JPH08145682A - Gimbal mechanism - Google Patents
Gimbal mechanismInfo
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- JPH08145682A JPH08145682A JP28083394A JP28083394A JPH08145682A JP H08145682 A JPH08145682 A JP H08145682A JP 28083394 A JP28083394 A JP 28083394A JP 28083394 A JP28083394 A JP 28083394A JP H08145682 A JPH08145682 A JP H08145682A
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Landscapes
- Adjustment Of Camera Lenses (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 搭載物の搭載可能な空間をあまり制限するこ
となしに大きなトルクによって空間的に安定させること
ができるジンバル機構を提供する。
【構成】 基台24のジンバルサポート23a,23b
にX軸まわりに回動自在にジンバル枠25を設け、この
ジンバル枠25に前記X軸と直交するY軸まわりに回動
自在に取付台26を設け、この取付台26の一端部に強
磁性材料から成るヨーク29を設ける。このヨーク29
の両端部には、永久磁石片28a,28bが対向して設
けられ、各永久磁石片28a,28b間には基台24に
支持された電磁コイル27がわずかな隙間をあけて挿入
される。前記取付台26のX軸まわりの回動角は、X軸
角速度センサ30によって検出され、また取付台26の
Y軸まわりの回動角は、Y軸角速度センサ31によって
検出される。各角速度センサ30,31の出力に基づい
て制御手段32によって電磁コイル27への通電を制御
し、取付台26に取付けられた搭載物の動揺を大きなト
ルクによって抑制する。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a gimbal mechanism that can be spatially stabilized by a large torque without restricting the space in which a load can be mounted. [Configuration] Gimbal support 23a, 23b of the base 24
Is provided with a gimbal frame 25 rotatably around the X-axis, and a mounting base 26 is rotatably mounted around the Y-axis orthogonal to the X-axis on the gimbal frame 25. One end of the mounting base 26 is ferromagnetic. A yoke 29 made of material is provided. This yoke 29
Permanent magnet pieces 28a and 28b are provided opposite to each other at both ends, and an electromagnetic coil 27 supported by the base 24 is inserted between the permanent magnet pieces 28a and 28b with a slight gap. The rotation angle of the mount 26 around the X axis is detected by the X axis angular velocity sensor 30, and the rotation angle of the mount 26 around the Y axis is detected by the Y axis angular velocity sensor 31. The control unit 32 controls the energization of the electromagnetic coil 27 based on the outputs of the angular velocity sensors 30 and 31, and suppresses the vibration of the mounted object mounted on the mounting base 26 with a large torque.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、たとえばジャイロセン
サおよびビデオカメラなどを搭載し、外乱による姿勢の
動揺を防ぐ空間安定装置等のジンバル機構に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gimbal mechanism, such as a space stabilizer, which is equipped with a gyro sensor, a video camera, and the like, and prevents movement of the posture due to disturbance.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は、典型的な先行技術のジンバル機
構を用いた空間安定装置1を示す斜視図である。この空
間安定装置1は、ベース2に一対のジンバルサポート
3,4が固定され、各ジンバルサポート3,4の遊端部
にはジンバル枠5がX軸まわりに回動自在に支持され、
このジンバル枠5には前記X軸に直交するY軸まわりに
回動自在に取付台6が支持される。一方のジンバルサポ
ート3には、ジンバル枠5のX軸まわりの回転角度を検
出するX軸角度検出器7が設けられ、ジンバル枠5には
取付台6のY軸まわりの回転角度を検出するY軸角度検
出器8が設けられる。他方のジンバルサポート4には、
前記ジンバル枠5をX軸まわりに回転させるX軸トルク
発生器9が設けられる。また取付台6の前記X軸角度検
出器8とは反対側の一側部には、取付台6をY軸まわり
に回転させるY軸トルク発生器10が設けられる。取付
台6は、この例では3つのプラットフォームと呼ばれる
支持面11a,11b,11cを有し、これらの支持面
11a〜11cには、各種のジャイロセンサおよびビデ
オカメラなどの搭載物が搭載される。搭載物に風や振動
などの外乱要素が加わって姿勢が乱れ、動揺が生じる
と、この搭載物が搭載される前記取付台6のプラットホ
ームに置かれたジャイロセンサがX軸およびY軸まわり
の角速度を検出する。この角速度信号がフィードバック
され、各トルク発生器9,10に外乱による動揺を静止
させるトルク発生指令が与えられ、搭載物を空間的に安
定させることができるように構成されている。このよう
な先行技術は、たとえば「松下技法 Vol 34 N
o.6/1988」第662頁〜第668頁に示されて
いる。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a perspective view showing a space stabilizer 1 using a typical prior art gimbal mechanism. In this space stabilizer 1, a pair of gimbal supports 3 and 4 are fixed to a base 2, and a gimbal frame 5 is rotatably supported around the X axis at the free ends of the gimbal supports 3 and 4.
A mounting base 6 is supported on the gimbal frame 5 so as to be rotatable around a Y axis orthogonal to the X axis. One of the gimbal supports 3 is provided with an X-axis angle detector 7 for detecting the rotation angle of the gimbal frame 5 about the X-axis, and the gimbal frame 5 is provided with Y for detecting the rotation angle of the mount 6 about the Y-axis. A shaft angle detector 8 is provided. On the other gimbal support 4,
An X-axis torque generator 9 for rotating the gimbal frame 5 around the X-axis is provided. A Y-axis torque generator 10 for rotating the mount 6 around the Y-axis is provided on one side of the mount 6 opposite to the X-axis angle detector 8. The mounting base 6 has supporting surfaces 11a, 11b, 11c called three platforms in this example, and various supporting objects such as a gyro sensor and a video camera are mounted on these supporting surfaces 11a to 11c. When a disturbance element such as wind or vibration is added to the mounted object and the posture is disturbed to cause sway, the gyro sensor placed on the platform of the mount 6 on which the mounted object is mounted causes an angular velocity around the X axis and the Y axis. To detect. This angular velocity signal is fed back, and a torque generation command for stopping the vibration caused by the disturbance is given to each of the torque generators 9 and 10, so that the mounted object can be spatially stabilized. Such prior art is, for example, "Matsushita Technique Vol 34 N".
o. 6/1988 ", pages 662-668.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような先行技術で
は、外乱要素が加わったときに大きな外乱トルクが発生
する場合、搭載物を空間的に安定させるためには、各ト
ルク発生器9,10の出力トルクを大きくする必要があ
るけれども、出力トルクが大きくなるにつれて各トルク
発生器9,10は大形化してしまい、最大寸法に制限が
ある場合、取付台6の各支持面11a〜11c上の搭載
可能な空間がトルク発生器に占有されてしまい、利便性
が悪いという問題を有する。In such prior art, when a large disturbance torque is generated when a disturbance element is applied, in order to spatially stabilize the mounted object, the torque generators 9 and 10 are required. Although it is necessary to increase the output torque of the above, the torque generators 9 and 10 become larger as the output torque increases, and when the maximum size is limited, on the support surfaces 11a to 11c of the mounting base 6. The torque generator occupies a space that can be mounted on the vehicle, which is not convenient.
【0004】したがって本発明の目的は、搭載物の搭載
可能な空間をあまり制限することなしに大きなトルクに
よって空間的に安定させることができるジンバル機構を
提供することである。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gimbal mechanism which can be spatially stabilized by a large torque without restricting the space in which the load can be mounted.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、基台と、基台
に第1の軸線まわりに回動自在に支持されるジンバル枠
と、ジンバル枠に前記第1の軸線に直交する第2の軸線
まわりに回動自在に支持され、たとえば空間安定される
べき搭載物が取付けられる取付台と、基台に、第1およ
び第2の軸線の交点を通る一半径線に対してほぼ前記交
点を球心とした球面状に設けられる偏平な電磁コイル
と、取付台に設けられ、強磁性材料から成り、両端部に
電磁コイルの厚み方向両側に対向して磁極を有する略C
字状のヨークとによって構成され、電磁コイルへの通電
電流を制御して、ジンバル機構のトルク発生手段とした
ものである。また本発明は、前記電磁コイルは、第1の
軸線まわりにトルクを発生する第1巻線と、第1巻線に
平行な面でかつ巻線方向が第1巻線と直角を成し、第2
の軸線まわりにトルクを発生する第2巻線とを含むこと
を特徴とする。According to the present invention, there is provided a base, a gimbal frame rotatably supported on the base about a first axis, and a second gimbal frame orthogonal to the first axis. Of the mounting base, which is rotatably supported around the axis of, and on which a load to be spatially stabilized is mounted, and the base, about the intersection point with respect to a radius line passing through the intersection point of the first and second axes. And a flat electromagnetic coil having a spherical center as a spherical center, and a ferromagnetic material provided on the mounting base and having a magnetic pole at both ends facing the both sides in the thickness direction of the electromagnetic coil.
And a current-carrying current to the electromagnetic coil, which serves as a torque generating means of the gimbal mechanism. In the present invention, the electromagnetic coil includes a first winding that generates a torque around a first axis, a plane parallel to the first winding, and a winding direction perpendicular to the first winding. Second
And a second winding that generates torque about the axis of the.
【0006】[0006]
【作用】本発明に従えば、基台にはジンバル枠が第1の
軸線まわりに回動自在に支持され、このジンバル枠には
取付台が前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに
回動自在に支持される。取付台には、たとえばビデオカ
メラや各種のジャイロセンサなどの搭載物が搭載され
る。基台にはまた、第1および第2の軸線の交点を通る
一半径線に対してほぼ前記交点を球心とした球面上に電
磁コイルが設けられる。また取付台には、電磁コイルの
厚み方向両側に対向して磁極を有するヨークが設けられ
る。このヨークは略C字状であって、強磁性材料から成
る。したがって電磁コイルを貫通し、略C字状のヨーク
内にループ状の磁界を形成することができる。磁界が電
磁コイルを貫通するので、この電磁コイルに電流を流す
ことにより、フレミングの左手の法則により電磁コイル
とヨークの磁極部との間に電流と磁束密度に比例した推
力が発生する。本発明では電磁コイルを基台に固定し、
ヨークを回転自在の取付台に固定しているので、この推
力は磁極と回転軸間の最短距離に比例したトルクとして
回転軸に作用する。ヨークは直接回転軸に固定される必
要がなく、任意の位置に設置することができ何らかの手
段で取付台に結合されておればよいので、前記の回転軸
と磁極間の寸法は比較的容易に大きくすることが可能で
あり、したがって容易に大きな回転トルクを発生でき
る。According to the present invention, a gimbal frame is rotatably supported on a base about a first axis, and a mounting base is mounted on the gimbal frame about a second axis orthogonal to the first axis. Is rotatably supported by. On the mount, mounted objects such as a video camera and various gyro sensors are mounted. The base is also provided with an electromagnetic coil on a spherical surface with a radius of a line passing through the intersection of the first and second axes as the center of the intersection. Further, the mounting base is provided with yokes having magnetic poles facing each other on both sides in the thickness direction of the electromagnetic coil. The yoke has a substantially C shape and is made of a ferromagnetic material. Therefore, it is possible to penetrate the electromagnetic coil and form a loop-shaped magnetic field in the substantially C-shaped yoke. Since the magnetic field penetrates the electromagnetic coil, a current proportional to the current and the magnetic flux density is generated between the electromagnetic coil and the magnetic pole portion of the yoke according to Fleming's left-hand rule by passing a current through the electromagnetic coil. In the present invention, the electromagnetic coil is fixed to the base,
Since the yoke is fixed to the rotatable mount, this thrust acts on the rotary shaft as a torque proportional to the shortest distance between the magnetic pole and the rotary shaft. The yoke does not have to be fixed directly to the rotating shaft, but can be installed at any position and can be connected to the mounting base by some means, so that the dimension between the rotating shaft and the magnetic poles is relatively easy. It is possible to increase the torque, and thus a large rotational torque can be easily generated.
【0007】このようにトルク発生手段はジンバル枠お
よび取付台の回転中心から半径方向外方に離れた位置で
トルクを発生するので、構成を大形化することなしにX
軸およびY軸まわりに大きなトルクを得ることができ
る。しかも、前記トルク発生手段は、第1および第2の
軸線を含む一平面に関して片側の空間内に設けることが
できるので、搭載物の搭載可能なスペースを占有するお
それはなく、これによって大きな搭載空間を確保するこ
とが可能となる。As described above, the torque generating means generates the torque at a position radially outward from the rotation center of the gimbal frame and the mounting base, so that the X-shape can be achieved without increasing the size of the structure.
A large torque can be obtained around the axis and the Y axis. Moreover, since the torque generating means can be provided in the space on one side with respect to the one plane including the first and second axes, there is no fear of occupying a space in which a load can be mounted, and thus a large mounting space can be provided. Can be secured.
【0008】また本発明に従えば、前記電磁コイルは巻
線方向が相互に直交する第1巻線と第2巻線とによって
構成されるので、制御手段による各巻線の通電量を選択
的に制御することによって第1および第2の軸線まわり
のトルクを発生させることができ、これによって構成の
小形化を図り、大きなトルクを発生させることができ
る。According to the invention, since the electromagnetic coil is composed of the first winding and the second winding whose winding directions are orthogonal to each other, the energizing amount of each winding is selectively controlled by the control means. By controlling the torque, it is possible to generate the torque around the first and second axes, whereby the structure can be downsized and a large torque can be generated.
【0009】[0009]
【実施例】図1は、本発明の一実施例のジンバル機構を
用いた空間安定装置21を示す斜視図である。本実施例
の空間安定装置1は、基本的に、ベース22の一表面に
一対のジンバルサポート23a,23bが固定される基
台24と、基台24に第1の軸線であるX軸まわりに回
動自在に支持されるジンバル枠25と、ジンバル枠25
に前記X軸に直交する第2の軸線であるY軸まわりに回
動自在に支持され、空間安定されるべき搭載物が取付け
られる取付台26と、基台24に、X軸およびY軸の交
点Pを通る一半径線に対してほぼPを球心とした球面上
に設けられる偏平な電磁コイル27と、取付台26に設
けられ、強磁性材料であるたとえば低炭素鋼から成り、
両端部に電磁コイル27の厚み方向に磁化された磁極を
有する一対の永久磁石片28a,28bが固着される略
C字状のヨーク29と、取付台26に設けられ、ジンバ
ル枠25のX軸まわりの回転角速度を検出する第1回転
角検出器であるX軸角速度センサ30と、同じく取付台
26に設けられ、取付台26のY軸まわりの回転角速度
を検出する第2回転角検出器であるY軸角速度センサ3
1と、X軸角速度センサ30およびY軸角速度センサ3
1からの各出力に基づいて、電磁コイル27への励磁電
流を制御して、取付台26の各回転角速度が予め定める
最適値、たとえば基台が動揺しても0となるように磁力
を発生させる制御手段33とを含む。1 is a perspective view showing a space stabilizer 21 using a gimbal mechanism according to an embodiment of the present invention. The space stabilizer 1 according to the present embodiment basically includes a base 24 to which a pair of gimbal supports 23a and 23b are fixed on one surface of a base 22, and a base 24 around an X axis which is a first axis. Gimbal frame 25 rotatably supported, and gimbal frame 25
A mount 26, which is rotatably supported around a Y-axis that is a second axis perpendicular to the X-axis, and on which a load to be spatially stabilized is mounted, and a base 24 for the X-axis and the Y-axis. A flat electromagnetic coil 27 provided on a spherical surface with P substantially spherical with respect to a radius line passing through the intersection point P, and provided on the mount 26 and made of a ferromagnetic material such as low carbon steel,
An approximately C-shaped yoke 29 to which a pair of permanent magnet pieces 28a and 28b having magnetic poles magnetized in the thickness direction of the electromagnetic coil 27 are fixed to both ends, and an X-axis of the gimbal frame 25 provided on the mount 26. An X-axis angular velocity sensor 30, which is a first rotational angle detector that detects the rotational angular velocity around, and a second rotational angle detector that is also provided on the mounting base 26 and that detects the rotational angular velocity around the Y-axis of the mounting base 26. A certain Y-axis angular velocity sensor 3
1, X-axis angular velocity sensor 30 and Y-axis angular velocity sensor 3
The excitation current to the electromagnetic coil 27 is controlled on the basis of each output from 1 to generate a magnetic force so that each rotation angular velocity of the mounting base 26 becomes a predetermined optimum value, for example, 0 even if the base sways. And a control means 33 for controlling.
【0010】前述した電磁コイル27と各永久磁石片2
8a,28bを有するヨーク29とを含んでトルク発生
手段32が構成される。前記基台24、ジンバル枠25
および取付台26は、ヨーク29とほぼ同一材料、たと
えば低炭素鋼から成る。The aforementioned electromagnetic coil 27 and each permanent magnet piece 2
The torque generating means 32 is configured to include the yoke 29 having 8a and 28b. The base 24 and the gimbal frame 25
The mount 26 is made of substantially the same material as the yoke 29, for example, low carbon steel.
【0011】図2は、空間安定装置21の具体的構成を
示す一部の断面図である。前記取付台26は、逆U字状
の凸状部分36と、凸状部分36の両端部にほぼ直角に
屈曲して連なり両外側方(図2の左右方向)に延びる2
つの水平部分37,38とを有する。凸状部分36は、
各水平部分37,38にほぼ平行な頂板39と、頂板3
9の長手方向両端部からほぼ直角に屈曲して立下がる2
つの側板40,41とを有する。各側板40,41に
は、軸受42,43がそれぞれ嵌め込まれ、各軸受4
2,43によってピンボルト44,45がY軸まわりに
回動自在に軸支される。各ピンボルト44,45の各軸
受42,43から内方に突出する端部には、ジンバル枠
25がナット46,47によって固定される。このよう
にして取付台26はジンバル枠25にY軸まわりに回動
自在に連結される。FIG. 2 is a partial sectional view showing a specific structure of the space stabilizer 21. The mounting base 26 is connected to the inverted U-shaped convex portion 36 and the both ends of the convex portion 36 by being bent at a substantially right angle and connected to each other and extending outwardly on both sides (left and right directions in FIG. 2).
And two horizontal portions 37, 38. The convex portion 36 is
A top plate 39 substantially parallel to each horizontal portion 37, 38 and a top plate 3
Bend at a substantially right angle from both ends of 9 and fall 2
It has two side plates 40 and 41. Bearings 42 and 43 are fitted into the side plates 40 and 41, respectively.
Pin bolts 44 and 45 are rotatably supported around Y axis by 2 and 43. The gimbal frame 25 is fixed to the ends of the pin bolts 44, 45 that project inward from the bearings 42, 43 by nuts 46, 47. In this way, the mount 26 is rotatably connected to the gimbal frame 25 about the Y axis.
【0012】取付台26の前記一方の水平部分38には
前記ヨーク29が固定され、他方の水平部分37には前
記X軸角速度センサ30およびY軸角速度センサ31が
設けられている(図2では図示略)。角速度センサ3
0,31は、一例として述べると、2枚の薄い短冊状の
圧電バイモルフの一方を駆動素子とし、他方を検知素子
として、駆動素子に電圧を印加し、この駆動素子をその
表面と平行に振動させ、これらの駆動素子および検知素
子の長手方向に平行な軸線まわりに回転させたとき、そ
の回転角速度に比例して発生するコリオリの力によって
前記検知素子はその表面と直角な方向に撓み、この撓み
量を電気信号として取出すことによって、回転角速度を
検出するように構成された、いわば音差形角速度センサ
を用いることができる。The yoke 29 is fixed to the one horizontal portion 38 of the mount 26, and the X-axis angular velocity sensor 30 and the Y-axis angular velocity sensor 31 are provided on the other horizontal portion 37 (in FIG. 2). (Not shown). Angular velocity sensor 3
As an example, 0 and 31 are two thin strip-shaped piezoelectric bimorphs, one of which is a driving element, and the other of which is a sensing element. A voltage is applied to the driving element, and the driving element vibrates in parallel with its surface. When the drive element and the detection element are rotated about axes parallel to the longitudinal direction, the Coriolis force generated in proportion to the rotational angular velocity causes the detection element to bend in a direction perpendicular to the surface thereof. A so-called sound-difference-type angular velocity sensor configured to detect the rotational angular velocity by extracting the deflection amount as an electric signal can be used.
【0013】前記ジンバル枠25は、上述した各軸受4
2,43、各ピンボルト44,45および各ナット4
6,47を同様な構成によって基台24の各ジンバルサ
ポート23a,23bにそれぞれX軸まわりに回動自在
に連結される。The gimbal frame 25 includes the bearings 4 described above.
2, 43, each pin bolt 44, 45 and each nut 4
6 and 47 are connected to the gimbal supports 23a and 23b of the base 24 by the same structure so as to be rotatable about the X axis.
【0014】前記ヨーク29は、前述したように一方の
水平部分38に固定される取付部48と、取付部48に
連なり、交点Pを中心とする球面状の内壁部49と、内
壁部49に連結部50を介して連なり、前記交点Pを中
心とする球面状の外壁部51とを有する。内壁部49は
外壁部51に臨んで対向する凸状球面52を有し、また
外壁部51は内壁部49に臨んで対向する凹状球面53
を有する。内壁部49および外壁部51の各遊端部に
は、交点Pを通るX−Y平面に垂直なZ軸に対して静定
状態で角度θを成す一半径線L上に前記永久磁石片28
a,28bがそれぞれ固着される。内壁部50に固着さ
れた一方の永久磁石片28aの他方の永久磁石片28b
に臨む端部はN極に磁化され、また他方の永久磁石片2
8bの前記一方の永久磁石片28aに臨む端部はS極に
磁化されている。これらの永久磁化片28a,28bが
固着されるヨーク29は、前述したように強磁性材料か
ら成るので、各永久磁石片28a,28bによってヨー
ク29には仮想線55で示されるように閉ループ状の磁
界が形成される。As described above, the yoke 29 is attached to the one horizontal portion 38, the attachment portion 48, the spherical inner wall portion 49 continuous with the attachment portion 48 and having the intersection point P as the center, and the inner wall portion 49. It has a spherical outer wall portion 51 continuous with the connecting portion 50 and having the intersection P as a center. The inner wall 49 has a convex spherical surface 52 facing the outer wall 51, and the outer wall 51 has a concave spherical surface 53 facing the inner wall 49.
Have. At each free end portion of the inner wall portion 49 and the outer wall portion 51, the permanent magnet pieces 28 are arranged on a radius line L that forms an angle θ in a static state with respect to a Z axis that passes through the intersection point P and is perpendicular to the XY plane.
a and 28b are fixed to each other. One permanent magnet piece 28a fixed to the inner wall portion 50 and the other permanent magnet piece 28b.
Is magnetized to the N pole, and the other permanent magnet piece 2
The end of 8b facing the one permanent magnet piece 28a is magnetized to the S pole. Since the yoke 29 to which these permanent magnetized pieces 28a and 28b are fixed is made of a ferromagnetic material as described above, a closed loop shape is formed on the yoke 29 by the permanent magnet pieces 28a and 28b as shown by an imaginary line 55. A magnetic field is created.
【0015】各永久磁石片28a,28b間には、球面
状に整列巻きしたの電磁コイル27が介在される。この
電磁コイル27の厚みは、約1mmであり、両側の表面
と各永久磁石片28a,28bとの間には約1mm程度
の隙間がそれぞれ形成される。各永久磁石片28a,2
8bは図2の紙面に垂直な長手方向が円弧状に弯曲さ
れ、この長手方向に垂直な断面形状は長方形である。こ
のように構成することによって、各永久磁石片28a,
28bを製造する上で球面状に形成する場合に比べて加
工の手間が少なくてすみ、生産性を向上することができ
る。Between the permanent magnet pieces 28a and 28b, an electromagnetic coil 27 wound in a spherical array is interposed. The electromagnetic coil 27 has a thickness of about 1 mm, and a gap of about 1 mm is formed between the surfaces on both sides and the permanent magnet pieces 28a, 28b. Each permanent magnet piece 28a, 2
8b is curved in an arc shape in the longitudinal direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2, and the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction is rectangular. With this configuration, each permanent magnet piece 28a,
Compared with the case of forming 28b into a spherical shape, 28b can be processed with less labor, and the productivity can be improved.
【0016】図3は、トルク発生手段32の一部を拡大
して示す部分的に切欠いた斜視図である。前記電磁コイ
ル27は、X軸まわりにヨーク29への推力を発生する
第1巻線56と、第1巻線56に平行面にありかつ巻線
方向が第1巻線56と直角を成し、Y軸まわりにヨーク
29への推力を発生する第2巻線57とを有する。第1
巻線56は、ヨーク29の内壁部49に固着された一方
の永久磁石片28aに対向して配置され、また第2巻線
57はヨーク29の外壁部51に固着された他方の永久
磁石片28bに対向して配置されているが、この関係は
逆であってもよい。これらの第1および第2巻線56,
57は、前述したように、偏平であり、球面状に形成さ
れて互いに積重された状態で固着されている。第2巻線
57には合成樹脂などの透磁性材料から成るカバー体5
8が嵌着され、このカバー体58は図1に示される一対
のブラケット59によって長手方向両端部が基台24の
ベース22に固定される。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a part of the torque generating means 32 in an enlarged manner. The electromagnetic coil 27 has a first winding 56 that generates thrust on the yoke 29 around the X-axis, a plane parallel to the first winding 56, and a winding direction perpendicular to the first winding 56. , And a second winding 57 that generates thrust on the yoke 29 around the Y axis. First
The winding 56 is arranged to face one permanent magnet piece 28a fixed to the inner wall 49 of the yoke 29, and the second winding 57 is the other permanent magnet piece fixed to the outer wall 51 of the yoke 29. Although it is arranged to face 28b, this relationship may be reversed. These first and second windings 56,
As described above, the reference numeral 57 is flat, is formed in a spherical shape, and is fixed in a state of being stacked on each other. The second winding 57 has a cover body 5 made of a magnetically permeable material such as synthetic resin.
8, the cover body 58 is fixed to the base 22 of the base 24 at both longitudinal ends by a pair of brackets 59 shown in FIG.
【0017】第1巻線56に通電して電流iA が流れる
と、フレミングの左手の法則によって推力fA を生じ、
X軸まわりにfA ×R1の回転トルクを発生させること
ができる。また第2巻線57に通電して電流iB が流れ
ると、フレミングの左手の法則によって磁気吸引力fB
を生じ、Y軸まわりにfB を発生させ、Y軸まわりにf
B ×R2の回転トルクを発生させることができる。また
各電流iA ,iB の向きを逆にすると、逆方向に磁気吸
引力−fA,−fBが生じ、これに伴って逆方向に回転ト
ルクを発生させることができる。When the first winding 56 is energized and a current i A flows, a thrust force f A is generated by Fleming's left-hand rule,
A rotation torque of f A × R1 can be generated around the X axis. When the second winding 57 is energized and the current i B flows, the magnetic attraction force f B is applied according to Fleming's left-hand rule.
To generate f B about the Y axis, and f about the Y axis.
A rotation torque of B × R2 can be generated. Further, when the directions of the currents i A and i B are reversed, magnetic attraction forces −f A and −f B are generated in the opposite directions, and accordingly, rotational torque can be generated in the opposite directions.
【0018】図4は、制御手段33の電気的構成を示す
ブロック図である。前記制御手段33は、基本的に第1
巻線通電制御回路61と、第2巻線通電制御回路62と
を有する。第1巻線通電制御回路61は、比較演算子6
3aにおいて基準入力として与えられた角速度指令値
と、X軸角速度フィードバック量とを比較演算して、そ
の演算結果を制御量として補償回路64aに入力し、予
め設定された目標値に対して比例・積分・微分(略称P
ID)操作を行い、その演算結果の調節信号であるトル
ク指令信号を第1巻線駆動回路65aに入力する。この
第1巻線駆動回路65aでは、たとえばパルス幅変調
(略称PWM)を行い、その出力によって第1巻線56
の通電量を制御することができる。FIG. 4 is a block diagram showing the electrical construction of the control means 33. The control means 33 is basically the first
It has a winding energization control circuit 61 and a second winding energization control circuit 62. The first winding energization control circuit 61 uses the comparison operator 6
3a, the angular velocity command value given as the reference input and the X-axis angular velocity feedback amount are compared and calculated, and the calculation result is input to the compensation circuit 64a as a control amount, which is proportional to the preset target value. Integration / differentiation (abbreviation P)
ID) operation is performed, and a torque command signal which is an adjustment signal of the calculation result is input to the first winding drive circuit 65a. In the first winding drive circuit 65a, for example, pulse width modulation (abbreviated as PWM) is performed, and the output thereof outputs the first winding 56.
It is possible to control the energization amount of.
【0019】もう一方の第2巻線通電制御回路62は、
上述の第1巻線通電制御回路61と同様に構成され、対
応する部分には同一の数字に添え字bを付し、重複を避
けて説明は省略する。The other second winding energization control circuit 62 is
The first winding energization control circuit 61 has the same configuration as that of the first winding energization control circuit 61 described above.
【0020】以上のような構成によって、X軸およびY
軸からR1,R2をそれぞれ有する位置に推力fA,fB
を生じさせ、外乱による取付台26、したがってその取
付台26に取付けられる搭載物の姿勢変化を大きな回転
トルクで迅速に静定させることができる。また外見上1
箇所に設けられたトルク発生手段32によって、2軸に
関してトルクを発生させることができるので、これによ
って全体の構成を小形化しても、トルク発生器が搭載物
の設置スペースを制限することなく比較的容易に搭載物
を前記取付台26に取付けることが可能となる。With the above configuration, the X axis and the Y axis
Thrust forces f A and f B at positions having R1 and R2 respectively from the shaft
It is possible to rapidly settle the mounting base 26 due to disturbance, and hence the posture change of the mounted object mounted on the mounting base 26, with a large rotational torque. Also apparently 1
Since torque can be generated about two axes by the torque generating means 32 provided at the location, even if the overall configuration is downsized by this, the torque generator does not limit the installation space of the mounted object and is relatively small. It is possible to easily mount the mounted object on the mounting base 26.
【0021】上述の実施例では、トルク発生手段32を
Z軸に対して角度θだけ傾斜した位置に設けるようにし
たけれども、本発明の他の実施例として、前記一半径線
LがZ軸上に配置されるようにトルク発生手段32を取
付台26の下部に連結して設けるようにしてもよい。こ
れによってトルク発生手段32はジンバル枠25および
取付台26の下方の空間を利用して配置することがで
き、搭載物の搭載可能スペースをさらに大きく取ること
ができる。In the above-described embodiment, the torque generating means 32 is provided at a position inclined by the angle θ with respect to the Z axis. However, as another embodiment of the present invention, the one radial line L is on the Z axis. The torque generating means 32 may be connected to the lower portion of the mounting base 26 so as to be arranged in the position. As a result, the torque generating means 32 can be arranged in the space below the gimbal frame 25 and the mounting base 26, and the mountable space of the mounted object can be further increased.
【0022】また上述の実施例では、ジンバル枠25お
よび取付台26のX軸およびY軸に関する回転角速度を
検出する手段としてX軸角速度センサ30およびY軸角
速度センサ31を用いるようにしたけれども、1個のセ
ンサで2軸の角速度センサを検出するものなどを用いる
ようにしてもよい。In the above embodiment, the X-axis angular velocity sensor 30 and the Y-axis angular velocity sensor 31 are used as means for detecting the rotational angular velocity of the gimbal frame 25 and the mounting base 26 with respect to the X-axis and the Y-axis. You may make it use the thing etc. which detect the biaxial angular velocity sensor by one sensor.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電磁コイ
ルとヨークとによって構成されるトルク発生手段を取付
台に設けて第1および第2の軸線まわりのトルクを発生
し、基台への外乱入力に対して取付台を安定化すること
ができる。しかもトルク発生手段は第1および第2軸の
交点から離れた位置に配置されるので、取付台への搭載
物の設置スペースが制限されず、したがって設計上の自
由度が制限されず、広範囲な機種または種類の搭載物を
搭載することが可能となる。As described above, according to the present invention, the torque generating means constituted by the electromagnetic coil and the yoke is provided on the mounting base to generate the torque around the first and second axes, and to the base. The mount can be stabilized against the disturbance input of. Moreover, since the torque generating means is arranged at a position away from the intersection of the first and second axes, the installation space of the object to be mounted on the mounting base is not restricted, and therefore the degree of freedom in design is not restricted, and a wide range is achieved. It becomes possible to mount a model or a type of payload.
【図1】本発明の一実施例のジンバル機構を用いた空間
安定装置21を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a space stabilizer 21 using a gimbal mechanism according to an embodiment of the present invention.
【図2】空間安定装置21の具体的構成を示す一部の断
面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a specific configuration of the space stabilizer 21.
【図3】トルク発生手段32を部分的に切欠いて示す一
部の斜視図である。FIG. 3 is a partial perspective view showing the torque generating means 32 partially cut away.
【図4】制御手段33の電気的構成を示すブロック図で
ある。FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of control means 33.
【図5】典型的な先行技術のジンバル機構を用いた空間
安定装置1を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a space stabilizer 1 using a typical prior art gimbal mechanism.
21 空間安定装置 24 基台 25 ジンバル枠 26 取付台 27 電磁コイル 28a,28b 永久磁石片 29 ヨーク 30 X軸角速度センサ 31 Y軸角速度センサ 32 トルク発生手段 33 制御手段 56 第1巻線 57 第2巻線 21 Space Stabilizer 24 Base 25 Gimbal Frame 26 Mounting Base 27 Electromagnetic Coil 28a, 28b Permanent Magnet Piece 29 Yoke 30 X-axis Angular Speed Sensor 31 Y-axis Angular Speed Sensor 32 Torque Generating Device 33 Controlling Device 56 First Winding 57 Second Roll line
Claims (2)
自在に支持されるジンバル枠と、 ジンバル枠に前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわ
りに回動自在に支持され、搭載物が取付けられる取付台
と、 基台に、第1および第2の軸線の交点を球心とした球面
状に設けられる偏平な電磁コイルと、取付台に設けら
れ、強磁性材料から成り、両端部に電磁コイルの厚み方
向両側に対向して磁極を有する略C字状のヨークとによ
って構成され電磁コイルへの通電電流を制御してトルク
発生手段とすることを特徴とするジンバル機構。1. A base, a gimbal frame rotatably supported on the base around a first axis, and a gimbal frame rotatable about a second axis orthogonal to the first axis. A mounting base that is supported and on which a mounting object is mounted, a flat electromagnetic coil that is provided on the base in a spherical shape with the intersection of the first and second axes as a spherical center, and a ferromagnetic material that is provided on the mounting base. And a substantially C-shaped yoke having opposite ends on both sides in the thickness direction of the electromagnetic coil and having magnetic poles, the current flowing to the electromagnetic coil is controlled to serve as a torque generating means. mechanism.
トルクを発生する第1巻線と、第1巻線に平行な面でか
つ巻線方向が第1巻線と直角を成し、第2の軸線まわり
にトルクを発生する第2巻線とを含むことを特徴とする
請求項1記載のジンバル機構。2. The electromagnetic coil comprises a first winding that generates a torque around a first axis, a plane parallel to the first winding, and a winding direction perpendicular to the first winding. The gimbal mechanism according to claim 1, further comprising a second winding that generates a torque around the second axis.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR980003140A (en) * | 1996-06-25 | 1998-03-30 | 김광호 | Gimbal structure and its control method |
KR100325545B1 (en) * | 1999-04-20 | 2002-03-06 | 박태진 | 2-axis Rotational Mechanism Using Cross-Shaped Flexural Pivots Assembly And Linear Actuator |
KR100486771B1 (en) * | 2002-12-09 | 2005-05-03 | 이인배 | The method and device to carve a rounding surface in intaglio |
GB2495837A (en) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | Vitec Group Plc | A camera support apparatus with inductive position sensors |
JP2015079086A (en) * | 2013-10-16 | 2015-04-23 | 鎌倉光機株式会社 | Image stabilization device |
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1994
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR980003140A (en) * | 1996-06-25 | 1998-03-30 | 김광호 | Gimbal structure and its control method |
KR100325545B1 (en) * | 1999-04-20 | 2002-03-06 | 박태진 | 2-axis Rotational Mechanism Using Cross-Shaped Flexural Pivots Assembly And Linear Actuator |
KR100486771B1 (en) * | 2002-12-09 | 2005-05-03 | 이인배 | The method and device to carve a rounding surface in intaglio |
GB2495837A (en) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | Vitec Group Plc | A camera support apparatus with inductive position sensors |
GB2495908A (en) * | 2011-10-19 | 2013-05-01 | Vitec Group Plc | A camera support apparatus with inductive position sensors |
GB2495908B (en) * | 2011-10-19 | 2014-07-30 | Vitec Group Plc | A camera support apparatus |
GB2514438A (en) * | 2011-10-19 | 2014-11-26 | Vitec Group Ltd | A camera support apparatus |
GB2495837B (en) * | 2011-10-19 | 2015-07-29 | Vitec Group Plc | A camera support apparatus |
GB2514438B (en) * | 2011-10-19 | 2015-07-29 | Vitec Group Ltd | A camera support apparatus |
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