JP3541586B2

JP3541586B2 - Vibration control mechanism for pointing control device

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Publication number: JP3541586B2
Application number: JP28226996A
Authority: JP
Inventors: 一秀小出来; 俊夫柏瀬; 一彦福島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: JPH10132018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、地上に設置または人工衛星、航空機等に搭載される指向制御装置に用いられる振動制御機構の構成及び制御アルゴリズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は例えば特開平７−３１０７７９号公報に示された従来の振動制御装置の一例であるアクティブ除振装置を示す構成図であり、図において、１０１は床、１０２は架台、１０３はアクティブ除振部材、１０４は定盤、１０５は例えば電子ビーム露光装置などの搭載機器、１０６は例えば試料載置台などの可動部材、１０７は例えば電子銃などの内部構造部材、１０８ａは上下方向用アクチュエータ、１０９Ｘ、１０９Ｙは検出器、１１０はローパスフィルタ、１１１はＡ／Ｄ変換器、１１２はディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、１１３は計算機、１１４はＤ／Ａ変換器、１１５はアンプ、１３０はコントローラ、１３１はモータである。
【０００３】
次にこの図２４で示されるアクティブ除振装置の動作について説明する。機器１０５と定盤１０４とにそれぞれの振動を検出する複数の検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚ（図示せず）を配置し、コントローラ１３０は、それぞれの検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚの信号に応じてそれぞれの上下方向用アクチュエータ１０８ａを制御し、機器１０５の部材間、つまり内部構造部材１０７と可動部材１０６との間、または機器１０５の部材１０６、１０７と定盤１０４との間のそれぞれの信号の相対値を低減させる。すなわち、検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚからの信号はローパスフィルタ１１０と、Ａ／Ｄ変換器１１１を通してＤＳＰ１１２とに入力される。このＤＳＰ１１２に上下方向アクチュエータ１０８ａを制御する実行プログラムが書き込まれており、ＤＳＰ１１２で高速に計算された信号がアンプ１１５を経て、上下方向アクチュエータ１０８ａを制御する。
【０００４】
図２５は例えば特開平７−３０７７０３号公報に示された従来の指向制御装置を示す構成図であり、図において、２０１は搭載機器である送受信望遠鏡、２０２は粗捕捉追尾機構、２０２ａは粗捕捉追尾機構制御回路、２０３は精捕捉追尾機構、２０３ａは精捕捉追尾機構制御回路、２０４はポインティングセンサ、２０５はトラッキングセンサ、２０６は通信用受光器、２０７は光行差補正機構、２０８はレーザ光源、８３、８６はビームスプリッタ、８５はダイクロイックミラー、１００は相手局からのレーザビームである。
【０００５】
次にこの図２５で示される指向制御装置の動作について説明する。相手局からのレーザビーム１００を精捕捉追尾機構２０３、ダイクロイックミラー８５、ビームスプリッタ８３によりポインティングセンサ２０４に受光させ、ポインティングセンサ２０４で相対角度誤差を出力し、粗捕捉追尾機構２０２により送受信望遠鏡２０１は相手局を捕捉する。さらに相手局からのレーザビーム１００を精捕捉追尾機構２０３、ダイクロイックミラー８５、ビームスプリッタ８３、８６によりトラッキングセンサ２０５に受光させ、トラッキングセンサ２０５で相対角度誤差を出力し、精捕捉追尾機構２０３により相手局を追尾する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動制御機構は以上のように構成されており、これを上述のような指向制御装置に用いて高精度、高信頼性が要求される指向制御を実現する上で以下に記すような多くの問題点があった。
【０００７】
まず図２４で示されるアクティブ除振装置はアクティブ制御用アクチュエータ１０８ａが接触型であるため、振動を完全に６自由度に分離することができないという問題がある。さらに、アクティブ制御用アクチュエータ１０８ａが接触型であるため、高周波振動を遮断する性能はアクティブ制御を行わない弾性部材のみのパッシブ制御よりも低下するという問題点がある。
また、弾性部材１１８を使用しているため、定盤１０４に搭載された機器１０５の動作により定盤１０４が振動するという問題点があった。
【０００８】
また、アクティブ除振装置は低周波振動を抑制する目的で構成されているため、アクティブ除振装置を任意の目標値に追従させることができないという問題点があった。
【０００９】
さらに、指向技術に関する問題点を示す。
初期設定時などの場合、アクティブ除振装置を任意の目標値に追従させる時に指向制御装置がアクティブ除振装置の動作の影響を受け、指向精度が劣化するという問題点があった。
【００１０】
また、アクティブ除振装置を取り付けている床１０１の振動外乱が大きい場合、この振動外乱が搭載機器１０５にそのまま伝わって指向制御誤差を大きくするため、正確な指向ができない、または、非常に高性能の指向制御装置が必要になるなどの問題点があった。
【００１１】
また、アクティブ除振装置の搭載機器１０５の動作が大きい場合、この動作の影響によりアクティブ除振装置が振動し、そのため搭載機器１０５の指向精度が劣化するという問題点があった。
【００１２】
また、搭載機器１０５を除振機能を持つ指向制御装置に載せ、床１０１面からの振動外乱の伝達を低減させる場合、これらの装置が積み重ねられることによって大型化する問題点があった。
【００１３】
また、大型の搭載機器１０５の場合、大型の指向制御装置が必要となり、さらに、多自由度の除振を行うためには、この数の自由度の除振を行う専用の除振装置を開発する必要があった。つまり、除振したい搭載機器１０５の大きさ、質量、除振自由度に応じて、それに１対１に適合させた専用の除振装置を開発しなければならないという問題があった。
【００１５】
また図２５で示される指向制御装置は、取り付けている床の振動外乱が大きい場合、この振動外乱が指向制御装置にそのまま伝わり、指向制御誤差を大きくするため、正確な指向ができない、または、非常に高性能の指向制御装置が必要になるなどの問題点があった。
【００１６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、まず、振動を完全に６自由度に分離してその全てを制御可能とすることを目的としている。
【００１７】
また、高周波振動を遮断する性能がアクティブ制御を行わない弾性部材のみのパッシブ制御よりも低下しないようにすることを目的としている。
【００１８】
また、振動制御機構を任意の目標値に追従させる場合にも、指向制御誤差が大きく劣化しないような指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００１９】
また、振動制御機構を取り付けている床の振動外乱が大きい場合や指向制御装置の動作が大きい場合にも、指向制御誤差が大きく劣化しない指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００２０】
また、装置全体の大型化を招かないで、除振機能を付加した指向制御装置を得ることを目的としている。
【００２１】
また、振動制御したい搭載機器の大きさ、質量、振動制御自由度に強く依存しない指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００２２】
さらに、小型で多自由度の振動制御に用いることができる指向制御装置用振動制御機構を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる指向制御装置用振動制御機構は、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するものであって、上記制振部の固有振動数よりも高周波側は弾性部材の遮断特性を用いたパッシブ制御を行い、上記制振部の固有振動数近傍から低周波側はアクチュエータによるアクティブ制御を行うように構成したものである。
【００２７】
また、上記各センサ信号から得られた情報を指向制御装置にフィードフォワードするフィードフォワード補償器を備えたものである。
【００２８】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを切り替えるものである。
【００２９】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを判定するモード判定器およびこのモード判定器の出力により上記補償器のモードを切り替えるモード切り替え器を備えたものである。
【００３０】
また、指向制御装置の駆動機構部の側面に複数の弾性部材を配置して指向制御装置を固定部に揺動可能に結合し、指向制御装置の一部が制振部を兼ねるように構成したものである。
【００３１】
また、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部に隣接して配置された補助質量と、この補助質量と制振部との相対変位、相対速度または相対加速度を検出する少なくとも１個の非接触型センサと、上記補助質量または制振部に固定され上記補助質量と制振部との相対位置または角度を制御する少なくとも１個の非接触型電磁アクチュエータと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備えたものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は本発明の実施の形態１による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図、図２は指向制御装置の構成を説明する構成図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図において、１は固定部、２は制振部、３はパッシブ制御用の弾性部材すなわちコイルバネであり、制振部２はコイルバネ３を介して揺動可能に固定部１に結合されている。４はアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、５は制振部２の固定部１に対する変位を検出する非接触静電容量型変位センサである。６は各センサ５からの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器、７は座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器、８は計算された６軸制御量を各アクチュエータ４に分配する分配器であり、これらの変位変換器６、補償器７、分配器８はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。９は観測装置や通信アンテナなどの搭載機器、１３は指向制御装置、１３ａは指向制御装置の第１の駆動機構、１３ｂは指向制御装置の第２の駆動機構である。
搭載機器９を観測方向や通信相手局の方向に向けるための駆動機構が、指向制御装置１３の第１の駆動機構１３ａと第２の駆動機構１３ｂであり、この実施の形態では、Ｚ軸回りの回転駆動を行う指向制御装置の第２の駆動機構１３ｂの側面に、パッシブ制御用のコイルバネ３とアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ４と変位を検出する非接触静電容量型変位センサ５が配置されており、指向制御装置の一部が制振部２を兼ねている。
【００３４】
図４、５、６は非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す正面図、側面図、および底面図である。図において、４０１〜４１４はアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ａは電磁石が吸引するための磁極板、５０１〜５０６は変位を検出する非接触静電容量型変位センサである。なお、図４、５において（４０９）のように括弧を付けて示したアクチュエータは反対側の面の同じ位置に配置されているものである。
【００３５】
次に動作について説明する。
指向制御装置は例えば、従来例と同様のもので、光空間通信装置のように自局と相手局の間で光通信をするものであり、相手局のレーザビームを捕捉、追尾するために２軸の回転自由度を持った捕捉追尾機能を有し、その指向精度は数μradのオーダが要求される非常に指向精度の高いものである。指向制御装置１３が相手局を捕捉、追尾時に、制振部２が外乱によって変動すると、非接触静電容量型変位センサ５０１〜５０６はそれぞれその点での変位を検出する。そのずれ量を変位変換器６に入力し、６個のセンサ情報を６軸変位に変換し、６軸変位量を補償器７に入力してＰＩＤ（Propotional Integral and Differential）制御則を用いて６軸制御量を計算し、６軸制御量を分配器８に入力して１４個のアクチュエータ４０１〜４１４に制御量を分配する。各アクチュエータ４０１〜４１４は計算された制御量をもとに、制振部２に取り付けられた磁極板４ａを吸引し、制振部２を所定の位置に制御する。
６個のセンサ５０１〜５０６に対する変位量をＳ₁〜Ｓ₆、センサ間距離を２ｌ（図５に示す）、アクチュエータ間距離を２ｄ（図４に示す）、６軸変位をｘ、ｙ、ｚ、θ_x、θ_y、θ_zとする。このとき６個の変位センサ量と６軸変位量の関係式は
【００３６】
【数１】

【００３７】
と表される。
また、６軸制御量をｆ_x、ｆ_y、ｆ_z、ｔ_x、ｔ_y、ｔ_z、各アクチュエータ４０１〜４１４に対するアクチュエータ出力量をｆ₁〜ｆ₁₄とすると、６軸制御量と１４個のアクチュエータ出力量の関係は
【００３８】
【数２】

【００３９】
と表される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ振動の６自由度成分全てを制御することができる。
また、指向制御装置の駆動機構部１３ｂの側面に、固定部１と結ぶ複数の弾性部材３を配置し、指向制御装置１３の一部が制振部２を兼ねる構造としたので、装置全体の大型化を招かないで、固定部１から伝わる振動の軽減、または増加などの振動制御ができる。また、追尾機構の取付け面の法線軸回りの駆動機構部１３ｂの側面に、多自由度の制御をするためのセンサ５０１〜５０３とアクチュエータ４０１〜４１２を配置することができる長所もある。
【００４１】
なお、上記実施の形態ではセンサ５は変位センサであるが、速度センサ、加速度センサも含むものとする。
また、上記実施の形態では非接触電磁石型アクチュエータ４は１４個用いているが、６軸変位をアクチュエータで制御するためには図７、８、９にれぞれ正面図、側面図、および底面図で非接触電磁石型アクチュエータの配置の他の例を示すように、最低１０個のアクチュエータ４０１〜４１０を用いればよいものとする。
また、上記実施の形態では電磁石型アクチュエータ４と対向して磁極板４ａを配置しているが、磁極板４ａの代わりに電磁石型アクチュエータを配置することも含むものとする。
なお、上記実施の形態では６自由度成分全てを制御する場合について示したが、制御する自由度は必要に応じて選ぶことができる。これは以下の各実施の形態においても同様である。
【００４２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２による指向制御装置用振動制御機構について説明する。全体的な構成は実施の形態１と同様である。制振部２とコイルバネ３はバネ−マス系とみなせ、制振部２の固有振動数よりも高周波の部分はバネ−マス系の遮断特性により、周波数領域で-40[dB/dec]の遮断性能を示す。制振部２の固有振動数近傍から低周波側は、非接触電磁石型アクチュエータ４、非接触静電容量型変位センサ５、変位変換器６、補償器７、分配器８から構成されるアクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加する。
【００４３】
このように、非接触型のアクチュエータ４を用いたことにより弾性部材３だけで支持できるため、高周波側は高周波振動の遮断性能を低下させることなく制御することができ、かつ低周波側はアクティブ制御によりダンピングを付加することができ制振部２の共振を抑えることができ、さらにアクティブ制御により制振部２の変位を一定内に抑えることができ、しかも、次の実施の形態３で詳述するように、外部からの目標値に追従させることもできる。
【００４４】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１９は指令信号発生器であり、外部からの目標値を指令信号発生器１９で発生させ、この指令信号を補償器７に入力して、アクティブ制御により、制振部２を外部からの目標値に追従させる。
【００４５】
上記実施の形態１、２では、補償器７の制御則を、制振部２の除振がなされるようにしたが、指令信号発生器１９で振動的な指令値を発生させれば、指向制御装置１３の振動環境試験などを実施するため等のように、制振部２を加振することもできる。
【００４６】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１０はフィードフォワード補償器であり、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
次に動作について説明する。６軸変位量をフィードフォワード補償器１０に入力し、例えば６軸変位量にゲインをかけるといったような指向制御装置１３へのフィードフォワード制御量を計算し、計算されたフィードフォワード制御量を指向制御装置１３へ入力する。
【００４７】
このようなフィードフォワード制御により制振部２の姿勢を制振部２に搭載された指向制御装置１３に伝えることができ、指向制御装置１３が制振部２の影響を受けるのを防止でき、指向制御装置１３の絶対指向精度を上げることができる。
【００４８】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１１は補償器７のモードを切り替えるモード切り替え器、１１ａはパソコンである。モード切り替え器１１はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
【００４９】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３の動作が比較的小さく定常状態の場合、アクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加するためあるいは制振部２を外部からの目標値に追従させるためにモード切り替え器１１により、ローゲインモードと呼ばれるモードにする。
また、指向制御装置１３の捕捉追尾動作時などのように制振部２の振動が励起する場合あるいは大外乱印加時の場合、制振部２の振動により、指向制御装置１３の指向精度が劣化するため、モード切り替え器１１により制振部２の振動が励起しないようハイゲインモードと呼ばれるモードに切り替え、制振部２の剛性を高め指向制御装置１３の変動を抑える。
補償器７におけるハイゲインモードとローゲインモードの設定方法は、例えば両者の制御則は同じものを用いてゲインだけを変える方法や、モードにより制御則を変更するということがあげられる。また、モード切り替え信号はパソコン１１ａを通じて手動で入力する。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、指向制御装置１３の動作またはセンサ５情報により補償器７のモードを切り替えるので、制振部２に搭載される機器の動作が大きい場合にはハイゲインモードにより制振部２の剛性を高めることで制振部２の変動を抑えることができ、また大外乱印加時にも対応が可能であり、また制振部２に搭載される機器１３の動作が比較的小さい定常状態の場合はローゲインモードにより制振部２のダンピングを付加することができる。
【００５１】
実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１２はモード判定器であり、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
【００５２】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３の動作が比較的小さく定常状態の場合、アクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加するためあるいは制振部２を外部からの目標値に追従させるために、指向制御装置１３の動作をモード判定器１２で判定し、ローゲインモード切り替え信号を発生させ、その信号をモード切り替え器１１に入力してローゲインモードと呼ばれるモードに切り替える。
指向制御装置１３の捕捉追尾動作時などのように制振部２の振動が励起する場合あるいは大外乱印加時の場合、制振部２の振動により、指向制御装置１３の指向精度が劣化するため、モード判定器１２により指向制御装置１３の動作を判定したり、６軸変位情報とモード切り替え設定値の関係を判定したりしてハイゲインモード切り替え信号を発生させ、その信号をモード切り替え器１１に入力して、制振部の振動が励起しないようハイゲインモードと呼ばれるモードに切り替え、制振部の剛性を高め指向制御装置１３の変動を抑える。
【００５３】
このように、本実施の形態によれば、モード判定器１２の出力によりモード切り替え器１１を動作させるので、システム全体の構成が容易となり、またシステム全体を自律的に構成することができる
【００５４】
実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、２ａは第１の制振ユニットの制振部、２ｂは第２の制振ユニットの制振部、２ｃは第３の制振ユニットの制振部、３ａは第１の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、３ｂは第２の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、３ｃは第３の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、４ａは第１の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ｂは第２の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ｃは第３の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、５ａは第１の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、５ｂは第２の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、５ｃは第３の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、１５は指向制御装置１３を載せた台である。図１５に固定部１の上方から見た制振ユニットの配置例を示し、矢印はアクチュエータの駆動方向を表している。
【００５５】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３は台１５に載せられており、この台１５は３個の制振ユニットによって支持されている。それぞれの制振ユニットは２自由度の能動制御軸を持ち、３個の制振ユニットで台１５の６自由度の能動制御が可能なようにそれぞれ正三角形の頂点の位置に配置されている。図１５の紙面垂直方向に能動制御が可能であり、それぞれの紙面平行能動制御方向ベクトルが１２０度であるため、６自由度の能動制御が可能である。
３個の制振ユニット内の非接触静電容量型変位センサ５ａ、５ｂ、５ｃで検出された信号は、変位変換器６に入力され、並進３自由度と回転３自由度の運動に分離され、補償器７に入力される。補償器７で各軸ごとの制御量が算出され、分配器８に入力される。この信号によって、３個の制振ユニット内の非接触電磁石型アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃが駆動され、台１５に載せられた指向制御装置１３の制振がなされる。
【００５６】
このような構成にすることにより、搭載する指向制御装置１３が大型の場合でも、これを搭載する台１５を複数の制振ユニットで支持することにより、所望の自由度で振動制御が可能である。
【００５７】
なお、上記実施の形態では３個の制振ユニットを用いた場合を示したが、３個に限らず複数個の制振ユニット全体で台１５の６自由度を制御できればよい。つまり、各制振ユニットの能動制御の自由度が制振したい自由度以上でもよい。また、台１５の制振したい自由度が６自由度より少ない場合は、その自由度を構成できる数の制振ユニットとすればよい。
また、上記実施の形態では台１５に、１つの指向制御装置１３を載せた例を示したが、複数の指向制御装置１３を載せてもよい。
【００５８】
さらに、実施の形態２の場合と同様に制振部２と指向制御装置１３の固有振動数によりパッシブ制御とアクティブ制御を切り替えたり、実施の形態４の場合と同様にフィードフォワード補償器１０を用いたり、実施の形態５や６の場合と同様に補償器７のゲインモードを切り替えたりしてもよく、上記各実施の形態の場合と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５９】
実施の形態８．
図１６は本発明の実施の形態８による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１６は固定部１に立てられた４本の支柱、３は支持柱１６の上端から吊り下げられた４個の弾性部材すなわちコイルバネ、１５は４個のコイルバネ３の下端で吊り下げられた台、１３は台１５に載せられた指向制御装置、１７は台１５の下側に取り付けられた箱、１８は箱１７に隣接して配置され、非接触電磁石型アクチュエータ４で吸引される補助質量である。なお、この実施の形態では台１５と箱１７とで制振部を構成している。補助質量１８を外し、箱１７を下から見た様子を図１７に示す。
【００６０】
次に動作について説明する。
固定部１に立てられた４本の支柱１６は台１５に開けられた穴を貫通している。さらに、指向制御装置１３を載せた台１５は、これら４本の支柱１６の上部からそれぞれ４個のコイルバネ３で吊り下げられ、並進３個、回転３個の自由度を持っている。この台１５の下側の箱１７の側面および下面には１０個のアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ４と６個の非接触静電容量型変位センサ５が取り付けられている。補助質量１８は、これらの箱１７とアクチュエータ４とセンサ５を包み込むような形状をしており、センサ５の信号を変位変換器６で変換し、指令信号発生器１９で発生される指令値と比較し、補償器７で６軸制御量を計算した後、分配器８でアクチュエータ４の駆動信号に分配する制御によって補助質量１８は非接触支持される。これにより、箱１７に対する補助質量１８の位置は、指令信号発生器１９で発生される指令値となるように制御され、補助質量１８を台１５に対して相対的に振ることによって、６自由度を持つ台１５に操作力を加えることができる。補償器７の制御則は、この操作力が、固定部１から台１５に伝わる振動を弱めるように設定されており、台１５に載せられた指向制御装置１３の除振がなされる。
【００６１】
本実施の形態の場合も実施の形態１と同様に、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ振動の６自由度成分全てを制御することができる。
さらに、アクチュエータ４を１０個用いて、１個の補助質量１８で６自由度成分全てを制御できるため、小型で多自由度の制振に用いることができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態では、補償器７の制御則を、指向制御装置１３の除振がなされるようにしたが、指令信号発生器１９で振動的な指令値を発生させれば、指向制御装置１３の振動環境試験などを実施するため等のように、指向制御装置１３を加振することもできる。
【００６３】
また、実施の形態７の場合と同様に、上記箱１７にアクチュエータ４、センサ５、および補助質量１８を配置したものを１つの制振ユニットとし、それぞれのユニットに２自由度の能動制御軸を持たせて３個の制振ユニットを台１５に配置することで、搭載する指向制御装置１３が大型の場合でも対応可能である。
また、実施の形態１の場合と同様に、箱１７の内側に第２の駆動機構１３ｂを組み込むことで指向制御装置１３の一部を振動制御機構に兼用できるため、装置全体の大型化を避けることができる。
さらに上記実施の形態２の場合と同様に制振部２の固有振動数によりパッシブ制御とアクティブ制御を切り替えたり、実施の形態４の場合と同様にフィードフォワード補償器１０を用いたり、実施の形態５や６の場合と同様に補償器７のゲインモードを切り替えたりしてもよく、上記各実施の形態の場合と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００６４】
参考例１．
図１８は本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の全体的な構成例を示す構成図である。（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。図１９は本参考例で用いられるカムプレートの形状例を示す。これらの図において、２０は揺動部であり、例えば上記各実施の形態で示したような振動制御機構の制振部２や指向制御装置１３の観測機器等のミラー等である。２１は揺動部を把持する第１の把持アーム、２２は揺動部を把持する第２の把持アーム、２３は把持アーム２１、２２を駆動するカムプレート、２３ａ、２３ｂは貫通穴、２４は把持アームの一端を軸着するエンドプレート、２５はモータなどのカムプレート駆動用のアクチュエータである。カムプレート２３には図１９のような形状の貫通穴２３ａ、２３ｂが開けられており、把持アーム２１、２２は中央部がそれぞれ貫通穴２３ａ、２３ｂを貫通して一端がエンドプレート２４に軸着されている。カムプレート２３の回転角と曲率半径の関係を図２０に示す。
【００６５】
次に動作について説明する。
図１９、２０に示すように、カムプレート駆動用アクチュエータ２５で回転駆動されるカムプレート２３の回転角がθ₀の位置（すなわち貫通穴の一端の位置）では、カムプレート２３の回転中心から穴２３ａ、２３ｂまでの距離、つまり曲率半径ｒ₀は最大となり、図１８（ｂ）のように把持アーム２１、２２は揺動部２０のから離れ、解放状態となっている。揺動部２０をロック状態にするには、カム駆動用アクチュエータ２５でカムプレート２３を回転させ、θ₂の位置（すなわち貫通穴の他端の位置）にする。カムプレート２３の回転角がθ₂の位置では曲率半径ｒ₂は小さくなり、図１８（ａ）のように把持アーム２１、２２は揺動部２０を両側から挟み込み、ロック状態となる。
曲率半径と揺動部２０の把持力には、およそ逆比例の関係があり、カムプレート２３の曲率半径が小さいほど、把持力は大きくなる。よって、カムプレート２３がθ₀とθ₂の間の位置である回転角θ₁の位置（すなわち貫通穴の中央部）では曲率半径ｒ₁はこれらの区間で最小となり把持力は最大となる。このため、カムプレート２３が回転角θ₂のロック状態になされた後に、解放状態の方向へ緩むのを防止することができる。すなわち、一度ロック状態にされたこの把持機構は自己保持機能を持つ。ロック状態から解放状態にするには、カムプレート駆動用アクチュエータ２５を逆転させ、カムプレート２３の回転角をθ₂からθ₀に回転させればよい。
【００６６】
このように、本参考例ではワイヤー等を用いず、しかもロック状態になされた後に、解放状態の方向へ緩むのを防止することができるため、小型ながら高い信頼性で揺動部を固定できると共に、把持解放時に周辺の機器に与える影響を大幅に低減できる。また、解放状態から把持状態への移行、把持状態から解放状態への移行、さらにこれらの繰返しが可能である。
【００６７】
上記参考例では、把持アーム２１、２２を一端でエンドプレート２４に軸着する場合を示したが、把持アームの中間を軸着してもよい。この場合の参考例を図２１に示す。（ａ）はロック状態、（ｂ）は解放状態を示す。この場合、カムプレート２３の形状は例えば、図２２のようにすればよい。つまり、カムプレート２３の回転角θ₀で曲率半径ｒ₀を最小にして把持アーム２１、２２が解放状態にあるようにし、カムプレート２３がθ₂に回転した状態では曲率半径ｒ₂がこれより大きくなり、かつ、揺動部２０を把持アーム２１、２２が把持するようにする。さらに、カムプレート回転角がθ₀とθ₂の間のθ₁の状態では、曲率半径ｒ₁をこれらの区間で最大になるようにすればよい。カムプレート２３の回転角と曲率半径の関係図を図２３に示す。
この場合、曲率半径と揺動部２０の把持力には、およそ比例の関係があり、カムプレート２３の曲率半径が大きいほど、把持力は大きくなる。
【００６８】
なお、上記参考例では、把持アーム２１、２２が２本の場合を示したが、３本以上でもよい。例えば３本の場合は、把持アームを１２０度間隔で配置すればよい。
また、揺動部２０における把持アーム２１、２２に把持される部分にはフランジ等の把持に適した構成を適用すると良いのは言うまでもない。
また、カムプレート駆動用アクチュエータ２５はモータ等回転力を発生できるものであれば何でもよい。
さらに、解放状態からロック状態、または、ロック状態から解放状態への一方向のみの駆動をさせる場合は、カムプレート駆動用アクチュエータ２５はモータなどの他、パラフィンアクチュエータ、回転バネ等でもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するので、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ必要に応じて振動の６自由度成分全てを制御することが可能であるという効果がある。さらに、上記制振部の固有振動数よりも高周波側は弾性部材の遮断特性を用いたパッシブ制御を行い、上記制振部の固有振動数近傍から低周波側はアクチュエータによるアクティブ制御を行うように構成したので、高周波側は非接触型のアクチュエータを用いたことにより弾性部材だけで支持できるため高周波振動の遮断性能を低下させることなく制御することができ、かつ低周波側はアクティブ制御によりダンピングを付加することができ制振部の共振を抑えることができ、さらにアクティブ制御により制振部の変位を一定内に抑えることができしかも外部からの目標値に追従させることも可能であるという効果がある。
【００７２】
また、上記各センサ信号から得られた情報を指向制御装置にフィードフォワードするフィードフォワード補償器を備えたので、制振部の姿勢を制振部に搭載された指向制御装置に伝えることができ、指向制御装置が制振部の影響を受けるのを防止でき、指向制御装置の絶対指向精度を上げることができるという効果がある。
【００７３】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを切り替えるので、制振部に搭載される指向制御装置の動作が大きい場合にはハイゲインモードにより制振部の剛性を高めることで制振部の変動を抑えることができ、また大外乱印加時にも対応が可能であり、また制振部に搭載される指向制御装置の動作が比較的小さい定常状態の場合はローゲインモードにより制振部のダンピングを付加することができるという効果がある。
【００７４】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを判定するモード判定器およびこのモード判定器の出力により上記補償器のモードを切り替えるモード切り替え器を備えたので、上記第５の発明の効果に加えて、システム全体の構成が容易となり、またシステム全体を自律的に構成することができるという効果がある。
【００７５】
また、指向制御装置の駆動機構部の側面に複数の弾性部材を配置して指向制御装置を固定部に揺動可能に結合し、指向制御装置の一部が制振部を兼ねるように構成したので、装置全体の大型化を招かないで、固定部から伝わる振動の軽減、または増加などができる。また、追尾機構の取付け面の法線軸回りの駆動機構部の側面に、多自由度の制御をするためのセンサとアクチュエータを配置することができる長所もある。
【００７６】
また、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部に隣接して配置された補助質量と、この補助質量と制振部との相対変位、相対速度または相対加速度を検出する少なくとも１個の非接触型センサと、上記補助質量または制振部に固定され上記補助質量と制振部との相対位置または角度を制御する少なくとも１個の非接触型電磁アクチュエータと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備えたので、小型で多自由度の除振に用いることができる指向制御装置を提供することができる。また、加振装置としての使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成を示す構成図である。
【図２】図１の指向制御装置の構成を説明する構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す正面図である。
【図５】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す側面図である。
【図６】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す底面図である。
【図７】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す正面図である。
【図８】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す側面図である。
【図９】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す底面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態７による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１５】実施の形態７に係わり固定部の上方から見た制振ユニットの配置例を示す上面図である。
【図１６】本発明の実施の形態８による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１７】実施の形態８に係わり箱に取り付けられたセンサとアクチュエータの配置を示す下面図である。
【図１８】本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の一例を示す構成図であり、（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。
【図１９】図１８で用いられるカムプレートの形状の一例を示す説明図である。
【図２０】図１９で示したカムプレートの回転角と曲率半径の関係を示す特性図である。
【図２１】本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の他の例を示す構成図であり、（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。
【図２２】図２１で用いられるカムプレートの形状の一例を示す説明図である。
【図２３】図２２で示したカムプレートの回転角と曲率半径の関係を示す特性図である。
【図２４】従来の振動制御装置を示す構成図である。
【図２５】従来の指向制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１固定部、２制振部、３コイルバネ、４，４０１〜４１４非接触電磁石型アクチュエータ、４ａ磁極板、５，５０１〜５０６非接触静電容量型変位センサ、６変位変換器、７補償器、８分配器、９搭載機器、１０フィードフォワード補償器、１１モード切り替え器、１１ａパソコン、１２モード判定器、１３指向制御装置、１３ａ，１３ｂ第１，第２の駆動機構、１５台、１６支柱、１７箱、１８補助質量、１９指令信号発生器、２０揺動部、２１，２２第１，第２の把持アーム、２３カムプレート、２４エンドプレート、２５カムプレート駆動用のアクチュエータ、１０１床、１０２架台、１０３アクティブ除振部材、１０４定盤、１０５構造体、１０６可動部材、１０７内部構造部材、１０８ａ上下方向用アクチュエータ、１０９ｘ，１０９ｙ検出器、１１０ローパスフィルタ、１１１Ａ／Ｄ変換器、１１２ディジタルシグナルプロセッサ、１１３計算機、１１４Ｄ／Ａ変換器、１１５アンプ、１１８パッシブ除振部材、１３０コントローラ、１３１モータ、２０１送受信望遠鏡、２０２粗捕捉追尾機構、２０３精捕捉追尾機構、２０４ポインティングセンサ、２０５トラッキングセンサ、２０６通信用受光器、２０７光行差補正機構、２０８レーザ光源、８３，８６ビームスプリッタ、８５ダイクロイックミラー、１００相手局からのレーザビーム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a configuration and a control algorithm of a vibration control mechanism used for a pointing control device installed on the ground or mounted on an artificial satellite, an aircraft, or the like, for example.
[0002]
[Prior art]
FIG. 24 is a block diagram showing an active anti-vibration device which is an example of a conventional vibration control device disclosed in, for example, JP-A-7-310779. In FIG. 24, 101 is a floor, 102 is a gantry, and 103 is an active anti-vibration device. 104, a surface plate; 105, a mounting device such as an electron beam exposure apparatus; 106, a movable member such as a sample mounting table; 107, an internal structural member such as an electron gun; 108a, a vertical actuator; , 109Y is a detector, 110 is a low-pass filter, 111 is an A / D converter, 112 is a digital signal processor (DSP), 113 is a computer, 114 is a D / A converter, 115 is an amplifier, 130 is a controller, 131 is a controller. It is a motor.
[0003]
Next, the operation of the active vibration isolator shown in FIG. 24 will be described. A plurality of

detectors

109X, 109Y, 109Z (not shown) for detecting respective vibrations are arranged on the device 105 and the base 104, and the controller 130 responds to signals from the

respective detectors

109X, 109Y, 109Z. By controlling the respective vertical actuators 108a, signals of respective signals between the members of the device 105, that is, between the internal structural member 107 and the movable member 106, or between the members 106 and 107 of the device 105 and the surface plate 104 are controlled. Reduce the relative value. That is, the signals from the

detectors

109X, 109Y, and 109Z are input to the low-pass filter 110 and the DSP 112 through the A / D converter 111. An execution program for controlling the vertical actuator 108a is written in the DSP 112, and a signal calculated at high speed by the DSP 112 controls the vertical actuator 108a via the amplifier 115.
[0004]
FIG. 25 is a block diagram showing a conventional pointing control device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-307703. In FIG. 25, reference numeral 201 denotes a transmission / reception telescope which is a mounted device, 202 denotes a coarse capturing and tracking mechanism, and 202a denotes a coarse capturing A tracking mechanism control circuit, 203 is a fine capture and tracking mechanism, 203a is a fine capture and tracking mechanism control circuit, 204 is a pointing sensor, 205 is a tracking sensor, 206 is a communication light receiver, 207 is an optical line difference correction mechanism, and 208 is a laser light source. , 83 and 86 are beam splitters, 85 is a dichroic mirror, and 100 is a laser beam from the partner station.
[0005]
Next, the operation of the pointing control device shown in FIG. 25 will be described. The laser beam 100 from the partner station is received by the pointing sensor 204 by the fine capturing and tracking mechanism 203, the dichroic mirror 85, and the beam splitter 83, the relative angle error is output by the pointing sensor 204, and the transmission and reception telescope 201 is transmitted by the coarse capturing and tracking mechanism 202. Capture the other station. Further, the laser beam 100 from the partner station is received by the tracking sensor 205 by the precise capturing and tracking mechanism 203, the dichroic mirror 85, and the beam splitters 83 and 86, and the tracking sensor 205 outputs a relative angle error. Track stations.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional vibration control mechanism is configured as described above, and is used in the above-described directional control device to realize directional control that requires high accuracy and high reliability. There was a problem.
[0007]
First, the active anti-vibration apparatus shown in FIG. 24 has a problem that vibration cannot be completely separated into six degrees of freedom since the active control actuator 108a is a contact type. Furthermore, since the active control actuator 108a is a contact type, there is a problem that the performance of blocking high-frequency vibration is lower than that of passive control using only an elastic member that does not perform active control.
Further, since the elastic member 118 is used, there is a problem that the platen 104 vibrates due to the operation of the device 105 mounted on the platen 104.
[0008]
In addition, since the active vibration isolator is configured to suppress low-frequency vibration, there is a problem that the active vibration isolator cannot follow an arbitrary target value.
[0009]
In addition, problems related to pointing technology are described.
In the case of initial setting or the like, there is a problem that the directivity control device is affected by the operation of the active anti-vibration device when the active anti-vibration device follows an arbitrary target value, and the directivity accuracy is deteriorated.
[0010]
Further, when the vibration disturbance of the floor 101 on which the active vibration isolator is mounted is large, the vibration disturbance is directly transmitted to the mounted device 105 to increase the pointing control error. There is a problem that a pointing control device is required.
[0011]
Further, when the operation of the mounted device 105 of the active vibration isolator is large, there is a problem that the active vibration isolator vibrates due to the effect of this operation, and the directivity of the mounted device 105 is degraded.
[0012]
Further, when the mounted device 105 is mounted on a directional control device having a vibration isolation function to reduce the transmission of vibration disturbance from the floor 101, there is a problem in that these devices are stacked to increase the size.
[0013]
In addition, in the case of the large-sized mounted device 105, a large-sized directional control device is required, and in order to perform vibration isolation with multiple degrees of freedom, a dedicated vibration isolation device that performs vibration isolation with this number of degrees of freedom has been developed. I needed to. In other words, there is a problem in that a dedicated vibration isolator must be developed one-to-one according to the size, mass, and degree of freedom of vibration isolation of the mounted device 105 to be vibrated.
[0015]
Further, in the directivity control device shown in FIG. 25, when the vibration disturbance of the floor to which it is attached is large, the vibration disturbance is transmitted to the directivity control device as it is, and the directivity control error is increased. However, there is a problem that a high-performance pointing control device is required.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to completely separate vibrations into six degrees of freedom so that all of them can be controlled.
[0017]
It is another object of the present invention to prevent the performance of blocking high-frequency vibration from being lower than that of passive control using only an elastic member that does not perform active control.
[0018]
It is another object of the present invention to obtain a vibration control mechanism for a pointing control device in which a pointing control error does not significantly deteriorate even when the vibration control mechanism follows an arbitrary target value.
[0019]
Another object of the present invention is to provide a vibration control mechanism for a directional control device in which a directional control error is not significantly degraded even when a vibration disturbance of a floor to which the vibration control mechanism is attached is large or the operation of the directional control device is large.
[0020]
It is another object of the present invention to obtain a directional control device having an anti-vibration function without increasing the size of the entire device.
[0021]
It is another object of the present invention to provide a vibration control mechanism for a directional control device that does not strongly depend on the size, mass, and freedom of vibration control of a mounted device to be controlled.
[0022]
Still another object of the present invention is to provide a vibration control mechanism for a pointing control device which is small and can be used for vibration control with multiple degrees of freedom.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
A vibration control mechanism for a directional control device according to the present invention is provided with a directional control device for controlling the directional control of a mounted device, and a vibration damping portion that is swingably coupled to a fixed portion via an elastic member. A plurality of non-contact type actuators for controlling the position or the angle of the vibration part with respect to the fixed part; a plurality of non-contact type sensors for measuring the displacement, speed or acceleration of the vibration suppression part with respect to the fixed part; , A displacement converter that converts the coordinate into a six-axis displacement, a compensator that calculates a six-axis control amount from the coordinate-transformed six-axis displacement, and a distributor that distributes the calculated six-axis control amount to each of the actuators. Provided for controlling the position or angle of the vibration damping part with respect to the fixed part,On the high frequency side of the natural frequency of the vibration suppression unit, passive control using the cutoff characteristics of the elastic member is performed, and on the low frequency side near the natural frequency of the vibration suppression unit, active control by the actuator is performed. Things.
[0027]
Also,A feedforward compensator is provided for feeding information obtained from each of the sensor signals to a pointing control device.
[0028]
Also,The mode of the compensator is switched according to the operation of the pointing control device or the sensor information.
[0029]
Also,A mode determiner that determines the mode of the compensator based on the operation of the pointing control device or sensor information, and a mode switcher that switches the mode of the compensator based on the output of the mode determiner.
[0030]
Also,A plurality of elastic members are arranged on the side of the drive mechanism of the directional control device, and the directional control device is swingably connected to the fixed portion, so that a part of the directional control device also functions as a vibration suppression unit. is there.
[0031]
In addition, a directional control device that controls the directional control of the mounted device is mounted, and a vibration damping unit that is swingably coupled to a fixed unit via an elastic member, and an auxiliary mass disposed adjacent to the vibration damping unit And at least one non-contact type sensor for detecting a relative displacement, a relative speed or a relative acceleration between the auxiliary mass and the vibration damping unit, and the auxiliary mass and the vibration damping unit fixed to the auxiliary mass or the vibration damping unit. At least one non-contact type electromagnetic actuator for controlling the relative position or angle of the sensor, a displacement converter for performing coordinate conversion of a signal from each of the sensors into a six-axis displacement, and a six-axis control amount based on the coordinate-converted six-axis displacement. And a distributor that distributes the calculated six-axis control amounts to the actuators.Things.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a directivity control device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the configuration of the directivity control device, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A. In the figure, 1 is a fixed portion, 2 is a vibration damping portion, 3 is an elastic member for passive control, that is, a coil spring. The vibration damping portion 2 is swingably coupled to the fixed portion 1 via the coil spring 3. Reference numeral 4 denotes a non-contact electromagnet type actuator for active control, and reference numeral 5 denotes a non-contact capacitance type displacement sensor for detecting a displacement of the vibration damping unit 2 with respect to the fixed unit 1. Reference numeral 6 denotes a displacement converter for coordinate-converting a signal from each sensor 5 into 6-axis displacement, 7 a compensator for calculating a 6-axis control amount from the coordinate-converted 6-axis displacement, and 8 a calculated 6-axis control amount. This is a distributor for distributing to each actuator 4, and these displacement converter 6, compensator 7, and distributor 8 are realized using a digital signal processor (DSP) or an analog circuit. Reference numeral 9 denotes on-board equipment such as an observation device and a communication antenna, 13 denotes a directivity control device, 13a denotes a first drive mechanism of the directivity control device, and 13b denotes a second drive mechanism of the directivity control device.
Driving mechanisms for directing the on-board device 9 in the observation direction and the direction of the communication partner station are a first driving mechanism 13a and a second driving mechanism 13b of the pointing control device 13, and in this embodiment, around the Z axis. A coil spring 3 for passive control, a non-contact electromagnet type actuator 4 for active control, and a non-contact capacitance type displacement sensor 5 for detecting displacement are provided on the side surface of the second drive mechanism 13b of the directional control device for performing rotational driving of Are arranged, and a part of the pointing control device also functions as the vibration damping unit 2.
[0034]
4, 5, and 6 are a front view, a side view, and a bottom view showing an example of the arrangement of the non-contact electromagnet type actuator and the non-contact capacitance type displacement sensor. In the figure, 401 to 414 are non-contact electromagnet type actuators for active control, 4a is a magnetic pole plate for attracting by an electromagnet, and 501 to 506 are non-contact capacitance type displacement sensors for detecting displacement. Note that the actuators shown in parentheses as in (409) in FIGS. 4 and 5 are arranged at the same position on the opposite surface.
[0035]
Next, the operation will be described.
The pointing control device is, for example, the same as the conventional example, and performs optical communication between its own station and the other station like an optical space communication apparatus. It has a capturing and tracking function with a degree of freedom of rotation of the shaft, and its pointing accuracy is very high, requiring an order of several μrad. When the pointing control device 13 captures and tracks the partner station and the vibration suppression unit 2 fluctuates due to disturbance, the non-contact capacitance type displacement sensors 501 to 506 detect the displacement at that point. The displacement amount is input to a displacement converter 6, the six sensor information is converted into six-axis displacement, the six-axis displacement amount is input to a compensator 7, and the displacement is calculated using a PID (Propotional Integral and Differential) control rule. The axis control amount is calculated, and the 6-axis control amount is input to the distributor 8, and the control amount is distributed to the 14 actuators 401 to 414. Each of the actuators 401 to 414 sucks the magnetic pole plate 4a attached to the damping unit 2 based on the calculated control amount, and controls the damping unit 2 to a predetermined position.
The displacement amount for the six sensors 501 to 506 is represented by S₁~ S₆, The distance between the sensors is 2l (shown in FIG. 5), the distance between the actuators is 2d (shown in FIG. 4), and the six-axis displacement is x, y, z, θ._x, Θ_y, Θ_zAnd At this time, the relational expression between the six displacement sensor amounts and the six-axis displacement amounts is
[0036]
(Equation 1)

[0037]
It is expressed as
Further, the 6-axis control amount is represented by f_x, F_y, F_z, T_x, T_y, T_z, The actuator output amount for each of the actuators 401 to 414 is represented by f₁~ F₁₄Then, the relationship between the 6-axis control amount and the 14 actuator output amounts is
[0038]
(Equation 2)

[0039]
It is expressed as
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the vibration can be completely separated into six degrees of freedom, the translation component and the rotation component can be made non-interfering, and all the six degrees of freedom components of the vibration can be controlled. it can.
Further, a plurality of elastic members 3 connected to the fixed unit 1 are arranged on the side surface of the drive mechanism unit 13b of the directional control device, and a part of the directional control device 13 also serves as the vibration damping unit 2. Vibration control such as reduction or increase of vibration transmitted from the fixed portion 1 can be performed without increasing the size. Another advantage is that sensors 501 to 503 and actuators 401 to 412 for controlling multiple degrees of freedom can be arranged on the side surface of the drive mechanism 13b around the normal axis of the mounting surface of the tracking mechanism.
[0041]
In the above embodiment, the sensor 5 is a displacement sensor, but also includes a speed sensor and an acceleration sensor.
In the above embodiment, 14 non-contact electromagnet type actuators 4 are used. However, in order to control the 6-axis displacement by the actuator, FIGS. 7, 8, and 9 show a front view, a side view, and a bottom view, respectively. As shown in the drawing, another example of the arrangement of the non-contact electromagnet type actuators, at least ten actuators 401 to 410 should be used.
Further, in the above embodiment, the magnetic pole plate 4a is arranged so as to face the electromagnet type actuator 4, but it is also assumed that an electromagnet type actuator is arranged instead of the magnetic pole plate 4a.
In the above embodiment, the case where all six degrees of freedom components are controlled has been described, but the degrees of freedom to be controlled can be selected as needed. This is the same in the following embodiments.
[0042]
Embodiment 2 FIG.
Next, a vibration control mechanism for a pointing control device according to a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration is the same as in the first embodiment. The damping part 2 and the coil spring 3 can be regarded as a spring-mass system, and a portion higher in frequency than the natural frequency of the damping part 2 is cut off by -40 [dB / dec] in the frequency domain due to the cutoff characteristics of the spring-mass system. Show performance. On the low frequency side from the vicinity of the natural frequency of the vibration damping unit 2, an active control including a non-contact electromagnet type actuator 4, a non-contact capacitance type displacement sensor 5, a displacement converter 6, a compensator 7, and a distributor 8 Thus, damping is added to the vibration damping unit 2 so as to suppress resonance of the vibration damping unit 2.
[0043]
As described above, since the non-contact type actuator 4 can be supported only by the elastic member 3, the high frequency side can be controlled without deteriorating the high frequency vibration blocking performance, and the low frequency side can be controlled by the active control. , Damping can be added, the resonance of the damping unit 2 can be suppressed, and the displacement of the damping unit 2 can be suppressed within a certain range by active control. As described above, it is also possible to follow an external target value.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, reference numeral 19 denotes a command signal generator, which generates a target value from the outside by the command signal generator 19, inputs the command signal to the compensator 7, and controls the vibration damping unit 2 from the outside by active control. Follow the target value of
[0045]
In the first and second embodiments, the control law of the compensator 7 is set such that the vibration damping unit 2 performs vibration isolation. However, if the command signal generator 19 generates an oscillating command value, The vibration damping unit 2 can be excited, for example, for performing a vibration environment test or the like of the control device 13.
[0046]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a feedforward compensator, which is realized using, for example, a digital signal processor (DSP) or an analog circuit.
Next, the operation will be described. The 6-axis displacement amount is input to the feedforward compensator 10, and a feedforward control amount to the pointing control device 13 such as multiplying the 6-axis displacement amount by a gain is calculated, and the calculated feedforward control amount is subjected to directivity control. Input to the device 13.
[0047]
By such feed-forward control, the attitude of the damping unit 2 can be transmitted to the pointing control device 13 mounted on the damping unit 2, and the pointing control device 13 can be prevented from being affected by the damping unit 2. The absolute pointing accuracy of the pointing control device 13 can be increased.
[0048]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, 11 is a mode switch for switching the mode of the compensator 7, and 11a is a personal computer. The mode switch 11 is realized using a digital signal processor (DSP) or an analog circuit.
[0049]
Next, the operation will be described.
When the operation of the pointing control device 13 is relatively small and in a steady state, damping is added to the damping unit 2 so as to suppress resonance of the damping unit 2 by active control, or the damping unit 2 is set to an external target value. Mode is set by the mode switcher 11 in order to follow the low gain mode.
In addition, when the vibration of the damping unit 2 is excited or when a large disturbance is applied, such as during the capturing and tracking operation of the pointing control device 13, the pointing accuracy of the pointing control device 13 is deteriorated due to the vibration of the damping unit 2. Therefore, a mode called a high gain mode is switched by the mode switch 11 so as not to excite the vibration of the damping unit 2, the rigidity of the damping unit 2 is increased, and the fluctuation of the pointing control device 13 is suppressed.
The setting method of the high gain mode and the low gain mode in the compensator 7 includes, for example, a method of changing only the gain using the same control law, and a method of changing the control law depending on the mode. The mode switching signal is manually input through the personal computer 11a.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, the mode of the compensator 7 is switched according to the operation of the pointing control device 13 or the information of the sensor 5. Therefore, when the operation of the device mounted on the vibration suppression unit 2 is large, the high gain mode is used. By increasing the rigidity of the damping unit 2, the fluctuation of the damping unit 2 can be suppressed, it is possible to cope with the application of a large disturbance, and the operation of the device 13 mounted on the damping unit 2 is compared. In the case of the steady state, which is relatively small, damping of the vibration damping unit 2 can be added by the low gain mode.
[0051]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 13 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes a mode determiner, which is realized using a digital signal processor (DSP) or an analog circuit.
[0052]
Next, the operation will be described.
When the operation of the pointing control device 13 is relatively small and in a steady state, damping is added to the damping unit 2 so as to suppress resonance of the damping unit 2 by active control, or the damping unit 2 is set to an external target value. In order to follow the above, the operation of the pointing control device 13 is determined by the mode determiner 12, a low gain mode switching signal is generated, and the signal is input to the mode switch 11 to switch to a mode called a low gain mode.
When the vibration of the damping unit 2 is excited or when a large disturbance is applied, such as during the capturing and tracking operation of the pointing control device 13, the pointing accuracy of the pointing control device 13 is deteriorated due to the vibration of the damping unit 2. The mode determiner 12 determines the operation of the pointing control device 13, determines the relationship between the six-axis displacement information and the mode switching set value, generates a high gain mode switching signal, and sends the signal to the mode switching device 11. By inputting, the mode is switched to a mode called a high gain mode so as not to excite the vibration of the damping unit, so that the rigidity of the damping unit is increased and the fluctuation of the pointing control device 13 is suppressed.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, since the mode switching unit 11 is operated by the output of the mode determination unit 12, the configuration of the entire system becomes easy, and the entire system can be configured autonomously.
[0054]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram showing an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to Embodiment 7 of the present invention. In the figure, 2a is a damping unit of a first damping unit, 2b is a damping unit of a second damping unit, 2c is a damping unit of a third damping unit, and 3a is a first damping unit. 3b is a passive control coil spring of the second vibration damping unit, 3c is a passive control coil spring of the third vibration damping unit, and 4a is an active control coil of the first vibration damping unit. Non-contact electromagnet type actuator, 4b is a non-contact electromagnet type actuator for active control of the second vibration damping unit, 4c is a non-contact electromagnet type actuator for active control of the third vibration damping unit, and 5a is the first damping unit. A non-contact capacitance type displacement sensor for detecting the displacement of the vibration damping unit, 5b is a non-contact capacitance type displacement sensor for detecting the displacement of the second vibration damping unit, and 5c is a displacement for the third vibration damping unit. Non-contact capacitive displacement sensor output 15 is a table carrying the directivity control unit 13. FIG. 15 shows an example of the arrangement of the vibration damping unit as viewed from above the fixed part 1, and the arrows indicate the driving direction of the actuator.
[0055]
Next, the operation will be described.
The pointing control device 13 is mounted on a table 15, and the table 15 is supported by three vibration suppression units. Each vibration suppression unit has an active control axis having two degrees of freedom, and is disposed at the position of the vertex of an equilateral triangle so that the three vibration suppression units can perform active control of the table 15 with six degrees of freedom. Active control is possible in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 15, and since each paper parallel active control direction vector is 120 degrees, active control with six degrees of freedom is possible.
The signals detected by the non-contact capacitance type displacement sensors 5a, 5b, 5c in the three vibration damping units are input to the displacement converter 6 and separated into three translational degrees of freedom and three degrees of rotational movement. , Are input to the compensator 7. The control amount for each axis is calculated by the compensator 7 and input to the distributor 8. The non-contact electromagnet type actuators 4a, 4b, 4c in the three vibration suppression units are driven by this signal, and the pointing control device 13 mounted on the table 15 is damped.
[0056]
With such a configuration, even when the mounted directional control device 13 is large, the table 15 on which the directional control device 13 is mounted is supported by the plurality of vibration suppression units, so that vibration control can be performed with a desired degree of freedom. .
[0057]
In the above-described embodiment, the case where three vibration suppression units are used has been described. However, the number of vibration suppression units is not limited to three, and it is sufficient if the entire freedom of the table 15 can be controlled. That is, the degree of freedom of active control of each damping unit may be equal to or greater than the degree of freedom desired to be damped. If the degree of freedom of the table 15 to be controlled is less than six degrees of freedom, the number of vibration suppression units that can configure the degree of freedom may be set.
Further, in the above-described embodiment, an example in which one directional control device 13 is mounted on the table 15 has been described, but a plurality of directional control devices 13 may be mounted.
[0058]
Further, passive control and active control are switched according to the natural frequency of the damping unit 2 and the pointing control device 13 as in the case of the second embodiment, or the feedforward compensator 10 is used as in the case of the fourth embodiment. Alternatively, the gain mode of the compensator 7 may be switched as in the case of the fifth and sixth embodiments, and it is needless to say that the same effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0059]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 16 is a configuration diagram illustrating an overall configuration example of a vibration control mechanism for a pointing control device according to an eighth embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 16 denotes four columns erected on the fixed

portion

1, 3 denotes four elastic members or coil springs suspended from the upper end of the

support column

16, and 15 denotes a lower portion of the four coil springs 3 suspended from the lower end. 13, a pointing control device 13 mounted on the table 15, a box 17 mounted on the lower side of the table 15, and an auxiliary unit 18 disposed adjacent to the box 17 and attracted by the non-contact electromagnetic actuator 4. Mass. In this embodiment, the table 15 and the box 17 constitute a vibration damping unit. FIG. 17 shows a state in which the auxiliary mass 18 is removed and the box 17 is viewed from below.
[0060]
Next, the operation will be described.
The four columns 16 erected on the fixed part 1 pass through holes formed in the base 15. Further, the table 15 on which the pointing control device 13 is mounted is suspended from the upper portions of the four columns 16 by four coil springs 3, respectively, and has three translational degrees and three rotational degrees of freedom. On the side and underside of the box 17 below the table 15, ten non-contact electromagnet type actuators 4 for active control and six non-contact capacitance type displacement sensors 5 are attached. The auxiliary mass 18 has such a shape as to enclose the box 17, the actuator 4, and the sensor 5. The auxiliary mass 18 converts the signal of the sensor 5 with the displacement converter 6, and outputs the command value generated by the command signal generator 19. After comparing and calculating the six-axis control amounts with the compensator 7, the auxiliary mass 18 is supported in a non-contact manner by the control for distributing to the drive signal of the actuator 4 by the distributor 8. As a result, the position of the auxiliary mass 18 with respect to the box 17 is controlled so as to be a command value generated by the command signal generator 19, and the auxiliary mass 18 is relatively moved with respect to the base 15 to have six degrees of freedom. Operating force can be applied to the table 15 having The control law of the compensator 7 is set so that this operating force weakens the vibration transmitted from the fixed part 1 to the table 15, and the directional control device 13 mounted on the table 15 is isolated.
[0061]
In the case of the present embodiment, similarly to the first embodiment, the vibration can be completely separated into six degrees of freedom, the translation component and the rotation component can be made non-interfering, and all the six degrees of freedom components of the vibration can be controlled. be able to.
Further, since all the six-degree-of-freedom components can be controlled by one auxiliary mass 18 using ten actuators 4, it is possible to use the actuator for vibration suppression with a small number of degrees of freedom.
[0062]
In the above embodiment, the control law of the compensator 7 is set such that the vibration of the pointing control device 13 is removed. However, if the command signal generator 19 generates an oscillating command value, The directional control device 13 can be vibrated, for example, for performing a vibration environment test or the like of the device 13.
[0063]
Further, similarly to the case of the seventh embodiment, one in which the actuator 4, the sensor 5, and the auxiliary mass 18 are arranged in the box 17 is one vibration suppression unit, and each unit has an active control axis having two degrees of freedom. By arranging the three vibration damping units on the table 15, it is possible to cope with a case where the directional control device 13 to be mounted is large.
In addition, as in the first embodiment, by incorporating the second drive mechanism 13b inside the box 17, a part of the directivity control device 13 can be used also as a vibration control mechanism, thereby avoiding an increase in the size of the entire device. be able to.
Further, the passive control and the active control are switched according to the natural frequency of the damping unit 2 as in the case of the second embodiment, the feedforward compensator 10 is used as in the case of the fourth embodiment, The gain mode of the compensator 7 may be switched as in the case of 5 or 6, and it goes without saying that the same effects as those in the above embodiments can be obtained.
[0064]
Reference Example 1.
FIG.Reference Example 1FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the overall configuration of a swinging part gripping mechanism according to FIG. (A) shows a locked state, and (b) shows a released state. Figure 19 is a bookReference example2 shows an example of the shape of a cam plate used in the embodiment. In these figures, reference numeral 20 denotes a swinging unit, for example, a mirror or the like of the vibration suppression unit 2 of the vibration control mechanism or the observation device of the pointing control device 13 as described in each of the above embodiments. 21 is a first gripping arm for gripping the swinging part, 22 is a second gripping arm for gripping the swinging part, 23 is a cam plate for driving the gripping

arms

21 and 22, 23a and 23b are through holes, and 24 is a through-hole. An end plate 25 to which one end of the gripping arm is pivotally mounted is a cam plate driving actuator 25 such as a motor. The cam plate 23 has through-holes 23a and 23b having a shape as shown in FIG. 19, and the

grip arms

21 and 22 have central portions that pass through the through-holes 23a and 23b, respectively, and have one end axially attached to the end plate 24. Have been. FIG. 20 shows the relationship between the rotation angle of the cam plate 23 and the radius of curvature.
[0065]
Next, the operation will be described.
As shown in FIGS. 19 and 20, the rotation angle of the cam plate 23 rotationally driven by the cam plate driving actuator 25 is θ.₀(Ie, the position of one end of the through hole), the distance from the rotation center of the cam plate 23 to the holes 23a and 23b, that is, the radius of curvature r₀18B, the gripping

arms

21 and 22 are separated from the swinging part 20 and are in a released state as shown in FIG. In order to lock the swinging portion 20, the cam plate 23 is rotated by the cam driving actuator 25, and θ_Two(That is, the position of the other end of the through hole). The rotation angle of the cam plate 23 is θ_TwoRadius of curvature r at the position_Two18A, and the gripping

arms

21 and 22 sandwich the swinging portion 20 from both sides as shown in FIG.
There is an approximately inverse relationship between the radius of curvature and the gripping force of the oscillating portion 20, and the smaller the radius of curvature of the cam plate 23, the greater the gripping force. Therefore, the cam plate 23₀And θ_TwoRotation angle θ which is the position between₁At the position (ie, the center of the through hole)₁Is minimum in these sections and the gripping force is maximum. Therefore, the cam plate 23 has a rotation angle θ._TwoAfter the lock state is established, it is possible to prevent loosening in the direction of the release state. That is, the gripping mechanism once locked has a self-holding function. To change from the locked state to the released state, the cam plate driving actuator 25 is reversed, and the rotation angle of the cam plate 23 is set to θ._TwoFrom θ₀Can be rotated.
[0066]
Thus, the bookReference exampleCan be used without using wires, etc., and can be prevented from loosening in the released state after being locked, so that the swinging part can be fixed with high reliability in spite of its small size, and peripheral devices can be fixed and released. Can be greatly reduced. The transition from the released state to the holding state, the transition from the holding state to the released state, and the repetition of these steps are possible.
[0067]
the aboveReference exampleIn the above, the case where the gripping

arms

21 and 22 are axially attached to the end plate 24 at one end is shown, but an intermediate portion between the gripping arms may be axially attached. In this caseReference exampleIs shown in FIG. (A) shows a locked state, and (b) shows a released state. In this case, the shape of the cam plate 23 may be, for example, as shown in FIG. That is, the rotation angle θ of the cam plate 23₀Radius of curvature r₀Is minimized so that the gripping

arms

21 and 22 are in the released state, and the cam plate 23_TwoRadius of curvature r_TwoIs larger than this, and the swing arms 20 are gripped by the gripping

arms

21 and 22. Furthermore, when the cam plate rotation angle is θ₀And θ_TwoΘ between₁In the state of, the radius of curvature r₁Should be maximized in these sections. FIG. 23 shows a relationship diagram between the rotation angle of the cam plate 23 and the radius of curvature.
In this case, there is an approximately proportional relationship between the radius of curvature and the gripping force of the oscillating portion 20, and the gripping force increases as the radius of curvature of the cam plate 23 increases.
[0068]
The aboveReference exampleHas shown the case where the number of the gripping

arms

21 and 22 is two, but may be three or more. For example, in the case of three, the gripping arms may be arranged at intervals of 120 degrees.
Needless to say, a configuration suitable for gripping a flange or the like may be applied to a portion of the swinging portion 20 gripped by the gripping

arms

21 and 22.
Further, the cam plate driving actuator 25 may be any actuator such as a motor as long as it can generate a rotational force.
Further, when driving in only one direction from the released state to the locked state or from the locked state to the released state, the cam plate driving actuator 25 may be a paraffin actuator, a rotary spring, or the like in addition to a motor.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a vibration control unit that mounts a directivity control device that controls the directivity of a mounted device and is swingably coupled to a fixed unit via an elastic member is provided. A plurality of non-contact type actuators for controlling the position or angle of the damping part with respect to the fixed part, a plurality of non-contact type sensors for measuring the displacement, speed or acceleration of the vibration damping part with respect to the fixed part, A displacement converter for performing coordinate conversion into an axial displacement, a compensator for calculating a six-axis control amount from the six-axis displacement subjected to the coordinate conversion, and a distributor for distributing the calculated six-axis control amount to each of the actuators; By controlling the position or angle of the vibration damping part with respect to the fixed part, vibration can be completely separated into six degrees of freedom, and translational and rotational components can be made non-interfering. If necessary, six degrees of freedom of vibration can be obtained. All components can be controlled There is an effect that there is. further,On the high frequency side of the natural frequency of the vibration suppression unit, passive control using the cutoff characteristics of the elastic member is performed, and on the low frequency side near the natural frequency of the vibration suppression unit, active control by the actuator is performed. Therefore, since the non-contact type actuator is used on the high frequency side, it can be supported only by the elastic member, so that it can be controlled without lowering the cutoff performance of high frequency vibration, and the low frequency side is added with damping by active control. Thus, there is an effect that the resonance of the damping unit can be suppressed, the displacement of the damping unit can be suppressed within a certain range by the active control, and it is possible to follow a target value from the outside.
[0072]
Also,UpThe feedforward compensator that feeds forward the information obtained from each sensor signal to the pointing control device is provided, so that the attitude of the damping unit can be transmitted to the pointing control device mounted on the damping unit, and the pointing control can be performed. There is an effect that the device can be prevented from being affected by the vibration suppression unit, and the absolute pointing accuracy of the pointing control device can be increased.
[0073]
Also,fingerThe mode of the compensator is switched according to the operation of the direction control device or the sensor information. Therefore, when the operation of the direction control device mounted on the vibration suppression unit is large, the rigidity of the vibration suppression unit is increased by the high gain mode. Fluctuation can be suppressed, and it is possible to cope with the application of large disturbance. In the steady state where the operation of the directional control device mounted on the vibration suppression unit is relatively small, the damping of the vibration suppression unit is performed by the low gain mode. Can be added.
[0074]
Also,fingerA mode determiner that determines the mode of the compensator based on the operation of the direction control device or the sensor information and a mode switch that switches the mode of the compensator based on the output of the mode determiner. In addition to the above, there is an effect that the configuration of the entire system becomes easy and the entire system can be configured autonomously.
[0075]
Also,fingerSince a plurality of elastic members are arranged on the side of the drive mechanism of the direction control device and the direction control device is swingably connected to the fixed portion, and a part of the direction control device is configured to also serve as a vibration damping portion, The vibration transmitted from the fixed portion can be reduced or increased without increasing the size of the entire device. In addition, there is an advantage that a sensor and an actuator for controlling multiple degrees of freedom can be arranged on the side surface of the drive mechanism around the normal axis of the mounting surface of the tracking mechanism.
[0076]
In addition, a directional control device that controls the directional control of the mounted device is mounted, and a vibration damping unit that is swingably coupled to a fixed unit via an elastic member, and an auxiliary mass disposed adjacent to the vibration damping unit And at least one non-contact type sensor for detecting a relative displacement, a relative speed or a relative acceleration between the auxiliary mass and the vibration damping unit, and the auxiliary mass and the vibration damping unit fixed to the auxiliary mass or the vibration damping unit. At least one non-contact type electromagnetic actuator for controlling the relative position or angle of the sensor, a displacement converter for performing coordinate conversion of a signal from each of the sensors into a six-axis displacement, and a six-axis control amount based on the coordinate-converted six-axis displacement. Is provided, and a distributor for distributing the calculated six-axis control amount to each of the actuators is provided. Therefore, it is possible to provide a directivity control device that is small and can be used for vibration isolation with multiple degrees of freedom. it can. It can also be used as a vibration device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall configuration of a vibration control mechanism for a pointing control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a configuration of a pointing control device of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is a front view showing an example of an arrangement of a non-contact electromagnet type actuator and a non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 5 is a side view showing an example of an arrangement of a non-contact electromagnet type actuator and a non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 6 is a bottom view showing an example of an arrangement of a non-contact electromagnet type actuator and a non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 7 is a front view showing another example of the arrangement of the non-contact electromagnet type actuator and the non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 8 is a side view showing another example of the arrangement of the non-contact electromagnet type actuator and the non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 9 is a bottom view showing another example of the arrangement of the non-contact electromagnet type actuator and the non-contact capacitance type displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a top view showing an example of arrangement of vibration damping units as viewed from above a fixing portion according to the seventh embodiment.
FIG. 16 is a configuration diagram illustrating a vibration control mechanism for a pointing control device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a bottom view showing the arrangement of sensors and actuators attached to a box according to the eighth embodiment.
FIG. 18 of the present invention.Reference Example 1FIGS. 3A and 3B are configuration diagrams illustrating an example of a swinging part gripping mechanism according to the first embodiment, in which FIG. 3A illustrates a locked state, and FIG.
FIG. 19 is an explanatory view showing an example of a shape of a cam plate used in FIG.
20 is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle and a radius of curvature of the cam plate shown in FIG.
FIG. 21 of the present invention.Reference Example 1FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams showing another example of the swinging part gripping mechanism according to the embodiment, in which FIG. 7A shows a locked state, and FIG.
FIG. 22 is an explanatory view showing an example of the shape of a cam plate used in FIG.
FIG. 23 is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle and a radius of curvature of the cam plate shown in FIG. 22;
FIG. 24 is a configuration diagram showing a conventional vibration control device.
FIG. 25 is a configuration diagram showing a conventional pointing control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed part, 2 Damping part, 3 Coil spring, 4,401-414 Non-contact electromagnet type actuator, 4a Magnetic pole plate, 5,501-506 Non-contact capacitance type displacement sensor, 6 Displacement converter, 7 Compensator, 8 distributor, 9 onboard equipment, 10 feedforward compensator, 11 mode switcher, 11a personal computer, 12 mode determiner, 13 pointing control device, 13a, 13b first and second drive mechanisms, 15 units, 16 columns, Reference Signs List 17 box, 18 auxiliary mass, 19 command signal generator, 20 swing part, 21, 22, first and second gripping arms, 23 cam plate, 24 end plate, 25 actuator for driving cam plate, 101 floor, 102 Stand, 103 active vibration isolation member, 104 surface plate, 105 structure, 106 movable member, 107 internal structure member, 1 8a Vertical actuator, 109x, 109y detector, 110 low-pass filter, 111 A / D converter, 112 digital signal processor, 113 computer, 114 D / A converter, 115 amplifier, 118 passive vibration isolation member, 130 controller, 131 motor, 201 transmitting and receiving telescope, 202 coarse capturing and tracking mechanism, 203 fine capturing and tracking mechanism, 204 pointing sensor, 205 tracking sensor, 206 communication light receiver, 207 optical line difference correcting mechanism, 208 laser light source, 83, 86 beam splitter, 85 Dichroic mirror, 100 Laser beam from partner station.

Claims

A directional control device that controls the directional control of the mounted device is mounted, and a vibration damping unit that is swingably coupled to the fixed unit via an elastic member, and a plurality of positions that control the position or angle of the vibration damping unit with respect to the fixed unit. A non-contact type actuator, a plurality of non-contact type sensors for measuring the displacement, speed or acceleration of the vibration damping portion with respect to the fixed portion, and a displacement converter for coordinate-converting a signal from each of the sensors into a six-axis displacement, A compensator for calculating a six-axis control amount from the coordinate-transformed six-axis displacement; and a distributor for distributing the calculated six-axis control amount to each of the actuators, wherein a position or an angle of the vibration damping part with respect to the fixed part is provided. The passive control using the cutoff characteristic of the elastic member is performed on the higher frequency side than the natural frequency of the vibration suppression unit, and the low frequency side is controlled from the vicinity of the natural frequency of the vibration suppression unit. A Pointing control device for a vibration control mechanism, characterized by being configured to perform revertive control.

A directional control device that controls the directional control of the mounted device is mounted, and a vibration damping unit that is swingably coupled to the fixed unit via an elastic member, and a plurality of positions that control the position or angle of the vibration damping unit with respect to the fixed unit. A non-contact type actuator, a plurality of non-contact type sensors for measuring the displacement, speed or acceleration of the vibration damping portion with respect to the fixed portion, and a displacement converter for coordinate-converting a signal from each of the sensors into a six-axis displacement, A compensator for calculating a six-axis control amount from the coordinate-transformed six-axis displacement; and a distributor for distributing the calculated six-axis control amount to each of the actuators, wherein a position or an angle of the vibration damping part with respect to the fixed part is provided. a controls the feed-forward compensator and wherein the to that oriented controller for vibration control mechanism further comprising a feedforward information obtained from the sensors signal to the pointing control system.

A directional control device that controls the directional control of the mounted device is mounted, and a vibration damping unit that is swingably coupled to the fixed unit via an elastic member, and a plurality of positions that control the position or angle of the vibration damping unit with respect to the fixed unit. A non-contact type actuator, a plurality of non-contact type sensors for measuring the displacement, speed or acceleration of the vibration damping portion with respect to the fixed portion, and a displacement converter for coordinate-converting a signal from each of the sensors into a six-axis displacement, A compensator for calculating a six-axis control amount from the coordinate-transformed six-axis displacement; and a distributor for distributing the calculated six-axis control amount to each of the actuators, wherein a position or an angle of the vibration damping part with respect to the fixed part is provided. a controls the by, the directivity control device operations or the sensor information by the compensator of you and switches the mode oriented controller for vibration control mechanism.

Pointing control device determines the mode determiner modes of the compensator by operation or sensor information and the output of the mode decision unit according to claim 3, characterized in that a mode switch for switching the mode of the compensator Vibration control mechanism for pointing control device.

A plurality of elastic members are arranged on the side of the drive mechanism of the directional control device, the directional control device is swingably coupled to the fixed portion, and a part of the directional control device is configured to also serve as a vibration damping portion. A vibration control mechanism for a pointing control device according to any one of claims 1 to 4 , wherein:

A pointing control device that controls the pointing of the mounted device is mounted, a vibration damping unit that is swingably coupled to a fixed unit via an elastic member, and an auxiliary mass arranged adjacent to the vibration damping unit, At least one non-contact type sensor for detecting a relative displacement, a relative speed or a relative acceleration between the auxiliary mass and the vibration damping unit, and a relative position between the auxiliary mass and the vibration damping unit fixed to the auxiliary mass or the vibration damping unit. At least one non-contact electromagnetic actuator for controlling the position or angle, a displacement converter for performing coordinate conversion of signals from each of the above sensors into a six-axis displacement, and calculating a six-axis control amount from the six-axis coordinate converted A vibration control mechanism for a directional control device, comprising: a compensator for performing the above operation; and a distributor for distributing the calculated six-axis control amounts to the actuators.