JP5298300B2 - Spherical actuator and imaging device - Google Patents
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本発明は、多方向の自由度を有し、ロボットアームや撮像部等の被回動部材を回動させる球面アクチュエータ及びこの球面アクチュエータを備えて構成される撮像装置に関する。 The present invention relates to a spherical actuator that has multi-directional degrees of freedom and rotates a member to be rotated such as a robot arm or an imaging unit, and an imaging apparatus that includes the spherical actuator.
従来、この種の球面アクチュエータは、略球状のロータと、このロータの表面に接触してロータを回動自在に支持する複数のステータから構成されている。そして、この球面アクチュエータは、複数のステータが発生させる表面波振動をロータに伝達させて、この振動によりロータを多方向に駆動させている。また、ロータには、ロボットアームや撮像素子等の被回動部材が取り付けられており、ロータが多方向に回動することにより被回動部品を多方向に回動させている。(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of spherical actuator is composed of a substantially spherical rotor and a plurality of stators that contact the surface of the rotor and rotatably support the rotor. The spherical actuator transmits surface wave vibration generated by a plurality of stators to the rotor, and the rotor is driven in multiple directions by the vibration. Further, the rotor is attached to a rotated member such as a robot arm or an image sensor, and the rotated component rotates in multiple directions by rotating the rotor in multiple directions. (For example, refer to Patent Document 1).
図13は、従来の球面アクチュエータを備えた撮像装置を示す斜視図である。
図13に示す、撮像装置110は、従来の球面アクチュエータ100と、撮像部106とから構成されている。球面アクチュエータ100は、略等角度間隔に配置された3つのステータ103a,103b,103cを有する支持部材101と、支持部材101に回動自在に支持された球状のロータ102とから構成されている。支持部材101は、略円柱状の固定部材105に固定されている。3つのステータ103a,103b,103cは、支持部材101に設けられた3つのアーム部104a,104b,104cにそれぞれ取り付けられている。この3つのステータ103a,103b,103cは、微小振動を発生させる駆動力発生部であり、ロータ102の表面に接触している。
FIG. 13 is a perspective view showing an imaging apparatus including a conventional spherical actuator.
An
このような構成を有する従来の球面アクチュエータは、3つのステータ103a,103b,103cによって発生される微小振動が、球状のロータ102に伝達される。これにより、ロータ102は、ロータ102及び支持部材101の中心を通るZ軸方向と、このZ軸方向と直交するX軸方向と、Z軸方向と直交する方向であってX軸方向とも直交するY軸方向との3軸方向回りに回動する。
In the conventional spherical actuator having such a configuration, minute vibrations generated by the three
また、図13に示す球面アクチュエータ100は、球状のロータ102の表面に撮像部106が取り付けられている。撮像部106は、撮像素子{例えば、CCD(電荷結合素子)、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)等}と、この撮像素子に被写体からの像光を入射させるレンズ装置から構成されている。このような構成を有する球面アクチュエータ100を備えた撮像装置110は、配管T内の検査装置に用いられている。
しかしながら、従来の球面アクチュエータ100は、図14に示すように、ロータ102をX軸方向及び/またはY軸方向の回りに回動させると、ロータ102に取り付けられた被回動部材である撮像部106が支持部材101のステータ103aに当接する。その結果、ロータ101のX軸方向及び/またはY軸方向の回りの回動動作が制限される。具体的には、図13及び図14に示す球面アクチュエータでは、X軸方向及びY軸方向の回りで回転できる範囲が約60度しかない。このように、従来の球面アクチュエータでは、ロータに取り付けられた撮像部やロボットアーム等の被回動部材が支持部材のステータに当接するため、ロータの可動範囲が狭くなっていた、という問題がある。
However, in the conventional
一方、配管検査等に用いられる撮像装置の撮影部のアクチュエータとしては、管壁を確実に撮影するために、更に広い範囲(例えば、約180度)のX軸方向及びY軸方向の回りの可動範囲が求められている。したがって、このような撮像装置の撮影部のアクチュエータとして使用するには、従来の球面アクチュエータは、適していなかった。 On the other hand, as an actuator of an imaging unit of an imaging device used for piping inspection or the like, it can move around an X axis direction and a Y axis direction in a wider range (for example, about 180 degrees) in order to capture an image of a tube wall with certainty. A range is sought. Therefore, the conventional spherical actuator has not been suitable for use as an actuator of the imaging unit of such an imaging apparatus.
更に、従来の球面アクチュエータでは、撮影部やロボットアーム等の被回動部材を、略球状をなすロータの表面に取り付けている。そのため、確実に被回動部材をロータに取り付けるには、ロータの表面の一部に平面部を形成するか、あるいは、被回動部材の取り付け面にロータの表面曲率と同一のアール面を形成する必要がある。このように、被回動部材をロータに取り付けることが難しいだけでなく、被回動部材をロータに取り付けるための作業が必要となるため、組み立ての作業工数が多くなる、という問題もあった。 Further, in a conventional spherical actuator, a rotated member such as an imaging unit or a robot arm is attached to the surface of a substantially spherical rotor. Therefore, in order to securely attach the pivoted member to the rotor, a flat portion is formed on a part of the rotor surface, or a rounded surface that is the same as the surface curvature of the rotor is formed on the pivoted member mounting surface. There is a need to. Thus, not only is it difficult to attach the pivotable member to the rotor, but there is also a problem that the work for assembling increases because work for attaching the pivotable member to the rotor is required.
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、被回動部材の可動範囲の向上を図ることができると共に被回動部材の取り付けを容易に行うことができる球面アクチュエータ及びこの球面アクチュエータを備えた撮像装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a spherical actuator capable of improving the movable range of the pivoted member and easily mounting the pivoted member, and the spherical actuator. Another object of the present invention is to provide an imaging device.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の球面アクチュエータは、被回動部材を回動させる球面アクチュエータである。そして、球面アクチュエータは、曲面部を有する支持部材と、この支持部材を固定する固定部材と、支持部材に回動自在に支持されて支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備えている。この可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、被回動部材が取り付けられる台座部と、台座部に所定の間隔を開けて設けられて駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有している。そして、固定部材は、棒状をなしており、その軸径が複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成されている。
また、複数のアーム部は、台座における被回動部材が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に駆動力発生部が取り付けられている。複数のアーム部には、複数の駆動力発生部を支持部材側に付勢する弾性部が設けられている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the spherical actuator of the present invention is a spherical actuator that rotates a member to be rotated. The spherical actuator includes a support member having a curved surface portion, a fixing member that fixes the support member, and a movable member that is rotatably supported by the support member and rotates along the surface of the support member. ing. The movable member is provided with a plurality of driving force generators arranged at predetermined intervals and contacting the surface of the support member, a pedestal portion to which the rotated member is attached, and a pedestal portion with a predetermined interval. And a plurality of arm portions to which the driving force generating portions are attached . The fixing member has a rod shape, and the shaft diameter thereof is smaller than the interval between the adjacent driving force generation portions in the plurality of driving force generation portions.
The plurality of arm portions extend to the opposite side of the pedestal in the direction in which the member to be rotated is attached, and a driving force generating portion is attached to the distal end portion in the extending direction. The plurality of arm portions are provided with elastic portions that urge the plurality of driving force generating portions toward the support member.
また、本発明の撮像装置は、画像を撮影する撮影部と、撮像部を回動させる球面アクチュエータと、から構成されている。この球面アクチュエータは、上記したとおりのものであり、曲面部を有する支持部材と、この支持部材を固定する固定部材と、支持部材に回動自在に支持されて支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備えている。この可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、被回動部材が取り付けられる台座部と、台座部に所定の間隔を開けて設けられて駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有している。そして、固定部材は、棒状をなしており、その軸径が複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成されている。
また、複数のアーム部は、台座における撮像部が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に駆動力発生部が取り付けられている。複数のアーム部には、複数の駆動力発生部を支持部材側に付勢する弾性部が設けられている。
The imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit that captures an image and a spherical actuator that rotates the imaging unit. The spherical actuator is as described above, and is supported along the surface of the support member supported by the support member having a curved surface portion, a fixing member that fixes the support member, and the support member. And a movable member. The movable member is provided with a plurality of driving force generators arranged at predetermined intervals and contacting the surface of the support member, a pedestal portion to which the rotated member is attached, and a pedestal portion with a predetermined interval. And a plurality of arm portions to which the driving force generating portions are attached . The fixing member has a rod shape, and the shaft diameter thereof is smaller than the interval between the adjacent driving force generation portions in the plurality of driving force generation portions.
The plurality of arm portions extend to the opposite side of the pedestal in the direction in which the imaging unit is attached, and a driving force generation unit is attached to the distal end portion in the extending direction. The plurality of arm portions are provided with elastic portions that urge the plurality of driving force generating portions toward the support member.
本発明の球面アクチュエータによれば、可動部材に設けた駆動力発生部が被回動部材に当接することがないため、被回動部材の可動範囲を大きくすることができると共に、台座部により被回動部材の取り付けを容易に行うことができる。また、本発明の撮像装置によれば、可動部材の可動範囲を広げることができることにより、撮影可能な範囲を大幅に向上させることができる。 According to the spherical actuator of the present invention, the driving force generator provided on the movable member does not come into contact with the pivoted member, so that the movable range of the pivoted member can be increased and the pedestal portion covers the driven member. The rotating member can be easily attached. Further, according to the imaging apparatus of the present invention, the movable range of the movable member can be expanded, so that the photographing range can be greatly improved.
以下、本発明の球面アクチュエータ及び撮像装置の実施形態例について、図1〜図12を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of a spherical actuator and an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common member in each figure. The present invention is not limited to the following form.
図1は、本発明が適用される球面アクチュエータを備えた撮像装置を正面側から見た斜視図、図2は、球面アクチュエータを背面側から見た斜視図である。
この図1に示す、本発明の実施の形態例(以下、「本例」という。)である撮像装置10は、本発明の第1の実施の形態例に係る球面アクチュエータ1と、被回動部材の一具体例を示す撮像部2から構成されている。撮像部2は、撮像素子{例えば、CCD(電荷結合素子)、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)等}と、この撮像素子に被写体からの像光を入射させるレンズ装置とを有している。
FIG. 1 is a perspective view of an imaging apparatus including a spherical actuator to which the present invention is applied as seen from the front side, and FIG. 2 is a perspective view of the spherical actuator as seen from the back side.
An
図1及び図2に示す、球面アクチュエータ1は、多方向(本例では、互いに直交するX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3軸方向)の自由度を有するアクチュエータである。そして、この球面アクチュエータ1は、略球状の支持部材3と、この支持部材3を固定する固定部材4と、支持部材3に回動可能に支持される可動部材5から構成されている。
The
支持部材3は、略球状に形成されており、曲面部を有している。この支持部材3には、円柱状をなす固定部材4が取り付けられている。この固定部材4により、支持部材3は、回動しないように固定されている。そして、固定部材4に固定された支持部材3に可動部材5が回動可能に支持されている。なお、本例では、支持部材3の形状を略球状として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、支持部材3の形状を半球、楕円球、や円盤状等の外側に膨出する曲面部を有するその他各種の形状に形成してもよい。更に、固定部材4の形状を円柱状として説明したが、固定部材4を角柱状やその他各種の棒状に形成してもよい、ことは言うまでもない。
The
図3は、本例の球面アクチュエータを示す分解斜視図である。
この図3に示すように、可動部材5は、略円環状の台座部7と、この台座部7に略等角度間隔に配置された3つのアーム部8a,8b,8cと、3つのアーム部8a,8b,8cに固定された3つの駆動力発生部9a,9b,9cを有している。台座部7は、略円環状をなしており、撮像部2を固定するための取付孔11が設けられている。台座部7の端面は、平面状をなしており、撮像部2を取り付ける取付面7aを構成している(図1参照)。また、この台座部7は、外周を略等角度間隔(本例では、120°)毎に平面状に切り欠くことにより3つの固定面12a,12b,12cが形成されている。3つの固定面12a,12b,12cには、3つのアーム部8a,8b,8cが台座部7における撮像部2の取り付け方向と反対側に延在するように固定されている。3つのアーム部8a,8b,8cにおける隣り合うアーム部間の間隔は、固定部材4の軸径よりも広く設定されている。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the spherical actuator of this example.
As shown in FIG. 3, the
3つのアーム部8a〜8cのうち、第1のアーム部8aに第1の駆動力発生部9aが取り付けられ、第2のアーム部8bに第2の駆動力発生部9bが取り付けられ、更に第3のアーム部8cに第3の駆動力発生部9cが取り付けられている。これら3つのアーム部8a〜8cは、それぞれ同一の構成を有するものであるため、ここでは、第1のアーム部8aについて説明する。
Of the three
第1のアーム部8aは、略長方形をなす平板状をなしており、角部が切り欠かれている。この第1のアーム部8aは、台座部7の第1の固定面12aに固定するための固定孔と、第1の駆動力発生部9aが取り付けられる開口孔14と、弾性部15を有している。図に表れない固定孔は、第1のアーム部8aの長手方向の一側に設けられている。この固定孔に固定ネジ17を螺合することにより、第1のアーム部8aが台座部7の第1の固定面12aに固定されている。なお、第2及び第3のアーム部8b,8cは、それぞれ台座部7の第2及び第3の固定面12b,12cに固定されている。
The
また、固定孔の反対側である長手方向の他側には、開口孔14が設けられている。この開口孔14には、後述する第1の駆動力発生部9aの固定部21が嵌合されている。なお、第2及び第3のアーム部8b,8cの開口孔14には、それぞれ第2及び第3の駆動力発生部9b,9cの固定部21が嵌合されている。弾性部15は、第1のアーム部8aの長手方向の略中心に設けられている。そして、弾性部15は、外縁から短手方向に沿って互い違いに、かつ長手方向に所定の間隔を開けて複数切り欠くことにより形成されている。この弾性部15によって、駆動力発生部9が支持部材3側に付勢される。
Moreover, the
なお、本例では、3つのアーム部8a〜8cと台座部7を別部材として説明したが、これに限定されるものではなく、3つのアーム部8a〜8cと台座部7を一つの部材として一体に形成してもよい。
In this example, the three
次に、図4A及び図4Bを参照して駆動力発生部9について説明するが、3つの駆動力発生部9a〜9cは、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは、第1の駆動力発生部9aについて説明する。図4Aは、駆動力発生部を示す正面図であり、図4Bは駆動力発生部を示す断面図である。
Next, the driving force generation unit 9 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B, but the three driving
この図4A及び図4Bに示すように、第1の駆動力発生部9aは、第1のアーム部8aの開口孔14に嵌合される固定部21と、薄い皿状をなす支持体22と、環状に配置された複数の接触片23と、振動素子である圧電素子24を有している。固定部21は、第1のアーム部8aの開口孔14と略等しい直径を有する略円盤状をなしている。この固定部21の外周から支持体22が連続して設けられている。支持体22は、薄い皿状をなしており、その外周には、円環状の平坦部22aを有している。この支持体22の円環状の平坦部22aには、複数の接触片23が形成されている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the first driving
複数の接触片23は、支持体22の平坦部22aから環状に一定間隔で、かつ、同一方向に突出している。この複数の接触片23には、支持部材3の曲面状の表面に対応するように、支持部材3の表面曲率と同一の曲率を有するアール面23aが設けられている。そして、支持体22の平坦部22aにおける複数の接触片23が配設された面と反対側の面には、複数の接触片23を振動させる圧電素子24が接着剤等の固定方法によって取り付けられている。
The plurality of
圧電素子24は、図示しないフレキシブル配線を介して図示しない圧電素子駆動電源と電気的に接続されている。そして、この圧電素子24に圧電素子駆動電源から超音波領域の交流電圧が印加されると、圧電素子24の電歪現象によって微小振動が発生する。圧電素子24によって発生した微小振動は、支持体22の平坦部22aを介して複数の接触片23に伝達される。これにより、複数の接触片23が振動し、接触片23の表面にたわみ振動や伸縮振動等の表面波振動が発生する。
The
なお、本例では、圧電素子24を接着剤により支持体22の平坦部22aに貼り付けた例を説明したが、圧電素子24の取り付け方法は、これに限定されるものではない。例えば、支持体22の平坦部22aに圧電皮膜を直接生成したり、圧電材料を支持体の平坦部に直接塗布してもよい。これらの方法によれば、圧電素子と支持体の接着面が劣化することを防止又は抑制することができる。
In addition, although the example which affixed the
図5は、支持部材3に対する3つの駆動力発生部9a〜9cの位置関係を示す説明図である。
この図5に示すように、3つの駆動力発生部9a〜9cは、支持部材3を中心にZ軸方向(支持部材3の中心を通る固定部材4の軸方向)の回りに120°の角度間隔で配置されている。更に、可動部材5をZ軸方向の回りに回転させるために、3つの駆動力発生部9a〜9cは、支持部材3の中心を通るXY平面よりZ軸方向の固定部材4と反対側へ傾いた位置に配置されている。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the positional relationship of the three driving
As shown in FIG. 5, the three driving
このような構成を有する球面アクチュエータ1は、例えば、次のようにして組み立てられる。まず、図4Bに示すように、支持体22の平坦部22aにおける複数の接触片23が形成された面と反対側の面に圧電素子24を接着剤等の固定方法により固定する。これにより、第1の駆動力発生部9aが形成される。第2及び第3の駆動力発生部9b,9cも同一の方法で形成される。なお、圧電素子4には、予めフレキシブル配線が接続されており、図示しない圧電素子駆動電源と電気的に接続されている。
The
次に、第1の駆動力発生部9aの固定部21を第1のアーム部8aの開口孔14に嵌合させて、第1の駆動力発生部9aを第1のアーム部8aに固定する。同様に、第2及び第3の駆動力発生部9b,9cも、それぞれ第2及び第3のアーム部8b,8cに固定する。そして、第1の駆動力発生部9aが取り付けられた第1のアーム部8aを、台座部7の第1の固定面12aに固定ネジ17等の固定方法により固定する。また、第2及び第3のアーム部8b,8cも同様に、台座部7の第2及び第3の固定面に12b,12cに固定する。ここで、3つのアーム部8a〜8cは、それぞれ駆動力発生部9a〜9cを内側に向けて固定されている。
Next, the fixing
これにより、図3に示すように、台座部7と、3つのアーム部8a〜8cと、3つの駆動力発生部9a〜9cからなる可動部材5が形成される。なお、本例では、アーム部8a〜8cの固定方法を固定ネジ17によって固定した例を説明したが、固定方法は、これに限定されるものではない。例えば、溶接によってアーム部8を台座部7に固定してもよいことは、言うまでもない。
Thereby, as shown in FIG. 3, the
次に、予め固定部材4に固定された支持部材3に、可動部材5を回動(可動)可能に取り付ける。即ち、図3に示すように、まず可動部材5に設けた3つのアーム部8a〜8cの上方に支持部材3を臨ませる。そして、3つのアーム部8a〜8cの略中心に、支持部材3を押し込む。すると、図2に示すように、3つのアーム部8a〜8cと支持部材3が係合され、3つのアーム部8a〜8cに取り付けた3つの駆動力発生部9a〜9cの接触片23が支持部材3の表面に接触する。その結果、可動部材5が支持部材3に回動可能に取り付けられる。このとき、3つのアーム部8a〜8cに設けた弾性部15により3つの駆動力発生部9a〜9cは、支持部材3側に付勢されている。このようにして、球面アクチュエータ1の組み立てが完了する。なお、球面アクチュエータ1の組み立ては、上述したものに限定されるものではなく、その他各種の方法で組み立ててもよい、ことは言うまでもない。
Next, the
また、台座部7の取付面7aに撮像部2を接触させて、取付孔17に図示しない固定ネジ等を螺合することにより撮像部2を固定する。これにより、球面アクチュエータを備えた撮像装置10を組み立てることができる。ここで、台座部7の取付面7aを平面状に形成しているため、撮影部2及び/又は台座部7を加工することなく容易に撮影部を取り付けることができる。なお、撮像部2の固定方法は、固定ネジによる固定方法に限定されるものではなく、接着剤によって台座部7の取付面7aに接着する等その他各種の固定方法を用いてもよい。
The
次に、本例の球面アクチュエータ1の動作について説明する。
まず、図示しない圧電素子駆動電源から駆動力発生部の圧電素子24に電圧が印加すると、圧電素子24の電歪現象により微小振動が発生する。そして、この発生した微小振動は、複数の接触片23に伝達されて、複数の接触片23が共振する。ここで、複数の接触片23の表面には、たわみ振動や伸縮振動等の表面波振動が発生する。このとき、円環状に配置された複数の接触片23の列の特定の位置に振動の腹と節が生じる。そして、圧電素子24に印加する電圧を調節することにより、複数の接触片23の列に生じた振動の腹と節の位置が、次々に移動する。その結果、複数の接触片23の列中を円周方向に進む進行波が発生する。
Next, the operation of the
First, when a voltage is applied from a piezoelectric element driving power source (not shown) to the
また、図1及び図2に示すように、複数の接触片23は、支持部材3の表面に接触している。そのため、複数の接触片23に生じた円周方向に進む進行波が摩擦力によって支持部材3に伝達される。ここで、支持部材3は、固定部材2により固定されて、回動動作ができなくなっている。そのため、図6及び図7に示すように、3つの駆動力発生部9a〜9cを有する可動部材5が、支持部材3の表面を滑るように回動する。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of
なお、本例では、上記したように3つの駆動力発生部9a〜9cを3つのアーム部8a〜8cに設けた弾性部15によって支持部材3側に付勢させている。そして、3つの駆動力発生部9a〜9cに設けた複数の接触片23は、支持部材の表面曲率と同一の曲率を有するアール面23aを形成している。そのため、3つの駆動力発生部9a〜9cの複数の接触片23と支持部材3を確実に接触させることができ、3つの駆動力発生部9a〜9cの複数の接触片23と支持部材3の接触力が高まる。その結果、複数の接触片23と支持部材3との摩擦力を高めることができ、可動部材5の出力を向上させることが可能である。
In this example, as described above, the three driving
図6に示すように、本例の球面アクチュエータ1では、固定部材4の軸径を、可動部材5に設けた3つの駆動力発生部9a〜9cにおける隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成している。そのため、固定部材4を3つの駆動力発生部9a〜9cの間に回避させて、可動部材5を回動させることができる。その結果、可動部材5の3つの駆動力発生部9a〜9cと固定部材4が当接して、可動範囲が狭くなることを防止できる。そして、本例の球面アクチュエータ1は、台座部7と固定部材4が当接する角度まで可動部材5を回動させることができる。これにより、X軸方向及びY軸方向回りの可動範囲の向上を図ることができる(本例では、X軸方向及びY軸方向回りの可動範囲は、300°である)。
As shown in FIG. 6, in the
なお、回動方向によっては、3つの駆動力発生部9a〜9cと固定部材4が当接する場合がある。その場合は、可動部材5をX軸方向及び/又はY軸方向回りに回動させる前に、3つの駆動力発生部9a〜9cの隙間に固定部材4が位置するように可動部材5をZ軸方向回りに回転させる。これにより、3つの駆動力発生部9a〜9cと固定部材4が当接することを回避することができる。従って、上述したように、可動部材5をZ軸方向に対して回転させて3つの駆動力発生部9a〜9cの隙間を移動することができるため、どのような方向に対しても、台座部7と固定部材4が当接する角度まで可動部材5と被回動部材である撮像部2を回動させることができる。
Depending on the rotation direction, the three driving
また、従来の球面アクチュエータ100では、図14に示すように、3つのステータ103a〜103cが固定されているため、上記に示した本例の球面アクチュエータ1のように、3つのステータ103a〜103cを回転させて3つのステータ103a〜103cの隙間を移動させることができない。そのため、3つのステータ103a〜103cが配置されている方向にロータ102を回動すると、被回動部材と3つのステータ103a〜103cが当接する。更に、従来の球面アクチュエータ100では、被回動部材が大きくなるに従って、球状のロータ102に取り付けられた被回動部材と3つのステータ103a〜103cの距離が近くなるため、回動範囲が更に狭くなる。また、被回動部材の大きさが3つのステータ103a〜103cの間隔よりも大きいと、被回動部材を3つのステータ103a〜103cの隙間がある方向に対しても回動させることができなくなり、回動範囲がより狭くなる。
Further, in the conventional
これに対し、本例の球面アクチュエータ1では、被回動部材である撮像部2を、3つの駆動力発生部9a〜9cを有する可動部材5の台座部7に取り付けている。更に、撮像部2は、台座部7において駆動力発生部9a〜9cが配置された方向と反対側に取り付けられている。そのため、撮像部2が固定部材4や3つの駆動力発生部9a〜9cに当接するおそれがない。その結果、本例の球面アクチュエータ1の回動範囲は、撮像部(被回動部材)2の大きさに影響を受けるおそれがなく、一定に保たれる。
On the other hand, in the
また、本例の球面アクチュエータは、複数の接触片23を円環状に配置しているため、可動部材5の回転方向を安定させることができる。更に、摩擦駆動により可動部材5を回動させているため、ブレーキ機構を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。そして、本例の球面アクチュエータ1では、磁界が発生しないため、磁界の影響を受け難い。その結果、本例の球面アクチュエータ1は、強磁場環境下でも使用することが可能である。
Further, since the spherical actuator of this example has the plurality of
更に、上記したような球面アクチュエータ1を備えた撮像装置10によれば、図7に示すように、撮影部2をZ軸方向に対して90°以上傾けることができる。そして、可動部材5をZ軸方向に対して傾けた状態で、Z軸方向回りに360°回転させることもできる。その結果、図8に示すように、配管検査等にこの撮像装置10を用いた場合には、確実に配管Tの管壁を撮影することができる。
Furthermore, according to the
次に、図9〜図12を参照して本発明の球面アクチュエータに係る第2の実施形態例を説明する。
図9は、第2の実施形態例に係る球面アクチュエータを備えた撮像装置を正面側から見た斜視図、図10は、第2の実施形態例に係る球面アクチュエータを背面側から見た斜視図、図11は、分解斜視図、図12は、可動部材を回動させた状態を示す斜視図である。なお、上記した第1の実施形態例と同一の構成を有するものは、同一の符号を付している。
図9及び図10に示すように、この第2の実施形態例に係る球面アクチュエータ30は、球状の支持部材3と、この支持部材3を固定する固定部材4と、支持部材3に可動可能に支持される可動部材35から構成されている。
Next, a second embodiment according to the spherical actuator of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a perspective view of the imaging device including the spherical actuator according to the second embodiment as viewed from the front side, and FIG. 10 is a perspective view of the spherical actuator according to the second embodiment as viewed from the back side. FIG. 11 is an exploded perspective view, and FIG. 12 is a perspective view showing a state in which the movable member is rotated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to what has the same structure as the above-mentioned 1st Embodiment.
As shown in FIGS. 9 and 10, the
図11に示すように、この実施形態例に係る可動部材35は、略三角形状の台座部37と、この台座部37に取り付けられた3つのアーム部38a,38b,38cと、3つのアーム部38a,38b,38cに固定された3つの駆動力発生部9a,9b,9cを有している。台座部37は、略三角形状をなす枠体として形成されている。台座部37は、3つのアーム部38a〜38cを固定するための3つの固定面42a,42b,42cと、撮像部2を固定するための3つの取付部41,41,41が設けられている。3つの固定面42a〜42cは、略三角形状をなす台座部37の各頂点を切り欠くことで形成されている。3つの取付部41a〜41cは、台座部37における枠体の各辺の内側に設けられている。
As shown in FIG. 11, the
本実施形態に係る3つのアーム部38a〜38cは、同一の構成を有するものであるため、ここでは、第1のアーム部38aについて説明する。第1のアーム部38aは、螺旋状をなしており、略中心に平面部48を有している。第1のアーム部38aの最外円の直径は、第1の駆動力発生部9aの直径と略同様の大きさに設定されている。そして、この第1のアーム部38aは、螺旋状に形成することで弾性が付与されており、略全体が弾性部45として構成されている。
Since the three
また、第1のアーム部38aは、固定片43と、開口孔44を有している。固定片43は、第1のアーム部38aにおける螺旋の一端に形成されている。この固定片43には、ネジ孔が設けられている。固定片43のネジ孔に固定ネジ17を螺合することにより、第1のアーム部38aが台座部37の第1の固定面42aに固定される。なお、第2及び第3のアーム部38b,38cは、それぞれ台座部37の第2及び第3の固定面42b,42cに固定されている。開口孔44は、第1のアーム部38aの略中心に位置する平面部48を開口することで形成されている。この開口孔44に第1の駆動力発生部9aの固定部21が嵌合することで、第1の駆動力発生部9aが第1のアーム部38aに固定されている。なお、第2及び第3のアーム部38b,38cには、それぞれ第2及び第3の駆動力発生部9b,9cが固定されている。
Further, the
その他の構成は、上述した球面アクチュエータ1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような球面アクチュエータ30によっても、図12に示すように、支持部材3を中心に可動部材35が多方向回りに回動することができる。そして、X軸方向及びY軸方向回りの回動動作では、可動部材35の3つの駆動力発生部9a〜9cが固定部材4に当接することを回避することができるため、上記した球面アクチュエータ1と同様の効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
また、この実施形態例に係る球面アクチュエータ30によれば、3つのアーム部38a〜38cを螺旋状に形成して弾性を付与することにより、アーム部8の略全体として弾性部45を構成している。そして、アーム部38の大きさを駆動力発生部9と略同様の大きさにしている。その結果、アーム部38を小さくすることができ、可動部材35を小型化することができる。これにより、球面アクチュエータ30全体の小型化を図ることが可能となると共に、可動部材35の回動半径を小さくすることもできる。更に、可動部材35を小型化、即ち軽量化することができるため、可動部材35を回動させる駆動力を抑えることができる。
Further, according to the
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施の形態例では、被回動部材として撮像装置の撮像部を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被回動部材としてロボットアームを台座部に取り付け、本発明の球面アクチュエータをロボットの間接部分に用いてもよい。このように、本発明の球面アクチュエータは、その他各種の回動動作を行う装置に適用できるものである。 The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention described in the claims. For example, in the above-described embodiment, the example in which the imaging unit of the imaging device is used as the rotated member has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a robot arm may be attached to the pedestal as the pivot member, and the spherical actuator of the present invention may be used for the indirect part of the robot. Thus, the spherical actuator of the present invention can be applied to other devices that perform various rotational operations.
また、上記した実施の形態例では、可動部材の駆動方法として圧電素子を用いた超音波振動による駆動方法を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁石を用いた電磁型の駆動方法やその他各種の駆動方法が適用できるものである。 In the above-described embodiment, the driving method using ultrasonic vibration using a piezoelectric element has been described as a driving method of the movable member. However, the driving method is not limited to this. For example, an electromagnetic type using an electromagnet is used. A driving method and other various driving methods can be applied.
更に、上記した実施の形態例では、駆動力発生部を3つ用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、駆動力発生部を4つ以上設けてもよい。なお、駆動力発生部を4つ以上設けた場合も、上記した実施の形態例と同様に、駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔は、支持部材を固定する固定部材よりも広く設定されている。 Furthermore, although the example using three driving force generation units has been described in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this, and four or more driving force generation units may be provided. Even when four or more driving force generators are provided, the distance between adjacent driving force generators in the driving force generator is larger than the fixing member that fixes the support member, as in the above-described embodiment. Widely set.
1,30…球面アクチュエータ、 2…撮像部(被回動部材)、 3…支持部材、 4…固定部材、 5,35…可動部材、 7,37…台座部、 7a…取付面、 8a,8b,8c,38a,38b,38c…アーム部、 9a,9b,9c…駆動力発生部、 10…撮像装置、 14,44…開口孔、 15,45…弾性部、 21…固定部、 22…支持体、 23…接触片、 24…圧電素子(振動素子)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
曲面部を有する支持部材と、
前記支持部材を固定する固定部材と、
前記支持部材に回動自在に支持されて前記支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備え、
前記可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて前記支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、前記被回動部材が取り付けられる台座部と、前記台座部に所定の間隔を開けて設けられて前記駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有し、
前記固定部材は、棒状をなしており、その軸径が前記複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成され、
前記複数のアーム部は、前記台座における前記被回動部材が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に前記駆動力発生部が取り付けられ、
前記複数のアーム部には、前記複数の駆動力発生部を前記支持部材側に付勢する弾性部が設けられている
ことを特徴とする球面アクチュエータ。 A spherical actuator that rotates a member to be rotated,
A support member having a curved surface portion;
A fixing member for fixing the support member;
A movable member that is rotatably supported by the support member and rotates along the surface of the support member;
The movable member is arranged with a predetermined interval, and a plurality of driving force generators that are in contact with the surface of the support member, a pedestal unit to which the rotated member is attached, and a predetermined interval between the pedestal unit. A plurality of arm portions that are provided open and to which the driving force generating portion is attached ;
The fixing member has a rod shape, and an axial diameter thereof is formed smaller than an interval between adjacent driving force generation portions in the plurality of driving force generation portions ,
The plurality of arm portions extend to the opposite side of the pedestal in the direction in which the pivoted member is attached, and the driving force generation portion is attached to a distal end portion in the extending direction.
The spherical actuator, wherein the plurality of arm portions are provided with elastic portions that urge the plurality of driving force generating portions toward the support member .
ことを特徴とする請求項1に記載の球面アクチュエータ。 The spherical actuator according to claim 1, wherein the plurality of driving force generation units are arranged at substantially equal angular intervals with the support member as a center.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の球面アクチュエータ。 The spherical actuator according to claim 1, wherein the pedestal portion has a mounting surface formed in a planar shape, and the pivoted member is mounted on the mounting surface.
ことを特徴とする請求項1〜3に記載の球面アクチュエータ。 The driving force generation unit, according to claim 1, characterized in that it is composed of a plurality of contact pieces in contact with the surface of the support member are arranged annularly, a vibrating element for vibrating the plurality of contact pieces spherical actuator according to to 3.
ことを特徴とする請求項1〜4に記載の球面アクチュエータ。 The spherical actuator according to claim 1 , wherein the support member is formed in a substantially spherical shape.
ことを特徴とする請求項1〜5に記載の球面アクチュエータ。The spherical actuator according to claim 1, wherein:
前記撮像部を回動させる球面アクチュエータと、
から構成される撮像装置において、
前記球面アクチュエータは、
曲面部を有する支持部材と、
前記支持部材を固定する固定部材と、
前記支持部材に回動自在に支持されて前記支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備え、
前記可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて前記支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、前記撮像部が取り付けられる台座部と、前記台座部に所定の間隔を開けて設けられて前記駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有し、
前記固定部材は、棒状をなしており、その軸径が前記複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成され、
前記複数のアーム部は、前記台座における前記撮像部が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に前記駆動力発生部が取り付けられ、
前記複数のアーム部には、前記複数の駆動力発生部を前記支持部材側に付勢する弾性部が設けられている
ことを特徴とする撮像装置。 An imaging unit for taking an image;
A spherical actuator for rotating the imaging unit;
In an imaging device comprising:
The spherical actuator is
A support member having a curved surface portion;
A fixing member for fixing the support member;
A movable member that is rotatably supported by the support member and rotates along the surface of the support member;
The movable member is arranged with a predetermined interval, and a plurality of driving force generation units that are in contact with the surface of the support member, a pedestal unit to which the imaging unit is attached, and a predetermined interval between the pedestal unit. A plurality of arm portions to which the driving force generation portion is attached , and
The fixing member has a rod shape, and an axial diameter thereof is formed smaller than an interval between adjacent driving force generation portions in the plurality of driving force generation portions ,
The plurality of arm portions extend to a side opposite to a direction in which the imaging unit is attached to the pedestal, and the driving force generation unit is attached to a distal end portion in the extending direction.
The imaging device according to claim 1, wherein the plurality of arm portions are provided with elastic portions that urge the plurality of driving force generation portions toward the support member .
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