JP3667628B2

JP3667628B2 - 2-axis gimbal mechanism

Info

Publication number: JP3667628B2
Application number: JP2000367718A
Authority: JP
Inventors: 浩司南尾; 彰典佐藤
Original assignee: NEC Aerospace Systems Ltd
Current assignee: NEC Aerospace Systems Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002168232A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する２つの軸によって２自由度をもって駆動対象物を所望の位置に高精度で位置制御する２軸ジンバル機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミラーや鏡面アンテナなどの駆動対象物を所望の位置に位置制御する機構として、回転する２つの軸によって２自由度をもって駆動対象物を回転させる２軸ジンバル機構が用いられる。図６は、２軸ジンバル機構の一構成例を示す断面図である。なお、一般には２つの回転軸が直交している２軸ジンバル機構が広く存在するが、ここでは、２つの回転軸は直交しているわけではない。
【０００３】
図６に示す構成では、駆動対象物（図示せず）が取り付けられる駆動板３７がユニバーサルジョイント３６を介して２つの回転系によって回転させられる。ユニバーサルジョイント３６を介して接続される２つの回転系はともに能動的に駆動板３７を駆動するので、以下、ユニバーサルジョイント３６によるジョイント方式をアクティブユニバーサルジョイント（ＡＵＪ）と呼ぶことがある。
【０００４】
図６に示す構成において、軸体（第１の軸）１６は、ベアリング３２を介して筐体１０に回転可能に支持されている。また、軸体１６は、モータ１１で回転駆動される。すなわち、軸体１６は、図６において符号１１で示されている２つの構成要素（モータの構成要素）を結ぶ直線と直交する回転軸の周りを回転する。
【０００５】
軸体１６に対して、ベアリング３３を介して、円筒形状の軸体（第２の軸）２２が回転可能に支持されている。図６に示す例では、軸体２２は、軸体１６に内包されるような位置に設置されている。また、軸体２２は、モータ１２で回転駆動される。すなわち、軸体２２は、図６において符号１２で示されている２つの構成要素（モータの構成要素）を結ぶ直線と直交する回転軸の周りを回転する。軸体１６，２２は、それぞれ、モータ１１，１２で直接駆動され、モータ１１とモータ１２とは同軸で回転するように設置されている。よって、軸体１６，２２の回転軸は同軸である。
【０００６】
また、軸体２２は、ユニバーサルジョイント３６によって、円盤形状の駆動板３７に接続されている。そして、図６における軸体２２の上部において、駆動板３７は、軸体２２の回転軸と直交する平面から所定角度（α°）傾いて軸体２２に支持されている。さらに、駆動板３７には、駆動板３７に対して所定角度傾けて、図示しない駆動対象物が固定されている。なお、駆動板３７と軸体１６との間にはベアリング３５が介在する。
【０００７】
図６では、円盤形状の駆動板３７の表面が向いている方向（駆動板３７の法線方向）は、軸体１６および軸体２２の回転軸に対して、α°左に傾いている。図６に示す状態から、軸体１６がモータ１１によって例えば１８０゜回転すると、駆動板３７の法線方向は、軸体１６の回転軸に対してα°右に傾いた状態になる。
【０００８】
軸体１６が静止した状態で軸体２２が回転すると、図６に描かれた傾き状態を変更せずに駆動板３７が回転する。軸体１６と軸体２２とによって、駆動板３７に取り付けられている駆動対象物は、所望の方向に向けられる。また、軸体１６，２２の回転量はレゾルバ３８，３９で検出され、制御系（図示せず）に伝達される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示されたような構成の２軸ジンバル機構を用いた場合、第１の軸および第２の軸を大きくしたいときには、モータ１１，１２のサイズを大きくしなければならない。モータ１１，１２のサイズを大きくすると重量が大きくなってしまい、軽量であることが要求される用途に適用することはできない。また、装置を安価に構成するにはモータ１１，１２として比較的低価格のステッピングモータを採用することが好ましいが、ステッピングモータにはバックラッシュによる位置決め精度低下の問題があり、人工衛星搭載機器や光通信機器等の高精度な角度制御が要求される２軸ジンバル機構に採用するのは困難である。
【００１０】
そこで、本発明は、第１の軸および第２の軸を大きくしても重量増を抑えることができるとともに、より安価に構成することができる２軸ジンバル機構を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による２軸ジンバル機構は、第１の軸（１６）が、一の方向に第１の軸（１６）を回転させるためのモータ（１１ａ）と、逆の方向に第１の軸（１６）を回転させるためのモータ（１１ｂ）とで駆動され、第２の軸（２２）が、一の方向に第２の軸（２２）を回転させるためのモータ（１７ａ）と、逆の方向に第２の軸（２２）を回転させるためのモータ（１７ｂ）とで駆動され、第１の軸（１６）を回転させるためのモータ（１１ａ，１１ｂ）の駆動力はギア（１５）を介して第１の軸（１６）に伝達され、第２の軸（２２）を回転させるためのモータ（１７ａ，１７ｂ）の駆動力はギア（２１）を介して第２の軸（２２）に伝達されるように構成されている。
【００１２】
第１の軸（１６）を回転させるためのモータ（１１ａ，１１ｂ）の駆動力をコイルスプリング（１３ａ，１３ｂ）を介してギア（１５）に伝達し、第２の軸（２２）を回転させるためのモータ（１７ａ，１７ｂ）の駆動力をコイルスプリング（１９ａ，１９ｂ）を介してギア（２１）に伝達するように構成されていてもよい。そのような構成によれば、コイルスプリングによって、ギアのバックラッシュの影響を緩和することができる。
【００１３】
モータ（１１ａ，１１ｂ）によって回転させられる軸（１４ａ，１４ｂ）がギア（１５）を介して第１の軸（１６）に接続され、軸（１４ａ，１４ｂ）の所定量回転した場合の第１の軸（１６）の回転角度は、軸（１４ａ，１４ｂ）の回転角度よりも小さく、モータ（１７ａ，１７ｂ）によって回転させられる軸（２０ａ，２０ｂ）がギア（２１）を介して第２の軸（２２）に接続され、軸（２０ａ，２０ｂ）の所定量回転した場合の第２の軸（２２）の回転角度は、軸（２０ａ，２０ｂ）の回転角度よりも小さくなるように構成されていてもよい。すなわち、減速ギア機構が採用されていてもよい。
【００１４】
モータ（１１ａ）とモータ（１１ｂ）とが第１の軸（１６）に対して対称配置され、モータ（１１ａ）の駆動軸とモータ（１７ａ）の駆動軸とは同軸で、モータ（１１ｂ）の駆動軸とモータ（１７ｂ）の駆動軸とは同軸であるように構成されていてもよい。
【００１５】
また、モータ（１１ａ）とモータ（１７ａ）とが第１の軸（１６）に対して対称配置され、モータ（１１ａ）の駆動軸とモータ（１１ｂ）の駆動軸とは同軸で、モータ（１７ａ）の駆動軸とモータ（１７ｂ）の駆動軸とは同軸であるように構成されていてもよい。
【００１６】
そして、モータ（１１ａ，１１ｂ，１７ａ，１７ｂ）として、ステッピングモータを使用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明によるＡＵＪを用いた２軸ジンバル機構の第１の実施の形態を示す断面図である。
【００１８】
図１に示す構成において、円筒形状の軸体（第２の軸）２２は、その上部において、ユニバーサルジョイント３６によって円盤形状の駆動板３７に接続されている。すなわち、図１における軸体２２の上部において、駆動板３７は、軸体２２の回転軸と直交する平面から所定角度（α°）傾いて軸体２２に支持されている。さらに、駆動板３７には、駆動板３７に対して所定角度傾けて、図示しない駆動対象物が固定されている。
【００１９】
軸体２２を内包するように、軸体（第１の軸）１６が設けられている。駆動板３７と軸体１６との間にはベアリング３５が介在する。そして、軸体１６，２２の回転軸は同軸である。
【００２０】
この実施の形態では、筒状の軸体１６は、軸体１６の外側において対称的な位置に設置された２つのモータ１１ａ，１１ｂで回転駆動される。モータ１１ａ，１１ｂはステッピングモータである。ただし、軸体１６は、モータ１１ａ，１１ｂによって直接駆動されるわけではない。
【００２１】
モータ１１ａは、軸１２ａを回転駆動する。モータ１１ａによる軸１２ａの動力は、コイルスプリング１３ａを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸１４ａに伝えられる。また、軸１２ａ，１４ａは、ベアリング２４，２５を介して筐体１０に回転可能に支持される。軸体１６の所定部分における外周囲には噛み合い歯が設けられている。そして、その所定部分と軸１４ａにおける噛み合い歯が設けられている部分との間には、ギア１５が設置されている。従って、軸１４ａに伝達した動力は、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６を回転駆動する。
【００２２】
また、モータ１１ｂは、軸１２ｂを回転駆動する。モータ１１ｂによる軸１２ｂの動力は、コイルスプリング１３ｂを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸１４ｂに伝えられる。また、軸１２ｂ，１４ｂは、ベアリング２８，２９を介して筐体１０に回転可能に支持されている。そして、ギア１５は、軸１４ｂにおける噛み合い歯が設けられている部分と噛み合う。従って、軸１４ｂに伝達した動力も、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６を回転駆動する。
【００２３】
軸体１６は、ベアリング３２によって筐体１０に回転可能に支持されている。また、軸体１６の回転量はレゾルバ３８で検出され、制御系（図示せず）に伝達される。
【００２４】
また、軸体２２は、軸体１６の外側において対称的な位置であって、駆動軸がモータ１１ａ，１１ｂの駆動軸と同軸になるように設置された２つのモータ１７ａ，１７ｂで回転駆動される。モータ１７ａ，１７ｂはステッピングモータである。ただし、軸体２２は、モータ１７ａ，１７ｂによって直接駆動されるわけではない。
【００２５】
モータ１７ａは、軸１８ａを回転駆動する。モータ１７ａによる軸１８ａの動力は、コイルスプリング１９ａを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸２０ａに伝えられる。また、軸１８ａ，２０ａは、ベアリング２６，２７を介して筐体１０に回転可能に支持される。軸体２２の所定部分における外周囲には噛み合い歯が設けられている。そして、その所定部分と軸２０ａにおける噛み合い歯が設けられている部分との間には、ギア２１が設置されている。従って、軸２０ａに伝達した動力は、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２を回転駆動する。
【００２６】
また、モータ１７ｂは、軸１８ｂを回転駆動する。モータ１７ｂによる軸１８ｂの動力は、コイルスプリング１９ｂを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸２０ｂに伝えられる。また、軸１８ｂ，２０ｂは、ベアリング３０，３１を介して筐体１０に回転可能に支持される。そして、ギア２１は、軸２０ｂにおける噛み合い歯が設けられている部分と噛み合う。従って、軸２０ｂに伝達した動力も、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２を回転駆動する。
【００２７】
軸体２２は、ベアリング３３によって軸体１６に回転可能に支持されている。また、軸体２２の回転量はレゾルバ３９で検出され、制御系（図示せず）に伝達される。
【００２８】
なお、モータ１１ａの回転軸とモータ１７ａの回転軸とは同軸であり、モータ１１ｂの回転軸とモータ１７ｂの回転軸とは同軸である。
【００２９】
図１では、円盤形状の駆動板３７の表面が向いている方向（駆動板３７の法線方向）は、軸体１６および軸体２２の回転軸に対して、α°左に傾いている。図６に示す状態から、軸体１６が例えば１８０゜回転すると、駆動板３７の法線方向は、軸体１６の回転軸に対してα°右に傾いた状態になる。また、軸体１６が静止した状態で軸体２２が回転すると、図１に描かれた傾き状態を変更せずに駆動板３７が回転する。第１の軸と第２の軸とによって、駆動板３７に取り付けられている駆動対象物は、所望の方向に向けられる。
【００３０】
次に、図１に示された２軸ジンバル機構の動作について説明する。軸体１６を回転させるには、モータ１１ａまたはモータ１１ｂを駆動させる。軸体１６の回転方向に応じて、駆動するモータ１１ａ，１１ｂが選択される。
【００３１】
例えば、軸体１６を図２に示すＡ方向に回転させたいときには、モータ１１ａを駆動する。モータ１１ａによって駆動される軸１２ａの動力は、コイルスプリング１３ａを介して、噛み合い歯を有する軸１４ａに伝達され、さらに、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６をＡ方向に回転させる。ここで、軸体１６の径よりもやや大きいギア１５の径は、噛み合い歯を有する軸１４ａの径（噛み合い歯が設けられている部分での径）よりも大きい。その結果、軸体１６の回転角度は軸１４ａの回転角度よりも相対的に小さくなるので、すなわち、軸体１６の回転は軸１４ａの回転に対して減速されているので、高精度の角度制御を行うことが可能になる。
【００３２】
また、軸体１６を図２に示すＢ方向に回転させたいときには、モータ１１ｂを駆動する。モータ１１ｂによって駆動される軸１２ｂの動力は、コイルスプリング１３ｂを介して、噛み合い歯を有する軸１４ｂに伝達され、さらに、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６をＢ方向に回転させる。
【００３３】
同様に、軸体２２を図２に示すＡ方向に回転させたいときには、モータ１７ａを駆動する。モータ１７ａによって駆動される軸１８ａの動力は、コイルスプリング１９ａを介して、噛み合い歯を有する軸２０ａに伝達され、さらに、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２をＡ方向に回転させる。ここで、ギア２１の径は、噛み合い歯を有する軸２０ａの径（噛み合い歯が設けられている部分での径）よりも大きい。その結果、軸体２２の回転は軸２０ａの回転に対して減速されているので、高精度の角度制御を行うことが可能になる。
【００３４】
また、軸体２２を図２に示すＢ方向に回転させたいときには、モータ１７ｂを駆動する。モータ１７ｂによって駆動される軸１８ｂの動力は、コイルスプリング１９ｂを介して、噛み合い歯を有する軸２０ｂに伝達され、さらに、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２をＢ方向に回転させる。
【００３５】
軸体１６を駆動するためのモータ１１ａが停止しているときには、軸１４ａを、図３（ａ）に示すように、コイルスプリング１３ａによって回転方向に力がかかった状態で停止させることができる。すなわち、軸１４ａの噛み合い歯とギア１５の噛み合い歯との間のバックラッシュの発生を、コイルスプリング１３ａによって防止することができる。
【００３６】
モータ１１ａは一方向にしか回転しないので、再度モータ１１ａの駆動を開始して軸体１６を回転させる際に、正確に、前回停止した位置から駆動が再開される。つまり、駆動の連続性を確保することができ、この結果、駆動系にギア１５を介在させても、駆動対象物に対する高精度の角度制御を実現することができる。なお、何らの対策も施さない場合には、ギア１５のバックラッシュによって駆動の連続性を確保することができない。
【００３７】
また、ステッピングモータであるモータ１１ａの停止時に生ずるバックラッシュも、コイルスプリング１３ａで吸収され軸１４ａに影響を与えないので、この点からも、駆動対象物に対する高精度の角度制御を実現することができる。
【００３８】
同様に、モータ１１ｂが停止しているときには、軸１４ｂも、図３（ｂ）に示すように、コイルスプリング１３ｂによって回転方向に力がかかった状態で停止させることができる。すなわち、軸１４ｂの噛み合い歯とギア１５の噛み合い歯との間のバックラッシュの発生を、コイルスプリング１３ｂによって防止することができる。また、ステッピングモータであるモータ１１ｂの停止時に生ずるバックラッシュも、コイルスプリング１３ｂで吸収され軸１４ｂに影響を与えない。
【００３９】
さらに、軸体２２を駆動するためのモータ１７ａ，１７ｂが停止しているときにも、図３に示すように、軸２０ａ，２０ｂを、コイルスプリング１９ａ，１９ｂによって回転方向に力がかかった状態で停止させることができる。すなわち、軸２０ａ，２０ｂの噛み合い歯とギア２１の噛み合い歯との間のバックラッシュの発生を、コイルスプリング１９ａ，１９ｂによって防止することができる。また、ステッピングモータであるモータ１７ａ，１７ｂの停止時に生ずるバックラッシュも、コイルスプリング１９ａ，１９ｂで吸収され軸２０ａ，２０ｂに影響を与えない。
【００４０】
以上に説明したように、この実施の形態では、第１の軸と、モータ１１ａ，１１ｂで駆動される軸１２ａ，１２ｂとが分離している。また、第２の軸と、モータ１２ａ，１２ｂで駆動される軸１３ａ，１３ｂとが分離している。そして、各モータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、第１の軸および第２の軸を構成する軸体１６，２２の外側に設置されている。
【００４１】
図６に示された従来の構成では、第１の軸および第２の軸はモータ１１，１２によって直接駆動されているので、第１の軸および第２の軸の径を大きくしようとすると、モータ１１，１２のサイズも大きくしなければならない。その結果、第１の軸および第２の軸の重量が大きくなるばかりか、モータ１１，１２の重量まで大きくなってしまう。ところが、この実施の形態では、第１の軸および第２の軸の径を大きくしても、それに伴ってモータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂのサイズを大きくしなければならないということはない。
【００４２】
また、モータ１１ａ，１１ｂ，１７ａ，１７ｂは、それぞれ一方向にしか回転しないので、ギアの噛み合いに起因する駆動の不連続性の影響を受けないようにすることができる。１つのモータで両方向の回転を行ったのでは、バックラッシュが生じた場合、噛み合い歯の停止位置と次の回転開始時の位置とが不連続になってしまう可能性がある。
【００４３】
さらに、コイルスプリング１３ａ，１３ｂ，１９ａ，１９ｂを、モータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと、モータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂによって直接駆動される軸１２ａ，１２ｂ，１９ａ，１９ｂとの間に介在させることによって、モータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが停止しているときに、軸１２ａ，１２ｂ，１９ａ，１９ｂが回転していた方向に力がかかるようにしてバックラッシュの発生を防止することができる。よって、ギア機構およびステッピングモータを用いているにもかかわらず、バックラッシュの影響をなくすことができ、駆動の連続性をより確実に確保することができる。
【００４４】
その結果、高精度の角度制御が要求される２軸ジンバル機構においても、ギア機構およびステッピングモータを用いることが可能になる。ギア機構を用いることによって、軸体１６，２２の回転を、モータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂによって直接駆動される軸１２ａ，１２ｂ，１９ａ，１９ｂの回転に対して減速することができるので、高精度の角度制御を行うことが可能になる。また、ステッピングモータが使用可能になることから装置価格を低減することができる。
【００４５】
さらに、この実施の形態では、第１の軸を駆動する駆動系において２つのモータ１１ａ，１１ｂが用いられている。また、第２の軸を駆動する駆動系において２つのモータ１２ａ，１２ｂが用いられている。すなわち、それぞれの駆動系は冗長構成になっている。従って、それぞれの駆動系において一方のモータが故障しても、他方のモータによって、バックラッシュの影響は発生するものの第１の軸または第２の軸を両方向に回転させることができる。よって、一方のモータが故障しても、２軸ジンバル機構としてのの基本機能を発揮させることはできる。
【００４６】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。図４に示す構成では、軸体（第１の軸）１６を駆動する２つのモータ１１ａ，１１ｂの回転軸は同軸である。また、軸体（第２の軸）２２を駆動する２つのモータ１７ａ，１７ｂの回転軸は同軸である。そして、モータ１１ａ，１１ｂが、軸体１６の外側に設置され、モータ１７ａ，１７ｂが、モータ１１ａ，１１ｂと対称的な位置に設置されている。
【００４７】
モータ１１ａは、軸１２ａを回転駆動する。モータ１１ａによる軸１２ａの動力は、コイルスプリング１３ａを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸１４ａに伝えられる。また、軸１２ａ，１４ａは、ベアリング２４，２５を介して筐体１０に回転可能に支持される。軸体１６の所定部分における噛み合い歯が設けられている所定部分と軸１４ａにおける噛み合い歯が設けられている部分との間には、ギア１５が設置されている。従って、軸１４ａに伝達した動力は、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６を回転駆動する。
【００４８】
また、モータ１１ｂは、軸１２ｂを回転駆動する。モータ１１ｂによる軸１２ｂの動力は、コイルスプリング１３ｂを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸１４ｂに伝えられる。また、軸１２ｂ，１４ｂは、ベアリング２６，２７，２８を介して筐体１０および軸１２ａ，１４ａに回転可能に支持されている。そして、ギア１５は、軸１４ｂにおける噛み合い歯が設けられている部分と噛み合う。従って、軸１４ｂに伝達した動力も、ギア１５を介して軸体１６に伝達され軸体１６を回転駆動する。
【００４９】
軸１２ａ，１４ａは中空であり、その中に、モータ１１ｂによって駆動される軸１２ｂ、コイルスプリング１３ｂおよび軸１４ｂが配置されている。なお、ギア１５が軸１４ａにおける噛み合い歯と軸１４ｂにおける噛み合い歯との双方に噛み合うように、軸１４ａ，１４ｂが配置されている。
【００５０】
モータ１７ａは、軸１８ａを回転駆動する。モータ１７ａによる軸１８ａの動力は、コイルスプリング１９ａを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸２０ａに伝えられる。また、軸１８ａ，２０ａは、ベアリング２４，２５を介して筐体１０に回転可能に支持される。軸体２２の噛み合い歯が設けられている所定部分と軸２０ａにおける噛み合い歯が設けられている部分との間には、ギア２１が設置されている。従って、軸２０ａに伝達した動力は、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２を回転駆動する。
【００５１】
また、モータ１７ｂは、軸１８ｂを回転駆動する。モータ１７ｂによる軸１８ｂの動力は、コイルスプリング１９ｂを介して、周囲に噛み合い歯が設けられた軸２０ｂに伝えられる。また、軸１８ｂ，２０ｂは、ベアリング２６，２７，２８を介して筐体１０および軸１８ａ，２０ａに回転可能に支持されている。そして、ギア２１は、軸２０ｂにおける噛み合い歯が設けられている部分と噛み合う。従って、軸２０ｂに伝達した動力も、ギア２１を介して軸体２２に伝達され軸体２２を回転駆動する。
【００５２】
軸１８ａ，２０ａは中空であり、その中に、モータ１７ｂによって駆動される軸１８ｂ、コイルスプリング１９ｂおよび軸２０ｂが配置されている。なお、ギア２１が軸２０ａにおける噛み合い歯と軸２０ｂにおける噛み合い歯との双方に噛み合うように、軸２０ａ，２０ｂが配置されている。
【００５３】
この実施の形態でも、軸体１６をある方向に回転させるときにはモータ１１ａを駆動し、逆の方向に回転させるときにはモータ１１ｂを駆動する。また、軸体２２をある方向に回転させるときにはモータ１７ａを駆動し、逆の方向に回転させるときにはモータ１７ｂを駆動する。
【００５４】
そして、軸体１６を駆動するためのモータ１１ａ，１１ｂが停止しているときには、軸１４ａ，１４ｂを、図５に示すように、コイルスプリング１３ａ，１３ｂによって回転方向に力がかかった状態で停止させることができる。すなわち、軸１４ａ，１４ｂの噛み合い歯とギア１５の噛み合い歯との間のバックラッシュの発生を、コイルスプリング１３ａ，１３ｂによって防止することができる。なお、図５では、破線で軸１４ａの停止状態が示され、実線で軸１４ｂの停止状態が示されている。また、ステッピングモータであるモータ１１ａ，１１ｂの停止時に生ずるバックラッシュも、コイルスプリング１３ａ，１３ｂで吸収され軸１４ａ，１４ｂに影響を与えない。
【００５５】
同様に、軸体２２を駆動するためのモータ１７ａ，１７ｂが停止しているときには、軸２０ａ，２０ｂを、図５に示すように、コイルスプリング１９ａ，１９ｂによって回転方向に力がかかった状態で停止させることができる。すなわち、軸２０ａ，２０ｂの噛み合い歯とギア２１の噛み合い歯との間のバックラッシュの発生を、コイルスプリング１９ａ，１９ｂによって防止することができる。なお、図５では、破線で軸２０ａの停止状態が示され、実線で軸２０ｂの停止状態が示されている。また、ステッピングモータであるモータ１７ａ，１７ｂの停止時に生ずるバックラッシュも、コイルスプリング１９ａ，１９ｂで吸収され軸２０ａ，２０ｂに影響を与えない。
【００５６】
この実施の形態でも、第１の軸および第２の軸の径を大きくしても、それに伴ってモータ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂのサイズを大きくする必要はない。また、ギア機構およびステッピングモータを用いているにもかかわらず、バックラッシュの影響をなくすことができ、駆動の連続性を確保することができる。さらに、第１の軸を駆動する駆動系と、第２の軸を駆動する駆動系とは、それぞれ冗長構成になっている。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、２軸ジンバル機構における第１の軸が、一の方向に回転させるためのモータと、逆の方向に回転させるためのモータとで駆動され、第２の軸が、一の方向に回転させるためのモータと、逆の方向に回転させるためのモータとで駆動され、第１の軸を回転させるためのモータの駆動力がギアを介して第１の軸に伝達され、第２の軸を回転させるためのモータの駆動力がギアを介して第２の軸に伝達されるように構成されているので、各軸を回転させるためのそれぞれモータは一方向にしか回転しないようにすることができる。その結果、ギアの噛み合い歯における不連続性の影響を受けないようにすることができ、ギアを使用しても人工衛星搭載機器や光通信機器等に要求される高精度の角度制御を実現することができる。また、モータが直接に各軸を回転させる構成ではないので、各軸の径を大きくしても、それに伴ってモータサイズを大きくしなければならないということはない。さらに、各軸を回転させるモータが冗長構成になっているので、モータ故障等に対する耐性を強くすることもできる。
【００５８】
また、モータの駆動力をコイルスプリングを介してギアに伝達するようにした場合には、コイルスプリングによってもバックラッシュの影響をなくすことができ、モータとして安価なステッピングモータを適用することを容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】２軸ジンバル機構の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】ギアと軸とによる回転作用を説明するための説明図である。
【図３】図２にａ，ｂで示された部分の詳細構成を示す説明図である。
【図４】２軸ジンバル機構の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態におけるギアと軸の噛み合いの作用を説明するための説明図である。
【図６】従来の２軸ジンバル機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１０筐体
１１ａ，１１ｂ，１７ａ，１７ｂモータ
１２ａ，１２ｂ，１８ａ，１８ｂ軸
１３ａ，１３ｂ，１９ａ，１９ｂコイルスプリング
１４ａ，１４ｂ，２０ａ，２０ｂ軸
１５ギア
１６軸体（第１の軸）
２１ギア
２２軸体（第２の軸）
３６ユニバーサルジョイント
３７駆動板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-axis gimbal mechanism that controls the position of a driven object to a desired position with high accuracy by two rotating shafts with two degrees of freedom.
[0002]
[Prior art]
As a mechanism for controlling the position of a driving object such as a mirror or a mirror antenna to a desired position, a two-axis gimbal mechanism that rotates the driving object with two degrees of freedom using two rotating axes is used. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of the biaxial gimbal mechanism. In general, there are widely two-axis gimbal mechanisms in which two rotation axes are orthogonal to each other, but here the two rotation axes are not orthogonal to each other.
[0003]
In the configuration shown in FIG. 6, a drive plate 37 to which a drive object (not shown) is attached is rotated by two rotation systems via a universal joint 36. Since the two rotating systems connected via the universal joint 36 both actively drive the drive plate 37, the joint system using the universal joint 36 may be referred to as an active universal joint (AUJ).
[0004]
In the configuration shown in FIG. 6, the shaft body (first shaft) 16 is rotatably supported by the housing 10 via a bearing 32. The shaft body 16 is rotationally driven by the motor 11. That is, the shaft body 16 rotates around a rotation axis that is orthogonal to a straight line connecting two components (components of the motor) indicated by reference numeral 11 in FIG.
[0005]
A cylindrical shaft body (second shaft) 22 is rotatably supported on the shaft body 16 via a bearing 33. In the example shown in FIG. 6, the shaft body 22 is installed at a position such that it is included in the shaft body 16. The shaft body 22 is rotationally driven by the motor 12. That is, the shaft body 22 rotates around a rotation axis orthogonal to a straight line connecting two components (motor components) indicated by reference numeral 12 in FIG. The shaft bodies 16 and 22 are directly driven by the motors 11 and 12, respectively, and the motor 11 and the motor 12 are installed so as to rotate coaxially. Therefore, the rotating shafts of the shaft bodies 16 and 22 are coaxial.
[0006]
The shaft body 22 is connected to a disk-shaped drive plate 37 by a universal joint 36. 6, the drive plate 37 is supported on the shaft body 22 at a predetermined angle (α °) with respect to a plane orthogonal to the rotation axis of the shaft body 22. Furthermore, a drive object (not shown) is fixed to the drive plate 37 at a predetermined angle with respect to the drive plate 37. A bearing 35 is interposed between the drive plate 37 and the shaft body 16.
[0007]
In FIG. 6, the direction in which the surface of the disk-shaped drive plate 37 faces (the normal direction of the drive plate 37) is inclined α ° to the left with respect to the rotation axes of the shaft body 16 and the shaft body 22. From the state shown in FIG. 6, when the shaft body 16 is rotated by 180 °, for example, by the motor 11, the normal direction of the drive plate 37 is inclined to the right by α ° with respect to the rotation axis of the shaft body 16.
[0008]
When the shaft body 22 rotates while the shaft body 16 is stationary, the drive plate 37 rotates without changing the tilt state depicted in FIG. The drive object attached to the drive plate 37 is directed in a desired direction by the shaft body 16 and the shaft body 22. The rotation amounts of the shaft bodies 16 and 22 are detected by resolvers 38 and 39 and transmitted to a control system (not shown).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When the two-axis gimbal mechanism configured as shown in FIG. 6 is used, the sizes of the motors 11 and 12 must be increased when it is desired to increase the first axis and the second axis. Increasing the size of the motors 11 and 12 increases the weight and cannot be applied to applications that require light weight. In order to configure the apparatus at a low cost, it is preferable to use a relatively low-priced stepping motor as the motors 11 and 12. However, the stepping motor has a problem of a decrease in positioning accuracy due to backlash. It is difficult to employ in a biaxial gimbal mechanism that requires highly accurate angle control such as optical communication equipment.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a two-axis gimbal mechanism that can suppress an increase in weight even if the first axis and the second axis are enlarged, and can be configured at a lower cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the two-axis gimbal mechanism according to the present invention, the first shaft (16) has a motor (11a) for rotating the first shaft (16) in one direction and a first shaft (16 in the opposite direction). ) And the second shaft (22) in the opposite direction to the motor (17a) for rotating the second shaft (22) in one direction. Driven by the motor (17b) for rotating the second shaft (22), the driving force of the motor (11a, 11b) for rotating the first shaft (16) is via the gear (15). The driving force of the motors (17a, 17b) that is transmitted to the first shaft (16) and rotates the second shaft (22) is transmitted to the second shaft (22) via the gear (21). It is comprised so that.
[0012]
The driving force of the motor (11a, 11b) for rotating the first shaft (16) is transmitted to the gear (15) through the coil spring (13a, 13b), and the second shaft (22) is rotated. Therefore, the driving force of the motors (17a, 17b) may be transmitted to the gear (21) via the coil springs (19a, 19b). According to such a configuration, the influence of gear backlash can be mitigated by the coil spring.
[0013]
The shaft (14a, 14b) rotated by the motor (11a, 11b) is connected to the first shaft (16) via the gear (15), and the shaft (14a, 14b) is rotated by a predetermined amount. The rotation angle of the shaft (16) is smaller than the rotation angle of the shaft (14a, 14b), and the shaft (20a, 20b) rotated by the motor (17a, 17b) is connected to the second through the gear (21). The rotation angle of the second shaft (22) when connected to the shaft (22) and rotating the shaft (20a, 20b) by a predetermined amount is configured to be smaller than the rotation angle of the shaft (20a, 20b). It may be. That is, a reduction gear mechanism may be employed.
[0014]
The motor (11a) and the motor (11b) are arranged symmetrically with respect to the first axis (16), the drive shaft of the motor (11a) and the drive shaft of the motor (17a) are coaxial, and the motor (11b) The drive shaft and the drive shaft of the motor (17b) may be configured to be coaxial.
[0015]
The motor (11a) and the motor (17a) are symmetrically arranged with respect to the first axis (16), the drive shaft of the motor (11a) and the drive shaft of the motor (11b) are coaxial, and the motor (17a ) Drive shaft and the motor (17b) drive shaft may be coaxial.
[0016]
A stepping motor can be used as the motor (11a, 11b, 17a, 17b).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a biaxial gimbal mechanism using an AUJ according to the present invention.
[0018]
In the configuration shown in FIG. 1, a cylindrical shaft body (second shaft) 22 is connected to a disk-shaped drive plate 37 by a universal joint 36 at an upper portion thereof. That is, in the upper part of the shaft body 22 in FIG. 1, the drive plate 37 is supported by the shaft body 22 at a predetermined angle (α °) from a plane orthogonal to the rotation axis of the shaft body 22. Furthermore, a drive object (not shown) is fixed to the drive plate 37 at a predetermined angle with respect to the drive plate 37.
[0019]
A shaft body (first shaft) 16 is provided so as to contain the shaft body 22. A bearing 35 is interposed between the drive plate 37 and the shaft body 16. And the rotating shaft of the shaft bodies 16 and 22 is coaxial.
[0020]
In this embodiment, the cylindrical shaft body 16 is rotationally driven by two motors 11 a and 11 b installed at symmetrical positions outside the shaft body 16. The motors 11a and 11b are stepping motors. However, the shaft body 16 is not directly driven by the motors 11a and 11b.
[0021]
The motor 11a rotationally drives the shaft 12a. The power of the shaft 12a by the motor 11a is transmitted via a coil spring 13a to a shaft 14a provided with meshing teeth around it. The shafts 12a and 14a are rotatably supported by the housing 10 via bearings 24 and 25. Engaging teeth are provided on the outer periphery of the predetermined portion of the shaft body 16. And the gear 15 is installed between the predetermined part and the part in which the meshing tooth in the axis | shaft 14a is provided. Therefore, the power transmitted to the shaft 14a is transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 and rotationally drives the shaft body 16.
[0022]
Further, the motor 11b drives the shaft 12b to rotate. The power of the shaft 12b by the motor 11b is transmitted to the shaft 14b provided with meshing teeth around the coil spring 13b. The shafts 12b and 14b are rotatably supported by the housing 10 via bearings 28 and 29. The gear 15 meshes with a portion of the shaft 14b where the meshing teeth are provided. Therefore, the power transmitted to the shaft 14b is also transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 to rotate the shaft body 16.
[0023]
The shaft body 16 is rotatably supported by the housing 10 by a bearing 32. The rotation amount of the shaft body 16 is detected by a resolver 38 and transmitted to a control system (not shown).
[0024]
The shaft body 22 is rotationally driven by two motors 17a and 17b that are symmetrically located outside the shaft body 16 and are installed so that the drive shaft is coaxial with the drive shafts of the motors 11a and 11b. The The motors 17a and 17b are stepping motors. However, the shaft body 22 is not directly driven by the motors 17a and 17b.
[0025]
The motor 17a rotationally drives the shaft 18a. The power of the shaft 18a by the motor 17a is transmitted to the shaft 20a provided with meshing teeth around the coil spring 19a. The shafts 18a and 20a are rotatably supported by the housing 10 via bearings 26 and 27. Engaging teeth are provided on the outer periphery of the predetermined portion of the shaft body 22. And the gear 21 is installed between the predetermined part and the part in which the meshing tooth in the axis | shaft 20a is provided. Accordingly, the power transmitted to the shaft 20a is transmitted to the shaft body 22 via the gear 21 and rotationally drives the shaft body 22.
[0026]
The motor 17b rotates the shaft 18b. The power of the shaft 18b by the motor 17b is transmitted to the shaft 20b provided with meshing teeth around the coil spring 19b. The shafts 18b and 20b are rotatably supported by the housing 10 via bearings 30 and 31. The gear 21 meshes with a portion of the shaft 20b where the meshing teeth are provided. Accordingly, the power transmitted to the shaft 20b is also transmitted to the shaft body 22 through the gear 21 to rotate the shaft body 22.
[0027]
The shaft body 22 is rotatably supported on the shaft body 16 by a bearing 33. Further, the rotation amount of the shaft body 22 is detected by a resolver 39 and transmitted to a control system (not shown).
[0028]
The rotating shaft of the motor 11a and the rotating shaft of the motor 17a are coaxial, and the rotating shaft of the motor 11b and the rotating shaft of the motor 17b are coaxial.
[0029]
In FIG. 1, the direction in which the surface of the disk-shaped drive plate 37 faces (the normal direction of the drive plate 37) is inclined α ° to the left with respect to the rotation axes of the shaft body 16 and the shaft body 22. From the state shown in FIG. 6, when the shaft body 16 rotates, for example, 180 °, the normal direction of the drive plate 37 is inclined to the right by α ° with respect to the rotation axis of the shaft body 16. When the shaft body 22 rotates while the shaft body 16 is stationary, the drive plate 37 rotates without changing the tilt state depicted in FIG. The drive target attached to the drive plate 37 is directed in a desired direction by the first shaft and the second shaft.
[0030]
Next, the operation of the biaxial gimbal mechanism shown in FIG. 1 will be described. In order to rotate the shaft body 16, the motor 11a or the motor 11b is driven. The motors 11 a and 11 b to be driven are selected according to the rotation direction of the shaft body 16.
[0031]
For example, when it is desired to rotate the shaft body 16 in the direction A shown in FIG. 2, the motor 11a is driven. The power of the shaft 12a driven by the motor 11a is transmitted to the shaft 14a having meshing teeth via the coil spring 13a, and further transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 to rotate the shaft body 16 in the A direction. Let Here, the diameter of the gear 15 slightly larger than the diameter of the shaft body 16 is larger than the diameter of the shaft 14a having the meshing teeth (the diameter at the portion where the meshing teeth are provided). As a result, the rotation angle of the shaft body 16 is relatively smaller than the rotation angle of the shaft 14a, that is, the rotation of the shaft body 16 is decelerated with respect to the rotation of the shaft 14a. It becomes possible to do.
[0032]
Further, when it is desired to rotate the shaft body 16 in the direction B shown in FIG. 2, the motor 11b is driven. The power of the shaft 12b driven by the motor 11b is transmitted to the shaft 14b having meshing teeth via the coil spring 13b, and further transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 to rotate the shaft body 16 in the B direction. Let
[0033]
Similarly, when it is desired to rotate the shaft body 22 in the direction A shown in FIG. 2, the motor 17a is driven. The power of the shaft 18a driven by the motor 17a is transmitted to the shaft 20a having meshing teeth via the coil spring 19a, and further transmitted to the shaft body 22 via the gear 21 to rotate the shaft body 22 in the A direction. Let Here, the diameter of the gear 21 is larger than the diameter of the shaft 20a having the meshing teeth (the diameter at the portion where the meshing teeth are provided). As a result, since the rotation of the shaft body 22 is decelerated with respect to the rotation of the shaft 20a, highly accurate angle control can be performed.
[0034]
Further, when it is desired to rotate the shaft body 22 in the direction B shown in FIG. 2, the motor 17b is driven. The power of the shaft 18b driven by the motor 17b is transmitted to the shaft 20b having meshing teeth via the coil spring 19b, and further transmitted to the shaft body 22 via the gear 21 to rotate the shaft body 22 in the B direction. Let
[0035]
When the motor 11a for driving the shaft body 16 is stopped, the shaft 14a can be stopped in a state where a force is applied in the rotational direction by the coil spring 13a as shown in FIG. That is, the occurrence of backlash between the meshing teeth of the shaft 14a and the meshing teeth of the gear 15 can be prevented by the coil spring 13a.
[0036]
Since the motor 11a rotates only in one direction, when the driving of the motor 11a is started again and the shaft body 16 is rotated, the driving is accurately resumed from the position where it was stopped last time. That is, continuity of driving can be ensured. As a result, even if the gear 15 is interposed in the driving system, highly accurate angle control with respect to the driven object can be realized. If no measures are taken, continuity of driving cannot be ensured by the backlash of the gear 15.
[0037]
Further, backlash generated when the motor 11a, which is a stepping motor, is stopped is also absorbed by the coil spring 13a and does not affect the shaft 14a. From this point, it is possible to realize highly accurate angle control for the driven object. it can.
[0038]
Similarly, when the motor 11b is stopped, the shaft 14b can also be stopped in a state where a force is applied in the rotational direction by the coil spring 13b, as shown in FIG. 3B. That is, the occurrence of backlash between the meshing teeth of the shaft 14b and the meshing teeth of the gear 15 can be prevented by the coil spring 13b. Further, backlash generated when the motor 11b, which is a stepping motor, is stopped is absorbed by the coil spring 13b and does not affect the shaft 14b.
[0039]
Further, even when the motors 17a and 17b for driving the shaft body 22 are stopped, as shown in FIG. 3, the shafts 20a and 20b are applied with force in the rotational direction by the coil springs 19a and 19b. Can be stopped. That is, the occurrence of backlash between the meshing teeth of the shafts 20a and 20b and the meshing teeth of the gear 21 can be prevented by the coil springs 19a and 19b. Further, backlash that occurs when the motors 17a and 17b that are stepping motors are stopped is absorbed by the coil springs 19a and 19b and does not affect the shafts 20a and 20b.
[0040]
As described above, in this embodiment, the first shaft and the shafts 12a and 12b driven by the motors 11a and 11b are separated. Further, the second shaft and the shafts 13a and 13b driven by the motors 12a and 12b are separated. And each motor 11a, 11b, 12a, 12b is installed in the outer side of the shaft bodies 16 and 22 which comprise a 1st axis | shaft and a 2nd axis | shaft.
[0041]
In the conventional configuration shown in FIG. 6, since the first shaft and the second shaft are directly driven by the motors 11 and 12, when trying to increase the diameters of the first shaft and the second shaft, The size of the motors 11 and 12 must also be increased. As a result, not only the weight of the first shaft and the second shaft is increased, but also the weight of the motors 11 and 12 is increased. However, in this embodiment, even if the diameters of the first shaft and the second shaft are increased, the size of the motors 11a, 11b, 12a, and 12b does not have to be increased accordingly.
[0042]
Further, since the motors 11a, 11b, 17a, and 17b each rotate only in one direction, it is possible to prevent the motors 11a, 11b, 17a, and 17b from being affected by drive discontinuity caused by the meshing of the gears. If a single motor rotates in both directions, when backlash occurs, the stop position of the meshing tooth and the position at the start of the next rotation may become discontinuous.
[0043]
Further, coil springs 13a, 13b, 19a, 19b are interposed between the motors 11a, 11b, 12a, 12b and the shafts 12a, 12b, 19a, 19b directly driven by the motors 11a, 11b, 12a, 12b. Thus, when the motors 11a, 11b, 12a, and 12b are stopped, it is possible to prevent the occurrence of backlash by applying a force in the direction in which the shafts 12a, 12b, 19a, and 19b are rotating. . Therefore, although the gear mechanism and the stepping motor are used, the influence of backlash can be eliminated, and the continuity of driving can be ensured more reliably.
[0044]
As a result, a gear mechanism and a stepping motor can be used even in a biaxial gimbal mechanism that requires highly accurate angle control. By using the gear mechanism, the rotation of the shaft bodies 16, 22 can be decelerated relative to the rotation of the shafts 12a, 12b, 19a, 19b directly driven by the motors 11a, 11b, 12a, 12b. It becomes possible to perform angle control with accuracy. In addition, since the stepping motor can be used, the device price can be reduced.
[0045]
Furthermore, in this embodiment, two motors 11a and 11b are used in the drive system that drives the first shaft. Further, two motors 12a and 12b are used in the drive system for driving the second shaft. That is, each drive system has a redundant configuration. Therefore, even if one of the motors in each drive system fails, the first motor or the second shaft can be rotated in both directions by the other motor, although the influence of backlash occurs. Therefore, even if one of the motors breaks down, the basic function as the two-axis gimbal mechanism can be exhibited.
[0046]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 4, the rotation axes of the two motors 11 a and 11 b that drive the shaft body (first shaft) 16 are coaxial. The rotation shafts of the two motors 17a and 17b that drive the shaft body (second shaft) 22 are coaxial. The motors 11a and 11b are installed outside the shaft body 16, and the motors 17a and 17b are installed at positions symmetrical to the motors 11a and 11b.
[0047]
The motor 11a rotationally drives the shaft 12a. The power of the shaft 12a by the motor 11a is transmitted via a coil spring 13a to a shaft 14a provided with meshing teeth around it. The shafts 12a and 14a are rotatably supported by the housing 10 via bearings 24 and 25. A gear 15 is provided between a predetermined portion of the shaft body 16 where the meshing teeth are provided and a portion of the shaft 14a where the meshing teeth are provided. Therefore, the power transmitted to the shaft 14a is transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 and rotationally drives the shaft body 16.
[0048]
Further, the motor 11b drives the shaft 12b to rotate. The power of the shaft 12b by the motor 11b is transmitted to the shaft 14b provided with meshing teeth around the coil spring 13b. The shafts 12b and 14b are rotatably supported by the housing 10 and the shafts 12a and 14a via bearings 26, 27, and 28. The gear 15 meshes with a portion of the shaft 14b where the meshing teeth are provided. Therefore, the power transmitted to the shaft 14b is also transmitted to the shaft body 16 via the gear 15 to rotate the shaft body 16.
[0049]
The shafts 12a and 14a are hollow, and a shaft 12b driven by a motor 11b, a coil spring 13b, and a shaft 14b are disposed therein. The shafts 14a and 14b are arranged so that the gear 15 meshes with both the meshing teeth on the shaft 14a and the meshing teeth on the shaft 14b.
[0050]
The motor 17a rotationally drives the shaft 18a. The power of the shaft 18a by the motor 17a is transmitted to the shaft 20a provided with meshing teeth around the coil spring 19a. The shafts 18a and 20a are rotatably supported by the housing 10 via bearings 24 and 25. A gear 21 is installed between a predetermined portion of the shaft body 22 where the meshing teeth are provided and a portion of the shaft 20a where the meshing teeth are provided. Accordingly, the power transmitted to the shaft 20a is transmitted to the shaft body 22 via the gear 21 and rotationally drives the shaft body 22.
[0051]
The motor 17b rotates the shaft 18b. The power of the shaft 18b by the motor 17b is transmitted to the shaft 20b provided with meshing teeth around the coil spring 19b. The shafts 18b and 20b are rotatably supported by the housing 10 and the shafts 18a and 20a via bearings 26, 27, and 28. The gear 21 meshes with a portion of the shaft 20b where the meshing teeth are provided. Accordingly, the power transmitted to the shaft 20b is also transmitted to the shaft body 22 through the gear 21 to rotate the shaft body 22.
[0052]
The shafts 18a and 20a are hollow, and a shaft 18b driven by a motor 17b, a coil spring 19b, and a shaft 20b are disposed therein. The shafts 20a and 20b are arranged so that the gear 21 meshes with both the meshing teeth on the shaft 20a and the meshing teeth on the shaft 20b.
[0053]
Also in this embodiment, the motor 11a is driven when the shaft body 16 is rotated in a certain direction, and the motor 11b is driven when the shaft body 16 is rotated in the opposite direction. Further, when rotating the shaft body 22 in a certain direction, the motor 17a is driven, and when rotating the shaft body 22 in the opposite direction, the motor 17b is driven.
[0054]
When the motors 11a and 11b for driving the shaft body 16 are stopped, the shafts 14a and 14b are stopped in a state where force is applied in the rotational direction by the coil springs 13a and 13b as shown in FIG. Can be made. That is, the occurrence of backlash between the meshing teeth of the shafts 14a and 14b and the meshing teeth of the gear 15 can be prevented by the coil springs 13a and 13b. In FIG. 5, the stopped state of the shaft 14 a is indicated by a broken line, and the stopped state of the shaft 14 b is indicated by a solid line. Further, backlash that occurs when the motors 11a and 11b, which are stepping motors, are stopped is absorbed by the coil springs 13a and 13b and does not affect the shafts 14a and 14b.
[0055]
Similarly, when the motors 17a and 17b for driving the shaft body 22 are stopped, the shafts 20a and 20b are applied with force in the rotational direction by the coil springs 19a and 19b as shown in FIG. Can be stopped. That is, the occurrence of backlash between the meshing teeth of the shafts 20a and 20b and the meshing teeth of the gear 21 can be prevented by the coil springs 19a and 19b. In FIG. 5, the stopped state of the shaft 20a is indicated by a broken line, and the stopped state of the shaft 20b is indicated by a solid line. Further, backlash that occurs when the motors 17a and 17b that are stepping motors are stopped is absorbed by the coil springs 19a and 19b and does not affect the shafts 20a and 20b.
[0056]
Also in this embodiment, even if the diameters of the first shaft and the second shaft are increased, it is not necessary to increase the size of the motors 11a, 11b, 12a, 12b. Moreover, despite the use of a gear mechanism and a stepping motor, the influence of backlash can be eliminated, and continuity of driving can be ensured. Furthermore, the drive system that drives the first axis and the drive system that drives the second axis have redundant configurations.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first shaft in the two-axis gimbal mechanism is driven by the motor for rotating in one direction and the motor for rotating in the opposite direction, and the second shaft is Driven by a motor for rotating in the direction and a motor for rotating in the opposite direction, the driving force of the motor for rotating the first shaft is transmitted to the first shaft via the gear, Since the driving force of the motor for rotating the two shafts is configured to be transmitted to the second shaft via the gear, each motor for rotating the respective shafts only rotates in one direction. Can be. As a result, it can be prevented from being affected by discontinuities in the meshing teeth of the gear, and even if the gear is used, high-precision angle control required for satellite-mounted equipment, optical communication equipment, etc. is realized. be able to. In addition, since the motor is not configured to directly rotate each axis, even if the diameter of each axis is increased, the motor size does not have to be increased accordingly. Furthermore, since the motor for rotating each axis has a redundant configuration, it is possible to increase resistance to motor failure and the like.
[0058]
In addition, when the driving force of the motor is transmitted to the gear via the coil spring, the influence of the backlash can be eliminated by the coil spring, and it is easy to apply an inexpensive stepping motor as the motor. To do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a biaxial gimbal mechanism.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a rotating action by a gear and a shaft.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of portions indicated by a and b in FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of a biaxial gimbal mechanism.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an operation of meshing between a gear and a shaft in the second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional biaxial gimbal mechanism.
[Explanation of symbols]
10 housing
11a, 11b, 17a, 17b Motor
12a, 12b, 18a, 18b shaft
13a, 13b, 19a, 19b Coil spring
14a, 14b, 20a, 20b shaft
15 gear
16 shaft body (first shaft)
21 Gear
22 Shaft body (second shaft)
36 universal joints
37 Drive plate

Claims

In the biaxial gimbal mechanism that controls the angle of the driven object by rotating the first shaft (16) and the second shaft (22),
The first shaft (16) has a motor (11a) for rotating the first shaft (16) in one direction and a motor (11b) for rotating the first shaft (16) in the opposite direction. ) And driven by
The second shaft (22) has a motor (17a) for rotating the second shaft (22) in one direction and a motor (17b) for rotating the second shaft (22) in the opposite direction. ) And driven by
The driving force of the motor (11a, 11b) for rotating the first shaft (16) is transmitted to the first shaft (16) via the gear (15),
A biaxial gimbal mechanism in which the driving force of the motors (17a, 17b) for rotating the second shaft (22) is transmitted to the second shaft (22) via the gear (21). .

The driving force of the motor (11a, 11b) for rotating the first shaft (16) is transmitted to the gear (15) via the coil spring (13a, 13b),
The biaxial gimbal mechanism according to claim 1, wherein the driving force of the motor (17a, 17b) for rotating the second shaft (22) is transmitted to the gear (21) via the coil spring (19a, 19b). .

The shaft (14a, 14b) rotated by the motor (11a, 11b) is connected to the first shaft (16) through the gear (15), and the first when the shaft (14a, 14b) rotates a predetermined amount. The rotation angle of the shaft (16) is smaller than the rotation angle of the shafts (14a, 14b),
The second shaft when the shafts (20a, 20b) rotated by the motors (17a, 17b) are connected to the second shaft (22) via the gear (21) and the shafts (20a, 20b) are rotated by a predetermined amount. The biaxial gimbal mechanism according to claim 1 or 2, wherein the rotation angle of the shaft (22) is smaller than the rotation angle of the shaft (20a, 20b).

The motor (11a) and the motor (11b) are arranged symmetrically with respect to the first axis (16),
The drive shaft of the motor (11a) and the drive shaft of the motor (17a) are coaxial,
4. The biaxial gimbal mechanism according to claim 1, wherein the drive shaft of the motor (11b) and the drive shaft of the motor (17b) are coaxial.

The motor (11a) and the motor (17a) are arranged symmetrically with respect to the first axis (16),
The drive shaft of the motor (11a) and the drive shaft of the motor (11b) are coaxial,
4. The biaxial gimbal mechanism according to claim 1, wherein the drive shaft of the motor (17a) and the drive shaft of the motor (17b) are coaxial.

6. The biaxial gimbal mechanism according to claim 1, wherein the motors (11a, 11b, 17a, 17b) are stepping motors.