JPH07295646A - サーボ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動系の歯車のバックラッシュによって生じ
る不自然な動きをなくし、また複数の駆動系を同時操作
する際には操作通りの正確な駆動が行えるようにする。 【構成】 モータを速度制御するサーボ回路において、
例えばパン、チルト、ズーム、フォーカスの駆動系の歯
車で生じるバックラッシュ分を駆動させる時間ｔ1 を設
定し、反転駆動の際にはこのバックラッシュ駆動時間ｔ
1 において小さい速度制御電圧でモータを駆動する。ジ
ョイスティックにおいては、バックラッシュ操作領域を
設け、この操作領域の操作時間にバックラッシュ用の速
度制御をする。これによれば、実質的な駆動の前にモー
タ回転数が大きくなることを防止できる。また、複数の
駆動系を同時に制御する場合は、バックラッシュ分駆動
後において各駆動系の実質的な駆動開始時間を一致させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばテレビカメラ及
び雲台の駆動制御に用いられるサーボ回路の制御内容及
び構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の分野で、駆動系の機械的位置を制
御するサーボ回路が用いられており、このサーボ回路
は、例えばテレビカメラを動かす雲台の駆動やレンズの
駆動にも適用されている。即ち、テレビカメラを支持す
る雲台ではパン（左右方向）、チルト（上下方向）の動
きがサーボ回路で行われ、テレビカメラ内のズームレン
ズ、フォーカスレンズがサーボ回路によって駆動され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サーボ回路では、モータから駆動対象物までの駆動系に
配置されているギヤのバックラッシュによって、駆動対
象物の動きが不自然となったり、操作した通りの動きと
ならないという問題があった。図６には、従来のサーボ
回路による雲台の制御動作が示されており、これは例え
ば、テレビカメラのパン動作において方向を転換させて
位置Ｐ1 から位置Ｐ2 へ移動させる場合の例である。こ
の場合は、図（Ａ）に示されるように、速度制御電圧Ｖ
ｃがバックラッシュ分Ｂを駆動する時間ｔ1 と、位置Ｐ
1 から位置Ｐ2 までの距離を駆動させる時間ｔ2 だけ与
えられる。そうすると、駆動対象物であるテレビカメラ
の速度は、図（Ｂ）に示されるようになるが、立上がり
部１００に示されるように、テレビカメラが急激に動き
出すことになる。

【０００４】これは、方向転換の際にギヤのバックラッ
シュ分Ｂを駆動した後では、図（Ａ）の立上がり部１０
１で示されるような傾斜の電圧が与えられないので、あ
る程度まで上昇したモータ回転数が、未だ実質的な動作
をしていない駆動系に与えられることになるためであ
る。従って、雲台等が突然大きな回転数で駆動されるこ
とになり、この結果テレビカメラの動きが不自然とな
る。しかも、駆動系に負担がかかることにもなる。

【０００５】次に、図７に示されるように、上記テレビ
カメラをパン及びチルト動作させ、位置Ｐ3 から位置Ｐ
4 に移動させる場合を考える。ここで、パンについての
み方向転換して右側へ移動させると、パンのバックラッ
シュ分を駆動させている間に、チルトでは上側へ移動す
るので、テレビカメラは位置Ｐ3 から位置Ｐ4 へ真っ直
ぐ進まず、軌跡２００をたどることになる。従って、こ
の場合は、カメラが被写体を正確に追うことができない
という不都合がある。

【０００６】そこで、従来では上記のバックラッシュを
極力小さくなるように、ギヤの噛み合いを深くする等に
より改善が試みられているが、このバックラッシュをゼ
ロとすることは不可能である。また、ギヤの噛み合いが
深くなることにより、ギヤ効率の低下やギヤの噛み合い
の不整合による動作ムラが生じる等の問題がある。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、駆動系に配置されている歯車のバ
ックラッシュによって生じる不自然な動きをなくすこと
ができ、また複数の駆動系を同時に操作する際には操作
通りの正確な駆動が可能となるサーボ回路を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項に係る発明は、モータを速度制御するこ
とによって、駆動対象物を目標位置へ駆動するサーボ回
路において、駆動系に配置された歯車で生じるバックラ
ッシュ分を駆動させる時間を設定し、このバックラッシ
ュ駆動時間では後の実質的駆動の際の速度よりも遅い速
度の制御信号によってモータを速度制御するようにした
ことを特徴とする。このバックラッシュ駆動時間は、実
際のバックラッシュ分の駆動時間以内の時間とする。第
２請求項記載の発明は、手動操作手段により駆動系を操
作する場合には、バックラッシュ分を駆動させる操作領
域を設け、このバックラッシュ操作領域の操作時間に上
記バックラッシュ用速度制御信号の速度制御を実行する
ことを特徴とする。第３請求項記載の発明は、複数の駆
動系を同時に制御する場合には、上記バックラッシュ駆
動時間の相違を考慮し、バックラッシュ分駆動後の各駆
動系の実質的な駆動開始時間を一致させるようにしたこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、バックラッシュ駆動時間
では、通常の速度制御電圧よりも小さな速度制御電圧に
より、モータが一定速度に制御され、その直後では、傾
斜を持った立上がりで大きな所定の速度制御電圧がモー
タへ与えられる。従って、実質的な駆動の前に、モータ
回転数が大きくなり過ぎず、駆動対象物は安定した速度
で駆動されることになる。また、ジョイスティック等の
操作部材を用いる場合は、操作レバーを倒す操作領域の
一部にバックラッシュ操作領域を設けることが好まし
く、この場合は上記バックラッシュ操作領域を通過する
操作レバーの操作時間が上記バックラッシュ駆動時間に
合せられることになる。これによれば、バックラッシュ
操作領域を不感帯領域として設定でき、実際の駆動と一
致した操作感覚が得られる。

【００１０】また、２つの駆動系、例えばテレビカメラ
のパンとチルトの駆動系を同時に駆動する場合は、バッ
クラッシュ分を駆動した後、パン及びチルトの実際の動
作の開始時間が一致するように制御されるので、いずれ
か一方の動作が遅れたり、速くなったりせず、操作通り
の軌跡でテレビカメラを動かすことができる。

【００１１】

【実施例】図１には、実施例に係るサーボ回路の構成が
示されており、この実施例はテレビカメラ及び雲台に適
用した場合の例である。図１において、雲台の操作部に
は図示の操作スイッチ１０及びその表示灯１１が複数
（図では１個のみ表示）配置されており、この操作スイ
ッチ１０としては、予め設定された場所に自動的にカメ
ラを移動させるためのショットスイッチ等が設けられ
る。また、手動操作により任意の位置へカメラを駆動さ
せるジョイスティック１２が設けられている。上記の操
作スイッチ１０の操作信号は、直接、入出力（Ｉ／Ｏ）
部１４へ供給され、ジョイスティック１２の操作信号
は、Ａ／Ｄ変換器１５を介して入出力（Ｉ／Ｏ）部１４
へ供給される。そして、このジョイスティック１２の操
作制御信号や後述するＣＰＵ２２からの操作制御信号
は、Ｄ／Ａ変換器１６を介してサーボアンプ１７へ供給
される。

【００１２】このサーボアンプ１７には、テレビカメラ
のパン（左右方向）動作、チルト（上下方向）動作、カ
メラ部内レンズのフォーカス動作、ズーム動作をするた
めに、それぞれの駆動系に対応してモータ１８及び位置
検出器１９が４組接続されており、これらのモータ１８
と各駆動対象物との間は複数のギヤによって接続され
る。従って、それぞれの駆動系によって多少相違するバ
ックラッシュが存在することになる。そして、上記位置
検出器１９の出力は、Ａ／Ｄ変換器２０、Ｉ／Ｏ部１４
を介して、後述するＣＰＵ２２へ供給される。

【００１３】また、各種制御を統轄するＣＰＵ２２が配
置され、ショット位置情報や現在の駆動方向を記憶する
メモリ（ＲＡＭ）２３、制御プログラムが記憶されてい
るメモリ（ＲＯＭ）２４が配置される。上記ＲＡＭ２３
に記憶されたショット位置情報は、上記操作スイッチ１
０のショットスイッチが押されたときに読み出され、こ
れに基づいた制御信号がＣＰＵ２２からサーボアンプ１
７へ与えられる。上記ＲＯＭ２４には、各駆動系のバッ
クラッシュ分の駆動時間ｔ1 が記憶されており、この駆
動時間ｔ1 は複数の値から選択できるように構成され
る。

【００１４】そして、上記ＣＰＵ２２は、ＲＡＭ２３に
記憶されている現在の駆動方向と操作方向とを比較して
反転駆動となる場合に、バックラッシュ分を駆動するよ
うに制御する。従って、この反転駆動の場合に、ＲＯＭ
２４に格納されている各駆動系のバックラッシュ駆動時
間ｔ1 がＩ／Ｏ部１４を介してサーボアンプ１７に与え
られる。そして、バックラッシュ駆動時間ｔ1 の遅い速
度制御のための速度制御設定信号もＩ／Ｏ部１４を介し
てサーボアンプ１７に供給される。なお、上記バックラ
ッシュ駆動時間ｔ1 は、実際の駆動時において検出され
たモータ電流値等の変化に基づき、上記ＣＰＵ２２で演
算することにより、自動的に設定することもできる。ま
た、このバックラッシュ駆動時間ｔ1 は動作スピードに
応じて最適な時間及びバックラッシュ駆動時間ｔ1 内で
の速度制御出力（スピード）をＣＰＵ２２で演算し、バ
ックラッシュ駆動時間ｔ1 及び速度制御出力が自動的か
つ連続的に変化するように設定してもよい。

【００１５】更に、実施例のＣＰＵ２２は４つの駆動系
のバックラッシュを考慮して、各駆動系の実質的な駆動
を同時に行うように制御している。即ち、パン、チル
ト、フォーカス、ズームの各駆動系ではバックラッシュ
量が多少相違し、これらが同時に反転駆動されると、相
互間に動きのずれが生じる。また、一方が正転駆動で、
他方が反転駆動される場合もあり、この場合も相互間に
動きのずれが生じる。そこで、実施例では反転駆動する
駆動系、又はこの駆動系の中で最もバックラッシュ駆動
時間ｔ1 が長い駆動系のバックラッシュ分の駆動が終了
した後に、全ての駆動系の実質的な駆動を同時に開始制
御するようになっている。これにより、操作通りの軌跡
で駆動が実行可能となる。

【００１６】図２には、ジョイスティックの操作領域が
示されており、図示されるように、棒状の操作レバー２
６は全方位方向で垂直位置から位置Ｑ1 又は位置Ｑ2 ま
で倒せるようになっている。そして、Ｄが不感帯領域、
Ｅがバックラッシュ操作領域、Ｆが実際の操作領域とし
て設定されている。上記バックラッシュ操作領域Ｅは、
実質的な駆動に関係しないことから、第２の不感帯領域
ということができるが、このような不感帯領域のバック
ラッシュ操作領域を設けることによって、ジョイスティ
ックの実質的な操作において、実際の駆動と一致した操
作感覚が得られるという利点がある。

【００１７】実施例は以上の構成からなり、その作用を
図３〜図５に基づいて説明する。テレビカメラにおいて
は、予め設定された位置へ移動するショット動作とジョ
イスティックによる手動操作が行われる。このショット
動作では、所定の操作スイッチ１０を操作すると、ＣＰ
Ｕ２２がＲＡＭ２３に記憶された位置情報を読み出し、
位置制御信号をサーボアンプ１７へ供給することによっ
て、該当位置への駆動が実行される。そして、上記ショ
ット位置情報と現在位置との比較において、反転するこ
とになる駆動系が存在する場合は、バックラッシュ駆動
時間ｔ1 中に低い速度でモータ１８を駆動するための速
度制御設定信号がサーボアンプ１７へ供給される。

【００１８】図３には、反転駆動する駆動系で位置Ｐ1
から位置Ｐ2 まで駆動対象物を移動させる場合の制御状
態が示されている。図（Ａ）に示されるように、バック
ラッシュ駆動時間ｔ1 の間では、Ｖ_CBの速度制御電圧が
モータ１８へ与えられ、その後は、位置Ｐ1 から位置Ｐ
2 まで従来と同様の速度制御電圧Ｖｃが供給される。即
ち、上記速度制御電圧Ｖ_CBはＶｃよりも小さく（Ｖ_CB＜
Ｖｃ）、実施例では半分程度の電圧とされる。このた
め、図（Ｂ）に示されるように、バックラッシュ駆動時
間ｔ1 後、駆動対象物は、従来の場合［図６（Ｂ）］と
比較すると、緩やかな立上がり部３００の速度で動くこ
とになる。従って、パン、チルト、ズーム、フォーカス
動作における駆動対象物の急激な動きが防止され、自然
な動きの駆動が達成される。

【００１９】図４には、上記図２のジョイスティックを
用いた場合のＣＰＵでの動作が示されている。まず、ス
テップ１０１で操作レバー２６の操作量がＣＰＵ２２へ
入力されると、ステップ１０２にてその操作量が不感帯
領域Ｄにあるか否かの判定を行う。そして、Ｙ（Yes ）
のときはステップ１０３でバックラッシュフラグ（Ｂ
Ｆ）を０にリセットし、Ｎ（No）のときはステップ１０
４へ移行して、上記操作レバー２６の操作量がバックラ
ッシュ操作領域Ｅにあるか否かの判定を行う。このステ
ップ１０４で、Ｙのとき、即ちバックラッシュ操作領域
Ｅに操作レバー２６が操作されているときは、ステップ
１０５に移行して現在の操作方向が前回の駆動方向と一
致するか否かの判定を行う。即ち、ここでモータ１８が
反転することになるか正転することになるかの判定が行
われる。

【００２０】そして、このステップ１０５で操作方向が
前回の駆動方向と一致していると判定すれば（Ｙのと
き）、今回の制御動作を終了するが、操作方向が前回の
駆動方向と一致せず、反転動作となる場合（Ｎのとき）
は、ステップ１０６にて、ＢＦが１であるか否かの判定
を行う。即ち、バックラッシュ分が既に駆動されている
場合は、このＢＦが１となるので、今回の操作でバック
ラッシュ分が駆動されているか否かを判定することにな
る。そして、このステップ１０６でバックラッシュフラ
グが１でないと判定したとき（Ｎのとき）は、次のステ
ップ１０７で、図３（Ａ）の速度制御電圧Ｖ_CBがサーボ
アンプ１７へ出力される。ここで、上述した図３の時間
ｔ1 に相当する操作時間でバックラッシュ分の緩やかな
駆動がモータ１８により実行される。このバックラッシ
ュ分の駆動が終了すると、次のステップ１０８へ移行
し、上記ＢＦを１にセットして制御動作を終了する。

【００２１】また、上記ステップ１０４にて、Ｎのと
き、即ち操作レバー２６が実質的な操作領域Ｆにあると
きは、ステップ１０９にて、速度制御電圧Ｖｃをサーボ
アンプ１７へ出力して通常の速度制御を行い、ステップ
１１０では、モータ１８の駆動方向をＲＡＭ２３へ記憶
して、動作を終了する。従って、バックラッシュ駆動後
でも滑らかな駆動系の動作が行われ、その後は図３の時
間ｔ2 における安定した駆動が実行される。このように
して、パン、チルト、ズーム、フォーカスの各駆動系が
操作レバー２６の操作量に応じて駆動される。

【００２２】図５には、上記各駆動系が同時に駆動され
る場合の開始時の動作が示されている。即ち、パンをＡ
駆動系、チルトをＢ駆動系とし、例えばＡ駆動系では図
５（Ａ）に示されるバックラッシュ駆動時間ｔ1Aが設定
され、Ｂ駆動系では図５（Ｂ）に示されるバックラッシ
ュ駆動時間ｔ1Bが設定されており、両者を反転駆動する
ものとする。この場合は、Ｂ駆動系のバックラッシュ駆
動時間ｔ1Bの駆動が終了しても、直に次の速度制御は行
われず、Ａ駆動系のバックラッシュ駆動時間ｔ1Aが終了
したときを開始時点Ｔｐとして、Ａ，Ｂの両駆動系で次
の速度制御が開始される。従って、この場合はパン、チ
ルトのいずれかの動作が遅れるということはなく、従来
の図７でいえば、テレビカメラは軌跡２００を経ること
なく、位置Ｐ3 からＰ4 へ真っ直ぐ移動し、操作通りの
動きが達成できることになる。

【００２３】また、図５（Ｃ）はＢ駆動系が正転駆動さ
れる場合を示しており、この場合はバックラッシュ駆動
時間ｔ1Bが０となる。この場合も、Ａ駆動系のバックラ
ッシュ分の駆動が終わるまで、Ｂ駆動系の動作を保留
し、開始時点ＴｐからＡ，Ｂの両駆動系の次の速度制御
が開始される。この同時開始制御は、４つの駆動系の相
互間で実行されるが、特にパンとチルトの関係、パン、
チルト、フォーカスとズームの関係において重要とな
る。

【００２４】上記実施例では、テレビカメラ及び雲台の
制御について説明したが、これらの制御に限らず、本発
明は各種の装置を速度制御するサーボ回路に適用するこ
とができる。また、手動操作手段として、ジョイスティ
ックを用いた例を示したが、これに限らず、手動操作手
段にはトラックボールのような他の操作手段を用いるこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項の発明
によれば、サーボ回路において、歯車のバックラッシュ
分を駆動させる時間を設定し、このバックラッシュ駆動
時間では、後の実質的駆動の速度よりも遅い速度となる
ようにモータを駆動制御したので、歯車のバックラッシ
ュが存在する場合でも、実質的な駆動を安定したモータ
回転数で開始でき、駆動対象物の不自然な動きをなくす
ことが可能となる。

【００２６】第２請求項記載の発明によれば、ジョイス
ティック等の手動操作手段を用いる場合は、バックラッ
シュ分を駆動させる操作領域を設け、このバックラッシ
ュ操作領域の操作時間に低い速度のモータ駆動を実行す
るようにしたので、バックラッシュ分の駆動を不感帯領
域において実施でき、実質的な駆動操作では、実際の駆
動と一致した操作感覚が得られるという利点がある。

【００２７】第３請求項記載の発明によれば、複数の駆
動系を同時に制御する場合は、バックラッシュ分駆動後
の各駆動系の実質的な駆動開始時間を一致させるように
したので、操作通りの正確な軌跡の駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るサーボ回路をテレビカメ
ラ及び雲台に適用した場合の構成を示す図である。

【図２】実施例のジョイスティックの操作領域を示す図
である。

【図３】実施例の制御動作を示す波形図である。

【図４】実施例のジョイスティックによる制御動作を示
すフローチャートである。

【図５】実施例において二つの駆動系の制御動作を示す
波形図である。

【図６】従来のサーボ回路での制御動作を示す波形図で
ある。

【図７】従来において二つの駆動系を動作させたときの
駆動対象物の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１０ … 操作スイッチ、 １２ … ジョイスティック、 １７ … サーボアンプ、 １８ … モータ、 １９ … 位置検出器、 ２２ … ＣＰＵ、 ｔ1 … バックラッシュ駆動時間。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを速度制御することによって、駆
   動対象物を目標位置へ駆動するサーボ回路において、駆
   動系に配置された歯車で生じるバックラッシュ分を駆動
   させる時間を設定し、このバックラッシュ駆動時間では
   後の実質的駆動の際の速度よりも遅い速度の制御信号に
   よってモータを速度制御するようにしたことを特徴とす
   るサーボ回路。
2. 【請求項２】 手動操作手段により駆動系を操作する場
   合には、バックラッシュ分を駆動させる操作領域を設
   け、このバックラッシュ操作領域の操作時間に上記バッ
   クラッシュ用速度制御信号の速度制御を実行することを
   特徴とする上記第１請求項記載のサーボ回路。
3. 【請求項３】 複数の駆動系を同時に制御する場合に
   は、上記バックラッシュ駆動時間の相違を考慮し、バッ
   クラッシュ分駆動後の各駆動系の実質的な駆動開始時間
   を一致させるようにしたことを特徴とする上記第１請求
   項記載のサーボ回路。