JP2010052662A - 空間安定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空間安定装置は、空間安定装置への風の影響が考慮されていないので、この風がジンバル機構の駆動制御に影響を及ぼし、前記駆動制御の精度が低下してしまう。
【解決手段】本発明による空間安定装置の制御方法は、第１及び第２風速検出器１７，１８によって検出された旋回方向１３ａ及び俯仰方向１３ｂに沿う風速に基づいて、旋回方向１３ａ及び俯仰方向１３ｂに沿うジンバル機構１５への外乱トルクを算出し、算出した外乱トルクに基づいてジンバル機構１５の駆動制御を補正する構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、空間安定装置に関し、特に、第１及び第２風速検出器によって検出された旋回方向及び俯仰方向に沿う風速に基づいて、旋回方向及び俯仰方向に沿う外乱トルクを算出し、算出した外乱トルクに基づいてジンバル機構の駆動制御を補正するように構成することで、空間安定装置への風に応じた駆動制御を実施でき、前記駆動制御の精度を向上できるようにする新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の空間安定装置としては、例えば特許文献１に示される装置が挙げられ、その制御方法としては例えば特許文献２に示される方法が挙げられる。
図６は、従来の空間安定装置を示す斜視図である。図において、空間安定装置１０にはケース１１が設けられており、このケース１１には、例えば艦船、車輌、及び航空機等の移動体１に固定された下部ケーシング１１０と、この下部ケーシング１１０から独立して回転可能な第１及び第２上部ケーシング１１１，１１２とが設けられている。このケース１１内には、複数の枠体、ジャイロ、及びトルカ等によって構成された周知のジンバル機構（図示せず）と、例えば可視カメラ及び赤外線カメラ等の周知のペイロード１６とが格納されている。周知のように、前記第１及び第２上部ケーシング１１１，１１２は、前記移動体１に対して旋回方向１３ａに回転可能に設けられており、前記第２上部ケーシング１１２は、前記第１上部ケーシング１１１に対して俯仰方向１３ｂに回転可能に設けられている。

前記ペイロード１６は、第２上部ケーシング１１２とともに回転されるように前記ジンバル機構１５によって支持されている。前記ジンバル機構１５は、前記ペイロード１６を前記旋回方向１３ａ及び前記俯仰方向１３ｂに回転させることで、前記ペイロード１６の姿勢を制御する。

前記ジンバル機構の駆動制御は、マイクロコンピュータ等により構成される制御手段（図示せず）によって行われる。この制御手段による駆動制御としては、空間安定制御と目標追尾制御とが挙げられる。空間安定制御は、慣性センサである前記ジャイロからのジャイロ信号が常にゼロとなるように前記ジンバル機構の駆動制御を行うことで、前記ペイロード１６の空間に対する姿勢を安定させるものである。目標追尾制御とは、例えばペイロード１６等からの情報に基づいてターゲットの位置を検出し、前記ペイロード１６の視軸線が常にターゲットを向くように前記ジンバル機構の駆動制御を行うものである。

特開２００７−３３３５５４号公報 特開２００４−３６１１２１号公報

ところで、前記空間安定装置１０は前記移動体１の外側に設けられるので、前記移動体１の移動に伴う風、及び自然風が前記空間安定装置１０に吹き付けられる。上記のような従来の空間安定装置の制御方法では、前記空間安定装置１０への風の影響が考慮されていないので、前記風がジンバル機構の駆動制御に影響を及ぼし、前記駆動制御の精度が低下する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空間安定装置への風に応じた駆動制御を実施でき、前記駆動制御の精度を向上できるようにする新規な改良に関するものである。

本発明に係る空間安定装置は、ジンバル機構の動作によってペイロードの姿勢を制御する空間安定装置であって、前記ジンバル機構及び前記ペイロードを格納するケースと、前記ケースに設けられた第１及び第２風速検出器と、前記第１及び第２風速検出器に接続された制御手段とを備え、前記第１風速検出器は、前記ジンバル機構の動作により前記ペイロードとともに旋回方向に回転されるとともに、前記旋回方向に沿う風速を検出し、前記第２風速検出器は、前記ジンバル機構の動作により前記ペイロードとともに俯仰方向に回転されるとともに、前記俯仰方向に沿う風速を検出し、前記制御手段は、前記第１及び第２風速検出器によって検出された前記旋回方向及び前記俯仰方向に沿う前記風速に基づいて、前記旋回方向及び前記俯仰方向に沿う外乱トルクを算出し、算出した前記外乱トルクに基づいて前記ジンバル機構の駆動制御を補正する。

本発明の空間安定装置によれば、第１及び第２風速検出器によって検出された旋回方向及び俯仰方向に沿う風速に基づいて、旋回方向及び俯仰方向に沿う外乱トルクを算出し、算出した前記外乱トルクに基づいてジンバル機構の駆動制御を補正するので、空間安定装置への風に応じた駆動制御を実施でき、前記駆動制御の精度を向上できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による空間安定装置を示す側面図であり、図２は図１の空間安定装置１０を拡大して示す側面図である。なお、従来の空間安定装置と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。
図１において、航空機からなる移動体１の底部には空間安定装置１０が取り付けられており、この空間安定装置１０には、図２に示すように、ケース１１と、このケース１１に格納されたジンバル機構１５及びペイロード１６とが設けられている。周知のように、前記ジンバル機構１５は、複数の枠体、ジャイロ、及びトルカ等によって構成されており、前記ペイロード１６は、例えば可視カメラ及び赤外線カメラ等によって構成されている。なお、前記移動体１は、艦船及び車輌等でもよい。

前記ケース１１には、前記移動体１に固定された下部ケーシング１１０と、前記ジンバル機構１５によって回転可能に支持された第１及び第２上部ケーシング１１１，１１２とが設けられている。周知のように、前記第１及び第２上部ケーシング１１１，１１２は、前記下部ケーシング１１０に対して旋回方向１３ａに回転可能に設けられており、前記第２上部ケーシング１１２は、前記第１上部ケーシング１１１に対して俯仰方向１３ｂに回転可能に設けられている。前記ペイロード１６は、前記第２上部ケーシング１１２とともに回転されるように前記ジンバル機構１５によって支持されている。前記ジンバル機構１５は、前記旋回方向１３ａ及び前記俯仰方向１３ｂに前記ペイロード１６を回転させることで、前記ペイロード１６の姿勢を制御する。

前記第２上部ケーシング１１２は前記ペイロード１６を覆うように前記第１上部ケーシング１１１から前方に突出されており、この第２上部ケーシング１１２の外周には、例えば超音波式風速計等からなる第１及び第２風速検出器１７，１８が取り付けられている。すなわち、これら第１及び第２風速検出器１７，１８は、前記第２上部ケーシング１１２に取り付けられることで、前記ペイロード１６とともに前記旋回方向１３ａ及び前記俯仰方向１３ｂに回転される。

次に、図３は、図２の第１風速検出器１７による旋回方向１３ａの風速検出を示す説明図である。図３に示すように、前記空間安定装置１０に風２０が吹き付けられると、前記第１風速検出器１７は、前記旋回方向１３ａに沿う風速を検出する。具体的に説明すると、前記第１風速検出器１７は、前記ペイロード１６の視軸線１６ａに直交する前記旋回方向１３ａの接線方向に沿う風２１の速度を検出する。前記視軸線１６ａに沿う方向を正面方向とすると、図３に示すように左側から風２０が吹き付けられた場合には、ペイロード１６に対して時計回りの旋回外乱トルク２５が発生する。この旋回外乱トルク２５の大きさは、前記旋回方向１３ａに沿う風速に比例する。

次に、図４は、図２の第２風速検出器１８による旋回方向１３ａの風速検出を示す説明図である。図４に示すように、前記空間安定装置１０に風２０が吹き付けられると、前記第２風速検出器１８は、前記俯仰方向１３ｂに沿う風速を検出する。具体的に説明すると、前記第２風速検出器１８は、前記視軸線１６ａに直交する前記俯仰方向１３ｂの接線方向に沿う風２２の速度を検出する。前記視軸線１６ａに沿う方向を正面方向とすると、図４に示すように上側に風２０が吹き付けられた場合には、ペイロード１６に対して下向きの俯仰外乱トルク２６が発生する。この俯仰外乱トルク２６の大きさは、前記俯仰方向１３ｂに沿う風速に比例する。

次に、図５は、図２の空間安定装置１０を示すブロック図である。図において、前記ジンバル機構１５は、マイクロコンピュータ等で構成された制御手段３０に接続されており、前記ジンバル機構１５の駆動制御は、マイクロコンピュータ等により構成される制御手段（図示せず）によって行われる。すなわち、前記制御手段３０は、前記ジンバル機構１５を介して、前記ペイロード１６の姿勢を制御する。

前記制御手段３０には、前記第１及び第２風速検出器１７，１８が接続されており、前記第１及び第２風速検出器１７，１８によって検出された前記旋回方向１３ａ及び前記俯仰方向１３ｂに沿う風速が入力される。前述したように、前記旋回外乱トルク２５の大きさは前記旋回方向１３ａに沿う風速に比例し、前記俯仰外乱トルク２６の大きさは前記俯仰方向１３ｂに沿う風速に比例する。前記制御手段３０は、前記第１及び第２風速検出器１７，１８からの入力に基づいて、前記旋回方向１３ａ及び前記俯仰方向１３ｂに沿う外乱トルク２５，２６を算出し、算出した前記外乱トルク２５，２６に基づいて前記ジンバル機構１５の駆動制御を補正する。すなわち、前記制御手段３０は、前記外乱トルク２５，２６を打ち消すための補正トルクを通常の駆動トルクに付加する。これにより、空間安定装置１０への風２０に応じた駆動制御を実施でき、前記駆動制御の精度を向上できる。

なお、実施の形態では、第１風速検出器１７は、第２上部ケーシング１１２に取り付けられるように説明したが、ペイロード１６とともに旋回方向１３ａに回転されればよく、第１上部ケーシング１１１に取り付けられてもよい。

本発明の実施の形態１による空間安定装置を示す側面図である。 図１の空間安定装置を拡大して示す側面図である。 図２の第１風速検出器による旋回方向の風速検出を示す説明図である。 図２の第２風速検出器による旋回方向の風速検出を示す説明図である。 図２の空間安定装置を示すブロック図である。 従来の空間安定装置を示す斜視図である。

符号の説明

１１ ケース
１３ａ 旋回方向
１３ｂ 俯仰方向
１５ ジンバル機構
１６ ペイロード
１７ 第１風速検出器
１８ 第２風速検出器
２５，２６ 外乱トルク
３０ 制御手段

Claims (1)

1. ジンバル機構（１５）の動作によってペイロード（１６）の姿勢を制御する空間安定装置であって、
   前記ジンバル機構（１５）及び前記ペイロード（１６）を格納するケース（１１）と、
   前記ケース（１１）に設けられた第１及び第２風速検出器（１７，１８）と、
   前記第１及び第２風速検出器（１７，１８）に接続された制御手段（３０）と
   を備え、
   前記第１風速検出器（１７）は、前記ジンバル機構（１５）の動作により前記ペイロード（１６）とともに旋回方向（１３ａ）に回転されるとともに、前記旋回方向（１３ａ）に沿う風速を検出し、
   前記第２風速検出器（１８）は、前記ジンバル機構（１５）の動作により前記ペイロード（１６）とともに俯仰方向（１３ｂ）に回転されるとともに、前記俯仰方向（１３ｂ）に沿う風速を検出し、
   前記制御手段（３０）は、前記第１及び第２風速検出器（１７，１８）によって検出された前記旋回方向（１３ａ）及び前記俯仰方向（１３ｂ）に沿う前記風速に基づいて、前記旋回方向（１３ａ）及び前記俯仰方向（１３ｂ）に沿う外乱トルク（２５，２６）を算出し、算出した前記外乱トルク（２５，２６）に基づいて前記ジンバル機構（１５）の駆動制御を補正することを特徴とする空間安定装置。

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