JP2022026207A - 上部ユニットの姿勢可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に無い動作を実現することができ、姿勢が安定し易い構造を有する上部ユニットの姿勢可変装置を提供する。【解決手段】ベース部２、回転体３、主軸５、内側リング７、外側リング８及び３つ以上の高さ可変装置９を備える。回転体３は、中心部に軸穴３ｅを有し、ベース部２に第１軸線Ａ１回りに回転可能に支持される。主軸５は、回転体３の軸穴３ｅに対して、第１軸線の方向にスライド可能に且つ第１軸線回りに回転不能に嵌め込まれる。内側リング７は、主軸５の周囲に配され、主軸５に対して、第１軸線と略交差する第２軸線Ａ２回りに回動可能に連結される。外側リング８は、内側リング７の周囲に配され、内側リング７に対して、第１軸線の方向から視て第２軸線と異なる方向に延び且つ第１軸線と略交差する第３軸線Ａ３回りに回動可能に連結される。３つの高さ可変装置９は、外側リング８の周方向の異なる部位の高さをそれぞれ変える。【選択図】図３

Description

本発明は、上部に搭載される上部ユニットの姿勢を変える上部ユニットの姿勢可変装置に関する。

従来、カメラ、マイクなどを含むユニットを上部に取り付け、そのユニットの姿勢を変えることができる装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開第２０１８／１２３４３１号

しかしながら、従来の上部ユニットの姿勢可変装置は、姿勢を変化させる際の動作が単調で面白みに欠けるものであった。一方、その動作を多様化すると、特定の姿勢が安定し難くなる場合がある。特に、上部ユニットにカメラが含まれる場合は、上部ユニットの姿勢が安定しないと、良質な画像データを得ることができない。

そこで、本発明は、従来に無い動作を実現することができ、姿勢が安定し易い構造を備える上部ユニットの姿勢可変装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、上部に搭載される上部ユニットの姿勢を変えることが可能な装置であることを前提とし、ベース部と、回転体と、主軸と、内側リングと、外側リングと、３つ以上の高さ可変装置と、を備える。前記回転体は、中心部に軸穴を有し、前記ベース部に第１軸線回りに回転可能に支持される。前記主軸は、前記回転体の前記軸穴に対して、前記第１軸線の方向にスライド可能に且つ前記第１軸線回りに回転不能に嵌め込まれる。前記内側リングは、前記主軸の周囲に配され、前記主軸に対して、前記第１軸線と略交差する第２軸線回りに回動可能に連結される。前記外側リングは、前記内側リングの周囲に配され、前記内側リングに対して、前記第１軸線の方向から視て前記第２軸線と異なる方向に延び且つ前記第１軸線と略交差する第３軸線回りに回動可能に連結される。前記３つ以上の高さ可変装置は、前記外側リングの周方向の異なる部位の高さをそれぞれ変えることが可能である。

本発明の第２の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記高さ可変装置は、前記回転体に設置された電動アクチュエータと、前記主軸と前記電動アクチュエータの駆動部とを連動させるリンク機構と、を有する。前記リンク機構は、少なくとも１自由度の関節と３自由度の関節を含む。

本発明の第３の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第２の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記電動アクチュエータの駆動部は、横方向を向いた回転軸であって、前記リンク機構は、その一部が前記電動アクチュエータの前記回転軸に固定された第１リンク部材と、その一部が前記回転軸と平行な第４軸線回りに回動可能に前記第１リンク部材の他部に連結された第２リンク部材と、前記第２リンク部材の他部と、前記外側リングとを連結するボールジョイント又はユニバーサルジョイントと、を含む。

本発明の第４の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第２または第３の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記電動アクチュエータは、サーボモータである。

本発明の第５の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第１～４の態様の何れか１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記上部ユニットは、カメラおよび／またはマイクを有する。

本発明の第６の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第１～５の態様の何れか１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記主軸は、内部に配線が挿通された中空軸である。

本発明の第７の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第１～６の態様の何れか１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記第２軸線と前記第３軸線は互いに略直交する。

本発明の第８の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置は、第１～７の態様の何れか１の態様に係る上部ユニットの姿勢可変装置において、前記回転体は、周囲にリングギヤが形成されたドラムである。当該上部ユニットの姿勢可変装置は、前記リングギヤに噛合するピニオンと、前記ピニオンを回転駆動するモータと、を更に備える。

本発明によれば、従来に無い動作を実現することができ、姿勢が安定し易い構造を備える上部ユニットの姿勢可変装置を提供することができる。

本実施形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置を斜め前方から見た斜視図である。 本実施形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置を斜め後方から見た斜視図である。 高さ可変装置、主軸、内側リングおよび外側リングを示す斜視図である。 ベース部を示す斜視図である。 回転体、主軸、内側リングおよび外側リングを示す斜視図である。 回転体を示す部分断面図である。 主軸、内側リングおよび外側リングを示す図である。内側リングおよび外側リングのみを断面化している。 主軸、内側リングおよび外側リングを示す図である。内側リングおよび外側リングのみを断面化している。 主軸、内側リングおよび外側リングを示す図である。外側リングのみを断面化している。 主軸、内側リングおよび外側リングを示す平面図である。 本実施形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置が上部筐体および下部筐体に収容された状態を示す斜視図である。 本実施形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置が上部筐体および下部筐体に収容された状態を示す正面図であって、上部ユニットの姿勢状態の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置について、図面を参照しながら説明する。

図１～図３に示すように、本実施形態に係る上部ユニットの姿勢可変装置１は、ベース部２、回転体３、主軸５、回転体駆動装置６、内側リング７、外側リング８および高さ可変装置９を備えている。

ベース部２は、図２および図４に示すように、本実施形態では、中央に円形の開口１０が形成された、平面視で略矩形のフレームを用いて構成されている。開口１０には、回転体３が第１軸線Ａ１回りに回転自在に嵌め込まれる。回転体３の最大径が、ベース部２の開口１０の内径より大きいため、回転体３は、ベース部２の開口１０の縁部に回転自在に支持される。

ベース部２には、モータ１１および回転位置検出器１２が取り付けられている。モータ１１は、その出力軸１３を上方に向けてベース部２に取り付けられている。出力軸１３には、回転体３の外周に形成されたリングギヤ１７と噛み合ったピニオン１４が設けられている。モータ１１には、例えばＤＣモータを用いることができる。回転位置検出器１２は、その入力軸１６を上方に向けてベース部に取り付けられている。入力軸１６には、リングギヤ１７と噛み合ったピニオン１５が設けられている。回転位置検出器１２には、例えばポテンショメータを用いることができる。回転位置検出器１２が検出したベース部２の回転位置に関する情報は、後述するコントローラ等に転送される。

回転体３は、上述したように、ベース部２に回転自在に支持されている。本実施形態では、回転体３は、例えば図５に示すように、外周部に上記リングギヤ１７が形成されたドラム１８を用いて構成されている。リングギヤ１７より低位置には、突起１９が形成されている。この突起１９は、回転体３の回転域を３６０°未満に制限するために設けられている。この突起１９は、回転体３がベース部２に対して特定の回転位置まで回転したとき、ベース部２に設けられた係合部（不図示）と係合し、回転体３がそれ以上回転しないよう規制するために設けられている。

回転体３は、例えば図６に示すように、その上壁部３ａが外周壁部３ｂの上端より低位置に形成され、上壁部３ａの中央部から下方に向かって円筒部３ｃが延出している。円筒部３ｃと外周壁部３ｂとの間には、高さ可変装置９等を設置するための空間３ｄが形成されている。上壁部３ａには、後述する第２リンク部材２２が通る穴（不図示）が第２リンク部材３２と同じ数だけ形成されている。また、円筒部３ｃの内側は、後述する主軸５が挿通する軸穴３ｅを形成している。この軸穴３ｅは、図６から明らかなように、回転体３の中心部に形成されている。

主軸５は、回転体３の軸穴３ｅに対して、第１軸線Ａ１の方向にスライド可能に嵌め込まれている。但し、主軸５は、回転体３の軸穴３ｅに対して、第１軸線Ａ１回りに回転不能に嵌め込まれている。回転不能とするために、例えば図７に示すように、主軸５の外周面６ａに、スライド方向に沿って１又は複数（本実施形態では３本）の凸条２３が形成され、この凸条２３が軸穴３ｅに形成された溝２５にスライド自在に嵌入している。

主軸５は、真直に延びたストレート部２６と上端部に形成された球面部２７とを有している。球面部２７は、後述する内側リング７の可動域を多く確保するために設けられている。主軸５は、中空状に形成されており、内部に配線（不図示）が挿通される。内部に配線を通すことで配線を他の動作部から保護することができる。配線は、例えば上部ユニットと下部ユニットとを繋ぐ、給電線、信号線等である。

回転体駆動装置６は、例えば図２に示すように、回転体３の外周部に形成されたリングギヤ１７と、このリングギヤ１７と噛合したピニオン１４と、ピニオン１４を回転駆動するモータ１１とで構成される。

内側リング７は、図３および図１０に示すように、主軸５の周囲に配され、図８および図１０に示すように、第２軸線Ａ２回りに回動可能に、主軸５に対して連結されている。第２軸線Ａ２は、第１軸線Ａ１と略直交する。図８に示す例では、主軸５の球面部２７から両側方に延びた２つの凸部２７ａと、内側リング７の内周部に形成された凹部７ａとが嵌合している。これにより、内側リング７は、第２軸線Ａ２回りに回動可能とされている。なお、第２軸線Ａ２と第１軸線Ａ１の位置関係は、略直交する場合に限定されず、略直交とは言い難い略交差であってもよい。

外側リング８は、図３および図１０に示すように、内側リング７の周囲に配され、第３軸線Ａ３回りに回動可能に、内側リング７に対して連結されている。第３軸線Ａ３は、図１０に示すように、第１軸線Ａ１の方向から視て第２軸線Ａ２と直交し、第１軸線Ａ１と略交差している。図９に示す例では、内側リング７から両側方に延びた２つの凸部７ｂと、外側リング８の内周部に形成された凹部８ａとが嵌合している。これにより、外側リング８は、第３軸線Ａ３回りに回動可能とされている。なお、第３軸線Ａ３と第２軸線Ａ２の位置関係は、直交する場合に限定されず、直交とは言い難い交差であってもよい。

高さ可変装置９は、図３に示すように、電動アクチュエータ２４、リンク機構３２等で構成されている。高さ可変装置９は、３つ以上（本実施形態では３つ）設けられ、外側リング８の周方向の異なる部位の高さをそれぞれ変えることが可能である。

電動アクチュエータ２４には、例えばサーボモータが用いられる。電動アクチュエータ２４は、回転体３の空間３ｄに設置される。

リンク機構３２は、図３に示すように、１自由度の関節３０と、３自由度の関節３１を含む。本実施形態におけるリンク機構３２は、電動アクチュエータ２４の横方向に配置された回転軸２９と外側リング８とを連動可能に連結する。具体例として、第１リンク部材２１、第２リンク部材２２およびボールジョイント３３を含むリンク機構３２を挙げることができる。

第１リンク部材２１には、アーム状の部材が使用されている。この第１リンク部材２１の一部である基端部が電動アクチュエータ２４の回転軸２９に固定されている。

第２リンク部材２２にも、アーム状の部材が使用されている。この第２リンク部材２２の一部である基端部が、第１リンク部材２１の他部である先端部に対して、第４軸線Ａ４回りに回動可能に連結されている。第４軸線Ａ４は、電動アクチュエータ２４の回転軸２９と平行である。第１リンク部材２１と第２リンク部材２２との結合部は、１自由度の関節３０を構成する。

ボールジョイント３３は、第２リンク部材２２の他部である先端部と、外側リング８の外周部とを連結する。具体的には、ボールジョイント３３は、先端に球３５が形成され、基端が外側リング８の外周に接続されたボールスタッド３６と、第２リンク部材２２の先端部に形成されたソケット３７で構成されている。球３４とソケット３７とは球面接触しているため、ボールジョイント３３は、任意の方向に回転可能である。ボールジョイント３３に代えてユニバーサルジョイントを採用することも可能である。なお、上記ボールジョイント３３およびユニバーサルジョイントは、３自由度の関節３１を構成する。

上部ユニット３４は、外側リング８上に搭載され、外側リング８と一体に動作する。上部ユニット３４は、カメラ、人感センサ、マイクおよび各種センサの何れか１つ以上を含んでいる。本実施形態では、上部ユニット３４は、外側リング８に固定されるベースプレート３９（図１参照）と、上記カメラ、人感センサ、マイクおよび各種センサ等を内蔵する上部筐体４１（図１１参照）とを備えている。

また、ベース部２、回転体３等は、図１１に示すように、下部筐体４２に収容されている。下部筐体４２内では、回転体３の下方に、例えば、バッテリー、モータ１１のコントローラ、および電動アクチュエータ２４のコントローラが収容される。

以上に説明した構成を備える上部ユニットの姿勢可変装置１において、各電動アクチュエータ２４の回転軸２９を回転駆動させると、リンク機構３２と外側リング８との連結部であるボールジョイント３３の高さ位置が変化する。例えば、３つのボールジョイント３３の高さ位置が同時に同程度上下動するように電動アクチュエータ２４の駆動を制御すると、外側リング８および外側リング８に搭載された上部ユニット３４は、傾斜することなく全体的に上昇または下降する。また、３つのボールジョイント３３の高さ位置が相違するように電動アクチュエータ２４の駆動を制御すると、外側リング８および外側リング８に搭載された上部ユニット３４は、任意の方向に傾く動作を行う。さらに、モータ１１を回転することで、回転体３、主軸５および外側リング８とともに、上部ユニット３４を第１軸線Ａ１回りに回転させることができる。もちろん、モータ１１と電動アクチュエータ２４は、同時に駆動させることも、別々に駆動させることも可能である。

以上に説明した、高さ可変装置９の構造から明らかなように、電動アクチュエータ２４とモータ１１の回転を適宜制御することで、上部ユニットの姿勢を様々な状態に変化させることができる。例えば、図１２に、上部ユニットの姿勢可変装置１によって可能な上部ユニット３４の姿勢の例を示す。（ａ）は、上部ユニット３４が傾斜されることなく、最低位置に配置された基本状態を示す。（ｂ）は、基本状態から上部ユニット３４が傾斜することなく、比較的高い位置に持ち上げられた状態を示す。（ｃ）は、（ｂ）の状態から上部ユニット３４が後方へ傾斜した状態（Ｔｉｌｔ軸動作をしている様子）を示す。（ｄ）は、（ｃ）の状態から上部ユニット３４が傾動した状態（Ｒｏｌｌ軸動作をしている様子）を示す。（ｅ）は、（ｅ）の状態から上部ユニット３４が傾動しながら、第１軸線Ａ１回りに回転する状態（Ｐａｎ軸動作をしている様子）を示す。

なお、上記したモータ１１のコントローラおよび電動アクチュエータ２４のコントローラは、例えば、カメラ、人感センサ、マイク等からの入力情報に基づいて、モータ１１、電動アクチュエータ２４を駆動制御する。例えば、人感センサが人を感知した場合やマイクが人の声を感知した場合に、上昇・下降動作、Ｔｉｌｔ軸動作、Ｒｏｌｌ軸動作、Ｐａｎ軸動作などによって、あるいは、これらの動作を組み合わせて、カメラを人の顔の方向や声の聞こえる方向に向ける動作をさせることができる。また、Ｒｏｌｌ軸動作により、首をかしげるようなインタラクション（可愛らしい動作）を行わせることも可能である。

また、上部ユニットの姿勢可変装置１によれば、上記のように多様な動作を可能にしつつも、主軸５、内側リング７、外側リング８、リンク機構３２等からなる構造によって、上部ユニット３４がどのような姿勢であってもその姿勢を安定させることができる。

以上に説明した本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。すなわち、上記の実施形態は例にすぎない。

１ 上部ユニットの姿勢可変装置
２ ベース部
３ 回転体
３ｅ 軸穴
５ 主軸
７ 内側リング
８ 外側リング
９ 高さ可変装置
１１ モータ
１４ ピニオン
１７ リングギヤ
１８ ドラム
２１ 第１リンク部材
２２ 第２リンク部材
２４ 電動アクチュエータ
２９ 回転軸（駆動部）
３０ １自由度の関節
３１ ３自由度の関節
３２ リンク機構
３３ ボールジョイント
３４ 上部ユニット
Ａ１ 第１軸線
Ａ２ 第２軸線
Ａ３ 第３軸線

Claims (8)

1. 上部に搭載される上部ユニットの姿勢を変えることが可能な上部ユニットの姿勢可変装置であって、
   ベース部と、
   中心部に軸穴を有し、前記ベース部に第１軸線回りに回転可能に支持された回転体と、
   前記回転体の前記軸穴に対して、前記第１軸線の方向にスライド可能に且つ前記第１軸線回りに回転不能に嵌め込まれた主軸と、
   前記主軸の周囲に配され、前記主軸に対して、前記第１軸線と略交差する第２軸線回りに回動可能に連結された内側リングと、
   前記内側リングの周囲に配され、前記内側リングに対して、前記第１軸線の方向から視て前記第２軸線と異なる方向に延び且つ前記第１軸線と略交差する第３軸線回りに回動可能に連結された外側リングと、
   前記外側リングの周方向の異なる部位の高さをそれぞれ変えることが可能な３つ以上の高さ可変装置と、
   を備えることを特徴とする上部ユニットの姿勢可変装置。
2. 前記高さ可変装置は、
   前記回転体に設置された電動アクチュエータと、
   前記主軸と前記電動アクチュエータの駆動部とを連動させるリンク機構と、
   を有し、
   前記リンク機構は、少なくとも１自由度の関節と３自由度の関節を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
3. 前記電動アクチュエータの前記駆動部は、横方向を向いた回転軸であって、
   前記リンク機構は、
   その一部が前記電動アクチュエータの前記回転軸に固定された第１リンク部材と、
   その一部が前記回転軸と平行な第４軸線回りに回動可能に前記第１リンク部材の他部に連結された第２リンク部材と、
   前記第２リンク部材の他部と、前記外側リングとを連結するボールジョイント又はユニバーサルジョイントと、
   を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
4. 前記電動アクチュエータは、サーボモータである、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
5. 前記上部ユニットは、カメラおよび／またはマイクを有する、ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
6. 前記主軸は、内部に配線が挿通された中空軸である、ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
7. 前記第２軸線と前記第３軸線は互いに略直交する、ことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。
8. 前記回転体は、周囲にリングギヤが形成されたドラムであり、
   前記リングギヤに噛合するピニオンと、
   前記ピニオンを回転駆動するモータと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の上部ユニットの姿勢可変装置。

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