WO2016199826A1

WO2016199826A1 - 姿勢制御装置

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Publication number: WO2016199826A1
Application number: PCT/JP2016/067123
Authority: WO
Inventors: クリストファートマスラーベ，; 真二鈴木; 武司土屋; 熊田　貴之; 誠柴崎
Original assignee: 国立大学法人東京大学; ブルーイノベーション株式会社
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2016-12-15
Also published as: JP2017003750A; US20180163832A1; JP6455838B2; US10267396B2

Abstract

可動部分からモーター等の重量物を切り離して設置して、可動部分の軽量化を図る。支持部と、機器が装着される可動部と、支持部と可動部との間に介装された駆動部とを備え、可動部は、支持部に第１の回動軸線回りに回動可能に装着された第１の回動部材と、第１の回動部材に、第１の回動軸線と直交する第２の回動軸線回りに回動可能に装着された第２の回動部材とを有し、支持部には、第１の回動部材を挟み込むようにして位置される一対の第１ブラケットが設けられ、これらの第１ブラケットには、第１の回動軸線を構成する第１シャフトがそれぞれ設けられ、第２の回動部材には、第１の回動部材を、一対の第１ブラケットと直交する方向から挟み込むように位置される一対の第２ブラケットが設けられ、第２ブラケットには、第２の回動軸線を構成するとともに、第１の回動部材に第２の回動部材を回動可能に支持させる第２シャフトがそれぞれ設けられ、駆動部が、支持部に装着され、各第１シャフトと平行な回転軸線を有する一対のモーターと、プーリーと各モーターとの間に巻回された無端帯と、隣り合う一組の第１シャフトと第２シャフトのそれぞれに装着され、第１の回動軸線回りの回動を第２の回動軸線回りの回動に変換する一対の歯車とを備え、一方の歯車がプーリーに止着されているとともに、第１の回動部材に対して回動自在に装着され、他方の歯車が、第２の回動部材の第２ブラケットに止着され、歯車が装着されていない第１シャフトに、この第１シャフトに設けられたプーリーと第１の回動部材が止着されている。

Description

姿勢制御装置

　本発明は、姿勢制御装置に係わり、特に、撮影機器や計測機器等の機器の姿勢制御に好適に用いられる姿勢制御装置に関するものである。

　前述した撮影機器や計測機器等の機器にあっては、その姿勢を調整して最適な撮影範囲や計測範囲を保持することが行なわれている。

　このような姿勢制御には、機器が搭載される基台を２軸駆動型若しくは３軸駆動型の自在継ぎ手によって支持しておき、各駆動軸を個々に回動させて前記基台の傾きを調整することにより、前記機器の姿勢を制御することが一般的に行なわれている。
　この３軸駆動型の自在継ぎ手として、たとえば、特許文献１に示される技術が提案されている。

特開２００８－４４０８９号公報

　ところで、前述した従来の技術にあっては、前記各駆動軸にサーボモーター等のモーターを直結し、このモーターによって前記各駆動軸を回動させるようにしている。

　このような構成であると、各モーターと駆動軸が一体化されていることから、可動部分の重量が増加し、これに伴って、前記各モーターに要求される動力が大きくなるばかりでなく、応答性が低下するといった不具合が想定される。

　本発明は、このような従来の技術において残されている問題点に鑑みなされたもので、可動部分からモーター等の重量物を切り離して設置して、可動部分の軽量化を図ることの可能な姿勢制御装置を提供することを解決すべき課題とする。

　本発明は、前述した課題を解決するために、支持部と、この支持部に連設され、機器が装着される可動部と、これらの支持部と可動部との間に介装された駆動部とを備え、
　前記可動部は、前記支持部に第１の回動軸線回りに回動可能に装着された第１の回動部材と、この第１の回動部材に、前記第１の回動軸線と直交する第２の回動軸線回りに回動可能に装着され、前記機器が装着される第２の回動部材とを有し、
　前記支持部には、前記第１の回動部材を挟み込むようにして位置される一対の第１ブラケットが設けられ、これらの第１ブラケットには、前記第１の回動軸線を構成するとともに、前記第１の回動部材を支持する第１シャフトがそれぞれ設けられ、
　前記第２の回動部材には、前記第１の回動部材を、前記一対の第１ブラケットと直交する方向から挟み込むように位置される一対の第２ブラケットが設けられ、これらの第２ブラケットには、前記第２の回動軸線を構成するとともに、前記第１の回動部材に前記第２の回動部材を回動可能に支持させる第２シャフトがそれぞれ設けられ、
　前記駆動部が、前記支持部に装着され、前記各第１シャフトと平行な回転軸線を有する一対のモーターと、前記各第１シャフトに設けられたプーリーと前記各モーターとの間に巻回された動力伝達用の無端帯と、隣り合う一組の前記第１シャフトと前記第２シャフトのそれぞれに装着され、前記第１の回動軸線　回りの回動を前記第２の回動軸線回りの回動に変換する一対の歯車とを備え、
　前記一方の歯車が前記プーリーに止着されているとともに、前記第１の回動部材に対して回動自在に装着され、前記他方の歯車が、前記第２の回動部材の前記第２ブラケットに止着され、さらに、前記歯車が装着されていない前記第１シャフトに、この第１シャフトに設けられた前記プーリーと前記第１の回動部材が止着されていることを特徴とする。

　このように構成された本発明の姿勢制御装置によれば、一対の前記モーターを、同一方向に同一角度で回転駆動することにより、前記第２の回動部材の、前記第２の回動軸線回りの回動を阻止した状態で、前記第１の回動部材を、前記第１の回動軸線回りに回動させることができる。

　すなわち、前述した各モーターの回動により、その回動が各無端帯によって各プーリーへ伝達され、これらのプーリーも同一方向に同一角度回動させられる。

　ここで、一方の前記歯車が装着されていないプーリーが、前記第１シャフトを介して前記第１の回動部材に固定されていることにより、この第１の回動部材を前記第１の回動軸線回りに回動させる。

　一方、前記一方の歯車が装着されているプーリーは、前記第１シャフトに対して回動自在に装着されていることから、このプーリーの回動は、前記第１の回動部材の回動には直接関与しない。

　しかしながら、このプーリーには前記一方の歯車が止着されており、この一方の歯車が、前記プーリーとともに回動させられる。
　そして、前記一方の歯車は、他の歯車と噛合していることから、この他の歯車を前記第２の回動軸線回りに回動させようとする。

　ここで、前述したように、前記第１の回動部材が、前記一方の歯車が装着されていないプーリーによって回動させられることから、前記他の歯車も前記第１の回動軸線回りに移動させられる。
　すなわち、前記一方の歯車の回動とともに、前記他方の歯車と一体的に移動することとなり、この他方の歯車が回動することなく移動させられる。
　したがって、前記他方の歯車が止着されている前記第２の回動部材が、前記第２の回動軸線回りの回動を阻止された状態で、前記第１の回動軸線回りに回動させられる。

　また、前記一方の歯車が装着されていないプーリーを停止した状態で、前記一方の歯車が装着されたプーリーを回動させることにより、前記第１の回動部材の回動を拘束した状態で、前記第２の回動部材を前記第２の回動軸線回りに回動させることができる。

　すなわち、前記一方の歯車が装着されていないプーリーを停止状態に保持すると、このプーリーに止着された前記第１の回動部材は、前記第１の回動軸線回りの回動が拘束された状態に保持される。
　この状態において、前記他方の歯車も前記第１の回動部材とともに、前記第１の回動軸線回りの回動が拘束されている。

　ここで、前記一方の歯車が装着されたプーリーを回動させると、前記一方の歯車も回動し、噛合させられている前記他方の歯車を回動させ、これによって、前記他方の歯車が止着されている前記第２の回動部材が、前記第２の回動軸線回りに回動させられる。

　さらに、前記一方の歯車が止着されているプーリーの回動を拘束した状態で、前記一方の歯車が止着されていないプーリーを回動させることにより、前記第２の回動部材に、前記第１の回動軸線回りの回動と、前記第２の回動軸線回りの回動を同時に行なわせることができる。

　すなわち、前記一方の歯車が止着されているプーリーは、前記第１の回動部材に対して回動自在となされており、この状態で、前記一方の歯車が止着されていないプーリーを回転させると、その回転とともに、前記第１の回動部材が前記第１の回動軸線回りに回動させられる。

　前述したように、前記第１の回動部材が前記第１の回動軸線回りに回動させられると、それとともに、前記第２の回動部材が、前記他方の歯車とともに前記第１の回動軸線回りに回動させられる。

　ここで、前述したように、前記一方の歯車が停止していることにより、この一方の歯車と噛合している前記他方の歯車が回動させられ、この他方の歯車が止着されている前記第２の回動部材が、前記第２の回動軸線回りに回動させられる。

　このように、前記一対のプーリーの回転を制御することにより、前記第２の回動部材を、前記第１の回動軸線および第２の回動軸線の２軸回りに回動させることができる。

　したがって、前記第２の回動部材に装着される機器の姿勢を３次元的に調整することができる。

　しかも、前記各プーリーを回動させるモーターを、前記可動部から切り離して設置していることから、前記可動部が軽量化され、これに伴って、前記モーターに要求される能力を小さくすることができるとともに、前記可動部の応答性を向上させることができる。

　そして、前記支持部に、前記可動部および前記駆動部を、前記第１の回動軸線と前記第２の回動軸線との交差点を通る軸線回りに回動させるモーターを設けることもできる。

　このような構成とすることにより、前記可動部の回動軸線を増やして、この可動部の姿勢の調整範囲を拡大することができる。

　そして、本発明の姿勢制御装置を、移動体に搭載して使用することができる。
　前記移動体は、飛行体や陸上走行体、あるいは、水上走行体の何れであっても適用可能である。

　このように、姿勢変化が著しい移動体に搭載した場合にあっても、前述した高い応答性により、高精度の姿勢制御を行なうことができる。

　本発明の姿勢制御装置によれば、モーター等の重量物を可動部から切り離すことにより、可動部の重量を軽減し、姿勢制御の応答性を高めることができる。

本発明の一実施形態を示す正面図である。本発明の一実施形態を示す側面図である。本発明の一実施形態を示すもので、可動部の縦断面図である。本発明の一実施形態を示すもので、可動部の分解斜視図である。本発明の一実施形態を示すもので、動作を説明するための可動部の拡大縦断面図である。本発明の一実施形態を示すもので、動作を説明するための可動部の拡大縦断面図である。本発明の一実施形態を示すもので、動作を説明するための可動部の拡大縦断面図である。本発明の一実施形態を示すもので、飛行体に搭載した状態を示す正面図である。本発明の一実施形態を示すもので、飛行体に搭載した際の姿勢制御の状態を示す正面図である。本発明の一実施形態を示すもので、飛行体に搭載した際の姿勢制御の状態を示す正面図である。本発明の一実施形態を示すもので、陸上走行体に搭載した状態を示す正面図である。本発明の一実施形態を示すもので、陸上走行体に搭載した際の姿勢制御の状態を示す正面図である。

　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１において、符号１は本実施形態に係わる姿勢制御装置を示す。
　この姿勢制御装置１は、支持部Ａと、この支持部Ａに連設され、機器２が装着される可動部Ｂと、これらの支持部Ａと可動部Ｂとの間に介装された駆動部Ｃとを備えている。

　前記支持部Ａは、基体３と、この基体３上に装着されたサーボモーター等の第１モーター４と、この第１モーター４の駆動軸に一体に連設された支持シャフト５と、この支持シャフト５の先端部に、図２に示すように、この支持シャフト５の軸線と直交する方向に間隔をおいて取り付けられた一対の第１ブラケット６とによって構成されている。

　前記可動部Ｂは、前記支持部Ａに設けられた前記第１ブラケット６間に、回動可能に配設された第１の回動部材７と、この第１の回動部材７に回動可能に装着され、前記機器２が装着される第２の回動部材８とを備えている。

　前記一対の第１ブラケット６のそれぞれには、前記支持シャフト５の軸線と直交する方向に沿った第１シャフト９が同軸状にかつ回転自在に装着されている。

　これらの第１シャフト９は、前記第１ブラケット６間に突出させられて、その内側に配置された前記第１の回動部材７に嵌合させられて、この第１の回動部材７を回動自在に支持することにより、第１の回動軸線を構成するようになっている。

　また、前記第１シャフト９の一方は、前記第１の回動部材７に、たとえばスプライン嵌合によってこの第１の回動部材７と一体回転するようになされ、他方の第１シャフト９は、前記第１の回動部材７に対して相対回動可能となされている。

　さらに、前記各第１シャフト９には、前記駆動部Ｃを構成する第１プーリー１０および第２プーリー１１一体に装着され、前記第１の回動部材７に対して相対回動可能に嵌合させられた第１シャフト９に装着された第２プーリー１１には、歯車１２が一体に装着されている。

　前記第２の回動部材８には、図１に示すように、前記第１の回動部材７を、前記一対の第１ブラケット６と直交する方向から挟み込むように位置される一対の第２ブラケット１３が設けられている。

　これらの第２ブラケット１３には、前記第１の回動軸線と直交する第２の回動軸線を構成するとともに、前記第１の回動部材７と前記第２の回動部材８を回動可能に連結する第２シャフト１４がそれぞれ設けられている（図１参照）。

　また、前記第２ブラケット１３の一方には、図３に詳述するように、前記第２シャフト１４と同軸状に配置され、前記歯車１２に噛合させられて前記駆動部Ｃを構成する歯車１５が一体に装着されている。

　そして、前記一対の噛合させられた歯車１２・１５は、前記第２プーリー１１の回動を、前記第２シャフト１４回りの回動に変換するようになっている。

　前記駆動部Ｃは、前記支持シャフト５に設けられたステー１６に、前記支持シャフト５を挟んで装着された一対の第２モーター１７および第３モーター１８と、これらの第２および第３モーター１７・１８の駆動軸に一体に装着された駆動プーリー１９・２０と、図２に示すように、前記駆動プーリー１９・２０と前記第１および第２プーリー１０・１１との間に巻回された動力伝達用の無端帯２１・２２とをさらに備えている。

　ついで、このように構成された本実施形態の姿勢制御装置１の作用について説明する。
　まず、前記第２モーター１７と前記第３モーター１８を、同一方向に同一角度で回転駆動することにより、前記第２の回動部材８の、前記第２シャフト１４回りの回動を阻止した状態で、前記第１の回動部材７を、前記第１シャフト５回りに回動させることができる。

　すなわち、前述した前記第２モーター１７と前記第３モーター１８の回動により、その回動が各無端帯２１・２２によって前記第１プーリー１０および第２プーリー１１へ伝達され、これらのプーリー１０・１１も同一方向に同一角度回動させられる。

　ここで、前記第１プーリー１０が、前記第１シャフト９を介して前記第１の回動部材７に固定されていることにより、この第１の回動部材７を前記第１シャフト９回りに回動させる。

　一方、前記第２プーリー１１は、前記第１シャフト９に対して回動自在に装着されていることから、この第２プーリー１１の回動は、前記第１の回動部材７の回動には直接関与しない。

　しかしながら、この第２プーリー１１には前記一方の歯車１２が止着されており、この一方の歯車１２が、前記第２プーリー１１とともに回動させられる。
　そして、前記一方の歯車１２は、他の歯車１５と噛合していることから、この他の歯車１５を前記第２シャフト１４回りに回動させようとする。

　ここで、前述したように、前記第１の回動部材７が、前記第１プーリー１０によって回動させられることから、前記他の歯車１５も前記第１シャフト９回りに移動させられる。
　すなわち、前記一方の歯車１２の回動と一体的に前記他方の歯車１５が移動することとなり、この他方の歯車１５が、前記第２シャフト１４回りに回動することなく移動させられる。
　したがって、前記他方の歯車１５が止着されている前記第２の回動部材８が、前記第２シャフト１４回りの回動を阻止された状態で、図６に示すように、前記第１シャフト９回りに回動させられる。

　また、前記第１プーリー１０を停止した状態で、前記第２プーリー１１を回動させることにより、前記第１の回動部材７の回動を拘束した状態で、前記第２の回動部材８を前記第２シャフト１４回りに回動させることができる。

　すなわち、前記第１プーリー１０を停止状態に保持すると、この第１プーリー１０に止着された前記第１の回動部材７は、前記第１シャフト９回りの回動が拘束された状態に保持される。
　この状態において、前記他方の歯車１５も前記第１の回動部材７とともに、前記第１シャフト９回りの移動が拘束されている。

　ここで、前記第２プーリー１１を回動させると、前記一方の歯車１２も回動し、噛合させられている前記他方の歯車１５を回動させられ、これによって、前記他方の歯車１５が止着されている前記第２の回動部材８が、図５に示すように、前記第２シャフト１４回りに回動させられる。

　さらに、前記第２プーリー１１の回動を拘束した状態で、前記第１プーリー１０を回動させることにより、図７に示すように、前記第２の回動部材８に、前記第１シャフト９回りの回動と、前記第２シャフト１４回りの回動を同時に行なわせることができる。

　すなわち、前記一方の歯車１２が止着されている第２プーリー１１は、前記第１の回動部材７に対して回動自在となされており、この状態で、前記第１プーリー１０を回動させると、その回動とともに、前記第１の回動部材７が前記第１シャフト９回りに回動させられる。

　前述したように、前記第１の回動部材７が前記第１シャフト９回りに回動させられると、それとともに、前記第２の回動部材８が、前記他方の歯車１５とともに前記第１シャフト９回りに移動させられる。

　ここで、前述したように、前記一方の歯車１２が停止していることにより、この一方の歯車１２と噛合している前記他方の歯車１５が、前記第シャフト１４回りにお回動させられ、この他方の歯車１５が止着されている前記第２の回動部材８が、前記第２シャフト１４回りに回動させられる。

　このように、前記一対のプーリー１０・１１の回転を制御することにより、前記第２の回動部材８を、前記第１シャフト９および第２シャフト１４の２軸回りに回動させることができる。

　しかも、前記可動部Ｂを稼働させる第２モーター１７および第３モーター１８を、前記可動部Ｂから切り離して設置していることから、前記可動部Ｂが軽量化され、これに伴って、前記モーター１７・１８に要求される能力を小さくすることができるとともに、前記可動部Ｂ動きの応答性を向上させることができる。

　そして、前記支持部Ａに、前記可動部Ｂおよび前記駆動部Ｃを、前記第１の回動軸線と前記第２の回動軸線との交差点を通る軸線回りに回動させる第１モーター４を設けることにより、前記可動部Ｂの回動軸線を増やして、この可動部Ｂの姿勢の調整範囲を拡大することができる。

　そして、本実施形態の姿勢制御装置１を、図８に示すように飛行体２３に搭載して使用することができる。

　この場合、前記飛行体２３の飛行姿勢が変化した場合においても、図９および図１０に示すように、前記機器２の姿勢変化を抑制することができる。
　図示例では、前記機器２を水平状態に保持する例を示した。

　また、本実施形態の姿勢制御装置１を、図１１に示すように陸上走行体２４に搭載して使用することができる。

　この場合、走行路面の傾斜の変化により、前記陸上走行体２４に姿勢変化が生じたとしても、図１２に示すように、前記機器の姿勢変化を抑制することができる。
　図示例では、前記機器２を水平状態に保持する例を示した。

　なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

　たとえば、本発明の姿勢制御装置を、船舶等の水上移動体に搭載するようにしてもよく、あるいは、支持構造物上に設置して、この支持構造物に対する機器の姿勢調整を行なうようにしてもよい。

１　姿勢制御装置
２　機器
３　基体
４　第１モーター
５　支持シャフト
６　第１ブラケット
７　第１の回動部材
８　第２の回動部材
９　第１シャフト
１０　第１プーリー
１１　第２プーリー
１２　歯車
１３　第２ブラケット
１４　第２シャフト
１５　歯車
１６　ステー
１７　第２モーター
１８　第３モーター
１９　駆動プーリー
２０　駆動プーリー
２１　無端帯
２２　無端帯
２３　飛行体
２４　陸上走行体
Ａ　支持部
Ｂ　可動部
Ｃ　駆動部

Claims

　支持部と、この支持部に連設され、機器が装着される可動部と、これらの支持部と可動部との間に介装された駆動部とを備え、
　前記可動部は、前記支持部に第１の回動軸線回りに回動可能に装着された第１の回動部材と、この第１の回動部材に、前記第１の回動軸線と直交する第２の回動軸線回りに回動可能に装着され、前記機器が装着される第２の回動部材とを有し、
　前記支持部には、前記第１の回動部材を挟み込むようにして位置される一対の第１ブラケットが設けられ、これらの第１ブラケットには、前記第１の回動軸線を構成するとともに、前記第１の回動部材を支持する第１シャフトがそれぞれ設けられ、
　前記第２の回動部材には、前記第１の回動部材を、前記一対の第１ブラケットと直交する方向から挟み込むように位置される一対の第２ブラケットが設けられ、これらの第２ブラケットには、前記第２の回動軸線を構成するとともに、前記第１の回動部材に前記第２の回動部材を回動可能に支持させる第２シャフトがそれぞれ設けられ、
　前記駆動部が、前記支持部に装着され、前記各第１シャフトと平行な回転軸線を有する一対のモーターと、前記各第１シャフトに設けられたプーリーと前記各モーターとの間に巻回された動力伝達用の無端帯と、隣り合う一組の前記第１シャフトと前記第２シャフトのそれぞれに装着され、前記第１の回動軸線回りの回動を前記第２の回動軸線回りの回動に変換する一対の歯車とを備え、
　前記一方の歯車が前記プーリーに止着されているとともに、前記第１の回動部材に対して回動自在に装着され、前記他方の歯車が、前記第２の回動部材の前記第２ブラケットに止着され、さらに、前記歯車が装着されていない前記第１シャフトに、この第１シャフトに設けられた前記プーリーと前記第１の回動部材が止着されていることを特徴とする姿勢制御装置。
　前記支持部には、前記可動部および前記駆動部を、前記第１の回動軸線と前記第２の回動軸線との交差点を通る軸線回りに回動させるモーターが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の姿勢制御装置。
　前記支持部、前記可動部、および、前記駆動部が、移動体に搭載されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の姿勢制御装置。
　前記移動体が飛行体であることを特徴とする請求項３に記載の姿勢制御装置。
　前記移動体が、陸上走行体であることを特徴とする請求項３に記載の姿勢制御装置。
　前記移動体が、水上走行体であることを特徴とする請求項３に記載の姿勢制御装置。