(57)【要約】【課題】直交する３本の回転軸周りの円滑な回転を確保しつつ、全体の重量を軽減出来る様な３軸モーションテーブルの提供。【解決手段】一対の両端支持脚（１、１）により第１の回転軸（２）周りで回転可能に取り付けられた外側の枠体（３）と、外側の枠体（３）により第２の回転軸（４）周りで回転可能に取り付けられた（全体が、例えば、概略ロ字状の）中間の枠体（５）と、中間の枠体（５）により第３の回転軸（６）周りで回転可能に取り付けられた（全体が、例えば、概略ロ字状の）内側の枠体（７）とを有しており、内側の枠体（７）は供試体（Ｊ）の保持機構を有しており、前記両端支持脚（１、１）の一方には外側の枠体（３）を回転するための第１のモータ（Ｍ１）が設けられており、外側の枠体（３）には中間の枠体（５）を回転するための第２のモータ（Ｍ２）が設けられており、中間の枠体（５）には内側の枠体（７）を回転するための第３のモータ（Ｍ３）が設けられている。【選択図】  図１
2004340718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の両端支持脚により第１の回転軸周りで回転可能に取り付けられた外側の枠体と、外側の枠体により第２の回転軸周りで回転可能に取り付けられた中間の枠体と、中間の枠体により第３の回転軸周りで回転可能に取り付けられた内側の枠体とを有しており、内側の枠体は供試体の保持機構を有しており、前記支持脚の一方には外側の枠体を回転するための第１のモータが設けられており、外側の枠体には中間の枠体を回転するための第２のモータが設けられており、中間の枠体には内側の枠体を回転するための第３のモータが設けられていることを特徴とする３軸モーションテーブル。
【請求項２】
前記外側の枠体、中間の枠体、内側の枠体は相似系であり、中間の枠体内側には内側の枠体が回転可能な大きさの空間が形成され、外側の枠体内側には中間の枠体が回転可能な大きさの空間が形成されている請求項１の３軸モーションテーブル。
【請求項３】
３軸の各モータ軸からの回転角センサを備え、回転角センサからの信号を電子的に加工した角速度信号を得て、目標角度信号及び目標角速度信号と各々比較することで、目標角度及び目標角速度との差異を最小にする制御信号を発生して前記第１〜第３のモータを制御し、以って、３次元空間における目標回転角度及び目標回転速度を達成する様に構成されている請求項１、２の何れかの３軸モーションテーブル。
【請求項４】
構成要素の仕様を決定する仕様決定工程と、有限要素法を用いて、決定された仕様の３軸モーションテーブルの運用帯域幅と枠体の振動領域とを比較する比較工程とを有し、運用帯域幅と振動領域とが重複する周波数領域が存在する場合か、或いは、運用帯域幅最大周波数と振動領域最小周波数との差が所定値以下である場合に、振動領域最小周波数が運用帯域幅最大周波数に対して所定値以上になるまで、前記仕様決定工程及び比較工程とを繰り返すことを特徴とする３軸モーションテーブルの設計方法。
【請求項５】
３軸の各モータ軸からの回転角センサを備え、回転角センサからの信号を電子的に加工した角速度信号を得て、目標角度信号及び目標角速度信号と各々比較することで、目標角度及び目標角速度との差異を最小にする制御信号を発生して前記第１〜第３のモータを制御し、以って、３次元空間における目標回転角度及び目標回転速度を達成する様に構成されており、振動領域最小周波数が運用帯域幅最大周波数に対して所定値以上になる様に構成されている請求項１、２の何れかの３軸モーションテーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、ロケット、人工衛星や各種乗り物等（以下、「供試体」と呼ぶ）の回転運動を模擬・試験する姿勢制御装置である３軸モーションテーブルとその回転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３軸モーションテーブルは、図１０で示すように、３軸モーションテーブルＪ全体を垂直方向に１本の回転軸Ｐで支持するタイプが多い。
図１０の例では、単一の回転軸で３軸モーションテーブルＪ全体を支持するため、当該回転軸Ｐ（垂直方向に延びる回転軸）を支持する基台部分Ｂの機構が全方向への確実な支持を可能とするため大型化し、重量が大きくなる。
例えば、試作人工衛星を３軸モーションテーブルに設置して、３次元空間の姿勢制御運動を試験する場合、精度の良い高速回転運動を模擬出来るようにするために、出来る限り軽量化したいという要請があるが、従来の３軸モーションテーブルは、係る要請に反していた。
【０００３】
また、従来の３軸モーションテーブルでは、供試体への外乱となる枠体の弾性振動を避けるため、鋳造品を使用しており、このため慣性モーメントが大きくなることは避けられず、トルクの大きい油圧モータで駆動する必要があった。
さらに、枠体の振動周波数を、供試体である人工衛星の運用（姿勢運動）周波数領域と分離可能な様に、より剛性を高めるように作成しなくてはならず、このことも慣性モーメント並びに重量増加の要因となっていた。
それに加えて、油圧モータは同一方向への連続回転には適さず、回転速度の調節範囲が狭いという問題も有していた。
【０００４】
上述した様に、従来、鋳造品を利用する目的は、鋳造品で作成された剛性の高い部材を用いることで弾性振動を高周波数化することができ、製造された３軸モーションテーブルの運用帯域幅と振動領域との周波数領域が十分に離隔できるからである。
ここで、従来の設計工程では、製造された３軸モーションテーブルの帯域幅と弾性振動の周波数領域とが近接或いは重複してしまうか否かは、実機製造前に事前に判定することが行われておらず、設計者のいわゆる「勘」により判定されていた。そのため、振動を防止するために、安全サイド、すなわち剛性の高い材料を使用する方向へ設計されてしまう傾向が存在する。そして、係る傾向（剛性の高い材料を使用する方向へ設計されてしまう傾向）も、慣性モーメント並びに重量が増加してしまう要因となり、そのために大きなトルクが見込める油圧モータが多用されていた。
これに対して、油圧モータよりも低トルクである電動モータを用いて、３軸モーションテーブルの運用帯域幅を向上させるためには、慣性モーメント及び重量を抑制することが必要となるが、アルミニウム等の軽量ではあるが剛性が比較的低い材料により枠体を構成することを考えると、３軸モーションテーブルの運用帯域幅と振動の周波数領域とが近接或いは重複してしまうため、供試体に搭載したセンサの検出信号に発生した弾性振動の信号を、ローパスフィルタ等の手段によって除去することが不可能になってしまう。
【０００５】
図１０で示す様なタイプの３軸モーションテーブルＪは、従来から種々存在するが（例えば、非特許文献１参照）、何れも、上述した様な問題を解消するものではない。
【０００６】
【非特許文献】
三軸姿勢制御システム試験設備（２００１年７月に宇宙開発事業団（ＮＡＳＤＡ）発行）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、直交する３軸周りの慣性モーメントを極力軽減化することで、（油圧モータと比較して）出力が小さい電動モータの使用を可能とし、角度・角速度の目標信号に対する追従特性を高周波数領域まで高め、３次元空間における任意姿勢制御試験を可能にする３軸モーションテーブルの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の３軸モーションテーブル（Ａ）は、一対の支持脚（１、１）により第１の回転軸（２）周りで回転可能に取り付けられた（全体が、例えば、概略ロ字状の）外側の枠体（３）と、外側の枠体（３）により第２の回転軸（４）周りで回転可能に取り付けられた（全体が、例えば、概略ロ字状の）中間の枠体（５）と、中間の枠体（５）により第３の回転軸（６）周りで回転可能に取り付けられた（全体が、例えば、概略ロ字状の）内側の枠体（７）とを有しており、内側の枠体（７）は供試体（Ｊ）を保持しており、前記支持脚（１、１）の一方には外側の枠体（３）を回転するための第１のモータ（Ｍ１）が設けられており、外側の枠体（３）には中間の枠体（５）を回転するための第２のモータ（Ｍ２）が設けられており、中間の枠体（５）には内側の枠体（７）を回転するための第３のモータ（Ｍ３）が設けられていることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
ここで、前記外側の枠体（３）、中間の枠体（５）、内側の枠体（７）は相似形であり、中間の枠体（５）の内側には内側の枠体（７）が回転可能な大きさの空間が形成され、外側の枠体（３）内側には中間の枠体（５）が回転可能な大きさの空間が形成されている（請求項２）。
【００１０】
係る構成を具備する本発明の３軸モーションテーブル（Ａ）によれば、第１〜第３のモータ（Ｍ１〜Ｍ３）を回転することにより、供試体（Ｊ）を保持する内側の枠体（７）は中間の枠体（５）内側の空間内を回転し、中間の枠体（５）は外側の枠体（３）内側の空間内を回転し、以って、相互に直交する３つの回転軸（２、４、６）周りの回転が実行される。
ここで、前記一対の両端支持脚（１、１）は３軸モーションテーブル全体（Ａ）を支持する基台となり、１本の垂直回転軸のみで片端支持する従来技術における基台（図１０のＢ）に比較してより安定なため、当該一対の両端支持脚（１、１）は小型、軽量化が可能である。
【００１１】
本発明において、前記一対の両端支持脚（１、１）、外側の枠体（３）、中間の枠体（５）、内側の枠体（７）は、比強度の高い金属材料、例えばチタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、高張力鋼等の使用が考えられる。価格と加工の容易さからアルミニウム合金（例えば、Ａ５０５２Ｐ）製であるのが好ましい。
そして、外側の枠体（３）、中間の枠体（５）、内側の枠体（７）には、抜き部分（重量並びに慣性モーメント軽減用抜き孔）が形成されていることが好ましい。
この様に構成すれば、剛性を保持しつつ、より一層の軽量化が出来るからである。
そして、３軸モーションテーブル全体（Ａ）の軽量化が可能となることから、本発明によれば、油圧モータに代えて３軸ともに電動モータ（Ｍ１〜Ｍ３）を使用することが出来る。
なお、３軸の内、第３軸のみを電動モータで回転し、残りの２軸を油圧モータで回転する様に構成することや、あるいは第３軸を電動モータで回転し、残りの２軸を油圧モータで回転する様に構成することも可能である。
【００１２】
ここで、前記第２のモータ（Ｍ２）と第３のモータ（Ｍ３）の重量を回転軸に対してバランスさせるため、外側の枠体（３）及び中間の枠体（５）には、モータ重力とバランスする箇所にカウンターウェイト（ＣＷ２、ＣＷ３）を設けることが好ましい。
【００１３】
しかし、カウンターウェイトを設けずに、自動制御による重力補償を行うことも可能である。
すなわち、本発明において、前記外側の枠体（３）及び中間の枠体（５）にはカウンターウェイトが取り外し可能になっており、より高い運用帯域幅を得ることを目的に、慣性モーメントを低下することが可能である。このとき生じる不釣合いによるモーメントを打ち消すため、検出器によって求められた各軸の回転角信号を用いて、外部計算機でこれを打ち消すモーメントを求め、発生したモータ制御信号を、制御卓（Ｅ）を介して第１〜第３のモータ（Ｍ１〜Ｍ３）に伝達する様に構成されるのが好ましい。ここで、第３のモータ（Ｍ３）については、供試体が軸対称に構成されていれば、上記打ち消しモーメントを発生する必要は無い。
そして本発明において、３軸の各モータ軸からの角度センサと角速度検出回路を備え、目標角度信号及び目標角速度信号と各々比較することで、目標角度及び目標角速度との差異を最小にする制御電流を発生して、前記第１〜第３のモータを制御し、以って、３次元空間における目標回転角度及び目標回転速度を達成する様に構成されているのが好ましい（請求項３）。
【００１４】
この様に構成することで、所定の制御間隔毎に３軸の回転角を計測すれば、不釣り合いによって生じるモーメントを外部計算機で容易に計算することができることから、モータ（Ｍ２、Ｍ３）の重量に起因するモーメントのアンバランスを制御できるのである。
なお、第３のモータについては、供試体を保持する内部枠にはモータがないので打ち消しモーメントの発生は本来不要であるが、供試体が軸対称でないときはやはり、同様の原理で重量のアンバランスが解消可能である。
【００１５】
本発明の３軸モーションテーブルの設計方法は、構成要素の仕様を決定する仕様決定工程と、有限要素法を用いて、決定された仕様の３軸モーションテーブルの帯域幅と振動領域とを比較する比較工程とを有し、（当該比較工程において）帯域幅と振動領域とが重複する周波数領域が存在する場合か、或いは、帯域幅最大周波数と振動領域最小周波数との差が所定値以下である場合に、前記仕様決定工程及び比較工程とを繰り返すことを特徴としている（請求項４）。
【００１６】
この様に構成すれば、実機を製造する以前の設計段階で、有限要素法を用いて枠体の振動解析をすれば、帯域幅と振動領域とが重複する周波数領域が存在するか、或いは、帯域幅最大周波数と振動領域最小周波数との差が所定値以下である場合には、実機に取り付けられた供試体には弾性振動が発生すると判断して、各種寸法の決定その他の設計手順を繰り返す。
このように、有限要素法を用いて３軸の各枠体のモード解析を製造前に行うことにより、従来の「勘」に基く設計に比較して、枠体の低周波数モードの周波数が正確に把握できるため、３軸モーションテーブルの運用周波数との十分な隔離が事前に確認可能となる。かくして、必要以上に剛性を大きくとる必要が無くなり、その結果、慣性モーメントや重量が必要以上に大きな枠体を製造することもなくなり、運用帯域幅の向上も達成可能となる。
【００１７】
さらに本発明の３軸モーションテーブルにおいて、３軸の各モータ軸からの回転角センサを備え、回転角センサからの信号を電子的に加工した角速度信号を得て、目標角度信号及び目標角速度信号と各々比較することで、目標角度及び目標角速度との差異を最小にする制御信号を発生して前記第１〜第３のモータを制御し、以って、３次元空間における目標回転角度及び目標回転速度を達成する様に構成されており、振動領域最小周波数が運用帯域幅最大周波数に対して所定値以上になる様に構成されているのが好ましい（請求項５）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
先ず、図１〜図５を参照して、第１実施形態について説明する。
図１は、全体を符号Ａで示す３軸モーションテーブルの斜視図であり、図２〜図４は、順に夫々３軸モーションテーブルＡの正面図、平面図、側面図である。
【００２０】
図１〜図４において、当該３軸モーションテーブルＡは、対向する一対の門型の支持脚（１、１）により橋渡しされた第１の回転軸２周りに外側の枠体３が回転可能に取り付けられている。
その外側の枠体３には、外側の枠体３の対向した位置に橋渡しされた第２の回転軸４周りに中間の枠体５が回転可能に取り付けられている。
そして、その中間の枠体５には、中間の枠体５の対向した位置に橋渡しされた第３の回転軸６周りに内側の枠体７が回転可能に取り付けられている。
【００２１】
前記内側の枠体７は人工衛星等の供試体Ｊを保持する機構を有しており、前記支持脚（１、１）の一方には外側の枠体３を回転するための第１のモータＭ１が、外側の枠体３には中間の枠体５を回転するための第２のモータＭ２が、中間の枠体５には内側の枠体７を回転するための第３のモータＭ３が夫々設けられている。
【００２２】
前記門型の支持脚（１、１）は、軽量化を図りつつ剛性を確保するために、例えば、薄肉の高張力鋼板を溶接によってボックス断面構造に形成し、或いは高張力の角管を溶接して形成してある。
【００２３】
前記外側の枠体３、中間の枠体５及び内側の枠体７を構成する材料は、軽量、加工のし易さよりアルミ合金、例えばＡ５０５２Ｐの溝形材が用いられている。
図１〜図４の第１実施形態の第１実施例では、溝形材を用いた各枠体３、５、７はウェブ面Ｗが枠体の内側に位置するように溶接によって組み立てられ、そのウェブ面Ｗに軽量化を目的として窓Ｗａが形成されている。
【００２４】
他方、図５で示す第１実施形態の他の実施例（外側の枠体３０及び中間の枠体５０の一部分のみを描いている）では、溝形材を用いた各枠体３０、５０はウェブ面３１、５１が枠体の外側に位置するように、コーナー部に等辺山形材３３ａ、５３ａに補強リブ３３ｂ、５３ｂで補強された接手３３、５３を介して溶接によって組み立てられ、そのウェブ面３１、５１には複数の重量軽減孔３１ａ、５１ａが、フランジ面３２、５２に複数の軽量孔３２ａ、５２ａが形成されている。
【００２５】
前記第３の電動モータ（最も内側の枠体回転用のモータＭ３）は、定格トルクが５００Ｎｍで、最高回転速度は７０ｒｐｍであり、第１の電動モータ（最も外側の枠体回転用のモータＭ１）は、定格トルクが９８Ｎｍ、最大トルクが７１５Ｎｍで、最高回転速度は７０ｒｐｍである。
そして、重量５０ｋｇの小型衛星等の供試体を、例えば第２のモータＭ２の場合で、―３ｄＢ帯域幅にして６．４Ｈｚ以上、―４５°位相の帯域幅にして約６Ｈｚもの高い運用帯域幅を得ている。
なお、回転運動試験中に衛星搭載センサが検出する角度・角速度信号から見れば攪乱要因となる枠体弾性振動の最低周波数が、有限要素法による振動モード解析の結果、上記の運用帯域幅よりも十分高い周波数領域（約３０Ｈｚ）であることが確認されており、従来の漠然とした枠体の設計とは明らかに異なる明確な設計指針となっている。また、振動計を枠体に取り付けた供試体回転振動（周波数応答）実験においてもこのことが確かめられている。
【００２６】
一対の支持脚（１、１）は３軸モーションテーブルＡ全体を支持する基台となるので、３軸モーションテーブルＡの重量は一対の両端支持脚の各々に分散され、なおかつ、軸回転に伴う曲げ振動も押さえやすい。
その結果、単一の垂直回転軸のみで支持する従来技術における基台に比較して、当該一対の支持脚は小型、軽量化が可能となる。そして、３軸モーションテーブル全体の小型化、軽量化が可能となる。
【００２７】
ここで、前記第２、第３の電動モータＭ２、Ｍ３の重量を軸周りに均衡させるため、外側の枠体３における第２のモータＭ２と重力的にバランスする位置と、中間の枠体５における第３のモータＭ３とバランスする位置には、夫々カウンターウェイトＣＷ２、ＣＷ３（図３及び図４参照）が設けられている。
【００２８】
しかし、３軸モーションテーブルＡ全体の更なる軽量化と各軸周りの各慣性モーメントを軽減化するため、カウンターウェイトＣＷ２、ＣＷ３を省略して、自動制御による重力補償を行うことが可能である。
図６、図７で示す第２実施形態は、係る自動制御を行うものである。なお、カウンターウェイトＣＷ２、ＣＷ３を省略した点を除き、外観としては、第２実施形態は上述した第１実施形態と同様である。
【００２９】
第２実施形態では、カウンターウェイトＣＷ２、ＣＷ３を省略したために生じたアンバランス（電動モータＭ２、Ｍ３の重量に起因するアンバランス）によるモーメントを所定の制御間隔でその都度計算して、係るモーメントの影響を打ち消すべく、電動モータＭ１、Ｍ２の回転角度あるいは角速度のいずれかの目標信号に、打ち消し信号を加算する制御を実施している。
【００３０】
図６を参照すれば、電動モータ（Ｍ２、Ｍ３）の質量を各々Ｍ２、Ｍ３、重力加速度をｇ、外枠、中枠の各回転中心から各電動モータまでの距離を各々Ｌ１、Ｌ２、各基準軸Ｒ１、Ｒ２からの各回転角度をθ１、θ２、アンバランスモーメント（＝打ち消しに必要なトルク）を各々Ｔ１，Ｔ２とすれば、
2004340718.tif 000003
Ｔ２＝  Ｍ３×ｇ×Ｌ２×ｃｏｓθ２×ｃｏｓθ１
となる。
なお、図６（ｂ）はＭ２によるアンバランスモーメントのみを説明しており、Ｍ３によるアンバランスモーメントの説明は省略している。これはＴ１の右辺第１項に相当している。
一方、電動モータ（Ｍ２、Ｍ３）を備えた外枠、中枠の慣性モーメントを各々Ｊ１、Ｊ２、枠体の回転角加速度をｄ２θ１／ｄｔ２、ｄ２θ２／ｄｔ２とすれば、
ｄ２（θ１）／ｄｔ２  ＝  Ｔ１／Ｊ１
ｄ２（θ２）／ｄｔ２  ＝  Ｔ２／Ｊ２
となり、駆動トルクＴ１（Ｔ２）の大きなモータを選定するか、慣性モーメントＪ１（Ｊ２）の小さな枠体を設計・製造することで大きな加速度を得ることができ、高い運用帯域幅の実現に有利であることが知られている。
【００３１】
以下、図７のブロック図を参照して、第２実施形態の制御装置について説明する。
【００３２】
図７は３軸の内のある軸周りの枠体の回転運動とその回転運動の制御を説明するブロック線図であり、３軸とも基本的に同一である。まず全体構成は、目標入力設定部、モータ駆動電気回路、フィードバック信号受信部、角速度検出回路２２を内部に含む制御卓Ｅと、電動モータ、角度センサを含む３軸モーションテーブル本体Ｆと、外部計算機Ｇとからなる。
【００３３】
符号Ｆで示す３軸モーションテーブルの枠体の回転運動における物理学的原理を発生順に説明すると、Ｅの駆動回路から流れる電流を受けて３相電動モータＫにてトルクＴＭが発生する。
その発生トルクＴＭは、アンバランスモーメント分が減算され（１４）トルクＴＬとなり、次に慣性モーメントＪで除算されて角加速度ｄ２θ／ｄｔ２  を生じる（１５）。この角加速度が積分されて角速度ｄθ／ｄｔ 
となり（１６）、さらに積分されて回転角度θとなる（１７）。このときカウンターウェイトＣＷ２、ＣＷ３を取り外したことによりアンバランスモーメントが発生し（１９）、外乱信号としてフィードバックされる。さらに、枠体で生じた振動による変位θＥが軸の回転角θに付加されて供試体の角度となる。尚、このパラグラフにおける説明は、制御回路の説明ではなく、物理学原理の説明である。
【００３４】
制御卓Ｅは、角度あるいは角速度の何れかを目標信号（目標角度或いは目標角速度）として切り替えて入力できる入力部１０と、角速度検出部２２からのフィードバック信号（角速度のフィードバック信号）の受信部（モータ駆動回路の１部）と、角度センサＳＰからのフィードバック信号（角度フィードバック信号）の受信部と、各目標信号と各フィードバック信号を比較する比較回路１２と、その比較結果から３相電流を発生する電気回路（比較回路１２内に内蔵）とを含んでいる。
【００３５】
図７において、入力部１０は入力切換スイッチＳＷを有している。そして入力部１０に入力された目標信号は、後述するアンバランスモーメントを打ち消すための信号（アンバランスモーメント打ち消し信号）を入力するための加算回路１１に送られる。
【００３６】
なお、図７においては、上述した「受信部」は制御卓Ｅ内のブロックとしては明示されておらず、前記フィードバック信号（角度フィードバック信号、角速度のフィードバック信号）が比較回路１２に入力される様に表現されている。
【００３７】
外部演算用コンピュータＧは、検出された角度θからアンバランスモーメントＴ１、Ｔ２（Ｔ）を計算する機能のアンバランスモーメント補償計算プロック２３と、計算されたアンバランスモーメントＴ１、Ｔ２（Ｔ）に対応する打ち消し信号を発生し且つ当該打ち消し信号を制御卓Ｅの加算回路１１に送出して、目標信号と加算する機能を備えているブロック２４とを有している。
そのアンバランスモーメント打ち消し信号は、上述した数式で示したＴ１、Ｔ２の値を、電動モータの増幅ゲイン（利得）Ｋで除算した値で与えられる。そして、係る除算は、プロック２４で実行される。
【００３８】
制御卓Ｅの駆動回路部は、角度センサ２１からの信号θを受信して目標角度θｄと比較する比較回路１２と、角度信号θを構成するパルスの疎密から角速度ｄθ／ｄｔを求める角速度検出回路２２と、回路２２で決定された角速度信号を「角速度のフィードバック信号」として受信して目標角速度と比較する比較回路１２と、前記第１〜第３の電動モータＭ１〜Ｍ３の何れか（図７では図示せず）に対して、駆動電流を出力する回路（比較回路１２に内蔵）からなる。
【００３９】
加算点１８の信号は人工衛星等の供試体の姿勢角を表しており、人工衛星などに搭載された角加速度・角速度・角度等の検出器においては、弾性振動が重畳された信号が検出されることになるため、例えばローパスフィルタで振動周波数の成分を除去する必要がある。このとき、本来制御されるべき衛星の運動信号は除去されてはならないが、この周波数成分は３軸モーションテーブルの運用周波数領域（＝帯域幅）以内であり、前述したように枠体の弾性振動の最低周波数はこれとは十分高い値に設計・製造されているため、十分除去可能である。
但し、電気回路で実現されるローパスフィルタに代えて第２の外部計算機を備え、当該第２の外部計算機内のプログラムでディジタルフィルタを構成し、ディジタル信号処理によって振動成分を除去してもよい。
【００４０】
次に、図７を参照して、前記第１〜第３電動モータＭ１〜Ｍ２を制御する制御方法について説明する。
【００４１】
先ず、制御卓Ｅ内の加算点１１に、回転角θあるいは角速度ｄθ／ｄｔの何れかの目標値信号（目標角度信号或いは目標角速度信号）を入力する。
ここで、回転角θあるいは角速度ｄθ／ｄｔの指令信号の決定に際しては、アンバランスモーメントＴ１あるいはＴ２を打ち消すために、「−Ｔ１」あるいは「−Ｔ２」に相当する信号（アンバランスモーメント打ち消し信号）が、外部の演算用計算機Ｇから入力されて、加算回路１１にて目標値信号（目標角度信号或いは目標角速度信号）に加算される。
【００４２】
次に、比較回路１２において、前記加算回路１１からの指令信号を、角度センサ２２からの角度フィードバック信号、あるいは角速度検出回路２２からの角速度のフィードバック信号と比較し、その比較結果が最小となるように、換言すれば、指令信号に対する追従誤差を最小とするように、電流値を計算して、モータ回路１３へ送る。以って、モータＭ１〜Ｍ３をフィードバック制御する。
なお、上述した制御について、図１１にフローチャートでも示している。
【００４３】
なお、角速度ｄθ／ｄｔを制御する場合には、角度のフィードバック信号は不要である。一方、角度θの制御に際しては、主として角度のフィードバック信号を必要とするが、減衰を良くするために角速度のフィードバック信号も用いる。
【００４４】
比較回路１２で電流値を計算してモータ回路１３へ送った結果として、電動モータ回路１３にてトルクＴＭが生じる。
制御回路の働きではなく、物理原理を説明すると、トルクＴＭからアンバランスモーメントに相当する分だけ減算（１４）したトルクＴＬが、慣性モーメントＪの枠体を回転させるトルクとなり、角加速度ｄ２θ１／ｄｔ２（ｄ２θ２／ｄｔ２）を生じせしめ、この運動が積分されて、角速度ｄθ１／ｄｔ  （ｄθ２／ｄｔ）、さらに積分されて角度θ１、θ２の回転角を得る。
【００４５】
次に、図８、図９を参照して、本発明の３軸モーションテーブルの設計方法の実施形態について説明する。
【００４６】
図８は、３軸モーションテーブルの周波数−振幅特性を示している。振幅が−３ｄＢの帯域幅で枠体に弾性振動が発生してしまうと、回転運動を模擬・試験する姿勢制御装置としては、適正に機能しない。そのため、帯域幅と振動領域とが重複することは避けなければならない。
【００４７】
振動成分をフィルタで除去するためには、例えばローパスフィルタによって高周波成分をカットする境界を、３軸モーションテーブルの運用帯域幅（＝−３ｄＢまでの周波数領域）と枠体の振動周波数領域の最小周波数との中間の周波数領域に設定すれば良い。
【００４８】
ここで、帯域幅と振動周波数領域の最小値との差（周波数の差）が小さいと、ローパスフィルタ等を用いて、振動成分のみを除去することが出来ない。そのため、帯域幅と周波数領域との差（周波数の差）は、ある程度の幅（周波数の幅）が必要である。
【００４９】
ここで、振動が発生する振動領域は、枠体の剛性が高いほど横軸（周波数軸）の右方向に移動する。そのため、従来の３軸モーションテーブルの設計では、最低限、姿勢制御装置として適性に機能させるべく、部材の剛性及び断面２次モーメントをできるだけ大きくして、帯域幅と振動領域との差異を大きくしていた。しかし、従来の３軸モーションテーブルの設計では、必要以上に帯域幅と振動領域との差異を大きくしており、そのため、必要以上に剛性及び断面２次モーメントを大きく設計していた。
【００５０】
これに対して、図９で示す本発明の３軸モーションテーブルの設計方法では、実機製作前の設計の段階で、帯域幅と振動領域との差異が適正な範囲に収まるようにすることが可能であり、必要以上に剛性及び断面２次モーメントを大きくしてしまうことが防止される。
【００５１】
図９において、先ず、各種部材の材料、寸法、肉抜きの有無等の仕様を決定する（ステップＳ１１）。
【００５２】
仕様が決定したならば、有限要素法を用いて稼動時のモード解析をして、問題となる低次の周波数を抽出する（ステップＳ１２）。
ここで、有限要素法を用いた振動モードの解析の実行については、市販のソフトウェアを用いれば良い。
【００５３】
振動特性の解析に際しては、帯域幅と振動領域（図８参照）とを比較して（ステップＳ１３）、帯域幅の最大周波数と振動領域の最小周波数との差異が、適正な差異（周波数）αであるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ここで、適正な差異αは、設計されている３軸モーションテーブルの基本的な仕様、設置条件、供試体、使用されるローパスフィルタの特性、その他の条件により、ケース・バイ・ケースで決定される。
【００５４】
帯域幅の最大周波数と振動領域の最小周波数との差異が、適正な差異（周波数）αであれば（ステップＳ１４がＹＥＳ）、帯域幅と振動領域との離隔している具合が適性であると判定する。そして、ステップＳ１１で決定された仕様に基いて、実機を作成する（ステップＳ１５）。
【００５５】
帯域幅の最大周波数と振動領域の最小周波数との差異が小さ過ぎる場合には（ステップＳ１４がＮＯで、「帯域幅と振動領域とが重複の可能性あり」の場合）、振動の発生、フィルタによる振動成分の除去不能等の問題が発生する恐れがあると判断して、断面２次モーメントＩを大きくして、振動領域を図８の右側に移行させる（帯域幅と振動領域とを離隔する）ように、設計仕様を変更する（ステップＳ１６）。
そして、ステップＳ１１以下を繰り返す。
【００５６】
一方、帯域幅の最大周波数と振動領域の最小周波数との差異が大きすぎる場合には（ステップＳ１４がＮＯで、「帯域幅と振動領域とが離れ過ぎている」の場合）、振動は発生しないものの、必要以上に剛性や断面２次モーメントが大きいと判断して、断面２次モーメントＩを小さくして、振動領域を図８の左側に移行させる（帯域幅と振動領域とを近接させる）ように、設計仕様を変更する（ステップＳ１７）。
そして、ステップＳ１１以下を繰り返す。
【００５７】
上述した工程を繰り返すことにより、帯域幅と振動領域との差異が最適となる様に、３軸モーションテーブルの仕様を決定することが出来るのである。
【００５８】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、第１〜第３のモータを複数個ずつ備えることも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１）  １本の垂直回転軸のみで支持する従来技術における基台に比較して、当該一対の両端支持脚は安定した構造で、且つ枠体には軽量の部材が用いられるとともに、例えば重量軽減孔等を多く形成することにより、小型、軽量化が可能である。
（２）  従来は回転トルクが大きく、オイルタンク及び、配管の敷設を伴う油圧モータでジャイロを駆動していたが、３軸モーションテーブル全体が軽量化されることにより、電動モータの使用が可能となり、メンテナンスが容易になる。
（３）  自動制御による重力補償を行うことにより、カウンターウェイトを省略することが出来る。
（４）  航空機や宇宙ロケットのみならず、自動車や船舶にも適用可能である。さらに、航空機や宇宙ロケットの飛行士の養成用の訓練用シミュレーターや、遊園地等において３次元の回転運動をする遊戯施設としても適用可能である。
（５）  部材の合成や断面２次モーメントを、必要以上に大きくすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態の正面図。
【図３】本発明の第１実施形態の上面図。
【図４】本発明の第１実施形態の側面図。
【図５】本発明の第１実施形態の外側及び中間の枠体の他の実施例を示した部分斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態の制御の際の計算原理を示す図。
【図７】本発明の第２実施形態における３軸モーションテーブルにおいて自動制御によって重力補償を行う場合の制御装置全体の構成を示したブロック図。
【図８】３軸モーションテーブルの振動特性を示す図。
【図９】本発明の設計方法の実施形態を示すフローチャート。
【図１０】従来技術による３軸モーションテーブルの模式図。
【図１１】図７で示す第２実施形態の制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
Ａ・・・３軸モーションテーブル
Ｃ・・・コントロールユニット
Ｆ１・・・第１のハイパスフィルタ
Ｆ２・・・第２のハイパスフィルタ
１・・・支持脚
２・・・第１の回転軸
３・・・外側の枠体
４・・・第２の回転軸
５・・・中間の枠体
６・・・第３の回転軸
７・・・内側の枠体
１１・・・命令ブロック
１２・・・トルクセンサ
１３・・・インタフェイス
１４・・・トルク決定手段／トルク演算回路
１５・・・角加速度決定手段／除算回路
１６・・・角速度決定手段／第１の積分回路
１７・・・角度決定手段／第２の積分回路
１８・・・弾性振動信号出力手段
１９・・・ｃｏｓθ演算回路
２０・・・第１のハイパスフィルタ
２１・・・第２のハイパスフィルタ
２２・・・第１の増幅器
２３・・・第２の増幅器
２４・・・制御信号発生手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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