WO2017057635A1 - 多方向駆動装置及び自動カメラ - Google Patents

多方向駆動装置及び自動カメラ Download PDF

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WO2017057635A1
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axis
rotation
drive device
spherical surface
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智美 松田
理一郎 多田隈
寛人 齋藤
阿部　一樹
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Yamagata University NUC
NEC Embedded Products Ltd
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Yamagata University NUC
NEC Embedded Products Ltd
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    • B25J9/12—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric

Definitions

  • the present invention relates to a multidirectional drive device and an automatic camera that can adjust the position and / or orientation of an actuated body such as a camera or robot arm installed at the tip of a support member with a plurality of degrees of freedom.
  • the multidirectional drive device disclosed in Patent Literature 1 includes a driven body, a first drive force transmission unit, and a second drive force transmission unit.
  • the driven body has an XY stage.
  • the first driving force transmission unit contacts the surface of the driven body and drives the driven body in the first direction.
  • the second driving force transmission unit contacts the other part of the driven body and drives the driven body in a second direction different from the first direction.
  • the driven body and the first driving force transmission unit can be displaced in the tooth trace direction of the gear.
  • the driven body and the second driving force transmission portion can be displaced from each other in the tooth trace direction of the gear.
  • the driven body and the first and second driving force transmission units are displaced from each other in the tooth trace direction of the gear.
  • this multidirectional drive device allows the driven body to move in the first direction or the second direction on the XY stage.
  • the multidirectional drive device disclosed in Patent Document 1 cannot be rotated or moved in the third direction (z-axis direction) orthogonal to the first direction or the second direction, for example.
  • the third direction z-axis direction
  • a gimbal mechanism 90 shown in FIG. 9 is provided as a technique different from Patent Document 1.
  • the gimbal mechanism 90 includes an inner frame 92 that is rotatable about the z axis in the outer frame 91, and a camera support member 93 that is rotatable about the y axis within the inner frame 92. Is provided with an actuated body (not shown) that is rotatable about the x-axis direction.
  • actuated body not shown
  • such a gimbal mechanism 90 has a problem that the movable angle is small, the field of view that can be confirmed by the camera as the actuated body is limited, and the overall mechanism becomes too large and the weight increases.
  • An object of the present invention is to provide a multidirectional drive device and an automatic camera that can adjust the position and / or orientation of an actuated body with a plurality of degrees of freedom by a drive mechanism with a simple configuration.
  • a multi-directional drive device is fixed to a driven member having a spherical surface with irregularities, a rotational drive unit that rotates the driven member in contact with the spherical surface of the driven member, and the driven member. And a support member for supporting the actuated body. As the driven member rotates, at least one of the position and orientation of the actuated body is adjusted.
  • the position and / or orientation of the actuated body can be adjusted.
  • FIG. 1 is a perspective view of a multidirectional drive device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a multidirectional drive device according to a first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which looked at the multidirectional drive device shown in FIG. 2 from the III direction. It is an enlarged view of the meshing part of the gear shown in FIG. 3A. It is sectional drawing seen from the IV direction of the multidirectional drive device shown in FIG. It is an enlarged view of the meshing part of the gear shown in FIG. 4B. It is a perspective view which shows the state which rotated the driven member of the multidirectional drive device shown in FIG. 2 in the arrow A direction.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a driven member of the multidirectional drive device shown in FIG. 2 is rotated in the direction of arrow B.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a driven member of the multidirectional drive device shown in FIG. 2 is rotated in an arrow C direction.
  • It is a top view which shows the planetary gear mechanism used as a rotational drive part of the multidirectional drive device shown in FIG.
  • It is a perspective view which shows a general gimbal mechanism.
  • FIG. 1 shows a rotatable follower member 1.
  • the driven member 1 includes a spherical surface 3 having an uneven portion 2.
  • rotation driving units 4 to 6 that contact the concavo-convex portion 2 of the driven member 1 and generate a rotational force on the driven member 1.
  • the number of rotation driving units 4 to 6 is plural, and the rotation driving units 4 to 6 rotate around the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively.
  • rotational driving units 4 to 6 are rotationally driven to rotate the driven member 1 around rotational shafts 4A to 6A directed in mutually different directions (directions of the x axis, the y axis, and the z axis orthogonal to each other in the illustrated example). It has bodies 4B-6B (eg, gears).
  • the rotation drive unit 4 includes a rotation shaft 4A, a rotation drive body 4B, and a drive motor 4C.
  • the rotation shaft 4A extends along the x axis.
  • the rotation drive body 4B rotates the driven member 1 around the rotation shaft 4A.
  • the drive motor 4C drives the rotary drive body 4B.
  • the rotation drive unit 5 includes a rotation shaft 5A, a rotation drive body 5B, and a drive motor 5C.
  • the rotation shaft 5A extends along the y axis.
  • the rotation drive body 5B rotates the driven member 1 around the rotation shaft 5A.
  • the drive motor 5C drives the rotary drive body 5B.
  • the rotation drive unit 6 includes a rotation shaft 6A, a rotation drive body 6B, and a drive motor 6C.
  • the rotation shaft 6A extends along the z axis.
  • the rotation drive body 6B rotates the driven member 1 around the rotation shaft 6A.
  • the drive motor 6C drives the rotary drive body 6B.
  • a support member 7 is connected to the driven member 1 rotated by the rotation driving units 4 to 6, and the driven member 1 and the support member 7 rotate integrally.
  • the support member 7 has one end (first end, first end) connected to the driven member 1 and the other end (second) to which an actuated body M such as a camera or a robot arm is connected. End, second end).
  • the actuated body M is a camera.
  • the driven member 1 is driven to rotate by the rotation driving units 4 to 6
  • the driven member M connected to the other end of the support member 7 is moved around the rotation shafts 4A to 6A following the driven member 1.
  • the multidirectional drive device 100 shown in the present embodiment includes a plurality of rotational drive units 4 to 6 that contact the concavo-convex portion 2 of the driven member 1 and generate a rotational force on the driven member 1. It has.
  • the multidirectional drive device 100 rotates the driven member 1 around the rotation shafts 4A to 6A directed in different directions (x axis, y axis, z axis) by the rotation driving units 4 to 6. Then, the position and / or orientation of the actuated body M at the tip of the support member 7 connected to one end of the driven member 1 is adjusted with a plurality of degrees of freedom by individually driving each of the rotational drive units 4 to 6. It becomes possible to do.
  • a plurality of rotational drive units 4 to 6 that rotate the spherical driven member 1 around the rotational axes 4A to 6A in different directions are provided.
  • the position and / or orientation of the actuated body M at the tip of the support member 7 extending outward from the driven member 1 can be adjusted with a plurality of degrees of freedom in the three-dimensional space.
  • the plurality of rotation drive units 4 to 6 described above have rotation drive bodies 4B to 6B that rotate about three rotation shafts 4A to 6A composed of an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are directed in directions intersecting each other. .
  • These x-axis, y-axis, and z-axis are preferably oriented in directions orthogonal to each other.
  • the convex portions 2A of the concave and convex portions 2 formed on the spherical surface 3 of the driven member 1 have a lattice shape in a front view and are provided at intervals from each other along directions intersecting or orthogonal to each other. It is preferable that the rotational driving bodies 4 to 6 mesh with the driven member 1 to generate a rotational force on the driven member 1.
  • FIG. 2 has a driven member 10 having a spherical shape as a whole.
  • the driven member 10 is rotatably disposed in the concave spherical surface 12 of the holder 11.
  • the concave spherical surface 12 is a spherical surface provided with a depression.
  • rotation drive units 13 to 15 for generating a rotational force on the driven member 10.
  • These rotation drive units 13 to 15 have rotation drive bodies 13B to 15B that rotate the driven member 10 about rotation shafts 13A to 15A directed in different directions (x axis, y axis, z axis). These x-axis, y-axis, and z-axis are oriented in directions that intersect or are orthogonal to each other.
  • the rotation driving bodies 13B to 15B rotate the driven member 10 by rotating around the rotation shafts 13A to 15A, respectively.
  • the rotation driving unit 13 is disposed inside the holder 11 (lower part in FIG. 3A).
  • the rotary drive body 13B has a pair of gears 22 and a drive gear 23.
  • the spherical surface 20 of the driven member 10 is provided with an uneven portion 21 having protrusions and depressions.
  • the pair of gears 22 mesh with the concavo-convex portion 21 and rotate around the rotation shaft 13A.
  • the rotation shaft 13A extends along the x axis.
  • the drive gear 23 meshes with the gear 22 and rotationally drives the gear 22.
  • the uneven portion 21 of the driven member 10 has a tooth profile that smoothly contacts the uneven portion of the holder 11.
  • the driven member 10 has a three-dimensional structure in which a gear that does not precede the pitch circle is rotated about the y-axis. That is, the spherical surface 20 of the driven member 10 has a three-dimensional structure that coincides with a locus obtained by rotating a spur gear whose tip does not exceed the pitch circle around an axis parallel to the y axis.
  • the driven member 10 has an outer periphery along a trajectory obtained by rotating a contour on a plane including the y axis along the outer shape of the gear having a tooth tip having a shape along the pitch circle around the y axis. Has a surface.
  • the driven member 10 is rotationally driven in the direction of arrow A around the x axis (see FIGS. 2, 3A, and 3B) by the gear 22 of the rotary drive body 13B that meshes with the driven member 10.
  • a drive gear 23 for driving the gear 22 is connected to a drive motor 24 as a drive source as shown in FIG. That is, the concavo-convex portion 21 in this embodiment has a plurality of concentric ridges (or grooves) centered on one axis (y-axis) of the spherical surface 20 along the direction of the one axis. , 14 are provided at mutual intervals according to the pitch of the gears 22.
  • the rotation drive unit 14 is disposed inside the spherical follower member 10.
  • the rotary drive body 14B has a pair of gears 31 and a drive gear 32.
  • the pair of gears 31 mesh with the concavo-convex portion 30 formed in the concave spherical surface 12 of the holder 11 and rotate around the rotation shaft 14A.
  • the rotation shaft 14A extends along the y axis.
  • the rotation shaft 14 ⁇ / b> A of the drive gear 31 is not fixed to the driven member 10.
  • the driven member 10 has two through holes for projecting the teeth of the two gears 31 to the outside (the through holes are omitted in FIG. 2 and the like).
  • the length of the through hole in the arrow B direction may be, for example, the same as the length connecting the three depressions and the two protrusions constituting the concavo-convex portion 30.
  • the drive gear 32 meshes with the gear 31 and rotationally drives the gear 31.
  • the concavo-convex portion 30 formed in the concave spherical surface 12 of the holder 11 has a three-dimensional structure in which an internal gear cut on a tooth pitch arc is rotated about the x axis. That is, the spherical surface 12 of the holder 11 has a three-dimensional structure that coincides with a locus obtained by rotating an internal gear whose tip does not exceed the pitch circle around an axis parallel to the x-th axis.
  • the holder 11 is along a trajectory obtained by rotating a contour on a plane including the x axis along the outer diameter of the internal gear having the shape along the pitch circle with the tip of the tooth rotated around the x axis.
  • the gear 31 meshes with the holder 11.
  • the gear 31 rotates in the direction of arrow B around the y axis (see FIGS. 2, 4A, and 4B) with respect to the holder 11 as the gear 32 rotates.
  • the rotation shaft 14 ⁇ / b> A of the drive gear 31 is fixed inside the driven member 10. Therefore, the driven member 10 rotates with respect to the holder 11 in the arrow B direction around the y axis (see FIGS.
  • a drive gear 32 that drives the gear 31 is connected to a drive motor (not shown) serving as a drive source.
  • the rotation driving unit 15 is disposed below the holder 11.
  • the rotation drive unit 15 includes a pair of gears 40 and a drive gear 41.
  • the pair of gears 40 rotates about the rotation shaft 15A.
  • the rotation axis 15A is along the z axis.
  • the rotating shaft 15 ⁇ / b> A is fixed to the lower surface of the holder 11. Therefore, the holder 11 rotates in the arrow C direction as the rotating shaft 15A rotates in the arrow C direction (see FIGS. 2 to 4B).
  • the drive gear 41 meshes with the gear 40 and rotationally drives the gear 40.
  • a drive motor (not shown) serving as a power source is connected to the drive gear 41.
  • a supporting member 16 is connected to the driven member 10 as shown in FIGS.
  • the support member 16 has one end connected to the driven member 10 and the other end connected to an actuated body M such as a camera or a robot arm.
  • an actuated body M such as a camera or a robot arm.
  • the actuated body M is operated.
  • the attachment position of the driven member 10 where the support member 16 is disposed is a portion (indicated by reference numeral 11A, hereinafter referred to as a notch portion 11A) where the surface of the driven member 10 is exposed by cutting out a part of the holder 11. is there.
  • the actuated body M at the tip of the support member 16 is operated through the notch 11A of the holder 11.
  • the rotary drive unit 13 drives the rotary drive body 13B around the x axis. That is, the rotation drive unit 13B is driven around the x axis by the rotation drive unit 13.
  • the driven member 10 meshed with the rotational drive body 13B is rotationally driven in the arrow A direction.
  • the driven body M coupled to the driven member 10 is also rotationally driven in the direction of arrow A (see FIG. 5).
  • the axis of the rotation drive unit 14 after rotating in the direction of arrow A is indicated by y ′.
  • the rotation drive unit 14 drives the rotation drive body 14B around the y axis. That is, the rotation drive unit 14 drives the rotation drive body 14B around the y axis.
  • the driven member 10 meshed with the rotational drive body 14B is rotationally driven in the direction of arrow B.
  • the driven member M connected to the driven member 10 is also driven to rotate in the direction of arrow B (see FIG. 6).
  • the rotary drive unit 15 drives the rotary drive body 15B around the z axis. That is, the rotary drive unit 15 drives the rotary drive body 15B around the z axis.
  • the holder 11 meshed with the rotational driving body 15B is rotationally driven in the direction of arrow C
  • the driven body M connected to the driven member 10 in the holder 11 is also linked in the direction of arrow C. It is rotationally driven (see FIG. 7).
  • the driven member 10 is individually driven to rotate about the x-axis, y-axis, and z-axis by the rotation driving units 13 to 15, so that the position of the driven member M connected to the driven member 10 and / or The orientation can be adjusted with multiple degrees of freedom.
  • the rotational force is applied to the driven member 10 in contact with the uneven portion 21 of the driven member 10, the uneven portion 30 of the holder 11, and the lower surface of the holder 11.
  • a plurality of rotational drive units 13 to 15 for generating These driven members 13 to 15 rotate the driven member 10 around the rotation axes (x axis, y axis, z axis) directed in different directions.
  • the position and / or orientation of the actuated body M at the tip of the support member 16 having one end connected to the driven member 10 is adjusted with a plurality of degrees of freedom. It becomes possible.
  • the multidirectional drive device 101 has a plurality of rotational drive units 13 to 13 that rotate the spherical driven member 10 around rotational axes (x axis, y axis, z axis) in different directions. 15
  • the position and / or orientation of the actuated body M at the tip of the support member 16 extending outward from the driven member 10 can be adjusted in a three-dimensional space with a plurality of degrees of freedom.
  • the actuated body M is a camera
  • the camera is provided with its optical axis aligned with the y-axis
  • the camera is operated with two degrees of freedom about the x-axis and z-axis, and the y-axis
  • the orientation (top and bottom) of the image can be freely adjusted by rotating around the center.
  • the plurality of rotation drive units 13 to 15 described above have rotation drive bodies 13B to 15B that rotate about three rotation shafts 13A to 15A composed of an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are directed in directions intersecting each other. .
  • These x-axis, y-axis, and z-axis are preferably oriented in directions orthogonal to each other.
  • the configuration for rotationally driving the driven member 10 around the z axis is not limited to the above example.
  • the configuration shown in FIG. 8 may be adopted as a configuration for rotationally driving the driven member 10 around the z axis.
  • the planetary gear mechanism 50 is used as the rotation drive unit.
  • the planetary gear mechanism 50 includes a drive gear 41, a driven gear 40 ′, and a plurality of planetary gears 42. A rotational force around the z axis is applied to the drive gear 41.
  • the driven gear 40 ′ is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical body of the holder 11 and has a ring shape.
  • the planetary gear 42 is interposed between the driven gear 40 ′ and the drive gear 41.
  • a rotation driving body 13 that meshes with an uneven portion 21 formed on the spherical surface 20 of the driven member 10 and drives the driven member 10.
  • only the rotary drive 13 is engaged with the uneven portion 21 formed on the entire surface of the spherical surface 20 of the driven member 10.
  • an uneven portion 21 for x-axis rotation, an uneven portion 21 for y-axis rotation, an uneven portion 21 for z-axis rotation, and a plurality of uneven portions for each direction are appropriately provided.
  • the rotation driving units other than the rotation driving unit meshing with the concavo-convex part may appropriately adopt the configuration shown in the rotation driving bodies 14 and 15.
  • the length, the mounting angle, and the mounting position of the support member 16 are not limited to the above-described embodiment, and may be different depending on the function and application of the actuated body M.
  • a driven member having a spherical surface with irregularities;
  • a rotation drive unit that rotates the driven member in contact with the spherical surface of the driven member;
  • a support member fixed to the driven member and supporting the actuated body;
  • Comprising A multidirectional drive device in which at least one of a position and an orientation of the actuated body is adjusted by rotating the driven member.
  • Appendix 2 The multi-directional drive device according to appendix 1, wherein the support member has a first end connected to the driven member and a second end connected to the actuated body.
  • the rotation drive unit includes a plurality of rotation drive units that rotate the driven member in different directions.
  • Appendix 4 The multi-directional drive device according to appendix 3, wherein the plurality of rotation drive units include rotation drive bodies that rotate around three rotation axes that intersect each other.
  • Appendix 6 The multidirectional drive device according to appendix 4 or 5, wherein the three rotation axes are an x-axis, a y-axis, and a z-axis.
  • the rotation drive unit includes first to third rotation drive units,
  • the first rotation driving unit is disposed inside the holder, contacts the spherical surface of the driven member, rotates the driven member around the first axis
  • the second rotation driving unit is disposed inside the driven member, contacts the spherical surface of the holder, rotates the driven member around a second axis intersecting the first axis, 3.
  • the multidirectional drive device according to claim 1, wherein the third rotation drive unit rotates the holder to rotate the driven member around a third axis intersecting the first and second axes.
  • the spherical surface of the driven member has a three-dimensional structure that coincides with a locus obtained by rotating a spur gear whose tip does not exceed the pitch circle around an axis parallel to the two axes,
  • the spherical surface of the driven member has a recess having a ring shape, and a protrusion provided in parallel with the recess and having a ring shape,
  • the multidirectional drive device according to claim 9, wherein a spherical surface of the driven member meshes with the first rotation drive unit.
  • the spherical surface of the holder has a three-dimensional structure that coincides with a trajectory obtained by rotating an internal gear whose tip does not exceed the pitch circle around an axis parallel to the first axis,
  • the spherical surface of the holder includes a recess having a ring shape, and a protrusion provided in parallel with the recess and having a ring shape,
  • the multidirectional drive device according to appendix 9 or 10, wherein a spherical surface of the holder is engaged with the second rotation drive unit.
  • An automatic camera comprising: a camera that is the supported member.
  • Embodiments of the present invention relate to a multidirectional drive device that can adjust the position and / or orientation of an actuated body such as a camera or robot arm installed at the tip of a support member with a plurality of degrees of freedom by a simple method.
  • an actuated body such as a camera or robot arm installed at the tip of a support member with a plurality of degrees of freedom by a simple method.

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Abstract

多方向駆動装置(100)は、凹凸(2)を有する球面(3)を備えた従動部材(1)と、前記従動部材(1)の球面(3)に接触して前記従動部材(1)を回転させる回転駆動部(4)と、前記従動部材(1)に固定され、被作動体(M)を支持する支持部材(7)と、を具備する。前記従動部材(1)が回転することにより、前記被作動体(M)の位置および向きの少なくとも一方が調整される。

Description

多方向駆動装置及び自動カメラ
　本発明は、支持部材の先端に設置したカメラ、ロボットアーム等の被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる多方向駆動装置及び自動カメラに関する。
　カメラ、ロボットアーム等の被作動体を被駆動体となるＸＹステージにより回転制御する技術が知られている。
　例えば、特許文献１に示される多方向駆動装置は、被駆動体と、第１駆動力伝達部と、第２駆動力伝達部と、を具備する。被駆動体は、ＸＹステージを有する。第１駆動力伝達部は、被駆動体の表面に接触して被駆動体を第１の方向に駆動する。第２駆動力伝達部は、被駆動体の他の部分に接触して被駆動体を第１の方向とは異なる第２の方向に駆動する。
　上記多方向駆動装置では、被駆動体と第１駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互に変位可能となっている。また、被駆動体と第２駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互に変位可能となっている。これにより被駆動体に設置される被作動体の角度を自在に調整できる。
日本国特開２０１１－１９６４８７号公報
　特許文献１に示される多方向駆動装置では、被駆動体と第１、第２駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互に変位する。この多方向駆動装置は、全体としてはＸＹステージ上にて被駆動体を第１方向または第２方向に移動可能とする。
　このため、特許文献１に示される多方向駆動装置では、例えば、第１方向または第２方向に直交する第３方向（ｚ軸方向）に回転または移動させることはできない。仮に第３方向に変位させるためには、新たな機構を付加する必要があり、構成が複雑化するという問題があった。
　一方、特許文献１とは異なる技術として図９に示されるジンバル機構９０が提供されている。
　このジンバル機構９０は、外枠９１内にｚ軸を中心として回転自在に内枠９２を設け、内枠９２内にｙ軸を中心として回転自在にカメラ支持部材９３を設け、カメラ支持部材９３内にｘ軸方向を中心として回転自在な被作動体（図示略）を設けた構成である。
　しかしながら、このようなジンバル機構９０では、可動角が小さく、被作動体となるカメラで確認できる視野が狭く限られるとともに、全体の機構が大きくなり過ぎ重量も増すという問題があった。
　この発明は、上記の事情に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、簡易な構成の駆動機構により被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することが可能な多方向駆動装置及び自動カメラを提供することである。
　本発明の実施態様に係る多方向駆動装置は、凹凸を有する球面を備えた従動部材と、前記従動部材の球面に接触して前記従動部材を回転させる回転駆動部と、前記従動部材に固定され、被作動体を支持する支持部材と、を具備する。前記従動部材が回転することにより、前記被作動体の位置および向きの少なくとも一方が調整される。
　本発明の実施形態によれば、被作動体の位置およびまたは向きを調整することが可能となる。
本発明の実施形態に係る多方向駆動装置の斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る多方向駆動装置の斜視図である。 図２に示す多方向駆動装置をＩＩＩ方向から見た断面図である。 図３Ａに示す歯車の噛み合い部の拡大図である。 図２に示す多方向駆動装置のＩＶ方向から見た断面図である。 図４Ｂに示す歯車の噛み合い部分の拡大図である。 図２に示す多方向駆動装置の従動部材を矢印Ａ方向に回転させた状態を示す斜視図である。 図２に示す多方向駆動装置の従動部材を矢印Ｂ方向に回転させた状態を示す斜視図である。 図２に示す多方向駆動装置の従動部材を矢印Ｃ方向に回転させた状態を示す斜視図である。 図２に示す多方向駆動装置の回転駆動部として用いられる遊星歯車機構を示す平面図である。 一般的なジンバル機構を示す斜視図である。
（実施形態）
　本発明の実施形態に係る多方向駆動装置１００について図１を参照して説明する。
　図１は、回転自在な従動部材１を示す。従動部材１は、凹凸部２を有する球面３を備えている。
　この従動部材１の周囲には、従動部材１の凹凸部２に接触して従動部材１に回転力を発生させる回転駆動部４～６が設けられている。この実施形態において、回転駆動部４～６の数は複数であり、回転駆動部４～６は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれを中心に回転する。
　これら回転駆動部４～６は、互いに異なる方向（図示例では互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向）に向けられた回転軸４Ａ～６Ａを中心に従動部材１を回転させる回転駆動体４Ｂ～６Ｂ（例えば、歯車）を有する。
　具体的には、回転駆動部４は、回転軸４Ａと、回転駆動体４Ｂと、駆動モータ４Ｃとを具備する。回転軸４Ａは、ｘ軸に沿って延びる。回転駆動体４Ｂは、回転軸４Ａを中心に従動部材１を回転させる。駆動モータ４Ｃは、回転駆動体４Ｂを駆動させる。
　回転駆動部５は、回転軸５Ａと、回転駆動体５Ｂと、駆動モータ５Ｃとを具備する。回転軸５Ａは、ｙ軸に沿って延びる。回転駆動体５Ｂは、回転軸５Ａを中心に従動部材１を回転させる。駆動モータ５Ｃは、回転駆動体５Ｂを駆動する。
　回転駆動部６は、回転軸６Ａと、回転駆動体６Ｂと、駆動モータ６Ｃとを具備する。回転軸６Ａは、ｚ軸に沿って延びる。回転駆動体６Ｂは、回転軸６Ａを中心に従動部材１を回転させる。駆動モータ６Ｃは、回転駆動体６Ｂを駆動する。
　これら回転駆動部４～６により回転させられる従動部材１には支持部材７が連結されて、従動部材１と支持部材７とが一体に回転する。
　この実施形態における支持部材７は、従動部材１に連結される一端部（第１端部、第１端）と、カメラ、ロボットアーム等の被作動体Ｍが連結される他端部（第２端部、第２端）とを有する。図１に示す例においては、被作動体Ｍがカメラである。回転駆動部４～６により従動部材１が回転駆動された場合に、従動部材１に追従して、回転軸４Ａ～６Ａ周りに支持部材７の他端部に連結された被作動体Ｍを動作させることができる。
　これにより、回転駆動部４～６の回転軸４Ａ～６Ａを中心に、三次元空間内にてカメラ、ロボットアームなどの被作動体Ｍの位置およびまたは向きを自由に調整することが可能となる。
　以上詳細に説明したように、本実施形態に示される多方向駆動装置１００は、従動部材１の凹凸部２に接触して従動部材１に回転力を発生させる複数の回転駆動部４～６を具備する。多方向駆動装置１００は、これら回転駆動部４～６により、互いに異なる方向（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に向けられた回転軸４Ａ～６Ａを中心に従動部材１を回転させる。
　そして、これら各回転駆動部４～６を個別に駆動することにより、従動部材１の一端部に連結された支持部材７の先端の被作動体Ｍの位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することが可能となる。
　すなわち、本実施形態に示される多方向駆動装置１００では、互いに異なる方向の回転軸４Ａ～６Ａを中心として、球面状の従動部材１を回転させる複数の回転駆動部４～６を設けた簡易な構成により、従動部材１から外方に延びる支持部材７の先端の被作動体Ｍの位置およびまたは向きを、三次元空間内にて複数の自由度で調整することが可能となる。
　上述した複数の回転駆動部４～６は、互いに交差する方向に向けられたｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなる三つの回転軸４Ａ～６Ａを中心に回転する回転駆動体４Ｂ～６Ｂを有する。これらｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに直交する方向に向けられることが好ましい。
　また、従動部材１の球面３上に形成された凹凸部２の凸部２Ａは、正面視格子状を有しかつ互いに交差または直交する方向に沿って互いに間隔をおいて設けられ、回転駆動部４～６の回転駆動体が、従動部材１に噛合して従動部材１に回転力を発生させることが好ましい。
＜第一の実施形態＞
　本発明の第一の実施形態に係る多方向駆動装置１０１について、図２～図７を参照して説明する。
　図２は、全体として球状を有する従動部材１０を有する。従動部材１０は、ホルダー１１の凹状球面１２内に回転自在に配置されている。凹状球面１２は窪みが設けられた球面である。
　従動部材１０の周囲には、従動部材１０に回転力を発生させる複数の回転駆動部１３～１５が設けられている。
　これら回転駆動部１３～１５は、互いに異なる方向（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に向けられた回転軸１３Ａ～１５Ａを中心に従動部材１０を回転させる回転駆動体１３Ｂ～１５Ｂを有する。これらｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに交差するまたは直交する方向に向けられている。回転駆動体１３Ｂ～１５Ｂはそれぞれ回転軸１３Ａ～１５Ａ周りに回転することにより、従動部材１０を回転させる。
　具体的には、回転駆動部１３は、図３Ａおよび３Ｂに示されるように、ホルダー１１の内部（図３Ａでは下部）に配置される。回転駆動体１３Ｂは、一対の歯車２２と駆動歯車２３とを有する。従動部材１０の球面２０には、突起と窪みを有する凹凸部２１が設けられている。一対の歯車２２は、凹凸部２１に噛合しかつ回転軸１３Ａを中心として回転する。回転軸１３Ａは、ｘ軸に沿って延びている。駆動歯車２３は、歯車２２に噛合して歯車２２を回転駆動する。
　従動部材１０の凹凸部２１は、ホルダー１１の凹凸部に滑らかに接触する歯形を有する。従動部材１０は、ピッチ円より先が無い歯車をｙ軸中心に回転させた立体構造をしている。すなわち、従動部材１０の球面２０は、先端がピッチ円を超えない平歯車をｙ軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有する。言い換えると、従動部材１０は、歯の先端がピッチ円に沿った形状を有する歯車の外形に沿ったｙ軸を含む平面上の輪郭をｙ軸周りに回転させることにより得られる軌跡に沿った外周面を有する。従動部材１０は、従動部材１０と噛合する回転駆動体１３Ｂの歯車２２によってｘ軸回りの矢印Ａ方向（図２、図３Ａおよび図３Ｂ参照）に回転駆動される。歯車２２を駆動する駆動歯車２３は、図２に示されるように駆動源となる駆動モータ２４に接続されている。すなわちこの実施形態における凹凸部２１は、前記球面２０の一つの軸（ｙ軸）を中心とする複数の同心円状の突条（若しくは溝）をその一つの軸の方向に沿って回転駆動部１３、１４の歯車２２のピッチに応じた相互間隔で設けた構成を有する。
　以上のような構成により、駆動モータ２４により駆動歯車２３が駆動されて、駆動歯車２３とともに従動歯車２２が回転駆動された場合に、ホルダー１１内の従動部材１０が矢印Ａ方向（図２、図３Ａおよび図３Ｂ参照）に回転される。
　回転駆動部１４は、図４Ａおよび４Ｂに示されるように、球状の従動部材１０の内部に配置される。回転駆動体１４Ｂは、一対の歯車３１と駆動歯車３２とを有する。一対の歯車３１は、ホルダー１１の凹状球面１２内に形成された凹凸部３０に噛合しかつ回転軸１４Ａを中心として回転する。回転軸１４Ａは、ｙ軸に沿って延びる。駆動歯車３１の回転軸１４Ａは、従動部材１０に対して固定されていない。図４Ａおよび４Ｂに示すように、従動部材１０は、２つの歯車３１の歯を外部に突出させるための２つの貫通孔を有している（貫通孔は図２等においては略している）。矢印Ｂ方向における貫通孔の長さは、例えば、凹凸部３０を構成する３つの窪みと２つの突起を繋ぐ長さと同じであってもよい。駆動歯車３２は、歯車３１に噛合して歯車３１を回転駆動する。
　ホルダー１１の凹状球面１２内に形成された凹凸部３０は、歯のピッチ円弧上でカットした内歯車をｘ軸中心に回転させた立体構造をしている。すなわち、ホルダー１１の球面１２は、先端がピッチ円を超えない内歯車を第ｘ軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有する。言い換えると、ホルダー１１は、歯の先端がピッチ円に沿った形状を有する内歯車の外径に沿ったｘ軸を含む平面上の輪郭をｘ軸周りに回転させることにより得られる軌跡に沿った形状を有する。歯車３１はホルダー１１に噛合している。よって、歯車３１は、歯車３２の回転に伴って、ホルダー１１に対してｙ軸回りの矢印Ｂ方向（図２、図４Ａおよび図４Ｂ参照）に回転する。駆動歯車３１の回転軸１４Ａは、従動部材１０の内部に固定されている。よって、回転駆動体１４Ｂの歯車３１の回転に伴って、従動部材１０は、ホルダー１１に対して、ｙ軸回りの矢印Ｂ方向（図２、図４Ａおよび図４Ｂ参照）に回転する。歯車３１を駆動する駆動歯車３２は駆動源となる駆動モータ（図示略）に接続されている。
　以上のような構成により、駆動モータにより駆動歯車３２が駆動されて、駆動歯車３２とともに従動歯車３１が回転駆動された場合に、ホルダー１１内の従動部材１０が矢印Ｂ方向（図２～図４Ｂ参照）に回転される。
　回転駆動部１５は、図２に示されるように、ホルダー１１の下方に配置される。回転駆動部１５は、一対の歯車４０と駆動歯車４１とを有する。一対の歯車４０は、回転軸１５Ａを中心として回転する。回転軸１５Ａは、ｚ軸に沿っている。回転軸１５Ａは、ホルダー１１の下面に固定されている。よって、回転軸１５Ａが矢印Ｃ方向（図２～図４Ｂ参照）に回転することに伴い、ホルダー１１が矢印Ｃ方向に回転する。駆動歯車４１は、歯車４０に噛合して歯車４０を回転駆動する。駆動歯車４１には、動力源となる駆動モータ（図示略）が接続されている。
　以上のような構成により、駆動モータ（図示略）により駆動歯車４１とともに歯車４０が駆動された場合に、ホルダー１１内の従動部材１０が、ホルダー１１とともに矢印Ｃ方向（図２～図４Ｂ参照）に回転される。
　従動部材１０には図５～図７に示されるように支持部材１６が連結されている。
　この支持部材１６は、従動部材１０に連結される一端部と、カメラ、ロボットアーム等の被作動体Ｍが連結される他端部とを有する。回転駆動部１３～１５により従動部材１０が回転駆動された場合、従動部材１０に追従して、回転軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を中心として支持部材１６の他端部に連結された被作動体Ｍを動作させる。
　この支持部材１６が配置される従動部材１０の取付け箇所は、ホルダー１１の一部を切り欠くことにより従動部材１０の表面が露出した部分（符号１１Ａで示し、以下、切欠部１１Ａと称する）である。このホルダー１１の切欠部１１Ａを通じて支持部材１６の先端の被作動体Ｍが動作される。
　上記多方向駆動装置１０１では、回転駆動部１３により回転駆動体１３Ｂがｘ軸を中心として駆動される。すなわち、回転駆動部１３により回転駆動体１３Ｂがｘ軸周りに駆動される。この場合には、回転駆動体１３Ｂに噛合された従動部材１０が矢印Ａ方向に回転駆動される。これに連動して従動部材１０に連結された被作動体Ｍも同じく矢印Ａ方向に回転駆動される（図５参照）。ここで、矢印Ａ方向に回転した後の回転駆動部１４の軸線をｙ´で示す。
　回転駆動部１４により回転駆動体１４Ｂがｙ軸を中心として駆動される。すなわち、回転駆動部１４により回転駆動体１４Ｂがｙ軸周りに駆動される。この場合には、回転駆動体１４Ｂに噛合された従動部材１０が矢印Ｂ方向に回転駆動される。これに連動して従動部材１０に連結された被作動体Ｍも同じく矢印Ｂ方向に回転駆動される（図６参照）。
　回転駆動部１５により回転駆動体１５Ｂがｚ軸を中心として駆動される。すなわち、回転駆動部１５により回転駆動体１５Ｂがｚ軸周りに駆動される。この場合には、回転駆動体１５Ｂに噛合されたホルダー１１が矢印Ｃ方向に回転駆動され、これに連動してホルダー１１内の従動部材１０に連結された被作動体Ｍも同じく矢印Ｃ方向に回転駆動される（図７参照）。
　以上のように回転駆動部１３～１５によって従動部材１０がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心に個別に回転駆動されることによって、従動部材１０に連結された被作動体Ｍの位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる。
　以上詳細に説明したように本実施形態に係る多方向駆動装置１０１によれば、従動部材１０の凹凸部２１、ホルダー１１の凹凸部３０、ホルダー１１の下面に接触して従動部材１０に回転力を発生させる複数の回転駆動部１３～１５を具備する。これら回転駆動部１３～１５により、互いに異なる方向に向けられた回転軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を中心に従動部材１０を回転させる。
　これら各回転駆動部１３～１５を個別に駆動することにより、従動部材１０に一端部が連結された支持部材１６の先端の被作動体Ｍの位置およびまたは向きを、複数の自由度で調整することが可能となる。
　すなわち、本実施形態に係る多方向駆動装置１０１は、互いに異なる方向の回転軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を中心として、球面状の従動部材１０を回転させる複数の回転駆動部１３～１５を有する。この簡易な構成により、従動部材１０から外方に延びる支持部材１６の先端の被作動体Ｍの位置およびまたは向きを、三次元空間内にて複数の自由度で調整することが可能となる。被作動体Ｍがカメラであり、そのカメラをその光軸をｙ軸と一致させて設けた場合、カメラの撮影方向をｘ軸、ｚ軸を中心とする２自由度で操作するとともに、ｙ軸を中心とした回転によって画像の向き（天地）を自在に調整することができる。
　上述した複数の回転駆動部１３～１５は、互いに交差する方向に向けられたｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなる三つの回転軸１３Ａ～１５Ａを中心に回転する回転駆動体１３Ｂ～１５Ｂを有する。これらｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに直交する方向に向けられることが好ましい。
　上記においては、ｚ軸を中心として従動部材１０を回転駆動する回転駆動部１５を、駆動歯車４１と従動歯車４０により構成する場合について説明した。しかし、ｚ軸を中心として従動部材１０を回転駆動する構成は、上記の例に限定されない。例えば、ｚ軸を中心として従動部材１０を回転駆動する構成として図８に示す構成を採用してもよい。図８に示す構成においては、回転駆動部として、遊星歯車機構５０を用いている。遊星歯車機構５０は、駆動歯車４１と従動歯車４０´と複数の遊星歯車４２とを有する。駆動歯車４１にはｚ軸周りの回転力が加えられる。従動歯車４０´は、ホルダー１１の筒状体の内周面に設けられ、リング形状を有する。遊星歯車４２は、従動歯車４０´と駆動歯車４１との間に介在する。
　本発明の実施形態では、従動部材１０の球面２０に形成された凹凸部２１に噛合して従動部材１０を駆動する回転駆動体１３を含む、３個の回転駆動体１３～１５を有する構成を用いている。
　図２～図７に示される実施形態では、回転駆動体１３のみが従動部材１０の球面２０の全面に形成された凹凸部２１に噛合している。しかし、このような実施形態に限定されない。別の実施形態においては、例えば、ｘ軸回転用の凹凸部２１、ｙ軸回転用の凹凸部２１、ｚ軸回転用の凹凸部２１というように方向別に複数の凹凸部を適宜設け、これらの凹凸部に噛合する回転駆動部を設けても良い。
　その際、凹凸部に噛合する回転駆動部以外の回転駆動部は、回転駆動体１４、１５に示される構成を適宜採用しても良い。また支持部材１６の長さ、取り付け角度、取り付け位置は上記の実施形態に限定されず、被作動体Ｍの機能、用途に応じて異なる態様としても良い。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
　凹凸を有する球面を備えた従動部材と、
　前記従動部材の球面に接触して前記従動部材を回転させる回転駆動部と、
　前記従動部材に固定され、被作動体を支持する支持部材と、
　を具備し、
　前記従動部材が回転することにより、前記被作動体の位置および向きの少なくとも一方が調整される多方向駆動装置。
（付記２）
　前記支持部材は、前記従動部材に連結された第１端部と、前記被作動体に連結された第２端部とを有する付記１に記載の多方向駆動装置。
（付記３）
　前記回転駆動部は、それぞれが互いに異なる向きに前記従動部材を回転させる複数の回転駆動部を含み、
　前記従動部材が回転することにより、前記被作動体の位置および向きが調整される付記１または２に記載の多方向駆動装置。
（付記４）
　前記複数の回転駆動部は、互いに交差する三つの回転軸周りに回転する回転駆動体を有する付記３に記載の多方向駆動装置。
（付記５）
　前記三つの回転軸は互いに直交する付記４に記載の多方向駆動装置。
（付記６）
　前記三つの回転軸は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸である付記４または５に記載の多方向駆動装置。
（付記７）
　前記従動部材の球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを含む付記１～６のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
（付記８）
　前記回転駆動部は歯車を含む付記１または２に記載の多方向駆動装置。
（付記９）
　前記従動部材を回転自在に支持し、凹凸を有する球面を有するホルダーをさらに具備し、
　前記回転駆動部は、第１から第３の回転駆動部を含み、
　前記第１の回転駆動部は、前記ホルダーの内部に配置され、前記従動部材の球面に接触して前記従動部材を第１軸周りに回転させ、
　前記第２の回転駆動部は、前記従動部材の内部に配置され、前記ホルダーの球面に接触して前記従動部材を前記第１軸と交差する第２軸周りに回転させ、
　前記第３の回転駆動部は、前記ホルダーを回転させて前記従動部材を前記第１および第２軸と交差する第３軸周りに回転させる
　付記１または２に記載の多方向駆動装置。
（付記１０）
　前記従動部材の球面は、先端がピッチ円を超えない平歯車を前記２軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有し、
　前記従動部材の球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを有し、
　前記従動部材の球面は、前記第１の回転駆動部と噛合している
　付記９に記載の多方向駆動装置。
（付記１１）
　前記ホルダーの球面は、先端がピッチ円を超えない内歯車を前記第１軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有し、
　前記ホルダーの球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを有し、
　前記ホルダーの球面は、前記第２の回転駆動部と噛合している
　付記９または１０に記載の多方向駆動装置。
（付記１２）
　前記第３の回転駆動部は、回転力を加える駆動歯車と、前記ホルダーに一体に固定されて前記駆動歯車との噛合により前記ホルダーを回転させる従動歯車とを有する付記９から１１のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
（付記１３）
　前記第３の回転駆動部は、遊星歯車機構により構成されている付記９から１１のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
（付記１４）
　付記１から１３のいずれか１項に記載の多方向駆動装置と、
　前記被支持部材であるカメラと
　を具備する自動カメラ。
　この出願は、２０１５年９月３０日に出願された日本国特願２０１５－１９２９７６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明の実施形態は、簡易な方式により、支持部材の先端に設置したカメラ、ロボットアーム等の被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる多方向駆動装置に関する。
　１　従動部材
　２　凹凸部
　３　球面
　４　回転駆動部
　４Ａ　回転軸
　４Ｂ　回転駆動体
　５　回転駆動部
　５Ａ　回転軸
　５Ｂ　回転駆動体
　６　回転駆動部
　６Ａ　回転軸
　６Ｂ　回転駆動体
　７　支持部材
　１０　従動部材
　１１　ホルダー
　１２　凹状球面
　１３　回転駆動部
　１３Ａ　回転軸
　１３Ｂ　回転駆動体
　１４　回転駆動部
　１４Ａ　回転軸
　１４Ｂ　回転駆動体
　１５　回転駆動部
　１５Ａ　回転軸
　１５Ｂ　回転駆動体
　１６　支持部材
　２０　球面
　２１　凹凸部
　２２　歯車
　２３　駆動歯車
　３０　凹凸部
　３１　歯車
　３２　駆動歯車
　４０　歯車
　４１　駆動歯車
　５０　遊星歯車機構
　１００　多方向駆動装置
　１０１　多方向駆動装置
　Ｍ　被作動体

Claims (14)

  1. 　凹凸を有する球面を備えた従動部材と、
    　前記従動部材の球面に接触して前記従動部材を回転させる回転駆動部と、
    　前記従動部材に固定され、被作動体を支持する支持部材と、
    　を具備し、
    　前記従動部材が回転することにより、前記被作動体の位置および向きの少なくとも一方が調整される多方向駆動装置。
  2. 　前記支持部材は、前記従動部材に連結された第１端部と、前記被作動体に連結された第２端部とを有する請求項１に記載の多方向駆動装置。
  3. 　前記回転駆動部は、それぞれが互いに異なる向きに前記従動部材を回転させる複数の回転駆動部を含み、
    　前記従動部材が回転することにより、前記被作動体の位置および向きが調整される請求項１または２に記載の多方向駆動装置。
  4. 　前記複数の回転駆動部は、互いに交差する三つの回転軸周りに回転する回転駆動体を有する請求項３に記載の多方向駆動装置。
  5. 　前記三つの回転軸は互いに直交する請求項４に記載の多方向駆動装置。
  6. 　前記三つの回転軸は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸である請求項４または５に記載の多方向駆動装置。
  7. 　前記従動部材の球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを含む請求項１～６のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
  8. 　前記回転駆動部は歯車を含む請求項１または２に記載の多方向駆動装置。
  9. 　前記従動部材を回転自在に支持し、凹凸を有する球面を有するホルダーをさらに具備し、
    　前記回転駆動部は、第１から第３の回転駆動部を含み、
    　前記第１の回転駆動部は、前記ホルダーの内部に配置され、前記従動部材の球面に接触して前記従動部材を第１軸周りに回転させ、
    　前記第２の回転駆動部は、前記従動部材の内部に配置され、前記ホルダーの球面に接触して前記従動部材を前記第１軸と交差する第２軸周りに回転させ、
    　前記第３の回転駆動部は、前記ホルダーを回転させて前記従動部材を前記第１および第２軸と交差する第３軸周りに回転させる
    　請求項１または２に記載の多方向駆動装置。
  10. 　前記従動部材の球面は、先端がピッチ円を超えない平歯車を前記２軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有し、
    　前記従動部材の球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを有し、
    　前記従動部材の球面は、前記第１の回転駆動部と噛合している
    　請求項９に記載の多方向駆動装置。
  11. 　前記ホルダーの球面は、先端がピッチ円を超えない内歯車を前記第１軸に平行な軸周りに回転させることにより得られる軌跡と一致する立体構造を有し、
    　前記ホルダーの球面は、リング形状を有する窪みと、前記窪みと平行に設けられかつリング形状を有する突起とを有し、
    　前記ホルダーの球面は、前記第２の回転駆動部と噛合している
    　請求項９または１０に記載の多方向駆動装置。
  12. 　前記第３の回転駆動部は、回転力を加える駆動歯車と、前記ホルダーに一体に固定されて前記駆動歯車との噛合により前記ホルダーを回転させる従動歯車とを有する請求項９から１１のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
  13. 　前記第３の回転駆動部は、遊星歯車機構により構成されている請求項９から１１のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
  14. 　請求項１から１３のいずれか１項に記載の多方向駆動装置と、
    　前記被支持部材であるカメラと
    　を具備する自動カメラ。
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