KR20180002420A - Coaxial twin-gyro attitude control system - Google Patents

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KR20180002420A KR1020160081908A KR20160081908A KR20180002420A KR 20180002420 A KR20180002420 A KR 20180002420A KR 1020160081908 A KR1020160081908 A KR 1020160081908A KR 20160081908 A KR20160081908 A KR 20160081908A KR 20180002420 A KR20180002420 A KR 20180002420A
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Abstract

Disclosed is a coaxial twin-gyro attitude control system. The coaxial twin-gyro attitude control system of the present invention comprises: an attitude control drive portion coupled to an object to be controlled; a gyro-wheel portion provided in the object to be controlled, rotated by driving of the attitude control drive portion, and provided with a first gyro-wheel connected to the attitude control drive portion to be rotated and a second gyro-wheel spaced apart from the first gyro-wheel; and a gyro-wheel rotation portion provided in the object to be controlled, and rotating the first gyro-wheel and the second gyro-wheel in opposite directions to each other. Thus, the present invention is able to output torque in a direction desired for attitude control without respect to a rotation angle of an attitude control motor.

Description

동축 쌍 자이로 자세 제어시스템{COAXIAL TWIN-GYRO ATTITUDE CONTROL SYSTEM}[0001] COAXIAL TWIN-GYRO ATTITUDE CONTROL SYSTEM [0002]

본 발명은, 자이로 자세 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자세 제어 모터의 회전 각도에 상관없이 자세 제어하고자 하는 방향의 토크를 출력할 수 있는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyro attitude control system, and more particularly, to a coaxial pair gyro attitude control system capable of outputting a torque in a direction of attitude control irrespective of a rotation angle of an attitude control motor.

일반적으로 제어 모멘트 자이로(CMG; control moment gyroscope)는 고 관성모멘트(moment of inertia)를 갖는 로터(rotor)를 구비한 모터 응용장치로서 인공위성, 선박, 잠수정, 자동차, 항공기, 미사일 등의 이동체(vehicle)와 부유체(floating platform)의 자세 안정화 및 방향 전환을 위한 토크(torque) 발생용으로 사용된다.In general, a control moment gyroscope (CMG) is a motor application device equipped with a rotor having a high moment of inertia, and is used as a moving object such as a satellite, a ship, a submersible vehicle, an automobile, ) And a floating platform for posture stabilization and torque generation for turning.

이러한 제어 모멘트 자이로는 물리학의 자이로스코프 원리(gyroscopic principle)를 이용한 토크 발생 구동기로, 도 1에 도시된 바와 같이, 짐벌 모터(10)와, 짐벌 모터(10)에 연결 되어 회전되는 회전대(20)와, 회전대(20)에 마련되어 짐벌 모터(10)와 다른 모터 예를 들어 스핀 모터에 의해 회전되는 회전자(30)를 포함한다.1, the control moment gyro is a torque generating actuator using a gyroscopic principle of physics. The control moment gyro includes a gimbal motor 10, a rotating table 20 connected to the gimbal motor 10 and rotated, And a rotor 30 provided on the turntable 20 and rotated by a motor other than the gimbal motor 10, for example, a spin motor.

이러한 구성에 의해 회전대(20)가 회전하게 됨은 물론 회전자(30)가 직교 되는 방향 즉 짐벌 모터의 구동에 의해 스핀 모터의 회전축이 짐벌 모터의 회전축을 기준으로 회전하면 두 축에 수직인 축에 출력 토크인 자이로스코프 토크가 발생 된다.With this configuration, as well as the rotation of the turntable 20, when the rotation axis of the spin motor is rotated with respect to the rotation axis of the gimbal motor by the direction in which the rotor 30 is orthogonal, that is, the driving of the gimbals motor, A gyroscopic torque which is an output torque is generated.

전술한 종래의 구조는 짐벌 모터의 회전 각도에 따라 실제 자세 제어하고자 하는 방향으로의 토크 출력은 일정하지 않으며 제한을 받게 된다.In the above-described conventional structure, the torque output in the direction to control the actual posture is not constant and is limited according to the rotation angle of the gimbals motor.

구체적으로, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 운동 평면과 자세를 제어하고자 하는 방향을 나타내는 평면(자세 제어 방향 벡터가 위치하는 평면)인 자세 제어 평면의 각도가 0도인 경우 즉 운동 평면이 자세 제어 평면인 경우 출력 토크가 자세 제어 토크가 되어 가장 효율이 좋다.Specifically, as shown in Fig. 1 (a), when the angle of the attitude control plane which is the plane indicating the direction to control the attitude (the plane in which the attitude control direction vector is located) is 0 degrees, In the case of the attitude control plane, the output torque becomes the attitude control torque, and the efficiency is the highest.

다음으로, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 운동 평면과 자세 제어 평면의 각도가 일정 각도 예를 들어 약 30도 기울어진 경우 이 각도에 의해 실제 자세 제어로 사용되는 토크의 크기는 줄어든다.Next, as shown in FIG. 1 (b), when the angle between the motion plane and the posture control plane is tilted by a predetermined angle, for example, about 30 degrees, the angle reduces the magnitude of the torque used in actual posture control .

그 다음으로, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 운동 평면과 자세 제어 평면의 각도가 약 60도 기울어진 경우 이 각도에 의해 실제 자세 제어에 사용되는 토크의 크기는 이전보다 더 줄어들게 된다.Next, as shown in Fig. 1 (c), when the angle between the motion plane and the attitude control plane is inclined by about 60 degrees, the magnitude of the torque used for actual attitude control is further reduced by this angle .

마지막으로, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 운동 평면과 자세 제어 평면의 각도가 90도 기울어진 경우 자세 제어 평면상 토크의 크기는 0이 된다.Finally, as shown in FIG. 1 (d), when the angle between the motion plane and the posture control plane is tilted by 90 degrees, the magnitude of the torque on the posture control plane becomes zero.

결과적으로 종래의 실시 예는 짐벌 모터의 회전 각도에 따라 실제 자세 제어하고자 하는 방향으로의 토크 출력은 일정하지 않으며 제한을 받게 된다.As a result, the torque output in the direction of actual posture control is not constant and is limited according to the rotation angle of the gimbals motor in the conventional embodiment.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.The above-described technical structure is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.

한국등록특허공보 제10-0649730호(한국항공우주연구원) 2006. 11. 17.Korean Registered Patent No. 10-0649730 (Korea Aerospace Research Institute) Nov. 17, 2006

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자세 제어 모터의 회전 각도에 상관없이 자세 제어하고자 하는 방향의 토크를 출력할 수 있는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a coaxial pair gyro attitude control system capable of outputting a torque in a direction of an attitude control regardless of a rotation angle of the attitude control motor.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제어 대상물에 결합 되는 자세 제어 구동부; 상기 제어 대상물에 마련되어 상기 자세 제어 구동부의 구동에 의해 회전되며, 상기 자세 제어 구동부에 연결되어 회전되는 제1 자이로휠과, 상기 제1 자이로휠과 이격 배치되는 제2 자이로휠이 구비된 자이로휠부; 및 상기 제어 대상물에 마련되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 서로 반대 방향으로 회전시키는 자이로휠 회전부를 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electronic control unit comprising: a posture control driver coupled to a control object; A first gyro wheel provided on the control object and rotated by driving the posture control driving unit and connected to the posture control driving unit and a second gyro wheel spaced apart from the first gyro wheel; And a gyro wheel rotation unit provided on the control object for rotating the first gyro wheel and the second gyro wheel in opposite directions to each other.

상기 자이로휠부는, 상기 제어 대상물의 내부에 마련되며 상기 자세 제어 구동부에 연결되어 회전 되는 연결 바디; 상기 연결 바디의 일측부에 결합 되어 상기 연결 바디와 같은 방향으로 회전되는 상기 제1 자이로휠; 및 상기 연결 바디의 타측부에 결합 되어 상기 연결 바디와 같은 방향으로 회전 되는 상기 제2 자이로휠을 포함할 수 있다.The gyro wheel unit includes: a connection body provided inside the control object and connected to the posture control driving unit and rotated; The first gyro wheel coupled to one side of the connection body and rotated in the same direction as the connection body; And the second gyro wheel coupled to the other side of the connection body and rotated in the same direction as the connection body.

상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠은 동일한 형상을 갖고, 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠의 가장자리에는 다른 부분보다 두꺼운 중량부가 마련될 수 있다.The first gyro wheel and the second gyro wheel may have the same shape, and the weight of the first gyro wheel and the second gyro wheel may be thicker than other portions.

상기 자이로휠부는, 상기 연결 바디의 연결축에 결합 되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 탄성 지지하는 탄성 지지부를 더 포함할 수 있다.The gyro wheel may further include an elastic support coupled to a connection shaft of the connection body for elastically supporting the first gyro wheel and the second gyro wheel.

상기 탄성 지지부는, 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠의 표면에 각각 접촉되는 지지편; 상기 지지편에 일측부가 지지 되는 탄성체; 및 상기 연결축에 결합 되어 상기 탄성체의 타측부를 지지하는 고정편을 포함할 수 있다.Wherein the elastic supporting portion comprises: a supporting piece which is in contact with the surfaces of the first gyro wheel and the second gyro wheel; An elastic body having one side portion supported by the supporting piece; And a fixing piece coupled to the connection shaft and supporting the other side of the elastic body.

상기 자이로휠 회전부는, 상기 제어 대상물에 결합 되는 자이로휠 회전모터; 및 상기 자이로휠 회전모터에 연결되어 상기 자이로휠 회전모터의 동력을 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠로 전달하는 동력 전달 부재를 포함하고, 상기 동력 전달 부재는 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠에 각각 접촉되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.The gyro wheel rotating unit includes: a gyro wheel rotating motor coupled to the control object; And a power transmission member connected to the gyro wheel rotation motor and transmitting the power of the gyro wheel rotation motor to the first gyro wheel and the second gyro wheel, The first gyro wheel and the second gyro wheel are brought into contact with the second gyro wheel, respectively, so as to rotate the first gyro wheel and the second gyro wheel in opposite directions.

상기 자이로휠 회전부는, 상기 동력 전달 부재의 표면에 결합 되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠에 접촉 되는 마찰 부재를 더 포함할 수 있다.The gyro wheel rotating unit may further include a friction member coupled to a surface of the power transmitting member and contacting the first gyro wheel and the second gyro wheel.

상기 자세 제어 구동부는, 상기 제어 대상물에 결합 되며 상기 연결 바디에 연결되는 감속기; 및 상기 감속기에 결합 되어 상기 연결 바디를 회전시키는 자세 제어 모터를 포함할 수 있다.The attitude control driving unit includes a speed reducer coupled to the control body and connected to the connection body; And an attitude control motor coupled to the speed reducer to rotate the connection body.

본 발명의 실시예들은, 한 쌍의 자이로휠의 서로 반대 방향 회전에 의한 운동 평면 상의 두 개의 토크를 서로 상쇄시키고, 한 쌍의 자이로휠을 지탱하고 있는 회전축의 현재 자세를 유지하려는 성질을 이용하여 이축에 작용력을 가함으로써 발생하는 반작용력을 사용하여 자세 제어 모터의 회전 각도에 상관없이 자세 제어하고자 하는 방향의 토크를 출력할 수 있다.Embodiments of the present invention use the property of canceling each other of two torques on a plane of motion by rotation of the pair of gyro wheels in mutually opposite directions and maintaining the current posture of the rotation axis supporting the pair of gyro wheels It is possible to output the torque in the direction of the attitude control regardless of the rotation angle of the attitude control motor by using the reaction force generated by applying the acting force to the biaxial axis.

도 1은 종래의 자이로 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제1 자이로휠과 제2 자이로휠의 작동을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 도 2에 도시된 연결축에 작용하는 힘을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 실시 예의 사용 상태도이다.1 is a schematic view of a conventional gyro control system.
2 is a schematic view of a coaxial pair gyro attitude control system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a side view of Figure 2;
FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing the operation of the first gyro wheel and the second gyro wheel shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a view schematically showing a force acting on the connection shaft shown in FIG. 2. FIG.
6 to 8 are use state diagrams of this embodiment.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 측면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 제1 자이로휠과 제2 자이로휠의 작동을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 5는 도 2에 도시된 연결축에 작용하는 힘을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6 내지 도 8은 본 실시 예의 사용 상태도이다.FIG. 2 is a schematic view of a coaxial pair gyro attitude control system according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a side view of FIG. 2, FIG. 4 is a cross sectional view of the first gyro wheel and the second gyro shown in FIG. Fig. 5 is a view schematically showing a force acting on the connection shaft shown in Fig. 2, and Figs. 6 to 8 are use state diagrams of this embodiment. Fig.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템(1)은, 제어 대상물(C)에 결합 되는 자세 제어 구동부(100)와, 제어 대상물(C)에 마련되어 자세 제어 구동부(100)의 구동에 의해 회전되며 자세 제어 구동부(100)에 연결되어 회전되는 제1 자이로휠(220)과 이 제1 자이로휠(220)과 이격 배치되는 제2 자이로휠(230)이 구비된 자이로휠부(200)와, 제어 대상물(C)에 마련되어 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 서로 반대 방향으로 회전시키는 자이로휠 회전부(300)를 구비한다.As shown in these drawings, the coaxial pair gyro attitude control system 1 according to the present embodiment includes an attitude control driver 100 coupled to a control object C, A first gyro wheel 220 that is rotated by driving of the first gyro wheel 100 and is connected to and rotated by the posture control driver 100 and a second gyro wheel 230 that is spaced apart from the first gyro wheel 220 A gyro wheel part 200 and a gyro wheel rotating part 300 which is provided on the control object C and rotates the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 in directions opposite to each other.

자세 제어 구동부(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대상물(C)에 결합 되어 자이로휠부(200)를 회전시킨다.As shown in Figs. 2 and 3, the posture control driver 100 is coupled to the control object C to rotate the gyro wheel part 200. As shown in Fig.

본 실시 예에서 자세 제어 구동부(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대상물(C)에 결합 되며 연결 바디(210)와 축으로 연결되는 감속기(110)와, 감속기(110)에 결합 되어 연결 바디(210)를 회전시키는 자세 제어 모터(120)를 포함한다.3, the attitude control driver 100 includes a speed reducer 110 coupled to the control object C and connected to the connection body 210 via an axis, And an attitude control motor 120 for rotating the connection body 210.

본 실시 예에서 자세 제어 모터(120)는 공지된 짐벌 모터와 같은 기능을 할 수 있다.In this embodiment, the attitude control motor 120 can perform the same function as the known gimbals motor.

자이로휠부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 감속기(110)에 연결되어 자세 제어 모터(120)의 구동에 의해 일정 방향 예를 들어, 도 3의 화살표에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 회전될 수 있다.3, the gyro wheel unit 200 is connected to the speed reducer 110 and is driven by the attitude control motor 120 to rotate in a predetermined direction, for example, in a clockwise direction As shown in FIG.

본 실시 예에서 자이로휠부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대상물(C)의 내부에 마련되며 감속기(110)에 연결되어 회전되는 연결 바디(210)와, 연결 바디(210)의 상측부에 결합 되어 연결 바디(210)와 같은 방향으로 회전되는 제1 자이로휠(220)과, 연결 바디(210)의 하측부에 결합 되어 연결 바디(210)와 같은 방향으로 회전되는 제2 자이로휠(230)과, 연결 바디(210)의 연결축(211)에 결합 되어 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 탄성 지지하는 탄성 지지부(240)를 포함한다.3, the gyro wheel unit 200 includes a connection body 210 provided inside the control object C and connected to the speed reducer 110 to rotate, a connection body 210, A first gyro wheel 220 coupled to an upper portion of the connection body 210 and rotated in the same direction as the connection body 210 and a second gyro wheel 220 coupled to a lower portion of the connection body 210 and rotated in the same direction as the connection body 210. [ And a resilient support portion 240 coupled to the connection shaft 211 of the connection body 210 to elastically support the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230.

자이로휠부(200)의 연결 바디(210)는, 자세 제어 모터(120)의 회전력을 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)로 전달하여 제1 자이로휠(220) 및 제2 자이로휠(230)과 같이 같은 방향으로 회전되며, 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)의 결합 장소로 제공된다.The connecting body 210 of the gyro wheel unit 200 transmits the rotational force of the attitude control motor 120 to the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 to rotate the first gyro wheel 220 and the second The second gyro wheel 230 is rotated in the same direction as the gyro wheel 230 and is provided as a coupling place of the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230.

본 실시 예에서 연결 바디(210)는 감속기(110)에 마련된 축에 결합 예를 들어 고정핀을 이용하여 결합 될 수 있다.In this embodiment, the connection body 210 may be coupled to a shaft provided in the speed reducer 110 using a coupling, for example, a fixing pin.

또한 본 실시 예에서 연결 바디(210)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일부 영역에 나사산이 마련된 연결축(211)이 고정 너트(212)를 이용하여 결합 되고, 연결축(211)에는 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)이 탄성지지부에 의해 고정될 수 있다.3, a connection shaft 211 having a threaded portion is coupled to the connection body 210 using a fixing nut 212, and a connection shaft 211 The first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 can be fixed by the resilient supporting portion.

나아가 본 실시 예에서 연결 바디(210)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 직육면체 형상을 가질 수 있다.Further, in this embodiment, the connection body 210 may have a rectangular parallelepiped shape, as shown in Figs. 2 and 3.

자이로휠부(200)의 제1 자이로휠(220)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 바디(210)의 상부에 위치되도록 연결축(211)에 결합 되어 연결 바디(210)와 같은 방향으로 회전된다.3, the first gyro wheel 220 of the gyro wheel unit 200 is coupled to the connection shaft 211 such that the first gyro wheel 220 is positioned at the upper portion of the connection body 210, .

본 실시 예에서 제1 자이로휠(220)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 두께를 갖는 원형 형상으로 마련되는 자이로휠 바디(221)와, 자이로휠 바디(221)의 가장자리에 마련되며 다른 부분보다 두꺼운 두께를 갖는 중량부(222)와, 자이로휠 바디(221)의 중앙부에 마련되며 지지편(241)의 안착 장소로 제공되는 중심 돌출부(223)를 포함한다.2, the first gyro wheel 220 includes a gyro wheel body 221 provided in a circular shape having a predetermined thickness, and a second gyro wheel body 221 provided at the edge of the gyro wheel body 221, And a center protruding portion 223 provided at a central portion of the gyro wheel body 221 and provided as a seating position of the supporting piece 241. The weight portion 222 has a thickness larger than that of the weight portion 222,

본 실시 예에서 중량부(222)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 자이로휠 바디(221)의 가장자리에 원형으로 마련되어 제1 자이로휠(220)은 회전 관성이 높은 중량이 연결축(211)에서 외측으로 배치되는 구조를 가질 수 있다.2, the weight portion 222 is provided in a circular shape at the edge of the gyro wheel body 221 so that the weight of the first gyro wheel 220, which has a high rotational inertia, As shown in FIG.

그리고 본 실시 예에서 제1 자이로휠(220)의 구성 즉 자이로휠 바디(221), 중량부(222), 중심 돌출부(223)의 구성은 제2 자이로휠(230)에 그대로 적용될 수 있다.In this embodiment, the configuration of the first gyro wheel 220, that is, the configuration of the gyro wheel body 221, the weight portion 222, and the center protruding portion 223, can be directly applied to the second gyro wheel 230.

자이로휠부(200)의 제2 자이로휠(230)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 바디(210)의 하부에 배치되도록 연결축(211)에 결합 되어 연결 바디(210)와 같이 회전된다.3, the second gyro wheel 230 of the gyro wheel unit 200 is coupled to the connection shaft 211 so as to be disposed below the connection body 210 and is rotated as the connection body 210 .

본 실시 예에서 제2 자이로휠(230)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 자이로휠 회전부(300)에 의해 제1 자이로휠(220)과 반대 방향으로 회전될 수 있다.In this embodiment, the second gyro wheel 230 can be rotated in the direction opposite to the first gyro wheel 220 by the gyro wheel rotation part 300, as shown in Fig.

또한 본 실시 예에서 제2 자이로휠(230)은 제1 자이로휠(220)과 형상, 질량이 같고 회전 속도가 같게 마련되어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 자이로휠(220)의 회전에 의한 토크(Ta)와 제2 자이로휠(230)의 회전에 의한 토크(Tb)는 크기가 같고 방향이 반대가 되어 토크의 합은 0이 된다. 즉 서로 상쇄된다.In this embodiment, the second gyro wheel 230 has the same shape and mass as those of the first gyro wheel 220, and has the same rotational speed, so that the rotation of the first gyro wheel 220 torque (T a) and the torque due to the rotation (T b) are of the same size, the direction is opposite to the sum of the torque of the second gyro wheel 230 by is zero. That is, cancel each other out.

기존의 자이로 제어시스템은 자이로 휠의 회전에 의한 운동 평면상의 토크를 직접적으로 이용한다.Conventional gyro control systems use torque directly on the plane of motion due to rotation of the gyro wheel.

반면에 본 실시 예는 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)의 회전에 의한 운동 평면상의 두 개의 토크를 서로 상쇄시킨다.On the other hand, the present embodiment cancels two torques on the motion plane due to the rotation of the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230, respectively.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 지지하는 연결축(211)의 현재 자세를 유지하려는 성질을 이용하여 연결축(211)에 작용력을 가함으로써 발생 되는 반 작용력으로 제어 대상물(C)의 자세를 제어할 수 있다.5, the force acting on the connecting shaft 211 is transmitted to the second gyro wheel 230 by using the property of maintaining the current posture of the connecting shaft 211 supporting the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230, It is possible to control the posture of the control object C by the semi-action force generated by applying the reaction force.

덧붙여 고속으로 회전하는 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 지지하는 연결축(211)은 현재 자신의 자세를 변하지 않고 유지하려는 성질을 가져, 도 5에 도시된 바와 같이, 자세 제어 모터(120)의 구동에 의해 발생 되는 토크(Tc)에 반발하여 크기가 같고 반향은 반대인 토크(Td)를 발생시킨다.In addition, the first gyro wheel 220 rotating at a high speed and the connection shaft 211 supporting the second gyro wheel 230 have a property to maintain their current attitude unchanged. As shown in FIG. 5, And repels the torque T c generated by the driving of the attitude control motor 120 to generate a torque T d whose magnitude is the same and echo is opposite.

그 결과, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 자세 제어 모터(120)의 회전 각도에 상관없이 자세 제어하고자 하는 방향의 토크를 출력할 수 있다.As a result, as shown in Figs. 6 to 8, it is possible to output the torque in the direction of the attitude control, irrespective of the rotation angle of the attitude control motor 120. [

자이로휠부(200)의 탄성 지지부(240)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결축(211)에 결합 되어 자이로휠부(200)의 중심으로 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 밀어준다.3, the elastic support portion 240 of the gyro wheel portion 200 is coupled to the connection shaft 211 so that the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 200 230).

본 실시 예에서 탄성 지지부(240)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)의 상하면 각각에 마련되는 한 쌍의 지지편(241)과, 한 쌍의 지지편(241) 중 연결 바디(210)로부터 멀어지는 방향에 배치되는 지지편(241)에 일측부가 지지되는 탄성체(242)와, 연결축(211)에 고정 결합 되어 탄성체(242)의 타측부를 지지하는 고정편(243)을 포함한다.3, the elastic supporter 240 includes a pair of support pieces 241 provided on the upper and lower surfaces of the first and second gyro wheels 220 and 230, An elastic body 242 having one side supported by a support piece 241 disposed in a direction away from the connection body 210 among the pair of support pieces 241 and an elastic body 242 fixedly coupled to the connection shaft 211, And a fixing piece 243 for supporting the other side portion.

본 실시 예에서 한 쌍의 지지편(241) 중 연결 바디(210)와 근접되게 배치되는 지지편(241)은 연결축(211)에 고정 결합 되어 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)이 연결 바디(210)로 이동되는 것을 스토핑할 수 있다.The support piece 241 of the pair of support pieces 241 which is disposed adjacent to the connection body 210 is fixedly coupled to the connection shaft 211 and is supported by the first and second gyro wheels 220 and 220. [ (230) may be moved to the connection body (210).

또한 한 쌍의 지지편(241) 중 연결 바디(210)와 멀어지게 배치되는 지지편(241)은 연결축(211)에 자유 상태 즉 연결축(211)의 상하 방향으로 이동되게 결합 될 수 있다. 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)이 상하 방향으로 이동되더라도 탄성체(242)의 팽창에 의해 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)은 원위치로 복귀될 수 있다.The support piece 241 disposed at a distance from the connection body 210 of the pair of support pieces 241 may be coupled to the connection shaft 211 in a free state or in a vertical direction of the connection shaft 211 . Even if the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 are moved in the vertical direction, the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 can be returned to their original positions by the expansion of the elastic body 242 have.

자이로휠 회전부(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대상물(C)에 결합 되어 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)을 서로 다른 방향으로 회전시킨다.3, the gyro wheel rotating unit 300 is coupled to the control object C to rotate the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 in different directions.

본 실시 예에서 자이로휠 회전부(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 대상물(C)에 결합 되는 자이로휠 회전모터(310)와, 자이로휠 회전모터(310)에 연결되어 자이로휠 회전모터(310)의 동력을 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)로 전달하는 동력 전달 부재(320)와, 동력 전달 부재(320)의 표면에 결합 되어 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)에 접촉되는 마찰 부재(330)를 포함한다.3, the gyro wheel rotation unit 300 includes a gyro wheel rotation motor 310 coupled to the control object C, a gyro wheel rotation motor 310 connected to the gyro wheel rotation motor 310, A power transmitting member 320 for transmitting the power of the motor 310 to the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230 and a second gyro wheel 220 coupled to the surface of the power transmitting member 320, And a friction member 330 contacting the second gyro wheel 230.

자이로휠 회전부(300)의 자이로휠 회전모터(310)는, 제어 대상물(C)에 볼트 결합 될 수 있고, BLDC(Brushless DC) 모터를 포함한다.The gyro wheel rotation motor 310 of the gyro wheel rotation unit 300 can be bolted to the control object C and includes a BLDC (Brushless DC) motor.

자이로휠 회전부(300)의 동력 전달 부재(320)는, 제1 자이로휠(220)과 제2 자이로휠(230)에 직접 접촉되어 자이로휠 회전모터(310)의 동력을 전달할 수도 있다. 이 경우 동력 전달 부재(320)는 휠 또는 기어 형태로 마련될 수 있다.The power transmitting member 320 of the gyro wheel rotating unit 300 may directly transmit the power of the gyro wheel rotating motor 310 to the first gyro wheel 220 and the second gyro wheel 230. [ In this case, the power transmitting member 320 may be provided in the form of a wheel or a gear.

자이로휠 회전부(300)의 마찰 부재(330)는, 고무 재질로 마련될 수 있고, 동력 전달 부재(320)의 외주면을 연속적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다.The friction member 330 of the gyro wheel rotating unit 300 may be made of a rubber material and may be provided to continuously surround the outer circumferential surface of the power transmitting member 320. [

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 한 쌍의 자이로휠의 서로 반대 방향 회전에 의한 운동 평면 상의 두 개의 토크를 서로 상쇄시키고, 한 쌍의 자이로휠을 지탱하고 있는 회전축의 현재 자세를 유지하려는 성질을 이용하여 이축에 작용력을 가함으로써 발생하는 반작용력을 사용하여 자세 제어 모터의 회전 각도에 상관없이 자세 제어하고자 하는 방향의 토크를 출력할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the two tires on the motion plane due to the rotation of the pair of gyro wheels in mutually opposite directions are canceled each other, and the property to maintain the current posture of the rotary shaft supporting the pair of gyro wheels It is possible to output the torque in the direction of the attitude control regardless of the rotation angle of the attitude control motor by using the reaction force generated by applying the acting force to the biaxial axis.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

1 : 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템
100 : 자세 제어 구동부 110 : 감속기
120 : 자세 제어 모터 200 : 자이로휠부
210 : 연결 바디 211 : 연결축
212 : 고정 너트 220 : 제1 자이로휠
221 : 자이로휠 바디 222 : 중량부
223 : 중심 돌출부 230 : 제2 자이로휠
240 : 탄성 지지부 241 : 지지편
242 : 탄성체 243 : 고정편
300 : 자이로휠 회전부 310 : 자이로휠 회전모터
320 : 동력 전달 부재 330 : 마찰 부재
10 : 짐벌 모터 20 : 회전대
30 : 회전자 C : 제어 대상물1: Coaxial pair gyro attitude control system
100: attitude control driver 110: speed reducer
120: attitude control motor 200: gyro wheel part
210: connection body 211: connection axis
212: fixing nut 220: first gyro wheel
221: Gyro wheel body 222: Weight part
223: center protrusion 230: second gyro wheel
240: elastic support portion 241:
242: elastic body 243:
300: Gyro wheel rotation part 310: Gyro wheel rotation motor
320: Power transmission member 330: Friction member
10: Gimbal motor 20: Swivel
30: Rotor C: Control object

Claims (8)

제어 대상물에 결합 되는 자세 제어 구동부;
상기 제어 대상물에 마련되어 상기 자세 제어 구동부의 구동에 의해 회전되며, 상기 자세 제어 구동부에 연결되어 회전되는 제1 자이로휠과, 상기 제1 자이로휠과 이격 배치되는 제2 자이로휠이 구비된 자이로휠부; 및
상기 제어 대상물에 마련되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 서로 반대 방향으로 회전시키는 자이로휠 회전부를 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.An attitude control driving unit coupled to the control object;
A first gyro wheel provided on the control object and rotated by driving the posture control driving unit and connected to the posture control driving unit and a second gyro wheel spaced apart from the first gyro wheel; And
And a gyro wheel rotating unit provided on the control object for rotating the first gyro wheel and the second gyro wheel in opposite directions to each other. 청구항 1에 있어서,
상기 자이로휠부는,
상기 제어 대상물의 내부에 마련되며 상기 자세 제어 구동부에 연결되어 회전 되는 연결 바디;
상기 연결 바디의 일측부에 결합 되어 상기 연결 바디와 같은 방향으로 회전되는 상기 제1 자이로휠; 및
상기 연결 바디의 타측부에 결합 되어 상기 연결 바디와 같은 방향으로 회전 되는 상기 제2 자이로휠을 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method according to claim 1,
The gyro wheel portion
A connection body provided inside the control object and connected to the posture control driving unit and rotated;
The first gyro wheel coupled to one side of the connection body and rotated in the same direction as the connection body; And
And the second gyro wheel coupled to the other side of the connection body and rotated in the same direction as the connection body. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠은 동일한 형상을 갖고,
상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠의 가장자리에는 다른 부분보다 두꺼운 중량부가 마련되는 것을 특징으로 하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method of claim 2,
Wherein the first gyro wheel and the second gyro wheel have the same shape,
Wherein the weight of the first gyro wheel and the weight of the second gyro wheel is thicker than other portions of the first gyro wheel and the second gyro wheel. 청구항 2에 있어서,
상기 자이로휠부는,
상기 연결 바디의 연결축에 결합 되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 탄성 지지하는 탄성 지지부를 더 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method of claim 2,
The gyro wheel portion
And a resilient support portion coupled to the connection shaft of the connection body for elastically supporting the first gyro wheel and the second gyro wheel. 청구항 4에 있어서,
상기 탄성 지지부는,
상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠의 표면에 각각 접촉되는 지지편;
상기 지지편에 일측부가 지지 되는 탄성체; 및
상기 연결축에 결합 되어 상기 탄성체의 타측부를 지지하는 고정편을 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method of claim 4,
The elastic support portion
A support piece contacting the surface of the first gyro wheel and the surface of the second gyro wheel, respectively;
An elastic body having one side portion supported by the supporting piece; And
And a fixed piece coupled to the connection shaft to support the other side of the elastic body. 청구항 1에 있어서,
상기 자이로휠 회전부는,
상기 제어 대상물에 결합 되는 자이로휠 회전모터; 및
상기 자이로휠 회전모터에 연결되어 상기 자이로휠 회전모터의 동력을 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠로 전달하는 동력 전달 부재를 포함하고,
상기 동력 전달 부재는 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠에 각각 접촉되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠을 서로 반대 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method according to claim 1,
The gyro wheel rotation unit includes:
A gyro wheel rotation motor coupled to the control object; And
And a power transmission member connected to the gyro wheel rotation motor for transmitting the power of the gyro wheel rotation motor to the first gyro wheel and the second gyro wheel,
Wherein the power transmitting member is in contact with the first gyro wheel and the second gyro wheel to rotate the first gyro wheel and the second gyro wheel in opposite directions to each other. 청구항 6에 있어서,
상기 자이로휠 회전부는,
상기 동력 전달 부재의 표면에 결합 되어 상기 제1 자이로휠과 상기 제2 자이로휠에 접촉 되는 마찰 부재를 더 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method of claim 6,
The gyro wheel rotation unit includes:
And a friction member coupled to a surface of the power transmitting member and contacting the first gyro wheel and the second gyro wheel. 청구항 2에 있어서,
상기 자세 제어 구동부는,
상기 제어 대상물에 결합 되며 상기 연결 바디에 연결되는 감속기; 및
상기 감속기에 결합 되어 상기 연결 바디를 회전시키는 자세 제어 모터를 포함하는 동축 쌍 자이로 자세 제어시스템.The method of claim 2,
The posture control driver includes:
A speed reducer coupled to the control object and connected to the connection body; And
And a posture control motor coupled to the speed reducer to rotate the connection body.
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