JP7123257B2 - 関節式機構およびその機構を備える関節式指向システム - Google Patents

Description

本発明は、関節式機構および指向システムの分野に関し、より具体的には、アンテナ指向システムに関する。

航空宇宙産業では、通信衛星に反射アンテナを組み込むのが一般的である。このような反射アンテナの指向用機構を使用することも一般的である。

特許文献１は、アンテナ装置の支持に関するものである。衛星放送を受信するためのアンテナ装置を支持するための支持基台は、第１の基台と第２の基台とを備える。水平方向位置検出手段は、第１の基台に設けられ、第１の基台は、第２の基台に設けられたボールベアリングから延びるシャフト（支軸）によって支持されている。第１および第２のカム手段および制御手段は、位置検出手段からの検出出力に応答して第１および／または第２のモータを駆動して、第１の基台を水平に保つために使用される。このシステムでは、中央の枢支点は球形の関節であり、アクチュエータは主負荷経路にある。

特許文献２は、「Ｇｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ（ギヤ機構）」に言及する。第１の実施形態では、歯車機構は、複数のジョイントの形態を取り、接続要素は、並進的な方法で、それらの角度に関して、別の要素に対して調整可能である。第２の実施形態では、簡略化された形態の歯車機構が提供され、この形態は接続要素がそれらの角度位置に関して単に調整可能である形態であり、すなわち、２つの比較的偏心させて取り付けられた接続要素間の動きを伝達するための歯車機構が提供され、歯車機構は、接続要素間に配置されたベアリング要素と、固定寸法のスペーシング要素であって、接続要素がスペーシング要素およびベアリング要素上に支持されながら、相互に関連する所望の角度位置をとるように制御された方法でベアリング要素からのある距離に接続要素間に配置され得る、スペーシング要素とを有する。この発明に従った複数の歯車機構を組み合わせて、柔軟なジョイントまたは操作アームを形成することができる。このシステムには中央の球形またはカルダン関節がなく、アクチュエータは主負荷経路にある。

特許文献３は、取り付け面に対してペイロードを選択的に移動させるための、表面に取り付けられた固定部分に対して移動可能な移動部分を有する少なくとも１つの回転アクチュエータを含む「Ａｎｔｅｎｎａ ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ（アンテナ指向システム）」に言及する。接続ロッドは、移動部分およびペイロードに移動可能に接続する。柔軟な取り付け構造により、ペイロードが取り付け面に移動可能に取り付けられる。このシステムには、従来のカルダンジョイントがあるが、中央のカルダン関節はなく、アクチュエータは主負荷経路にある。

これまで多くの関節式指向システムが開発されてきたが、位置の取得および回転軸の規定の精度を向上させる必要がある。

特開平４－２６６２０３号公報 国際公開ＷＯ２０１１／１０４０３８号（Ａ１） 欧州特許第２６０８３１３号明細書（Ａ１）

従って、本発明の目的は、言及された欠点を回避する関節式機構および関節式指向システムを提供することにある。

本発明は、第１の球形ジョイント、第２の球形ジョイント、第３の球形ジョイント、第１のレバー、第２のレバー、および第３のレバーを含む関節式機構であって、第１の球形ジョイントおよび第２の球形ジョイントは、第１のレバーによって連結され、第１のレバーは第１の突出部分を備え、第１の球形ジョイントおよび第３の球形ジョイントは、第２のレバーによって連結され、第２のレバーは、第１の突出部分が突出する方向と反対方向に突出する第２の突出部分を備え、第２の球形ジョイントおよび第３の球形ジョイントは第３のレバーによって連結され、その結果、第１のレバーの長手方向軸Ｙと第２のレバーの長手方向軸Ｘは垂直である、関節式機構を提供する。

本発明はまた、基部プラットフォームと、基部プラットフォームに対して移動可能な移動プラットフォームと、基部プラットフォームと移動プラットフォームとを接合する２つの関節式ヒンジ手段（当該ヒンジ手段の動きが、アクチュエータによって実行されるもの）と、本発明の関節式機構とを備えた関節式指向システムを提供する。ここで、本発明の関節式機構にあっては、第１のレバーが第１の突出部分によって移動プラットフォームに取り付けられると共に、第２のレバーが第２の突出部分によって基部プラットフォームに取り付けられている。

関節式機構の構成により、回転軸は２点（球形ジョイントの中心）で規定され、それらの規定に不確実性がなく、理論および動作の両方で回転軸の位置をより正確に把握できる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に関連して、その目的を例示するいくつかの実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の関節式機構の斜視図を示す。 本発明の関節式機構の平面図を示す。 本発明の関節式機構の斜視底面図を示す。 本発明の関節式指向システムの概略図である。 主負荷経路を備えた本発明の関節式指向システムの概略正面図を示す。 本発明の関節式指向システムのアクチュエータおよびヒンジ手段を示す図である。 本発明の関節式指向システムのアクチュエータおよびヒンジ手段を示す図である。

本発明の関節式機構１は、図１から図３に表されている。これらの図では、関節式機構１が、第１の球形ジョイント３、第２の球形ジョイント４、第３の球形ジョイント５、第１のレバー６、第２のレバー７および第３のレバー８を含むことが見て取れる。第１の球形ジョイント３および第２の球形ジョイント４は、第１の表面に取り付けられるのに適した第１の突出部分９を備えた第１のレバー６によって連結されている。図１および図２では、第１のレバー６の突出部分９は、第１の球形ジョイント３に対応する第１のレバー６の端部に配置されている。

第１の球形ジョイント３および第３の球形ジョイント５は、第２の表面に取り付けられるのに適した第２の突出部分１０を備えた第２のレバー７によって連結されている。図１および図３では、第２のレバー７の突出部分１０は、第１の球形ジョイント３に対応する第２のレバー７の端部に配置されている。

図１から図３において、第１のレバー６の長手方向軸Ｙと第２のレバー７の長手方向軸Ｘとが垂直である（直交する）ように、第２の球形ジョイント４および第３の球形ジョイント５は第３のレバー８によって連結されている。

第２の突出部分１０は、第１の突出部分９が突出する方向とは反対の方向に突出している。

図１から図３に示される関節式機構１の実施形態では、突出部分９および１０は、第１の球形ジョイント３に関して対向する位置に配置されている。図３では、第１の球形ジョイント３に対して、第１の突出部分９は上部位置にあり、第２の突出部分１０は下部位置にある。

図４および図５は、本発明の関節式指向システム２を示しており、これは、基部プラットフォーム１１と、基部プラットフォーム１１に対して移動可能な移動プラットフォーム１２とを備える。関節式指向システム２はまた、基部プラットフォーム１１と移動プラットフォーム１２とを接合する２つの関節式ヒンジ手段１３を含み、ヒンジ手段１３の動きは、アクチュエータ１４、１４’によって実行される。関節式指向システム２は更に、上記タイプの関節式機構１を備えており、当該関節式機構１においては、第１のレバー６が第１の突出部分９を介して移動プラットフォーム１２に取り付けられ、第２のレバー７が第２の突出部分１０を介して基部プラットフォーム１１に取り付けられる。

図４はまた、軸Ｘ、Ｙ、Ｚの直交システムを示す（軸ＸおよびＹはすでに定義されている）。

図４に見られるように、関節式指向システム２は、基部プラットフォーム１１と、基部プラットフォーム１１に対してその向きおよび指向を変更することができるように基部プラットフォーム１１に対して移動可能な移動プラットフォーム１２とを有する。相対的向き（例えば、角度α）の変更は、関節式機構１によって構成される中央関節に対して２つのヒンジ手段１３を動かすことによって実行される。ヒンジ手段１３の動きは、回転アクチュエータ１５またはリニアアクチュエータ１６によって実行される。

アクチュエータ１４を動かすことにより、ヒンジ関節が動かされ、ヒンジのパドルは、Ｘ軸直線運動をＺ軸直線運動で伝達し、移動プラットフォーム１２を上下に動かすと共に、同プラットフォームをＹ軸の周りで回転させる。

前述のように、回転軸ＸおよびＹは、球形ジョイントによって規定される。
－ 第１の球形ジョイント３と第２の球形ジョイント４とは、第１のレバー６によって連結されており、軸Ｙは、第１のレバー６の長手方向軸である。
－ 第１の球形ジョイント３と第３の球形ジョイント５とは、第２のレバー７によって連結されており、軸Ｘは、第２のレバー７の長手方向軸である。

軸ＸおよびＹの垂直性（直交性）およびカルダンタイプの動きは、第２の球形ジョイント４および第３の球形ジョイント５を連結するレバー８によって保証される。

中央の関節の配置は、球形ベアリングジョイントの利点とカルダンタイプのジョイントの利点を組み合わせたものである。３つの球形ジョイント３、４、５は、回転軸Ｘ、Ｙを規定し、それらの間のリンクは、結合された動きを規定する。１つの軸（Ｚ）は固定され、他の２つの軸（ＸおよびＹ）は固定軸（Ｚ）の周りを移動する。インターフェイス面（境界平面）は、両方の軸（Ｘ、Ｙ）を中心に回転することにより、任意の方向（配向）に配置できる。

図５はまた、移動プラットフォーム１２に負荷（矢印で表される）が加えられたときに発生する、移動プラットフォーム１２と基部プラットフォーム１１との間の３つの負荷経路１７、１７’、１７”を示す。アクチュエータ１４、１４’は、これらの負荷経路１７、１７’、１７”から外れて配置されている。この配置により、ヒンジ１３（構造部材）を対応する負荷経路１７、１７”に残したまま、出力解像度（プラットフォームの向き／配向）が向上する。この特徴により、負荷能力（質量を増やさずに同じアクチュエータを使用してシステムの負荷能力を高めることができること）およびコストの観点（これにより、幅広いアクチュエータからのアクチュエータの選択が可能になること）から関節式指向システム２を最適化できる。

図６は、リニアアクチュエータ１６を備えた本発明の関節式指向システム２のヒンジ手段１３を示す。

図７は、回転アクチュエータ１５を備えた本発明の関節式指向システム２のヒンジ手段１３を示す。

回転アクチュエータ１５は、回転軸が基部プラットフォーム１１に平行であるか、または基部プラットフォーム１１に垂直であるように配置することができる。リニアアクチュエータ１６は、基部プラットフォーム１１と平行に配置されている。

本発明は、好ましい実施形態に関連して十分に説明したが、変更はこれらの実施形態によってではなく、以下の特許請求の内容によって限定されることを考慮しつつ、変更は本発明の範囲内で導入され得ることは明らかである。

１ 関節式機構
２ 関節式指向システム
３ 第１の球形ジョイント
４ 第２の球形ジョイント
５ 第３の球形ジョイント
６ 第１のレバー
７ 第２のレバー
８ 第３のレバー
９ 第１の突出部分
１０ 第２の突出部分
１１ 基部プラットフォーム
１２ 移動プラットフォーム
１３ 関節式ヒンジ手段
１４，１４’ アクチュエータ
１７，１７’，１７” 負荷経路

Claims (5)

1. 第１の球形ジョイント（３）、第２の球形ジョイント（４）、第３の球形ジョイント（５）、第１のレバー（６）、第２のレバー（７）、および第３のレバー（８）を含む関節式機構（１）であって、
   前記第１の球形ジョイント（３）および前記第２の球形ジョイント（４）は、前記第１のレバー（６）によって連結され、前記第１のレバー（６）は第１の突出部分（９）を備え、前記第１の球形ジョイント（３）および前記第３の球形ジョイント（５）は、前記第２のレバー（７）によって連結され、前記第２のレバー（７）は、前記第１の突出部分（９）が突出する方向と反対方向に突出する第２の突出部分（１０）を備え、
   前記第２の球形ジョイント（４）および前記第３の球形ジョイント（５）は、前記第１のレバー（６）の長手方向軸Ｙと前記第２のレバー（７）の長手方向軸Ｘが直交するように、前記第３のレバー（８）によって連結されている、ことを特徴とする関節式機構。
2. 基部プラットフォーム（１１）、及び、前記基部プラットフォーム（１１）に対して移動可能な移動プラットフォーム（１２）、並びに、
   前記基部プラットフォーム（１１）と前記移動プラットフォーム（１２）とを接合する２つの関節式ヒンジ手段であり、該ヒンジ手段の動きがアクチュエータ（１４，１４’）によって実行される、２つの関節式ヒンジ手段（１３）
   を備えた関節式指向システム（２）において、
   請求項１に記載の関節式機構（１）を更に備えており、その関節式機構にあっては、
   前記第１のレバー（６）が前記第１の突出部分（９）によって前記移動プラットフォーム（１２）に取り付けられ、前記第２のレバー（７）が前記第２の突出部分（１０）によって前記基部プラットフォーム（１１）に取り付けられている、ことを特徴とする関節式指向システム。
3. 前記アクチュエータ（１４，１４’）は、負荷が前記移動プラットフォーム（１２）にかかったときに生じるところの、前記移動プラットフォーム（１２）と前記基部プラットフォーム（１１）との間の負荷経路（１７，１７’，１７”）から外れた位置に配置されている、請求項２に記載の関節式指向システム。
4. 前記アクチュエータが回転アクチュエータ（１５）である、請求項２又は３に記載の関節式指向システム。
5. 前記アクチュエータがリニアアクチュエータ（１６）である、請求項２又は３に記載の関節式指向システム。

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