JP2006183806A - 駆動装置、駆動システムおよび駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な操作で被駆動部材の駆動を精度良く行うことができる駆動装置を提供する。
【解決手段】 第１の操作量よりも大きい操作量を示す操作信号の場合には、駆動源（１１、１２）を連続的に駆動する第１の制御を行う。第２の操作量よりも大きく、かつ第１の操作量よりも小さい操作量を示す操作信号の場合には、駆動源の駆動および駆動停止を繰り返す第２の制御を行う。第２の操作量よりも小さい操作量を示す操作信号の場合には、駆動源の駆動を禁止する第３の制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操作ユニットからの操作信号に応じて駆動源を駆動する駆動装置に関するものである。

従来、ＴＶカメラを搭載した雲台装置において、ジョイスティックやスイッチ等を備えた操作ボックスを用いて雲台装置を回動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように電動雲台を回動させるシステムにおいては、ジョイスティックの傾き角度を変更することによって電動雲台の回転速度を変更している。そして、ＴＶカメラが所望の向きとなったときに、ジョイスティックを基準位置（傾き角度がゼロとなる位置）まで戻すことにより、電動雲台の回動を停止させている。
特開平０５−３１０７２号公報（段落番号００１４〜００１６、図１等）

上述したジョイスティックを用いた電動雲台の駆動方法において、電動雲台を低速で駆動し、電動雲台を所望の位置で精度良く停止させたい場合には、ジョイスティックの傾き角度を精度良く変化させる必要があるが、ジョイスティックを精度良く操作することは困難である。また、電動雲台を低速側で駆動する場合には、低速側での駆動速度を精度良く維持させることが困難であり、電動雲台を所望の位置で精度良く停止させることが困難である。

本発明の駆動装置は、被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する駆動源と、操作ユニットでの操作量を示す操作信号の入力に応じて前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記操作信号が第１の操作量よりも大きい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源を連続的に駆動する第１の制御を行い、前記操作信号が第２の操作量よりも大きく、かつ前記第１の操作量よりも小さい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源の駆動および駆動停止を繰り返す第２の制御を行い、前記操作信号が前記第２の操作量よりも小さい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源の駆動を禁止する第３の制御を行う。

また、本発明の駆動装置の制御方法は、操作ユニットの操作量に応じて駆動源の駆動状態を変化させる駆動装置に適用されるものである。前記操作ユニットの操作量が第１の操作量よりも大きい場合には、前記駆動源を連続的に駆動する第１の制御を行い、前記操作ユニットの操作量が第２の操作量よりも大きく、かつ前記第１の操作量よりも小さい場合には、前記駆動源の駆動および駆動停止を繰り返す第２の制御を行い、前記操作ユニットの操作量が前記第２の操作量よりも小さい場合には、前記駆動源の駆動を禁止する第３の制御を行う。

本発明によれば、操作ユニットでの簡単な操作によって、駆動源を介した被駆動部材の駆動を精度良く行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１における電動雲台の駆動システムの構成を示す概略図である。まず、電動雲台の構成について説明する。

振動型モータ１１、１２は、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子および弾性部材を有する振動体と、付勢部材の付勢力を受けて振動体（弾性部材）に圧接する接触体とを有している。圧電素子に対して位相の異なる周波信号（周期的に変化する信号）を印加すると、振動体には進行性の振動波が発生し、振動体および接触体の摩擦力によって、接触体が振動体に対して回転する。

なお、圧電素子だけで振動体を構成してもよいし、接触体に対して振動体を回転させる構成としてもよい。

振動型モータ１１は、台座５に固定されている。また、振動型モータ１１の回転軸１１ａの一端には、ロータリーエンコーダ２１が取り付けられている。ロータリーエンコーダ２１は回転軸１１ａとともに回転し、この回転に応じたパルス信号を出力する。

ロータリーエンコーダ２１からの出力信号は駆動回路（制御手段）６ａに入力され、駆動回路６ａにおいて振動型モータ１１の回転速度が検出される。

振動型モータ１１の回転軸１１ａの他端は、第１回転部材（被駆動部材）３に固定されており、第１回転部材３は回転軸１１ａとともに矢印Ａ方向に回転する。

第１回転部材３には振動型モータ１２が固定されており、振動型モータ１２は第１回転部材３とともに回転する。振動型モータ１２の回転軸１２ａの一端には、ロータリーエンコーダ２２が取り付けられている。ロータリーエンコーダ２２は回転軸１２ａとともに回転し、この回転に応じたパルス信号を出力する。

ロータリーエンコーダ２２からの出力信号は駆動回路（制御手段）６ｂに入力され、駆動回路６ｂにおいて振動型モータ１２の回転速度が検出される。

また、振動型モータ１２の回転軸１２ａの他端には第２回転部材（被駆動部材）４が固定されており、第２回転部材４は回転軸１２ａとともに矢印Ｂ方向に回転する。第２回転部材４には、カメラ３０が搭載されている。

カメラ３０で撮影された画像データは不図示のモニタに出力され、モニタにおいて撮影画像を確認することができる。

上述した電動雲台の構成において、第１回転部材３が矢印Ａ方向に回転することによって、カメラ３０をパン方向に移動させることができる。また、第２回転部材４を矢印Ｂ方向に回転させることによって、カメラ３０をチルト方向に移動させることができる。このように第１回転部材３および第２回転部材４を回転させることによって、カメラ３０の向きを変更することができる。

次に、電動雲台に対する駆動を指示する構成について説明する。

操作ボックス７は、ジョイスティック８を有している。ジョイスティック８は、矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向に操作可能となっている。ジョイスティック８を、基準位置に対して矢印Ｘ方向又は矢印Ｙ方向に傾かせると、信号出力部１０からはジョイスティック８の傾き角度に応じた信号が出力される。上述した基準位置は、ジョイスティック８が操作ボックス７の上面に対して略垂直な状態であるときの位置を示す。

信号出力部１０は、シリアル通信ライン９ａ、９ｂを介して駆動回路６ａ、６ｂに接続されている。駆動回路６ａには、ジョイスティック８の矢印Ｘ方向の傾き角度に応じた信号が出力され、駆動回路６ｂには、ジョイスティック８の矢印Ｙ方向の傾き角度に応じた信号が出力される。

駆動回路６ａは、信号出力部１０からの出力信号に基づいて、振動型モータ１１の駆動を制御する。駆動回路６ｂは、信号出力部１０からの出力信号に基づいて、振動型モータ１２の駆動を制御する。駆動回路６ａ、６ｂにおける具体的な回路構成および動作については後述する。

上述したようにジョイスティック８を矢印Ｘ方向で傾ければ、第１回転部材３を回転させることができ、ジョイスティック８を矢印Ｙ方向で傾ければ、第２回転部材４を回転させることができる。

次に、駆動回路６ａ、６ｂの構成について、図２を用いて説明する。駆動回路６ａ、６ｂの構成は同じ構成であるため、ここでは駆動回路６ａの構成について説明する。

操作ボックス７内の信号出力部１０から出力された信号は、駆動回路６ａのシリアル通信端子Ｓを介してマイクロコンピュータ６１に入力する。ロータリーエンコーダ２１から出力された信号は、駆動回路６ａの入力端子Ｅを介してカウンタ回路６２に入力する。

カウンタ回路６２は、ロータリーエンコーダ２１からのパルス信号を計測し、この計測結果をマイクロコンピュータ６１に出力する。マイクロコンピュータ６１は、カウンタ回路６２からの出力に基づいて、振動型モータ１１の実際の回転速度を検出する。

そして、マイクロコンピュータ６１は、操作ボックス７からの速度指令と、検出した実際の回転速度とを比較し、実際の回転速度が操作ボックス７から指示された回転速度と略一致するように振動型モータ１１の駆動を制御する。

すなわち、マイクロコンピュータ６１は、指示された回転速度および実際の回転速度の差が概ねゼロとなるように、ＤＡ変換器６３およびＶＦ変換器６４を介して電圧印加部６５に制御信号を出力する。電圧印加部６５は、マイクロコンピュータ６１からの制御信号に基づいて、振動型モータ１１の圧電素子に印加する周波信号をモータ電圧端子Ｍから出力する。

ここで、振動型モータ１１の圧電素子に印加する周波信号の周波数を変更することによって、振動型モータ１１の回転速度を変更することができる。

次に、本実施例における駆動回路６ａ、６ｂの動作について、図３および図４を用いて説明する。ここで、駆動回路６ａ、６ｂでの動作は同じ動作であるため、以下の説明では駆動回路６ａの動作についてのみ説明する。

図３は、振動型モータの駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、図４は、駆動回路６ａにおける制御動作を示すフローチャートである。

図４において、ステップＳ１０では、操作ボックス７（信号出力部１０）から出力された信号が、第１の操作量よりも大きな操作量を示す信号であるか否かを判別する。すなわち、ジョイスティック８が、第１の操作量よりも大きい操作量で操作されたか否かを判別する。

ここで、上述した操作量はジョイスティック８の基準位置に対する傾き角度に対応している。また、第１の操作量は適宜設定することができる。ステップＳ１０において、ジョイスティック８が第１の操作量よりも大きな操作量で操作されたと判別した場合にはステップＳ１３に進み、そうでない場合にはステップＳ１１に進む。

ステップＳ１３では、振動型モータ１１を連続して駆動する。すなわち、ジョイスティック８が第１の操作量よりも大きな操作量で操作されている間は、振動型モータ１１の駆動が連続して行われる。そして、上述した条件において、操作量に応じて振動型モータ１１の回転速度を変更することができる。

具体的には、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量に対して大きくなるほど、振動型モータ１１の回転速度を高速化させることができる。ステップＳ１３における動作は、図３の駆動領域Ｄ１に相当する。図３の駆動領域Ｄ１では、振動型モータ１１の回転速度を、高速側から低速側に変化（減速）させている場合を示している。

ここで、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量よりも大きい場合において、ジョイスティック８の操作量と、振動型モータ１１の回転速度との関係を示すテーブルデータは、駆動回路６ａ内のメモリ６６（図２参照）に記憶されている。

ステップＳ１１では、操作ボックス７から出力された信号が、第１の操作量よりも小さく、かつ第２の操作量よりも大きい操作量を示す信号であるか否かを判別する。すなわち、ジョイスティック８が、第１の操作量よりも小さく、かつ第２の操作量よりも大きな操作量で操作されたか否かを判別する。

ここで、第２の操作量は、第１の操作量よりも小さい値であって、適宜設定することができる。ステップＳ１１において、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量よりも小さく、かつ第２の操作量よりも大きいと判別した場合には、ステップＳ１４に進み、そうでない場合にはステップＳ１２に進む。

ステップＳ１４では、振動型モータ１１の駆動を間欠的（断続的）に行う。すなわち、振動型モータ１１を所定量だけ駆動した後、該駆動を停止させるといった動作を繰り返し行う。

具体的には、振動型モータ１１の駆動を開始させ、ロータリーエンコーダ２１の出力に基づいて、振動型モータ１１の回転位置が変化した場合に、振動型モータ１１の駆動を停止させている。そして、ジョイスティック８の操作量が、第１の操作量よりも小さく、かつ第２の操作量よりも大きくなっている間は、上述した駆動を行う。

また、第１の操作量から第２の操作量の間にあるジョイスティック８の操作量に応じて、振動型モータ１１の駆動量（回転角度）を変更している。すなわち、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量側にある場合には、第２の操作量側にある場合に比べて、１回の駆動時における振動型モータ１１の駆動量が大きくなるように設定されている。

ここで、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量よりも小さく、かつ第２の操作量よりも大きい場合において、ジョイスティック８の操作量と、振動型モータ１１の駆動量との関係を示すテーブルデータは、駆動回路６ａ内のメモリ６６（図２参照）に記憶されている。

ステップＳ１４における動作は、図３の駆動領域Ｄ２に相当する。図３の駆動領域Ｄ２では、所定の速度で振動型モータ１１を駆動する領域と、振動型モータ１１の駆動を停止している領域とが交互に存在している。

上述したステップＳ１４の動作では、振動型モータ１１の回転位置が変わるたびに、振動型モータ１１の駆動を停止させているが、これに限られるものではない。例えば、振動型モータ１１の駆動を所定時間だけ行った後に、該駆動を停止させるといった動作を繰り返し行うようにしてもよい。そして、第１の操作量から第２の操作量の間にあるジョイスティック８の操作量に応じて、振動型モータ１１の１回当たりの駆動時間を変更してもよい。

ステップＳ１２では、操作ボックス７から出力された信号が、第２の操作量よりも小さい操作量を示す信号であるか否かを判別する。すなわち、ジョイスティック８が、第２の操作量よりも小さい操作量で操作されたか否かを判別する。

ここで、ジョイスティック８の操作量が第２の操作量よりも小さい場合には、ステップＳ１５に進み、そうでない場合にはステップＳ１０に戻る。ステップＳ１５では、振動型モータ１１の駆動を禁止する。

本実施例においては、ジョイスティック８の操作量が第２の操作量よりも小さい場合には、振動型モータ１１の駆動を禁止し、第２の操作量よりも大きく、かつ第１の操作量よりも小さい場合には、振動型モータ１１を間欠的に駆動している。

これにより、従来のように振動型モータを低速で駆動させるために、ジョイスティック８を少ない操作量のままで操作し続ける必要がなくなる。すなわち、ジョイスティック８を第１および第２の操作量間の操作量で操作することで、振動型モータを間欠的に駆動させることができるため、簡単な操作で振動型モータを所望の位置で停止させることができる。

また、ジョイスティック８の操作量が第１の操作量から第２の操作量の間にある場合において、ジョイスティック８の操作量に応じて１回の駆動時における振動型モータ１１の回転角度を変更している。これにより、ジョイスティック８の操作に伴う電動雲台の駆動をスムーズに行わせることができる。

例えば、カメラ３０を現在位置から目標位置まで回動（パン又はチルト）させる場合において、最初は、振動型モータ１１を大きな駆動量側で駆動させることで、カメラ３０を目標位置の近くまで回動させることができる。そして、カメラ３０が目標位置の近くまで回動した場合には、振動型モータ１１を小さな駆動量側で駆動させることで、目標位置に精度良く停止させることができる。

本実施例では、ジョイスティック８を用いた場合について説明したが、スイッチなどの他の操作部材を用いた場合についても本発明を適用することができる。

本発明の実施例１における電動雲台の駆動システムの構成を示す概略図である。 駆動回路の内部構成を示す図である。 連続駆動から間欠的な駆動に切り換わる動作を示すタイミングチャートである。 実施例１における電動雲台の制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ、１ｂ：振動型モータ
６ａ、６ｂ：駆動回路
７：操作ボックス
８：ジョイスティック
１０：信号出力部

Claims (7)

1. 被駆動部材と、
   該被駆動部材を駆動する駆動源と、
   操作ユニットでの操作量を示す操作信号の入力に応じて前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記操作信号が第１の操作量よりも大きい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源を連続的に駆動する第１の制御を行い、
   前記操作信号が第２の操作量よりも大きく、かつ前記第１の操作量よりも小さい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源の駆動および駆動停止を繰り返す第２の制御を行い、
   前記操作信号が前記第２の操作量よりも小さい操作量を示す信号である場合には、前記駆動源の駆動を禁止する第３の制御を行うことを特徴とする駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記第２の制御において、前記操作量の大きさに応じて、前記駆動源の１回の駆動における駆動量又は駆動時間を変更することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記第１の制御において、前記操作量の大きさに応じて、前記駆動源の駆動速度を変更することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記駆動源は、電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを有する振動型アクチュエータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の駆動装置。
5. 前記被駆動部材はカメラを備えており、
   前記被駆動部材の駆動によって前記カメラの向きを変更することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の駆動装置。
6. 請求項１から４のいずれか１つに記載の駆動装置と、
   使用者によって操作される操作部材と、該操作部材の操作量に応じた前記操作信号を前記駆動装置に出力する信号出力部とを有する操作ユニットとを備えたことを特徴とする駆動システム。
7. 操作ユニットの操作量に応じて駆動源の駆動状態を変化させる駆動装置の制御方法において、
   前記操作ユニットの操作量が第１の操作量よりも大きい場合には、前記駆動源を連続的に駆動する第１の制御を行い、
   前記操作ユニットの操作量が第２の操作量よりも大きく、かつ前記第１の操作量よりも小さい場合には、前記駆動源の駆動および駆動停止を繰り返す第２の制御を行い、
   前記操作ユニットの操作量が前記第２の操作量よりも小さい場合には、前記駆動源の駆動を禁止する第３の制御を行うことを特徴とする駆動装置の制御方法。
   
   

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