JP3184197U - 多目的回転基台 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影機器又は観測機器による精度の必要な計測、観測、発信などを行う準備において、煩雑な数値入力、調整などを手間を省き、装置が自立制御する事で誰にでも容易に対象物を捉えることができる多目的回転基台を提供する。
【解決手段】多目的基台は、土台部５と基台部に角度を任意に変更できる可動軸サーボと、位置情報を取得する、地磁気に基づいて方位を検出する磁気センサと、重力加速度に基づいて仰角を検出する重力加速度センサと、衛星からの信号に基づいて緯度経度を検出するＧＰＳを備えており、これらの出力からセッティングを可動軸サーボにより、自在に自律制御することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、基台が自立制御により、回転軸、仰角軸、傾斜軸、赤径軸の仰角を自由に可変し、様々なセッティングを簡素化した多目的回転基台に関する。

従来の多目的回転基台には、自然景観、精密機器及び生態などの繰り返し計測、観測、信号、発生等、単機能装置は各種使用されているものがある。また、パンチルト（上下左右）雲台として、電動式、ＬＡＮなど通信機能があり、遠隔制御が主な制御方法で自立制御では無い。

雲台に計測器を装着し、手入力にて数値入力し、計測値を保管、後日再度数値入力をし同一計測を保管蓄積する、その都度数値入力していた。更に、搭載機器に合わせて、雲台又は基台を改修する必要があり手間がかかる。

天体自動導入装置は、アライメント作業が全て自動という訳ではなく、ある程度のガイド機能があるとは言え、作業者が何かしらの作業を行わなければならず、またその作業が誰にでも簡単にできるとは言い難いものである。

特許２００５−５０６５２６号 公報

従来の雲台又は基台による事象撮影、計測、観測等において、セッティングによる作業者への負担が問題とされてきた。セッティングには、まず土台部分の正確な水平を求める必要がある。水平仰角・方位を観察しながら水準器などを用いて、高い精度を出す必要があるが、慣れた上級者でも角度の微調整は困難を伴い、かつ根気のいる複雑な手間がかかる作業となる問題があった。

また、土台が正確な水平を取得しても、上部に搭載する雲台等が正確に制御することも難しいという問題があった。

観測地の場所によっては、暗闇での調整を行う必要と装置を対象物に極短に傾け、作業者自身も傾いた姿勢でセッティング及び観測、撮影等を行う必要がある。セッティング精度の正確度と、作業者の姿勢に負担を強いる問題があった。

セッティングに必要な方位情報は磁気センサを利用するが、センサが正常に稼働しない環境の場合は、位置情報の取得が不能又は不正確な情報となる問題があった。

現在、天体自動導入装置があるが、それは飽くまでも１つの星を追尾していくシステムであり、目的の星を割り出すための装置であるので、精々、その星の近くの星が同時に捕えられたという程度であり、同時に複数の星を追尾していくことは不可能であった。

また、同時に幾つかの星を追尾していこうとすると、追尾していくだけの星の数だけ観測するための装置が必要であった。

星の動画撮影においては、実際は間欠的な静止画をつなぎ合わせたものであるので、その撮影は自ずと間欠的なものになるが、現状においてはその撮影の合間の時間を利用しようとすると、現状の設定を一度解除してそのための設定をし直す必要があり、また元の設定に戻すことも、また手間がかかってしまうので、現実的ではない。

また今までは一度の観測で、複数の星を観測しようとはしてこなかったために、そのためのシステムが構築されてこなかった。

この考案は、上述した従来技術による問題点を解消するため、土台部と雲台部の調整を自律制御するとともに、位置情報を取得する手段を複数有することで、正常に稼働しないセンサを補い、自律制御することで作業者の負担を無くした多目的基台を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この多目的基台は、土台部と基台部に角度を任意に変更できる可動軸サーボと、位置情報を取得する、地磁気に基づいて方位を検出する磁気センサと、重力加速度に基づいて仰角を検出する重力加速度センサと、衛星からの信号に基づいて緯度経度を検出するＧＰＳを備えており、これらの出力からセッティングを可動軸サーボにより、自在に自律制御することができる。

磁気センサの狂いを検出するには、予め正確な方位情報を取得し、ジャイロシステムにより方位情報を保持し、ジャイロシステムの保持情報と磁気センサの方位情報が異なる場合、磁気センサが地磁気以外の影響を受けていると判断し、保持情報を正確な情報として出力する。また、保持情報と磁気センサでお互いに誤差がないか補完し合うため、誤差を最小限度に留めることが出来る。

同時に複数の星を追尾していくために、複数の星に対する姿勢制御情報を記録し、それを再現することで実現する。

以上のように本考案によれば、土台部と雲台部の調整を誰にでもできるように自律制御で調整し、位置情報を取得する手段を、様々な環境に対応できるように複数有した故に、どのような環境においても誰でも簡単に調整することができると言うメリットが生じた。

本装置のハードウェア構成を示す説明図である。 本装置の仰角テーブル、回転テーブル、傾斜テーブルの姿勢制御方式を示す図である。 本装置の傾斜テーブルのもう１軸の姿勢制御方式を示す図である。 本装置に撮影機器姿勢制御装置を着けた図である。 本装置のソフトウェアの構成を示す図である。

以下、図１から図５に基づいて説明する。ターンテーブル１は、撮影機器及び測定機器、またはそれらを取り付け、制御する雲台（以下撮影機器等とする）を取り付け、一定の速度、または任意の速度で回転させ、対象物を撮影、観測、測定するものである。

仰角テーブル２は、水平面または基準面から、測定等で必要な角度をもたせる為のものである。

回転テーブル３は、測定等の基準方向や方位を決めるため回転するものである。この為、回転テーブル３が、水平、または基準面に対して平行であることが求められる。

傾斜テーブル４は回転テーブルおよび電子コンパス７を水平、または基準面に対して平行させるために、１軸または２軸以上の制御により、任意の角度に傾くものである。

本考案の土台部５であるが、方式として、三脚形状やテーブル等にの載せる台であったり、直接地面等に設置するできるものなど、いろいろな場所に設置できるものも含まれる。

各可動軸サーボ６とは各軸を動かす装置のことであり、その動作をソフト的であったり、ハード的に制御できるものである。

撮影機器姿勢制御用雲台８は、撮影機器等の向きを任意に制御できる雲台のことである。

姿勢制御システム９とは、これにより各可動軸サーボ６を制御する。

本考案でのジャイロシステムとは、装置が置かれている状況（姿勢）をソフトウェアが各センサーからのデータを数値化し、ＲＡＭに登録保管させ、状況変化に応じた差異（偏差）をグラフィック表示する、又は姿勢制御システム９へ正帰還、負帰還を数値データにして引き渡す。

現象をさらに助長する場合を正のフィードバック（正帰還），現象の発展を抑制する場合を負のフィードバック（負帰還）という

ジャイロシステムでは、磁気センサー１５が誤動作する状況にあっても、正しく真北などの方位を示さなければならないため、一度、ＲＡＭに登録した方位に対する差異を、ＲＯＭに書き込み済みのソフトウェアが差異分を補正し、更に磁気センサー１５からのデータも補完して、真北などの方位指示の精度を上げる。

さらに、ＧＰＳで方位角度を算出することで、磁気センサー１５同様、方位を検出することが出来る。

ＧＰＳ電波が受信出来ない状況ではＧＰＳ方位角度検出することが出来ないが、一度ジャイロシステムでＲＡＭに登録されている方位角度データは任意に呼び出すことが出来る。

各センサーに誤動作を及ぼす環境下に於いて、または任意の場合、通信インターフェース１８で、インターネット、コンピュータデータベースに接続し、任意の方位角度を選択、計算し、機能させる。

本考案の姿勢制御システム９は、ソフトウェア上でＲＯＭに各種のパラメーターを書き込んで、そのとおりに駆動させ、場合によって、数値制御ポート１２と通信インターフェース１８を使い、主導権を持って各可動軸サーボ６を制御出来る。

本考案の撮影制御用ポート１１により、撮影機器等を制御する。

数値制御用ポート１２により、撮影機器姿勢制御用雲台８やその他の関連する数値による制御機器を制御する

ＧＰＳ受信機１４はＧＰＳアンテナを用いて、衛星からの信号を受信し、その情報をコントロール部１３に引き渡すものである。

磁気センサー１５は地磁気を感知し、方位情報をコントロール部１３に引き渡すものである。

重力加速度センサー１６は、重力及び加速度を感知し、その情報をコントロール部１３に引き渡すものである。

入力装置１７は、ボタンやキーボート等の指示を与える装置であり、その情報をコントロール部１３に引き渡すものである。

通信インターフェース１８は、外部との情報をやり取りするための装置で、インターネットやパソコンや情報データベース等からの情報や、外部入力装置からの指示情報を取り入れたり、または内部の演算結果や情報を外部に渡したりするものである。

本考案の基本性能はソフトウェアでジャイロシステムを成立させている。

撮影機器姿勢制御用雲台８は、２軸以上の可動軸サーボにより撮影機器等の向きを制御し、その動きを補完、制御するために磁気センサー１５や重力加速度センサー１６等の各種センサーを搭載する。

撮影機器姿勢制御用雲台８は、そのシステムにより、任意の方向に撮影機器等を向けることができ、またその姿勢制御情報を複数記録することができる。

赤道儀は天球に対して常に相対しているものであるので、撮影機器姿勢制御用雲台８を赤道儀に取り付けることにより、複数の星に対して、その相対的な位置関係を記録することができ、いつでも瞬時にその情報を呼び出すことができる。

星の動画撮影においては、実際は間欠的な静止画をつなぎ合わせたものであるので、その撮影は自ずと間欠的なものにり、その間隔が他の姿勢制御情報を再現し、観測し、再び元の姿勢に戻すことが十分に可能な時間であれば、その時間内に於いて複数の星を観測することができる。

上記課題に於いて、システム上姿勢制御に於ける時間は数秒程度であるので、観測時間や撮影時間が十分に余裕のあるものである場合が多いので、実現できる。

撮影機器姿勢制御用雲台８に於いても、初期設定を行わなければならないが、赤道儀に載せている状態に於いては、第一番目の星に対する姿勢とその星の天球の位置情報が分かれば初期設定は完了する。

天球の位置情報は、任意にデータ入力、またはデータベースから引用することができる。

撮影機器姿勢制御用雲台８と本考案の赤道儀システムに於いて、ターンテーブル１に撮影機器姿勢制御用雲台８を取り付けた場合、その姿勢情報をソフトウェアや各種センサー情報の共有により管理することができるので、一元的に管理することができる。

１ ターンテーブル
２ 仰角テーブル
３ 回転テーブル
４ 傾斜テーブル
５ 土台部
６ 各可動軸サーボ
７ 電子コンパス
８ 撮影機器姿勢制御用雲台
９ 姿勢制御システム
１０ グラフィック表示機
１１ 撮影機器制御用ポート
１２ 数値制御用ポート
１３ コントロール部
１４ ＧＰＳ受信機
１５ 磁気センサー
１６ 重力加速度センサー
１７ 入力装置
１８ 通信インターフェース
１９ ＧＰＳ受信アンテナ

Claims (12)

1. 任意に方位と仰角を可動できる可動軸サーボを搭載し、任意に回転数を制御できるターンテーブルと、装置の仰角を反映させる仰角テーブルと、装置の方位を反映させる回転テーブルと、回転テーブルに水平を出せる傾斜テーブルを有する基台において、姿勢制御ソフトウェアにより自律制御することが特徴とする多目的回転基台。
2. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台の方位測定手段に観測地点の緯度・経度をＧＰＳで求める測定手段と、テーブルの方位を磁気センサで求める方位手段とテーブルの仰角を重力加速度センサで求める方位手段を備え、方位手段からの出力情報に基き、姿勢制御ソフトウェアにより自律制御することが特徴とする多目的回転基台。
3. 多目的回転基台において、予め内蔵されたコンピュータの記憶媒体に、方位手段からの出力情報を記憶させ、方位手段からの出力情報に基き、姿勢制御ソフトウェアにより自律制御することが特徴とする多目的回転基台。
4. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台に任意のローリング動作が必要な場合、数値制御ポートと通信インターフェースを使い、各モーターシステムを姿勢制御ソフトウェアにより、自律制御することを特徴とする多目的回転基台。
5. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台のターンテーブルに撮影機器、観測装置等の装置を装着することにより、天空の様々な対象物を捉えることができることを特徴とする多目的回転基台。
6. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台の内蔵された各センサにより、求めた方位手段からの出力情報を数値表示することにより、計測機器としても活用できる多目的回転基台。
7. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台に内蔵された各センサにより出力された方位情報を、記憶媒体に記憶し、予め記憶している方位情報と、ＧＰＳにより地球上の２地点をの緯度経度を参照し方位情報を出力することにより、磁気センサに異常が発生しても正常に方位情報を出力する出力手段を特徴とする多目的回転基台。
8. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台に通信インターフェース、インターネット、コンピューターデーターベースに接続し、各センサーに誤動作を及ぼす環境下に於いて任意の方位角度、又は過去のパラメータを呼び出すことを特徴とした多目的回転基台。
9. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台に内蔵されたＧＰＳ、磁気センサ、重力加速度センサにより出力された方位情報を参照し、天空の極軸方向を算出し、装置の方位と仰角を天空の極軸に合わし、観測前の自動極軸調整を行う自動調整機能を特徴とする多目的回転基台。
10. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台のターンテーブルにおいて、回転軸の回転速度と、開始及び停止の加減速を任意に設定し、天空の対象物を自由に追尾する追尾機能を特徴とした多目的回転基台。
11. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台の記憶媒体に対象物の位置情報を記憶し、対象物に自動で方位、仰角を調整する自動調整機能を特徴とする多目的回転基台。
12. 多目的回転基台において、当該多目的回転基台のソフトと外部制御装置を有線又は無線接続し、遠隔操作する操作手段を特徴とする多目的回転基台。

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