JP2002199757A - 振動波モータの駆動装置、回転装置及びこの回転装置を用いた雲台装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ジョイスティックの操作により振動波モータを
駆動して被回転体を旋回させる際に、なめらかな速度変
化で旋回させる回転装置を提供する。 【解決手段】 【請求項１】振動波モータ（1-1、1-2）の回転速度をモ
ニターしながら目標速度となるように駆動信号を印加す
る電圧印加手段を含む駆動回路部（6-1,6-2）と、前記
目標速度値をジョイスティック８の操作で生成する制御
目標値生成部７と、前記振動波モータの回転に伴い回転
する可動部（3、4）を有する回転装置において、制御目
標値生成部７は、ボリューム９の状態に基づき前記駆動
回路部（6-1,6-2）に対して、前記振動波モータの角加
速度を指令するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動波モータの駆
動装置、振動波モータを用いた回転装置及びこの回転装
置を用いたカメラの雲台装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＶカメラ用の雲台装置等の2次
元または３次元の回転装置において、ジョイスティック
レバーやスイッチ等を備えた操作箱を用いて回転装置の
旋回動作をコントロールする装置がよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、モータの角加速度の指令は固定値となっており、ジ
ョイスティックの倒し角度の具合を操作することによ
り、旋回速度の変速具合をコントロールするようになっ
ていた。

【０００４】このために、旋回速度をなめらかに変化さ
せる場合にはジョイスティックの倒し角度を精密に変化
させる必要があり、非常に困難な作業となっていた。

【０００５】また、モータの駆動回路に対してジョイス
ティックが取り付けられた操作箱から与えられる指令
は、通常シリアル通信を介して行なわれるので、旋回速
度指令値の更新周期に数ミリ秒程度の時間を要するた
め、旋回速度指令値が階段状に変化することが避けられ
ず、その結果旋回速度の変化も階段状となり、なめらか
な変化を実現することができなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、電気−機
械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより
駆動振動が形成される弾性体に回転体を加圧接触させて
該回転体を回転させる振動波モータと、前記電気−機械
エネルギー変換素子に前記振動波モータの回転速度をモ
ニターしながら目標速度となるように駆動信号を印加す
る電圧印加手段を含む駆動回路部と、前記目標速度値を
生成する制御目標値生成部とを有し、前記制御目標値生
成部は、前記駆動回路部に対して、前記振動波モータの
角加速度を指令する角加速度指令手段を有することを特
徴とする振動波モータの駆動装置にある。

【０００７】第２の発明は、上記第１の発明で、前記角
加速度指令手段は、スイッチもしくは可変抵抗器とした
ことを特徴とする。

【０００８】第３の発明は、上記いずれかに記載の振動
波モータの駆動装置を有し、前記振動波モータの回転に
伴い回転する可動部を有することを特徴とする回転装置
にある。

【０００９】第４の発明は、上記第３の発明で、前記振
動波モータはモータ軸が互いに直交するように２つ配置
され、かつ前記各振動波モータごとに前記駆動回路部が
設けられ、前記制御目標値生成部からの駆動方向指示に
従って前記各駆動回路部により前記各振動波モータが駆
動されることを特徴とする。

【００１０】第５の発明は、上記第４の発明で、前記２
つの振動波モータは、一方の振動波モータの回転軸に他
方の振動波モータが取り付けられ、前記他方の振動波モ
ータのモータ軸に被回転体としての可動部が取り付けら
れることを特徴とする。

【００１１】第６の発明は、上記第４または第５の発明
で、前記駆動方向指示は、ジョイスティックにより行な
われることを特徴とする。

【００１２】第７の発明は、上記いずれかに記載の回転
装置を有し、前記可動部にカメラを取り付けるようにし
たことを特徴とするカメラの雲台装置とするものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
システム全体の概略図である。

【００１４】図１において、第１振動波モータ1-1にお
けるモータ出力軸の一方に第１ロータリーエンコーダ2-
1が取り付けられている。第１モータ1-1は台座５に固定
されている。第１振動波モータ1-1のモータ出力軸の他
方には水平回転部材３が取り付けられており、第１モー
タ1-1が回転すると水平回転部材３が水平回転するよう
になっている。

【００１５】第１モータ1-1と第１ロータリーエンコー
ダ2-1は、第１駆動回路6-1に接続されており、エンコー
ダパルス情報に基づき速度制御されるようになってい
る。

【００１６】ここで振動波モータは、金属等の弾性体に
電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子に交番
信号である交流電圧を印加することにより進行波等の駆
動振動を形成する振動体と、前記弾性体の駆動部に加圧
手段を介して加圧接触する接触体を有し、前記弾性体の
駆動部に形成された駆動振動により前記接触体を摩擦駆
動し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させるよう
にしたもので、通常、前記振動体をステータ、前記接触
体をロータとして用いている。また、前記振動体として
は、リング状または円板状の弾性体の一面にリング状の
圧電素子板を接着した構成のものが用いられ、本実施の
形態では前記ロータの回転を出力軸を介して取り出す方
式のものが用いられているが、前記ロータの回転を直接
取り出す方式などのものを用いることができる。

【００１７】水平回転部材３には、その出力軸の一方に
ロータリーエンコーダ2-2が取り付けられた第２振動波
モータ1-2が固定されている。第２モータ1-2の出力軸の
他方には、あおり回転部材４が取り付けられており、第
２モータ1-2が回転するとあおり回転部材４があおり回
転するようになっており、このあおり回転部材１４に不
図示のカメラが取り付けられ、カメラの雲台装置を構成
する。

【００１８】第２モータ1-2と第２ロータリーエンコー
ダ2-2は第２駆動回路6-2に接続されており、エンコーダ
パルス情報に基づき速度制御されるようになっている。

【００１９】７は操作ボックスで、ボックス表面にはジ
ョイスティック８と可変抵抗器としてのボリューム９が
設けられている。ジョイスティック８のレバーを傾斜さ
せると図中Ｘ方向傾斜角に応じて第１駆動回路6-1に対
して速度指令値がシリアル通信ラインを介して与えられ
る。また、Ｙ方向傾斜角に応じて第２駆動回路6-2に速
度指令値が与えられる。ジョイスティックの傾斜角を所
望の値に操作することにより水平回転およびあおり回転
の回転速度を自由に操作することができる。

【００２０】ボリューム９は角加速度設定ボリューム
で、ボリューム設定角度に応じて変速時の角加速度値が
第１駆動回路6-1および第２駆動回路6-2に対してシリア
ル通信ラインを介して与えられるようになっている。な
お、角加速度指令手段としての可変抵抗器であるボリュ
ーム９に代えてスイッチにより固定値を指令するように
しても良い。

【００２１】図３（ａ）は従来例における変速時の速度
の様子を示した図である。点線で示したものがジョイス
ティック角度に応じて変化する速度指令値で、階段状に
変化するため、実線で示す実際の速度変化は大きいオー
バーシュートを生じている。

【００２２】図３（ｂ）は本実施の形態における変速時
の速度の様子を示した図である。

【００２３】角加速度設定ボリューム値に応じて目標速
度が点線で示すように、時間的に傾斜を持って変化する
ようになっている。上記従来例と違って実線で示す実際
の速度変化にオーバーシュートは見られず、なめらかに
速度が変化している。

【００２４】また、オーバーシュートの防止効果のみな
らず、ボリュームの設定角度を変えることにより、変速
時の速度変化の具合を自在に操作することができるとい
う効果も生まれる。

【００２５】第１駆動回路6-1および第２駆動回路6-2の
内部構成を図２に示す。シリアル通信端子Ｓを介してマ
イクロコンピュータ１１に目標回転速度が与えられる。
エンコーダ信号は入力端子Ｅよりカウンタ回路１５に入
力され回転速度情報としてマイクロコンピュータ１１か
ら読み出すことができるようになっている。

【００２６】マイクロコンピュータ１１は速度指令値と
カウンタ回路より得られる速度情報値との差をゼロにす
べくＤＡ（デジタル−アナログ）変換器１２およびＶＦ
（電圧−周波数）変換器１３を介して振動波モータに印
加する周波電圧の周波数を変化させることによりモータ
回転速度の制御を行うようになっている。

【００２７】モータに印加される周波電圧は電圧印加手
段１４により電圧変換されたあとにモータ電圧端子Ｍを
介してモータに接続されている。

【００２８】図４にマイクロコンピュータ１１により行
なわれる速度制御メインルーチンの制御動作を示すフロ
ーチャートを示す。

【００２９】速度制御メインルーチンが開始されると、
モータの通電が開始され（＃１）、エンコーダ信号が入
力されたカウンタ回路１５よりモータの速度情報値を読
取る（＃２）。

【００３０】ここで後述する速度目標値２が０であるか
否かを判定し（＃３）、速度目標値２が０であるなら
ば、モータの通電を終了させ（＃８）、制御を終了（＃
９）する。

【００３１】＃３にて速度目標値２が０でないと判定さ
れると、カウンタ回路１５で読取ったモータの速度情報
と速度目標値２とを比較し、速度情報値が速度目標値２
より大きいか否かを判定する（＃４）。

【００３２】速度情報値が速度目標値２よりも大きくな
ければ、速度情報値が速度目標２より小さいか否かを判
定する（＃６）。

【００３３】速度情報値が速度目標値２よりも小さけれ
ば、振動波モータによる回転速度を上げるために、振動
波モータに印加する周波電圧の周波数を下げ（＃５）、
＃２に戻る。

【００３４】速度情報値が速度目標値２よりも小さくな
ければ、速度情報値と速度目標値２は等しいということ
であり、再び＃２に戻る。振動波モータを停止させると
きは、＃２の速度目標値２が０となるので、モータへの
通電を終了させ（＃８）、制御を終了する（＃９）続い
て、図５の負Ｒ−チャートに速度目標値２を設定するた
めのタイマー割り込み処理ルーチンを示す。

【００３５】このタイマー割り込み処理ルーチンは、ボ
リューム９の角加速度の時間単位を割り込み周期として
いる。モータへの通電直後は、速度目標値２の初期値は
０に設定されている。

【００３６】まず、ジョイスティックの傾斜角度に応じ
た速度目標値１及びボリューム９の回転角度に応じた角
加速度指令値が、通信によって操作ボックス７からマイ
クロコンピュータ１１に指令される（＃２１、＃２
２）。

【００３７】速度目標値２と速度目標値１とを比較し
（＃２３）、等しければ割り込み処理を終了する。

【００３８】速度目標値２に角加速度指令値を加算し、
速度目標値２を設定する（＃２４）。ここで、ジョイス
ティックを倒すのか起こすのかによって、速度目標値及
び角加速度指令値の正負が変化するのはいうまでもな
い。

【００３９】ここで、速度目標値が正の値となる方向に
ジョイスティックを倒す場合を考える。速度目標値２
は、最初は０であるため、ジョイスティックをどんなに
倒したとしても、速度目標値２は、初めの割り込み処理
ルーチンでは、速度目標値は＃２４の演算により角加速
度指令値にしかならない。

【００４０】タイマー割り込み処理ルーチンの割り込み
周期は、角加速度の時間単位で行なわれるため、速度目
標値２は速度目標値１に到達するまでは、単位時間あた
りにボリューム９で設定された角加速度分しか増加しな
い。

【００４１】モータの回転速度情報は、速度目標値２と
比較して、回転速度制御を行なうため、モータの回転は
ボリュームにより設定された角加速度に凡そ沿うように
制御されることとなる。

【００４２】したがって、図３（ｂ）に示したようなオ
ーバーシュートを生ずることがなく、図３（ａ）に示し
たように滑らかな速度変化が可能となる。これは、モー
タの回転を下げたい場合でも同様である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、角加速度の指令を例え
ば可変抵抗器などのボリュームで設定することにより、
変速時に速度のオーバーシュートのないなめらかな速度
変化を実現できるとともに、ボリューム設定を変えるこ
とにより変速時の速度変化の具合を自在に設定すること
ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すシステム全体の概略
ブロック図

【図２】図１の駆動回路のブロック図

【図３】（ａ）は従来例における速度変化の様子を示す
図、（ｂ）は図１に示す実施の形態における速度変化の
様子を示す図

【図４】図１のマイクロコンピュータの速度制御メイン
ルーチンを示すフローチャート

【図５】図４の速度制御メインルーチンに対するタイマ
ー割り込み処理ルーチンを示すフローチャート

【符号の説明】

1-1第１振動波モータ 2-1第１ロータリーエンコーダ ５ 台座に ３ 水平回転部材 6-1第１駆動回路 2-2ロータリーエンコーダ 1-2第２振動波モータ 4あおり回転部材 6-2第２駆動回路 ７ 操作ボックス ８ ジョイスティック ９ ボリューム １１ マイクロコンピュータ １５ カウンタ回路 １２ ＤＡ（デジタル−アナログ）変換器 １３ ＶＦ（電圧−周波数）変換器 １４ 電圧印加手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 栄一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 塩見 誠 東京都目黒区中根２丁目４番19号 キヤノ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 BB01 BB19 BC01 DD01 DD23 DD53 DD85 DD87 EE23 FF23

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気−機械エネルギー変換素子に駆動信
   号を印加することにより駆動振動が形成される弾性体に
   回転体を加圧接触させて該回転体を回転させる振動波モ
   ータと、前記電気−機械エネルギー変換素子に前記振動
   波モータの回転速度をモニターしながら目標速度となる
   ように駆動信号を印加する電圧印加手段を含む駆動回路
   部と、前記目標速度値を生成する制御目標値生成部とを
   有し、前記制御目標値生成部は、前記駆動回路部に対し
   て、前記振動波モータの角加速度を指令する角加速度指
   令手段を有することを特徴とする振動波モータの駆動装
   置。
2. 【請求項２】 前記角加速度指令手段は、スイッチもし
   くは可変抵抗器としたことを特徴とする請求項１に記載
   の振動波モータの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の振動波モータ
   の駆動装置を有し、前記振動波モータの回転に伴い回転
   する可動部を有することを特徴とする回転装置。
4. 【請求項４】 前記振動波モータはモータ軸が互いに直
   交するように２つ配置され、かつ前記各振動波モータご
   とに前記駆動回路部が設けられ、前記制御目標値生成部
   からの駆動方向指示に従って前記各駆動回路部により前
   記各振動波モータが駆動されることを特徴とする請求項
   ３に記載の回転装置。
5. 【請求項５】 前記２つの振動波モータは、一方の振動
   波モータの回転軸に他方の振動波モータが取り付けら
   れ、前記他方の振動波モータのモータ軸に被回転体とし
   ての可動部が取り付けられることを特徴とする請求項４
   に記載の回転装置。
6. 【請求項６】 前記駆動方向指示は、ジョイスティック
   により行なわれることを特徴とする請求項４または５に
   記載の回転装置。
7. 【請求項７】 請求項３ないし６のいずれかに記載の回
   転装置を有し、前記可動部にカメラを取り付けるように
   したことを特徴とするカメラの雲台装置。