JP4087355B2

JP4087355B2 - 追尾機器

Info

Publication number: JP4087355B2
Application number: JP2004145297A
Authority: JP
Inventors: 一成雲井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: FR2870392B1; FR2870392A1; JP2005328381A; US20050263964A1

Description

この発明は、移動体に搭載された追尾機器に関するものである。

車両、船舶、航空機などの移動体は、路面の起伏、海面の波浪、気圧変動、風雨など外界の影響を受けて常に振動している。これらの移動体に搭載されたアンテナ等の追尾機器にも移動体自身の振動や動揺が伝わるため、例えば追尾機器がアンテナ装置である場合には、送受信される電波ビームの指向精度が低下し、また、追尾機器が撮像機である場合には撮像機の視軸がずれるという問題があった。

動揺、振動などによって常にその姿勢を変える移動体（プラットフォーム）の上で、追尾装置が常に一定の方向を指向するためには、プラットフォームの動きを打ち消す反対の方向に追尾装置の指向性の軸を動かす必要がある。そのため、追尾装置のセンサおよびその軸を上下左右に動かすことができる駆動用モータ等の機構を設け、プラットフォームの移動と逆の方向に軸を移動させて指向方向を安定させる技術が従来から提案されている。
例えば、特許文献１に記載された従来の移動体用アンテナ装置では、アンテナとそのビーム指向方向を制御する姿勢センサをアンテナ構造体に取り付け、アンテナ構造体を防振して移動体に取り付けるようにしている。
また、従来の追尾機器においては、軸を駆動する速度を高速化したり、制御する振動周波数の帯域を広域化するなどの工夫により、指向性の軸のずれを最小限に抑えるようにしていた。

特開２００２−１３５０１９号公報

プラットフォームである移動体の動揺や振動にはさまざまな周波数の成分が含まれる。
一方、追尾機器を構成する構造体は剛性を有する弾性体で構成されているため、少なくとも一つの固有振動数を有する。
よって、追尾機器に対してその固有振動数の振動が伝わったとき、追尾機器を構成する構造体はその振動を受けて共振現象を起こす。この場合、追尾機器の振動は増幅され、プラットフォームから伝わった振動よりも大きな振幅で振動する。

通常、追尾機器を構成する構造体の固有振動数は５０〜１００Ｈｚ程度であることが多い。しかし、通常の駆動用モータで補正できるのは２０〜３０Ｈｚ程度の振動までであるので、駆動機構により共振時の追尾機器の振動を制御することは難しい。

すなわち、駆動機構以外の方法で、追尾機構の共振時の振動を抑えなければならないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動体に搭載された追尾機器の、振動による指向精度の低下を抑制することを目的とする。

この発明に係る追尾機器は、移動体に搭載される追尾機器において、移動体に固定され、本体を支える固定フレームと、固定フレームに支持され、支持された位置を回転軸として、一方向に回転可能な第１の回転フレームと、第１の回転フレームの一端に接続され、第１の回転フレームとは異なる方向に回転可能な第２の回転フレームと、第２の回転フレームに取り付けられ、第１の回転フレームと第２の回転フレームの回転角によって、目標物に対する指向方向が定められるセンサと、第１の回転フレームの回転軸のバランスを保つために、第１の回転フレームの第２の回転フレームとは反対の端部に設けられた第１の回転バランスウェイトと、第２の回転フレームの回転軸のバランスを保つために、第２の回転フレームに設けられた第２の回転バランスウェイトと、第１の回転フレームと第１の回転バランスウェイトの間に設けられ、第１の回転フレームの回転軸を境にセンサを含む側と、第１の回転フレームの回転軸を境に第１の回転バランスウェイトを含む側の固有振動数が一致するように弾性が調整された弾性体を備えたものである。

この発明によれば、旋回フレームと旋回バランスウェイトの間に弾性体を挿入することによって旋回フレームの剛性を調整し、旋回フレームの前後両側の固有振動数が一致するようにしたので、移動体から固有振動数と等しい周波数の振動が伝わった時に、旋回バランスウェイトとセンサが同方向に振動し、旋回フレームの揺れを最小限に抑えることができる。これにより、センサの指向精度の低下を抑制することができる。

以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による、追尾機器１０の構成を示す図である。追尾機器１０は、固定フレーム１１、旋回フレーム（第１の回転フレーム）１２、旋回バランスウェイト（第１の回転バランスウェイト）１３、俯仰フレーム（第２の回転フレーム）１４、センサ１５、俯仰バランスウェイト（第２の回転バランスウェイト）１６、ダンパー（弾性体）１７を備えている。
追尾機器１０は、航空機等のプラットフォーム２０に搭載され、例えば通信アンテナやカメラのような、目標を観測する機能を持つセンサ１５を備えている。
追尾機器１０は、固定フレーム１１を介してプラットフォーム２０に固定されている。追尾機器１０は、２方向への回転によってセンサ１５の指向する方向を決定する。１つめの回転方向は、固定フレーム１１の固定面に対して水平な方向（以下、水平方向と記す。）であり、図中ａ．は、水平方向から追尾機器１０を見た図、ｂ．は、プラットフォーム２０に対して垂直な方向から追尾機器１０を見下ろした図である。２つめの回転方向は、上述の水平方向の回転面に対して俯仰する方向（以下、俯仰方向と記す。）である。

旋回フレーム１２は、固定フレーム１１に支持されており、支持位置を回転軸として水平方向に回転することができる。旋回フレーム１２の回転により、センサ１５の水平方向の指向方向が決まる。
俯仰フレーム１４は、旋回フレーム１２の一端に取り付けられており、俯仰方向に回転することができる。俯仰フレーム１４には、俯仰フレーム１４の回転軸のバランスを保つために、俯仰バランスウェイト１６が取り付けられている。センサ１５は俯仰フレーム１４に固定されている。俯仰フレーム１４の回転により、センサ１５の俯仰方向の指向方向が決まる。
旋回フレーム１２の他端には、旋回フレーム１２の回転軸のバランスを保つために、旋回バランスウェイト１３がダンパー１７を介して取り付けられている。ダンパー１７は緩衝性のある弾性体である。
また、追尾機器１０には、センサ１５の指向する方向を制御する駆動装置（図示せず）が備えられている。

次に動作について説明する。
プラットフォーム２０が移動により振動すると、その振動が固定フレーム１１を介して追尾機器１０に伝わる。追尾機器１０に振動が伝わると、センサ１５の指向方向のずれが発生する。追尾機器１０の駆動装置は、ずれを打ち消す方向にセンサ１５の向きを制御する。
ここで、旋回フレーム１２が有する固有振動数と同じ周波数の振動が伝わった場合を考える。旋回フレーム１２は、共振現象を起こしてプラットフォーム２０から伝わった振動よりも大きな振幅で振動する。

ここで、旋回フレーム１２が固定フレーム１１に固定されている支点から見て俯仰フレーム１４をセンサ１５を含む側を旋回フレーム１２の前側、旋回バランスウェイト１３を含む側を旋回フレーム１２の後側とする。旋回フレーム１２の前側は、旋回フレーム１２自身と、センサ１５、俯仰フレーム１４の剛性および重量によって決まる固有周波数で共振する。また、旋回フレーム１２の後側は、旋回フレーム１２自身と、旋回バランスウェイト１３、ダンパー１７の剛性および重量によって決まる固有周波数で共振する。
この時、旋回フレーム１２の前側と後側の固有周波数が一致しないと、両者は独立したモードで振れることになる。よって、旋回フレーム１２の片側が共振現象を起こしたとき、構造体は入力振動と逆位相で振れるので、旋回フレーム１２の反対側は逆の方向に振動する。

実施の形態１では、旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３の間にダンパー１７を設けることにより、旋回フレーム１２の前後が同一の共振周波数を持つように調整している。すなわち、ダンパー１７によって、旋回フレーム１２の後側の剛性を調整し、旋回フレーム１２の前後両側で、同時に共振現象が発生するようにしている。

図２は、実施の形態１による、旋回フレーム１２の前後両側の共振周波数が一致する場合に、共振現象が起こった時の追尾機器１０の動作を説明する図である。また、図３は、旋回フレーム１２の前後両側の共振周波数が異なる場合に、共振現象が起こった時の追尾機器１０の動作を説明する図である。
図に示すように、図３においては、旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３の間にダンパー１７を設けず、固有周波数が旋回フレーム１２の前後で一致していない。この場合、旋回フレーム１２の前側或いは後側が共振を起こして、上下方向にたわむことにより、旋回フレーム１２の中心の支柱部分が傾き、反対側の旋回フレーム１２が逆方向にたわむ。これにより、旋回フレーム１２全体が傾き、その傾きがセンサ１５の軸の傾きとなって、指向方向のずれが発生する。
一方、図２に示す場合では、旋回フレーム１２の前後の共振周波数が一致しているため、前後は同時に共振を起こし、両側とも同方向にたわむ。このため、旋回フレーム１２の傾斜が少なく、指向方向のずれを小さくすることが可能になる。

以上のように、実施の形態１によれば、旋回バランスウェイト１３と旋回フレーム１２の間にダンパー１７を設け、旋回フレーム１２の前後両側が同一の共振周波数を持つように調整したので、旋回フレーム１２が共振を起こした時に、センサ１５と旋回バランスウェイト１３が同方向に振動し、旋回フレーム１２の傾きを小さく抑えることができる。これにより、センサ１５の指向方向を安定化させることができる。

また、旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３に設けたダンパー１７に緩衝性があるため、共振時の振幅を小さく抑えることができる。
また、旋回フレーム１２自体を弾性体とせずに、旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３の間に弾性体であるダンパー１７を挿入しているので、フレーム自体の強度が保たれ、追尾機器１０の安定性を維持することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による、追尾機器のダンパー部分を図１のａ．と同一の方向から見た図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を示している。
実施の形態２では、ダンパーを構成する弾性体にコイルスプリングを用いる。
図に示すように、実施の形態２によるダンパー部分は、コイルスプリング６０と、コイルスプリング６０を旋回フレーム１２および旋回バランスウェイト１３に固定する止め具６１を有する。

弾性を持つコイルスプリング６０で旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３を接続することにより、ダンパー部分の作用を実現する。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による、追尾機器のダンパー部分を図１のａ．と同一の方向から見た図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を示している。
実施の形態３では、ダンパーを構成する弾性体にゴムダンパーを用いる。
図に示すように、実施の形態３によるダンパー部分は、ゴムダンパー７０と、ゴムダンパー７０を旋回フレーム１２および旋回バランスウェイト１３に固定するナット７１を有する。

弾性を持つゴムダンパー７０で旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３を接続することにより、ダンパー部分の作用を実現する。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による、追尾機器のダンパー部分を図１のａ．と同一の方向から見た図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を示している。
実施の形態４では、ダンパーを構成する弾性体に皿バネを用いる。
図に示すように、実施の形態４によるダンパー部分は、皿バネ８０と、皿バネ８０を旋回フレーム１２および旋回バランスウェイト１３に固定するボルト８１を有する。

弾性を持つ皿バネ８０で旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３を接続することにより、ダンパー部分の作用を実現する。
また、皿バネ８０を重ねる数を変えることにより、ばね定数を調節することができる。皿バネ８０を重ねると、重ねた皿バネ８０の間に滑り摩擦が発生するので、その摩擦が減衰力となって共振時の応答倍率を減少させる効果もある。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による、追尾機器のダンパー部分を示す図である。図中、ａ．は、ダンパー部分を図１のａ．と同一の方向から見た図、ｂ．は、ダンパー部分をＡの方向から見た図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を示している。
実施の形態５では、ダンパーを構成する弾性体に板バネを用いる。
図に示すように、実施の形態５によるダンパー部分は、板バネ９０と、板バネ９０を旋回フレーム１２および旋回バランスウェイト１３に固定する止めねじ９１を有する。

弾性を持つ板バネ９０で旋回フレーム１２と旋回バランスウェイト１３を接続することにより、ダンパー部分の作用を実現する。
また、板バネ９０を重ねる数を変えることにより、ばね定数を調節することができる。板バネ９０を重ねると、重ねた板バネ９０の間に滑り摩擦が発生するので、その摩擦が減衰力となって共振時の応答倍率を減少させる効果もある。

また、板バネ９０を図７に示すように取り付けることにより、ダンパー効果を上下方向だけに限定することが可能になり、水平方向の固有振動数は保ったまま、上下方向の固有振動数のみを操作することができる。

この発明の実施の形態１による、追尾機器の構成を示す図である。この発明の実施の形態１による、旋回フレームの前後両側の共振周波数が一致する場合に、共振現象が起こった時の追尾機器の動作を説明する図である。旋回フレームの前後両側の共振周波数が異なる場合に、共振現象が起こった時の追尾機器の動作を説明する図である。この発明の実施の形態２による、追尾機器のダンパー部分を示した図である。この発明の実施の形態３による、追尾機器のダンパー部分を示した図である。この発明の実施の形態４による、追尾機器のダンパー部分を示した図である。この発明の実施の形態５による、追尾機器のダンパー部分を示した図である。

符号の説明

１０追尾機器、１１固定フレーム、１２旋回フレーム（第１の回転フレーム）、１３旋回バランスウェイト（第１の回転バランスウェイト）、１４俯仰フレーム（第２の回転フレーム）、１５センサ、１６俯仰バランスウェイト（第２の回転バランスウェイト）、１７ダンパー（弾性体）、２０プラットフォーム（移動体）、６０コイルスプリング（弾性体）、６１止め具、７０ゴムダンパー（弾性体）、７１ナット、８０皿バネ（弾性体）、８１ボルト、９０板バネ（弾性体）、９１止めねじ。

Claims

移動体に搭載される追尾機器において、
上記移動体に固定され、本体を支える固定フレームと、
上記固定フレームに支持され、支持された位置を回転軸として、一方向に回転可能な第１の回転フレームと、
上記第１の回転フレームの一端に接続され、上記第１の回転フレームとは異なる方向に回転可能な第２の回転フレームと、
上記第２の回転フレームに取り付けられ、上記第１の回転フレームと上記第２の回転フレームの回転角によって、目標物に対する指向方向が定められるセンサと、
上記第１の回転フレームの回転軸のバランスを保つために、上記第１の回転フレームの上記第２の回転フレームとは反対の端部に設けられた第１の回転バランスウェイトと、
上記第２の回転フレームの回転軸のバランスを保つために、上記第２の回転フレームに設けられた第２の回転バランスウェイトと、
上記第１の回転フレームと上記第１の回転バランスウェイトの間に設けられ、上記第１の回転フレームの上記回転軸を境に上記センサを含む側と、上記第１の回転フレームの上記回転軸を境に上記第１の回転バランスウェイトを含む側の固有振動数が一致するように弾性が調整された弾性体を備えたことを特徴とする追尾機器。
弾性体は、コイルスプリング、ゴムダンパー、皿ばね、および板ばねのうちのいずれか１つよりなることを特徴とする請求項１記載の追尾機器。