JP2007155091A - Double gimbal mechanism with triaxial dynamic damper - Google Patents

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守 大水
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a double gimbal mechanism with a triaxial dynamic damper, wherein the vibration control performance and stability of a pay-load part is improved by absorbing vibration applied to an outside gimbal as much as possible. <P>SOLUTION: A dynamic damper module 10 has a module frame 27 arranged in a EL support mounting frame 26. An EL rotation mechanism 3 is stored in an center space 27a of the module frame 27, and the triaxial dynamic damper is arranged therearound. The triaxial dynamic damper consists of a dynamic damping weight 28 as an auxiliary mass vibrative in triaxial directions, a plate spring 29 vibrative in a Y-axial direction, a hinge spring 32 vibrative in 360° directions including X-axial and Z-axial directions, a damping material 31 connecting the dynamic damping weight 28 to the module frame 27, and a damping material 33 connecting the module frame 27 to the EL support mounting frame 26. The dynamic damper module 10 is mounted concentrically with the EL axis of a supporting portion 6b of an EL supporting frame member 6 rotatably supporting an EL shell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、航空機・船舶・車両等の移動本体に搭載する撮像システムにおける撮像装置を2軸で任意の方向に指向制御し視軸を安定化させ且つ全方向におけるELシェルの振動を可及的に吸収して姿勢を安定化させる3軸動吸振器付き2重ジンバル機構に関する。   The present invention stabilizes the visual axis and controls the vibration of the EL shell in all directions as much as possible by controlling the orientation of the imaging device in an imaging system mounted on a moving body such as an aircraft, ship, or vehicle in two directions. The present invention relates to a double gimbal mechanism with a three-axis dynamic vibration absorber that stabilizes the posture by absorbing it.

一般に、航空機・船舶・車両等の移動体に搭載される撮像システムにおけるカメラ等の機器には、その取付けベースを通して移動体を起源とする各種の振動が加わるため、カメラ等の機器を防振支持して高精度な空間安定化を図ることが必要となる。   In general, cameras and other equipment in imaging systems mounted on moving bodies such as aircraft, ships, and vehicles are subjected to vibration-proof support for cameras and other equipment because various vibrations originating from the moving body are applied through the mounting base. Therefore, it is necessary to stabilize the space with high accuracy.

そのような高精度な空間安定化を行うための支持機構の一方式として、カメラ等の視軸を全方向(球の中心から全輻射方向)へ容易に変更できる2重構造のジンバル(支持回転台装置)が用いられる。   As a method of supporting mechanism to achieve such high-accuracy space stabilization, a dual structure gimbal (support rotation) that can easily change the visual axis of the camera etc. in all directions (from the center of the sphere to all radiation directions) Stand device).

通常、2重ジンバルは、外側ジンバルと、この外側ジンバルに内蔵されたペイロード部に支持される内側ジンバルとで構成される。
内側ジンバルは、ペイロード部に搭載されたカメラ等の機器をその回路部と共にXYZの3軸方向へ微動させる装置である。つまり、カメラ画像の空間安定化を分担してカメラの画像ぶれを防止する支持部である。
Usually, the double gimbal is composed of an outer gimbal and an inner gimbal supported by a payload portion built in the outer gimbal.
The inner gimbal is a device that finely moves a device such as a camera mounted on the payload portion in the XYZ three-axis directions together with the circuit portion. That is, it is a support unit that shares the stabilization of the camera image space and prevents camera shake.

そして、外側ジンバルは、専らカメラ視軸の全方向への指向制御を分担する支持部である。カメラ等の視軸方向を変える場合、カメラが直接搭載される内側ジンバルを支持するペイロード部は、外側ジンバルにより様々な方向に向きを変えられる。   The outer gimbal is a support unit that shares the directivity control in all directions of the camera visual axis. When changing the viewing axis direction of a camera or the like, the payload portion that supports the inner gimbal on which the camera is directly mounted can be turned in various directions by the outer gimbal.

すなわち、ペイロード部は、AZ(azimuth:方位)方向及びEL(elevation:仰角)方向から成る全方向に向きを変えられる。したがって、カメラ等の視軸方向を変えることによる振動、衝撃、その他の加速度がペイロード部に対して全方向へかかることになる。   That is, the payload portion can be turned in all directions including an AZ (azimuth) direction and an EL (elevation) direction. Therefore, vibrations, shocks, and other accelerations caused by changing the viewing axis direction of the camera or the like are applied to the payload portion in all directions.

その場合、ペイロード部が振動して、内部のカメラ等の装置がリアクション部を支持する内側フレームに衝突して、カメラや周辺装置を破損しないように、内部機器を防振支持する安定化機構が種々考えられている。   In this case, there is a stabilization mechanism that supports the internal equipment to prevent vibrations and the internal camera and other devices collide with the inner frame that supports the reaction unit and damage the camera and peripheral devices. Various considerations have been made.

そのような安定化機構としては、AZ軸回りの回転と、このAZ軸と直交するEL軸回りの回転とが可能な2軸ジンバルにより長焦点のカメラを保持し、且つ移動本体への取付部から受ける振動、衝撃、慣性荷重といった外乱に対してカメラ視軸の高精度な安定化を得る構造として等方性防振機構が知られている。(例えば、特許文献1参照。)
特開2004−232688号公報(段落[0018]〜[0030]、図2、図3、図4参照。)
As such a stabilization mechanism, a long-focus camera is held by a two-axis gimbal capable of rotating around the AZ axis and rotating around the EL axis perpendicular to the AZ axis, and a mounting portion to the movable body An isotropic anti-vibration mechanism is known as a structure that obtains high-precision stabilization of the camera visual axis against disturbances such as vibration, impact, and inertial load received from the camera. (For example, refer to Patent Document 1.)
JP-A-2004-232688 (see paragraphs [0018] to [0030], FIGS. 2, 3, and 4)

ところで、上記の特許文献1の防振機構は、バネ要素を利用した防振要素ストラットと、シリンダとピストンを利用したダッシュポットとにより、ELシェル内のペイロード部すなわち内側ジンバルの防振と安定化を図っている。   By the way, the vibration isolating mechanism of the above-mentioned Patent Document 1 is based on the vibration isolating element strut using the spring element and the dash pot using the cylinder and the piston, thereby isolating and stabilizing the payload portion in the EL shell, that is, the inner gimbal. I am trying.

しかし、この防振機構では、振動伝達特性の調整はバネダンパ要素のみに委ねられており、外側ジンバルに加わる振動の内側ジンバルまでの振幅減衰割合は内部の防振要素ストラットのばね定数により決まる。   However, in this anti-vibration mechanism, adjustment of the vibration transmission characteristic is left to the spring damper element alone, and the amplitude damping ratio of the vibration applied to the outer gimbal to the inner gimbal is determined by the spring constant of the internal anti-vibration element strut.

したがって、振動の減衰効果を高めていくには、防振要素ストラットのばね定数を小さくしていくこと、すなわち内蔵防振モジュールの固有振動数を例えば数Hz程度まで低く設計する必要がある。   Therefore, in order to increase the vibration damping effect, it is necessary to reduce the spring constant of the anti-vibration element strut, that is, to design the natural frequency of the built-in anti-vibration module as low as about several Hz.

しかし、外側ジンバルの外径は、この外側ジンバルを搭載するプラットフォームの運用上から制約を受け、容易に増加させることはできない。したがって、外側ジンバルのELシェル内での内部ジンバルの上下前後左右の移動量には限界がある。   However, the outer diameter of the outer gimbal cannot be easily increased due to restrictions on the operation of the platform on which the outer gimbal is mounted. Therefore, there is a limit to the amount of movement of the inner gimbal in the EL shell of the outer gimbal up and down, front, rear, left and right.

すなわち、ELシェル内に配置される防振機構の大きさにも限界があり、これにより、防振要素ストラットのばね定数も、あるところまでで、小さくする限界に達することになる。このように、内側ジンバルにおける撮影機器等の防振性を大幅に振向上させることは、その設計仕様上なかなか困難である。   In other words, there is a limit to the size of the vibration isolation mechanism disposed in the EL shell, and thus, the spring constant of the vibration isolation element strut reaches a limit to be reduced to a certain extent. As described above, it is difficult to greatly improve the vibration proofing property of the photographing device or the like in the inner gimbal because of its design specifications.

そうなると、別の方法で防振機構に入る振動そのものを低減させる必要がある。つまり、外側ジンバル自体の固有振動を減衰させる機構が必要となる。
上記の特許文献1の技術は、ELシェル内の内側ジンバルにおける撮影機器等に対する防振を目的とするものであり、外側ジンバル自体の取付ベース部に対する防振については考慮されていない。
Then, it is necessary to reduce the vibration itself that enters the vibration isolation mechanism by another method. That is, a mechanism for damping the natural vibration of the outer gimbal itself is required.
The technique of the above-mentioned Patent Document 1 is intended to prevent vibration of a photographing device or the like in the inner gimbal in the EL shell, and does not consider the vibration isolation of the outer gimbal itself on the mounting base portion.

実測によれば、2重ジンバルの外側ジンバルにおいて、移動体の取付ベース部のAZ軸に発生する振動の実効値は、外側ジンバルのELシェル支持部であるEL軸では10倍の振動実効値となって表れることが判明している。   According to actual measurements, in the outer gimbal of the double gimbal, the effective value of vibration generated on the AZ axis of the mounting base portion of the moving body is 10 times the effective vibration value of the EL axis that is the EL shell support portion of the outer gimbal. It has been found that

したがって、もし、取付ベース部に対するEL軸での振動実効値をいまよりも下げることが出来れば、ELシェル内におけるペイロード部の防振性と安定性を、より一層高めることができると考えられる。   Therefore, if the effective vibration value at the EL axis with respect to the mounting base portion can be further reduced, it is considered that the vibration isolation and stability of the payload portion in the EL shell can be further enhanced.

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、取付ベース部から外側ジンバルに加わる振動を可及的に吸収してペイロード部の防振性と安定性を向上させる3軸動吸振器付き2重ジンバル機構を提供することである。   In view of the above-described conventional situation, the object of the present invention is to provide a double with a three-axis vibration absorber that absorbs as much as possible the vibration applied to the outer gimbal from the mounting base to improve the vibration isolation and stability of the payload. It is to provide a gimbal mechanism.

本発明の3軸動吸振器付き2重ジンバル機構は、取り付け基部に対しAZ(azimuth)とEL(elevation)の二軸で任意方向に回転可能な外側ジンバルと、該外側ジンバルのELシェル内に支持されるペイロード部と、該ペイロード部に支持され撮像装置の視軸を任意の方向に指向させる3軸支持部を有する内側ジンバルと、上記ELシェル内に設けられた上記ペイロード部の防振機構及び姿勢安定化機構と、を有する2重ジンバル機構において、上記ELシェルを上記EL軸に回転可能に支持するEL支持部に、上記取り付け基部に対する上記外側ジンバルの共振を抑制する3軸動吸振器モジュールを有して構成される。   The double gimbal mechanism with a three-axis dynamic vibration absorber of the present invention includes an outer gimbal that can rotate in any direction with two axes of AZ (azimuth) and EL (elevation) with respect to the mounting base, and an EL shell of the outer gimbal. A payload portion supported, an inner gimbal having a triaxial support portion that is supported by the payload portion and directs the visual axis of the imaging device in an arbitrary direction, and a vibration isolation mechanism for the payload portion provided in the EL shell A three-axis dynamic vibration absorber that suppresses resonance of the outer gimbal with respect to the mounting base in an EL support portion that rotatably supports the EL shell on the EL shaft. It has a module.

この3軸動吸振器付き2重ジンバル機構において、例えば、上記3軸動吸振器モジュールは、円板部と該円板部の縁から直角に立設する円環部とから成るEL支持部取付枠と、該EL支持部取付枠の内径に沿った形状で該EL支持部取付枠内に配置されるモジュール枠と、を有し、該モジュール枠は、ELシェル回転装置を収容する中央部と、3軸動吸振器を配置された周辺部と、を有し、該3軸動吸振器は、少なくともX軸方向とZ軸方向の振動を吸収する撓みばねと、Y軸方向の振動を吸収する板ばねと、G方向の振動を吸収する動吸振錘と、支持枠と部材間に設けられた減衰材と、支持枠と他の支持枠間に設けられた他の減衰材と、を有して構成される。   In this double gimbal mechanism with a three-axis vibration absorber, for example, the three-axis vibration absorber module has an EL support portion mounting structure comprising a disk portion and an annular portion standing perpendicular to the edge of the disk portion. And a module frame disposed in the EL support part mounting frame in a shape along the inner diameter of the EL support part mounting frame, the module frame having a center part for accommodating the EL shell rotating device, And a peripheral portion in which a triaxial vibration absorber is disposed. The triaxial vibration absorber absorbs vibration in at least the X-axis direction and the Z-axis direction and absorbs vibration in the Y-axis direction. Plate springs, a dynamic vibration absorbing weight that absorbs vibration in the G direction, a damping material provided between the support frame and the member, and another damping material provided between the support frame and the other support frame. Configured.

本発明によれば、2重構造のジンバルに外側ジンバルの共振を含む搭載環境からの振動外乱を減衰させる3軸動吸振器モジュールを設置するので、外側ジンバルに加わる振動を可及的に吸収して外側ジンバルへの入力振動に対して振幅減衰率を高めることができ、これにより、ペイロード部の防振性と安定性を向上させる3軸動吸振器付き2重ジンバル機構を提供することが可能となる。   According to the present invention, a three-axis dynamic vibration absorber module that attenuates vibration disturbance from the mounting environment including the resonance of the outer gimbal is installed in the dual structure gimbal, so that the vibration applied to the outer gimbal is absorbed as much as possible. It is possible to provide a double gimbal mechanism with a three-axis dynamic vibration absorber that can increase the amplitude attenuation rate against the input vibration to the outer gimbal and thereby improve the vibration isolation and stability of the payload. It becomes.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(a) は、2重構造のジンバル機構を有するカメラ指向装置の内部構成を示すためにフロントカバーとリアカバーは外して示す模式的正面図であり、同図(b) は、それら2つのカバーを取り付けた側面図である。   FIG. 1 (a) is a schematic front view showing the internal structure of a camera directing device having a dual structure gimbal mechanism, with the front cover and rear cover removed, and FIG. It is the side view which attached the cover.

同図(a),(b) に示すように、このカメラ指向装置1は、AZ回転機構2とEL回転機構3から成る2軸回転機構を有する外側ジンバル4を備えている。
外側ジンバル4は、上記のAZ回転機構2を介して移動体の取付基部5に図の矢印aで示すように回転自在に取り付けられたEL支持枠部材6と、このEL支持枠部材6にEL回転機構3のEL回転軸7を介して図の矢印bで示すように回転自在に支持されるEL組立体8から成る。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the camera directing apparatus 1 includes an outer gimbal 4 having a biaxial rotating mechanism including an AZ rotating mechanism 2 and an EL rotating mechanism 3.
The outer gimbal 4 includes an EL support frame member 6 that is rotatably attached to the attachment base 5 of the moving body via the AZ rotation mechanism 2 as shown by an arrow a in the figure, and an EL support frame member 6 that has an EL. As shown by an arrow b in the figure, an EL assembly 8 is rotatably supported via an EL rotating shaft 7 of the rotating mechanism 3.

上記のAZ回転機構2は、内部にモータ、角度センサ等を内蔵しており、その回転出力側にEL支持枠部材6の上部6aが取り付けられている。EL支持枠部材6の上部6aからは、対向する二辺からそれぞれ直角に下方に伸び出す支持部6bが形成されており、各支持部6bには上記のEL回転機構3が設けられている。   The AZ rotation mechanism 2 includes a motor, an angle sensor, and the like inside, and an upper portion 6a of the EL support frame member 6 is attached to the rotation output side. From the upper part 6a of the EL support frame member 6, support parts 6b extending downward at right angles from two opposite sides are formed, and the above-described EL rotation mechanism 3 is provided in each support part 6b.

このEL回転機構3も、モータ、角度センサ等を内蔵しており、その回転出力側に上記のEL組立体8が、EL回転軸7周りに回転可能に取り付けられている。
また、EL回転機構3は、詳しくは後述するが、本発明になる3軸動吸振器を備えた動吸振器モジュール10内に一体化されてその同心上に配設されている。
The EL rotation mechanism 3 also includes a motor, an angle sensor, and the like, and the EL assembly 8 is attached to the rotation output side so as to be rotatable around the EL rotation shaft 7.
Further, although described in detail later, the EL rotation mechanism 3 is integrated into the dynamic vibration absorber module 10 including the three-axis dynamic vibration absorber according to the present invention and is disposed concentrically.

EL組立体8は、ELシェルセンターカバー11、ELシェルフロントカバー12及びELシェルリアカバー13で形成されるELシェルの外殻を有し、ELシェルセンターカバー11の部分が、EL回転機構3を含む動吸振器モジュール10を介してEL支持枠部材6の支持部6bに支持されている。   The EL assembly 8 has an outer shell of an EL shell formed by an EL shell center cover 11, an EL shell front cover 12, and an EL shell rear cover 13, and the EL shell center cover 11 includes the EL rotation mechanism 3. It is supported by the support portion 6 b of the EL support frame member 6 through the dynamic vibration absorber module 10.

EL組立体8の内部には、AZ回転軸2aに同心のフレーム軸方向の上下に防振モジュール14(14a、14b)がそれぞれ配置されている。上下2つの防振モジュール14は、それぞれ外側プレート15(15a、15b)と内側プレート16(16a、16b)を有し、外側プレート15をELシェルセンタカバー11の内側上下にボルト止めされて、ELシェル内に位置固定されている。   Inside the EL assembly 8, the anti-vibration modules 14 (14a, 14b) are arranged above and below in the frame axis direction concentric with the AZ rotating shaft 2a. The upper and lower two anti-vibration modules 14 each have an outer plate 15 (15a, 15b) and an inner plate 16 (16a, 16b). The outer plate 15 is bolted to the inner upper and lower sides of the EL shell center cover 11, and the EL The position is fixed in the shell.

外側プレート15と内側プレート16の間には、一定範囲で伸縮自在の6個のバネ付きストラット17がプレートの円周に沿って配設されている。バネ付きストラット17は、2本でV字形を形成し、各バネ付きストラット17は、一端が内側プレート16に球面ジョイントにより係合し、他端が外側プレート15に球面ジョイントにより係止している。   Between the outer plate 15 and the inner plate 16, six struts 17 with springs that can be expanded and contracted within a certain range are arranged along the circumference of the plate. Two spring-loaded struts 17 form a V-shape, and each spring-loaded strut 17 has one end engaged with the inner plate 16 by a spherical joint and the other end locked to the outer plate 15 by a spherical joint. .

また、外側プレート15と内側プレート16との間には、上記バネ付きストラット17の配設位置よりも内側に、3個のエアダンパ18が、等間隔で配設されている。各エアダンパ18は、長手方向の一端が内側プレート16に球面ジョイントにより係合し、他端が外側プレート15に球面ジョイントにより係合している。   Further, between the outer plate 15 and the inner plate 16, three air dampers 18 are arranged at equal intervals on the inner side of the arrangement position of the spring-equipped struts 17. Each air damper 18 has one end in the longitudinal direction engaged with the inner plate 16 by a spherical joint, and the other end engaged with the outer plate 15 by a spherical joint.

防振モジュール14の振動、すなわち防振モジュール14が外部から受ける力は、バネ付きストラット17により弾性的に緩衝され、さらに、エアダンパ18により吸収される。   The vibration of the anti-vibration module 14, that is, the force that the anti-vibration module 14 receives from the outside is elastically buffered by the spring-loaded strut 17 and further absorbed by the air damper 18.

すなわち、防振モジュール14は、2枚のプレート(外側プレート15、内側プレート16)間に挟まれた6個のバネ付きストラット17と3個のエアダンパ18により、6自由度の防振機能を発揮する。   That is, the anti-vibration module 14 exhibits an anti-vibration function with six degrees of freedom by six struts 17 with springs and three air dampers 18 sandwiched between two plates (outer plate 15 and inner plate 16). To do.

これら2つの防振モジュール14の内側プレート16(16a、16b)の間にペイロード部19が配置される。リアクション部19の主要部は、支柱21、球面軸受け22、ペイロードフレーム23で構成される。   A payload portion 19 is disposed between the inner plates 16 (16a, 16b) of these two vibration isolation modules 14. The main part of the reaction unit 19 includes a support column 21, a spherical bearing 22, and a payload frame 23.

ペイロード部19の支柱21は、その上下の端部を防振モジュール14の内側プレート16(16a、16b)に取り付けられて固定される。これにより、ペイロード部19全体が、防振モジュール14a及び防振モジュール14bに挟まれるように位置固定される。   The struts 21 of the payload portion 19 are fixed by attaching their upper and lower ends to the inner plate 16 (16a, 16b) of the vibration isolation module 14. Thereby, the position of the entire payload portion 19 is fixed so as to be sandwiched between the image stabilization module 14a and the image stabilization module 14b.

また、ペイロード部19のペイロードフレーム23は、球面軸受け22を介して支柱21に保持されている。ペイロードフレームは、特には図示しないが、XYZの3方向に進退する3軸のアクチュエータからなるインナ軸により支柱21に回転自由に保持される。   In addition, the payload frame 23 of the payload portion 19 is held by the support column 21 via the spherical bearing 22. Although not particularly illustrated, the payload frame is rotatably held on the support column 21 by an inner shaft composed of a triaxial actuator that advances and retreats in three directions XYZ.

そのペイロードフレーム23の一方の側部に、例えばカメラ24が搭載され、他方の側部には、例えば回路基板等を含む配線部25がまとめて搭載される。カメラ24は、例えば可視カメラ又はIRカメラ(赤外線暗視カメラ)である。   For example, a camera 24 is mounted on one side of the payload frame 23, and a wiring unit 25 including, for example, a circuit board is mounted together on the other side. The camera 24 is, for example, a visible camera or an IR camera (infrared night vision camera).

上記のインナ軸により、ペイロードフレーム23の姿勢を制御することにより、カメラ24の視軸の指向の安定化が図れるようになっている。
また、これにより、ペイロード部19(又はペイロードフレーム23)は、カメラ24に対し内部ジンバルを構成している。
The orientation of the visual axis of the camera 24 can be stabilized by controlling the posture of the payload frame 23 by the inner shaft.
Accordingly, the payload portion 19 (or the payload frame 23) forms an internal gimbal with respect to the camera 24.

このように、内部ジンバルに対し、外側ジンバル4は、ELシェルの上下に設けられた防振モジュール14(14a、14b)によって、前述した6自由度の防振機能を発揮するが、本発明においては、外側ジンバル4は、更に、図1に示す動吸振器モジュール10によって、自身に対して取付基部5から受ける振動外圧に対する動吸振機能を備えている。   As described above, the outer gimbal 4 exhibits the above-described six-degree-of-freedom anti-vibration function by the anti-vibration modules 14 (14a and 14b) provided above and below the EL shell. The outer gimbal 4 is further provided with a dynamic vibration absorbing function with respect to the vibration external pressure received from the mounting base 5 by the dynamic vibration absorber module 10 shown in FIG.

以下に、この外側ジンバル4に備えられて動吸振機能を発揮する本発明の動吸振器モジュール10について説明する。
図2は、外側ジンバル4に備えられる動吸振器モジュール10の一例を示す断面図である。尚、同図には図1(a) の左方に示した動吸振器モジュール10を示しているが、動吸振器モジュール10は、図1(a) に示すように、外側ジンバル4に対してAZ回転軸2aに対して対称に構成されて配置されている。
Hereinafter, the dynamic vibration absorber module 10 of the present invention provided on the outer gimbal 4 and exhibiting the dynamic vibration absorption function will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the dynamic vibration absorber module 10 provided in the outer gimbal 4. 1 shows the dynamic vibration absorber module 10 shown on the left side of FIG. 1 (a). However, the dynamic vibration absorber module 10 is connected to the outer gimbal 4 as shown in FIG. 1 (a). Are arranged symmetrically with respect to the AZ rotation shaft 2a.

図3(a) は、動吸振器モジュール10に配設される板ばねの正面図であり、同図(b) は、同じく動吸振器モジュール10に配設される動吸振錘の正面図である。
尚、図2の動吸振器モジュール10に示す板ばね29は、図3(a) におけるA−A´断面矢視図を示し、同じく図2に示す動吸振錘28は、図3(b) におけるB−B´断面矢視図を示している。
FIG. 3A is a front view of a leaf spring disposed in the dynamic vibration absorber module 10, and FIG. 3B is a front view of a dynamic vibration absorber weight similarly disposed in the dynamic vibration absorber module 10. is there.
The leaf spring 29 shown in the dynamic vibration absorber module 10 of FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 3A, and the dynamic vibration damping weight 28 shown in FIG. The BB 'cross-sectional arrow figure in is shown.

図2に示す動吸振器モジュール10が外側ジンバル4に取り付けられている部分はEL組立体8(以下、単にELシェルという)がどちらへ指向していても、外側ジンバル10の最も低次で応答倍率のピークが現れる部位である。   The portion where the dynamic vibration absorber module 10 shown in FIG. 2 is attached to the outer gimbal 4 responds at the lowest order of the outer gimbal 10 regardless of the direction of the EL assembly 8 (hereinafter simply referred to as EL shell). This is the part where the peak of magnification appears.

この部位に動吸振器モジュール10を設置することにより、最大限の振幅倍率低減効果を得ることができる。
この動吸振器モジュール10は、図2及び図3(a),(b) に示すように、ELサポート取付け枠26の中にモジュール枠27が配置されている。このモジュール枠27の中央部空間27aには、図1(a) に示したEL回転機構3が収容される。
By installing the dynamic vibration absorber module 10 in this part, the maximum amplitude magnification reduction effect can be obtained.
As shown in FIGS. 2 and 3A and 3B, the dynamic vibration absorber module 10 has a module frame 27 disposed in an EL support mounting frame 26. In the central space 27a of the module frame 27, the EL rotation mechanism 3 shown in FIG.

そして、モジュール枠27の中央部空間27aの周囲部に、本発明の3軸動吸振器が配設される。3軸動吸振器は、動吸振錘28、板ばね29、減衰材料31、及びヒンジばね32を含んで構成される。   The triaxial dynamic vibration absorber of the present invention is disposed around the central space 27 a of the module frame 27. The triaxial dynamic vibration absorber includes a dynamic vibration weight 28, a leaf spring 29, a damping material 31, and a hinge spring 32.

上記の動吸振錘28は、外側ジンバル4の補助質量として用いられる。素材としては、例えば比較的重量のある金属等からなるドーナツ状の部材が用いられる。
この動吸振錘28には、図3(b) に示すように、90度間隔で4個のボルト用ネジ穴34が形成されている。また、裏面には、図では陰になって見えないが減衰材料31の一方の端部が係合する減衰材料係合部が設けられている。
The dynamic vibration absorbing weight 28 is used as an auxiliary mass for the outer gimbal 4. As the material, for example, a donut-shaped member made of a relatively heavy metal or the like is used.
As shown in FIG. 3B, the dynamic vibration absorber weight 28 is formed with four bolt screw holes 34 at intervals of 90 degrees. Further, on the back surface, there is provided an attenuation material engaging portion which is engaged with one end of the attenuation material 31 although it is not visible in the figure.

また、板ばね29には、剛弾性のある部材が用いられ、図3(a) に示すように、円周外寄りに90度間隔で4個のボルト挿通孔35が形成され、それより内寄りに90度間隔で(ボルト挿通孔35と35の中間で且つ内側で)4個の他のボルト挿通孔36が形成されている。   The plate spring 29 is made of a rigid elastic member. As shown in FIG. 3 (a), four bolt insertion holes 35 are formed at intervals of 90 degrees outward from the circumference. Four other bolt insertion holes 36 are formed at intervals of 90 degrees (in the middle and between bolt insertion holes 35 and 35).

図2に示すボルト37が、板ばね29のボルト挿通孔36に挿通され、動吸振錘28のボルト用ネジ穴34に螺合して固定されることにより、板ばね29と動吸振錘28が連結される。   The bolt 37 shown in FIG. 2 is inserted into the bolt insertion hole 36 of the leaf spring 29 and is screwed into the bolt screw hole 34 of the dynamic vibration absorbing weight 28 to be fixed, whereby the leaf spring 29 and the dynamic vibration absorbing weight 28 are connected. Connected.

そして、図2に示すボルト38が、板ばね29のボルト挿通孔35とモジュール枠27の不図示のボルト挿通孔に挿通され、ヒンジばね32の一方の端部に螺合して固定される。   2 is inserted into the bolt insertion hole 35 of the leaf spring 29 and the bolt insertion hole (not shown) of the module frame 27, and is screwed and fixed to one end of the hinge spring 32.

これにより、動吸振錘28は、Z軸方向では、ボルト37、板ばね29、及びボルト38を介してモジュール枠27に連結され、Y軸方向では、減衰材料31を介してモジュール枠27に連結された状態となる。   Thus, the dynamic vibration absorbing weight 28 is connected to the module frame 27 via the bolt 37, the leaf spring 29, and the bolt 38 in the Z-axis direction, and connected to the module frame 27 via the damping material 31 in the Y-axis direction. It will be in the state.

ヒンジばね32は、両端部32aが太く形成され中央部32bを細く形成されている。このヒンジばね32は、モジュール枠27の周端面とELサポート取付け枠26の周端面との間に、軸方向をY軸方向に並行させて介装される。   The hinge spring 32 has both end portions 32a formed thick and the center portion 32b formed thin. The hinge spring 32 is interposed between the peripheral end surface of the module frame 27 and the peripheral end surface of the EL support mounting frame 26 with the axial direction parallel to the Y-axis direction.

前述したように、ボルト38が、板ばね29のボルト挿通孔35とモジュール枠27の不図示のボルト挿通孔に挿通され、ヒンジばね32の一方の端部に螺合して固定されていることにより、モジュール枠27は、ヒンジばね32を介してY軸方向においてELサポート取付け枠26に連結されている。   As described above, the bolt 38 is inserted into the bolt insertion hole 35 of the leaf spring 29 and the bolt insertion hole (not shown) of the module frame 27, and is screwed and fixed to one end of the hinge spring 32. Thus, the module frame 27 is connected to the EL support mounting frame 26 in the Y-axis direction via the hinge spring 32.

更に、モジュール枠27は、その外周面とELサポート取付け枠26の内周面との間に介装された減衰材料33を介して、Z軸方向においてELサポート取付け枠26に連結されている。減衰材料31、33としては、例えばシリコンゲルなどが使用される。   Further, the module frame 27 is coupled to the EL support mounting frame 26 in the Z-axis direction via a damping material 33 interposed between the outer peripheral surface of the module frame 27 and the inner peripheral surface of the EL support mounting frame 26. As the damping materials 31 and 33, for example, silicon gel or the like is used.

このELサポート取付け枠26は、ヒンジばね32の他方の端部から突設されているボルトネジ39により最終的にEL支持枠部材6の支持部6aに取付けられる。
上記のヒンジばね32は、細い中央部32bを中心にして、EL軸に直交する全方向(X軸とZ軸を含む360度方向)に屈曲自在に吸振動が可能である。そして、板ばね29はEL軸方向(Y軸方向)に吸振動が可能である。
The EL support attachment frame 26 is finally attached to the support portion 6 a of the EL support frame member 6 by a bolt screw 39 protruding from the other end of the hinge spring 32.
The hinge spring 32 can absorb and vibrate flexibly in all directions perpendicular to the EL axis (360-degree direction including the X-axis and Z-axis) with the thin central portion 32b as the center. The leaf spring 29 is capable of absorbing vibration in the EL axis direction (Y axis direction).

これにより、動吸振錘28は3軸方向すべてに吸振動することになる。補助質量としての動吸振錘28は、EL支持枠部材6の支持部6bで支持される補助質量を反力とし、外側ジンバル4のEL支持枠部材6との間に相対変位を生じさせ、EL支持枠部材6の取付基部5に対する共振の振動エネルギーを吸収する。   As a result, the dynamic vibration absorbing weight 28 absorbs vibrations in all three axial directions. The dynamic vibration absorbing weight 28 as the auxiliary mass uses the auxiliary mass supported by the support portion 6b of the EL support frame member 6 as a reaction force and causes a relative displacement between the EL support frame member 6 of the outer gimbal 4 and the EL. The vibration energy of resonance with respect to the mounting base 5 of the support frame member 6 is absorbed.

すなわち、動吸振器モジュール10は、3軸方向すべてに吸振動する3軸動吸振器モジュールの形態となっている。
上記の板ばね29のばね定数値や減衰材料31又は33の減衰係数、及びヒンジばね32のばね定数を例えば、式50のような最適同調条件、および最適減衰(式51)のように最適化することにより、外側ジンバル4への入力振動から、ペイロード部19への振動伝達倍率を効果的に低減することが可能となる。
That is, the dynamic vibration absorber module 10 is in the form of a three-axis dynamic vibration absorber module that absorbs vibrations in all three axial directions.
The spring constant value of the leaf spring 29, the damping coefficient of the damping material 31 or 33, and the spring constant of the hinge spring 32 are optimized, for example, as shown in the optimum tuning condition shown in Equation 50 and the optimum damping as shown in Equation 51. By doing so, it is possible to effectively reduce the vibration transmission magnification to the payload portion 19 from the input vibration to the outer gimbal 4.

図4は、本発明の3軸動吸振器モジュールによる効果を示す図である。同図は横軸に周波数(Hz)を対数尺で示し、縦軸に伝達倍率(倍)を対数尺で示している。
そして、同図には比較のため、動吸振器なしの場合の振動伝達倍率を実線で示し、動吸振器ありの場合の振動伝達倍率を破線で示している。
FIG. 4 is a diagram showing the effect of the three-axis dynamic vibration absorber module of the present invention. In the figure, the horizontal axis indicates the frequency (Hz) on a logarithmic scale, and the vertical axis indicates the transmission magnification (times) on a logarithmic scale.
For comparison, the vibration transmission magnification without the dynamic vibration absorber is indicated by a solid line, and the vibration transmission magnification with the dynamic vibration absorber is indicated by a broken line in FIG.

同図に示す例では、動吸振器なしの場合の振動伝達倍率は10倍であり、動吸振器ありの場合の振動伝達倍率は3.3倍となっている。すなわち、動吸振器ありの場合は、動吸振器なしの場合よりも振動伝達倍率が1/3に低減している。   In the example shown in the figure, the vibration transmission magnification with no dynamic vibration absorber is 10 times, and the vibration transmission magnification with a dynamic vibration absorber is 3.3 times. That is, in the case of the presence of the dynamic vibration absorber, the vibration transmission magnification is reduced to 1/3 than in the case of the absence of the dynamic vibration absorber.

このように、本発明の3軸動吸振器モジュール付き2重ジンバル機構によれば、従来の防振機構内蔵の2重構造ジンバルの空間安定化に加えて、さらなる空間安定化をはかることができる。   Thus, according to the double gimbal mechanism with a three-axis dynamic vibration absorber module of the present invention, in addition to the spatial stabilization of the conventional double structure gimbal with a built-in vibration isolation mechanism, further spatial stabilization can be achieved. .

なお、上記の振動伝達倍率の低減のほかに、特には図示しないが、R.M.S.(実効値)加速度が、6.1Grmsから4.0Grmsに低減することも判明した。
図5は、上記のような動吸振器モジュールの他の例を示す断面図である。なお、同図には、図2と同一の構成部分には図2と同一の番号を付与して示している。
In addition to the above reduction in vibration transmission magnification, although not particularly shown, M.M. S. It has also been found that the (effective value) acceleration is reduced from 6.1 Grms to 4.0 Grms.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the dynamic vibration damper module as described above. In the figure, the same components as in FIG. 2 are given the same reference numerals as in FIG.

図5に示すように、この動吸振器モジュール40には、図2に示したヒンジばね32に代わって、丸棒撓みばね41が用いられる。この図5に示す丸棒撓みばね41は、モジュール枠27との連結部42が太く、ELサポート取付け枠26との連結部53が細く形成されている。   As shown in FIG. 5, in this dynamic vibration absorber module 40, a round bar bending spring 41 is used instead of the hinge spring 32 shown in FIG. The round bar bending spring 41 shown in FIG. 5 has a thick connecting portion 42 with the module frame 27 and a thin connecting portion 53 with the EL support mounting frame 26.

このように構成しても、図2の場合と同等な機能を持たせることができる。なお、丸棒撓みばね41は、図5とは逆に、モジュール枠27との連結部42を細く、ELサポート取付け枠26との連結部53を太く形成するようにしてもよい。   Even if comprised in this way, the function equivalent to the case of FIG. 2 can be given. In addition, the round bar bending spring 41 may be formed so that the connecting portion 42 with the module frame 27 is narrow and the connecting portion 53 with the EL support mounting frame 26 is thick, contrary to FIG.

このように、本発明においては、2重構造のジンバルにおいて、外側ジンバルの共振を含む搭載環境からの振動外乱を減衰させる3軸動吸振器モジュールを、装置全体の重心面の最も振幅倍率低減に効果のある場所へ設置するので、外側ジンバルに加わる振動を可及的に吸収して外側ジンバルへの入力振動に対して振幅減衰率を高めることができ、これにより、ペイロード部の防振性と安定性を向上させる3軸動吸振器付き2重ジンバル機構を提供することが可能となる。   As described above, in the present invention, in the dual structure gimbal, the three-axis vibration absorber module that attenuates the vibration disturbance from the mounting environment including the resonance of the outer gimbal is used to reduce the amplitude magnification of the center of gravity of the entire apparatus. Because it is installed in an effective place, it can absorb the vibration applied to the outer gimbal as much as possible and increase the amplitude attenuation rate with respect to the input vibration to the outer gimbal. It is possible to provide a double gimbal mechanism with a three-axis dynamic vibration absorber that improves stability.

(a) は2重構造のジンバル機構を有するカメラ指向装置の内部構成を示すためにフロントカバーとリアカバーは外して示す模式的正面図、(b) はそれら2つのカバーを取り付けた側面図である。(a) is a schematic front view showing the camera directing device having a double structure gimbal mechanism with the front cover and the rear cover removed, and (b) is a side view with the two covers attached. . 外側ジンバルに備えられる動吸振器モジュールの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dynamic vibration damper module with which an outer side gimbal is equipped. (a) は動吸振器モジュールに配設される板ばねの平面図、(b) は動吸振器モジュールに配設される動吸振錘の平面図である。(a) is a plan view of a leaf spring provided in the dynamic vibration absorber module, and (b) is a plan view of a dynamic vibration absorber weight provided in the dynamic vibration absorber module. 本発明の3軸動吸振器モジュールによる効果を示す図である。It is a figure which shows the effect by the triaxial dynamic vibration damper module of this invention. 外側ジンバルに備えられる動吸振器モジュールの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the dynamic vibration damper module with which an outer side gimbal is equipped.

符号の説明Explanation of symbols

1 カメラ指向装置
2 AZ回転機構
2a AZ回転軸
3 EL回転機構
4 外側ジンバル
5 取付基部
6 EL支持枠部材
6a 上部
6b 支持部
7 EL回転軸
8 EL組立体
10 動吸振モジュール
11 ELシェルセンターカバー
12 ELシェルフロントカバー
13 ELシェルリアカバー
14(14a、14b) 防振モジュール
15(15a、15b) 外側プレート
16(16a、16b) 内側プレート
17 バネ付きストラット
18 エアダンパ
19 リアクション部
21 支柱
22 球面軸受け
23 ペイロードフレーム
24 カメラ
25 配線部
26 ELサポート取付け枠
27 モジュール枠
27a 中央部空間
28 動吸振錘
29 板ばね
31 減衰材料
32 ヒンジばね
32a 両端部
32b 中央部
33 減衰材料
34 ボルト用ネジ穴
35、36 ボルト挿通孔
37、38 ボルト
39 ボルトネジ
40 動吸振モジュール
41 丸棒撓みばね
42、43 連結部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera directivity apparatus 2 AZ rotating mechanism 2a AZ rotating shaft 3 EL rotating mechanism 4 Outer gimbal 5 Mounting base 6 EL support frame member 6a Upper part 6b Supporting part 7 EL rotating shaft 8 EL assembly 10 Dynamic vibration absorption module 11 EL shell center cover 12 EL shell front cover 13 EL shell rear cover 14 (14a, 14b) Anti-vibration module 15 (15a, 15b) Outer plate 16 (16a, 16b) Inner plate 17 Strut with spring 18 Air damper 19 Reaction part 21 Post 22 Spherical bearing 23 Payload frame 24 Camera 25 Wiring part 26 EL support mounting frame 27 Module frame 27a Central space 28 Dynamic vibration weight 29 Leaf spring 31 Damping material 32 Hinge spring 32a Both ends 32b Central part 33 Damping material 34 Bolt screw Hole 35, 36 Bolt insertion hole 37, 38 Bolt 39 Bolt screw 40 Dynamic vibration absorption module 41 Round bar bending spring 42, 43 Connecting portion

Claims (2)

取り付け基部に対しAZ(azimuth)とEL(elevation)の二軸で任意方向に回転可能な外側ジンバルと、該外側ジンバルのELシェル内に支持されるリアクション部と、該リアクション部に支持され撮像装置の視軸を任意の方向に指向させる3軸支持部を有するペイロード部と、前記ELシェル内に設けられた前記リアクション部の防振機構及び姿勢安定化機構と、を有する2重ジンバル機構において、
前記ELシェルを前記EL軸に回転可能に支持するEL支持部に、前記取り付け基部に対する前記外側ジンバルの共振を抑制する3軸動吸振器モジュールを有する、ことを特徴とする3軸動吸振器付き2重ジンバル機構。
An outer gimbal that can rotate in any direction with two axes of AZ (azimuth) and EL (elevation) with respect to the mounting base, a reaction unit supported in the EL shell of the outer gimbal, and an imaging device supported by the reaction unit In a double gimbal mechanism having a payload portion having a triaxial support portion that directs the visual axis of the optical axis in an arbitrary direction, and a vibration isolation mechanism and a posture stabilization mechanism of the reaction portion provided in the EL shell,
With a three-axis vibration absorber, the EL support portion that rotatably supports the EL shell on the EL shaft has a three-axis vibration absorber module that suppresses resonance of the outer gimbal with respect to the mounting base. Double gimbal mechanism.
前記3軸動吸振器モジュールは、円板部と該円板部の縁から直角に立設する円環部とから成るEL支持部取付枠と、該EL支持部取付枠の内径に沿った形状で該EL支持部取付枠内に配置されるモジュール枠と、を有し、
該モジュール枠は、ELシェル回転装置を収容する中央部と、3軸動吸振器を配置された周辺部と、を有し、
該3軸動吸振器は、少なくともX軸方向とZ軸方向の振動を吸収する撓みばねと、Y軸方向の振動を吸収する板ばねと、G方向の振動を吸収する動吸振錘と、支持枠と部材間に設けられた減衰材と、支持枠と他の支持枠間に設けられた他の減衰材と、を有することを特徴とする請求項1記載の3軸動吸振器付き2重ジンバル機構。
The three-axis dynamic vibration absorber module includes an EL support portion mounting frame including a disc portion and an annular portion standing perpendicularly from an edge of the disc portion, and a shape along the inner diameter of the EL support portion mounting frame. And a module frame disposed in the EL support part mounting frame.
The module frame has a central part that houses the EL shell rotating device, and a peripheral part in which a triaxial vibration absorber is arranged,
The three-axis vibration absorber includes a bending spring that absorbs vibration in at least the X-axis direction and the Z-axis direction, a leaf spring that absorbs vibration in the Y-axis direction, a dynamic vibration absorber weight that absorbs vibration in the G direction, and a support 2. A double with a three-axis vibration absorber according to claim 1, further comprising: a damping material provided between the frame and the member; and another damping material provided between the support frame and another support frame. Gimbal mechanism.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106907424A (en) * 2017-04-21 2017-06-30 江西中船航海仪器有限公司 A kind of damping that complexity vibrations are changed into the vibration of three axial reciprocatings
CN115164934A (en) * 2022-06-10 2022-10-11 北京理工导航控制科技股份有限公司 Biaxial rotation mechanism and inertial navigation device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106907424A (en) * 2017-04-21 2017-06-30 江西中船航海仪器有限公司 A kind of damping that complexity vibrations are changed into the vibration of three axial reciprocatings
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