JP5408534B2 - 電動雲台装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動雲台装置に関し、特に、電動雲台装置を駆動するステッピングモータの位置ずれ対策に関する。

例えば、屋外の監視システムなどで、カメラを任意の方向へ向けるための電動雲台装置（以下、雲台と呼ぶ）が使用されている。近年のズームレンズの高性能化に伴い、パン、チルト軸の静止位置（角度）に高い精度（分解能）が求められるため、ステッピングモータを（特に停止時に）マイクロステップで駆動することが多い（例えば、特許文献２参照。）。
また、雲台では、パン、チルト軸の位置（角度）、或いはそれらにギヤ等で接続されたステッピングモータ軸の位置をロータリエンコーダにより確認し、強風や振動等により位置ずれが発生した時には元の位置に戻す制御や、励磁電流を増やす制御が実行されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２１１０１２号公報 特開平１１−２７９９０号公報

しかしながら、近年の雲台のステッピングモータでは、停止中は省電力を狙って励磁電流を弱めた状態にされているため、外部からの振動で容易に位置ずれが発生してしまい、元の位置に戻す制御を頻繁に実行しなければならないといった問題があった。特に、マイクロステップ駆動では、２相の電流の比で基本ステップ間を位置決めを行っており、駆動電流の合計量が同じフルステップ駆動（１相励磁又は２相励磁）よりも静止トルクが若干劣るなど、条件によっては位置ずれが発生しやすい。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、ステッピングモータの位置ずれ対策を施した雲台を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、１つ以上の軸（例えば、パン軸やチルト軸）について位置の調整が可能な電動雲台装置において、次のような構成とした。
すなわち、前記１つ以上の軸のうちの少なくとも１つの軸について、当該軸について位置を変化させるステッピングモータと、前記ステッピングモータの位置を検出するロータリエンコーダと、（例えば、予め設定された）所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、位置ずれが検出された場合には、前記ステッピングモータの駆動モードをマイクロステップからフルステップへ変更する制御手段と、を備えた。

本発明に係る電動雲台装置では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記制御手段は、前記少なくとも１つの軸について、前記所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、前回の位置と今回の位置が一致した場合にはカウント値を１増加させ、前回の位置と今回の位置が不一致であった場合には、前記カウント値が（例えば、予め設定された）所定の範囲内であり且つ前記ステッピングモータが停止しているときには前記ステッピングモータの励磁電流を制御して位置ずれを低減させて前記カウント値を初期化する（例えば、ゼロ（０）にする）一方、他のときには前記カウント値を初期化する。

以上説明したように、本発明に係る雲台によると、省電力と高精度を両立させつつ、ステッピングモータの位置ずれを起こりにくくすることができる。

本発明の一実施例に係る雲台のステッピングモータに関するハードウエアの概略的な構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るステッピングモータの位置ずれ対策の処理のフローチャートの一例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施例に係る雲台のステッピングモータに関するハードウエアの概略的な構成例を示してある。
本例の雲台は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１と、パン（水平回転）軸のロータリエンコーダ２と、チルト（垂直回転）軸のロータリエンコーダ３と、パン軸のモータドライバ４と、チルト軸のモータドライバ５、パン軸のステッピングモータ６と、チルト軸のステッピングモータ７を備えている。

一般に電動雲台は、カメラを回動可能な２軸で支える機構（広義の雲台）を有しており、各ステッピングモータ６、７は、パン軸、チルト軸にギヤ（図示せず）を介して結合され、カメラの向き（撮像方向）を変化させる機能を有する。
ロータリエンコーダ２、３はそれぞれ、対応する各軸もしくはステッピングモータ６、７の軸に取り付けられ、絶対角度或いは角度変化を検出する機能を有している。
モータドライバ４、５は、マイクロステップ駆動に対応した一般的な駆動回路であり、駆動電流（励磁電流）も変更可能なものである。
ＣＰＵ１は、撮像方向を指定する外部からの制御コマンド等を受けて、雲台が指定された方向に向くように制御するが、基本的には開ループ制御であり、電源投入時や静止中には、ロータリエンコーダ２、３により検出される絶対位置から本来の位置からのずれを検出し、当該ずれ分だけ逆向きにステッピングモータを駆動して、本来の位置に戻す制御を行なう。ステッピングモータはトルク特性が複雑でサーボ制御にそもそも不向きであり、風圧や振動等の外乱がある中でリアルタイムに安定に位置ずれ補正制御するのは困難なため、位置ずれを戻す動作は所定時間間隔を置いて行なう。

図２には、ステッピングモータの位置ずれ対策の処理の手順の一例を示してある。
ここで、本処理は、ＣＰＵ１による制御によって行われる。また、ＣＰＵ１は、各ロータリエンコーダ２、３の検出した角度等や後述のカウント値などの情報を一時的に記憶するメモリを有している。なお、カウント値には、比較対象となる最小値（カウント最小値）と最大値（カウント最大値）が設定されており、それらもＣＰＵ１のメモリに記憶されている。

また、本処理は、パン軸とチルト軸のそれぞれについてその停止中に行われるが、本例では、同様な処理であるため、まとめて説明する。このため、本処理に係るロータリエンコーダ及びステッピングモータは、パン軸についてはロータリエンコーダ２及びステッピングモータ６となり、チルト軸についてはロータリエンコーダ３及びステッピングモータ７となる。

ＣＰＵ１に内蔵されているタイマを使用して、常時周期的にタイマ割り込みを発生する（ステップＳ１）。なお、カウント値は、最初は、所定の初期値（例えば、ゼロ（０）など）に設定されているとする。
タイマ割り込みが開始すると、ＣＰＵ１は、前回（前回のタイマ割り込み時）のロータリエンコーダの位置と今回（今回のタイマ割り込み時）のロータリエンコーダの位置が等しいか否かを判定し（ステップＳ２）、これらが等しいと判定した場合には、カウント値に１を加算して（ステップＳ３）、タイマ割り込みを終了する（ステップＳ４）。

一方、前記判定において（ステップＳ２）、前回のロータリエンコーダの位置と今回のロータリエンコーダの位置が等しくないと判定した場合には、ＣＰＵ１は、カウント最小値とカウント最大値の間にカウント値があり且つモータが停止中であるか否か、を判定する（ステップＳ５）。この判定において、ＣＰＵ１は、そうであると判定した場合には、揺れ（位置ずれ）が有りとみなして（ステップＳ６）、駆動モードをフルステップ（２相励磁）に変更し駆動電流を最大（最大定格電流）にする一方（ステップＳ７）、そうではないと判定した場合には、揺れ（位置ずれ）が無しとみなして（ステップＳ８）、駆動モード等を通常（ステップＳ７の変更前）に戻す制御をする（ステップＳ９）。ステップＳ７又はＳ９のいずれの場合においても、その後、カウント値をゼロ（０）に設定（リセット）して（ステップＳ１０）、タイマ割り込みを終了する（ステップＳ４）。

ここで、上記ステップＳ２の比較判断は、脱調の有無の検出を意味し、ロータリエンコーダの検出分解能がステッピングモータのそれより高い場合は、ステッピングモータの分解能と同程度で比較を行なうものとする。

また上記ステップＳ７における２相励磁とは、隣り合う２相の巻き線の両方に最大の励磁電流を流す駆動モードであり、分解能はステッピングモータ固有の基本ステップ角と同じになってしまうが、通常の駆動方法の中では最大の静止トルクが得られるものである。本例では静止時に揺れを検知したときに、本モードを用い、それ以外のとき（ステップＳ９で変更が解除されたとき）は、フルステップ駆動、ハーフステップ駆動、マイクロステップ駆動等を（速度に応じて共振を避けるように)適宜使い分ける。

また、上記ステップＳ５において、カウント最小値は、ステッピングモータの駆動停止直後のオーバシュート等を位置ずれと検出しないための保護期間を意味し、カウント最大値は、停止からだいぶ時間が経過してから発生した（つまり単発的で再発の可能性が低い）位置ずれに対してまで駆動モードを変更しないようにするためのものである。

以上のように、本例の雲台では、パン軸やチルト軸のステッピングモータ６、７について、各軸のロータリエンコーダ２、３で揺れを検出して、揺れがある場合には、駆動モードを変更して、位置ずれが再発しないようにすることにより、元の位置に戻す制御の実行を低減することができる。また、位置ずれが生じないときは本来の位置決め分解能を発揮でき、位置ずれが生じやすい状態では、最適モードの選択により効果的に位置ずれを防ぐことができる。更に本例の制御は、従来の停止中省電力モードと組み合わせることもでき、省電力性を高めることができる。

１・・ＣＰＵ、 ２・・パン軸ロータリエンコーダ、 ３・・チルト軸ロータリエンコーダ、 ４・・パン軸モータドライバ、 ５・・チルト軸モータドライバ、 ６・・パン軸ステッピングモータ、 ７・・チルト軸ステッピングモータ、

Claims (2)

1. １つ以上の軸について位置の調整が可能な電動雲台装置において、
   前記１つ以上の軸のうちの少なくとも１つの軸について、
   当該軸について位置を変化させるステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの位置を検出するロータリエンコーダと、
   所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、位置ずれが検出された場合には、前記ステッピングモータの駆動モードをマイクロステップからフルステップへ変更する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記少なくとも１つの軸について、前記所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、前回の位置と今回の位置が一致した場合にはカウント値を１増加させ、前回の位置と今回の位置が不一致であった場合には、前記カウント値が所定の範囲内であり且つ前記ステッピングモータが停止しているときには前記ステッピングモータの励磁電流を制御して位置ずれを低減させる位置ずれ補正処理を行って前記カウント値を初期化する一方、他のときには位置ずれ補正処理を行わずに前記カウント値を初期化し、
   前記所定の範囲として、前記ステッピングモータの停止直後のオーバシュートによる位置ずれを位置ずれ補正処理の対象としない扱いとする期間より後で、且つ、前記ステッピングモータの停止後に時間を置いて発生した単発的で再発の可能性が低い位置ずれを位置ずれ補正処理の対象としない扱いとする期間より前の範囲に対応するカウント値の範囲を設定した、
   ことを特徴とする電動雲台装置。
2. １つ以上の軸について位置の調整が可能な電動雲台装置の位置ずれ補正方法において、
   前記電動雲台装置は、前記１つ以上の軸のうちの少なくとも１つの軸について、当該軸について位置を変化させるステッピングモータと、前記ステッピングモータの位置を検出するロータリエンコーダと、を備えており、
   所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、位置ずれが検出された場合には、前回の位置ずれの検出から今回の位置ずれの検出までの経過時間が所定の範囲内であり且つ前記ステッピングモータが停止していることを条件に、前記ステッピングモータの駆動モードをマイクロステップからフルステップへ変更する制御ステップを有し、
   前記制御ステップは、前記少なくとも１つの軸について、前記所定の時間毎に定期的に前記ロータリエンコーダにより前記ステッピングモータの位置を検出して、前回の位置と今回の位置が一致した場合にはカウント値を１増加させ、前回の位置と今回の位置が不一致であった場合には、前記カウント値が所定の範囲内であり且つ前記ステッピングモータが停止しているときには前記ステッピングモータの励磁電流を制御して位置ずれを低減させる位置ずれ補正処理を行って前記カウント値を初期化する一方、他のときには位置ずれ補正処理を行わずに前記カウント値を初期化し、
   前記所定の範囲として、前記ステッピングモータの停止直後のオーバシュートによる位置ずれを位置ずれ補正処理の対象としない扱いとする期間より後で、且つ、前記ステッピングモータの停止後に時間を置いて発生した単発的で再発の可能性が低い位置ずれを位置ずれ補正処理の対象としない扱いとする期間より前の範囲に対応するカウント値の範囲を設定した、
   ことを特徴とする電動雲台装置の位置ずれ補正方法。

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