装置354を取り付けなくても良くなり取り扱いが楽に
なる。
【0028】本実施形態では吊り荷314とフック33
4との間のワイヤー324に姿勢制御装置を設けたが、
姿勢検出器が小さくなることにより、例えばフックに姿
勢検出部を内蔵しフック自身を回転させ吊り荷の姿勢制
御をするなどの方法も考えることが可能となる。
4との間のワイヤー324に姿勢制御装置を設けたが、
姿勢検出器が小さくなることにより、例えばフックに姿
勢検出部を内蔵しフック自身を回転させ吊り荷の姿勢制
御をするなどの方法も考えることが可能となる。
【0029】(第3の実施形態)図6は、本発明の姿勢
制御装置を飛翔体の姿勢制御に応用する場合のロール軸
回りの制御を説明するための飛翔体の平面図である。飛
翔体41の胴体41a内には、ジャイロ42と固体ロケ
ットブースタ43と流量調節弁456と演算記憶処理部
46とが設けられている。また、左右の主翼41b下面
に5つの左,右第1排出口44a,44bがそれぞれ設
けられている。ジャイロ42は姿勢検出器であり、飛翔
体41の姿勢が変化すると検出信号を演算記憶処理部4
6へ送る。固体ロケットブースタ43は推進用ジェット
発生部であって、ジェット流体を流路43aを通して第
1排出口44に供給する。
制御装置を飛翔体の姿勢制御に応用する場合のロール軸
回りの制御を説明するための飛翔体の平面図である。飛
翔体41の胴体41a内には、ジャイロ42と固体ロケ
ットブースタ43と流量調節弁456と演算記憶処理部
46とが設けられている。また、左右の主翼41b下面
に5つの左,右第1排出口44a,44bがそれぞれ設
けられている。ジャイロ42は姿勢検出器であり、飛翔
体41の姿勢が変化すると検出信号を演算記憶処理部4
6へ送る。固体ロケットブースタ43は推進用ジェット
発生部であって、ジェット流体を流路43aを通して第
1排出口44に供給する。
【0030】なお、他のガスタービンなどのエンジンを
固体ロケットブースタ43の代わりに使用してもよい。
左,右第1排出口44a,44bは、左右の主翼41b
からジェット流体を排出して飛翔体41のロール軸回り
の制御を可能とする。
固体ロケットブースタ43の代わりに使用してもよい。
左,右第1排出口44a,44bは、左右の主翼41b
からジェット流体を排出して飛翔体41のロール軸回り
の制御を可能とする。
【0031】流量調節弁456は、第1排出口44と固
体ロケットブースタ43との間の流路43aに設けら
れ、演算記憶処理部46からの制御信号によって、ジェ
ット流体の第1排出口44への流量と圧力を調節する。
体ロケットブースタ43との間の流路43aに設けら
れ、演算記憶処理部46からの制御信号によって、ジェ
ット流体の第1排出口44への流量と圧力を調節する。
【0032】演算記憶処理部46は、検出信号を入力
し、記憶されている所定のプログラムにしたがって演算
処理や記憶処理を行って制御信号を出力し、この制御信
号に基づいて流量調節弁456に必要な動作をさせる。
し、記憶されている所定のプログラムにしたがって演算
処理や記憶処理を行って制御信号を出力し、この制御信
号に基づいて流量調節弁456に必要な動作をさせる。
【0033】このような排出流量制御型の飛翔体装置で
ジャイロ42には上記光ジャイロが用いられている。上
記飛翔体は通常の飛行機のほかに無人飛行機などの小型
であるものの場合が多い。このような飛翔体においては
姿勢検出器であるジャイロの大きさは小さくする必要が
ある。光ジャイロを用いることでジャイロの大きさを小
さくすることが可能となり上記問題を解決することがで
きる。また、小型である振動ジャイロに比べ光ジャイロ
は振動に対して強いため飛翔体などに設置するのに適し
ている。
ジャイロ42には上記光ジャイロが用いられている。上
記飛翔体は通常の飛行機のほかに無人飛行機などの小型
であるものの場合が多い。このような飛翔体においては
姿勢検出器であるジャイロの大きさは小さくする必要が
ある。光ジャイロを用いることでジャイロの大きさを小
さくすることが可能となり上記問題を解決することがで
きる。また、小型である振動ジャイロに比べ光ジャイロ
は振動に対して強いため飛翔体などに設置するのに適し
ている。
【0034】(第4の実施形態)図7は、本発明の姿勢
制御装置を搭載した全没型水中翼船の概念図である。船
体70の前部には水中翼としての前部フィン71が船体
底壁から下方へ延びて設けられた取付脚72に支持され
て前部フィンスタビライザ74を形成し、船体後部には
後部フィン75が同じく取付脚76に支持されて後部フ
ィンスタビライザ77を形成している。前部フィン71
には駆動装置73が付設されてその取付角を変化可能に
構成されている。
制御装置を搭載した全没型水中翼船の概念図である。船
体70の前部には水中翼としての前部フィン71が船体
底壁から下方へ延びて設けられた取付脚72に支持され
て前部フィンスタビライザ74を形成し、船体後部には
後部フィン75が同じく取付脚76に支持されて後部フ
ィンスタビライザ77を形成している。前部フィン71
には駆動装置73が付設されてその取付角を変化可能に
構成されている。
【0035】駆動装置73は演算制御装置80から指令
された取付角となるように前部フィン71を駆動する。
演算制御装置80には、船体70に設置されたジャイロ
センサ84、加速度センサ85、高度センサ86ならび
に波浪レーダ83からの測定信号が入力される。ジャイ
ロセンサ84は船体70の略中央部に設置され、船体の
ピッチングならびにローリング信号を出力する。加速度
センサ85は船首部に配置され、船首の上下加速度信号
を出力する。また、高度センサ86も船首部に位置し
て、水面までの高さhを測定した高さ信号を出力する。
された取付角となるように前部フィン71を駆動する。
演算制御装置80には、船体70に設置されたジャイロ
センサ84、加速度センサ85、高度センサ86ならび
に波浪レーダ83からの測定信号が入力される。ジャイ
ロセンサ84は船体70の略中央部に設置され、船体の
ピッチングならびにローリング信号を出力する。加速度
センサ85は船首部に配置され、船首の上下加速度信号
を出力する。また、高度センサ86も船首部に位置し
て、水面までの高さhを測定した高さ信号を出力する。
【0036】そして、波浪レーダ83は波浪の進行方
向、すなわち自船に対して向かい波か追い波かを検出し
その速度を測定する。
向、すなわち自船に対して向かい波か追い波かを検出し
その速度を測定する。
【0037】本実施形態は以上のように構成され、波浪
レーダで波浪の向きとその速度を測定するとともに、加
速度センサ、高度センサ等により波高を求め、船首が空
中に露出しない条件を満足しつつ船体のピッチングなど
の動揺を低減するためフィンの迎え角を最適に制御する
ように演算を行い、この結果に基づいて水中翼としての
フィンの取付角を制御駆動するものとしたので、船舶の
航行環境に応じて最適の姿勢制御が確保され、ブローチ
ング等による転覆のおそれや大きな沈下も防止され、乗
り心地が格段に向上する。
レーダで波浪の向きとその速度を測定するとともに、加
速度センサ、高度センサ等により波高を求め、船首が空
中に露出しない条件を満足しつつ船体のピッチングなど
の動揺を低減するためフィンの迎え角を最適に制御する
ように演算を行い、この結果に基づいて水中翼としての
フィンの取付角を制御駆動するものとしたので、船舶の
航行環境に応じて最適の姿勢制御が確保され、ブローチ
ング等による転覆のおそれや大きな沈下も防止され、乗
り心地が格段に向上する。
【0038】このような船舶の姿勢制御装置において本
実施形態ではジャイロセンサ84上に上記光ジャイロを
用いている。
実施形態ではジャイロセンサ84上に上記光ジャイロを
用いている。
【0039】上記説明からもわかるように船舶の姿勢制
御をするためには多くのセンサを搭載する必要があり、
大きなスペースを必要とする。このような姿勢制御装置
は大型の船以外に小型の船にも使用する場合が増えてい
る。そのような場合センサの大きさが大きく小型の船に
設置することが困難であった。しかし、ジャイロセンサ
に光ジャイロを用いることで小型化が可能となり小型の
船にも設置することが可能となった。
御をするためには多くのセンサを搭載する必要があり、
大きなスペースを必要とする。このような姿勢制御装置
は大型の船以外に小型の船にも使用する場合が増えてい
る。そのような場合センサの大きさが大きく小型の船に
設置することが困難であった。しかし、ジャイロセンサ
に光ジャイロを用いることで小型化が可能となり小型の
船にも設置することが可能となった。
【0040】(第5の実施形態)図8は、競技用ヨット
等の揺れ動く物体に設置されたカメラの姿勢を制御する
ための本発明の姿勢制御装置の動作を説明するための斜
視図である。91は、競技用ヨットのデッキ上に設置可
能なカメラ雲台であり、その基台1Aの上部には、上下
方向の軸線O1を中心として旋回可能なテーブル1Bが
備えられ、さらに、そのテーブル1B上の左右の脚部9
1C,91Dの間に、軸線O1と直交する水平の軸線O
2を中心として回動可能なカメラケース(装置本体)9
2が支持されている。そして、ケース92の内部にカメ
ラ93が内蔵されている。カメラ93は、そのレンズ9
3Aの中心軸線(光軸)O3がO2と直交し、かつ前後
のベアリング(支持手段)94,95によってケース9
2の内部に支持されて軸線O3を中心として回動自在と
されている。Pは、それぞれの軸線O1,O2,O3の
交点を示す。
等の揺れ動く物体に設置されたカメラの姿勢を制御する
ための本発明の姿勢制御装置の動作を説明するための斜
視図である。91は、競技用ヨットのデッキ上に設置可
能なカメラ雲台であり、その基台1Aの上部には、上下
方向の軸線O1を中心として旋回可能なテーブル1Bが
備えられ、さらに、そのテーブル1B上の左右の脚部9
1C,91Dの間に、軸線O1と直交する水平の軸線O
2を中心として回動可能なカメラケース(装置本体)9
2が支持されている。そして、ケース92の内部にカメ
ラ93が内蔵されている。カメラ93は、そのレンズ9
3Aの中心軸線(光軸)O3がO2と直交し、かつ前後
のベアリング(支持手段)94,95によってケース9
2の内部に支持されて軸線O3を中心として回動自在と
されている。Pは、それぞれの軸線O1,O2,O3の
交点を示す。
【0041】ケース92の内部には、軸線O3を中心と
してカメラ93を回動させるためのサーボモータ(回動
手段)96Cが備えられている。このサーボモータ96
Cは、ケース92に固定されている。また、このほかに
も軸線O1を中心として回動させるモータ96Aがテー
ブル1の上部に、軸線O2を中心として回動させるモー
タ96Bが脚部1cの外側にそれぞれ設けられている。
してカメラ93を回動させるためのサーボモータ(回動
手段)96Cが備えられている。このサーボモータ96
Cは、ケース92に固定されている。また、このほかに
も軸線O1を中心として回動させるモータ96Aがテー
ブル1の上部に、軸線O2を中心として回動させるモー
タ96Bが脚部1cの外側にそれぞれ設けられている。
【0042】97は上記光ジャイロを3軸分搭載した角
速度検出手段であり該検出信号に基づき制御装置(制御
手段)98は軸線O1,O2,O3を中心として回動さ
せるサーボモータを駆動制御し、姿勢制御する。従来、
このようなカメラの姿勢制御装置では傾きを検出するセ
ンサであるジャイロの大きさが大きいため装置を小型に
することが困難であったが、上記光ジャイロを用いるこ
とにより角速度検出手段の大きさを小さくすることがで
きるので、装置自身も小さくすることができる。
速度検出手段であり該検出信号に基づき制御装置(制御
手段)98は軸線O1,O2,O3を中心として回動さ
せるサーボモータを駆動制御し、姿勢制御する。従来、
このようなカメラの姿勢制御装置では傾きを検出するセ
ンサであるジャイロの大きさが大きいため装置を小型に
することが困難であったが、上記光ジャイロを用いるこ
とにより角速度検出手段の大きさを小さくすることがで
きるので、装置自身も小さくすることができる。
【0043】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、自らの動
き又は対象物の動きを角速度検出手段を用いて検出し、
その姿勢を安定に保つように制御する姿勢制御装置を構
成する角速度センサに該光ジャイロを用いることにより
装置の大きさを小型にすることができる。また、それに
付随してスペースが無くて1軸しか検出できなかった物
を3軸にすることや配線を容易な形にすることもでき
る。
き又は対象物の動きを角速度検出手段を用いて検出し、
その姿勢を安定に保つように制御する姿勢制御装置を構
成する角速度センサに該光ジャイロを用いることにより
装置の大きさを小型にすることができる。また、それに
付随してスペースが無くて1軸しか検出できなかった物
を3軸にすることや配線を容易な形にすることもでき
る。
【図1】本発明の姿勢制御装置に用いる光ジャイロの一
例の平面図
例の平面図
【図2】電気端子に接続する変換回路の一例の回路図
【図3】光ジャイロとともに制御回路を実装した光ジャ
イロニットの斜視図
イロニットの斜視図
【図4】本発明の姿勢制御装置の斜視図
【図5】本発明の別の姿勢制御装置の斜視図
【図6】本発明の姿勢制御装置を搭載した飛翔体の平面
図
図
【図7】本発明の姿勢制御装置を搭載した全没型水中翼
船の平面図
船の平面図
【図8】本発明の姿勢制御装置を取り付けたカメラ及び
これを掲置するカメラ雲台の斜視図
これを掲置するカメラ雲台の斜視図
【図9】従来の吊り荷の姿勢制御装置部の正面図及び断
面図
面図
【図10】従来の吊り荷の姿勢制御装置部の斜視図
1 吊り荷 2,6 ワイヤーロープ 3,5 ジャックル 4 吊り治具 7 フック 8 姿勢検出器 9 姿勢制御部 10 コマ型駆動部 11 軸受 12 円盤 13 ラック 14 軸受 15 コマ型駆動部用モータ 16,17 スプロケット 18 チェーン 19 傾動用モータ 20 ピニオン 45 制御装置 304 姿勢検出ユニット 314 吊り荷 324 ワイヤーロープ 334 フック 344 軸 354 姿勢制御装置 41 飛翔体 42 ジャイロ 43 ロケットブースター 44 排出口 456 流量調節弁 46 演算記憶処理部 60 ユニット 61 デバイス部 62 周辺回路 63〜66 電極 70 船体 71,75 フィン 74,77 フィンスタビライザ 72,76 取付脚 73 駆動装置 80 演算制御装置 83 波浪レーダ 84 ジャイロセンサ 85 加速度センサ 86 高度センサ 91 雲台 92 ケース 93 カメラ 94,95 ベアリング 96 回動手段 97 角速度検出手段 98 制御装置 200,210 レーザー光 201 導波路 202 非対称テーパー部 203a、203b、203c、203d 全反射ミラ
ー 500 変換回路
ー 500 変換回路
Claims (13)
- 【請求項1】 物体の角速度を検出する角速度検出手段
と、前記角速度に基づいて前記物体の運動を求める運動
解析手段と、前記運動に応じて前記物体の姿勢を安定さ
せる姿勢安定手段とを含む姿勢制御装置であって、 前記角速度検出手段は、一軸以上の方向の角速度を検出
する光ジャイロと、前記光ジャイロを制御する制御回路
を備えたことを特徴とする姿勢制御装置。 - 【請求項2】 前記光ジャイロは、互いに発振波長が異
なり、光導波路内を互いに反対方向に周回する2つのレ
ーザー光を発生するリングレーザーと、前記リングレー
ザーの電流、電圧又はインピーダンスの変化を検出する
手段とを備えるものであることを特徴とする請求項1記
載の姿勢制御装置。 - 【請求項3】 前記光ジャイロは、光導波路の1又は2
以上の個所にテーパー部を設けたリングレーザーと、前
記リングレーザーの電流、電圧又はインピーダンスの変
化を検出するための電気端子とを備えた光ジャイロであ
って、 前記テーパー部は、レーザー光の伝搬方向に沿って徐々
に光導波路の幅が広くなる第1の部分と、レーザー光の
伝搬方向に沿って徐々に光導波路の幅が狭くなる第2の
部分とからなり、 前記第1及び第2の部分の形状は、レーザー光の伝搬方
向に垂直な面に対して非対称であることを特徴とする請
求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項4】 前記光ジャイロは、前記電気端子に接続
された変換回路を備え、前記変換回路の出力に基づい
て、前記リングレーザーの角速度を検出することを特徴
とする請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項5】 前記光ジャイロの光導波路は、全反射面
を持つことを特徴とする請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項6】 前記姿勢安定手段は、吊り荷の姿勢を所
望の姿勢に安定させることを特徴とする請求項1記載の
姿勢制御装置。 - 【請求項7】 前記姿勢安定手段は、前記物体に加わる
モーメントを打ち消すためのモータを含むことを特徴と
する請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項8】 前記姿勢制御装置を一体化し、前記物体
に固定することを特徴とする請求項1記載の姿勢制御装
置。 - 【請求項9】 前記姿勢制御装置は取り付けられる対象
物によらず対象物の姿勢が制御できる位置に設置されて
いることを特徴とする請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項10】 前記姿勢安定手段は、気流を用い、そ
の流量を制御することで前記物体の姿勢を安定に保つこ
とを特徴とする請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項11】 加速度センサ、高度センサ、及び波浪
レーダを更に備え、前記加速度センサ、高度センサ、及
び波浪レーダの出力に基づいて前記物体の運動を求める
ことを特徴とする請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項12】 前記物体は、移動体であり、 前記姿勢制御装置を、前記物体に設置することを特徴と
する請求項1記載の姿勢制御装置。 - 【請求項13】 前記運動解析手段と、前記姿勢安定手
段とを制御する演算処理手段を更に備えることを特徴と
する請求項1記載の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26380199A JP2001089072A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | 姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26380199A JP2001089072A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | 姿勢制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001089072A true JP2001089072A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17394452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26380199A Pending JP2001089072A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | 姿勢制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001089072A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010046325A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 安全帯 |
JP2011015794A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | East Japan Railway Co | 安全帯用チェック装置 |
KR101332055B1 (ko) | 2011-12-30 | 2013-11-22 | 삼성전기주식회사 | 자이로센서 구동회로 및 구동방법 |
CN110240065A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-09-17 | 中科院合肥技术创新工程院 | 一种多机器人作业的大型预制梁架自动精准吊装定位装置 |
KR20230048581A (ko) * | 2021-10-04 | 2023-04-11 | 김응조 | 원격조종이 가능한 운전원 비탑승식 스키드로더 |
-
1999
- 1999-09-17 JP JP26380199A patent/JP2001089072A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010046325A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 安全帯 |
JP2011015794A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | East Japan Railway Co | 安全帯用チェック装置 |
KR101332055B1 (ko) | 2011-12-30 | 2013-11-22 | 삼성전기주식회사 | 자이로센서 구동회로 및 구동방법 |
CN110240065A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-09-17 | 中科院合肥技术创新工程院 | 一种多机器人作业的大型预制梁架自动精准吊装定位装置 |
KR20230048581A (ko) * | 2021-10-04 | 2023-04-11 | 김응조 | 원격조종이 가능한 운전원 비탑승식 스키드로더 |
KR102605814B1 (ko) | 2021-10-04 | 2023-11-23 | 김응조 | 원격조종이 가능한 운전원 비탑승식 스키드로더 |
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