JP2020011703A - 全方向ケーブルカム - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル（あるいはレール）によって支持される撮影装置において、ケーブルが写り込むことで撮影の方向が制限されることを緩和する。また、ケーブルの揺れを防ぐためにケーブルの張力を強くしたり複数本のケーブルで懸架するような設置のコスト増を緩和する。【解決手段】１本のケーブルで簡便に設置することができ、ケーブルにそって横方向に移動が可能で２個以上のローターによる推力で向きと姿勢制御を行ってケーブルが写り込むことなく任意の方向を撮影できるケーブルカム装置【選択図】図１

Description

建造物の外観検査等において容易に設置でき撮影方向の自由度が高いケーブルカメラに関する。

陸上競技の短距離走を撮影する場合などカメラを平行移動しながらの撮影する際においては、レールを設置し横方向に自走できるレールカムや、ケーブルに吊り下げた状態で位置を変えるか、または張られたケーブル上をプーリーで自走するケーブルカムが使用されている。レールカムはレールの設置が必要で、容易に場所を移動することはできず設備のコストもかかる。

ケーブルカムはケーブルの揺れによりカメラの位置が定まらないことが撮影の難点で、ケーブルの揺れを防ぐためには張力を強くするか、複数本のケーブルでカメラを吊り下げるなどしなければならない。

また、レールカメラやケーブルカムはカメラを設置しているレールやケーブルが写り込まない範囲でしか撮影できない。

そこで、撮影の自由度を上げる方法としては種々の提案がされている。例えば特許文献１では、１本のケーブルを使った横方向と上下方向のカメラの移動方法が開示されている。

特許文献２では、映画撮影やスポーツイベントなど限定された範囲内で三次元空間中のカメラの移動を複数のケーブルで行う方法が開示されている。

特許文献３では、ロープ・ワイヤー利用の撮影装置ですべての方向の被写体を撮影可能にする方法として開示されているが、カメラはあらかじめ装着した方向しか撮影できない。

文献４では、橋梁や高圧電線などの点検用途で撮影の自由度と落下防止のためにガイドワイヤーまたは送電線にフックをかけてぶら下がりながら飛行するドローンも提案されている。

特表２００７−５０９２９９号公報 特表２００７−５０３３６８号公報 特表２０１０−１２８４８８号公報

文献４

浅原 聡、“送電設備を点検する「モンキードローン」とは？”［平成３０年７月７日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｅｍｉｒａ−ｔ．ｊｐ／ｔｏｐｉｃｓ／８４１／〉

特許文献１のケーブルカムはケーブルの揺れによりカメラの位置が定まらないことが撮影の難点で、ケーブルの揺れを防ぐためには張力を強くするか、特許文献２と特許文献３のように複数本のケーブルでカメラを吊り下げるなどしなければならない。しかしながら、いずれの文献の方法においても懸下された装置の上方、下方、または側方にあらかじめ取り付けられたカメラを用いて映像撮影を行うもので、カメラを設置しているレールやケーブルが写り込まない範囲でしか撮影ができない。

特許文献４の方法では撮影方向の自由度はカメラを搭載している機体はマルチローターヘリコプター（いわゆるドローン）がベースとなっているために、機体を飛行可能な角度以上（例えば４５度程度以上）に傾けることはできず、やはり撮影方向は限定される。また、繋留状態のドローンであっても２００ｇ以上の機体は航空法の制約を受け、人口密集地での飛行や物件から３０ｍの距離が取れない飛行状態では特別に国土交通省の許可を受ける必要がある。

本発明は前期課題に鑑みてなされたもので、簡便に設置することができ、ケーブルの揺れによる撮影機材の揺れを緩和し、ケーブルが写り込むことなく任意の方向を撮影することができるケーブルカム装置である。回転するローターにより発生する推力を装置の姿勢制御に利用する。ただし、単独で飛行できる形態ではないため航空法の制限は受けない。

本発明の態様の１つは、１本のケーブルにプーリーまたは通し具によって緩やかに設置され、ケーブルにそって横方向（ケーブルと並行な方向）にはモータにより駆動されたケーブルとの摩擦や噛み合わせを持つプーリーの回転で移動する移動機構を持ち、ケーブルに垂直方向に設置された２個以上のローターの推力を使って３６０度任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置である。

２個以上のローターの推力に差を生じさせることによりケーブルと垂直な面内での回転力を発生して任意の方向を向かせることができ、任意の方向で安定させるようローターの推力を制御する機構を持つ。更にローターの推力の制御によりケーブルの揺れを緩和させることも可能である。

本発明の他の態様の１つは、１本のケーブルにプーリーまたは通し具によって緩やかに設置され、ケーブルに垂直方向で回転可能な軸に設置された２個以上のローターが生じる推力を、軸を回転させることでケーブルに平行方向に力を生じさせ、これを使って平行方向に移動することができ、且つローターの推力を使って３６０度任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置である。

本発明の他の態様の１つは、１本のケーブルにプーリーまたは通し具によって緩やかに設置され、前記のプーリーの回転による横方向への移動機構または、ケーブルと垂直方向の軸で向きを変えて生じる力で横方向へ移動することができ、ローターの推力を使って３６０度任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置において、横方向移動と撮影方向を制御することを特徴とする制御方法である。

本発明の他の態様の１つは、１本のケーブルにプーリーまたは通し具によって緩やかに設置され、前記のプーリーの回転による横方向への移動機構または、ケーブルと垂直方向の軸で向きを変えて生じる力で横方向へ移動することができ、ローターの推力を使って３６０度任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置であって、前記装置が横方向移動と撮影方向を制御することにより、あらかじめ設定された横方向の移動場所とその地点での撮影方向において撮影を行う自動撮影の制御プログラム、またはあらかじめ設定された撮影条件のもとに横方向の場所移動とその地点での撮影向きを自動で変えて撮影を行う制御プログラムである。

以上説明したケーブルカム装置のケーブルを設置する方向については水平方向とは限らず、垂直方向や傾斜を持っていてもよい。どのような方向に設置されたケーブルにおいても、ケーブルに平行な横方向への移動とケーブルに垂直な方向への回転が可能なケーブルカム装置として実現可能である。

加えて、ケーブルは柔軟性のある素材によるものである必要はなく、レールと同様に剛性を持つ棒状のものであっても構わない。

従来のケーブルカムはケーブルに懸架されて使用されるので、撮影範囲はケーブルが写り込まない範囲に限られるが、本発明によれば、ケーブルに垂直な方向で回転が可能でケーブルが写り込まないケーブルカム装置を実現できる。ローターの推力を利用して姿勢制御を行うためにケーブルの揺れを緩和することもできる。

第１の実施形態に係るケーブルカム装置の外観を示す斜視図である。 コントローラの機能の概略を説明するブロック図である。 第２の実施形態に係るケーブルカム装置の外観を示す斜視図である。

以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
（Ａ）第１の実施形態：
（Ｂ）第２の実施形態：

（Ａ）第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態に係るケーブルカム装置の外観を示す斜視図である。ケーブルカム装置１００は、概略、本体２０、２以上の複数のローター（図１においては２つのローター２３ａと２３ｂ）、横方向移動用プーリー２４、制御回路基板２６、及び、電源２５を備える。電源２５は、ローター２３ａと２３ｂ、横方向移動用プーリー２４、及び制御回路基板２６に対して電力を供給する。ケーブルカム装置１００はケーブル１０をプーリーまたは通し具（２１ａと２１ｂ）に通し、移動用プーリー２４により本体２０を横方向に移動可能である。

ケーブルカム装置の上部にカメラ３０を搭載することで、ケーブルの張られた範囲で任意の場所と任意の方向での撮影を行うことができる。

ケーブルカム装置に搭載するのは一般の静止画撮影カメラ，動画撮影カメラに限定することはなく、赤外線カメラ、レーザー計測装置など、構造物点検に用いられる各種センサでもよい。

本体２０の材質、形状及び構造は、様々なものを採用可能であるが、軽量であってモータやローターの振動に影響を受けにくい剛性を持つものが望ましい。

２１ａと２１ｂのプーリーまたは通し具は、ケーブルに対して本体が３６０度いずれの方向を向いても外れない構造でなければならない。金具等で作られた単に丸環のケーブルを通す構造でも良いが、プーリーやベアリング等を使って横方向のケーブルとの摩擦をできるだけ小さくするものとすることが望ましい。

移動用プーリー２４はケーブルと十分に大きな摩擦を持つものであるか、または噛み合わせを持つもので、例えば連続回転サーボ等により正転・逆転できるものであり、本体が横方向に移動可能である。

移動用プーリー２４の回転とローター２３ａと２３ｂの推力の制御は制御回路基板２６によって行われ、電力はバッテリー２５より供給される。

２つのローター２３ａと２３ｂを駆動するモータに制御された電力を供給し、ローターの推力Ｔａ、Ｔｂを得る。ＴａとＴｂに差をつけた場合は、ケーブルに対して同心円周方向の回転力を生じる。

ローターの数は２個である必要はなく、ケーブルに対して同心円周方向に回転力を生じるために更に追加しても良く、また、本体の姿勢安定のために任意の方向で本体重量を支えることができない程度の推力のローターを設置することも可能である。

ローターの推力Ｔａ、Ｔｂを制御することで、本体を任意の方向に本体を回転させてその方向に安定化させることができる。任意の方向を向けた後は、ＴａとＴｂの出力をほぼ同じにしながらケーブルの揺れる方向と逆に出力を加減してケーブルの揺れを防ぐように姿勢制御を行うことも可能である。

図２は第一の実施形態にかかるケーブルカム装置のコントローラの機能の概略を説明するブロック図である。同図に示すように、コントローラ４０は制御用コンピュータ４１、３軸加速度センサ４２、３軸ジャイロセンサ４３、ロータリーエンコーダ４４、Ｒ／Ｃ受信機４５を備えている。

制御用コンピュータ４１は、内蔵するメモリに記録された制御プログラムによりローター２３ａと２３ｂの回転数や、移動用プーリーを駆動する連続回転サーボの回転方向及び回転速度を制御する。制御用コンピュータ５１の出力回路４１ａ〜４１ｃには、それぞれローター２３ａと２３ｂのモータアンプ４６と４７、連続回転サーボ４８がそれぞれ接続されている。

コントローラには、３軸ジャイロセンサ、３軸加速度センサを搭載する市販のマルチコプター（いわゆるドローン）のコントローラを流用してもよい。

制御部４０は、主に３軸ジャイロセンサ４２の出力する角速度の積算により得られる角度情報を用いて本体２０の傾きを検出する。また、コントローラ４０は、３軸ジャイロセンサ４２のオフセット量を、３軸加速度センサ４３の出力する静的な傾き情報を用いて補正する。これにより、コントローラ４０は、本体２０のケーブルと同心円周方向の傾きを正確に検出することができる。

ロータリーエンコーダは移動用プーリー２４の回転軸の回転量を検出するように設置され、エンコーダの信号を計数することによりケーブルカム装置がケーブル上のどの位置にあるかを知ることができ、撮影時の位置の記録に用いることもできる。

ケーブルカム装置１００は外部からラジオコントロール（Ｒ／Ｃ）により制御される構成としてもよく、この場合、コントローラ４０には、ラジオコントロール信号の搬送波に乗せて送信される制御信号を受信するために設けられたＲ／Ｃ受信機４５からの制御信号を使ってローター２３ａと２３ｂと移動用プーリー２４の制御を行う。

更に、ケーブルカム装置１００はあらかじめ設定された通りにケーブル上を移動・回転して撮影を行う装置としてもよく、ロータリーエンコーダの計数値とジャイロセンサによる方向から自動撮影を行う制御プログラムをコントローラ４０に持つとよい。

なお、ケーブルカム装置にカメラを搭載した後の装置の重心がプーリーまたは通し具２１ａと２１ｂを結ぶ線上に来るように設計するのが望ましい。この場合は、本体をいずれの方向に向けた時でもケーブルカムの重量はケーブルに支えられているのでローターの推力は方向を保持するために必要なだけでよい。例えばマルチコプターを任意の方向を向けてホバリングしながら撮影する場合と比較すると僅かな電力で姿勢制御ができる。

これまで説明してきた、ケーブルカム装置は２個以上のローターを有し姿勢制御を行うことができるもの、単独で空中を飛行することができないローター配置とすることと、単独で浮上することができない推力しか得られないローターで構成することで無人航空機ではないと言えるので、航空法の制約を受けることなく利用できる。

加えて、ケーブルを張る方向は水平に限らない。ケーブルと移動用プーリーの摩擦が十分であれば、角度をつけてケーブルを張ることや、垂直にケーブルを張って水平面内で回転しながら撮影するようなことも可能になる。

（Ｂ）第２の実施形態：
図３は、本実施形態に係るケーブルカム装置２００の構造を説明する図である。同図に示すケーブルカム装置２００は、横方向移動の構造を除くと第１の実施形態に係るケーブルカム装置１００と同じため、ケーブルカム装置１００と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

ローター固定軸２２は、本体２０に対して回転軸として傾けられる構造となっている。ローター固定軸２２にはギヤ２７が取り付けられており、ローター軸回転用モータ２８を正転・逆転させることでプーリーまたは通し具２１ａと２１ｂを結ぶ線からローター２３ａと２３ｂを傾けることができる。

例えば図中ではローター２３ａと２３ｂがケーブルの張られている方向より角度θだけ傾くことで推力ＴａとＴｂも傾き、ケーブルカム装置は図中の矢印のように左向きに力を受けて左方向へ移動することができる。

移動距離は、例えばプーリー２１ａまたはプーリー２１ｂにロータリーエンコーダを設置して信号を計数することで得ることができ、前述の第１の実施形態において説明したものと同様の位置の記録や自動撮影制御を行うことができる。

１０…ケーブル、２０…本体、２１ａ〜２１ｂ…プーリーまたは通し具、２２…ローター固定軸、２３ａ〜２３ｂ…モータおよびローター、２４…横方向移動用プーリー、２５…バッテリー、２６…制御回路基板、２７…ギヤ、２８…ローター軸回転用モータ、３０…撮影用カメラ、４０…コントローラ、４１…制御用コンピュータ、４１ａ〜４１ｃ…出力回路、４２…３軸ジャイロセンサ、４３…３軸加速度センサ、４４…ロータリーエンコーダ、４５…Ｒ／Ｃ受信機、４６…モータアンプ１、４７…モータアンプ２、４８…連続回転サーボ、１００…ケーブルカム装置、２００…ケーブルカム装置、Ｔａ〜Ｔｂ…ローターの推力

Claims (7)

1. １本のケーブルにプーリーや通し具等によって緩やかに設置され、ケーブルにそって横方向にはケーブルとの十分な摩擦を持つプーリー等を駆動するモータにより移動機構を持ち、ケーブルに垂直方向に設置された２個以上のローターの推力差を使ってケーブルと垂直な任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置。
2. １本のケーブルにプーリーまたは通し具によって緩やかに設置され、ケーブルに垂直方向で回転可能な軸に設置された２個以上のローターが生じる推力を、軸を回転させることにケーブルに平行な方向に力を生じさせ、これを使って平行方向に移動することができ、且つローターの推力を使ってケーブルと垂直な３６０度任意の方向を向けて撮影可能なケーブルカム装置。
3. 本体がケーブルに対して同心円周方向に回転可能なように設置される構造を持つことで，撮影時にケーブルが写り込むことのないケーブルカム装置。
4. 撮影する向きを本体ごとローターによる推力で可変し姿勢制御することができるケーブルカム装置。
5. 本体に設置されたローターによる推力でケーブルの揺れを緩和することができるケーブルカム装置。
6. 請求項１または請求項２に記載のケーブルカム装置であって、横方向移動と撮影方向を制御することにより、あらかじめ設定された横方向の移動場所とその地点での撮影方向において撮影を行う自動撮影の制御プログラム、またはあらかじめ設定された撮影条件のもとに横方向の場所移動とその地点での撮影向きを自動で変えて撮影を行う制御プログラム。
7. 請求項１に記載のケーブルカム装置であって、ケーブルと十分な摩擦あるいは噛み合わせを持って装置の重量を保持できることで、水平より角度を持つケーブルや、垂直に張られたケーブルにそって移動しながらケーブルと垂直方向で回転できることを特徴とするケーブルカム装置。