(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームの運動から負荷を分離するためのプラットフォーム安定化システムであって、
支持フレームと、
負荷を搭載するためのプラットフォームと、
各々が前記支持フレームと前記プラットフォームとの間で直接的に延びる複数の分離器と、を含み、
各分離器は、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線運動を３自由度で許容し、
各分離器は、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの回転運動を３自由度で許容し、
前記複数の分離器は、協働して、前記支持フレーム内で前記プラットフォームを直接支える分離器群を形成し、
該分離器群は、前記支持フレームから前記プラットフォームを離間させ、
前記分離器群は、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの限定的な直線運動を、直交する３本のプラットフォーム軸に沿った３自由度で許容し、
前記分離器群は、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの限定的な回転運動を、前記３本のプラットフォーム軸を回転軸とした３自由度で許容し、
前記分離器群は、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの回転運動に対してよりも、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線運動に対しての方が、より抵抗力があり、
前記プラットフォームは、前記分離器群によって回転に関する拘束を受けないことを特徴とするプラットフォーム安定化システム。
【請求項２】
前記分離器群は、前記プラットフォーム軸に沿った前記プラットフォームの直線運動について、前記プラットフォーム軸を回転軸とした前記プラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも２倍の非減衰固有振動数を有していることを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３】
前記プラットフォーム軸に沿った前記プラットフォームの直線運動についての前記非減衰固有振動数が、前記プラットフォーム軸を回転軸とした前記プラットフォームの回転運動についての前記非減衰固有振動数の、少なくとも３倍であることを特徴とする請求項２記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項４】
前記プラットフォーム軸に沿った前記プラットフォームの直線運動についての前記非減衰固有振動数が、前記プラットフォーム軸を回転軸とした前記プラットフォームの回転運動についての前記非減衰固有振動数の、少なくとも５倍であることを特徴とする請求項３記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項５】
前記プラットフォーム軸に沿った前記プラットフォームの直線運動についての前記非減衰固有振動数が、前記プラットフォーム軸を回転軸とした前記プラットフォームの回転運動についての前記非減衰固有振動数の、少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項３記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項６】
各分離器は、各自がばね軸を有する少なくとも１つの圧縮ばねを含むと共に、前記分離器群を形成し、
前記圧縮ばねは、各々のばね軸が前記プラットフォーム内の共通の点から外側へ放射状に延びる態様で配置され、
前記共通の点は、前記プラットフォームの質量の中心であり、
前記圧縮ばねは、小さな横方向のばねレートが発生するように、軸方向に予圧がかけられることを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項７】
前記分離器群は、仮想立方体の角に配置された８つの圧縮ばねを含み、前記共通の点が前記仮想立方体の質量中心であることを特徴とする請求項６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項８】
前記分離器群は、仮想正四面体の角に配置された４つの圧縮ばねで構成される群を少なくとも１群含み、前記共通の点が前記仮想正四面体の質量中心であることを特徴とする請求項６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項９】
前記分離器群は、仮想立方体の質量中心から、前記仮想立方体の６つの面の中心を通って外側へ放射状に延びた、６つの圧縮ばねを含むことを特徴とする請求項６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１０】
前記分離器群は、対称配置の圧縮ばね群を含むことを特徴とする請求項６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１１】
前記圧縮ばねが、機械加工された多条螺旋の圧縮ばねであることを特徴とする請求項６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１２】
各分離器は、屈曲ピボット部材を含むことを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１３】
各屈曲ピボット部材は、直列に配置された３つの単軸式屈曲ピボットを含み、各屈曲ピボットがピボット軸を有しており、
各屈曲ピボット部材について、各屈曲ピボットの前記ピボット軸が、前記プラットフォームの質量の中心で交わり、
前記屈曲ピボット部材は、前記分離器群を形成するように、対称的に整列されて配置されることを特徴とする請求項１２記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１４】
各屈曲ピボット部材が、一体構造物であることを特徴とする請求項１３記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１５】
各分離器が、ダイヤフラム式分離器であることを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１６】
各ダイヤフラム式分離器は、
前記支持フレームに搭載される第１のハウジングと、
前記プラットフォームに搭載される第２のハウジングと、
各ハウジングの内部に設けられ、互いに対向するダイヤフラム受け部と、
２つの対向するダイヤフラムと、を含み、
各ダイヤフラムは、その周縁部が一方の前記ハウジングにより支持され、該ハウジングの前記ダイヤフラム受け部を横切って延びており、これにより、各分離器について、一方の前記ダイヤフラムが前記支持フレームと連結されると共に、他方の対向するダイヤフラムが前記プラットフォームと連結され、
前記２つのダイヤフラムは、該ダイヤフラムの半径方向中心部の間で延びる捩じれ屈曲部材によって互いに連結されることを特徴とする請求項１５記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１７】
前記捩じれ屈曲部材は、軸方向に弾性を有することを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１８】
前記捩じれ屈曲部材が、つる巻ばねであることを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項１９】
前記ダイヤフラムは、型加工された弾性構造体であることを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２０】
前記ダイヤフラムは、ベローフラム状の金属構造体であることを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２１】
各ダイヤフラム式分離器は、更に、前記捩じれ屈曲部材の横方向の移動を制限するために、該捩じれ屈曲部材に搭載されるストッパを含むことを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２２】
各ダイヤフラムは、流体不浸透性を有し、
各ハウジングは、各々のダイヤフラムと協働してダンピングリザーバを形成し、
各ダンピングリザーバは、各々のシンクリザーバと流体連通状態にあり、ダンピング流体を各ダンピングリザーバから各シンクリザーバへと移すことで、各々のダイヤフラムの軸方向運動を制振することを特徴とする請求項１６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２３】
各ハウジングは、各々のダイヤフラムと協働して収容部を形成し、
各収容部を横切って仕切部材が延びることで、各収容部を前記ダンピングリザーバと前記シンクリザーバとに分割し、
各ダンピングリザーバは、各仕切部材にある少なくとも１つの開口部を介して、各シンクリザーバと流体連通状態にあることを特徴とする請求項２２記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２４】
更に、前記支持フレームと前記プラットフォームとの間に直接作用する能動型駆動システムと、
該能動型駆動システムと接続され、センサ入力を受信して該センサ入力に応じて前記能動型駆動システムを制御する制御システムと、を含むことを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２５】
前記制御システムは、前記プラットフォームの運動を安定させるように、前記センサ入力を使用して前記能動型駆動システムを制御することを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２６】
前記制御システムは、前記プラットフォームを能動的に制振するように、前記センサ入力を使用して前記能動型駆動システムを制御することを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２７】
前記能動型駆動システムは、少なくとも３つの磁性ボイスコイル・アクチュエータで構成される群を１群含み、
各磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記支持フレームに搭載される第１部材と、前記プラットフォームに搭載される第２部材とを含み、
各磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記支持フレームと前記プラットフォームとの間に直接作用して、第１のプラットフォーム位置決め力を、第１のモータ軸に沿って前記プラットフォームへ付与すると共に、第２のプラットフォーム位置決め力を、第２のモータ軸に沿って前記プラットフォームへ付与し、同時に、第３のモータ軸に沿った前記プラットフォームの自由な直線運動を許容すると共に、前記３本のモータ軸を回転軸とした前記プラットフォームの自由な回転を許容し、この際、前記第１のモータ軸、前記第２のモータ軸、及び、前記第３のモータ軸は、互いに直交しており、
前記磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記プラットフォーム軸に沿った、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線運動を選択的に行わせるように、かつ、前記プラットフォーム軸を回転軸とした、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの回転を選択的に行わせるように、前記プラットフォームに対して配置され、
前記制御システムは、管理されたモーメント及び直線力が前記プラットフォームに対して付与されるように、前記磁性ボイスコイル・アクチュエータの通電を制御することを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２８】
前記少なくとも３つの磁性ボイスコイル・アクチュエータが、仮想円の円周上に９０度間隔で配置された４つの磁性ボイスコイル・アクチュエータであることを特徴とする請求項２７記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項２９】
前記能動型駆動システムは、少なくとも６つの磁性ボイスコイル・アクチュエータで構成される群を１群含み、
各磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記支持フレームに搭載される第１部材と、前記プラットフォームに搭載される第２部材とを含み、
各磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記支持フレームと前記プラットフォームとの間に直接作用して、第１のプラットフォーム位置決め力を、第１のモータ軸に沿って前記プラットフォームへ付与し、同時に、各々の第２のモータ軸及び第３のモータ軸に沿った前記第２部材の自由な直線運動を許容すると共に、各々の前記第２のモータ軸及び前記第３のモータ軸を回転軸とした前記第２部材の自由な回転を許容し、この際、前記第１のモータ軸、前記第２のモータ軸、及び、前記第３のモータ軸は、互いに直交しており、
前記磁性ボイスコイル・アクチュエータは、前記プラットフォーム軸に沿った、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線運動を選択的に行わせるように、かつ、前記プラットフォーム軸を回転軸とした、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの回転を選択的に行わせるように、前記プラットフォームに対して配置され、
前記制御システムは、管理されたモーメント及び直線力が前記プラットフォームに対して付与されるように、前記磁性ボイスコイル・アクチュエータの通電を制御することを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３０】
更に、前記プラットフォーム軸を回転軸とした、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの角度位置示す信号を、感知及び提供するための角度センサシステムを含み、該角度センサシステムが前記制御システムに接続されていることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３１】
更に、前記プラットフォーム軸上での前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線変位を示す信号を、感知及び提供するための直線変位センサシステムを含み、該直線変位センサシステムが制御システムに接続されていることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３２】
前記プラットフォームは、前記プラットフォーム軸を回転軸とした前記プラットフォームの角運動を示す信号を感知及び提供するための、少なくとも３つの慣性角速度センサを搭載し、該慣性角速度センサが前記制御システムに接続されていることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３３】
前記慣性角速度センサが、光ファイバ式ジャイロであることを特徴とする請求項３２記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３４】
前記プラットフォームは、前記プラットフォーム軸に沿った前記プラットフォームの直線運動を示す信号を感知及び提供するための、少なくとも３つの慣性加速度センサを搭載し、該慣性加速度センサが前記制御システムに接続されていることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３５】
更に、前記プラットフォーム軸についての前記プラットフォームの直線運動及び角運動を示す信号を、感知及び提供するための慣性計測装置を含み、該慣性計測装置が前記制御システムに接続されていることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３６】
更に、前記制御システムに接続されたＧＰＳ受信器を含み、
前記制御システムは、プラットフォームの目視線が地球表面と交差する地理的位置を算出するための、慣性航法装置に対する命令を保有していることを特徴とする請求項２４記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３７】
前記制御システムは、地理的位置を指定する前記プラットフォームの目視線が維持されるように、地理ベースの操向制御ループを閉じるための命令を保有していることを特徴とする請求項３６記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３８】
前記制御システムは、当該プラットフォーム安定化システムを搭載している軌道に乗って周回する航空機の回転運動によって引き起こされる、地球に対する負荷目視線の相対的な回転運動を、前記負荷の画像統合期間中に制限するように、前記プラットフォームに搭載された負荷の前記負荷目視線を、その限定された運動の範囲内で進めて固定するためのパラメータを、算出する命令を保有していることを特徴とする請求項３７記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項３９】
前記支持フレームが、外部ジンバル機構に搭載されることを特徴とする請求項１記載のプラットフォーム安定化システム。
【請求項４０】
支持構造の運動から負荷を分離するための方法であって、
支持フレームに対するプラットフォームの限定的な直線運動を、直交する３本のプラットフォーム軸に沿った３自由度で許容すること、
前記支持フレームに対する前記プラットフォームの限定的な回転運動を、前記３本のプラットフォーム軸を回転軸とした３自由度で許容すること、
前記支持フレームに対する前記プラットフォームの回転運動に対してよりも、前記支持フレームに対する前記プラットフォームの直線運動に対して大きい抵抗力を、前記プラットフォームの回転を拘束することなく提供すること、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラットフォーム安定化システムに関するものであり、より具体的には、支持構造の角運動及び直動的な角振動から負荷を分離するための、プラットフォーム安定化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
安定化されたプラットフォームシステムは、幾年も前から存在しており、プラットフォームに搭載された負荷を、プラットフォームを搭載している構造物の運動から分離するために使用される。その構造物は、航空機、ヘリコプター、又は自動車といった乗り物であってもよく、或いは、風で揺さぶられる背の高いポールといった幾分かの運動を静的に受ける、相対的な固定構造物であってもよい。それらには、安定化されたプラットフォームシステムの負荷として搭載され得るものについて、実質的に制限がなく、安定化されたプラットフォームシステムは、負荷についての様々な適用で利用することができ、それらの適用には、静止写真用及びビデオ用（映画用も含む）カメラ、電気光学式及び赤外線式の撮像装置、分光計、アンテナ、レーザー、そして兵器システムさえも含まれるが、それらに限定されることはない。この安定化技術のカテゴリで他と区別されるものは、負荷を搭載するプラットフォームが安定化され、かつ、慣性空間を進むものである。フレイアーの米国特許第４，７９６，０９０号は、長距離で高解像度の監視システムにおいて、積分回数（integration times）を低減した利点と共に、プラットフォームの安定化に必要なものを詳細に説明している。
【０００３】
センサ負荷（sensor payload）を搭載した構造の運動を補正する様々な技術が、欠点や制約と共に知られている。
【０００４】
カメラシステム等の撮像用の負荷のための１つの方法は、負荷自体を安定化させるのではなく、負荷により撮られる画像をデジタル的に安定させるという試みである。ゴラン名義の米国特許出願公開第２０１２００１９６６０Ａ１号は、画像をデジタル的に安定させる方法として、連続画像解析、デジタルウィンドウ、及びピクセルシフト技術を利用し、更に、低次元の（coarse）パン／チルト・ジンバルシステムへ向けてカメラ操作信号を算出することを開示している。フォンフロトーの米国特許第７，８７６，３５９号は、類似のデジタル安定化技術を開示しており、グロットデンらの米国特許第６，７２０，９９４号は、画像を撮る際の、検出器群における個々のピクセルライン間のサンプル時間を調整する技術を開示している。それらのデジタル安定化技術での問題は、画像を構成するピクセルの統合時間中に、負荷の目視線（line of sight）の動揺を補正するために、何も行わないことである。これは、撮像した画像に、動揺に起因したブレをもたらすことになる。
【０００５】
別の方法は、負荷を搭載するプラットフォームを安定化させることによって、支持構造に対して負荷を実際に安定させようとするものである。この「プラットフォーム安定化システム」のカテゴリには、受動型システムと能動型システムとが存在する。受動型安定化システムの一例は、ブラウンの米国特許第４，０１７，１６８号及び第４，１５６，５１２号と、ディジューリオらの米国特許第５，４３５，５１５号とに開示された、ＳＴＥＡＤＩＣＡＭ（登録商標）システムである。別の受動型システムは、スレイターの米国特許第５，２４３，３７０号に開示されている。しかしながら、最も多いプラットフォーム安定化システムは、サーボモータ、慣性センサ、及び制御システムを利用して、プラットフォームの固有の慣性力を増大させるもの、すなわち、能動型システムと呼ばれるものである。
【０００６】
プラットフォーム安定化システムは、初期の頃、船や航空機等の動く乗り物に、航行用計器を取り付けるように開発されていた。ストローザーらの米国特許第２，５５１，０６９号により教示されるようなジャイロコンパスや垂直ジャイロは、プラットフォーム安定化システムの初期の例である。やがて、例えば、イッセルテットの米国特許第２，４９０，６２８号、アスチェンブレナーらの米国特許第２，５２３，２６７号、カールステンらの米国特許第２，８８３，８６３号、ブレナーらの米国特許第３，０６０，８２４号、及び、ロマンスの米国特許第３，７７５，６５６号により教示されるように、画像の取得中に乗り物の好ましくない動揺を取り除くために、それらの安定したプラットフォームに写真撮影用カメラが取り付けられた。しかしながら、撮像中により適正な安定性が求められる撮影機は、更に画像間に滑らかな操向制御を必要としていた。
【０００７】
マンツの米国特許第２，５０６，０９５号により教示されるような新規の分離用装具は、乗り物のある種の振動を減衰させると共に、カメラを手動で操向できるように開発されていた。そのカメラには固定ジャイロが付加され、操向の安定性及び円滑性が更に改善されていた。カメラの操作者は、通常、固定ジャイロを装備して安定性が付加された分離用装具が取り付けられたカメラを、一方の肩に据えた状態で、ヘリコプターの開放された出入口に座る。カメラの操作者は、操縦士と慎重に連携してカメラを操向する。これは、ムービーショットの撮影対象をフレームに収めることや、視覚的に満足のいくカメラ操作の達成を、極めて困難なものにすることが明らかである。
【０００８】
１９６０年代の終わりに、ウェスティングハウス・カナダは、ＷＥＳＣＡＭ（登録商標）プラットフォーム安定化システムを開発して、それらの問題に対処した。これは、初めての市販のジャイロ安定式遠隔操向カメラシステムであり、リーヴィットらの米国特許第３，６３８、５０２号の主題である。この種の安定化技術は、直交３軸式の、大型の機械式レート・ジャイロスコープ（ジンバル式フライホイール（gimbaled flywheels））で生じる角運動量に依存しており、カメラプラットフォームの固有の慣性力を増大させる。この不自然な量の慣性力又は合成的な慣性力は、僅かに揺れる安定したプラットフォームを維持するように受動的に使用され、この際、負荷（カメラ）は、その安定化されたプラットフォームに対して操向されている。そして、能動型サーボシステムが、ジャイロの歳差により計測される角速度を使用して、サーボモータを浪費するあらゆる障害を解消する。ドーム型の収容部が、風及び気象を締め出し、又、内部の受動型振動分離システムが、システムへの振動入力を最小化する。
【０００９】
能動的なプラットフォーム安定化技術に関する従来技術は、４つの大まかな種類又は「世代」に分類することができ、それらは、ジャイロ安定化システム（第１世代）、標準的な能動型ジンバルシステム（第２世代）、移動が制限された能動型フォローアップシステム（第３世代）、及び、制約を受けないアクチュエータの能動型フォローアップシステム（第４世代）である。各世代には、実行する方法及び長所の点で微細な差異が存在するかもしれないが、基礎となる技術は同じものである。米国特許第３，６３８、５０２号に開示された、最初のＷＥＳＣＡＭ（登録商標）プラットフォーム安定化システムの技術は、第１世代のプラットフォーム安定化技術に分類される。それは更に改良され、リーヴィットの米国特許第４，８２１、０４３号に開示されているように、上下方向に従属するウィンドウが追加されて、システムの光学性能が改善されている。別の第１世代のプラットフォーム安定化システムは、グッドマンの米国特許第４，９８９，４６６号と、タイラーの米国特許第５，１８４，５２１号及び第５，９９５，７５８号とに開示されている。第１世代のプラットフォーム安定化システムは、意義深い安定性を成し遂げたが、それらは不十分な操向用帯域幅の不利益を被るものであり、この帯域幅は、ビデオトラッカーとの不適合性をもたらし、この不十分な操向性能を補正するために、高い技術力を有する操作者を必要とする。
【００１０】
第２世代の能動的なプラットフォーム安定化技術は、早期の第１世代のプラットフォーム安定化システムの、不十分な操向性能に対処するように開発された。それら第２世代の能動的なプラットフォーム安定化システムは、「標準的な能動型ジンバルシステム」と呼ばれるものであり、複数のジンバルを構造物とプラットフォームとの間に介在させ、各ジンバル軸について直接的にレートループ（rate loops）を閉じるものである。小型の機械式感知ジャイロといった慣性角速度センサが、慣性空間に対するプラットフォームの角速度を感知するために利用される。それらの角速度は、安定化及び各軸の操向のために、操向コマンドと合わせられる。ティズマらの米国特許第３，９８６，０９２号、コクシュらの米国特許第５，８６８，０３１号、エリントンらの米国特許第６，３９６，２３５号、メルカダルらの米国特許第７，０００，８８３号、チャップマンらの米国特許第８，１００，５９１号、及び、ベイトマンらの米国特許第８，５６４，４９９号は、何れも、標準的な能動型ジンバルシステムの例である。各特許文献は微妙に異なる方法及び長所を開示しているが、それらは何れもプラットフォームを支持するジンバルのシステムを使用し、同時に、慣性加速度センサを用いて各ジンバル軸についてレートループを直接的に閉じるものである。そのアクチュエータは、ダイレクトドライブ式のモータであってもよく、或いは、ギヤ式のモータであってもよい。ギヤ式のアクチュエータの利用は、実質的に連結力を増大させ、バックラッシュをもたらし、更にシステムの操向用帯域幅を制限することになる。連続する各ジンバル軸間の構造は、アクチュエータの高周波トルクにさらされる。この制約的構造に従うことは、制御システムの帯域幅を制限することになる。この理由により、標準的な能動型ジンバルシステムは、通常、大きい負荷で高帯域性能を実現することができない。ベヘラーの米国特許第６，１９８，４５２号は、標準的な能動型ジンバルシステムに関して、互い違い（alternate）で非直交性のジンバル・ジオメトリを開示しており、又、ブレスらの米国特許第６，６０９，０３７号は、標準的なジンバルシステム用の制御システムを開示し、これは、各軸について、レートのフィードバック及びフィードフォワード制御ループを、位置のフィードバック及びフィードフォワード制御ループと組み合わせて使用することで、操向性能を更に改善するものである。標準的な能動型ジンバルシステムは、上述した米国特許第４，８２１，０４３号に開示されたような上下方向に従属するウィンドウを備えたドーム型収容部の形態の、独立した外部ジンバルの追加によって改善されており、受動型の分離器がドームと内部のプラットフォーム安定化システムとの間に設置されている。大型のジンバル・ベアリング及びモータブラシからの摩擦は、制約的なジンバルシステムの構造的な共振と結合して、このシステムの安定性能の達成を制限していた。
【００１１】
標準的な能動型ジンバルシステムによって達成されたものから、より一層プラットフォームの安定性を改善するために、第３世代の能動型プラットフォーム安定化システムが開発された。それは、より高い帯域を利用し、受動型分離器に移動制限型の内部ジンバルが取り付けられ、低帯域の終盤（final stage）に順々に当てはめられる（mounted）、大移動型の外部フォローアップ・ジンバルシステムである。このため、この種のプラットフォーム安定化システムは、「移動制限型の能動型フォローアップ」システムと呼ばれる。内部ジンバルが、高帯域の安定性と良好な操向性能とを提供する一方、外部ジンバルは、関連する広い分野（large field of regard）にわたって粗い操向を提供する。内部ジンバルは高性能のダイレクトドライブ式アクチュエータを使用し、外部ジンバルはギヤ式アクチュエータを使用する。但し、高周波のトルクが内部ジンバルの制約的構造を介して付与されているが、内部ジンバルのベアリングはとても小さく、モータは決まってブラシレスである。負荷が小さく、かつ、光ファイバ式ジャイロを利用する限り、この種の内部／外部ジンバルシステムの安定性能は十分であり、負荷が大きい場合、大型のジンバルリング構造を受け入れることは、安定化システムの帯域幅を制限する。アイヒャーら名義の米国特許出願公開第２０１０／０１７１３７７Ａ１号、及び、ウィーバーらの米国特許第８，３８５，０６５号は、「移動制限型の能動型フォローアップ」プラットフォーム安定化システムの最近の例である。
【００１２】
「移動制限型の能動型フォローアップ」プラットフォーム安定化システムにおける、制約的なシステムの構造的な共振によってもたらされる帯域幅の制限に対処するために、第４世代の能動型プラットフォーム安定化システムが開発された。この種類のシステムは、本明細書では「非制約的アクチュエータ式の能動型フォローアップ」システムと示され、制約的構造を介する代わりに制約的構造を横切るトルキング処理を利用することで、「移動制限型の能動型フォローアップ」システムの帯域幅の制限を回避するものである。高周波トルクは、外部ジンバルからプラットフォームへ直接付与される。このシステムは、高性能の光ファイバ式ジャイロ型慣性計測装置と結合して、安定性を維持しながら操向用帯域幅を著しく向上させる。「移動制限型の能動型フォローアップ」プラットフォーム安定化システムの例は、マルーグの米国特許第４，０３３，５４１号及び第４，４９８，０３８号、パデラの米国特許第４，８２８，３７６号、キウンケらの米国特許第５，３６８，２７１号、トリッチューらの米国特許第５，８９７，２２３号、キーンホルツの米国特許第６，１９６，５１４号、ルイスの米国特許第６，２６３，１６０号、フォークトらの米国特許第６，４５４，２２９号及び第６，４８４，９７８号、及び、フォークトらの米国特許第６，８４９，９８０号に開示されている。各特許は、微妙に異なる方法及び長所を記載しているが、それらは何れも、
・介在型ジンバルのシステムを利用して、支持フレーム上でプラットフォームを支えるが、ジンバルがプラットフォームの運動を、３軸での限定的な回転に制約する。
・制約的なジンバルシステムを介するのではなく、そのジンバルシステムを横切るトルクを付与するように構成された、ボイスコイル・アクチュエータ群を使用する（時としてジンバルを横切り、分離器群が連続している）。
・安定化及びプラットフォームを操向するために、角度慣性センサ群を利用して、ボイスコイル・モータを駆動し、これによって負荷の目視線を制御する。
【００１３】
それとは別に、非直交型の内部ジンバル構造が、ゲリスの米国特許第４，７３３，８３９号に示されている。ピボット周囲のシェル間で利用可能な限定空間が、「自由型ジンバル（free gimbal）」、ミサイル・シーカ・ヘッド、或いは、非制約的アクチュエータ式の能動型フォローアップ・プラットフォーム安定化システムとして、その意図された使用を示唆している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
能動型のプラットフォーム安定化技術において、現状の技術での根本的な問題は、コスト、複雑さ、そして信頼性である。現状の技術の複雑な機械式ジンバルシステムは、定期的なコストに支配される。それらは、ベアリング接点の厳しい加工許容差、複雑な検査及び試験の必要性、組み立て中のジンバル・ベアリングの正確な配置及び負荷、そして、継続する検査及びメンテナンスを含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本明細書は、介在型のジンバル、リング、又は他の回転制約物を利用することなく、支持フレーム内で分離器群がプラットフォームを直接支持し、支持フレームに対するプラットフォームの回転を許容しながら直線的な分離を提供する、プラットフォーム分離システムを説明する。
【００１６】
支持構造の運動から負荷を分離するプラットフォーム安定化システムは、支持フレーム、負荷を搭載したプラットフォーム、及び、支持フレームとプラットフォームとの間で各々が直接的に延びる複数の分離器を含んでいる。各分離器は、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動を３自由度で許容し、更に、各分離器は、支持フレームに対するプラットフォームの回転運動を３自由度で許容する。複数の分離器は、協働して、支持フレーム内でプラットフォームを直接支える分離器群を形成し、この分離器群は、プラットフォームに支持フレームからの間隔を付与する。又、分離器群は、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な直線運動を、直交する３本のプラットフォーム軸に沿った３自由度で許容し、更に、分離器群は、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な回転運動を、３本のプラットフォーム軸を回転軸とした３自由度で許容する。分離器群は、支持フレームに対するプラットフォームの回転運動よりも、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動の方に、実質的に抵抗力があり、又、プラットフォームは、分離器群によって回転に関する拘束を受けない。
【００１７】
好ましくは、分離器群は、プラットフォーム軸に沿ったプラットフォームの直線運動について、プラットフォーム軸を回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰（undamped）固有振動数の、少なくとも２倍の非減衰固有振動数を有している。より好ましくは、プラットフォーム軸に沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸を回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも３倍である。なお好ましくは、プラットフォーム軸に沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸を回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも５倍であり、より一層好ましくは、プラットフォーム軸に沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸を回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも１０倍である。
【００１８】
ある実施形態において、各分離器は、各自がばね軸を有する少なくとも１つの圧縮ばねを含んでおり、又、分離器群を形成するように、圧縮ばねは、プラットフォーム内の共通の点から実質的に外側へ放射状に延びる、各自のばね軸で配置され、ここで、共通の点はプラットフォームの質量の中心であり、圧縮ばねは、軸方向に予圧がかけられて、横方向の小さいばねレートを発生する。ある特定の実施形態では、分離器群が８つの圧縮ばねを含んでおり、それらは実質的に仮想立方体の角に配置され、共通の点が仮想立方体の質量中心である。別の特定の実施形態では、分離器群が４つの圧縮ばねで構成される群を少なくとも１群含んでおり、４つの圧縮ばねは、実質的に仮想正四面体の角に配置され、共通の点が仮想正四面体の質量中心である。更に別の特定の実施形態では、分離器群が、仮想立方体の６つの面の中心を通って、実質的に仮想立方体の質量中心から外側へ放射状に延びる、６つの圧縮ばねを含んでいる。
【００１９】
ある実施形態において、分離器群は、対称配置の圧縮ばね群を含んでいる。
【００２０】
圧縮ばねが分離器に用いられる場合、圧縮ばねは、機械加工された多条（multi-start）螺旋の圧縮ばねであることが好ましい。
【００２１】
別の実施形態において、各分離器は、屈曲ピボット（flexural pivot）部材を含んでいる。各屈曲ピボット部材は、直列に配置される３つの単軸式屈曲ピボットを含むことができ、各屈曲ピボットがピボット軸を有している。屈曲ピボット部材の各々について、各屈曲ピボットのピボット軸は、実質的にプラットフォームの質量の中心で交わっており、屈曲ピボット部材は、実質的に対称的に整列されて配置され、分離器群を形成している。屈曲ピボット部材の各々は、一体構造であることが好ましい。
【００２２】
更なる実施形態では、各分離器がダイヤフラム式分離器である。ダイヤフラム式分離器の各々は、２つの対向するダイヤフラム、支持フレームに搭載される第１のハウジング、プラットフォームに搭載される第２のハウジング、及び、各ハウジングの内部に設けられ、互いに対向するダイヤフラム受け部を含むことができる。各ダイヤフラムは、その周縁部が一方のハウジングにより支持され、そのハウジングのダイヤフラム受け部を横切って延びており、これにより、各分離器について、一方のダイヤフラムが支持フレームと連結され、他方のダイヤフラムがプラットフォームと連結される。ダイヤフラムは、ダイヤフラムの半径方向中心部の間で延びる捩じれ屈曲部材によって、互いに連結される。捩じれ屈曲部材は、軸方向に弾性があることが好ましく、つる巻きばねであってもよい。ダイヤフラムは、例えば、型加工された弾性構造や、ベローフラム状（bellophragm）の金属構造であってもよい。更に、ダイヤフラム式分離器の各々は、捩じれ屈曲部材の横方向の移動を制限するために、捩じれ屈曲部材に搭載されるストッパを含んでいてもよい。
【００２３】
ある特定の実施形態において、各ダイヤフラムは、流体不浸透性（fluid-impermeable）を有し、又、ハウジングの各々は、各ダイヤフラムと協働してダンピングリザーバを形成し、ダンピングリザーバの各々は、各シンクリザーバと流体連通状態にあり、ダンピング流体を各ダンピングリザーバから各シンクリザーバへ移すことで、各ダイヤフラムの軸方向運動を制振する。この実施形態の特定の実装例では、ハウジングの各々が各ダイヤフラムと協働して収容部を形成し、各収容部を横切って仕切部材が延びることで、各収容部をダンピングリザーバとシンクリザーバとに分けており、ダンピングリザーバの各々は、各仕切部材の１つ以上の開口部を介して、各シンクリザーバと流体的に連通している。
【００２４】
プラットフォーム安定化システムは、更に、支持フレームとプラットフォームとの間に直接作用する能動型駆動システムと、センサ入力を受信するように能動型駆動システムと接続され、そのセンサ入力に応じて能動型駆動システムを制御する制御システムと含むことが好ましい。制御システムは、センサ入力を利用して、プラットフォームの安定した運動のために能動型駆動システムを制御し、及び／又は、プラットフォームの能動的制振のために能動型駆動システムを制御する。
【００２５】
ある実施形態では、能動型駆動システムが、少なくとも３つの磁性ボイスコイル・アクチュエータで構成されるアクチュエータ群を含んでいる。磁性ボイスコイル・アクチュエータの各々は、支持フレームに搭載される第１部材と、プラットフォームに搭載される第２部材とを含んでいる。又、磁性ボイスコイル・アクチュエータの各々は、支持フレームとプラットフォームとの間に直接作用して、第１のプラットフォーム位置決め力（positioning force）を、第１のモータ軸に沿ってプラットフォームへ付与すると共に、第２のプラットフォーム位置決め力を、第２のモータ軸に沿ってプラットフォームへ付与し、同時に、第３のモータ軸に沿ったプラットフォームの自由な直線運動を許容すると共に、３本のモータ軸を回転軸としたプラットフォームの自由な回転を許容し、ここで、第１、第２、及び第３のモータ軸は、実質的に互いに直交している。磁性ボイスコイル・アクチュエータは、プラットフォーム軸に沿った、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動を選択的に行わせるように、かつ、プラットフォーム軸を回転軸とした、支持フレームに対するプラットフォームの回転を選択的に行わせるように、プラットフォームに対して配置され、更に、制御システムは、管理されたモーメント（moments）及び直線力（linear forces）がプラットフォームに対して付与されるように、ボイスコイル・アクチュエータの通電を制御する。ある特定の実施形態では、能動型駆動システムが、仮想円の円周上に約９０度間隔で配置された、４つの磁性ボイスコイル・アクチュエータを含んでいる。
【００２６】
別の実施形態において、能動型駆動システムは、少なくとも６つの磁性ボイスコイル・アクチュエータで構成される群を含んでいる。各磁性ボイスコイル・アクチュエータは、支持フレームに搭載される第１部材と、プラットフォームに搭載される第２部材とを含んでいる。又、磁性ボイスコイル・アクチュエータの各々は、支持フレームとプラットフォームとの間に直接的に作用して、第１のプラットフォーム位置決め力を、第１のモータ軸に沿ってプラットフォームへ付与し、同時に、第２のモータ軸及び第３のモータ軸の各々に沿った、第２部材の自由な直線運動を許容すると共に、第２のモータ軸及び第３のモータ軸の各々を回転軸とした、第２部材の自由な回転を許容し、ここで、第１、第２、及び第３の軸は、実質的に互いに直交している。磁性ボイスコイル・アクチュエータは、プラットフォーム軸に沿った、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動を選択的に行わせるように、かつ、プラットフォーム軸を回転軸とした、支持フレームに対するプラットフォームの回転を選択的に行わせるように、プラットフォームに対して配置され、又、制御システムは、管理されたモーメント及び直線力がプラットフォームに対して付与されるように、ボイスコイル・アクチュエータの通電を制御する。
【００２７】
更に、プラットフォーム安定化システムは、プラットフォーム軸を回転軸とした支持フレームに対するプラットフォームの角度位置を示す信号を、感知及び提供するための、角度センサシステムを含んでいてもよく、この角度センサシステムは、制御システムと接続される。
【００２８】
更に、プラットフォーム安定化システムは、プラットフォーム軸上での支持フレームに対するプラットフォームの直線変位を示す信号を、感知及び提供するための、直線変位センサシステムを含んでいてもよく、この直線変位センサシステムは、制御システムと接続される。
【００２９】
ある実施形態では、プラットフォームが、プラットフォーム軸を回転軸としたプラットフォームの角運動を示す信号を、感知及び提供するための、少なくとも３つの慣性角速度センサを搭載しており、これらの慣性角速度センサは、制御システムと接続される。慣性角速度センサは、光ファイバ式ジャイロであってもよい。
【００３０】
ある実施形態において、プラットフォームは、プラットフォーム軸に沿ったプラットフォームの直線運動を示す信号を、感知及び提供するための、少なくとも３つの慣性加速度センサを搭載しており、これらの慣性加速度センサは、制御システムと接続される。
【００３１】
更に、プラットフォーム安定化システムは、プラットフォーム軸についてのプラットフォームの直線運動及び角運動を示す信号を、感知及び提供するための、慣性計測装置を含んでいてもよく、この慣性計測装置は、制御システムと接続される。
【００３２】
更に、プラットフォーム安定化システムは、制御システムと接続されるＧＰＳ受信器を含んでいてもよく、又、制御システムは、プラットフォームの目視線が地球表面と交差する地理的位置を算出するための、慣性航法装置に対する命令を保有していてもよい。制御システムは、地理的位置を指定するプラットフォームの目視線が維持されるように、地理ベースの操向制御ループを閉じるための命令を保有していてもよい。更に、制御システムは、プラットフォーム安定化システムを搭載している軌道に乗って周回する（orbiting）航空機の回転運動によって引き起こされる、地球に対する負荷目視線の相対的な回転運動を、負荷の画像統合期間（image integration period）中に制限するように、プラットフォームに搭載された負荷の負荷目視線を、その限定された運動の範囲内で進め（step）て固定する（stare）ためのパラメータを、算出する命令を保有していてもよい。
【００３３】
プラットフォーム安定化システムの支持フレームは、外部ジンバル機構に搭載されていてもよい。
【００３４】
支持構造の運動から負荷を分離するための方法は、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な直線運動を、直交する３本のプラットフォーム軸に沿った３自由度で許容すること、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な回転運動を、３本のプラットフォーム軸を回転軸とした３自由度で許容すること、及び、支持フレームに対するプラットフォームの回転運動に対してよりも、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動に対して実質的に大きい抵抗力を、プラットフォームの回転を拘束することなく提供すること、を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
それらの及びその他の特徴が、添付の図面への参照が付与された以下の説明から、より一層明らかになる。
【図１】模式的なプラットフォーム安定化システムの分解斜視図である。
【図２ａ】図１のプラットフォーム安定化システムの、センサパッケージを除いた状態の前方断面図である。
【図２ｂ】図１のプラットフォーム安定化システムの、センサパッケージを除いた状態の側方断面図である。
【図３ａ】ばねの簡易数理モデルを示している。
【図３ｂ】図１のプラットフォーム安定化システムの分離器群内で使用するための、適切な圧縮ばねの円柱不安定現象を示すグラフである。
【図３ｃ】図１のプラットフォーム安定化システムの分離器群の、模式的な実施形態の回転特性を示すグラフである。
【図３ｄ】ダイヤフラム式分離器についての簡易数理モデルを示している。
【図４ａ】第１の立方体配置の分離器群の概略図である。
【図４ｂ】四面体配置の分離器群の概略図である。
【図４ｃ】模式的な屈曲ピボット部材型分離器の２つの斜視図を示している。
【図４ｄ】ダイヤフラム式分離器の断面図である。
【図４ｅ】図４ｃの屈曲ピボット部材型分離器を複数含む、模式的な四面体配置の分離器群の概略図である。
【図４ｆ】図４ｄのダイヤフラム式分離器を複数含む、模式的な四面体配置の分離器群の概略図である。
【図４ｇ】図４ａに示された立方体配置の分離器群が、如何にして、同じ大きさの２つの、図４ｂの四面体配置の分離器群から形成されるものと考えることができるかを示す概略図であり、他方に対して１８０度回転された四面体配置の一方の分離器群が、他方に重ねられている。
【図４ｈ】第２の立方体配置の分離器群の概略図である。
【図５ａ】４つの２軸式ボイスコイル・アクチュエータを含む模式的な能動型駆動システムにおける、ボイスコイル・アクチュエータの位置関係及び方向を示している。
【図５ｂ】６つの単軸式ボイスコイル・アクチュエータを含む模式的な能動型駆動システムにおける、ボイスコイル・アクチュエータの位置関係及び方向を示している。
【図５ｃ】３つの２軸式ボイスコイル・アクチュエータを含む模式的な能動型駆動システムにおける、ボイスコイル・アクチュエータの位置関係及び方向を示している。
【図６ａ】模式的な２軸式ボイスコイル・アクチュエータの詳細な斜視図である。
【図６ｂ】図１のプラットフォーム安定化システムの支持構造の実装用突起と位置合わせされて配置される模式的な実装機構に組み込まれた、図６ａのボイスコイル・アクチュエータの詳細な斜視図である。
【図７】模式的な無制振及び受動的制振の分離システムと、本明細書に記載する模式的な能動的制振の分離システムとを比較したグラフである。
【図８】能動型駆動システムと制御システムとを含む、図１のプラットフォーム安定化システムの回路図である。
【図９ａ】第１の模式的な２軸式外部ジンバル機構に取り付けられた、図１のプラットフォーム安定化システムを示している。
【図９ｂ】模式的な３軸式外部ジンバル機構に取り付けられた、図１のプラットフォーム安定化システムを示している。
【図９ｃ】第２の模式的な２軸式外部ジンバル機構に取り付けられた、図１のプラットフォーム安定化システムを示している。
【図１０】本技術の態様を実現する際に利用可能な、模式的なコンピュータシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書は、航空機やその他の乗り物、或いは、例えば風によって運動する固定された定置物といった支持構造の運動から、負荷を分離するプラットフォーム安定化システムの、いくつかの模式的な実施形態を記述している。このプラットフォーム安定化システムは、通常、支持フレームと、負荷を搭載するように適合されたプラットフォームと、各々が支持フレームとプラットフォームとの間に直接的に延びる複数の分離器とを含んでおり、更に好ましくは、支持フレームとプラットフォームとの間に直接作用する能動型駆動システムを含んでいる。本明細書で用いる「分離器（isolator）」という用語は、２つの質量を接続する装置を意味しており、その構造は、各質量の振動性の運動を分離するように作用する。このため、１つの分離器は、１つの分離要素、或いは、協働して動作するように互いに連結された複数の分離要素を含むことができる。複数の分離器は、協働して分離器群を、好ましくは姿勢的に独立した分離器群を形成し、分離器群は、支持フレーム内でプラットフォームを直接支えるものであり、この際、プラットフォームは、分離器群によって回転に関する拘束を受けない。本明細書で用いる「分離器群（isolation array）」という用語は、空間的に離された分離器の群を示しており、分離器群は、別の質量に取り付けられた質量を支えるように構成されており、これにより、それらの質量の振動的な運動が互いに分離されるものである。分離器、能動型駆動システム、及びその構成部品に関連して本明細書で用いられる、「支持フレームとプラットフォームとの間に直接的に」という用語、及びそれに類似した用語は、分離器及び能動型駆動システムの構成部品とは別に、プラットフォームと支持フレームとの間に介在するジンバル、リング、又は他の運動制約構造（motion-constraining structures）が無いことを意味している。同様に、分離器群に関連して使用される、「支持フレーム内でプラットフォームを直接支える」という用語は、介在型のジンバル、リング、又は他の回転制約物を使用することなく、支持フレーム内でプラットフォームを支えるのが分離器群のみであること、すなわち、分離器だけが支持フレーム内でプラットフォームを支持し、さもなければ支持フレーム内でプラットフォームが支持されないことを意味している。例えば、電気配線をプラットフォームと支持フレームとの間に延ばすことがあるが、そのような配線は、支持フレーム内でプラットフォームを支えるものではない。又、プラットフォーム及び支持フレームは、分離器及び能動型駆動システムの構成部品を取り付けるための機構を含むが、プラットフォーム安定化システムが組み立てられる際、そのような機構は、通常、プラットフォーム及び支持フレームの夫々に対して取り付けられる。このため、「支持フレームとプラットフォームとの間に直接的に」、及び、「支持フレーム内でプラットフォームを直接支える」という用語を解釈する際、それらの取り付け機構は、結果としてプラットフォーム及び支持フレームの夫々の一部と考えることができる。更に、本明細書で用いる「プラットフォーム」及び「支持フレーム」という用語は、ジンバル、リング、又は他の回転制約物を、支持フレームとプラットフォームとの間の機���的な連結の一部として含む構造を包含するものではない。更に、本明細書で用いる「回転に関して拘束された」という用語は、他方に対する一方の物体の運動が、有効な直線運動なしで、１本以上の軸を回転軸とした回転について制限された状態を示しており、一方の物体に他方に対する回転に関する拘束をもたらす機械的な配置は、本明細書で「回転に関する拘束」として示されている。この文脈における「有効な直線運動」という用語は、回転に関する拘束の固有の公差（inherent tolerance）によって許容される以上の直線運動を意味している。従来のプラットフォーム安定化システムで用いられるジンバル及びリングは、回転に関する拘束の一例である。一方の物体が他方の物体に対して回転に関して拘束されていない場合、それは「回転に関して拘束されない」と言うことができる。「回転に関して拘束している」という用語は、回転に関する拘束を課している動作を示している。従って、本明細書で説明しているようなプラットフォーム支持システムは、回転に関する拘束が直線的な分離構造と直列に配された、従来の配置を回避するものであり、その代わりとして、本明細書で説明する分離器群は、支持フレーム内でプラットフォームを直接支えながら、プラットフォームを回転に関して拘束しないものである。
【００３７】
さて、図１を参照すると、第１の模式的なプラットフォーム安定化システムが、全体として符号１００により示されている。模式的なプラットフォーム安定化システム１００は、支持フレーム１０２とプラットフォーム１０４とを含んでおり、プラットフォーム１０４は、センサパッケージ１０６、センサパッケージ１０６に９０度程度の間隔で取り付けられる４つの実装機構１０８、及び、プラットフォーム１０４内に配置される慣性計測装置１１０の形態で、負荷を搭載するものである。従って、センサパッケージ１０６へ取り付けられるのと同時に、実装機構１０８及び慣性計測装置１１０は、プラットフォーム１０４の一部となる。センサパッケージ１０６内の１つ以上のセンサは、センサパッケージ１０６に対して独立的に操作が可能であり、従って、プラットフォーム１０４に対して独立的に操作が可能である。センサパッケージ１０６内の操向機構や別の負荷の要素は、それらの仕組みの一部として回転に関する拘束を受けることがあるが、それらの回転に関する拘束は、支持フレームとプラットフォームとの間の、機械的な連結の一部を成すものではない。
【００３８】
航空宇宙や航法の分野では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が、北、東、下の位置を示す、「ＮＥＤ」座標系が一般的に利用されている。これは、航空機については、Ｘ軸の正方向が航空機の胴体に沿って機首へ向かい、Ｙ軸がＸ軸と直交して右翼方向に正と定められ、Ｚ軸がＸ軸及びＹ軸と直交して水平飛行中の下方向が正と定められる、Ｘ、Ｙ、Ｚとして拡張される。この座標参照構造は、プラットフォーム安定化システムについては、Ｘ軸が通常は負荷の目視線になり、Ｙ軸が目視線に関して負荷の右側を指し、Ｚ軸が目視線に関して負荷の下を指すように拡張される。これは、Ｘ軸がロール軸、Ｙ軸がピッチ軸、Ｚ軸がヨー軸であることを意味する。本明細書で用いる「プラットフォーム軸」及び「複数のプラットフォーム軸（platform axes）」という用語は、支持フレームに対するプラットフォームの運動を参照する座標構造を提供するように、支持フレームに対して固定保持される、それらのロール（Ｘ）軸、ピッチ（Ｙ）軸、ヨー（Ｚ）軸を示すものであり、ＸＰ、ＹＰ、ＺＰという符号は、ロール（Ｘ）軸、ピッチ（Ｙ）軸、ヨー（Ｚ）軸の夫々を示すために使用される。当業者は、制御システム１４２を実行する際に、例えば、ロール（Ｘ）軸、ピッチ（Ｙ）軸、ヨー（Ｘ）軸が、プラットフォームに対して固定保持されることもあるといった、異なる参照構造を使用してもよいことは、理解されるであろう。
【００３９】
支持フレーム１０２が取り付けられる支持構造は、航空機等の乗り物や、十分に高さのある固定構造物に搭載され、センサパッケージ１０６は、例えば、撮像システム（imaging system）や他のセンサ群であってもよい。前方及び後方取付部品１１２、１１４は、夫々、支持フレーム１０２へ取り付けることができ、密閉された収容環境を提供する。図示の実施形態において、制御システム１４２のための電子部品は、後述するが、支持フレーム１０２の上部及び下部のプラットフォーム安定化電子装置ユニット１１６Ａ、１１６Ｂの内部に配置されている。代わりの実施形態では、制御システムが収容部の外側に配置されていてもよく、一部が収容部に内側に、一部が収容部の外側に配置されていてもよい。プラットフォーム安定化システム１００全体は、支持フレーム１０２を、少なくとも１本、好ましくは２本又は３本の直交する軸を回転軸として、それらに対する多量の角運動をできるように形成された、当業界では既知の外部ジンバル機構といった支持構造に取り付け可能である。図９ａは、第１の模式的なヨー／ピッチ（又は方位／仰角）２軸式の外部ジンバル機構１１８ａ内に設置された、模式的なプラットフォーム安定化システム１００を示しており、図９ｂは、模式的なヨー／ロール／ピッチ３軸式の外部ジンバル機構１１８ｂ内に設置された、模式的なプラットフォーム安定化システム１００を示しており、図９ｃは、第２の模式的な２軸式の外部ジンバル機構１１８ｃ内に設置された、模式的なプラットフォーム安定化システム１００を示しており、外部ジンバル機構１１８ｃは、ロール／ピッチの２軸の、「下向き（look down）」の外部ジンバル形態である。従って、ある好ましい実施形態では、支持フレーム１０２が、外部ジンバル機構１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃによって保持される。特に、外部ジンバル機構は、プラットフォーム安定化システム１００（故に固定されたプラットフォーム１０４）の、全体の（gross）操向のために使用され、如何なる安定化の機能も提供する必要はない。
【００４０】
プラットフォーム１０４は、複数の分離器１２０を介して、支持フレーム１０２によって保持される。図１に示された模式的な実施形態において、分離器１２０は、プラットフォーム１０４内の共通の点Ａから実質的に外側へ放射状に延びる、各自のばね軸１２０Ａに配置された圧縮ばねであり、支持フレーム１０２とプラットフォーム１０４との間に直接的に延びている。共通の点Ａは、センサパッケージ１０６の質量を含んだプラットフォーム１０４の質量の中心である。ばね軸１２０Ａは、センサパケージ１０６を除いたプラットフォーム安定化システム１００の、正面及び側面の断面図を夫々が示す、図２ａ及び図２ｂに、より明確に示されている。
【００４１】
各分離器１２０は、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の直線運動を３自由度で許容し、更に、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の回転運動を３自由度で許容する。複数の分離器１２０は、協働して、支持フレーム１０２内でプラットフォーム１０４を直接的に支持する、実質的に対称配置の分離器群１２４を形成し、プラットフォーム１０４へ、支持フレーム１０２に対する６自由度を提供する。分離器群１２４は、好ましくは、姿勢的に独立している（attitude-independent）。本明細書で用いる「姿勢的に独立している」という用語は、全方向への移動量限界が、分離器群について、全体として、実質的に１Ｇを超える配置を示している。
【００４２】
分離器群１２４は、プラットフォーム１０４が支持フレーム内で動くことができるように、支持フレーム１０２から間隔を空けてプラットフォーム１０４を配置し、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の運動の、受動的な分離を提供する。プラットフォーム１０４は、模式的な分離器１２０や、複数の分離器により形成される模式的な分離器群１２４によって、回転に関して拘束されるものではない。
【００４３】
図４ａに概略的に示されているように、図１に示された特定の模式的なプラットフォーム安定化システム１００において、分離器群１２４は、仮想立方体Ｃの角に配置され、仮想立方体Ｃの質量中心Ａから実質的に外側へ放射状に延びる、実質的に同じ８つの圧縮ばね１２０を含む、立方体配置の分離器群である。別の実施形態では、分離器群が、関連するハードウェアに適合するように変更された、異なる配置の圧縮ばねを分離器として含んでいてもよい。例えば、図４ｂは、仮想正四面体Ｔの角に配置された４つの圧縮ばね１２０で構成される群を１群含む、四面体配置の分離器群４２４の概略的な描写を示しており、ここで、圧縮ばね１２０は、仮想正四面体Ｔの質量中心Ｍから実質的に外側へ放射状に延びている。図４ａに示されている立方体配置の分離器群は、２つの等しい大きさの、図４ｂに示されるような、四面体配置の分離器群４２４により形成されるものと考えることができ、この場合、図４ｇに示されるように、他方に対して１８０度回転された一方の四面体配置の分離器群４２４が互いに重ね合わされており、更に、任意の適切な組み合わせの、四面体配置の分離器群を利用することができる。別の模式的な分離構造は、本明細書により直ちに教示されて、当業者には明らかになるであろう。例えば、図４ｈに示されているように、分離器群４２４ｈは、仮想立方体Ｃの６つの面Ｆの中心を通って、仮想立方体Ｃの質量中心Ａから外側へ放射状に延びる、６つの分離器４２０ｈを含んでいてもよい。従って、圧縮ばねを分離器として利用する場合、ばね軸は、好ましくは、プラットフォーム内の共通の点から実質的に外側へ放射状に延びて、互いに反対に配置される実質的にバランスが取れたばね群を提供し、これにより、分離器群４２４ｈは、姿勢的に独立して、プラットフォーム軸Ｘ、Ｙ、Ｚ（図１参照）に沿った直線運動のための、実質的に同じばねレート（spring rate）を有することとなる。従って、分離器群は、任意の対称配置の圧縮ばね群を含むことができるため、それらのばね軸が、プラットフォームの外周の範囲内で、共通の点から実質的に外側へ放射状に延びている。共通の点は、通常、組み込まれた負荷を含むプラットフォームについての質量の中心であるか、或いは、それに非常に近いものである。
【００４４】
第１の模式的なプラットフォーム安定化システム１００において、分離器として使用される圧縮ばね１２０は、好ましくは、機械加工された多条螺旋の圧縮ばねであり、これは、同時に（in parallel）作用する２つ以上のばね要素を形成するように機械加工された一体構造物である。このため、多条螺旋の圧縮ばねは、協調して作用する複数の個別のばね要素として考えることができる。分離器群１２４が、その適度な直線剛性（stiffness）と比較して小さい回転剛性を有するように、圧縮ばね１２０は、軸方向に予圧がかけられて、正の横方向の（positive lateral）小さなばねレートを生じる。これは、圧縮ばねにおける円柱不安定現象（columnar instability phenomenon）を利用することによって達成される。
【００４５】
図３ａは、ばねの簡易数理モデル３００を示しており、そこでは、
「Ｋａ」が軸方向のばねレートであり、
「Ｋｌ」が横方向のばねレートであり、
「Ｋｂ」が曲げのばねレートであり、
「Ｋｔ」（図３ａには図示せず）が捩じれのばねレートであり、
「ｘ」が横方向の変位量であり、
「ｚ」が作動高さ（operating height）であり、
「Ｌ」が自由長さ（図示せず、自由長さはばねの標準の仕様）であり、
「ｌ」が長さであり、
「θ」が中心線の傾きであり、
「β」が終端の傾きである。
又、図３ａの簡易数理モデル３００には、下記の等式が当てはまる。
予圧Ｆａ＝Ｋａ（Ｌ−ｌ）
横力（Lateral）Ｆｌ＝Ｆａｓｉｎθ＋Ｋｌｘ＋Ｋｂ（θ／ｚ）＋Ｋｂ（β／ｚ）
【００４６】
直径に対するばね長の比率が増大するため、ばねの予圧が増大すると、図３ｂに示すように、図３ａに示したばねの数理モデルに基づき、横方向のばねレートが減少することになる。Ｘ軸を横切り、故に負のＹ値を有する予圧の曲線は、横方向に不安定であるが、Ｘ軸を横切らず、故に正のＹ値を有する予圧の曲線は、安定していると考えられる。従来の適用例では、概して、横方向のばねレートが負となる動作領域が回避される。ばね１２０が負のばねレートを有すると共に、ばね１２０が図４ａや図４ｂに示されたように配置される場合、各個別のばねの横方向の不安定性は、全体として、分離器群についての、回転の不安定性に帰着する。各ばね１２０について、正の横方向の小さなばねレートをもたらす予圧（すなわち、Ｘ軸に近いが横切らない予圧）を選択することによって、分離器群１２４、４２４は、所望の小さな回転特性及び適度な直線特性を達成するように構成することができ、それらの特性は、ジンバルやジンバルリング、及びそれらに関連する機械的装具を使用することなく、プラットフォーム１０４が、図１に示された直交する３本のプラットフォーム軸Ｘ、Ｙ、Ｚを回転軸として及びそれらの軸に沿って、制限された量の角運動及び直線運動を行うことを可能にする。従って、分離器群１２４、４２４は、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の限定的な直線運動を、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った３自由度で許容することになり、又、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の限定的な回転運動を、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした３自由度で許容することになり、そして、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の回転運動よりも、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の直線運動についての方が、実質的により抵抗力がある。
【００４７】
上述した分離器群１２４、４２４、及び、後述する分離器群４２４Ｃ、４２４Ｄのような、所与の直線剛性用に構成された、プラットフォーム安定化システムで使用するための分離器群は、好ましくは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動について、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも２倍の非減衰固有振動数を有している。より好ましくは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも３倍である。なお好ましくは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも５倍であり、より一層好ましくは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも１０倍である。プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数は、特定の適用例に合うように調整する必要があるかもしれないが、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数は、実際的に可能な限り低くするべきである。しかしながら、回転剛性に対する直線の比率を得るために、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォームの直線運動についての非減衰固有振動数を、適用例単独の要求以上に大きくする必要はない。
【００４８】
図３ｃは、図１及び図４ａに示した分離器群の、模式的な実施形態の回転特性を示している。この模式的な実施形態において、個別の分離器１２０の各々は、２条に（dual start）機械加工されたばねであり、軸方向のばねレートが約１８０ポンド／インチ（３１．５２Ｎ／ｍｍ）、横方向のばねレートが無負荷で約３０ポンド／インチ（５．２５４Ｎ／ｍｍ）、予圧時で約１０ポンド／インチ（１．７５１Ｎ／ｍｍ）、曲げのばねレートが約０．３５インチ・ポンド／度（２２６６Ｎｍｍ／ｒａｄ）、捩じれのばねレートが約０．２５インチ・ポンド／度（１６１８Ｎｍｍ／ｒａｄ）、そして直径に対する自由長さの比率が約３．７であった。試験の負荷の重量は約２０ポンド（９．０７１８５ｋｇ）であった。これは、システムに、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った直線運動についての非減衰固有振動数が約１５Ｈｚ、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数が約１．５Ｈｚ、という結果をもたらし、従って、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った直線運動についての非減衰固有振動数が、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸としたプラットフォームの回転運動についての非減衰固有振動数の、少なくとも１０倍になっている。これらは、航空用の（airborne）プラットフォーム安定化システムにふさわしい特性である。
【００４９】
図１で確認できるように、分離器１２０の各々は、支持フレーム１０２と、４つの実装機構１０８を含むプラットフォーム１０４との間に直接的に延びている。上述したように、プラットフォーム及び支持構造は、実装機構１０８や実装用突起１２８といった、分離器を取り付けるための機構を含むが、これらの構成部品は、プラットフォーム及び支持構造の一部を形成するものであり、更に、プラットフォームの運動を制約するものではない。
【００５０】
図１にも示されているが図６ｂで最もよく分かるように、模式的な図示の実施形態において、実装機構１０８の各々は、外側へ反対方向に延びるフィンガー部１２６を有し、又、支持フレーム１０２は、外側へ反対方向に延びる実装用突起１２８を４組含んでおり、各組が９０度間隔で配置されている。プラットフォーム安定化システム１００が組み立てられる際、実装機構１０８上のフィンガー部１２６と実装用突起１２８とは、互いに位置決めされるため、それらは、フィンガー部１２６と実装用突起１２８との、支持フレーム１０２の一方側に９０度間隔で配置される複数の対向するペアとなる。フィンガー部１２６及び実装用突起１２８の各々は、１つの分離器１２０の端部を受けるための、各自の凹部を有し、それらの凹部が互いに対向しており、そして、各分離器１２０は、フィンガー部１２６と実装用突起１２８との間の夫々で延び、従って、支持フレーム１０２とプラットフォーム１０４との間に直接的に延びている。
【００５１】
模式的な分離器群１２４は、更に後で説明する別の模式的な分離器群と同様に、プラットフォーム安定化システムにおいて、３自由度での受動的な直線分離を提供すると同時に、３自由度を有する屈曲ピボットとして機能するという、２つの役割を果たすものである。
【００５２】
プラットフォーム安定化システムにおける受動的な分離の役割は、システムへ加えられた振動を制振すること、すなわち、制御システムへの作業負荷を低減することである。受動的な分離で制振する目的は、共振現象での動的な増幅を制限するためである（図７参照、後述する）。機械的な制振は、全振動数にわたって作用して、負荷の目視線を乱すことがある連結力（coupling forces）を引き起こす。能動的制振（active damping）は、制御システムを利用して、当業界では周知の「スカイフック（sky hook）」技術を用いた制振を適用することができる。シャルトンらの米国特許第３，６０６，２３３号、ピンソンの米国特許第４，５３１，６９９号、トレスコット名義の米国特許出願公開第２００８／０１５８３７１Ａ１号は、受動型分離器の能動的制振の一例である。
【００５３】
回転軸（rotational pivot）を横切る制振は回避すべきであり、本明細書に記載している分離器群はプラットフォームと支持構造との間に直接的に延びているため、従来の機械的な制振は、本明細書に記載している分離器群には不適当であり、制振からプラットフォームを回転的に切り離すような、連続したジンバルシステムは存在しない。結果として、機械的な制振を、回転運動に適用することなく、プラットフォームの直線運動へ適用することは困難であり、回転的な制振（rotational damping）は、乱す力をプラットフォームへ加えることになる。トリッチューらの米国特許第５，８９７，２２３号及びマイヤーらの米国特許第７，３２０，３８９号は、玉継手ピボットに取り付けられた機械的なダッシュポット・ダンパーを利用して、主に制振を分離器の直線運動へ適用することを開示しているが、これは、玉継手ピボット内の摩擦が、妨害する回転力を負荷へ加えるため、本発明のプラットフォーム安定化システムで使用することについては不適当である。従って、能動的制振が、本明細書により教示するような分離器群に適用される場合、６自由度を有するボイスコイル・アクチュエータ群を含む能動型駆動システムが利用され、制振力が直線軸にのみ付与されると同時に、それが３回転自由度内でプラットフォームの目視線を安定化させる。図４ｄに示した種類の分離器（後述する）は、必要な制振のいくつか又は全てを、受動的に提供することができる。
【００５４】
従って、模式的なプラットフォーム安定化システム１００は、更に、支持フレーム１０２とプラットフォーム１０４との間に直接的に作用する能動型駆動システム１４０（図１、図５ａ、図８参照）と、その能動型駆動システム１４０へ連結され、センサ入力を受信してセンサ入力に応じて能動型駆動システムを制御するための制御システム１４２（図８参照）とを含む。本明細書で用いる「能動型駆動システム」という用語は、支持フレーム１０２に対する管理された運動を、プラットフォーム１０４に行わせるためのシステムを示している。後により詳しく説明するように、制御システム１４２は、能動的制振と、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の安定した運動とのために、センサ入力を利用して能動型駆動システム１４０を制御する。模式的なプラットフォーム安定化システム１００において、能動型駆動システム１４０は、６自由度の能動型駆動システムであり、この能動型駆動システムは、直交するプラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の直線運動を選択的に行わせることができると共に、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の回転運動を選択的に行わせることができる。分離器群１２４のような６自由度の分離器群と同時に、６自由度の能動型駆動システムを使用することは、駆動システムが制振力を提供することもできるため、受動的で無制振（undamped）でさえもある分離器の使用を可能にする。
【００５５】
模式的なプラットフォーム安定化システム１００の図示の実施形態では、能動型駆動システム１４０が、仮想円Ｓの円周上に約９０度間隔で配置された、４つの２軸式磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４（図５ａ参照）を含んでいる。図１、図６ａ、図６ｂで最もよく確認できるように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々は、支持フレーム１０２に搭載される第１部材１４４Ａと、プラットフォーム１０４に搭載される第２部材１４４Ｂとを含んでいる。図示の実施形態では、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々が、支持フレーム１０２に搭載されるコイル部材１４４Ａと、プラットフォーム１０４に搭載される磁気構造部材１４４Ｂとを含んでおり、別の実施形態では、コイル部材と磁気構造部材との位置関係が逆であってもよい。コイル部材１４４Ａの各々は、互いに直交するように配置されたループの形で、コイル保持部材１４６によって支持フレーム１０２の内面に固定された、２つの通電可能なコイル１４４Ａ１、１４４Ａ２（図６ａ、図６ｂ参照）を含んでいる。又、磁気構造部材１４４Ｂの各々は、プラットフォーム１０４に搭載されると共に間隔を空けて配置される、一対のＸ字状プレート１４８を含んでおり、各プレート１４８が、プレート１４８間の隙間に磁束領域を発生させるための、１つ以上の磁石を有している。プラットフォーム安定化システム１００を組み立てる間、コイル１４４Ａ１、１４４Ａ２と磁気構造部材１４４Ｂとは、最も外側のプレート１４８がコイル１４４Ａ１、１４４Ａ２によって形成されるループ内に設置され、コイル１４４Ａ１、１４４Ａ２によって形成されるループの最も内側の部材がプレート１４８間に設置されるように、配置される。図示及び説明した磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４は、単に代表的なものに過ぎず、別の種類の磁性ボイスコイル・アクチュエータを利用することもできる。
【００５６】
制御システム１４２は、プラットフォーム・サーボ駆動装置１８０（図８参照）を介して、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４へ連結され、プラットフォーム・サーボ駆動装置１８０は、制御システム１４２から制御信号を受信して増幅し、各磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の夫々のコイル１４４Ａ１、１４４Ａ２へ電流を送るものである。従って、制御システム１４２は、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の通電を制御して、管理されたモーメント及び直線力を、プラットフォーム１０４に対して付与することができる。
【００５７】
図６ａに示されているように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々は、実質的に直交する２本のモータ軸Ｍ１及びＭ２を有しており、プラットフォーム位置決め力を、２本のモータ軸Ｍ１及びＭ２に沿って付与できるが、２本のモータ軸Ｍ１及びＭ２と互いに実質的に直交する第３のモータ軸Ｍ３に沿って運動する自由を有している。従って、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々は、支持フレーム１０２とプラットフォーム１０４との間に作用して、第１のプラットフォーム位置決め力を、その第１のモータ軸Ｍ１に沿ってプラットフォームへ付与すると共に、第２のプラットフォーム位置決め力を、その第２のモータ軸Ｍ２に沿ってプラットフォームへ付与しながら、その第３のモータ軸Ｍ３に沿ったプラットフォームの自由な直線運動を許容する。同時に、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々は、その３本のモータ軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を回転軸とした、プラットフォーム１０４の自由な回転を許容する。モータ軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に沿った直線運動、及び、モータ軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を回転軸とした回転運動の文脈で用いている「自由」という用語は、限定された運動の範囲を課すように影響する物理的な停止を含む、磁性ボイスコイル・アクチュエータの物理的構造によって課される限定された運動の範囲内で、自由であることとして理解される。更に、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４が支持機能を提供しないものとして、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４のコイル１４４Ａ１、１４４Ａ２が、プレート１４８から間隔を空けて配置されるように、分離器群１２４が、支持フレーム１０２内にプラットフォーム１０４を支持することは、理解されるであろう。従って、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４は、支持フレーム１０２内にプラットフォーム１０４を支持せず、プラットフォーム１０４は、分離器群１２４によってのみ支持される。
【００５８】
図１及び図５ａで確認できるように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４は、直交するプラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の直線運動を選択的に行わせるように、かつ、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の回転を選択的に行わせるように、プラットフォーム１０４に対して配置される。より詳しくは、特にここで図５ａを参照すると、コイル１４４Ａ１を電流が通過するとき、それはモータ軸Ｍ１に沿った起電力を発生させる。同様に、コイル１４４Ａ２を電流が通過するとき、それはモータ軸Ｍ２に沿った起電力を発生させる。モータ軸Ｍ３は、磁気構造１４４Ｂのプレート１４８間の隙間において、それらの起電力を発生させるために使用される磁束領域の、全体的な方向を示している。全ての磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４のコイル１４４Ａ１が、同じ電流極性で通電された場合、合力のベクトルは、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各々のモータ軸Ｍ１と平行な、プラットフォーム軸ＸＰに沿うものとなる。しかしながら、下方の２つの磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４における電流の極性が反転していた場合、それらの力は、それらのモータ軸Ｍ１の各々と反対方向になる。その直線力は、模式的な実施形態においてはピッチ軸であるプラットフォーム軸ＹＰを回転軸としたモーメントを、打ち消すと共に作り出す。従って、コイル１４４Ａ１、１４４Ａ２内の電流の極性を変えることによって、能動型駆動システム１４０は、直線力及び回転モーメントを生じさせることができる。直線力は制振のために利用され、回転モーメントは、プラットフォーム１０４が負荷としてセンサ群を搭載している場合に特定の適用性（application）を有する目視線を、安定化するために利用される。
【００５９】
上述したように、図示の実施形態では、慣性計測装置１１０がプラットフォーム１０４内に配置されている。図８に概略的に示されているように、慣性計測装置１１０は、好ましくは光ファイバ式ジャイロ型のセンサである、３つの慣性角速度センサ（inertial rate sensor）１５２、１５４、１５６を含んでおり、それらは、支持フレーム１０２に対して規定される所定のプラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰ（図１及び図６ａ参照）を回転軸とした、プラットフォーム１０４の角運動を示す信号を提供する。好ましくは、図８に示されているように、プラットフォーム１０４に搭載される慣性計測装置１１０は、更に３つの慣性加速度センサ１５８、１６０、１６２を含んでおり、それらは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った、プラットフォーム１０４の直線運動を示す信号を提供する。慣性角速度センサ１５２、１５４、１５６、及び、慣性加速度センサ１５８、１６０、１６２は、制御システム１４２と接続され、慣性角速度センサ１５２、１５４、１５６と慣性加速度センサ１５８、１６０、１６２とによって生成された信号が、制御システム１４２へ送信される。従って、慣性計測装置１１０は、制御システム１４２と接続されており、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに関するプラットフォームの直線運動及び角運動を示す信号を、感知及び提供することができる。３つの慣性角速度センサと３つの慣性加速度センサとが図８に示されているが、他の実施形態は、３つよりも多くの慣性角速度センサ、及び／又は、３つよりも多くの慣性加速度センサを含んでいてもよい。
【００６０】
好ましくは、プラットフォーム安定化システム１００は、更に、プラットフォーム１０４に搭載され、角度センサシステム１６５と直線変位センサシステム１７１とを含む、位置センサシステム１６４を含んでいる。角度センサシステム１６５は、支持フレームに対するプラットフォーム１０４の角度位置を示す信号を、感知及び提供するものであり、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに対するプラットフォーム１０４の角度位置を示す信号を夫々が提供する、３つの角度位置センサ１６６、１６８、１７０を含んでいる。同様に、直線変位センサシステム１７１は、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の直線変位を示す信号を、感知及び提供するものであり、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿ったプラットフォーム１０４の直線変位を示す信号を夫々が提供する、３つの直線変位センサ１７２、１７４、１７６を含んでいる。更に、位置センサシステム１６４は、制御システム１４２と接続され、制御システム１４２へセンサ入力信号を送信する。
【００６１】
制御システム１４２は、慣性計測装置１１０及び／又は位置センサシステム１６４からの入力を利用して、プラットフォーム・サーボ駆動装置１８０を介して、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４を駆動することで、支持フレーム１０２に対するプラットフォーム１０４の運動の能動的制振を提供することができる。プラットフォーム安定化システム１００は、好ましくは、更に、制御システム１４２と通信可能に接続された、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信器１８４を含んでいる。ＧＰＳ受信器１８４は、外部ジンバル（例えば、図９の外部ジンバル機構１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ）の固定（ヨーイングしない）部位や、プラットフォーム安定化システム１００を搭載する航空機の内部に配置することができる。ＧＰＳ受信器１８４は、ＧＰＳ衛星の良好な視野に入るように、航空機の上部に取り付けてもよい。通常、ＧＰＳ受信器１８４は、前方及び後方取付部品１１２、１１４と支持フレーム１０２とによって形成される収容部の内部に配置されることはなく、これは、その収容部が通常は電磁気的にシールドされているためであるが、それがシールドされていなければ、ＧＰＳ受信器１８４は、そのような収容部の内部に配置されていてもよい。このため、制御システム１４２は、慣性計測装置１１０及びＧＰＳ受信器１８４からの信号を利用して、慣性航法処理を実行することができ、負荷の目視線の、地球表面との交点の地理的位置を計算する。この文脈において、「地球表面」という用語は、地球の実表面上のポイントを含むだけではなく、地球表面より上の特定の高さにあるポイントも含んでおり、そのポイントは多くの場合に「ターゲット（target）」と呼ばれる。更に、制御システム１４２は、慣性計測装置１１０及びＧＰＳ受信器１８４からの信号を利用して、画像式自動追跡装置（image based auto-trackers）を使用することなく、地理的位置やベクトル上の操向ループ（steering loops）を閉じることができる。この地理的な操向は、本発明に係るプラットフォーム安定化システムを、広範囲の継続的な監視（surveillance）といった多くの監視の適用について、自律的に動作させることができる。又、制御システム１４２は、プラットフォーム安定化システム１００を搭載している軌道に乗って周回する航空機の回転運動によって引き起こされる、地球に対する目視線の相対的な回転運動を、所与の負荷の画像統合期間中に最小化するために、負荷の目視線をその限定された運動の範囲内で「進め」て「固定」するように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４を駆動するために必要な、操向パラメータを算出する命令を保有している。これは、特に、広範囲の継続的な監視の適用において用いられる、超高ピクセル数の画像によく適している。
【００６２】
上述したように、プラットフォーム安定化システム１００全体は、図８で符号１１８により示された外部ジンバル機構に固定されるものであり、制御システム１４２が、外部ジンバル機構１１８をも制御することが好ましい。外部ジンバル機構１１８は、少なくとも方位軸駆動装置１８６と仰角軸駆動装置１８８とを含んでおり、３軸式の外部ジンバル機構については、更にロール軸駆動装置（図８には図示せず）を含んでいる。更に、外部ジンバル機構１１８は、制御システム１４２へ接続された外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６を含んでいる。制御システム１４２は、１つ以上の外部ジンバル・サーボ駆動装置１９８を介して、方位軸駆動装置１８６及び仰角軸駆動装置１８８と、更に存在するならばロール軸駆動装置と接続される。制御システム１４２は、プラットフォーム安定化システム１００及び外部ジンバル機構１１８を搭載する航空機の制御部といった、ジンバル制御入力ソース１９０から、ジンバル制御信号を受信し、更に、外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６からセンサ信号を受信し、この入力を利用して、方位軸駆動装置１８６及び仰角軸駆動装置１８８を作動させ、存在するならばロール軸駆動装置も同様に作動させる。
【００６３】
制御システム１４２は、汎用のコンピュータや専用のコンピュータであってもよく、或いは、他のプログラム可能なデータ処理装置であって、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４を制御するため、及び、方位軸駆動装置１８６及び仰角軸駆動装置１８８（３軸式の外部ジンバル機構の場合は同様にロール軸駆動装置）を制御するための命令を実行する、命令実行システムとして機能するものであってもよい。又、制御システム１４２は、任意の適切なハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとして実現されてもよい。模式的なプラットフォーム安定化システム１００において、制御システム１４２は、プラットフォーム安定化制御アルゴリズム２０２、慣性航法アルゴリズム２０４、慣性座標計算アルゴリズム２０６、地理的操向アルゴリズム２０８、電力管理アルゴリズム２１０、及び、外部ジンバル制御アルゴリズム２１２を含む命令を実行する。
【００６４】
プラットフォーム安定化制御アルゴリズム２０２の典型的な実装例において、制御システム１４２は、ヨー、ピッチ、及びロールの目視線（ＬＯＳ）の要望レート（rates）を表す、ジンバル制御入力ソース１９０からの外部のジンバル制御入力から得たデータを受け入れ、それらを、慣性計測装置１１０の慣性加速度センサ１５８、１６０、１６２により返される、ＬＯＳの計測レートと比較して、エラー信号を作り出す。ヨー、ピッチ、及びロールの目視線（ＬＯＳ）の要望レートは、外部のジンバル制御入力から、或いは、後述する地理的操向アルゴリズム２０８によって、算出することができる。制御システム１４２は、比例−積分−微分（ＰＩＤ）式の制御を実行して、算出したエラー信号に基づいてＬＯＳを安定化させるために必要な、ヨー、ピッチ、及びロールの要求トルクを算出することができる。ＰＩＤ制御は、計測値と要求値との間の差を、エラー信号として算出した後、エラーの削減を試みて入力変数を変更する。又、別の方式の制御方法を利用してもよい。そして、能動型駆動システム１４０を形成する磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の各コイル１４４Ａ１、１４４Ａ２において、要求トルクを生み出すために必要な電流が、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４の電磁気特性と、能動型駆動システム１４０の幾何学的配置（geometry）とに基づいて算出される。更に、プラットフォーム・サーボ駆動装置１８０は、目視線を安定化させるために必要なトルクが生み出されるように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４のコイル１４４Ａ１、１４４Ａ２に対して、正確な起電力を発生させるための正確な電流が供給されることを保証する。この処理は、通常、毎秒何千回も繰り返される。
【００６５】
慣性航法アルゴリズム２０４の典型的な実装例において、制御システム１４２は、ＧＰＳ受信器１８４からＧＰＳデータ（時間、位置、速度）を、慣性計測装置１１０から内部レート及び加速度データを、位置センサシステム１６４から角度位置データを、更に、外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６から角度位置データを受け入れる。位置センサシステム１６４及び外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６からの角度位置データは、ＧＰＳデータを慣性計測装置１１０の座標構造へ変換するために使用される。そして、慣性計測装置１１０についての慣性位置、慣性速度、及び慣性加速度が、当業界では周知の標準の慣性航法装置（ＩＮＳ）アルゴリズムを用いて算出される。更に、位置センサシステム１６４及び外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６からのデータは、プラットフォーム安定化システムを搭載している乗り物（例えば航空機）についての慣性位置、姿勢、進路、及び、軌道を、逆演算（back-compute）するために使用される。
【００６６】
慣性座標計算アルゴリズム２０６の典型的な実装例において、制御システム１４２は、慣性航法アルゴリズム２０４からの出力を使用し、地球についての数値標高マップ（ＤＥＭ）と組み合わせて、負荷の目視線が地球表面と交差するポイントの位置及び速度を算出する。この文脈において、「地球表面」という用語は、地球の実表面上のポイントを含むだけではなく、地球表面より上の特定の高さにあるポイントも含んでおり、そのポイントは多くの場合に「ターゲット」と呼ばれる。従って、制御システム１４２は、負荷の目視線が地球表面と交差するポイントの地理的位置を、慣性航法装置に算出させるための命令を保有する。
【００６７】
地理的操向アルゴリズム２０８の典型的な実装例において、制御システム１４２は、ジンバル制御入力ソース１９０から、所望のターゲットの地理的位置及び速度についてのジンバル制御入力を受け入れ、それを慣性座標計算アルゴリズム２０６の出力と比較して、位置及び速度のエラー信号を作り出す。制御システム１４２は、ＰＩＤ制御を利用して、エラーを最小限にするために必要な要求操向レートを計算することができ、要求操向レートは、ＰＩＤ制御の前又は後に、慣性計測装置１１０の座標構造へ変換してもよい。又、他の方式の制御方法を利用してもよい。地理的操向アルゴリズム２０８の出力は、プラットフォーム安定化制御アルゴリズム２０２へ、ヨー、ピッチ、及びロールの目視線（ＬＯＳ）の要望レートとして提供される。従って、地理的操向アルゴリズム２０８は、地理的位置を指定する負荷の目視線が維持されるように、地理ベースの操向制御ループを閉じるための命令を含んでいる。
【００６８】
電力管理アルゴリズム２１０の典型的な実装例において、制御システム１４２は、システム全体の電圧センサ、電流センサ、及び温度センサ（図示省略）からの入力を、システムの電流状態に関する他のデータと共に受け入れてもよい。様々なサブシステムにおいて、消費電力に関して既往値、現在値、及び予測値を用いることによって、システム全体のパフォーマンスを最大限にしながらも、システム全体の電力を特定範囲内に維持することができる。例えば、ヒーターやファン（図示省略）用の電力は、通常の要求よりも高い実行値の間、能動型駆動システム１４０へより多くの電力を供給するために、一時的に低減することができる。この方法では、競合するサブシステム間で、毎秒何千回も電力をやりくりすることができる。システム用の総体的な電力範囲は、総体的な消費電力を利用可能な電力範囲内に維持しながら、総体的なパフォーマンスを最大化するために、動的にすることができ、これにより、外部の主制御部が、いくつかのシステムに跨ったリアルタイムな電力管理を行うことができる。
【００６９】
外部ジンバル制御アルゴリズム２１２の典型的な実装例において、制御システム１４２は、外部ジンバル機構１１８から角度位置、レート、及び慣性角速度入力を、位置センサシステム１６４から角度位置データを、更に、ジンバル制御入力ソース１９０から（或いは、そこからのデータに基づいて地理的操向アルゴリズム２０８により算出した）要望レートデータを受け入れる。制御システム１４２は、位置センサシステム１６４からのデータを、外部ジンバル機構１１８の座標構造へ変換し、ＰＩＤ制御において、外部ジンバル機構１１８が目視線に倣うようにするためのエラー信号として使用する。加えて、制御システム１４２は、ジンバル制御入力ソース１９０からの要望レート、及び／又は、地理的操向アルゴリズム２０８の出力を、フィードフォワード項（feed-forward term）として使用してもよい。又、制御システム１４２は、外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６からのデータを、外部ジンバル機構１１８の座標構造へ変換された要望レートとの比較に使用して、ＰＩＤ式制御で要求レートを計算するために利用するエラー信号を作り出してもよい。位置センサシステム１６４、フィードフォワード計算、及び、外部ジンバル・慣性角速度センサ１９２、１９４、１９６からの要求レートの総計は、外部ジンバル機構アクチュエータに対する最終的な要求として使用される。
【００７０】
好適なプラットフォーム安定化制御アルゴリズム２０２、慣性航法アルゴリズム２０４、慣性座標計算アルゴリズム２０６、地理的操向アルゴリズム２０８、電力管理アルゴリズム２１０、及び、外部ジンバル制御アルゴリズム２１２の展開（development）は、当業者の能力（capability）の範囲内にあり、本明細書により直ぐに教示される。例えば、これに限定されるものではないが、ルイスの米国特許第６，２６３，１６０号の図８は、プラットフォーム安定化ループを示しており、トリッチューらの米国特許第５，８９７，２２３号の図７ａ及び図７ｂは、２軸式又は３軸式外部ジンバルシステム用の、内部及び外部制御ループのブロック図を示している。これらの特許内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００７１】
典型的な無制振の分離システム、能動的制振の分離システム、及び、受動的制振（弾性力を有する（elastomeric））の分離システムの伝達性能（transfer functions）を、図７において比較している。図７は、本明細書で説明したプラットフォーム安定化システムで利用する能動的制振によって提供される、改善された分離器の性能を示している。非減衰固有振動数を優に超える振動数では、能動的制振のシステムについての伝達率（transmissibility）が、振動数比（Ｗｎ／Ｗ）の２乗（square）に比例して転落（rolls off）する一方、受動型システムについての伝達率が、振動数比（Ｗｎ／Ｗ）により倍化される（multiplied）制振比率（Ｃ／Ｃｃ）の２倍に比例して転落している。これは、より高い制振が、より高い振動数での対応する伝達率の不利益を被ることなく、共振での動的増幅やＱ値を低減するために適用できることを意味している。更に、この転落が急傾斜のため、非減衰固有振動数は、分離システムの静的変位を低減するのに十分に押し上げることができる。弾性力を有する典型的な受動型システムは、±２Ｇのみの範囲で、停止に必要な移動量が±１／４”であるが、図１に示され、その性能が図７のグラフに記された能動型分離器は、±３Ｇの範囲で、停止に必要なプラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰでの移動量が±３／１６”のみである。これは、負荷量の効率の対応する増加に必要となる、動揺空間の有効な縮小を表している。この動揺空間の縮小は、更に、負荷量の効率を増大させるために必要な、分離器及びボイスコイル・アクチュエータの大きさ及び重量を低減させる。
【００７２】
模式的なプラットフォーム安定化システム１００において、能動型駆動システム１４０は、４つの磁性ボイスコイル・アクチュエータ１４４で構成される群を１群含んでいる。他の実施形態では、プラットフォーム安定化システムの能動型駆動システムが、より多くの、又はより少ない磁性ボイスコイル・アクチュエータを含んでいてもよい。
【００７３】
図５ｂは、６つの単軸式磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂで構成される群を１群含む、模式的な能動型駆動システム５４０Ｂの配置を示しており、磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂの各々は、支持フレームに搭載され、この場合には磁気構造部材である第１部材５４４Ｂ２と、プラットフォームに搭載され、この場合にはコイル部材である第２部材５４４Ｂ１とを含んでいる。又、磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂの各々は、プラットフォーム位置決め力がそれに沿って適用可能な１本のアクティブなモータ軸Ｍ２と、それらに関しての運動が自由である２本の非アクティブなモータ軸Ｍ１、Ｍ３とを有しており、３本の軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、実質的に互いに直交している。従って、磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂの各々は、支持フレームとプラットフォームとの間で作用することで、第１のプラットフォーム位置決め力を、第１のモータ軸Ｍ２に沿ってプラットフォームに対して付与させるのと同時に、第２のモータ軸Ｍ１及び第３のモータ軸Ｍ３の夫々に沿った、第２部材の自由な直線運動を許容し、更に、第２のモータ軸Ｍ１及び第３のモータ軸Ｍ３の夫々を回転軸とした、第２部材５４４Ｂ１の自由な回転を許容する。図５ｂで確認できるように、磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂは、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った、支持フレーム（図５ｂでの図示は省略）に対するプラットフォーム（図５ｂでの図示は省略）の直線運動を選択的に行わせると共に、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした、支持フレームに対するプラットフォームの回転を選択的に行わせるように、プラットフォームに対して配置される。より詳しくは、この磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂについては、コイル５４４Ｂ１を電流が通過するとき、それがモータ軸Ｍ２に沿った起電力を発生させる。対向する２つの磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂの極性が同じである場合、それらの磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂは、モータ軸Ｍ２と平行な直線力を生じさせることになり、対向する２つの磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂが反対の極性を有する場合、それらの磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂは、モータ軸Ｍ２と直交する軸を回転軸としたモーメントを生じさせることになる。従って、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った所望の直線運動、及び、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした所望の回転運動を、選択的な通電を介して達成することができる。図５ｂに符号５４２Ｂで概略的に示されている制御システムは、磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｂの通電を制御して、管理されたモーメント及び直線力をプラットフォームへ付与する。
【００７４】
図５ｃは、３つの２軸式磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃで構成される群を１群含む、模式的な能動型駆動システム５４０Ｃの配置を示している。磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃの各々は、支持フレーム（図５ｃでの図示は省略）とプラットフォーム（図５ｃでの図示は省略）との間で作用することで、第１のプラットフォーム位置決め力を、第１のモータ軸Ｍ１に沿ってプラットフォームに対して付与させると共に、第２のプラットフォーム位置決め力を、第２のモータ軸Ｍ２に沿ってプラットフォームに対して付与させ、同時に、第３のモータ軸Ｍ３に沿った、プラットフォームの自由な直線運動を許容すると共に、実質的に互いに直交する３本のモータ軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を回転軸とした、プラットフォームの自由な回転を許容する。磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃは、プラットフォームのプラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰに沿った、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動を選択的に行わせると共に、プラットフォーム軸ＸＰ、ＹＰ、ＺＰを回転軸とした、支持フレームに対するプラットフォームの回転を選択的に行わせるように、プラットフォームに対して配置される。特に、図５ｃで確認できるように、全ての磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃの同じコイル５４４ＣＡ１が、同じ電流極性で通電された場合、合力のベクトルは、（磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃの各々のモータ軸Ｍ１と平行な）プラットフォーム軸ＸＰに沿うものとなる。しかしながら、下方（図５ｃの左下）の磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃのコイル５４４ＣＡ１における電流の極性が反転しており、かつ、図５ｃの右側のコイル５４４ＣＡ１における電流がゼロであった場合、合力は、プラットフォーム軸ＹＰを回転軸としたモーメントを生み出すことになる。上方及び下方（図５ｃの左側）の磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃが、それらのモータ軸Ｍ１に沿ったユニット力（unit force）を発生させるように通電され、かつ、３つ目（図５ｃの右側）の磁性ボイスコイル・アクチュエータ５４４Ｃが、反対の極性を有することになり、更に２ユニットの力（force of two units）を発生させるように通電された場合、それらはプラットフォーム軸ＺＰを回転軸としたモーメントを生み出すことになる。コイル５４４ＣＡ１、５４４ＣＡ２における電流の大きさ及び方向を変えることで、６自由度での制御が可能となる。制御システム５４２Ｃ（540C）は、ボイスコイル・アクチュエータの通電を制御して、管理されたモーメント及び直線力をプラットフォームへ付与する。
【００７５】
図１から図３ｃ、図５ａ、図６ｂ、及び図８に示した模式的なプラットフォーム安定化システム１００では、分離器が圧縮ばね１２０の形態を採用している。これは単に代表的な分離器の一例に過ぎず、別の種類の分離器を使用して、本明細書の開示に従うプラットフォーム安定化システムを構築してもよい。
【００７６】
図４ｃは、直列に配置された３つの単軸式屈曲ピボット４２２Ｃを含む３軸式の屈曲ピボット部材４２０Ｃの形態をとった、模式的な分離器４２０Ｃを示しており、屈曲ピボット４２２Ｃは、間隔保持部材４３０Ｃによって互いに離されている。各屈曲ピボット４２２Ｃは、各自のピボット軸４３２Ｃを有しており、それらのピボット軸４３２Ｃは、プラットフォーム（図４ｃでは図示省略）内の共通の点Ｐで実質的に交差している。屈曲ピボット部材４２０Ｃは、一体構造であることが好ましく、又、間隔保持部材４３０Ｃは、例えば図４ｅに示すような分離器群に用いられたときに、直線剛性と回転剛性との所望の比率をもたらすように設計することができる。
【００７７】
図４ｅは、各々が支持フレーム４０２Ｃとプラットフォーム４０４Ｃとの間に直接的に延びる、複数の３軸式屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃを含む、模式的な対称構造の分離器群４２４Ｃを示している。分離器４２０Ｃを構成する屈曲ピボット４２２Ｃが対称配置ではないが、分離器群４２４Ｃが対称配置である。
【００７８】
支持フレーム４０２Ｃが複数の実装用突起４２８Ｃを含むと共に、プラットフォーム４０４Ｃが外側へ延びた複数のフィンガー部４２６Ｃを含んでおり、フィンガー部４２６Ｃと実装用突起４２８Ｃとの間の夫々で、屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃの各々が延びている。図示の実施形態では、屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃが、仮想四面体Ｔの頂点に配置されているが、別の実施形態は、図４ａに示した配置と同じ様に、仮想立方体の頂点に配置された屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃを有する等といった、他の配置を利用してもよい。各屈曲ピボット部材４２０Ｃの３本のピボット軸４３２Ｃは、プラットフォーム４０４Ｃ内の同じ共通の点Ｐで実質的に交差しており、従って、図４ｅには４つの屈曲ピボット部材４２０Ｃが存在し、夫々が３本のピボット軸４３２Ｃを有しているため、合計で１２本のピボット軸４３２Ｃとなり、そして、１２本全てのピボット軸４３２Ｃが、同じ共通の点Ｐで実質的に交わっている。共通の点Ｐは、プラットフォーム４０４Ｃの質量の中心である。
【００７９】
屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃの各々は、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの直線運動を３自由度で許容し、更に、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの回転運動を３自由度で許容する。屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃは、協働して、姿勢的に独立した分離器群４２４Ｃを形成し、この分離器群４２４Ｃは、支持フレーム４０２Ｃ内でプラットフォーム４０４Ｃを直に支持し、プラットフォーム４０４Ｃに支持フレーム４０２Ｃからの間隔を設けている。圧縮ばね１２０を分離器として用いた分離器群１２４と同様に、屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃを用いた分離器群４２４Ｃは、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの限定的な直線運動を３自由度で許容すると共に、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの限定的な回転運動を３自由度で許容し、更に、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの回転運動よりも、支持フレーム４０２Ｃに対するプラットフォーム４０４Ｃの直線運動の方が、実質的に抵抗力がある。屈曲ピボット４２２Ｃは、回転に関する拘束が考慮されることがあるが、プラットフォーム４０４Ｃは、模式的な屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃによる、或いは、屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃによって形成される模式的な分離器群４２４Ｃ（図４ｅ参照）による、回転に関する拘束を受けるものではない。
【００８０】
図４ｄは、分離器について更に別の模式的な構成を示しており、この場合にはダイヤフラム式（diaphragm-based）分離器４２０Ｄである。模式的なダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、一端が開口した略円柱状で中空の、第１及び第２のハウジング４３０Ｄを含んでおり、各ハウジングが、その内部に備えられたダイヤフラム受け部４３１Ｄを有している。ハウジング４３０Ｄは、ダイヤフラム受け部４３１Ｄが互いに対向するように配置される。更に、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、２つの対向する実質的に同一の、略円形のダイヤフラム４３２Ｄを含み、ダイヤフラム４３２Ｄの各々は、その周縁部４３３Ｄが一方のハウジング４３０Ｄによって支持され、そのハウジング４３０Ｄのダイヤフラム受け部４３１Ｄを横切って広がっている。ダイヤフラム４３２Ｄは、ダイヤフラム４３２Ｄの半径方向中心部４３５Ｄの間で延びる、捩じれ屈曲部材４３４Ｄによって互いに連結される。従って、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、互いに連結されて協働して作用する、複合的な分離器要素の一例である。分離器群（例えば、図４ｆに示す分離器群４２４Ｄ）に利用された場合、一方のハウジング４３０Ｄが支持フレーム４０２Ｄへ接続されると共に、他方のハウジング４３０Ｄがプラットフォーム４０４Ｄへ接続され、これにより、各分離器４２０Ｄについて、一方のダイヤフラム４３２Ｄが支持フレーム４０２Ｄへ接続され、他方のダイヤフラム４３２Ｄがプラットフォーム４０４Ｄへ接続される。図示の実施形態において、ダイヤフラム４３２Ｄは、同心円状にひだが設けられたベローフラムの形を成す金属構造であり、他の実施形態では、放射状（spoked）構造、クロックスプリング構造、或いは、型加工された弾性構造を採用してもよい。捩じれ屈曲部材４３４Ｄは、軸方向に弾性があることが好ましく、軸方向の剛性と横方向の剛性との、所望の比率をもたらすのに、十分な長さを有している。いくつかの実施形態では、捩じれ屈曲部材４３４Ｄが、つる巻きばねを含んでいてもよい。ある種の屈曲部材は、ダイヤフラムの間に作用する回転に関する拘束が考慮されることがあるが、プラットフォーム４０４Ｄは、模式的なダイヤフラム式分離器４２０Ｄによる、或いは、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄによって形成される模式的な分離器群４２４Ｄ（図４ｆ参照）による、回転に関する拘束を受けるものではない。
【００８１】
図示の実施形態において、捩じれ屈曲部材４３４Ｄは、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄの横方向の移動を制限するために、ストッパ４３６Ｄを搭載している。図４ｄに示されている代表的なストッパ４３６Ｄは、ディスク状を成しており、横移動中にディスク状のストッパ４３６Ｄが、ハウジング４３０Ｄの縁４３７Ｄに接触するまで傾く（tip）ことにより、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄの更なる横移動を阻止するものである。
【００８２】
図４ｄに示された模式的な実施形態において、ダイヤフラム４３２Ｄの各々は、流体不浸透性を有し、又、ハウジング４３０Ｄの各々は、各ダイヤフラム４３２Ｄと協働して、ダンピングリザーバ４３８Ｄを形成している。ダンピングリザーバ４３８Ｄの各々は、各シンクリザーバ４３９Ｄと流体連通状態にあり、ダンピング流体を各ダンピングリザーバ４３８Ｄから各シンクリザーバ４３９Ｄへ移すことで、各ダイヤフラム４３２Ｄの軸方向運動を制振する。より詳しくは、図示の実施形態では、ハウジング４３０Ｄの各々が各ダイヤフラム４３２Ｄと協働して、収容部４４１Ｄを形成している。各収容部４４１Ｄを横切って円錐台状のフランジ付き仕切部材４４３Ｄが延びており、各収容部４４１Ｄを、ダンピングリザーバ４３８Ｄとシンクリザーバ４３９Ｄとに分けている。ダンピングリザーバ４３８Ｄの各々は、各仕切部材４４３Ｄの中心にある開口部４４９Ｄを介して、各シンクリザーバ４３９Ｄと流体的に連通している。ダンピングリザーバ４３８Ｄは、オイル等の適切な流体で満たすことができ、その流体は、ダイヤフラム４３２Ｄの中心における軸方向運動によって、各仕切部材４４３Ｄの中心にある開口部４４９Ｄを介して、シンクリザーバ４３９Ｄへと送出され、これにより、軸方向運動の速度にのみ釣り合った制振力が発生する。横方向運動中のキャビティにおける容量変化はとても小さいため、横方向運動のための部材における横方向の制振は、最小化されることになる。各仕切部材４４３Ｄのフランジ部４４５Ｄと、各ダイヤフラム４３２Ｄの周縁部４３３Ｄとは、各ハウジング４２０Ｄの内面にある各環状凹部４４７Ｄで支えられている。
【００８３】
模式的なダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、開口部４４９Ｄを介した流体の移動により、受動的な制振を提供するが、それらは、能動的な制振を提供するように変更されてもよく、これは、開口部の領域を制御するアクチュエータを使用することによって実現されるか、或いは、開口部で電気コイルを使用し、更に制振用の流体として適切な磁性流体を使用することで、開口部のあたりにある流体の粘度を制御することによって実現される。
【００８４】
図３ｄは、代表的な分離器４２０Ｄのようなダイヤフラム式分離器の簡易数理モデル３２０を示している。この数理モデルは、一端が開口した対向する２つのハウジング３３０から形成されており、各ハウジング３３０は、開口した一端を横切って延びるダイヤフラム３３２を有し、ダイヤフラム３３２は、その中心部において捩じれ屈曲部材３３４により連結されている。ダイヤフラム式分離器の簡易数理モデル３２０では、
「ＫａＤ」がダイヤフラムの軸方向のばねレートであり、
「ＫｌＤ」がダイヤフラムの横方向のばねレートであり、
「ＫｍＤ」がダイヤフラムの回転方向（moment）のばねレートであり、
「ＫｔＤ」がダイヤフラムの捩じれのばねレートであり、
「ＫａＴ」が捩じれ屈曲部材の軸方向のばねレートであり、
「ＫｌＴ」が捩じれ屈曲部材の横方向のばねレートであり、
「ＫｂＴ」が捩じれ屈曲部材の曲げのばねレートであり、
「ＫｔＴ」が捩じれ屈曲部材の捩じれのばねレートであり、
「Ｌ」が捩じれ屈曲部材の長さである。
又、図３ｄの簡易数理モデル３２０では、
横方向の剛性が「２ＫｍＤＬ」により支配され（dominated）、
捩じり剛性が「ＫｔＴ」により支配され、
軸方向の剛性Ｋａ＝１／（（２／ＫａＤ）＋（１／ＫａＴ））、となる。
【００８５】
ここで、各々が支持フレーム４０２Ｄとプラットフォーム４０４Ｄとの間に直接的に延びた複数のダイヤフラム式分離器４２０Ｄを含む、模式的な分離器群４２４Ｄを示す図４ｆを参照する。屈曲ピボット部材型分離器４２０Ｃを採用した図４ｅに示した実施形態と同様に、図４ｆに示した実施形態では、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄが、プラットフォーム４０４Ｄの質量中心から外側へ放射状に延びるように、仮想四面体Ｔの頂点に配置されているが、他の実施形態は別の配置を使用してもよい。例えば、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、図４Ａに示した配置と同様に、仮想立方体の頂点に配置されていてもよい。
【００８６】
ダイヤフラム式分離器４２０Ｄの各々は、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの直線運動を、３自由度で許容し、更に、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの回転運動を、３自由度で許容する。従って、ダイヤフラム式分離器４２０Ｄは、協働して、姿勢的に独立した分離器群４２４Ｄを形成し、この分離器群４２４Ｄは、支持フレーム４０２Ｄ内でプラットフォーム４０４Ｄを直に支持し、プラットフォーム４０４Ｄに支持フレーム４０２Ｄからの間隔を設けている。分離器群４２４Ｄは、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの限定的な直線運動を、３自由度で許容すると共に、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの限定的な回転運動を、３自由度で許容する。ダイヤフラム式分離器４２０Ｄの構造及び配置により、分離器群４２４Ｄは、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの回転運動よりも、支持フレーム４０２Ｄに対するプラットフォーム４０４Ｄの直線運動の方が、実質的に抵抗力がある。
【００８７】
図４ｃの分離器群４２４Ｃのような、屈曲ピボット部材型分離器を含む分離器群や、図４ｄの分離器群４２４Ｄのような、ダイヤフラム式分離器を含む分離器群は、図５ａ、図５ｂ、図５ｃの夫々に示した能動型駆動システム１４０、５４０Ｂ、５４０Ｃ、及び、図８に示した制御システム１４２のような、能動型駆動システム及び制御システムと組み合わせることができる。
【００８８】
上述した模式的なシステムは、支持構造の運動から負荷を分離する方法の模式的な実装例である。この方法は、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な直線運動を、直交する３本のプラットフォーム軸に沿った３自由度で許容すること、支持フレームに対するプラットフォームの限定的な回転運動を、３本のプラットフォーム軸を回転軸とした３自由度で許容すること、同時に、プラットフォームを回転に関して拘束することなく、支持フレームに対するプラットフォームの回転運動よりも、実質的に大きい抵抗力を、支持フレームに対するプラットフォームの直線運動の方に提供すること、を含んでいる。
【００８９】
様々な実施形態に従った方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品を示すブロック図（図８）を参照して、本技術の態様を説明してきた。この点について、図８のブロック図は、本技術の様々な実施形態に従ったシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の、可能な実装の構成、機能、及び動作を示している。例えば、ブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、或いは、特定の（複数の）論理機能を実行するための実行可能な命令を１つ以上含むコードの一部を示している。更に、ブロック図の各ブロック、及び、ブロック図の複数ブロックの組み合わせは、特定の機能や動作を実行するハードウェアベースの専用システム、或いは、専用のハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって、実現可能であることも述べておく。
【００９０】
更に、ブロック図内の各ブロック、及び、ブロック図内の複数ブロックの組み合わせが、コンピュータプログラム命令によって実現できることは、理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータのプロセッサ、専用コンピュータのプロセッサ、或いは、他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサへ提供され、そして、コンピュータのプロセッサや他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、ブロック図内に明示された機能／動作を実行する手段を生み出すような、機械装置が構築される。
【００９１】
更に、これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータへ、他のプログラム可能なデータ処理装置へ、或いは、他のデバイスへ指示することができる、コンピュータ読み取り可能な媒体に格納して、特定の方法で機能することができ、これにより、コンピュータ読み取り可能な媒体に格納された命令は、ブロック図内の単数や複数のブロックで明示された機能／動作を実行する命令を含む製品を作り出す。又、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ上、他のプログラム可能なデータ処理装置上、或いは、他のデバイス上へ読み込まれ、そして、コンピュータ上、他のプログラム可能な装置上、或いは、他のデバイス上で実行されて、コンピュータ実行処理を生じることになる、連続した作業ステップを与えることができ、これにより、コンピュータや他のプログラム可能な装置上で実行される命令は、ブロック図のブロックで明示された機能／動作を実行するための処理を提供する。
【００９２】
本明細書に記載された方法を実行することができるコンピュータシステムの実例を、図１０にブロック図として示している。コンピュータシステムの実例は、全体として参照符号１０００で示されており、表示装置１００２、キーボード１００４Ａとポインティングデバイス１００４Ｂとで形成される入力装置、コンピュータ１００６、及び、外部装置１００８を含んでいる。ポインティングデバイス１００４Ｂがマウスとして図示されているが、他の種類のポインティングデバイスやタッチスクリーン式の表示装置を使用してもよいことは、理解されるであろう。
【００９３】
コンピュータ１００６は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０１０等の、１つ以上のプロセッサ又はマイクロプロセッサを含むことができる。ＣＰＵ１０１０は、算術計算及び機能制御を行い、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）であることが好ましい内部メモリ１０１２に格納された、或いは、追加メモリ１０１４に格納された、ソフトウェアを実行する。追加メモリ１０１４には、例えば、大容量記憶装置、ハードディスクドライブ、光学ドライブ（ＣＤ及びＤＶＤドライブを含む）、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ（ＬＴＯ、ＤＬＴ、ＤＡＴ、ＤＣＣを含む）、フラッシュドライブ、ビデオゲーム装置で見られるようなプログラム・カートリッジ及びカートリッジ・インターフェース、ＥＰＲＯＭやＰＲＯＭといったリムーバブル・メモリチップ、ホログラフィック記憶装置等の新興の記憶媒体、或いは、当業界で周知の類似の記憶媒体が含まれる。この追加メモリ１０１４は、物理的にコンピュータ１００６の内部にあってもよく、図１０に示すように外部にあってもよく、それら双方にあってもよい。
【００９４】
更に、コンピュータシステム１０００は、コンピュータプログラムや他の命令を読み込ませることができる、別の類似手段を含んでいてもよい。そのような手段には、例えば、コンピュータシステム１０００と外部システムとネットワークとの間で、プログラム及びデータを送信することが可能な、通信インターフェース１０１６が含まれる。通信インターフェース１０１６の例には、モデム、イーサネット（登録商標）カード等のネットワーク・インターフェース、無線通信インターフェース、或いは、シリアル又はパラレル通信ポートが含まれていてよい。通信インターフェース１０１６を介して送信されるソフトウェア及びデータは、電子信号、音響信号、電磁信号、光学信号、或いは、通信インターフェース１０１６によって受信可能な他の信号であってもよい、信号の形式になる。当然のことながら、１つのコンピュータシステム１０００に複数のインターフェースを備えることができる。
【００９５】
コンピュータ１００６への入力、及び、コンピュータ１００６からの出力は、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１０１８により管理される。このＩ／Ｏインターフェース１０１８は、表示装置１００２、キーボード１００４Ａ、外部装置１００８、及び、コンピュータシステム１０００の他のそのような構成品の、制御を管理し、同じく、様々なセンサからの入力を管理する。更に、コンピュータ１００６は、画像処理装置（ＧＰＵ）１０２０を含んでいる。ＧＰＵ１０２０は、算術計算用にＣＰＵ１０１０の補助役として、又はＣＰＵ１０１０の代わりに、計算的な用途に使用することができる。
【００９６】
コンピュータシステム１０００の様々な構成品は、直接的に、或いは、適切なバスに接続されることで、互いに接続される。本明細書で説明したようなプラットフォーム安定化システムの制御システム用に使用されるコンピュータシステムが、上述したいくつかの構成品を省いてもよいことは、理解されるであろう。
【００９７】
本明細書で使用している「コンピュータシステム」という用語は、任意の特定種類のコンピュータシステムに限定するものではなく、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン等のネットワーク接続された携帯無線遠距離通信計算装置、タブレット型コンピュータ、他の種類のコンピュータシステムも同様に含むものである。
【００９８】
当業者により理解されるように、本明細書で説明した技術の態様は、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品としての形態を取り得るものである。従って、本明細書で説明した技術の態様は、完全なハードウェア形態、完全なソフトウェア形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、或いは、ソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた形態の形式を取り得るものであり、それらの全てが、「回路」、「モジュール」、「システム」として、概略的に本明細書に示されている。更に、説明した本技術の態様は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードを実装した、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体の形態を成す、コンピュータプログラム製品の形式を取り得るものである。
【００９９】
本明細書で説明した技術の態様が、コンピュータプログラム製品として実現される場合、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を、任意に組み合わせて利用することができる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ読み取り可能な信号媒体であってもよく、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば、これらに限定されるものではないが、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式又は半導体式の、システム、装置又はデバイスであってよく、或いは、それらを適切かつ任意に組み合わせたものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体のより具体的な例（包括的でないリスト）には、１本以上の配線を有する電気接続、携帯式のコンピュータ・フロッピーディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去及びプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯式コンパクトディスク型の読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、又は、それらの適切かつ任意の組み合わせが含まれる。本明細書の文脈において、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、命令を実行するシステム、装置、又はデバイスにより使用するための、或いは、それらに関連して使用するためのプログラムを、包含又は格納することが可能な任意の有形媒体であってもよい。従って、本明細書で説明した技術の態様を実現するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードは、コンピュータ１００６のメモリ１０１２、コンピュータ１００６の外側にあるコンピュータ使用可能な又はコンピュータ読み取り可能な媒体、或いは、それらの任意の組み合わせに、包含又は格納されてもよい。
【０１００】
コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、ベースバンド方式で、又は搬送波の一部として、内部にコンピュータ読み取り可能なコードが組み込まれた、伝達データ信号を含んでもよい。そのような伝達信号は、電磁式、光学式、又はそれらの適切かつ任意の組み合わせを含むが、それらに限定されるものではない、任意の様々な形式を取ることができる。コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体ではなく、かつ、命令を実行するシステム、装置、又はデバイスにより使用するための、或いはそれらに関連して使用するためのプログラムを、通信、伝達、又は送信することができる、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体であってよい。
【０１０１】
コンピュータ読み取り可能な媒体に組み込まれたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、無線周波数、及びそれに類似したもの、又はそれらの適切かつ任意の組み合わせを含むが、それらに限定されるものではない、任意の適切な媒体を使用して送信することができる。ここで説明した技術の態様についての動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、オブジェクト指向のプログラミング言語と、手続型の従来のプログラミング言語とを含む、１つ以上のプログラミング言語を任意に組み合わせて書き込むことができる。プログラムコードは、全体的に利用者のコンピュータ上で、部分的に利用者のコンピュータ上で、スタンドアローン型のソフトウェアパッケージとして、部分的に利用者のコンピュータ上かつ部分的にリモートコンピュータ上で、或いは、全体的にリモートコンピュータ又はサーバ上で、実行することができる。その後半のシナリオにおいて、リモートコンピュータは、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）やワイドエリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介して、利用者のコンピュータと接続することができ、或いは、その接続が外部のコンピュータ（例えば、インターネット・サービスプロバイダを利用したインターネットを介して）により成されるものであってもよい。
【０１０２】
最後に、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のものであり、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用されている単数形の「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その（the）」は、文脈がそうではないことを明らかに示さない限り、同様に複数形を含むように意図されている。更に、「含む（comprise）」及び／又は「含んでいる（comprising）」という用語は、本明細書で使用された場合、所定の特徴、整数（integers）、ステップ、動作、構成要素、及び／又は、構成部品が存在することを明示しており、１つ以上の別の特徴、整数、ステップ、動作、構成要素、構成部品、及び／又は、それらの集合が、存在すること又は付加されることを妨げるものではないことは、理解されるであろう。
【０１０３】
添付のクレーム内の、対応する構造、部材、動作、及び全ての方法又はステップの同等物、更に機能要素（function elements）は、明確な請求として別のクレーム要素と組み合わされた機能を果たすための、あらゆる構造、部材、又は動作を含むように意図されている。本明細書は、解説及び説明を目的として記載されているが、網羅する又は開示の形態に限定することを意図したものではない。当業者には、クレームの範囲から逸脱せずに、多くの部分的変更及びバリエーションが明らかになる。本技術の本質及び実践的な適用を好適に説明するために、かつ、他の当業者が、意図した特定の利用に適したものとして、様々な変更が成された様々な実施形態についての技術を理解することができるように、実施形態が選択されて記載されている。
【０１０４】
いくつかの一般に好適な実施形態を、例を挙げて説明してきた。クレームで規定したような本発明の範囲から逸脱することなく、複数のバリエーション及び部分的変更が可能なことは、当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【０１０５】
１００：プラットフォーム安定化システム、１０２、４０２Ｃ、４０２Ｄ：支持フレーム、１０４、４０４Ｃ、４０４Ｄ：プラットフォーム、１１０：慣性計測装置、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ：外部ジンバル機構、１２０、４２０ｈ：分離器（圧縮ばね）、１２０Ａ：ばね軸、１２４、４２４、４２４Ｃ、４２４Ｄ、４２４ｈ：分離器群、１４０、５４０Ｂ、５４０Ｃ：能動型駆動システム、１４２、５４２Ｃ：制御システム、１４４、５４４Ｂ、５４４Ｃ：磁性ボイスコイル・アクチュエータ、１４４Ａ、５４４Ｂ２：第１部材、１４４Ｂ、５４４Ｂ１：第２部材、１５２、１５４、１５６：慣性角速度センサ、１５８、１６０、１６２：慣性加速度センサ、１６５：角度センサシステム、１７１：直線変位センサシステム、１８４：ＧＰＳ受信器、４２０Ｃ：分離器（屈曲ピボット部材）、４２２Ｃ：単軸式屈曲ピボット、４３２Ｃ：ピボット軸、４２０Ｄ：ダイヤフラム式分離器、４３０Ｄ：第１及び第２のハウジング、４３１Ｄ：ダイヤフラム受け部、４３２Ｄ：ダイヤフラム、４３３Ｄ：周縁部、４３４Ｄ：捩じれ屈曲部材、４３５Ｄ：半径方向中心部、４３６Ｄ：ストッパ、４３８Ｄ：ダンピングリザーバ、４３９Ｄ：シンクリザーバ、４４１Ｄ：収容部、４４３Ｄ：仕切部材、４４９Ｄ：開口部、Ａ、Ｍ、Ｐ：共通の点（質量中心）、Ｃ：仮想立方体、Ｆ：６つの面、ＡＦ：面の中心、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３：モータ軸、Ｓ：仮想円、Ｔ：仮想正四面体
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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