JPS5964902A - Stabilizing mechanism - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は安定化機構、特に（これに限定されないが）台
甲板やその他の支持体を安定化させる機構に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to stabilizing mechanisms, particularly, but not exclusively, to stabilizing platforms and other supports.

送受信アンテナが宇宙空間において適正に安定化される
ならば、可動体（例えば船舶）と衛星間の通信を有効に
維持できる。If the transmitting and receiving antennas are properly stabilized in space, communication between a moving object (eg, a ship) and a satellite can be maintained effectively.

船舶に設置したアンテナを安定化させるためには、単純
な単弦運動とみなすことができ、一般には簡単なあるい
は複合的な振子などの受動的なシステム、検出した角変
化を補正するために軸駆動モータを使用する能動制御シ
ステムまタハジャイロスコープシステムを適用すること
によって補償される船舶の横揺れや縦揺れを補償する必
要がある。To stabilize an antenna installed on a ship, a passive system such as a simple or complex pendulum, which can be considered as a simple single chord motion, and an axis to compensate for the detected angular changes is generally used. It is necessary to compensate for the rolling and pitching of the ship, which is compensated for by applying an active control system using a drive motor or a gyroscope system.

上記の３つのシステムのなかでは、振子システムがコス
トが比較的低い上に、保守費も低いが、比較的簡単な安
定化しかできない。船首が波に乗上げたときなどに生じ
る複合的な正弦運動などの他の運動が生じると、振子が
共鳴周波数で振動し、収まるまでにかなりの時間がかか
る。Among the three systems mentioned above, the pendulum system has relatively low cost and low maintenance costs, but only allows for relatively simple stabilization. Other motions, such as the complex sinusoidal motion that occurs when a boat's bow rides a wave, cause the pendulum to oscillate at a resonant frequency that takes a significant amount of time to settle down.

本発明の目的は上記欠点のほとんど認められない振子系
安定化機構を提供することにある。The object of the present invention is to provide a pendulum-based stabilization mechanism in which the above-mentioned drawbacks are hardly observed.

困乱を避けるために、使用する「流体」とは流動できる
非ガス状媒体と定義する。To avoid confusion, "fluid" as used is defined as a non-gaseous medium capable of flow.

本発明によれば、 枢軸点を中心にして回動できる振子を有し、かつ該振子
の質量中心を該枢軸点の下方に位置させた安定化機構に
おいて、該振子の可動質量が、使用時に、該振子の固定
台に対して移動するこさによって該振子の複合的な正弦
運動に応答し、これにより該枢軸点の方向に該振子の質
量中心を有効に変位させて、該振子の基本周波数を変え
、広い操作範囲にわたって安定化を維持することを特徴
とする安定化機構が提供される。According to the present invention, in a stabilizing mechanism having a pendulum that can rotate about a pivot point and having a center of mass of the pendulum located below the pivot point, the movable mass of the pendulum is , responds to the complex sinusoidal motion of the pendulum by its displacement relative to its fixed base, thereby effectively displacing the center of mass of the pendulum in the direction of the pivot point, thereby increasing the fundamental frequency of the pendulum. A stabilization mechanism is provided that is characterized in that it maintains stabilization over a wide range of operation.

以下、本発明Ｖζよる安定化機構を添付図面に従って説
明する。Hereinafter, the stabilizing mechanism according to the present invention Vζ will be explained with reference to the accompanying drawings.

なお、船舶の縦揺れ及び横揺れは例えば実質的に単純な
単弦運動であり、この単弦運動は簡単な振子によってか
なり簡単に単弦的に補償できる。It should be noted that pitching and rolling of the ship are, for example, essentially simple single chord movements, which can be compensated fairly easily single chordally by a simple pendulum.

ところが、このような振子は、振子の質量［有］）、重
力（ｇ）、枢軸点下方の質量中心の垂直距離（１）及び
枢軸点（ｉ）を中心上する運動方向における佃性モーメ
ント（Ｉ）に依存する共鳴周波数（ω）において振動す
る傾向を示すので、複合的な正弦運動（船が大きな波に
乗り上げたときに牛しる）に反応する。よく知られてい
るように、この関係は次式で表わされる。However, such a pendulum has the following factors: mass of the pendulum [existence]), gravity (g), vertical distance of the center of mass below the pivot point (1), and moment of gravity in the direction of movement about the pivot point (i). Since it exhibits a tendency to oscillate at a resonant frequency (ω) that depends on I), it responds to complex sinusoidal movements (such as when a ship runs over a large wave). As is well known, this relationship is expressed by the following equation.

ω２−ｙ ■ 即ち、本発明はｒＩＪＯ値に有意味な影響を与えずに「
１」を下げて、これにより共鳴周波数を低くして安定化
の維持に役立つ手段を提供するものである。ω2−y ■ In other words, the present invention can reduce the rIJO value without significantly affecting the rIJO value.
1'', thereby providing a means to lower the resonant frequency and help maintain stability.

第１図及び第２図について説明すれば、安定化機構では
、複合的な正弦運動の影響を受けだ吉きに、「１」の値
を下げる第２振子を第１振子内に設ける。Referring to FIGS. 1 and 2, in the stabilizing mechanism, a second pendulum is provided within the first pendulum that lowers the value of "1" depending on the influence of the complex sinusoidal motion.

図示の装置はこのような安定化機構の有効性を証明する
だめに構成した原型的な振子であって、支持体２０をベ
ース板２１に取付けてなる。The illustrated device is a prototype pendulum constructed to demonstrate the effectiveness of such a stabilizing mechanism, comprising a support 20 attached to a base plate 21.

この支持体２０は回転低摩擦軸受２２によって振子それ
自体を支持する回転低摩擦軸受２４をもつＵ字形支持部
材２３に連結する。従って、振子は２つの自由度をもち
、その質量は軸受２２の横断力向にある軸受２４によっ
て与えられるイｊ効枢軸点を取囲む球面上の任意の点ま
で移動でき、該枢軸点は軸受を通る中心線の交点にある
。This support 20 is connected by a rotating low-friction bearing 22 to a U-shaped support member 23 having a rotating low-friction bearing 24 which supports the pendulum itself. The pendulum thus has two degrees of freedom and its mass can move to any point on the sphere surrounding the effective pivot point given by bearing 24 in the direction of the transverse force of bearing 22; at the intersection of the center lines passing through.

振子それ自体は安定化機構に取付けた例えばアンテナの
Ｍ量に相当する釣合いおもり２９を有するシャフト２８
に（軸受２４内に取付けることによって支持体２０に対
して自由に可動する）支持ケージ２７を介して結合した
シャフト２６上の下げ振り２５からなる。The pendulum itself has a shaft 28 with a counterweight 29, which corresponds to the amount M of the antenna, for example, attached to a stabilizing mechanism.
It consists of a plumb bob 25 on a shaft 26 connected via a support cage 27 (which is freely movable relative to the support 20 by being mounted in a bearing 24).

実験を目的としているため、下げ振り２５と釣合いおも
り２９は枢軸点から移動できるようになっているが、実
際は固定されるものである。For experimental purposes, the plumb bob 25 and counterweight 29 are movable from the pivot point, but in reality they are fixed.

第２振子は一部円弧を取除いたディスク部材６０からな
り、この部材は軸受３１によってケージ３２内にディス
クの公称軸線上に回転自在に設ける８ケージ６２はまた
ケージ２７内に軸受ろ６によって回転自在に設ける。従
って、第２振子は第１振子の支持台に対して自由に三次
元運動できる。The second pendulum consists of a disk member 60 with a part of the arc removed, and this member is mounted in a cage 32 by a bearing 31 so as to be rotatable on the nominal axis of the disk. Provided to be rotatable. Therefore, the second pendulum can freely move in three dimensions relative to the support base of the first pendulum.

々お、振子が静止状態にあるさき（例えば振子の共鳴周
波数にはない機構支持台の単純な単弦運動即ち縦揺れや
横揺れ時）、Ｔけ振り２５、シャフト２６、ケージ２７
、シャフト２８及び釣合いおもり２９からなる第１振子
は軸受２２及び２４によってその軸線を中心に１〜で単
純な単弦運動による補償作用を行う。従って、地表面に
対する振子の姿勢はほぼ安定している。When the pendulum is at rest (for example, during a simple single string movement of the mechanism support that is not at the resonant frequency of the pendulum, i.e., pitching or rolling), the T-shaft 25, the shaft 26, and the cage 27
, a shaft 28, and a counterweight 29, the first pendulum, which is composed of a shaft 28 and a counterweight 29, performs a compensating action by a simple single chord motion at 1~ about its axis by means of bearings 22 and 24. Therefore, the attitude of the pendulum with respect to the ground surface is almost stable.

支持体２０の運動及び第１振子の補償運動が反整合して
いる限り、また正弦運動の周波数が第２振子の共鳴周波
に近くない限り、ディスク部材３０に作用する重力はご
くわずかであり、該部拐の質量中心は軸受３１と３３の
交点にある有効枢軸点の下方にある。従って、ディスク
部材３０が有効枢軸点下方の質量中心の長さ１をほぼ一
定に保つ。As long as the motion of the support 20 and the compensating motion of the first pendulum are anti-coherent, and as long as the frequency of the sinusoidal motion is not close to the resonant frequency of the second pendulum, the gravitational force acting on the disc member 30 is negligible; Its center of mass lies below the effective pivot point at the intersection of bearings 31 and 33. Therefore, the length 1 of the center of mass of the disk member 30 below the effective pivot point remains approximately constant.

ところが、運動の結果支持体２０が複合的な正弦変位を
受けると、第１振子を介して動力学的作用が第２振子に
伝達される１、この結果、ケ−ジ５３がその軸受６６を
中心にして回動して最大の複合運動の方向にディスク部
材３０を整合させる傾向を示すと共に、力学的作用を受
けてディスク部旧６０が回転する。However, when the support 20 undergoes a complex sinusoidal displacement as a result of the movement, the dynamic action is transmitted via the first pendulum to the second pendulum 1, with the result that the cage 53 displaces its bearing 66. Rotation about the center tends to align the disk member 30 in the direction of maximum compound motion, and the disk portion 60 rotates under mechanical action.

ディスク部１’３０の回転運動は、それがピークに々る
と、破線３０′で示すように該部材が一回転するか、該
部材の有効質量中心を第２振子の枢軸点の方に移行させ
、振子全体の質量中心を第１振子の枢軸点の方に有効に
移行させる。The rotational movement of the disc part 1'30, when it reaches its peak, causes the member to complete one revolution, as indicated by the dashed line 30', or to shift the effective center of mass of the member towards the pivot point of the second pendulum. , effectively shifting the center of mass of the entire pendulum toward the pivot point of the first pendulum.

従って、前記式の「１」が小さくなり、安定化機構の共
鳴周波数が変ると共に、安定化機構のその静止状態から
の乱れが最小になる。Therefore, the "1" in the above equation becomes smaller, the resonant frequency of the stabilizing mechanism changes, and the disturbance of the stabilizing mechanism from its resting state is minimized.

なお、図示の状態では、軸受３１と３３の交点は軸受２
２と２４の交点の上にあるが、第１振子及び第２振子の
各枢軸点の位置は、所望の力学的特性を得るために、枢
軸点に対して第２振子の質量が設定されるように調整で
きる。Note that in the illustrated state, the intersection of bearings 31 and 33 is at bearing 2.
2 and 24, the position of each pivot point of the first pendulum and the second pendulum is such that the mass of the second pendulum is set relative to the pivot point to obtain the desired mechanical properties. It can be adjusted as follows.

ここでは、部材６０として一部の円弧を取除いたディス
ク部材を使用したが、質量中心の上方で旋回できるもの
ならばすべての平面状部材が適用できる。Here, a disk member with a part of the arc removed was used as the member 60, but any planar member can be used as long as it can pivot above the center of mass.

あるいは、三次元運動できるように設けた、質量分布の
一様でない球によつ−Ｃも第２振子及び関連する軸受機
構を構成することができる。Alternatively, the second pendulum and associated bearing mechanism can also be formed by a sphere with non-uniform mass distribution that is capable of three-dimensional movement.

このよう表質量分布が一様でないひとつの例では、球か
ら放射状に延びる孔をあけ、残りの部分よりも質量をか
なシ軽くする。この孔に密度の高い物質からなるコアを
埋め込でもよい。あるいは、球を２分してそれぞれ異な
る物質で構成してもよい。もち論完全でない球も使用で
きる。さらに、一部流体が充填された中空球も十分使用
できる。In one example where the surface mass distribution is not uniform, holes are drilled radially from the sphere to make it significantly lighter in mass than the rest of the sphere. A core made of a dense material may be embedded in this hole. Alternatively, the sphere may be divided into two parts each made of a different material. Balls that are not perfect can also be used. Furthermore, hollow spheres partially filled with fluid can also be used satisfactorily.

第２図について説明すると、安定化機構によって支持し
たアンテナ４２を適正に指向させることができるように
、モータ駆動（図示せず）によって水平に回転できるよ
うに設けたプラットホーム４１上のファイバーダラス製
レドーム４０（一部図示）の内部に安定化機構を設ける
。Referring to FIG. 2, a fiber Dallas radome is mounted on a platform 41 that is rotatable horizontally by a motor drive (not shown) to properly orient an antenna 42 supported by a stabilizing mechanism. A stabilizing mechanism is provided inside 40 (partially shown).

レドーム４０は船舶のマストヘッドに取付け′るもので
あシ、例えばアンテナ４２に作用する気候の影響や、該
アンテナに鳥が留ることを未然に防止し、かつ安定化機
構のノ（ランスを保つものである。The radome 40 is attached to the masthead of a ship, and is designed to prevent, for example, the effects of climate on the antenna 42 and birds from staying on the antenna, and to prevent the stabilization mechanism (lance) from occurring. It is something to keep.

垂直方向の角度を調節できるように、反対（Ｉｌｌの端
部に釣合いおもり４４を有する連結ブレート４ろにアン
テナ４２を取付ける。連結ブレート４３にはスピンドル
（図示せず）が調節自在に走行するチャネル４５を形成
する。この場合、スピンドルの端部にちょうナツトを締
め付け、連結ブレート４３をロックすることによってア
同じ符号で示しである。The antenna 42 is mounted on the connecting plate 4 which has a counterweight 44 at the opposite end so that the vertical angle can be adjusted.The connecting plate 43 has a channel in which a spindle (not shown) runs adjustable. 45. In this case, by tightening a butterfly nut on the end of the spindle and locking the connecting plate 43, the A is shown with the same reference numeral.

なお、アンテナ４２によっては、枢軸点力１らの下げ振
り２５の距離を一定にしておくこと力ヨ可能である。従
って、距離の調整が必要ないので、製造コストの削減が
可能である。Note that, depending on the antenna 42, it is possible to keep the distance between the pivot points 1 and the plumb bob 25 constant. Therefore, since there is no need to adjust the distance, manufacturing costs can be reduced.

設置条件に応じて安定化機構の部品の寸法を変えること
ができる。−例として、次のような代表的なパラメータ
ー （１）横揺れ時間　　　　５秒（周波数０．２　１１ｚ
）（２）縦揺れ時間　　　　６秒（周波数０．１８Ｈ２
）（３）　　ヨーイング時間　６０秒（周波数０．０３
４］ｚ）（４）　　ヒービング時間　１０秒（周波数ｏ
、１Ｈｚ）もつ船舶では、鋼で構成できる下げ振り２５
は最大直径がほぼ１２０間で、重量がほぼ５　ｋｇの夕
゛プルコーンからなる。好適には例えば鋼から作ること
ができるディスク部材３０は厚さが２０間程度であれば
よい。下げ振シ２５は有効枢軸点下方にほぼ１００龍懸
架している。Depending on the installation conditions, the dimensions of the parts of the stabilization mechanism can be varied. - As an example, the following typical parameters (1) Rolling time 5 seconds (frequency 0.2 11z
) (2) Pitching time 6 seconds (frequency 0.18H2
) (3) Yawing time 60 seconds (frequency 0.03
4]z) (4) Heaving time 10 seconds (frequency o
, 1 Hz), the plumb bob 25, which can be constructed of steel.
consists of a bulb cone with a maximum diameter of approximately 120 mm and a weight of approximately 5 kg. Disc member 30, which can preferably be made from steel, for example, has a thickness of about 20 mm. The down swing shaft 25 is suspended approximately 100 times below the effective pivot point.

アンテナ４２として直径が２６０　ｍ、で、深度がほぼ
１５０龍の１ジヨートノ（ツクファイヤアンテナ（ｓｈ
ｏｒｔ　ｂａｃｋ　ｆｉｒｅ　ａｎｔｅｎｎａ）　Ｊと
して知られているアンテナを使用し、このアンテナの安
定化機構として上記のように第１撮子と第２振子を組合
せて用いると共に、アンテナ４２と釣合いおもり４４０
合計重量がほぼ３５ゆになるようにした場合、安定化機
構の静止状態では、枢軸点下方の質量中心の距離けほぼ
１　ｍｍで、第１振子の静止共鳴周波数は約０．１ヘル
ツである。The antenna 42 is a fire antenna (sh) with a diameter of 260 m and a depth of approximately 150 m.
ort back fire antenna) J is used, and as a stabilizing mechanism for this antenna, the first camera and the second pendulum are used in combination as described above, and the antenna 42 and the counterweight 440 are used.
If the total weight is approximately 35 mm, then in the rest state of the stabilizing mechanism, the distance of the center of mass below the pivot point is approximately 1 mm, and the rest resonant frequency of the first pendulum is approximately 0.1 Hertz. .

第２振子の共鳴周波数は１．６〜１．５　Ｈｚである。The resonant frequency of the second pendulum is 1.6-1.5 Hz.

支持体２０の複合的な正弦運動によりディスク部月３０
が回転すると、この作用により第１振子の質量中心が枢
軸点下方において約０．１　ｍ。Due to the complex sinusoidal movement of the support 20, the disk portion 30
When rotates, this action causes the center of mass of the first pendulum to be approximately 0.1 m below the pivot point.

上昇し、従って安定化機構の共鳴周波数が０．０３Ｈｚ
未満まで下がる。The resonant frequency of the stabilizing mechanism is increased to 0.03 Hz.
fall below.

なお、ヒービング時間によっては、Ｃ１，Ｉ　Ｈｚの「
静止」共鳴周波数に近似できる単純な単弦運動が生じる
ことがある。ところが、第１振子がこの周波数に共鳴し
始めるり、第２振子が運動し、安定化機構の共鳴周波数
が下がる傾向を示す。In addition, depending on the heaving time, C1, I Hz "
A simple single string motion may occur that can approximate the "rest" resonant frequency. However, the first pendulum begins to resonate at this frequency, the second pendulum moves, and the resonant frequency of the stabilizing mechanism tends to decrease.

受動的安定化機構に代るものとして、本発明は振子装置
の複合的な正弦運動を検出し、そして質量中心の機械的
シフトを制御するセンサ（図示せず）を設けることによ
って能動的な安定化機構を与える。このような能動的な
安定化機構においては、ケージ２７からの懸架点におい
て／ヤフ［・２６にカラーを設け、上記センサに応答し
てモータを制御・し、該シャフト及び下は振り２５を持
ち上げ、これによって有効枢軸点の下方において質量中
心の垂直距離（１）を必要に応じて変える。As an alternative to passive stabilization mechanisms, the present invention provides active stabilization by providing a sensor (not shown) that detects the complex sinusoidal motion of the pendulum device and controls the mechanical shift of the center of mass. provides a mechanism for In such an active stabilization mechanism, a collar is provided at the suspension point from the cage 27 to control the motor in response to the sensor and lift the shaft and the lower swing 25. , thereby changing the vertical distance (1) of the center of mass below the effective pivot point as required.

別な能動的システムでは下げ振り２５の代りに容器中に
流体を用いると共に、通常はをの容器を枢軸点の方に向
けて設け、かつこれら２つの容器の間で流体を運ぶため
に、センサシステムによって制御されるポンプ装置を設
ける。Other active systems use fluid in a container instead of the plumb bob 25, and typically have the container oriented toward the pivot point and use a sensor to convey the fluid between the two containers. A pump device is provided which is controlled by the system.

船舶の台甲板用安定化機構は衛星通信に適用できるほか
、船舶間の通信（マイクロ波通信などのラインオブサイ
ト（１ｉｎｅ　ｏｆ　ｓｉｇｈｔ　）　ｓｙｓｔｅｍの
使用）や例えば地上と衛星間の通信にも適用できる。The stabilization mechanism for a ship's platform deck can be applied not only to satellite communications, but also to communications between ships (using line-of-sight systems such as microwave communications) and communications between, for example, the ground and satellites. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図及び第２図はそれぞれ本発明による安定化機構を
示す正面図及び側面図であり、そして 第３図は船舶に取付けた状態にある本発明による別な安
定化機構を示す図である。 特許出願人代理人　飯　１）伸　行 り面のイ争出（内容に変更なし） 手　　続　　補　　正　　書　（自発）昭和　５８　年
　９月２０ヒ］ 特願昭５８−１６２６７７号 ２発明の名称 安定化機構 ；う補止をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　マンクマイクル　リミテッド ４代理人 郵便番号　１００1 and 2 are front and side views, respectively, of a stabilizing mechanism according to the invention, and FIG. 3 is a view of another stabilizing mechanism according to the invention installed on a ship. . Patent Applicant's Agent Ii 1) Nobuo Nobun filed a dispute (no change in content) Procedural amendment (spontaneous) September 20, 1980] Patent Application No. 162677/1983 2 Stability of the name of the invention Relationship with the case of the person making the correction Patent applicant name Mankmikle Limited 4 Agent postal code 100

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）枢軸点を中心にして回動できる振子を有し、かつ
該振子の質量中心を該枢軸点の下方に位置させた安定化
機構において、該振子の可動質量が、使用時に、該振子
の固定台に対して移動することによって該振子の複合的
な正弦運動に応答し、これによシ該枢軸点の方向に該振
子の質量中心を有効に変位させて、該振子の基本周波数
を変え、広い操作範囲にわたって安定化を維持すること
を特徴とする安定化機構。(1) In a stabilizing mechanism that has a pendulum that can rotate about a pivot point, and the center of mass of the pendulum is located below the pivot point, when the movable mass of the pendulum is responds to the compound sinusoidal motion of the pendulum by moving relative to a fixed base of the pendulum, thereby effectively displacing the center of mass of the pendulum in the direction of the pivot point, thereby increasing the fundamental frequency of the pendulum. A stabilization mechanism characterized by changing and maintaining stabilization over a wide operating range.