JP2000065288A - ユニバーサル姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて簡単な構成であって、円滑に動作する
ことができ、全体が小型のユニバーサル姿勢制御装置を
提供すること。 【解決手段】 本発明のユニバーサル姿勢制御装置は、
姿勢制御されるべき装置が装着される装着部を先端に有
し、基端が玉継手によって機枠に支持された揺動軸と、
揺動軸を第１の平面内で揺動運動させるよう駆動する、
揺動軸に係合された第１の回動アームを有する第１の駆
動機構と、揺動軸を第１の平面に直角な第２の平面内で
揺動運動させるよう駆動する、揺動軸に係合された第２
の回動アームを有する第２の駆動機構とからなり、第１
の駆動機構および第２の駆動機構が制御されることによ
り、揺動軸の先端の方位が制御されることを特徴とす
る。玉継手は、鋼球と、この鋼球を吸引保持する磁石を
有する保持部とによって構成されることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ユニバーサル姿勢
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、固定型カメラやスポットライト
等の対象方位を制御するために、特定の範囲内におい
て、あらゆる方位を向くことができるようユニバーサル
姿勢制御し得る姿勢制御装置が必要とされている。そし
て、従来においては、水平面内において回転される水平
面内回動機構（パン）と、この水平面内回動機構の回転
軸と直交する水平軸の周りに揺動運動する垂直面内揺動
機構（ティルト）とを組み合わせてなるユニバーサル姿
勢制御装置が知られている。

【０００３】図４は、上述の従来のユニバーサル姿勢制
御装置の構成の一例を示す概略図である。この姿勢制御
装置においては、鉛直方向に伸びる回転軸Ｚの周りに回
転する水平面内回転円板５０と、この回転円板５０に固
定された回転軸Ｚに沿って伸びる支持軸５１と、この支
持軸５１に直交するよう設けられた回転駆動軸５２とを
有し、この回転駆動軸５２に、カメラ等が装着される装
着板５３から突出する脚部５４が固定されている。

【０００４】このような構成のユニバーサル姿勢制御装
置においては、適宜の駆動機構により、水平面内におい
て回転円板５０を回転運動させると共に、回転駆動軸５
２を垂直面内で揺動運動させることにより、装着板５３
をその可動領域内においてすべての方位を向くよう姿勢
制御することができる。しかし、このような構成におい
ては、水平面内回動機構の上に、垂直面内揺動機構の回
転軸を設ける構成であるため、必然的に装置が大型のも
のとなってしまうという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題を解決するためになされたものであり、その目的
は、極めて簡単な構成であって、円滑に動作することが
でき、全体が小型のユニバーサル姿勢制御装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のユニバーサル姿
勢制御装置は、姿勢制御されるべき装置が装着される装
着部を先端に有し、基端が玉継手によって機枠に支持さ
れた揺動軸と、この揺動軸を第１の平面内で揺動運動さ
せるよう駆動する、前記揺動軸に係合された第１の回動
アームを有する第１の駆動機構と、前記揺動軸を前記第
１の平面に直角な第２の平面内で揺動運動させるよう駆
動する、前記揺動軸に係合された第２の回動アームを有
する第２の駆動機構とからなり、第１の駆動機構および
第２の駆動機構が制御されることにより、前記揺動軸の
先端の方位が制御されることを特徴とする。以上におい
て、玉継手は、鋼球と、この鋼球を吸引保持する磁石を
有する保持部とによって構成されることが好ましい。

【０００７】

【作用】本発明のユニバーサル姿勢制御装置によれば、
玉継手により支持されている揺動軸が、互いに独立して
設けられた第１の駆動機構および第２の駆動機構によ
り、直接、直交する方向に駆動されて揺動するため、極
めて簡単な構成であって、円滑に動作することができ、
必要な駆動力を小さくすることができ、従って装置を小
型のものとすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
ユニバーサル姿勢制御装置について説明する。図１は、
本発明のユニバーサル姿勢制御装置の具体的な一例を示
す概略図である。この姿勢制御装置は、底面が四角形の
金属製の水平基板１１と、この水平基板１１の略外周縁
から起立して垂直方向に伸びる、平面形状が矩形枠状と
なるよう配置された４つの金属製の支壁板（そのうちの
３つ１２Ａ〜１２Ｃが示されている。）と、１つの支壁
板１２Ｂに固定された、水平基板１１に平行に伸びる金
属製の水平支持板１３とにより構成される機枠１０を有
する。

【０００９】水平支持板１３上には、筒状の固定軸２１
内に永久磁石２３が設けられた保持部２５と、この保持
部２５上に配置された鋼球２２からなる玉継手２０が設
けられており、鋼球２２は、永久磁石２３の磁力によ
り、固定軸２１の上部に設けられた球面状の凹面を有す
る座部材（図示せず）上に回転自在に吸着されて保持さ
れている。

【００１０】３０は揺動軸であって、その下端は、玉継
手２０の鋼球２２の連結部２４に固定されている。この
揺動軸３０の上部には、平面において縦横に伸びる十字
の溝３１が軸方向に伸びるよう形成されている。そし
て、この揺動軸３０の十字の溝３１内には、それぞれ、
上に凸のＵ字状のワイアーよりなる第１の回動アーム３
２および第２の回動アーム３３が互いに直交する状態で
挿入されている。また、この揺動軸３０の上端には、こ
の揺動軸３０と直角方向に伸びる装着面を有する、カメ
ラ等の姿勢制御されるべき装置を装着するための装着板
３４が設置されている。

【００１１】第１の回動アーム３２は第１の駆動機構の
一部であって水平なＸ軸の周りに回転し、また第２の駆
動アーム３３は第２の駆動機構の一部であって、Ｘ軸と
直角の水平なＹ軸の周りに回転するよう支持されてい
る。具体的に説明すると、第１の駆動機構は、その駆動
軸４５がＸ軸方向に伸びるよう水平基板１１上に配置さ
れた正転逆転可能な第１のモーター４０と、支壁板１２
Ａに回転自在に支持された、第１のモーター４０の駆動
軸４５の先端に設けられた原動歯車４２と、この原動歯
車４２と噛合する支壁板１２Ａの外側に位置する従動歯
車４３と、この従動歯車４３と一体とされた支壁板１２
Ａの内側に位置する伝動歯車４４と、下端の歯車部がこ
の伝動歯車４４と噛合し、Ｘ軸の周りに揺動する揺動カ
ム３６と、この揺動カム３６の上端に一体に連結された
第１の回動アーム３２とにより構成されている。この第
１の回動アーム３２の他端は、支壁板１２Ａと対向する
支壁板１２ＣにおいてＸ軸の周りに回転自在に支持され
た連動歯車４６に固定されて支持されており、この連動
歯車４６には、可変抵抗３５が連結された従動歯車４７
が噛合している。

【００１２】一方、第２の駆動機構は、基本的に上記の
第１の駆動機構と同様に構成されている。ただし、正転
逆転可能な第２のモーター４１は、その駆動軸がＹ軸方
向に伸びるよう、第１のモーター４０の一端部側の上方
に設置されている。図中の破線で示した円は、第２のモ
ーター４１によって駆動される、第２の回動アーム３３
をＹ軸の周りに回転させる歯車４８を示す。

【００１３】図２は、装着板３４部分の平面図である。
この装着板３４は、カメラやスポットライト等を固定す
るためのものであり、装着用ネジ孔３７が形成されてい
る。この装着板３４には、揺動軸３０の十字の溝３１に
通ずる十字の溝３８が形成されており、その溝３８内を
通過するよう、一方の回動アーム３２および他方の回動
アーム３３が直交して挿入されている。

【００１４】揺動軸３０の上部に形成された十字の溝３
１の軸方向の深さは、一方の回動アームによって揺動軸
３０を揺動運動させるときに、他方の回動アームによっ
てその揺動運動が阻害されないような大きさとされる。
また、揺動軸３０に形成された十字の溝３１の幅は、回
動アームが挿入される大きさであればよい。

【００１５】図３は、従動歯車４４と揺動カム３６の関
係を示す概略図である。支壁板１２Ａの内側に位置する
伝動歯車４４に対し、揺動カム３６は一定の揺動角度範
囲内において噛合している。すなわち、この揺動カム３
６は、歯車の一部分により形成されており、或る角度位
置まで揺動軸３０が傾くと揺動カム３６の一方の端部が
噛合位置となり、それ以上傾けば従動歯車４４との噛合
が外れる構成である。この揺動カム３６の可動範囲の回
転角度は、姿勢制御されるべき装置によってその要請さ
れる大きさが異なるが、カメラの場合には例えば±４５
゜以下であれば十分である。

【００１６】第１の回動アーム３２の他端が連結された
連動歯車４６によって駆動される従動歯車４７に接続さ
れた可変抵抗３５は、揺動軸３０の実際の揺動角度を制
御する機能を有する。すなわち、可変抵抗３５は、その
回転軸の回転角度に応じた大きさの電圧信号を発するこ
とができるから、特定の電圧信号を第１のモーター４０
に対する停止信号として利用することにより、例えば揺
動カム３６が設定された角度位置になったときに、モー
ターの駆動を停止させることができる。このような可変
抵抗は、第２の回動アーム３３に対しても設けられてい
る。

【００１７】第１の駆動機構の第１のモーター４０が駆
動されると、原動歯車４２、従動歯車４３、伝動歯車４
４および揺動カム３６を介して、第１の回動アーム３２
がＸ軸の周りに回転運動する。然るに、この第１の回動
アーム３２は、溝３１を介して揺動軸３０と係合してい
るから、揺動軸３０は、玉継手２０を回転中心として、
第２の回動アーム３３の円弧に略沿って、図１において
紙面と直交する平面内で揺動運動する。また、第２の駆
動機構の第２のモーター４１が駆動されると、第１の駆
動機構と同様にして、第２の回動アーム３３がＹ軸の周
りに回転運動し、その結果、揺動軸３０は玉継手２０を
中心として、第１の回動アーム３２の円弧に略沿って、
揺動運動する。

【００１８】そして、揺動軸３０の揺動運動の中心とな
る玉継手２０の鋼球２２は、永久磁石２３により固定軸
２１に吸着されて保持されているため、球面がすべての
方位に自由にしかも小さな力で回転することができ、従
って揺動軸３０を特定の範囲におけるすべての方位を向
くよう支承することができる。

【００１９】以上のように、揺動軸３０は、その先端
が、玉継手２０の鋼球２２を中心とした一定の開き角度
で拡がる円錐の範囲内であれば、あらゆる方位を向くこ
とができ、従って第１のモーター４０および第２のモー
ター４１の駆動軸を正転あるいは逆転させると共にその
程度を制御することにより、第１の回動アーム３２およ
び第２の回動アーム３３の回転位置を調整して、揺動軸
３０の先端の方位をユニバーサル姿勢制御することがで
きる。モーターの回転を制御するシステムとしては、公
知の手段をそのまま利用することができる。すなわち、
モーターに接続された手動の制御器により、その駆動状
態を制御することができる。あるいは、電話回線等を利
用することにより、遠隔操作によって制御することも可
能である。

【００２０】本発明のユニバーサル姿勢制御装置におい
て、第１の駆動機構は、その第１の回動アーム３２を回
転運動させることにより、揺動軸３０を、第２の回動ア
ーム３３を含む平面内において、Ｘ軸またはこれと平行
な軸の周りに揺動運動させる機構であり、同様に、第２
の駆動機構は、その第２の回動アーム３３を回転運動さ
せることにより、揺動軸３０を、第１の回動アーム３２
を含む平面内において、揺動軸３０をＹ軸またはこれと
平行なの周りに揺動運動させる機構である。従って、本
発明のユニバーサル姿勢制御装置は、装着板３４が設置
された揺動軸３０が玉継手２０を中心として揺動運動さ
せるティルト機構２つが互いに直交する状態に組み合わ
されたものと同様の構成であり、これにより玉継手２０
を中心とする球面上の領域の特定の範囲におけるすべて
の方位を向くよう揺動軸３０がユニバーサル姿勢制御さ
れる。

【００２１】本発明のユニバーサル姿勢制御装置の具体
的な一例における寸法例を以下に示すが、この寸法に限
られるものではない。水平基板１１は、縦５０ｍｍ、横
５０ｍｍ、支壁板１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃの高さ
は、４０ｍｍ、玉継手２０の鋼球２２の直径は８ｍｍ、
固定軸２１の高さは１０ｍｍ、永久磁石２３が固定され
る位置は鋼球２２の下端から４．５ｍｍ、鋼球２２と固
定軸２１との吸着力は１ｋｇである。揺動軸３０の高さ
は１０ｍｍ、直径は８ｍｍ、十字の溝３１の深さは５ｍ
ｍとされる。回動アーム３２および回動アーム３３は、
直径が１ｍｍの棒状の材料を上に凸のＵ字状としたもの
である。

【００２２】揺動軸３０の上端に固定される装着板３４
の大きさは、被装着物の大きさによっても異なるが、例
えば直径１５ｍｍとされ、装着板３４に形成される十字
の溝３８は、揺動軸３０に形成された十字の溝３１と対
応しており、幅が１．５ｍｍとされる。なお、実用化さ
れる場合には、機枠１０の外側には金属製のカバーを設
けることができ、更にその上部には光透過性を有する半
球状のカバーを設けることができる。この場合の全体の
大きさは、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ７０ｍｍとさ
れる。

【００２３】以上、本発明の具体例について説明した
が、本発明においては種々変更を加えることができる。
例えば、回動アームの形状は特に上に凸のＵ字状に限ら
れるものではないが、上に凸のＵ字状あるいは円弧状で
あることが好ましく、これにより、揺動軸が案内される
状態が得られる。また、回動アームの揺動運動の回転中
心軸と、玉継手の鋼球の回転中心軸は一致していなくて
もよく、この場合の位置のズレの大きさに応じて、揺動
軸の溝に必要な深さが定まる。

【００２４】なお、以上においては、説明の便宜のため
に図１の状態を基礎として、Ｘ軸の方向を水平方向とし
て表現したが、本発明の姿勢制御装置は、それ自体の姿
勢は特に制限されるものではなく、水平基板１１がいず
れの方向を向いた状態であっても、その動作が影響を受
けることはない。

【００２５】

【発明の効果】本発明のユニバーサル姿勢制御装置によ
れば、揺動軸が、玉継手により支持されていることによ
り、円滑に運動することができるため、必要な駆動力を
小さくすることができると共に、第１の駆動機構と第２
の駆動機構が互いに独立して、揺動軸を直接駆動するも
のであるため、装置を小型のものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の姿勢制御装置の一例を示す概略図であ
る。

【図２】装着板部分の平面図である。

【図３】揺動カムと従動歯車の関係を示す概略図であ
る。

【図４】従来のユニバーサル姿勢制御装置の構成の一例
を示す概略図である。

【符号の説明】

１０ 機枠 １１ 水平基板 １２ 支壁板 １３ 支持板 ２０ 玉継手 ２１ 固定軸 ２２ 鋼球 ２３ 永久磁石 ２４ 連結部 ２５ 保持部 ３０ 揺動軸 ３１ 揺動軸の溝 ３２ 回動アーム ３３ 回動アーム ３４ 装着板 ３５ 可変抵抗 ３６ 揺動カム ３７ 装着用ネジ孔 ３８ 装着板の溝 ４０ 第１のモーター ４１ 第２のモーター ４２ 原動歯車 ４３ 従動歯車 ４４ 伝動歯車 ４５ 第１のモーターの駆動軸 ４６ 連動歯車 ４７ 従動歯車 ４８ 歯車 ５０ 回転円板 ５１ 支持軸 ５２ 駆動軸 ５３ 装着板 ５４ 脚部 Ｘ 回動アーム３２の揺動運動の回転中心軸 Ｙ 回動アーム３３の揺動運動の回転中心軸 Ｚ 回転円板の回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 姿勢制御されるべき装置が装着される装
   着部を先端に有し、基端が玉継手によって機枠に支持さ
   れた揺動軸と、この揺動軸を第１の平面内で揺動運動さ
   せるよう駆動する、前記揺動軸に係合された第１の回動
   アームを有する第１の駆動機構と、前記揺動軸を前記第
   １の平面に直角な第２の平面内で揺動運動させるよう駆
   動する、前記揺動軸に係合された第２の回動アームを有
   する第２の駆動機構とからなり、 第１の駆動機構および第２の駆動機構が制御されること
   により、前記揺動軸の先端の方位が制御されることを特
   徴とするユニバーサル姿勢制御装置。
2. 【請求項２】 玉継手は、鋼球と、この鋼球を吸引保持
   する磁石を有する保持部とによって構成されることを特
   徴とする請求項１に記載のユニバーサル姿勢制御装置。