JP5224208B2 - 重心力利用の自動水平制御装置 - Google Patents

Description

本発明は重心力で自動的に水平状態に均衡を保持するための、重心力利用の自動水平制御装置に関するものである。

従来、水平面を保持したい床面が不本意な傾斜状態にある場合、水平バランスを制御する方法として重りを利用した重力式或いは振り子式制御法や、クッションやバネ伸縮の調整による水平制御法等があり、その他にもモーター等を介してシステム制御によって操作する水平制御法もある。例えば、重りを利用した重力式では特開２０００−４７７３５号公報で開示されているものもある。またラジコンヘリコプターの機体に揺れが生じても常に撮影機を安定させる水平制御手段として、実開平５−７３６４７、等がある。

特開２０００−４７７３５号公報 水平バランス保持方法 実開平５−７３６４７号公報 撮影機を備えたラジコンヘリコプター

以下、従来開示された上記特許文献に従い順次本発明との差異を説明する。

特許文献１の特開２０００−４７７３５号について本発明との差異を説明すると、床と土台を独立させ重力で水平バランスを保つ方法は原理的には本発明の重心力利用の自動制御水平装置と同一に考えられるが、本発明の重心力利用の自動制御装置とは大きな違いを指摘することができる。即ち、特開２０００−４７７３５号では、重り部分を内骨格部の受け皿内に位置させ床と固定して設置されている、故に安定度を高めるためには受け皿内の重りの重量を大きくする必要があり、また床の片方の一方にだけ重量が掛かる状態が発生すれば、重心移動により均衡が保たれず受け皿を構成する構造全体に不安定な状態が生じる事態も考察される。

次に、特許文献２の実開平５−７３６４７号について本発明との差異を説明すると、機体の重心ｇ位置にユニバーサルジョイントを配し、該ユニバーサルジョイントに取り付ける支持枠体を振り子式重力体とする水平制御法は本発明の重心力利用の自動制御装置と類似するが、ユニバーサルジョイントと上部水平枠部は機体内を貫通して取り付ける構造としているため、簡単に着脱できない欠点があり他の機種にそのまま対応できるものでなく、又、カメラの方向変更手段に無線操作でコントロールするモーター等も装備され構造的見解からしてもより複雑性を高めて本発明の簡易性を求める重心力利用の自動制御装置とは大きく異なっている。

そこで本発明の重心力利用の自動制御装置では、重心力即ち、振り子の原理を利用して自動的に水平面傾斜および垂直面傾斜を簡単な構造で制御しようとするものであり、従来のモーター駆動によるカメラの方向変更を無線操作でコントロールするものでもない。

従来、重力体を利用した水平制御装置は多数公開されているが、それぞれに長短があり応用分野も狭く多用途的に適合できる十分なものは少なく、ほとんど採用されていない。本発明では人や物の搬送時、ラジコンヘリコプターやアドバルーン等での利用など、幅広い視野のもとに揺動衝撃を緩和し簡易で安全、安定性を目的として、左右方向および前後方向の傾斜角に対しての水平制御を自動的に同時に機能する、即ち全方向傾斜に対応する重心力利用の自動水平制御装置を提供する。

上記目的を達成するために本発明の重心力利用の自動制御装置は、形状をリング状として左右の水平制御を機能するための水平制御盤を基体とし、さらに、形状も構造も同じ水平制御盤を前面水平制御盤及び左右側面水平制御盤とした三枚を使い分け組み合わせることで左右、前後方向の傾斜に対して水平制御も機能する重心力利用の自動制御装置とする。

リング状の水平制御盤の構造は、外郭固定フレームと内郭回動フレームを有し、外郭固定フレームと内郭フレームの間周に複数の球体を介在して内郭フレームを回動自在に内設する構造とし、さらに、外郭固定フレームには支持軸を突出して設け、そして水平制御盤の正面から半月形の軸受板を貼着状態で設け、軸受板には円心より垂下方向へ縦列して複数の軸孔を設ける構造とする。

正面水平制御盤及び側面水平制御盤は異なる形状とするものではなく、利便性とコスト面を考慮して、構造的、機能的および形状面に於いても同じものを使うことを条件として組立て分解も簡単自在にできるのを特徴とした、重心力利用の自動制御装置とする。

水平床面台は水平床面台自体を重力体として水平方向に働かせるために、振り子板の一端を内郭回動フレームに設ける半月形の軸受板に固定接続している、故に水平床面台は内郭回動フレームの回動運動に連動し、垂直方向に加重力が働き重心力により水平保持状態となる。又、水平床面台は正面水平制御盤の外郭フレームより外側方向に位置して重力体を機能させる構造を特徴として左右水平方向の制御を機能させるものである。

本発明に係わる水平制御盤一枚では左右水平の一方向だけで前後の傾斜に対応していない。そこで、前後方向の水平制御を機能させるために、二枚の水平制御盤を使い正面水平制御盤の側面二方向から挟持して側面水平制御盤を設ける。即ち、三枚の水平制御盤を組み合わせる構造で全方向傾斜に対応する重心力利用の自動水平制御装置を完成する。

三枚の水平制御盤の係わり方のしくみは、正面水平制御盤の外郭固定フレームに突出して設ける左右二本の支持軸を、一本は右側面水平制御盤の内郭回動部に設ける半月型の軸受板の軸孔に、又、一方の支持軸は左側面水平制御盤の内郭回動部に設ける半月型の軸受板の軸孔に軸着して係合することで、三枚の水平制御盤は左右、前後方向の傾斜角度に順応して全方向に対応するのを特徴とした本発明の重心力利用の自動制御装置となる。

尚、ラジコンヘリコプターが大きく傾きながら旋回する時など、全円運動をする内郭回動フレームを自動的に制御する必要が生じる。そこでストッパーを振り子板の両脇に着脱自在に設けて、水平制御盤に振り子板が接触するのを防止する。

更に、水平制御盤は形状をリング状としている為、リング中央の中空下辺部に設ける半月型の軸受板を利用して補助台を置けばカメラ台としても使える。但し補助台自体を重力体とするものではない。

内郭回動フレームに設ける半月形の軸受板の軸穴を、円の中心点を避けて設けることで、垂下方向に働く振り子運動の振り幅を短くして小さな傾斜にも水平制御機能が敏速に順応し、機能性と安定性を高めることになる。

又、円の中心点を避けて垂下方向へ縦列して複数の軸孔を設けることは、回動フレーム支持軸支点の位置を自由に取り替えて調整できるため、目的や気象状況等の条件に合わせた制御方法ができる。

水平床面台自体を重力体としているため、振り子の原理で自動的に左右水平面傾斜および前後垂直面傾斜を簡単な構造で制御できるから低コストで提供できる。

同じ形状の水平制御盤を三枚組み立てるだけで、正面水平制御盤と側面水平制御盤は連動して同時に水平および前後方向に機能するため、結果的に全方向制御を可能とした。

利便性とコスト面を考慮した単純且、シンプルな構造の水平制御盤は組立て分解も簡単自在にできて使い勝手が良く無駄がない。

水平制御盤とする基体の形状を円形としているため、重力体はどの傾斜角度に対しても常に垂直下方向にあり、故に水平床面台も安定した水平面を保持できる。

水平床面台の取り付角度を調整可能の構造にすることで、例えば、空撮用ラジコンヘリコプターの場合で定位置にホバリングさせる時など、水平床面台に直付けしたカメラ方向を目標に応じて撮影領域を特定することができ、俯角、仰角も自由で真下撮影も可能である。

形状を円形リング状とする水平制御盤を基体とする構造を基本として、人や物品搬送用荷台又は船舶等に応用することも考えられる。

実施例は、ラジコンヘリコプターに、本発明の重心力利用の自動水平制御装置１を装備し、カメラを装着して空撮用とした場合の実施の形態を図面に従い以下説明する。

図１、図２は本発明の斜視図、図３は本発明の正面図であり一部開口図である、図４は右側面図、図５は正面図、図６は上面図、図７はラジコンヘリコプターに本発明を装備した実施の形態を示す側面図である。

図１で示す本発明の重心力利用の自動制御装置１は形状を円形リング状とする三枚の水平制御盤を基体とした組み合わせで構成するもので、正面に位置する水平制御盤を正面水平制御盤１０とし、該、正面水平制御盤１０は左右方向の傾斜に順応して水平制御を機能させるものである。

但し、本発明の重心力利用の自動水平制御装置１は、正面水平制御盤１０だけでは左右水平の一方向だけで前後の傾斜に対応していない。そこで、正面水平制御盤１０に対して直角方向となる側面二方向から挟持する状態で、正面右側の水平制御盤を右側面水平制御盤２０、左側を左側面水平制御盤３０として二枚は向き合いながら前後の傾斜に対応する。即ち、三枚の水平制御盤はＨ型に組み合わされ、互いに前後方向の傾斜に順応して水平制御を機能させ、全方向傾斜に対応する重心力利用の自動水平制御装置１の基本とする。

図２では水平制御盤の配置構造について示すもので、図２の（イ）は正面水平制御盤１０であり、（ロ）は右側面水平制御盤２０、（ハ）は左側面水平制御盤３０、を示す斜視図である。

正面水平制御盤１０と右側面水平制御盤２０、及び左側面水平制御盤３０は同じ構造である。従って正面水平制御盤１０の構造を説明し、（ロ）（ハ）左右の水平制御盤はそれに準じるものとする。

リング状の水平制御盤は、図２で示す通り、外郭固定フレーム１１と内郭回動フレーム１２を有し、外郭固定フレーム１１と内郭フレームの間周に複数の球体１３を介在して内郭フレームを回動自在とする内郭回動フレーム１２を内設して形成する構造とした。

さらに、外郭固定フレーム１１には左右二本の支持軸１４ａ、１４ｂを突出して円形中心線上に設け、そして水平制御盤１０の正面から半月形の軸受板１５を内郭回動フレーム１２に貼着して設け、該、軸受板１５には水平制御盤の円心より垂下方向へ縦列して上下二箇所以上の軸孔１６を設ける構造とする。

三枚の水平制御盤の係わり方のしくみは、図２、で示す通り、左右二本の支持軸１４ａの一本は右側面水平制御盤２０の内郭回動フレーム２２に設ける半月形の軸受板２５の軸孔２６に、又、一方の支持軸１４ｂは左側面水平制御盤３０の内郭回動フレーム３２に設ける半月型の軸受板３５の軸孔３６に軸着して係合する。このことで、三枚の水平制御盤は連動して左右、前後方向の傾斜角度に順応して全方向に対応するのを可能として、本発明の重心力利用の自動制御装置１の基本体とするものである。

このように正面水平制御盤１０及び左右側面水平制御盤２０、３０は異なる形状とするものではなく、支持軸１４ａ，１４ｂと軸孔２６、３６を係合し内郭回動フレーム１２、２２、３２が互いに連動し、傾斜角度に対応して水平制御を機能させるものである。

図３は正面図で一部開口図であり、正面水平制御盤１０の支持軸１４ａ及び１４ｂは右側面水平制御盤２０の軸孔２６と、左側面水平制御盤３０の軸孔３６の係合状態を示すものである。図４は側面図であり、正面水平制御盤１０と左右側面水平制御盤２０、３０が軸受板２５の軸穴２６を円の中心点を避けて設けた様子とカメラ台１９の装備状態を示す。

正面水平制御盤１０の半月形の軸受板１５に有する軸孔１６に、振り子板１７をネジ止め固定して装着する。そして振り子板１７の先端には水平床面台とするカメラ台１９を装備する。

カメラ台１９は、振り子板１７とカメラ台１９自体を重力体として傾斜角に反して水平方向に働く振り子作用が生まれる。故にカメラ台１９は内郭回動フレーム１２の回動運動に連動し、垂直方向に加重力が働き、重心力により水平床面台とするカメラ台１９は常時水平保持状態となる。

又、水平床面台とするカメラ台１９は、振り子板１７の寸法を正面水平制御盤１０の外郭フレーム１１より外側方向に位置して垂下突出するように設けることで、重力体付加による左右水平方向の制御力を高め、より効率的に重力体を機能させる構造を特徴とする本発明の重心力利用の自動制御装置１とするものである。

振り子板１７の先端に装備するカメラ台１９は、振り子板１７に蝶着して設け俯角、仰角の角度調整を自在にして固定ネジ４１でネジ締め固定可能として装備する。尚、カメラ台１９には当然カメラ４３及びビデオカメラ４４の装着を可能としている。

水平制御盤は形状を円形リング状としている為、リング中央の中空下辺部に半月型の軸受板１５を利用して補助台４２を設ければいろいろと利用法もある。この補助台４２には例えばデジタルカメラ等の軽量カメラ４３を装着し、カメラ台１９に装着したビデオカメラ４４と２台同時に使用することもできる。但し補助台４２自体を重力体とするものではない。

尚、ラジコンヘリコプターの機体の傾斜角度次第では、振り子板１７は寸法を正面水平制御盤１０の外郭フレーム１１より垂下して設けるため、水平制御盤に接触する恐れがある。即ち、全円運動をする内郭回動フレーム１２のコントロールを接触防止のために自動的に制御する必要が生じる。そこでＵ型ストッパー１８を外郭固定フレーム１１の二箇所に着脱自在咬み合せ差し込み、振り子板１７の両脇に設けて振り子板１７の振り幅を制限調整し、水平制御態勢を容易に整えて安定性を確保する。

そして、Ｕ型ストッパー１８の素材は可撓性を持つゴム質等を採用し、外郭固定フレーム１１の外周枠に咬み合せ保持される。即ち、Ｕ型ストッパー１８は着脱自在にして左右側面に位置する水平制御盤に振り子板１７が接触するのを防止するためのものである。

しかし、ラジコンヘリコプターは空中回転や背面飛行なども操縦は自在であり、高度な技術で自由に楽しめる。そこで、いかなる飛行態勢であっても空撮を可能とする正常な水平制御態勢を保持したいものである。

そこで、回転する飛行態勢であっても正面水平制御盤１０は左右方向の傾斜に順応して水平制御を機能させるものであるため、内郭回動フレーム１２が全円運動をすることで、水平方向さらに上下回転に対応し全方向制御を可能とすることができる。そのための解決手段を図５で説明する。

図５で示す通り、正面水平制御盤１０の外郭固定フレーム１１に突出して設ける左右二本の支持軸１４ａ、１４ｂの各々に、別部品とし用意する延長支持パイプ２４ａ、２４ｂを継合し、延長支持軸３４ａ、３４ｂを１４ａ、１４ｂの場合と同様に各軸孔２６、３６に軸着して係合する。

又、延長支持パイプ２４ａ、２４ｂの構造は、パイプ内径を支持軸１４ａ、１４ｂと継合可能な軸φとし、一端の延長支持軸３４ａ、３４ｂは支持軸１４ａ、１４ｂと同じである。又、図５は振り子板１７の全円運動を示し、振り子板１７先端のカメラ台１９が左右側面水平制御盤２０、３０に接触しない状態で、全円運動を可能とした長手方向の寸法として装備する。

尚、支持軸１４ａ、１４ｂと延長支持パイプ２４ａ、２４ｂは操縦目的に応じて着脱自在として継合するもので、継合連結の方法としては単なる差込式や螺合方式とかいろいろ考察されるが、その方法は目的に応じて適宜採用するものとし指定するものではない。

水平床面台とするカメラ台１９はカメラ台１９に装着されたカメラを重力体として垂下方向に重心を働かせるために、振り子運動でラジコンヘリコプター４７の左右、前後の傾きにも影響を少なくして、カメラ自体は常に水平を保持できる状態を維持することができる。即ち、この結果、空撮による被写体を斜めに撮影することもなく、左右が安定した画面を常に確保できる事になる。

図６は上面図であり、正面水平制御盤１０を右側面水平制御盤２０、と左側面水平制御盤３０で左右二方向からＨ型に挟持して構成する状態を示し、装置固定枠４５は二枚の左右側面水平制御盤の外郭フレームに固定されている。そして機体の脚部内に装置固定枠４５をロープ４６で吊り状に絞め込み固定し装備する。

図７は本発明の重心力利用の自動制御装置１を、空撮用としてラジコンヘリコプター４７に装備し、その装備の位置関係の状態を示す側面図である。

尚、水平制御盤は市販のボールベアリングを改良して採用することもできる。例えば、市販品の一例として、ケイドン社の極薄型設計で内径寸法１７０ｍｍ×２．５ｍｍ等がある。

以上に記述の通り、本発明の重心力利用の自動水平制御装置１は、構造的、機能的および形状面に於いて同じ三枚の水平制御盤を使い分けて構成し、組立、分解が簡単自在にできることは利便性とコスト面でも優位な本発明の重心力利用の自動制御装置１として完成するものである。

本発明に係る実施例を示す斜視図である。 本発明に係る実施例を示す斜視図である。 本発明に係る実施例を示す正面図で一部開口図ある。 本発明に係る実施例を示す右側面図である。 本発明に係る実施例を示す正面図である。 本発明に係る実施例を示す上面図である。 本発明を装備した実施の形態を示す側面図である。

符号の説明

１ 自動水平制御装置
１０ 正面水平制御盤
２０ 右側面水平制御盤、
３０ 左側面水平制御盤
１１、２１、３１ 外郭固定フレーム１
１２、２２、３２、内郭回動フレーム
１３ ２３ ３３ 球体
１４ａ、１４ｂ 支持軸
２４ａ、２４ｂ 延長支持パイプ
３４ａ、３４ｂ 延長支持軸
１５、２５、３５ 軸受板
１６、２６、３６ 軸孔
１７ 振り子板
１８ Ｕ型ストッパー
１９ カメラ台
４１ 固定ネジ
４２ 補助台
４３ デジタルカメラ
４４ ビデオカメラ
４５ 装置固定枠
４６ ロープ
４７ ラジコンヘリコプター

Claims (2)

1. 形状をリング状として左右の水平制御を機能するための水平制御盤を基体とし、三枚の水平制御盤をＨ型に組合せ、重力体による振り子式構造をもって全方向傾斜に対応し、水平制御を機能し、前記水平制御盤に有する外郭固定フレームには支持軸を突出して設け、正面には半月形の軸受板を内郭回動フレームに貼着状態で設け、該軸受板には垂下方向へ縦列して軸孔を設け、振り子板の一端を半月形の前記軸受板に固定し、前記振り子板の垂下先端には水平床面台を設け、該水平床面台自体を重力体として、前記内郭回動フレームの回動運動に連動させ、又、前記水平床面台は、前記外郭固定フレームより外側方向に位置する構造とし、全円運動をする前記振り子板が、両脇に位置する前記水平制 御盤に接触するのを防止するためのストッパーを、前記外郭固定フレームに着脱自在に設けることを特徴とした重心力利用の自動水平制御装置。
2. 前記外郭固定フレームの支持軸に継合する延長支持パイプを着脱自在とし、該延長支持パイプを使い振り子板の全円運動を可能とした構造とすることで、水平、前後の全傾斜方向に対応して水平制御するのを特徴とした請求項１に記載の重心力利用の自動水平制御装置。

Images