KR20130117970A - 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 ｐｔｚ구동장치 - Google Patents

트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 ｐｔｚ구동장치 Download PDF

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KR20130117970A
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Abstract

본 발명은 기존의 감시 카메라가 하나의 모터에 하나의 모션만을 구현하도록 구성되어 있어, 대형구조의 감시 카메라 설치시, 대용량의 모터를 사용해야 하므로, 가격적인 면에서 고비용이 발생되는 문제점과, 한 개의 모터를 사용하므로, 모터에 과부하가 발생되어 잦은 고장의 요인이 되고, 모터의 토오크가 작은 문제점을 개선하고자, 스마트형 PTZ 카메라(100), PTZ 카메라 지지부(200), CCTV용 차동기어모듈(300), 트윈모터부(400), 트윈모터제어기(500)로 구성됨으로서, 두 대의 모터와 CCTV용 차동기어모듈을 통해 미끄럼없이 팬 모드와 틸 모드를 안전하게 수행시킬 수 있고, 트윈모터제어기를 통해 두 대 모터의 힘의 합력이 합이 되도록 설정해서 모터의 부하를 최소화시킬 수 있으며, 적은 힘으로 무거운 감시카메라의 구동을 정밀제어할 수 있는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 ＰＴＺ구동장치{THE APPARATUS OF LARGE SIZED MONITORING CAMERA WITH PAN TILT ZOOM}
본 발명은 초대형 감시 카메라의 팬 모드와 틸트모드를 구동시키는 각도 조절 장치를 구성하는데 있어서 두 개의 모터를 사용하고, 차동기어 구조를 설치하여 두 개의 모터가 각각 힘의 합력이 더하여져 하나의 모터를 사용하여 각각 펜과 틸트를 제어하는 경우, 보다 적은 힘을 사용할 수 있도록 함으로 초대형 감시 카메라에 적합하도록 구성한 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 감시카메라(CCTV)는 피사체의 2차원 정보를 전기적으로 기록하는 것으로서, 피사체의 광학적 영상을 전기적 영상으로 변환시켜 메모리에 저장시키고, 메모리에 저장된 영상을 판독하여 인쇄 또는 컴퓨터로 전송하는 장치를 말한다. 이는 디지털 카메라, CCD 카메라, CCTV 카메라 및 모바일 카메라 등이 있다.
이러한 감시카메라(CCTV)는 일반적인 피사체의 촬영, 사람이 관찰할 수 없는 지역의 감시 및 특정지역의 감시 등에 주로 사용되고 있으며, 특히 관찰 및 감시 기능으로 사용되는 경우에는 보다 광범위하고 명확한 화면을 촬영하기 위하여 팬틸트(Pan Tilt) 장치 및 줌(Zoom) 장치가 부가되어 있다.
기존의 감시 카메라는 하나의 모터에 하나의 모션만을 구현하도록 구성되어 있어, 대형구조의 감시 카메라 설치시, 대용량의 모터를 사용해야 하므로, 가격적인 면에서 고비용 발생의 문제점이 있었다.
또한, 한 개의 모터를 사용하므로, 모터에 과부하가 발생되어 잦은 고장의 요인이 되고, 모터의 토오크가 작은 문제점이 있었다.
공개특허공보 제10-2010-0051120호(2010년05월14일 공개)
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 두 대의 모터와 CCTV용 차동기어모듈을 통해 미끄럼없이 팬 모드와 틸 모드를 안전하게 수행시킬 수 있고, 트윈모터제어기를 통해 두 대 모터의 힘의 합력이 합이 되도록 설정해서 모터의 부하를 최소화시킬 수 있으며, 적은 힘으로 무거운 감시카메라의 구동을 정밀제어할 수 있는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치는
카메라의 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되어 있는 촬영부를 통해 줌확대, 줌축소하면서 특정대상물을 촬영하는 스마트형 PTZ 카메라(100)와,
스마트형 PTZ 카메라 일측에 설치되어, 베어링을 통해 스마트형 PTZ 카메라를 지지하는 PTZ 카메라 지지부(200)와,
PTZ 카메라 지지부의 하단에 위치되고, 좌측구동모터와 우측구동모터의 회전방향 및 회전속도의 차이를 두면서 PTZ 카메라 지지부를 팬(pan)모드와 틸트(tilt)모드로 구동시키는 CCTV용 차동기어모듈(300)과,
CCTV용 차동기어모듈 일측에 위치되어 두 개의 모터를 통해 힘을 분산시켜 모터의 부하를 최소화시키면서 CCTV용 차동기어모듈로 동력을 전달시키도록 좌측 구동모터와 우측구동모터로 이루어진 트윈모터부(400)와,
두 개의 모터를 동기화시키는 트윈모터제어기(500)가 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 무거운 초대형 감시카메라를 장시간 안전하게 지지할 수 있고, 모터의 부하를 기존에 비해 70%로 떨어뜨릴 수 있고, 적은 힘으로 무거운 감시카메라의 팬모드와 틸트모드를 정밀제어할 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 구성을 도시한 정단면도,
도 3은 본 발명에 따른 트윈모터제어기(500)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 팬 모드 구동을 도시한 일실시예도,
도 5는 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 틸트 모드 구동을 도시한 일실시예도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 스마트형 PTZ 카메라(100), PTZ 카메라 지지부(200), CCTV용 차동기어모듈(300), 트윈모터부(400), 트윈모터제어기(500)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 스마트형 PTZ 카메라(100)에 관해 설명한다.
상기 스마트형 PTZ 카메라(100)는 카메라의 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되어 있는 촬영부를 통해 줌확대, 줌축소하면서 특정대상물을 촬영하는 역할을 한다.
이는 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되는 촬영부와, 그 촬영부를 구동하는 줌모터, 포커스모터가 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 PTZ 카메라 지지부(200)에 관해 설명한다.
상기 PTZ 카메라 지지부(200)는 스마트형 PTZ 카메라 일측에 설치되어, 베어링을 통해 스마트형 PTZ 카메라를 지지하는 역할을 한다.
이는 CCTV용 차동기어모듈의 제1 베벨기어와 스마트형 PTZ 카메라를 연결시켜 주는 베어링수단으로서, 슬립링(Slip Ring)이 구성된다.
상기 슬립링은 스마트형 PTZ 카메라의 촬영부가 1°~360° 회전이 가능하도록 만들어준다.
다음으로, 본 발명에 따른 CCTV용 차동기어모듈(300)에 관해 설명한다.
상기 CCTV용 차동기어모듈(300)은 PTZ 카메라 지지부의 하단에 위치되고, 좌측구동모터와 우측구동모터의 회전방향 및 회전속도의 차이를 두면서 PTZ 카메라 지지부를 팬(pan)모드와 틸트(tilt)모드로 구동시키는 역할을 한다.
이는 도 2에 도시한 바와 같이, 차동기어박스(310), 제1 체인부(320), 제1 평기어(330), 제2 베벨기어(340), 제2 체인부(350), 제2 평기어(360), 제3 베벨기어(370), 제1 베벨기어(380)로 구성된다.
상기 차동기어박스(310)는 사각박스형상으로 이루어져 각 기기의 외압으로부터 보호하는 역할을 한다.
이는 가볍고, 내구성이 좋으며, 방열기능을 갖는 재질로 이루어진다.
더욱 상세하게는 알루미늄과 탄소섬유의 소결체의 표면에 방열기능성을 높이기 위한 방열기능성 물질을 코팅하여 이루어진 것으로서,
5~8㎛ 입경을 갖는 알루미늄 분말 60~80wt%와 인장강도가 40~205 MPa인 탄소섬유 20~40wt%의 혼합물에 바인더를 첨가하여 1~2시간 동안 교반한 후, 소결온도 400~500℃, 소결압력 70~85MPa, 소결시간 20~25분간 소결하여 제조된 소결체의 표면에 방열제를 코팅한 것이다.
상기 알루미늄 분말의 사용량이 60wt% 미만인 경우에는 성형성이 떨어지고, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 내구성이 떨어질 수 있으므로, 상기 알루미늄 분말의 사용량은 탄소섬유에 대해 60~80wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄소섬유의 사용량이 20wt% 미만인 경우에는 차동기어박스의 내구성 향상을 크게 기대하기 어렵고, 40wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형성이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 탄소섬유의 사용량은 알루미늄 분말에 대해 20~40wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 혼합물의 보다 구체적인 혼합비율은 알루미늄 분말 70wt%와 탄소섬유 30wt%이다.
상기 바인더는 알루미늄 분말과 탄소섬유를 상호 결합시켜 반죽형태의 반죽물을 만들고자 하는 것으로서, 구체적인 예로는 Acryl 라텍스, EVA 라텍스이나 유기 바인더라면 그 사용에 제한을 두지는 않는다. 또한 상기 혼합물의 전체 양에 대해 2~3wt%의 바인더를 첨가하여 혼합물과 1~2시간 동안 교반한다.
상기 방열제는 황산과 질산을 2:1 중량비율로 혼합한 혼합용액 40~70wt%, 흑연 5~10wt%, 산화제인 KClO3 20~50wt%를 혼합하여 제조한 산화흑연에 1,000℃에서 열처리하여 합성한 합성물과 Methyltriethoxysilane, Ethyltriethoxysilane, Dimethyldiethoxysilane, Phenyltrimethoxysilane 중 선택되는 어느 1종 이상의 분산제를 동 중량비율로 혼합하여 조성된 것을 사용하며, 이때 방열제의 코팅은 코팅 대상체와의 분사거리를 30㎝로 유지한 상태에서 분사량을 0.25 ㎖/㎠ ~ 0.5 ㎖/㎠ 로 하여 분사한다.
상기 방열제를 구성하고 있는 산화제의 경우 그 사용량이 50wt%를 초과하게 되는 경우에는 코팅층의 박리 현상이 발생할 수 있으므로, 상기 산화제의 사용량은 전체 방열제 중 20~50wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 제1 체인부(320)는 정면에서 바라봤을 때, 차동기어박스의 내부쪽 좌측에 위치한 좌측 구동모터의 회전축에 연결되어, 좌측 구동모터로부터 구동되는 회전력을 전달받아 제1 평기어로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제1 평기어(330)는 제1 체인부의 후단축에 위치되어, 기어의 이(齒) 줄이 축에 평행한 직선으로 연결되어, 두축이 평행하게 형성된 상태에서 회전력을 감소시키면서 제2 베벨기어로 회전력을 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 베벨기어(340)는 제1 평기어의 전단축에 위치되어, 제1 베벨기어를 기준으로 해서 우측에 위치한 제3 베벨기어와 동일한 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부를 팬(pan)모드로 구동시키고, 제3 베벨기어와 다른 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 틸트(tilt)모드로 구동시키는 역할을 한다.
상기 제2 체인부(350)는 정면에서 바라봤을 때, 차동기어박스의 내부쪽 우측에 위치한 우측 구동모터의 회전축에 연결되어, 우측 구동모터로부터 구동되는 회전력을 전달받아 제2 평기어로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 평기어(360)는 제2 체인부의 후단축에 위치되어, 기어의 이(齒) 줄이 축에 평행한 직선으로 연결되어, 두축이 평행하게 형성된 상태에서 회전력을 감소시키면서 제3 베벨기어로 회전력을 전달시키는 역할을 한다.
상기 제3 베벨기어(370)는 제2 평기어의 전단축에 위치되어, 제1 베벨기어를 기준으로 해서 좌측에 위치한 제2 베벨기어와 동일한 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 팬(pan)모드로 구동시키고, 제2 베벨기어와 다른 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 틸트(tilt)모드로 구동시키는 역할을 한다.
상기 제1 베벨기어(380)는 PTZ 카메라 지지부와 동일선상에 축 연결되고, 좌측기어 이에 제2 베벨기어 이(齒)가 맞춤 연결되며, 우측기어 이(齒)에 제3 베벨기어가 맞춤 연결된 상태에서, 제2 베벨기어와 제3 베벨기어가 동일방향으로 회전되면 PTZ 카메라 지지부를 상하로 움직여 팬 구동시키고, 제2 베벨기어와 제3 베벨기어가 서로 반대방향으로 회전되면 PTZ 카메라 지지부를 좌우로 움직여 팬 구동시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 트윈모터부(400)에 관해 설명한다.
상기 트윈모터부(400)는 CCTV용 차동기어모듈 일측에 위치되어 두 개의 모터를 통해 힘을 분산시켜 모터의 부하를 최소화시키면서 CCTV용 차동기어모듈로 동력을 전달시키는 역할을 한다.
이는 좌측 구동모터(410)와 우측구동모터(420)로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 트윈모터제어기(500)에 관해 설명한다.
상기 트윈모터제어기(500)는 두 개의 모터를 동기화시키는 역할을 한다.
이는 제1 비교부(510), 제1 속도제어기(520), 제2 비교부(530), 제1 전류제어기(540), 제3 비교부(550), 제2 속도제어기(560), 제4 비교부(570), 제2 전류제어기(580), 제5비교기(590), 위치동기제어기(595)로 구성된다.
상기 제1 비교부(510)는 팬 모드 및 틸 모드 수행시, 외부로부터 입력되는 좌측구동모터의 기준 각속도(ω*)가 비반전 단자로 입력되고 좌측구동모터의 출력각속도(ω1)가 반전단자로 입력되어 두 값의 오차를 연산시키는 역할을 한다.
상기 제1 속도제어기(520)는 제1 비교부의 출력값을 받아 속도 제어를 위한 좌측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia1*)를 출력하는 역할을 한다.
상기 제2 비교부(530)는 제1 속도제어기에서 출력된 좌측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia1*)를 비반전 단자의 입력으로 하고, 실제 q축의 전기자 전류(ia1)가 반전 단자로 입력되어 두 값의 오차를 구하는 역할을 한다.
상기 제1 전류제어기(540)는 제2 비교부의 출력값을 전달받아 좌측구동모터용 전기자 전압(va1)을 PWM(Pulse Width Modulation)으로 설정해서 좌측구동모터의 입력단자로 출력시키는 역할을 한다.
상기 제3 비교부(550)는 팬 모드 및 틸 모드 수행시, 외부로부터 입력되는 우측구동모터의 기준 각속도(ω*)가 비반전 단자로 입력되고 우측구동모터의 출력각속도(ω2)가 반전단자로 입력되어 두 값의 오차를 연산시키는 역할을 한다.
상기 제2 속도제어기(560)는 제3 비교부의 출력값을 받아 속도 제어를 위한 우측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia2*)를 출력하는 역할을 한다.
상기 제4 비교부(570)는 제2 속도제어기에서 출력된 우측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia2*)를 비반전 단자의 입력으로 하고, 실제 q축의 전기자 전류(ia2)가 반전 단자로 입력되어 두값의 오차를 구하는 역할을 한다.
상기 제2 전류제어기(580)는 제2 비교부의 출력값을 전달받아 우측구동모터용 전기자 전압(va2)을 PWM(Pulse Width Modulation)으로 설정해서 우측구동모터의 입력단자로 출력시키는 역할을 한다.
상기 제5비교기(590)는 좌측구동모터의 출력각속도(ω1)를 비반전단자의 입력으로 하고, 우측구동모터의 출력각속도(ω2)를 반전단자의 입력으로 하여, 두 모터의 속도 오차를 출력시키는 역할을 한다.
상기 위치동기제어기(595)는 제5비교기로부터 출력된 두 모터의 속도오차를 통해 위치동기화 오차를 연산시킨 후, 다시 제1비교기 및 제3비교기로 피드백시키는 역할을 한다.
이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 트윈모터제어기(500)의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 모터 구동계의 모델링은 다음의 수학식 1과 2로 표현된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, Va(s)와 ia(s)는 전기자의 전압과 전류, ω(s), τ(s)는 기계각속도와 모터의 토크를 나타낸다.
Ra, La, Ja, B는 각각 전기자의 저항, 인덕턴스, 관성, 마찰계수이며, Ke, Kt는 유기전압상수와 토크정수이다.
본 발명에 따른 전류제어기 Gc의 출력인 전압지령은 전류제어기에 PI제어기를 적용해서 다음의 수학식 3과 같이 얻을 수가 있다.
Figure pat00003
여기서, Kcp와 Tci는 전류제어기의 비례게인과 적분시간을, 위첨자 '*'는 지령치를 각각 나타낸다.
여기서, 적분시간 Tci를 전기계의 시정수인 La/Ra로 설정하면, 개루프 전달함수는 1/Ks(K=La/Kcp), 폐루프 전달함수는 1/(Ks+1)로 간단화 된다.
여기서 Kcp의 설정은 디지털제어계에서의 설계를 고려하여 PWM(Pulse Width Modulation)설정은 수학식 4와 같은 스위칭주파수 fc와의 관계에 의해 대략, ωc≤2πfc/3로 제한된다.
Figure pat00004
이어서, 본 발명에 따른 속도제어기는 PI제어기에 의해 다음과 같은 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure pat00005
여기서, Ksp와 Ksi는 속도제어기의 비례게인 및 적분게인이고, Ksp와 Ksi는 다음의 수학식 6을 통해 구할 수가 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
,
Figure pat00007
여기서, Ja는 전기자의 관성이고, ωsc는 속도제어기의 교차각주파수이며, ωc는 전류제어기의 교착각주파수이다.
그리고, 속도제어기의 교차각주파수 ωsc가 전류제어기의 교차각주파수 ωc의 1/m1배 이하로 되면, 전류제어계가 ωsc의 부근에서
Figure pat00008
로 근사화된다. 여기서, m1은 비례상수이다.
또한, 속도제어기의 절점각주파수ωpi가 전류제어기의 교차각주파수ωc의 1/m2배 이하로 되면 속도제어기 또한 ωsc의 부근에서
Figure pat00009
와 같이 근사화된다. 여기서, m2는 비례상수이다.
상기 전류제어기와 속도제어기만으로는 각 모터의 실제적인 동특성의 차 및 외란의 영향 등으로 인해 발생하는 위치동기오차를 제거하는 것은 용이하지가 않으므로, 위치동기제어기를 통해 위치동기오차를 제거한다.
본 발명에 따른 위치동기제어기는 도 3에서 도시한 바와 같이, 비례게인 Kpp의 비례제어기를 사용하고, Kpp는 Kpp=ωsc와 같이 설정된다.
여기서, ωpc는 위치제어루프의 응답주파수이고, 속도제어기의 교차각주파수(ωsc)를 기준하여 ωpc는 목표치 응답에 오버슈터가 발생하지 않도록 속도제어기의 교차각주파수(ωsc)의 수분의 1이하의 값으로 설정된다.
본 발명에 따른 위치동기제어기는 과도상태로부터 두 모터의 속도 오차를 연산하여 위치동기화 오차정보로 변환시킨 뒤 이 정보를 다시 속도제어기의 입력정보로 피드백하는 역할을 한다.
또한, 위치동기제어기에서는 전류제어기가 부하외란의 영향을 빠르게 보상하므로, 위치동기제어기는 비례제어기만으로도 정밀한 위치동기제어를 실현하도록 구성된다.
본 발명에서는 Kpp≤(1/10ωsc)와 같이 비례게인 Kpp의 값으로 설정된다.
이하, 본 발명에 따른 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
[팬( PAN ) 모드 ]
먼저, 좌측구동모터를 반시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 좌측 구동모터의 회전축에 연결된 제1 체인부를 통해 제1 평기어로 좌측구동모터의 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제1 평기어에서 좌측구동모터의 회전력을 감소시키면서 제2 베벨기어로 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제2 베벨기어(340)에서 제1 베벨기어의 좌측기어쪽을 반시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 우측구동모터를 시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 우측 구동모터의 회전축에 연결된 제2 체인부를 통해 제2 평기어로 우측구동모터의 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제2 평기어에서 우측구동모터의 회전력을 감소시키면서 제3 베벨기어로 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제3 베벨기어에서 제1 베벨기어의 우측기어쪽을 시계방향으로 회전시킨다.
끝으로, 제1 베벨기어에서 제2 베벨기어의 반시계방향 회전력과 제3 베벨기어의 시계방향 회전력을 전달받아, Y축을 기준선으로 해서 좌우로 회전하면서 PTZ 카메라 지지부를 팬 모드로 구동시킨다.
[ 틸트 ( Tilt ) 모드 ]
먼저, 좌측구동모터를 시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 좌측 구동모터의 회전축에 연결된 제1 체인부를 통해 제1 평기어로 좌측구동모터의 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제1 평기어에서 좌측구동모터의 회전력을 감소시키면서 제2 베벨기어로 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제2 베벨기어(340)에서 제1 베벨기어의 좌측기어쪽을 시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 우측구동모터를 시계방향으로 회전시킨다.
이어서, 우측 구동모터의 회전축에 연결된 제2 체인부를 통해 제2 평기어로 우측구동모터의 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제2 평기어에서 우측구동모터의 회전력을 감소시키면서 제3 베벨기어로 회전력을 전달시킨다.
이어서, 제3 베벨기어에서 제1 베벨기어의 우측기어쪽을 시계방향으로 회전시킨다.
끝으로, 제1 베벨기어에서 제2 베벨기어의 시계방향 회전력과 제3 베벨기어의 시계방향 회전력을 전달받아, X축을 기준선으로 해서 상하로 회전하면서 PTZ 카메라 지지부를 틸트 모드로 구동시킨다.
100 : 스마트형 PTZ 카메라 200 : PTZ 카메라 지지부
300 : CCTV용 차동기어모듈 310 : 차동기어박스
320 : 제1 체인부 330 : 제1 평기어
340 : 제2 베벨기어 350 : 제2 체인부
360 : 제2 평기어 370 : 제3 베벨기어
380 : 제1 베벨기어 400 : 트윈모터부
500 : 트윈모터제어기

Claims (5)

  1. 카메라의 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되어 있는 촬영부를 통해 줌확대, 줌축소하면서 특정대상물을 촬영하는 스마트형 PTZ 카메라(100)와,
    스마트형 PTZ 카메라 일측에 설치되어, 베어링을 통해 스마트형 PTZ 카메라를 지지하는 PTZ 카메라 지지부(200)와,
    PTZ 카메라 지지부의 하단에 위치되고, 좌측구동모터와 우측구동모터의 회전방향 및 회전속도의 차이를 두면서 PTZ 카메라 지지부를 팬(pan)모드와 틸트(tilt)모드로 구동시키는 CCTV용 차동기어모듈(300)과,
    CCTV용 차동기어모듈 일측에 위치되어 두 개의 모터를 통해 힘을 분산시켜 모터의 부하를 최소화시키면서 CCTV용 차동기어모듈로 동력을 전달시키도록 좌측 구동모터와 우측구동모터로 이루어진 트윈모터부(400)와,
    두 개의 모터를 동기화시키는 트윈모터제어기(500)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CCTV용 차동기어모듈(300)은
    사각박스형상으로 이루어져 각 기기의 외압으로부터 보호하는 차동기어박스(310)와,
    정면에서 바라봤을 때, 차동기어박스의 내부쪽 좌측에 위치한 좌측 구동모터의 회전축에 연결되어, 좌측 구동모터로부터 구동되는 회전력을 전달받아 제1 평기어로 전달시키는 제1 체인부(320)와,
    제1 체인부의 후단축에 위치되어, 기어의 이(齒) 줄이 축에 평행한 직선으로 연결되어, 두축이 평행하게 형성된 상태에서 회전력을 감소시키면서 제2 베벨기어로 회전력을 전달시키는 제1 평기어(330)와,
    제1 평기어의 전단축에 위치되어, 제1 베벨기어를 기준으로 해서 우측에 위치한 제3 베벨기어와 동일한 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부를 팬(pan)모드로 구동시키고, 제3 베벨기어와 다른 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 틸트(tilt)모드로 구동시키는 제2 베벨기어(340)와,
    정면에서 바라봤을 때, 차동기어박스의 내부쪽 우측에 위치한 우측 구동모터의 회전축에 연결되어, 우측 구동모터로부터 구동되는 회전력을 전달받아 제2 평기어로 전달시키는 제2 체인부(350)와,
    제2 체인부의 후단축에 위치되어, 기어의 이(齒) 줄이 축에 평행한 직선으로 연결되어, 두축이 평행하게 형성된 상태에서 회전력을 감소시키면서 제3 베벨기어로 회전력을 전달시키는 제2 평기어(360)와,
    제2 평기어의 전단축에 위치되어, 제1 베벨기어를 기준으로 해서 좌측에 위치한 제2 베벨기어와 동일한 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 팬(pan)모드로 구동시키고, 제2 베벨기어와 다른 회전방향으로 회전되어 PTZ 카메라 지지부와 연결된 제1 베벨기어를 틸트(tilt)모드로 구동시키는 제3 베벨기어(370)와,
    PTZ 카메라 지지부와 동일선상에 축 연결되고, 좌측기어 이에 제2 베벨기어 이(齒)가 맞춤 연결되며, 우측기어 이(齒)에 제3 베벨기어가 맞춤 연결된 상태에서, 제2 베벨기어와 제3 베벨기어가 동일방향으로 회전되면 PTZ 카메라 지지부를 상하로 움직여 팬 구동시키고, 제2 베벨기어와 제3 베벨기어가 서로 반대방향으로 회전되면 PTZ 카메라 지지부를 좌우로 움직여 팬 구동시키는 제1 베벨기어(380)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트윈모터제어기(500)는
    팬 모드 및 틸 모드 수행시, 외부로부터 입력되는 좌측구동모터의 기준 각속도(ω*)가 비반전 단자로 입력되고 좌측구동모터의 출력각속도(ω1)가 반전단자로 입력되어 두 값의 오차를 연산시키는 제1 비교부(510)와,
    제1 비교부의 출력값을 받아 속도 제어를 위한 좌측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia1*)를 출력하는 제1 속도제어기(520)와,
    제1 속도제어기에서 출력된 좌측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia1*)를 비반전 단자의 입력으로 하고, 실제 q축의 전기자 전류(ia1)가 반전 단자로 입력되어 두 값의 오차를 구하는 제2 비교부(530)와,
    제2 비교부의 출력값을 전달받아 좌측구동모터용 전기자 전압(va1)을 PWM(Pulse Width Modulation)으로 설정해서 좌측구동모터의 입력단자로 출력시키는 제1 전류제어기(540)와,
    팬 모드 및 틸 모드 수행시, 외부로부터 입력되는 우측구동모터의 기준 각속도(ω*)가 비반전 단자로 입력되고 우측구동모터의 출력각속도(ω2)가 반전단자로 입력되어 두 값의 오차를 연산시키는 제3 비교부(550)와,
    제3 비교부의 출력값을 받아 속도 제어를 위한 우측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia2*)를 출력하는 제2 속도제어기(560)와,
    제2 속도제어기에서 출력된 우측구동모터용 전기자의 기준 전류(ia2*)를 비반전 단자의 입력으로 하고, 실제 q축의 전기자 전류(ia2)가 반전 단자로 입력되어 두값의 오차를 구하는 제4 비교부(570)와,
    제2 비교부의 출력값을 전달받아 우측구동모터용 전기자 전압(va2)을 PWM(Pulse Width Modulation)으로 설정해서 우측구동모터의 입력단자로 출력시키는제2 전류제어기(580)와,
    좌측구동모터의 출력각속도(ω1)를 비반전단자의 입력으로 하고, 우측구동모터의 출력각속도(ω2)를 반전단자의 입력으로 하여, 두 모터의 속도 오차를 출력시키는 제5비교기(590)로 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 트윈모터제어기(500)는
    제5비교기로부터 출력된 두 모터의 속도오차를 통해 위치동기화 오차를 연산시킨 후, 다시 제1비교기 및 제3비교기로 피드백시키는 위치동기제어기(495)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 차동기어박스(310)는
    5~8㎛ 입경을 갖는 알루미늄 분말 60~80wt%와 인장강도가 40~205 MPa인 탄소섬유 20~40wt%의 혼합물에 바인더를 첨가하여 1~2시간 동안 교반한 후, 소결온도 400~500℃, 소결압력 70~85MPa, 소결시간 20~25분간 소결하여 제조된 소결체의 표면에 방열제를 코팅한 것으로 이루어지는 것으로서,
    상기 방열제는 황산과 질산을 2:1 중량비율로 혼합한 혼합용액 40~70wt%, 흑연 5~10wt%, 산화제인 KClO3 20~50wt%를 혼합하여 제조한 산화흑연을 1,000℃에서 열처리하여 합성한 합성물과 Methyltriethoxysilane, Ethyltriethoxysilane, Dimethyldiethoxysilane, Phenyltrimethoxysilane 중 선택되는 어느 1종 이상의 분산제를 동중량비율로 혼합하여 조성된 것임을 특징으로 하는 트윈모터부·차동기어박스부를 통한 초대형 감시카메라 PTZ구동장치.
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