JP5487238B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達系（ドライブトレイン）、特に、テレビカメラその他の業務用ビデオカメラを支持するロボット型パン・チルトヘッド用の動力伝達系に関する。

パン・チルトヘッド用の動力伝達系（ドライブトレイン）を高速かつ静音で動作させるという既知の課題があることは知られている。既知の動力伝達系は、ギア駆動系または歯付きベルト駆動系を用いて、高トルクを要する負荷の駆動を行う。ギア駆動部品または歯付きベルト部品の歯部は高速で噛合すると許容範囲を超えたノイズを発生させ、そのノイズは、撮影中に、支持したカメラの音声機器によって意図せずに取り込まれてしまうことがある。

本発明は、上記の問題点を改善／解決しようとするものである。

本発明の独立した第１の一般的な態様において、本発明の動力伝達装置は、パン・チルトヘッドを駆動するように構成され、使用時に搭載物（例えば、ビデオカメラ）を支持するためのものであって、該装置は、個々の連続した駆動素子を備え、回転入力手段の出力部から装置の一端に与えられる回転運動を該装置の他端に設けた回転出力手段へ伝達し、その際、前記回転運動の回転速度を各駆動素子間で減少させるように各駆動素子を連結することにより、各駆動素子の入力部に与えられるトルクを各駆動素子の出力部でさらなる高トルクに変換する装置において、前記個々の連続した駆動素子はギア駆動系を備え、前記ギア駆動系の前段に、ベルト駆動系および摩擦駆動系の少なくとも一方を、または、連続したそれらのそれぞれを備えたことを特徴とするものである。

上記の構成は、高速の回転速度を静音で駆動系に伝達する手段をもたらし、それにより、支持したカメラから離れて位置する任意の音声機器にノイズが取り込まることはなくなる。

上記の独立した一般的な態様に付随する態様において、第１のステージでの前記駆動素子の一つはベルト駆動系である。高速かつ低トルクの、ベルト駆動系の入力は回転速度を与え、その回転速度を後段の各ステージで減速させて、各ステージで要求されるトルクを得ることにより、駆動系は、高トルクを要する負荷を回転させるのに十分増大した出力トルクを出力することができる。しかも、ベルト駆動系は、低トルクを高速で伝達するが、摩擦駆動系およびギア駆動系よりも静音かつ高速である。

好ましくは、第２のステージでの前記駆動素子の一つが、摩擦駆動系を備える。この構成により、ベルト駆動系によっては高速で伝達することが難しいトルクを、ギア駆動系よりも静音で伝達することができる。

より好ましくは、前記摩擦駆動系による速度低下を、ベルト駆動系による速度低下とほぼ同等とする。このことによれば、他の駆動形態に比して、動力伝達系の実装空間を小さくすることが可能になる。

好ましくは、上記駆動素子の第３のステージが、該第３の駆動素子からの出力と等しい回転速度で前記回転出力手段を回転する手段を備える。このことは、駆動装置からの回転速度を安定制御するとともに、その回転速度を、付随する負荷に伝達する手段をもたらす。

好ましくは、前記第３のステージ駆動素子はギア駆動系である。これにより、ベルト駆動系または摩擦駆動系によっては伝達が困難な高トルクの低速伝達を可能となる。

好ましくは、前記第３のステージの駆動素子は最終駆動素子である。これにより、三つの異なる駆動素子を含む動力伝達系において高トルクを要する負荷の駆動をする手段がもたらされる。

好ましくは、前記摩擦駆動系は滑り機構を備え、使用時に、正常動作閾値を超えるトルクが前記摩擦駆動系に与えられた場合に機械的ヒューズとして機能する。このことは、摩擦駆動系に過負荷がかかった場合に、駆動系内における他の構成の損傷を防ぐ手段をもたらす。

より好ましくは、前記摩擦駆動系は、前記駆動系の連動部材を互いに分離可能な手段を含むことにより、使用時にクラッチとして機能する。この構成は、駆動系を切り離す手段を提供し、それにより、出力軸に取り付けられることのある雲台の、ロボット型／手動型のヘッドにおける手動での位置合わせが可能になる。

好ましくは、動力伝達装置は、さらに、前記回転入力手段の前記出力部に設けた第１のエンコーダ部材を備える。この構成は、モータからの入力軸のインクリメンタル位置を測定する手段を提供する。

好ましくは、動力伝達装置は、さらに、前記回転出力手段の前記出力部に設けた第２のエンコーダ部材を備える。この構成は、動力伝達系に対する出力軸の絶対位置を測定する手段を提供する。

本発明の独立した第２の一般的な態様において、本発明の動力伝達装置は、パン・チルトヘッドを駆動するように構成され、使用時に搭載物（例えば、ビデオカメラ）を支持するためのものであって、該装置は、個々の連続した駆動素子を備え、回転入力手段の出力部から装置の一端に与えられる回転運動を該装置の他端に設けた回転出力手段へ伝達し、その際、回転運動の回転速度を各駆動素子間で減少させるように各駆動素子を連結することにより、各駆動素子の入力部に作用するトルクを各駆動素子の出力部においてさらなる高トルクに変換する装置において、第１のステージでの前記駆動素子の一つがベルト駆動系であることを特徴とするものである。

本発明の独立した第３の一般的な態様において、本発明の動力伝達装置は、パン・チルトヘッドを駆動するものであって、搭載物の支持に適した動力伝達装置において、該装置は個々の連続した駆動ステージを備え、回転入力手段の出力部から前記装置の一端に与えられる回転運動を該装置の他端に設けられた回転出力手段へ伝達するように、入力部、出力部、および各ステージ間の連結部を有し、前記回転運動の回転速度を前記駆動ステージ間で減少させることにより、各駆動ステージの入力部に与えられたトルクを各駆動ステージの出力部においてさらなる高トルクに変換するように構成され、前記個々の連続した駆動ステージがギア駆動系を備え、前記連続した駆動ステージが、前記ギア駆動系の前段に、ベルト駆動系および摩擦駆動系を備えることを特徴とするものである。

動力伝達システムを示す図である。 動力伝達システムを示す斜視図である。

図１に、動力伝達システムを、概して１を付して示す。動力伝達システム１は、相互に連結された３つの駆動ステージ２、３および４を備える。第１の駆動ステージ２は、駆動プーリ５および従動プーリ６を有するベルト駆動系であり、従動プーリ６は、駆動プーリ５よりも大きな直径を有する。駆動プーリ５は回転可能な入力軸７に取り付けられている。入力軸７は、モータ８に取り付けられて回転駆動される。ここで、モータ８は一般に電気モータである。駆動プーリ５は、駆動ベルト９を介して従動プーリ６に連結され、ベルト部材９は、従来の薄層ベルト（shallow belt）またはＶベルト（"V" belt）のいずれかにより構成することができる。従動プーリ６は、その中心に位置する駆動軸１０を有し、駆動軸１０は従動プーリ６の側部から水平方向に、モータ８から離れる方向に突出している。

第２の駆動ステージ３は摩擦駆動素子であり、ベルト駆動素子の従動プーリ６の中心に位置する駆動軸１０の、従動プーリ６に取り付けた端部とは反対側の端部に取り付けたものである。摩擦駆動素子は、従動輪１２の外周面に当接して係合する駆動輪１１を備える。従動輪１２は、駆動輪１１よりも大きな直径を有する。従動輪１２は、その中心に位置する駆動軸１３を有し、駆動軸１３は従動輪１２の側部から水平方向に、ベルト駆動素子から離れる方向に突出している。

第３の駆動ステージ４はギア駆動素子であり、摩擦駆動素子の従動輪１２の中心に位置する駆動軸１３の、従動輪１２に取り付けた端部とは反対側の端部に取り付けたものである。ギア駆動素子は、駆動ギア１４を備える。駆動ギア１４の外周面近傍には複数の歯部を設け、その歯部は従動ギア１５の外周面近傍に設けた歯部に係合して噛合する。従動ギア１５は、駆動ギア１４よりも大きな直径を有する。従動ギア１５は、その中心に位置する駆動軸１６を有し、駆動軸１６は従動ギア１５の側部から水平方向に、摩擦駆動素子から離れる方向に突出している。

ベルト駆動素子９をモータ８に連結する回転可能な入力駆動軸７は、エンコーダ装置１７をさらに備える。エンコーダ装置１７は、駆動軸７の外周面に、ベルト駆動素子の駆動プーリ５のごく近くで取り付けられている。

従動ギア駆動系１５の中心位置から突出する駆動軸１６は、エンコーダ装置１８をさらに備える。エンコーダ装置１８は、駆動軸１６の外周面に、従動ギア１５から十分離れた位置で取り付けられている。

図２は、図１に示すシステムと実質的に同様な動力伝達システムの斜視図である。動力伝達システム１は、電気モータ８と摩擦駆動素子３の駆動輪１１とに連結したベルト駆動系２を備える。摩擦駆動素子３の駆動輪１１は細長い駆動輪／軸であり、ベルト駆動系２の従動プーリ６の中心に取り付けられている。駆動輪１１の外面は、摩擦駆動素子３の従動輪１２の外面近傍に位置するタイヤ部材２０の外面に係合する。ギア駆動素子４の駆動ギア１４は、摩擦駆動素子３の従動輪１２の中心に取り付けた細長いギアである。駆動ギア１４はその外面近傍に複数の歯部２１を備え、歯部２１はすべて同一の角度で左から右上がりに傾斜している。ギア駆動系１４の歯部２１は、環状部材２３の近傍に設けた歯部配列２２と連動する。環状部材２３の歯部配列２２はすべて同一の角度で左から右下がりに傾斜しているため、駆動ギア１４の歯部２１と容易に噛合することができる。環状部材２３の外側は円筒形の駆動軸１６に取り付けられ、高トルクを要する負荷を駆動する。

使用時は、モータまたは任意の回転入力装置もしくは手段を介して動力伝達システムに回転力を入力する。入力軸によりベルト駆動素子の駆動プーリが回転し、続いて連結駆動ベルトを介して従動プーリが回転する。従動プーリの直径は駆動プーリよりも大きく、その変速比により、駆動プーリに与えられた回転速度はベルト駆動素子を経て減少し、次に回転する従動プーリは低速回転する。この従動プーリの回転により、摩擦駆動素子の細長い駆動輪として機能する突出した駆動軸が回転し、続いて摩擦駆動素子の当接／係合した従動輪が回転する。摩擦駆動系の駆動輪と従動輪との間のけん引力を向上するため、タイヤ部材は、一般に、高摩擦材料で形成する。従動輪の直径は駆動輪よりも大きく、その変速比により、駆動輪に与えられた回転速度は摩擦駆動素子を経て減少し、次に回転する従動輪は低速回転する。この従動輪の回転により、ギア駆動素子の細長い駆動ギアとして機能する突出した駆動軸が回転し、続いて係合したギア駆動素子の従動ギアが回転する。従動ギアの直径は駆動ギアよりも大きく、その変速比により、駆動ギアに与えられた回転速度はギア駆動素子を経て減少し、次に回転する従動ギアは低速で回転する。この係合従動ギアの回転により、それに取り付けられた円筒形の駆動軸は係合従動ギアと同じ回転速度で回転する。

摩擦駆動系の従動輪は、ギア駆動素子の駆動ギアとして機能する細長い駆動ギアを備える。ギア駆動素子の歯部は、従動ギアの歯部と噛合し、その結果回転出力手段を回転させる。

以下の表に、動力伝達系の各ステージの機能特性の詳細を示す。

動力伝達系は、その第１ステージでベルト駆動素子を用いるが、上記の表に示すところから分かるように、この方法による駆動ノイズは最小でもある。ベルト駆動系は、電気モータからの回転入力をうけて、より高速で回転する。仮に、このステージでギア駆動素子を用いた場合は、許容範囲を超えたノイズが発生してしまう。

動力伝達系は、第２ステージでも駆動ノイズのより少ない駆動素子として摩擦駆動素子を用いる。仮に、このステージでギア駆動素子を用いた場合もまた、許容範囲を超えたノイズが発生してしまう。さらに、この第２ステージでベルト駆動素子を用いた場合は、ベルトがトルクに耐えられずに、高トルク条件下で滑りを起こしてしまう。

動力伝達系は、第３ステージでは、ギア駆動素子を用いる。ギア駆動素子による駆動方法の駆動ノイズは最大であり、このギア駆動素子は、動力伝達系の最終ステージで用いる。しかしながら、ギア駆動素子の回転速度は最も低く、それ故に、発生するノイズも許容範囲である。さらに、ベルト駆動系または摩擦駆動素子をこのステージに用いた場合、トルクに耐えられずに、高トルク条件下で滑りを起こしてしまう。

本発明による動力伝達系の利点は以下の通りである。

・動力伝達系のギア駆動素子は一組のギアのみを用いるので、複数のギアを用いる動力伝達系／素子に比べ、円滑な回転出力運動の発生が容易となる。このことにより、使用中もカメラの向きを変えることができる。

・摩擦駆動素子は、同じ変速比のベルト駆動素子と比べて非常に小型であるため、動力伝達系の実装空間を小さくすることが容易となる。

・動力伝達系の第２ステージに設けた摩擦駆動素子は、当該ステージにおけるトルク条件に十分耐えられることから、通常の使用においては滑りを起こすことがない。しかしながら、万が一摩擦駆動素子にかかるトルクが過負荷となった場合、摩擦駆動系の駆動輪および従動輪は滑りを生じる。したがって、摩擦駆動素子は機械的ヒューズとして機能して、動力伝達系内における他の構成への損傷を防ぐ。

・摩擦駆動素子はタイヤ部材等を備え、そのタイヤのコンプライアンスを最適化して、摩擦駆動系の２つの輪部間における小振幅、高周波動作をすべて除去することができる。この除去作用は、不安定なサーボループにより生じる様々な微小振動を除去する際に特に有用である。

・摩擦駆動系は、「クラッチ」として機能することができ、それにより、電気モータや動力伝達系の初期ステージ等の多くの駆動システムから動力伝達系の出力軸を容易に切り離すことができる。駆動系は、駆動輪および従動輪をそれぞれ別個に動作させることにより、上記「クラッチ」として機能する。この「クラッチ」機能は、出力軸に取り付けた雲台をロボット型／手動支持ヘッドにおいて手動で位置合わせできるよう駆動系を切り離す際に、特に有用である。

・動力伝達系の出力部に取り付けたエンコーダにより、出力軸の絶対位置を容易に測定することができる。

・入力軸に取り付けた第２のエンコーダにより、モータに対する入力軸のインクリメンタル位置を容易に測定することができる。したがって、これら２つのエンコーダにより、支持したカメラを閉ループ制御により位置決めすることが可能となり、その高い再現性によりカメラを繰り返し同じ位置に復帰して同じショットを再度撮影することができる。

Claims (12)

1. パン・チルトヘッドを駆動する、搭載物の支持に適した動力伝達系の動力伝達装置であって、該装置は、個々の連続した駆動ステージを備え、
   前記駆動ステージが、回転入力手段の出力部から前記装置の一端に与えられる回転運動を該装置の他端に設けられた回転出力部へ伝達するべく、入力部、出力部、および各ステージ間の連結部を有し、前記回転運動の回転速度を前記駆動ステージ間で減少させることにより、各駆動ステージの入力部に与えられるトルクを各駆動ステージの出力部でより大きなトルクに変換するように構成され、
   前記個々の連続した駆動ステージがギア駆動系を備える動力伝達装置において、
   前記連続した駆動ステージが、前記ギア駆動系の前段に、ベルト駆動系および摩擦駆動系を備える動力伝達装置。
2. 第１の駆動ステージがベルト駆動系を備える、請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 第２の駆動ステージが摩擦駆動系を備える、請求項１に記載の動力伝達装置。
4. 前記摩擦駆動系により回転速度を低下させ、
   前記ベルト駆動系により回転速度を低下させ、
   前記摩擦駆動系における速度低下が、前記ベルト駆動系における速度低下と同等である、請求項１に記載の動力伝達装置。
5. 前記摩擦駆動系により回転速度を低下させ、
   前記ベルト駆動系により回転速度を低下させ、
   前記摩擦駆動系における速度低下が、前記ベルト駆動系における速度低下と同等である、請求項３に記載の動力伝達装置。
6. 第３の駆動ステージが、前記第３の駆動ステージからの出力と同じ回転速度で前記回転出力部を回転させる手段を備える、
   請求項１に記載の動力伝達装置。
7. 前記第３の駆動ステージがギア駆動系である、請求項６に記載の動力伝達装置。
8. 前記第３の駆動ステージが最終駆動ステージである、請求項６に記載の動力伝達装置。
9. 前記動力伝達系が、正常動作閾値を超えるトルクが前記摩擦駆動系に与えられた場合に機械的ヒューズとして機能する、滑り機構を備えた摩擦駆動系を備える、請求項１に記載の動力伝達装置。
10. 前記動力伝達系が、互いに分離可能な連動部材を含むことによりクラッチとして機能する摩擦駆動系を備える、請求項１に記載の動力伝達装置。
11. 前記回転入力手段の前記出力部に設けた第１のエンコーダ部材をさらに含む、請求項１に記載の動力伝達装置。
12. 前記回転出力部の前記出力部に設けた第２のエンコーダ部材をさらに含む、請求項１に記載の動力伝達装置。

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