JP3075053B2 - ２軸駆動機構の特性評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば宇宙空間等の
無重力環境で大型アンテナなどの大きな慣性をもつ構造
物を駆動し、指令された方向にポインティングを行う２
軸駆動機構の動作特性を、２軸同時に地上で評価するた
めの試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、例えば図
６、図７に示すようなものがあった。２軸駆動機構の駆
動特性試験として、図６は２軸駆動機構のアジマス軸を
試験する場合の設定を示し、図７は２軸駆動機構のエレ
ベーション軸を試験する場合の設定を示す。

【０００３】図６、図７中において１は２軸駆動機構を
構成するエレベーション軸、２は２軸駆動機構を構成す
るアジマス軸、３は駆動イナーシャを模擬するイナーシ
ャ負荷、４は前記イナーシャ負荷３に取付けられ駆動力
を伝えるシャフト、５は前記２軸駆動機構のアジマス軸
２に取付けられ２軸駆動機構を支えるサポートスペー
サ、６は地面、７は前記シャフト４に取付けられ駆動軸
回りを剛に伝えそれ以外の方向の試験設定誤差を吸収す
るカップリング、８は前記カップリング７に取付き２軸
駆動機構との間を繋ぐスペーサ、９はアジマス軸測定の
時前記スペーサ８と前記エレベーション軸１を繋ぐブラ
ケット、１０は前記イナーシャ負荷３やシャフト４やカ
ップリング７およびスペーサ８（アジマス軸の測定コン
フィギュレーションではブラケット９も含む）の重量を
ベアリング１１を介して回転自在に支え２軸駆動機構に
慣性負荷を与え、かつ試験装置の自重分の荷重が入らな
いように支える架台である。

【０００４】次に、動作について説明する。図６はサポ
ートスペーサ５を地面６に設置する作業を介して２軸駆
動機構のアジマス軸２をイナーシャ負荷３の回転軸であ
るシャフト４と同一直線上に設置した状態を示してい
る。この時アジマス軸２とシャフト４との設定誤差はカ
ップリング７によって吸収される。上記のような設定を
行うことによりアジマス軸２を動作させ、イナーシャ負
荷３を駆動し、設定した駆動速度または設定角度にてイ
ナーシャ負荷３が駆動されていることを２軸駆動機構の
アジマス軸２に直結された２軸駆動機構に内蔵された角
度センサ（詳細は省略）を用いて測定することにより、
アジマス軸の単体での機構の発生するトルクの確認や負
荷付きでの指向精度測定又は誤差測定等の駆動機構の動
作特性の測定、及び駆動角度の指令値と実際の駆動角度
の測定値の差をフィードバックすることによる制御特性
の評価を行う。図７はサポートスペーサ５を地面６に設
置する作業を介して２軸駆動機構のエレベーション軸１
をイナーシャ負荷３の回転軸であるシャフト４と同一直
線上に設置した状態を示している。この時エレベーショ
ン軸１とシャフト４との設定誤差は前述のアジマス軸の
測定時と同様にカップリング７によって吸収される。上
記のような設定を行うことによりエレベーション軸１を
動作させ、イナーシャ負荷３を駆動し、上記アジマス軸
２と同様なエレベーション軸１の単体での駆動機構の動
作特性の評価を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本来、２軸駆動機構
は、機構を構成する２軸の動きによって、その機構の目
的とされる役目を果たすことができる。この為、２軸駆
動機構の特性評価を行うには２軸を自由に動作させるこ
とによる特性評価試験が必要である。ところが通常の場
合、実際の駆動負荷を模擬した状態での２軸の特性評価
試験は、重力の影響を受けてしまい２軸同時に機構を動
作させての特性評価は実施できなかった。この為、前述
の１軸駆動試験装置では１軸毎の駆動試験しか実施でき
ないため、２軸同時に駆動させた場合の駆動回路とのイ
ンターフェース確認・駆動角度の指令値と実際の駆動角
度の測定値の差をフィードバックすることによる制御特
性の取得などが実施できない。

【０００６】また、図６及び図７に示したような従来の
装置では、駆動軸とイナーシャ負荷の回転軸間の設定に
カップリング等の弾性体を用いており、選択的に駆動軸
回り１軸のみを剛な結合とし、それ以外の自由度に対し
ては極力柔かく結合させ、ミスアライメントを吸収して
駆動動作特性評価を可能にしている。しかし、上記の方
法で２軸同時に駆動評価可能な特性評価装置を構成しよ
うとした場合、上記カップリング等の弾性体を用いてい
ることから、結合している駆動軸とは別の駆動軸と干渉
が生じ指向精度測定又は誤差測定等の駆動特性評価は不
可能である。このため、前述の制御特性及び駆動特性を
取得する２軸の特性評価装置は、発生する取付け誤差を
カップリング等の弾性体を用いることなく剛に吸収する
ことが必要である。

【０００７】加えて、従来、上記のカップリング等の弾
性体の使用が２軸同時に精度よく駆動評価できる装置の
構成を妨げてきていた。

【０００８】また、図６及び図７に示したような従来の
装置では、２軸駆動機構の設定を地面を基準として実施
するため、２軸駆動機構の自重による特性評価装置への
取付け変位を調整する必要がなかった。しかし、２軸同
時に駆動評価可能な特性評価装置を構成しようとした場
合、インターフェース面が２箇所となり地面を基準とし
ての設定ができなくなるため自重による設定の誤差が試
験設定のミスアライメントとして生じるため誤差の調整
を実施する必要がある。

【０００９】また、図６及び図７に示したような従来の
装置では、２軸駆動機構に対してのイナーシャ負荷の設
定が１軸分のみしか実施出来ない。しかし、２軸同時に
駆動評価可能な特性評価装置を構成しようとした場合、
２軸各々に対して独立にイナーシャ負荷を設定すること
が必要である。

【００１０】この発明は前記のような問題点を解決する
ためになされたもので、イナーシャ負荷をアジマス軸及
びエレベーション軸の２軸で同時に駆動でき、かつ、そ
の設定時に発生する取付け誤差や自重による設定の誤差
で生じるミスアライメントを吸収するためカップリング
等の弾性体を用いることなく剛に結合することが可能な
結合機構や自重分の設定誤差調整機構を設け、かつ、２
軸独立で負荷イナーシャの設定が可能な２軸駆動機構の
駆動特性評価を可能とすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる２軸駆
動機構の動作特性評価装置は２軸同時の特性評価を可能
とするため、アジマス軸回り及びエレベーション軸回り
のイナーシャ負荷と２軸駆動機構との間を剛に結合し、
取付け誤差を吸収可能に構成した回転自在で並進を拘束
するベアリングと並進自在で回転を拘束するリニアスラ
イドから構成される６自由度の結合機構を設けたもので
ある。

【００１２】また、この発明は２軸駆動機構を特性評価
装置へ取付けた場合の２軸駆動機構の自重による設定の
誤差を補正するためにバネとネジにより構成される設定
誤差調整機構を設ける。

【００１３】この発明は２軸駆動機構の重量が過大で上
記の調整量が特性評価装置構成上の制約となったり、機
械的位置関係の制約から特性評価装置へ取付けて試験設
定が出来ない場合に、特性評価装置側全体を動かして試
験設定可能とする移動機構と設定調整機構を設ける。

【００１４】また、この発明は負荷側の設定を負荷の重
心位置をスライドさせて変更したり、重りの個数を変更
したりして２軸独立に負荷の設定を可能とする調整機構
を設ける。

【００１５】

【作用】この発明においては、２軸駆動機構の２軸同時
の駆動角度の指令値と実際の駆動角度の測定値の比較に
よる制御特性の取得及び、指向精度測定又は誤差測定等
の駆動特性評価が可能で、従来の１軸駆動特性評価試験
装置の制限を除去出来る。

【００１６】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す図であり、
１、２及び４は上記従来例と全く同一のものである。１
２はエレベーション軸１まわりのイナーシャ負荷を構成
する第１のイナーシャ負荷、１３は第１のイナーシャ負
荷１２と対をなしアジマス軸２まわりのイナーシャ負荷
を構成する第２のイナーシャ負荷、１４ａはシャフト４
を回転自在に保持し前記第１のイナーシャ負荷１２を支
持する第１のベアリング、１５は前記第１のベアリング
１４ａを保持し第２のベアリング１４ｂに回転自在に保
持される第２のシャフト、１６は前記第２のベアリング
１４ｂを保持し第３のベアリング１４ｃに回転自在に保
持される第３のシャフト、１９は前記第３のベアリング
１４ｃを保持し前記第２のイナーシャ負荷１３を支持し
第４のベアリング１４ｄに回転自在に保持される第１の
アーム、１７は前記第１のシャフト４に取付けられ並進
自在で回転拘束に前記エレベーション軸１に取付けられ
第１のインターフェイスフランジ１８を保持する第１の
リニアスライド、２１は前記アジマス軸２に取付けられ
た第２のインターフェイスフランジ２０を並進自在で回
転拘束に保持する第２のリニアスライド、２２は前記第
２のインターフェイスフランジ２０を介して２軸駆動機
構の重量を受けるバランススプリング、２３は前記バラ
ンススプリング２２を支持するバランススペーサ２３、
２４は前記第４のベアリング１４ｄと前記第２のリニア
スライド２１を支持しかつ前記バランススペーサ２３を
周囲からガイドする支柱、２５は前記支柱２４に取付け
られ装置全体を支える脚を示している。

【００１７】上記のように構成された２軸駆動機構の特
性評価装置においては、ベアリング１４ａ〜１４ｄ、第
１のリニアスライド１７および第２のリニアスライド２
１によりミスアライメントを吸収するためにカップリン
グ等の弾性体を用いることなく剛にエレベーション軸１
とアジマス軸２間を結合する結合機構が構成できる。前
記の結合機構は図２に示すようにＸ軸回転エはエレベー
ション軸１まわりの駆動力伝達の動作に相当し、その駆
動力は第１のインターフェイスフランジ１８、第１のリ
ニアスライド１７及びシャフト４を介して第１のイナー
シャ負荷１２に伝達できる。この時のエレベーション軸
駆動反力はアジマス軸２、第２のインターフェイスフラ
ンジ２０、第２のリニアスライド２１及び支柱２４を介
して支えられる。またＺ軸回転カはアジマス軸２まわり
の駆動力伝達の動作に相当し、その駆動力はエレベーシ
ョン軸１及び前記の結合機構を介してアーム１９によっ
て支えれる第１のイナーシャ負荷１２及び第２のイナー
シャ負荷１３に伝えられベアリング１４ｄまわりに回転
可能なように伝達される。この時のアジマス軸駆動反力
は第２のインターフェイスフランジ２０、第２のリニア
スライド２１及び支柱２４を介して支えられる。また、
Ｙ軸回転オまわりに発生したミスアライメントはベアリ
ング１４ｂの回転によってシャフト４とリニアスライド
１７が平行となるように調整され、あわせてリニアスラ
イド２１の並進により高さが一致したように調整されて
吸収される。Ｘ軸並進アに沿ったミスアライメントは第
１のリニアスライド１７の並進の動きによって吸収され
る。Ｙ軸並進イに沿ったミスアライメントはベアリング
１４ｄとベアリング１４ｃの相互の回転によってシャフ
ト４とリニアスライド１７が平行となるように調整され
て吸収される。Ｚ軸並進ウに沿ったミスアライメントは
第２のリニアスライド２１の並進の動きによって吸収さ
れる。以上の結合機構は各々調整可能な自由度以外は剛
な結合が可能なため２軸駆動機構を取付けた場合にイナ
ーシャ負荷に対して剛な結合が達成される。よって、第
１のイナーシャ負荷１２及び第２のイナーシャ負荷１３
を同時に駆動しての特性評価試験が可能となる。

【００１８】実施例２．上記実施例１では２軸駆動機構
の自重を補償する部分に第１のバランススプリング２２
と第２のバランススペーサ２３を用いて設定を行ってい
るが、本実施例では図３に示すように支柱２４内部に支
柱２４に取付けられた２軸駆動機構を上下設定可能に保
持でき自重による設定の誤差を補正する調整機構を具備
させ調整可能とした一例を示す。２６は第２のインター
フェイスフランジ２０を第２のリニアスライド２１を介
して上下設定可能に保持するバランススペーサ、２７は
回転させられることによって前記バランススペーサ２６
を支持するバランススプリング２２を上下に動かすこと
が可能なボールシャフト、２８は支柱２４に固定され前
記ボールシャフト２７を受けるボールネジを示してい
る。

【００１９】上記のように構成された２軸駆動機構の特
性評価装置においては、前述の実施例１と同様にカップ
リング等の弾性体を用いることなく剛にエレベーション
軸１とアジマス軸２間を結合する結合機構が構成でき、
かつボールシャフト２７を回すことによって支柱２４に
取付けられたボールネジ２８がボールシャフト２７を上
下に動かしバランススプリング２２、バランススペーサ
２６、インターフェイスフランジ２０の設定を上下に調
整可能とする。このため２軸駆動機構を設置した場合の
自重の影響によるミスアライメントの調整が可能とな
る。

【００２０】実施例３．前記実施例１では２軸駆動機構
を特性評価装置に取付けて設定を行っているが、本実施
例では図４に示すように２軸駆動機構の重量が過大で前
述の自重補償が特性評価装置構成上の制約となったり、
機械的位置関係の制約から特性評価装置へ取付けて試験
設定が出来ない場合に、特性評価装置側全体を動かして
試験設定可能とした一例を示す。３３は建物の天井また
は設置用に構成されたやぐらなどで設けられる試験実行
上設定可能な特性評価装置取付けインターフェイスポイ
ント（詳細な構成は省略）、３１は前記インターフェイ
スポイント３３に取付き内部にボールネジ２８とリニア
スライド２１が組込まれ特性評価装置全体を吊り下げる
ホールドパイプ、３０は前記ホールドパイプ３１に組込
まれ特性評価装置全体をベアリング１４ｄを介して回転
自在に保持する第４のシャフト、２９は前記第４のシャ
フト３０とボールシャフト２７に取付き特性評価装置全
体を吊り下げるバランススプリング、３２は２軸駆動機
構に取付き分離できない機械的制約の一例としてのブー
ムを示している。

【００２１】上記のように構成された動作特性評価装置
においては、ベアリング１４ｄを介してアジマス軸２と
一直線状に回転自在に特性評価装置全体をホールドパイ
プ３１によってインターフェイスポイント３３から吊り
下げているため片側のインターフェイス面に図示したよ
うな制約がある場合でも２軸同時の動作特性評価が可能
となる。また、実施例２と同様にボールネジ２８まわり
にボールシャフト２７を回すことによりボールシャフト
２７が上下に移動しバランススプリング２９を介してシ
ャフト３０に動きが伝わり特性評価装置全体が上下方向
の調整可能となる。

【００２２】実施例４．以上の実施例のイナーシャ負荷
設定部分に単一に製作した第１のイナーシャ負荷１２及
び第２のイナーシャ負荷１３を用いて設定を行っている
が、本実施例では図５に示すようにイナーシャ負荷１２
及びイナーシャ負荷１３を分割し、かつイナーシャ負荷
までのアーム距離を調整可能とする機構を具備させてイ
ナーシャ設定を個々に設置可能とした一例を示す。１２
ａ〜１２ｆは分割しシャフト４から任意の距離に個々に
取付け可能とした第１のイナーシャ負荷、１３ａ〜１３
ｅは分割しアーム１９に個々に取付け可能とした第２の
イナーシャ負荷、３４はイナーシャ負荷１２及びイナー
シャ負荷１３を取付けたアーム、３５はベアリング１４
ｄにより回転自在に保持されたアーム、３６は前記アー
ム３４と前記アーム３５をつなぎ繋ぎ位置を内部の任意
の位置で固定可能（固定方法の詳細は省略）なスライド
アジャストを示している。

【００２３】上記のように構成された２軸駆動機構の特
性試験装置においては、イナーシャ負荷１２及びイナー
シャ負荷１３を分割し、その取付ける個数を変更するこ
とによりイナーシャ負荷を変更して設定可能となる。ま
た、各イナーシャ負荷１２ａ〜１２ｆのシャフト４から
の取付け位置を変更することでエレベーション軸１の軸
まわりのイナーシャ負荷設定が微調整可能となり、イナ
ーシャ負荷１２及びイナーシャ負荷１３までのアーム距
離をスライドアジャスト３６部分で調整可能とすること
でアジマス軸２の軸まわりのイナーシャ負荷設定が微調
整可能となる。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２５】アジマス軸回り及びエレベーション軸回り
のイナーシャ負荷と２軸駆動機構との間を剛に結合し、
取付け誤差を吸収可能に構成した回転自在で並進を拘束
するベアリングと並進自在で回転を拘束するリニアスラ
イドから構成される６自由度の結合機構を設けたことで
２軸同時の駆動特性評価ができる。

【００２６】また、バネとボールネジにより構成される
自重補償機構を設けたことで２軸駆動機構を特性評価装
置へ取付けた場合の２軸駆動機構の自重分による設定の
誤差を調整できる。

【００２７】また、特性評価装置側全体を動かして試験
設定可能とする移動機構と設定調整機構を設けたことで
２軸駆動機構の重量が過大で上記の補償量が特性評価装
置構成上の制約となったり、機械的位置関係の制約から
特性評価装置へ取付けて試験設定が出来ない場合の設定
を可能とする。

【００２８】また、イナーシャ負荷の重りの個数を変更
したり、負荷側の設定位置をスライドさせて変更させる
ことが可能な調整機構を設けたことで２軸各独立に負荷
設定を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の２軸駆動機構の特性評価
装置を示す図である。

【図２】この発明の実施例１で調整できるミスアライメ
ントを示す図である。

【図３】この発明の実施例２を示す図である。

【図４】この発明の実施例３を示す図である。

【図５】この発明の実施例４を示す図である。

【図６】従来の装置でのアジマス軸での試験設定を示す
図である。

【図７】従来の装置でのエレベーション軸での試験設定
を示す図である。

【符号の説明】

１ エレベーション軸 ２ アジマス軸 ３ イナーシャ負荷 ４ シャフト ５ サポートスペーサ ６ 地面 ７ カップリング ８ スペーサ ９ ブラケット １０ 架台 １１ ベアリング １２ イナーシャ負荷 １３ イナーシャ負荷 １４ａ ベアリング １５ シャフト １６ シャフト １７ リニアスライド １８ インターフェイスフランジ １９ アーム ２０ インターフェイスフランジ ２１ リニアスライド ２２ バランススプリング ２３ バランススペーサ ２４ 支柱 ２５ 脚 ２６ バランススペーサ ２７ ボールシャフト ２８ ボールネジ ２９ バランススプリング ３０ シャフト ３１ ホールドパイプ ３２ ブーム ３３ インターフェイスポイント ３４ アーム ３５ アーム ３６ スライドアジャスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 13/00 G01M 19/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２軸駆動機構に取付けられるエレベーシ
   ョン軸まわりのイナーシャ負荷を構成する第１のイナー
   シャ負荷、この第１のイナーシャ負荷と対をなしアジマ
   ス軸まわりのイナーシャ負荷を構成する第２のイナーシ
   ャ負荷、この第１のイナーシャ負荷に取付けられた第１
   のシャフト、この第１のシャフトを回転自在に支持する
   第１のベアリング、この第１のベアリングを支持する第
   ２のシャフト、この第２のシャフトを回転自在に支持す
   る第２のベアリング、この第２のベアリングを支持する
   第３のシャフト、この第３のシャフトを回転自在に支持
   する第３のベアリング、この第３のベアリングを支持し
   前記第２のイナーシャ負荷に取付けられた第１のアー
   ム、この第１のアームを回転自在に支持する第４のベア
   リングと、この第４のベアリングを支持する支柱、前記
   第１のシャフトに取付けられエレベーション軸との間を
   並進自在で回転拘束に繋ぐ第１のリニアスライド、前記
   アジマス軸に取付けられ前記支柱との間を並進自在で回
   転拘束に繋ぐ第２のリニアスライド、この第２のリニア
   スライドを支えると共にミスアライメントを吸収するバ
   ランススプリングとを備えたことを特徴とする２軸駆動
   機構の特性評価装置。
2. 【請求項２】 アジマス軸に取付けられたインターフェ
   イスフランジを支持するバランススペーサ、このバラン
   ススペーサを支持すると共にミスアライメントを吸収す
   るバランススプリングを保持するボールシャフト、この
   ボールシャフトと対をなしボールシャフトが回転するこ
   とによりボールシャフトを往復動させるボールネジから
   なる、自重による設定の誤差を調整する機構を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の２軸駆動機構の特性評価
   装置。
3. 【請求項３】 特性評価装置取付けインターフェイスポ
   イントに取付けられ内部にボールネジと第２のリニアス
   ライドが組込まれ特性評価装置全体を支持するホールド
   パイプ、このホールドパイプに組込まれ特性評価装置全
   体を第４のベアリングを介して回転自在に保持する第４
   のシャフト、この第４のシャフトと前記ボールネジに組
   込まれたボールシャフトに取付き特性評価装置全体を支
   持する第２のバランススプリングからなる特性評価装置
   全体を動かす調整機構を備えたことを特徴とする請求項
   １記載の２軸駆動機構の特性評価装置。
4. 【請求項４】 イナーシャ負荷を構成する重りを複数個
   に分割し個々に設定可能としたイナーシャ負荷、このイ
   ナーシャ負荷を各々支持する第２のアーム、この第２の
   アームと対をなし支柱まわりに回転自在に保持される第
   ３のアーム、この第２のアームと第３のアームをスライ
   ドさせ任意の位置で固定可能なスライドアジャスタから
   なるイナーシャ負荷調整機構を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の特性評価装置。