JP2645224B2 - 雲台装置 - Google Patents
雲台装置Info
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- Linear Motors (AREA)
Description
撮像装置や照明装置などを搭載してその方向を変えるた
めの雲台機構に関する。
設等の大形プラントには、容易に人の入り込めない多く
の狭隘箇所が存在している。配管設備に対しては工業用
内視鏡が代表的な観察手段として用いられている。しか
し、この内視鏡は比較的曲率半径が大きく観察距離を確
保できないため、長尺の曲り細管には適用し難い。
器を搭載して配管内部を車輪や脚で移動する移動機構の
開発も各所で行われている。このような移動機構にあっ
ては、移動方向における観察と配管側壁の精査とは超音
波画像やビデオ画像で行われる。しかし、通常これらの
機能の実現には、視野を大きく取って前方観察と側壁観
察とを同時に行うか、あるいは観察方向毎に個別の観察
手段を設けるのが一般的である。
等を搭載する上述の移動機構等の装置では、次のような
問題があった。すなわち、進行方向における観察と側壁
の観察とを同一の手段で観察しようとする場合、側壁が
観察映像の周辺部に位置することになるため十分な観察
領域が確保できなかった。また、観察方向毎に個別の観
察手段を設けようとする場合、一般に器材の搭載スペー
スおよび移動機構に搭載できる負荷容量は概ね長さの3
乗で低減するため、移動環境が狭ければ狭いほど現実的
ではなくなる。観察手段を搭載することに代えて、環境
を照明しようとする場合でも同様の問題が生じる。
する問題を解消し、観察手段の姿勢方向を種々の方向に
制御でき、狭隘環境でも駆動力を発生し占有体積の小さ
くすることが可能な雲台装置を提供することである。
に、本発明の雲台機構は、可動部材を固定部材に対して
駆動する雲台装置において、前記可動部材と前記固定部
材との間に磁気回路を形成するべく、前記可動部材と前
記固定部材との少なくとも一方に設けられる磁石と、前
記可動部材と前記固定部材とのいずれか一方に固定され
磁束と交差する方向に電流を流す導電部材と、前記可動
部材と前記固定部材とを支承する弾性部材とを有するこ
とを特徴とする。
は、流す電流の方向を切り替えるための複数個の対の電
極が設けられていることが好適である。
られた磁石による磁束を可動部材と固定部材との間に形
成された磁気回路に流し、可動部材と固定部材とのいず
れか一方に固定した導電部材に前記磁束と交差する方向
に電流を流すと、磁束と電流とが交差しローレンツ力が
生じる。可動部材は弾性部材により固定部材に支承され
ているので、可動部材はこのローレンツ力により駆動さ
れる。磁束と電流とが交差する方向関係を選択すること
により、ローレンツ力が作用する方向を選択し、可動部
材が所望な姿勢となるように駆動することができる。
で、他方の場を複数個作用することが可能であるので、
通常のモータに見られるような1つの場に他の1つ場が
作用する場合に比べて明らかに占有スペースは低減す
る。上述の2種類の場の内、複数個が作用する方の場に
可動部材を割り振れば、小領域内に複数の独立した運動
を実現できるので、微小機構の構築に当たって非常に有
効な手段となる。また、これらの手段によれば個々にモ
ータ等を装備して積み上げて多自由度の運動機構を構築
する方式に比べてスペース効率や部品点数低減の点で優
れ、従って部品点数の少なさに依存することの多い信頼
性の確保に加え、また駆動力が並列的に作用するので直
列的な上の方式に比べ位置や姿勢を決定する際の累積誤
差を少なくできる。さらに弾性部材を介して可動部材と
固定部材を支承する方式では1要素部品で最大6自由度
の力伝達を行えるので、蝶番やスライダ等を積み上げて
同一の自由度を確保する場合に比べて大幅なスペース効
率の向上が行え、また上述と同様の理由から信頼性向上
と累積誤差の低減を実現できる。
施例について説明する。まず図1乃至図3を参照して本
発明の第1実施例について説明する。図1において、可
動部材1は固定部材2に弾性部材3によって支承されて
いる。可動部材1は固定部材2に接触しないように対向
配置されている。
ャル方向に着磁された円筒状の可動体側永久磁石5を円
筒状の継鉄6,7で挟み込んで形成されている。継鉄
6,7も中央部に空隙が形成されており、継鉄7の端部
は略半円球状の凸面が形成されている。
向して、略半円球状の凹面を有する球殻状の導電部材4
が取り付けられている。継鉄7の端部の凸面の曲率は導
電部材4の凹面の曲率と等しく、可動部材1が動いても
固定部材2と互いに接触しないように互いに弾性部材3
によって支承されている。固定部材2は、導電部材4が
埋設された固定体側継鉄9と、固定体側継鉄9に取着さ
れた固定体側永久磁石10とを有する。固定体側継鉄9
と固定体側永久磁石10とは継鉄6,7より大きい径で
それらと同軸の円筒形状をしている。固定体側永久磁石
10は可動体側永久磁石5と同じ方向に着磁されてい
る。
置に配設され、継鉄6の側部と固定体側継鉄9の上面と
の間に架け渡されている。
上面に取り付けられる。
部材4を通過する磁気回路が形成され、図1(a)で点
線で示すような符号11で示す磁束Bがこの磁気回路に
流れる。
4b,4c,4dが互いに90度の位置をなして設けら
れている。例えば、電極4aと電極4bとが対を形成
し、電極4cと電極4dとが他の対を形成するように図
示しない電流源に接続される。なお、電極4aと電極4
cとが対を形成し、電極4bと電極4dとが他の対を形
成することも可能である。電極4a,4b,4c,4d
は電線13を介して電流が供給される。
作用について説明する。図2は球殻状の導電部材4を部
分的に抜き出して示した図である。電極4aと電極4b
との間に電極4bから電極4aの方向へ電流Iを流す。
導電部材4の内部には破線で示すような電力線15が形
成され、電流Iはこの電力線15に沿って流れる。電力
線15すなわち電流Iは電極4bから放射状に発し球殻
表面および内部上を走り電極4aへ至る。
束11との直交する方向にローレンツ力16が発生す
る。電力線15は球殻導電体に沿って流れているので、
ローレンツ力16は球殻導電体の接線方向に力が作用す
ることになる。従ってこのローレンツ力16は球殻導電
体を電流付与方向18を軸とした回転力として作用す
る。本実施例では球殻導電部材4は固定部材2に固着さ
れているので、上記の回転力は可動部材1側に反力とし
て作用し、結局、上記の可動部材1がこの回転力が発生
する向きとは逆向きに、弾性部材3に支持されながら回
転することになる。
4dとの間に電極4dから電極4cの方向へ電流Iを流
す場合を考える。導電部材4の内部には破線で示すよう
な電力線15が形成され、電流Iはこの電力線15に沿
って流れる。電力線15は電極4dから放射状に発し球
殻表面および内部上を走り電極4cへ至る。磁束11が
作用すると、各電力線15と磁束11との直交する方向
にローレンツ力16が発生する。電力線19は球殻導電
体に沿って流れているので、ローレンツ力16は球殻導
電体の接線方向に力が作用し、従ってローレンツ力16
は導電部材4を電流付与方向21を回転軸とする回転力
として作用する。ローレンツ力16は回転軸18と直交
する回転軸21の回りの回転力として合成され、この反
作用として可動部材1は図2に示した場合と直交する方
向へ駆動される。
動方向に関して支承することが可能であるので、可動部
材1を任意の軸の回りに回転運動できるように支承する
ことが可能である。
流の付与を例示したが、4aと4b、4cと4dを各々
結ぶようにに電流を付与すれば、電力線は45度方向に
形成されるので、可動部材1は付与される電流方向に対
応する方向に反作用を受けて駆動されることになる。こ
れらの電流付与手段への電流付与の組み合わせを、経時
的あるいは空間的に適宜変更することにより、可動部材
4を空間の直交する3自由度で回転運動させることがで
きる。このとき、前述したように可動部材1は弾性部材
3で支持されているので、上記回転運動は弾性部材3が
弾性的に機能する範囲で束縛されることはない。
ずに、可動部材1側に取着しても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。このとき可動部材1の運動の向
きは、上述の様に固定部材2に導電部材4が取着された
場合と異なり、導電部材4に作用するローレンツ力16
による回転方向と一致する。
について説明する。本実施例では、図1における永久磁
石5の代わりに、可動部材1の周囲にコイルを巻いて電
磁石25が配設されている。
材2側の固定体側永久磁石10に相当する磁石は省かれ
ている。なお、固定体側永久磁石10に相当する磁石と
して、固定部材2の端部に電磁石を配設することも可能
である。
の量と向きは一定であったが、本実施例ではコイルへの
付与電流を変えることにより磁束の量と向きを変更する
ことができる。従って、球殻状の導電部材4への付与電
流と電磁石25のコイルへの付与電流とについて、いず
れか一方あるいは両者を制御することにより、多彩に可
動部材4の運動方向を制御することが可能になる。
例について説明する。撮像装置や照明装置が取り付けら
れる可動部材30は、円筒状の継鉄31に球面軸受部3
2を取着した構造となっている。この軸受部32は固定
部材35に摩擦を低減する手段、例えば転がり部材36
を介して、回転自在に取り付けられている。転がり部材
36は、適当な潤滑剤や図1に示すような弾性部材3に
置換しても構わない。継鉄31の端部は図1における場
合と同様に半球面状になっている。
1に埋設された球殻状の導電部材40を有する。固定部
材35にはラジアル方向に着磁された永久磁石37が取
着されている。固定部材35には、永久磁石37による
磁束38を導くように円筒状の継鉄39が配設されてい
る。永久磁石37から発した磁束は継鉄51を流れ球面
軸受部32を介して継鉄31へ流れ、導電部材40を通
って継鉄41に至る磁路を流れる。
ンツ力が発生するため、可動部材30はこの反作用によ
り姿勢を変化させるように駆動される。
に球面軸受部32によってなされるので、導電部材30
とこれに対向する可動部材30側の継鉄31の端部の形
状は厳密に曲率を一致させる必要はない。
0は可動部材30側に取着しても構わない。また、永久
磁石37の代わりにコイルを用いた電磁石を用いてもよ
い。本実施例では、図1や図4に示した場合と異なり、
磁路が閉ループを形成されているので、磁力源のエネル
ギーをより有効に可動部材30の駆動力に使用すること
ができる。
について説明する。本実施例では固定部材45は円筒状
の継鉄46を有し、継鉄46の内側部には磁力源となる
永久磁石47が配設されている。永久磁石47の継鉄4
6の反対側には一端が凹面を形成するようにくくられた
円筒状の継鉄48が取り付けられている。継鉄48の一
端が凹面になっているのは導電部材54の凸面を流れる
磁束が継鉄48の表面へ垂直に入るようにするためであ
る。
は4個)の孔部50が穿たれ、孔部50の内部には膜状
弾性部材51が張られている。膜状弾性部材51を貫通
するように細径柱状の高剛性部材52が設けられてい
る。高剛性部材52の片側には撮像装置は照明装置を設
置するための収納部材53が取着され、他側には球殻状
の導電部材54が取付部材55に設置されている。
面を示す。永久磁石47による磁束は継鉄46を破線で
示した磁路60に沿って閉ループを流れるので、それを
横切る導電部材54に電流を付与すれば、先の実施例と
同様にここに電磁気的なローレンツ力が作用する。導電
部材54に高剛性部材52で接続された収納部材53
は、膜状弾性部材51が弾性変形する範囲で姿勢変動的
な回転運動を行う。なお、永久磁石47を電磁石に置き
換えてもよい。また、継鉄48は設置を省くことも可能
である。また、導電部材54を固定部材45側の継鉄4
8に取着しても構わない。
の方向を規制すれば、導電部材54やこれに対向する固
定側継鉄48の形状を厳密に制限する必要はない。
記載した導電部材は、導電材料を薄箔状に成型して構築
しても良いし、微細線状導電材料を簾状に並べて成型し
ても良いし、あるいはフラット状に成型したコイルの一
部を使用しても構わない。後2者の場合、線材の方向に
よって電流方向が規定されてしまうが、この時は所望の
線材方向で構成した導電部材を重ねて使用すれば良い。
例えば、図2および図3に記した電流方向を得るには、
各々の図の点線に沿って線材を並べて構築した2つの導
電部材を用意してこれを重ねる事になる。この様に導電
部材を重ねる場合は、この導電部材の厚みが総合的に増
し、導電部材と直交する磁束が横切る空隙部の距離も増
すことになり、結果的に磁石にとっての磁気抵抗が増え
て磁束密度が減少し、ローレンツ力も減ってしまうが、
これは永久磁石等の磁極面積を増やす事で容易に解決で
きる。磁気抵抗は概ね空隙部の距離に比例するが、これ
を永久磁石の磁極面積で補う場合、長さと面積の次元の
関係から、磁極面積の増加に関する変化量は空隙部の平
方根分に抑える事ができる。従って、雲台装置全体の寸
法は磁極面積の増加に伴って著しく増大することはな
い。
ば、駆動機構に形成した磁場中で、電磁気的な相互作用
による駆動力が並列的に作用する可動部材を配置し、こ
れらの駆動力を独立に制御できるので、単機能のアクチ
ュエータを積み重ねて構成する雲台装置に比べ占有体積
を非常に小さくできる。
運動は弾性部材によって多自由度的に支承されているの
で、複数の軸受やガイド機構を積み重ねて構成する姿勢
可動機構に比べ、やはり占有体積を低減できる。これら
の構造は部品点数も積み上げ型に比べ少ないので、狭隘
箇所に適用する場合でも、高信頼性の確保と運動自由度
の大きい雲台装置を提供することができる。
示す平面図(a)と縦断面図(b)。
(b)。
電部材のみを示す平面図(a)と断面図(b)。
を示す縦断面図(b)。
略構成を示す縦断面図。
を示す縦断面図(b)と縦断面図(b)におけるA−A
からみた断面図(a)。
Claims (2)
- 【請求項1】可動部材を固定部材に対して駆動する雲台
装置において、 前記可動部材と前記固定部材との間に磁気回路を形成す
るべく、前記可動部材と前記固定部材との少なくとも一
方に設けられる磁石と、前記可動部材と前記固定部材と
のいずれか一方に固定され磁束と交差する方向に電流を
流す導電部材と、前記可動部材と前記固定部材とを支承
する弾性部材とを有することを特徴とする雲台装置。 - 【請求項2】前記導電部材には、流れる電流の方向を切
り替えるための複数個の電極が設けられていることを特
徴とする請求項1に記載の雲台装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22045694A JP2645224B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 雲台装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22045694A JP2645224B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 雲台装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0886395A JPH0886395A (ja) | 1996-04-02 |
JP2645224B2 true JP2645224B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=16751408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22045694A Expired - Lifetime JP2645224B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 雲台装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2645224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2951818C (en) | 2014-07-22 | 2023-05-23 | Hydor Srl | Support device for aquarium accessories |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP22045694A patent/JP2645224B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0886395A (ja) | 1996-04-02 |
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