JP2011085849A - モニタ用カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベル等の可動部に取り付けた状態においても過剰な摩耗や、損傷を防止することができるモニタ用カメラを提供する。
【解決手段】本発明は、作業機械の可動部(4)に取り付けられ、作業機械(2)による作業部(6a)をモニタするモニタ用カメラ(1)であって、可動部に取り付けられるカメラフレーム(12)と、撮像素子(20)及び撮像用レンズ(22)を備えたカメラ本体(16)と、このカメラ本体をカメラフレームに対して免振支持する免振支持機構(18)と、カメラフレームに対するカメラ本体の動きを検出するセンサ(26x,26y)と、カメラ本体をカメラフレームに対して移動させるカメラ本体アクチュエータ(24x,24y)と、センサの検出信号に基づいて、カメラ本体が可動部に対して所定の角度に維持されるようにカメラ本体アクチュエータを制御する制御部(30)と、を有することを特徴としている。
【選択図】図３

Description

本発明はモニタ用カメラに関し、特に、作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラに関する。

特開平１０−２３２４３１号公報（特許文献１）には、遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置が記載されている。ここに記載されている遠隔操縦機械のカメラは、油圧ショベルの上部旋回体の上に雲台を介して取り付けられている。油圧ショベルのブーム、アーム、及びバケットの相対的な回転角は、センサにより検出され、この検出データに基づいてカメラを向けるべき方向が演算される。この演算結果に基づいて雲台が駆動され、カメラは、バケットによる掘削位置等に向けられる。

特開平１０−２３２４３１号公報

しかしながら、特開平１０−２３２４３１号公報（特許文献１）記載のカメラ方向制御装置においては、カメラを取り付けた雲台を駆動するために、ブームやアーム等の角度を検出して演算を行う必要があるので、制御装置が複雑になると言う問題がある。さらに、カメラを向けるべき方向は、ブームやアームの長さ等に依存するため、油圧ショベルの機種ごとに専用のカメラ方向制御装置を設計しなければならないという問題がある。

この問題を回避するために、カメラを、油圧ショベルのブームやアーム等の可動部に取り付けることが考えられる。この場合には、カメラはブームやアーム等と共に移動されるので、カメラを向ける方向を複雑に制御することなく、バケットによる掘削位置等の作業部をカメラの視野に収めることができる。

しかしながら、油圧ショベルのブームやアーム等の可動部にカメラを取り付けると、カメラに強い機械的な振動が加わるため、カメラに異常な摩耗が発生したり、カメラが破損される等、カメラの耐用年数が短くなるという問題がある。

従って、本発明は、油圧ショベル等の作業機械の可動部に取り付けた状態においても異常な摩耗や、損傷を防止することができるモニタ用カメラを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラであって、可動部に取り付けられるカメラフレームと、撮像素子及び撮像用レンズを備えたカメラ本体と、このカメラ本体をカメラフレームに対して免振支持する免振支持機構と、カメラフレームに対するカメラ本体の動きを検出するセンサと、カメラ本体をカメラフレームに対して移動させるカメラ本体アクチュエータと、センサの検出信号に基づいて、カメラ本体が前記可動部に対して所定の角度に維持されるようにカメラ本体アクチュエータを制御する制御部と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、カメラフレームが作業機械の可動部に取り付けられる。カメラ本体は、免振支持機構によってカメラフレームに対して免振支持される。センサは、カメラフレームに対するカメラ本体の動きを検出する。制御部は、センサの検出信号に基づいて、カメラ本体アクチュエータを制御して、カメラ本体をカメラフレームおよび、前記可動部に対して所定の角度に維持する。

このように構成された本発明によれば、カメラ本体が免振支持機構によって作業機械の可動部に免振支持されているので、作業機械からの振動を低減し、モニタ用カメラの耐用年数を長くすることができる。さらに、カメラ本体が免振支持機構により支持されているので、カメラ本体はカメラフレームに対して振動するが、カメラ本体はカメラ本体アクチュエータにより、前記可動部に対して所定の角度に維持され、撮像素子上に形成される画像の振れが抑制される。

本発明において、好ましくは、カメラ本体アクチュエータは、カメラ本体の重心から所定距離離れた作用線上の推力を発生するように配置されている。
このように構成された本発明によれば、単一のカメラ本体アクチュエータによって、カメラ本体の重心を中心とする回転モーメントを発生させることができるので、簡単な機構でカメラ本体を所定の角度に維持することができる。

本発明において、好ましくは、カメラ本体アクチュエータは、力の作用線がほぼ同一平面上に位置するように複数備えられ、互いに反対方向の推力を発生するように配置されている。

このように構成された本発明によれば、カメラ本体アクチュエータがほぼ同一平面上で反対方向の推力を発生するので、カメラ本体の重心位置に関わりなく、カメラ本体を回動させることができる。また、複数のカメラ本体アクチュエータによりカメラ本体を直接的に回動させているので、カメラ本体アクチュエータの推力により、カメラ本体の平行移動が誘発されるのを防止することができる。

本発明において、好ましくは、センサは、カメラフレームに対するカメラ本体の位置を検出する複数の変位センサから構成されている。
このように構成された本発明によれば、カメラフレームに対するカメラ本体の動きを正確に検出することができる。

本発明のモニタ用カメラによれば、油圧ショベル等の作業機械の可動部に取り付けた状態においても過剰な摩耗や、損傷を防止することができる。

本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラを油圧ショベルに取り付けた状態を示す図である。 本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラの斜視図である。 モニタ用カメラのカメラ本体を支持する支持機構を示す斜視図である。 カメラ本体の支持機構をモデル化した図である。 ボイスコイルモータが発生する力のモーメントの説明図である。 カメラ本体の構成を示す斜視図である。 制御部における信号処理を模式的に示すブロック図である。 制御部に内蔵されている演算回路の入出力特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態のモニタ用カメラを取り付けた高所解体作業機を示す図である。 制御部における信号処理を模式的に示すブロック図である。 制御部に内蔵されている演算回路の入出力特性を示すグラフである。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図１乃至図８を参照して、本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラを説明する。図１は、本実施形態によるモニタ用カメラを作業機械である油圧ショベルに取り付けた状態を示す図である。本実施形態によるモニタ用カメラを適用可能な作業機械としては、油圧ショベルの他、高所解体作業機、掘削機等のように、ブーム、アーム等の可動部の移動に応じて、監視すべき作業部が移動する作業機械を挙げることができる。

図１に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１は、油圧ショベル２の可動部であるブーム４に取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。モニタ用カメラ１は、作業部６ａであるバケット６付近の画像を動画として撮像するように構成されている。モニタ用カメラ１によって撮像された画像は、油圧ショベル２の操作室８内に配置された表示装置１０にリアルタイムで表示される。油圧ショベル２の操作者は、表示装置１０に表示される映像を参照しながら、ブーム４の移動や、アーム５、バケット６の操作を行うことができる。

次に、図２乃至図６を参照して、本実施形態のモニタ用カメラ１の構成を説明する。図２は本実施形態によるモニタ用カメラ１の斜視図である。図３はモニタ用カメラ１のカメラ本体を支持する支持機構を示す斜視図である。図４はカメラ本体の支持機構をモデル化した図である。図５はボイスコイルモータが発生する力のモーメントを説明する図である。図６はカメラ本体の構成を示す斜視図である。
図２に示すように、モニタ用カメラ１は、カメラフレームであるカメラ外ケース１２と、このカメラ外ケース１２の上部に取り付けられた固定用ブラケット１４と、を有する。

カメラ外ケース１２は、下方が開放した直方体形状のケースであり、内部にカメラ本体１６が収容され、制御部３０が設けられている（図３）。
固定用ブラケット１４は、ブーム４に固定される固定プレート１４ａと、この固定プレート１４ａの両側から延びるカメラ支持部１４ｂと、を有し、カメラ外ケース１２を位置調節可能に固定するように構成されている。固定プレート１４ａは、油圧ショベル２のブーム４の先端近傍に固定される。また、カメラ支持部１４ｂには、カメラ外ケース１２が軸線Ａ１を中心に回動可能に支持されている。カメラ外ケース１２のカメラ支持部１４ｂに対する角度は、カメラにより撮像される画像の視野内に監視すべき作業部６ａが収まるように調整され、固定される。また、固定用ブラケット１４に対するカメラ外ケース１２の角度を、遠隔操作により調整できるように構成しても良い。

図３に示すように、カメラ本体１６は、免振支持機構である免振部材１８により、カメラ外ケース１２の内部に免震支持されると共に、カメラ本体アクチュエータであるボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙにより、カメラ外ケース１２との間で外力が加えられるように構成されている。

免振部材１８は、粘弾性材料で構成された部材であり、カメラ本体１６の角部とカメラ外ケース１２の内壁面を連結している。カメラ本体１６を粘弾性材料で支持することにより、カメラ本体１６に強い衝撃が作用するのを防止することができる。

ボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙは、カメラ外ケース１２とカメラ本体１６の間に配置され、カメラ外ケース１２に対してカメラ本体１６に外力を作用させるように構成されている。図３に示すように、ボイスコイルモータ２４ｘは、カメラ本体１６の光軸Ａに直交するＸ軸方向の外力を発生させ、ボイスコイルモータ２４ｙは、カメラ本体１６の光軸Ａ及びＸ軸に直交するＹ軸方向の外力を発生させるように配置されている。

図４は、カメラ本体１６の免振部材１８による支持、及びボイスコイルモータ２４ｘによって加えられる外力を力学的なモデルで表した一例である。即ち、免振部材１８による支持は、図４に示すように、カメラ本体１６をバネ及びこれと並列に連結されたダンパーによる支持として近似的にモデル化することができる。このモデルからも明らかなように、カメラ本体１６は、必ずしもカメラ外ケース１２と一体的に振動することはなく、カメラ本体１６はカメラ外ケース１２に対して振動する。また、免振部材１８からカメラ本体１６に作用される支持反力に基づく、カメラ本体１６の重心Ｇ（図４）周りの力のモーメントは、一般には釣り合いがとれていない。このため、カメラ本体１６は、カメラ外ケース１２の振動により、カメラ本体１６の光軸Ａがカメラ外ケース１２に対して傾くように振動される。

免振部材１８による免振特性は、免振部材１８の材質、形状、配置、及びカメラ本体１６の質量等により適宜設定することができる。本実施形態においては、免振部材１８は、主に約５Ｈｚ以上の周波数の振動を遮断するように構成されている。一般に、免振部材による免振特性を向上させると、カメラ本体とカメラ外ケースの間の相対的な振れが大きくなる傾向がある。なお、様々な硬度の免振部材を用意すると共に、その取り付け位置を変更できるように構成しておくことにより、モニタ用カメラ１を取り付ける作業機械の特性等に合わせて、免振部材による免振周波数特性を変更することができる。

また、図４に示すように、ボイスコイルモータ２４ｘは、カメラ外ケース１２とカメラ本体１６の間に配置され、カメラ本体１６にＸ軸方向の推力を作用させるように配置されている。さらに、ボイスコイルモータ２４ｘの推力の作用線は、カメラ本体１６の重心Ｇから十分に離れているので、ボイスコイルモータ２４ｘによる推力は、ＸＺ平面内でカメラ本体１６を、その重心Ｇを中心に回転させる力のモーメントを発生させる。

同様に、ボイスコイルモータ２４ｙ（図４には図示せず）は、カメラ本体１６にＹ軸方向（図４の紙面に垂直な方向）の推力を作用させるように配置されている。また、ボイスコイルモータ２４ｙの推力の作用線は、カメラ本体１６の重心Ｇから十分に離れているので、ボイスコイルモータ２４ｙによる推力は、ＹＺ平面内でカメラ本体１６を、その重心Ｇを中心に回転させるために十分な力のモーメントを発生させる。このため、ボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙの推力により、カメラ本体１６の光軸Ａを何れの方向にも傾けることができる。

なお、図５に示すように、ボイスコイルモータの推力に基づく、カメラ本体１６を重心Ｇを中心に回転させる力のモーメントは、重心Ｇから作用線に下ろした垂線の長さに比例する。従って、図５（ａ）、（ｂ）において、垂線の長さＬが同一であれば、ボイスコイルモータが或る推力を出力した際に発生する力のモーメントは同一になり、ボイスコイルモータがカメラ本体１６を傾ける効果は同じになる。
また、図５（ｃ）に示すように、ボイスコイルモータが２つ設けられた構成においては、ボイスコイルモータ２４ｘ１とボイスコイルモータ２４ｘ２の間の距離がＬであり、各ボイスコイルモータが逆向きの推力Ｆを発生する場合には、回転モーメントＭは次式により計算される。

次に、図６を参照して、カメラ本体１６の構成を説明する。
図６に示すように、カメラ本体１６には、撮像素子２０と、この撮像素子２０に画像を合焦させる撮像用光学系２２が内蔵されている。さらに、カメラ本体１６には、カメラ外ケース１２に対するカメラ本体１６のＸ軸方向の動きを検出するセンサである２つの変位センサ２６ｘと、Ｙ軸方向の動きを検出するセンサである２つの変位センサ２６ｙが取り付けられている。後述するように、これら変位センサ２６ｘ、２６ｙの検出信号は制御部３０に送られ、検出信号に基づいてボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙが制御される。

撮像素子２０は、撮像素子２０上に合焦された画像を電気信号に変換するように構成されている。撮像された画像の電気信号は、操作室８内の表示装置１０に送られ、映像として表示される。
撮像用光学系２２は、カメラ本体１６に入射した光を撮像素子２０上に合焦させるように構成されている。

２つの変位センサ２６ｘは、カメラ外ケース１２に対するカメラ本体１６のＸ軸方向の変位を測定するように構成されている。各変位センサ２６ｘは、カメラ本体１６の上部及び下部に夫々配置されているので、各変位センサ２６ｘの検出値の差により、カメラ本体１６のカメラ外ケース１２に対するＸＺ平面内の傾きを検出することができる。同様に、２つの変位センサ２６ｙは、カメラ本体１６の上部及び下部に夫々配置されているので、各変位センサ２６ｙの検出値の差により、カメラ本体１６のカメラ外ケース１２に対するＹＺ平面内の傾きを検出することができる。各変位センサ２６ｘ、２６ｙにより検出された変位信号は、制御部３０に入力される。

なお、本実施形態においては、変位センサ２６ｘ、２６ｙは、カメラ本体１６に設けられた電極とカメラ外ケース１２側に設けられた電極の間の静電容量の変化に基づいて変位を検出する静電容量式の変位センサである。変位センサとして、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２の一方に設けた磁石の磁界を、他方に設けた磁気センサによって検出する磁気検出式の変位センサを使用することもできる。さらに、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２の一方に磁性体を配置し、他方にはコイルを配置しておき、磁性体とコイルの間の距離が変化することによるコイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス検出式の変位センサ等、任意の変位センサを使用することができる。或いは、カメラ外ケース１２に対するカメラ本体１６の傾きを直接測定する傾きセンサを使用することもできる。

制御部３０は、変位センサ２６ｘ、２６ｙの検出信号に基づいて、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２が平行を維持するようにボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙを制御するように構成されている。制御部３０は、変位センサ２６ｘ、２６ｙから入力された信号に基づいて、ボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙが発生すべき推力を計算する。さらに、制御部３０はボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙに電力を出力して、必要な推力を発生させる。移動されたカメラ本体１６の位置は、変位センサ２６ｘ、２６ｙによって検出され、制御部３０にフィードバックされる。なお、制御部３０は、各種演算回路、フィルター等のアナログ回路によって構成することができる。或いは、制御部３０を、各検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、各種演算を行うマイクロプロセッサ、デジタルデータをアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器等によって構成することもできる。

次に、図７及び図８を参照して、制御部３０によるボイスコイルモータの制御を説明する。図７は制御部３０における信号処理を模式的に示すブロック図である。図８は制御部３０に内蔵されている演算回路の入出力特性を示すグラフである。

図７に示すように、制御部３０は、変位センサ２６ｘ、２６ｙによる検出信号を入力し、ボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙを駆動するように構成されている。まず、２つの変位センサ２６ｘは、夫々、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２との間の距離を検出し、検出信号を出力する。カメラ本体１６の上部に配置された変位センサ２６ｘの検出信号はバッファーアンプ４２ａに入力され、カメラ本体１６の下部に配置された変位センサ２６ｘの検出信号はバッファーアンプ４２ｂに入力される。バッファーアンプ４２ａの出力信号は演算回路４４のマイナス入力端子に入力され、バッファーアンプ４２ｂの出力信号は演算回路４４のプラス入力端子に入力される。

図８に示すように、演算回路４４は、プラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差に応じた電圧が、出力１端子及び出力２端子に出力されるように構成されている。プラス入力端子の入力電圧がマイナス入力端子の入力電圧よりも高い場合には、それらの差に比例したプラスの電圧が出力１端子に出力され、差に比例したマイナスの電圧が出力２端子に出力される。逆に、プラス入力端子の入力電圧がマイナス入力端子の入力電圧よりも低い場合には、それらの差に比例したマイナスの電圧が出力１端子に出力され、差に比例したプラスの電圧が出力２端子に出力される。

また、演算回路４４は、プラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差の絶対値が所定の入力電圧Ｖｉ以上になると、出力１端子及び出力２端子に出力される出力電圧が、所定の出力電圧Ｖｏ又は−Ｖｏの一定値となるように構成されている。

演算回路４４の出力１端子は電力バッファー４６ａに接続され、出力２端子は電力バッファー４６ｂに接続されている。これらの電力バッファー４６ａ、４６ｂの出力端子は、ボイスコイルモータ２４ｘのボイスコイルの両端に接続されている。これにより、出力１端子の電圧がプラス、出力２端子の電圧がマイナスの場合には、電力バッファー４６ａの出力端子からボイスコイルを通って、電力バッファー４６ｂの出力端子へ電流が流れる。逆に、出力１端子の電圧がマイナス、出力２端子の電圧がプラスの場合には、電力バッファー４６ｂの出力端子からボイスコイルを通って、電力バッファー４６ａの出力端子へ電流が流れる。このように、出力１端子、出力２端子の正負が逆転すると、ボイスコイルモータ２４ｘのボイスコイルに流れる電流の方向が逆転し、ボイスコイルモータ２４ｘが発生する推力の方向も逆転する。

図７に示す例では、上側の変位センサ２６ｘが検出した距離が、下側の変位センサ２６ｘが検出した距離よりも長い場合には、演算回路４４のマイナス入力端子に入力される電圧が、プラス入力端子に入力される電圧よりも高くなる。このため、演算回路４４の出力２端子の電圧がプラス、出力１端子の電圧がマイナスとなり、電力バッファー４６ｂから電力バッファー４６ａへ向かうように、ボイスコイルモータ２４ｘのボイスコイルに電流が流れる。この電流により、ボイスコイルモータ２４ｘは、カメラ本体１６の下部を、図７における左方向に引く推力を発生し、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２が平行に近づくようにする。逆に、上側の変位センサ２６ｘが検出した距離が、下側の変位センサ２６ｘが検出した距離よりも短い場合には、演算回路４４の出力２端子の電圧がマイナス、出力１端子の電圧がプラスとなり、電力バッファー４６ａから電力バッファー４６ｂへ電流が流れ、ボイスコイルモータ２４ｘは、カメラ本体１６を図７における右方向に押す推力を発生し、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２が平行に近づくようにする。

なお、ここでは、変位センサ２６ｘ及びボイスコイルモータ２４ｘによる、ＸＺ平面内におけるカメラ本体１６の制御のみを説明したが、ＹＺ平面内におけるカメラ本体１６の制御も、変位センサ２６ｙ及びボイスコイルモータ２４ｙにより同様に実行される。

図１に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１は、油圧ショベル２のブーム４の先端部付近に固定用ブラケット１４により取り付けられ、アーム５先端のバケット６に向けられている。バケット６付近の作業部６ａは、モニタ用カメラ１により撮像され、撮像された画像は操作室８の表示装置１０にリアルタイムで表示される。モニタ用カメラ１はブーム４に固定されているので、ブーム４が回動された場合には、モニタ用カメラ１はブーム４と共に回動され、常に作業部６ａ付近に向けられる。また、ガタ等に起因するブーム４の振動は、免振部材１８によって遮断され、カメラ本体１６への伝導が防止される。これにより、カメラ本体１６における異常な摩耗の発生や、カメラ本体１６の損傷が防止される。

また、カメラ本体１６は、ブーム４に対し、免振部材１８を介して支持されているので、ブーム４の移動に伴って移動されると共に、ブーム４に対して相対的にも移動される。

変位センサ２６ｘ、２６ｙは、カメラ外ケース１２に対するカメラ本体１６の変位を測定する。制御部３０は、変位センサ２６ｘ、２６ｙの検出信号に基づいて、カメラ本体１６がカメラ外ケース１２に対して平行に維持されるように、ボイスコイルモータ２４ｘ、２４ｙを制御する。カメラ外ケース１２は、固定用ブラケット１４により、ブーム４に対して所定の角度に固定されているので、カメラ本体１６は、制御部３０の制御により、ブーム４に対して所定の角度に維持される。

カメラ本体１６の光軸Ａは、ブーム４に対して所定の角度に維持され、カメラ本体１６の光軸Ａを傾ける振動は抑制される。これにより、カメラ本体１６を良好な免振特性を有する免振部材１８によって支持した場合においても、撮像素子２０上に形成される画像の振れは抑制され、振れの少ない画像をモニタすることができる。

本発明の第１実施形態のモニタ用カメラによれば、カメラ本体が免振部材によってカメラ外ケースに支持されているので、カメラ本体に伝達される振動が抑制され、カメラ本体の損傷を防止し、又、カメラ本体の異常な摩耗を防止することができる。さらに、カメラ本体が免振部材により支持されているので、カメラ本体はカメラ外ケースに対して振動するが、カメラ本体はボイスコイルモータによりカメラ外ケースに対して平行に維持されるので、カメラ本体の光軸Ａは、ブームに対して所定の角度に維持され、撮像素子上に形成される画像の振れが抑制される。即ち、カメラ本体を免振部材により支持すると、外部振動の周波数によっては却ってカメラ本体の振動振幅を大きくしてしまう場合があるが、本実施形態のモニタ用カメラによれば、ボイスコイルモータにより撮像素子上に形成される像を安定化させることができる。これにより、カメラ本体の損傷を防止しながら、安定した画像を撮像することができる。

また、本実施形態のモニタ用カメラは、ブームに対して所定の角度に維持されるので、ブームの動きに合わせて作業部をモニタすることができる。
さらに、本実施形態のモニタ用カメラによれば、ボイスコイルモータがカメラ本体の重心から所定距離離れた作用線上の推力を発生するように配置されているので、単一のボイスコイルモータによって、カメラ本体を一平面内で回動させる力のモーメントを発生させることができる。これにより、簡単な機構でカメラ本体を所定の角度に回動させることができる。

また、本実施形態のモニタ用カメラによれば、一平面内に２つの変位センサを配置してカメラ本体の動きを検出しているので、カメラ外ケースに対するカメラ本体の動きを正確に検出することができる。

次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の第２実施形態によるモニタ用カメラを説明する。
本実施形態においては、モニタ用カメラは、高所解体作業機の先端のアームに取り付けられている。また、本実施形態のモニタ用カメラは、カメラ本体を駆動するための構成が、上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。図９は、本発明の第２実施形態のモニタ用カメラを取り付けた高所解体作業機を示す図である。図１０は、制御部における信号処理を模式的に示すブロック図である。図１１は制御部に内蔵されている演算回路の入出力特性を示すグラフである。

図９に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１０１は、高所解体作業機１０２の先端のアーム１０５に取り付けられ、可動部であるアーム１０５の先端に取り付けられている破砕工具１０６付近の作業部１０６ａをリアルタイムでモニタできるように構成されている。モニタ用カメラ１０１で撮像された映像は、操作室１０８に設けられた表示装置（図示せず）に動画として表示されるようになっている。

次に、図１０及び図１１を参照して、本実施形態のモニタ用カメラ１０１に備えられている制御部１３０によるボイスコイルモータの制御を説明する。
図１０に示すように、制御部１３０は、２つの変位センサ２６ｘによる検出信号を入力し、カメラ本体アクチュエータであるボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂを駆動するように構成されている。まず、２つの変位センサ２６ｘは、夫々、カメラ本体１６とカメラ外ケース１２との間の距離を検出し、検出信号を出力する。カメラ本体１６の上部に配置された変位センサ２６ｘの検出信号はバッファーアンプ４２ａに入力され、カメラ本体１６の下部に配置された変位センサ２６ｘの検出信号はバッファーアンプ４２ｂに入力される。バッファーアンプ４２ａの出力信号は演算回路１４４のマイナス入力端子に入力され、バッファーアンプ４２ｂの出力信号は演算回路１４４のプラス入力端子に入力される。

本実施形態においては、演算回路１４４は、入力された各変位センサの検出信号をＡ／Ｄ変換し、変換されたデジタル値に基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を出力するように構成されている。また、演算回路１４４の出力１端子、出力２端子に夫々接続された電力バッファー１４６ａ、１４６ｂは、入力されたＰＷＭ信号に応じて、Highレベル出力、Lowレベル出力、High Impedanceに切り換えられるように構成されている。

図１１に示すように、演算回路１４４は、プラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差に応じて、出力１端子及び出力２端子に信号を出力し、電力バッファー１４６ａ、１４６ｂの状態を切り換えるように構成されている。まず、プラス入力端子の入力電圧がマイナス入力端子の入力電圧よりも高い場合には、演算回路１４４は、電力バッファー１４６ａからＰＷＭ信号が出力され、電力バッファー１４６ｂがLowレベル出力となるように、出力１端子、出力２端子に信号を出力する。また、電力バッファー１４６ａから出力されるＰＷＭ信号は、演算回路１４４のプラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差が大きいほどDuty比が大きくなる。また、プラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差の絶対値が所定の入力電圧Ｖｉ以上になると、ＰＷＭ信号のDuty比は１００％になる。

逆に、マイナス入力端子の入力電圧がプラス入力端子の入力電圧よりも高い場合には、演算回路１４４は、電力バッファー１４６ｂからＰＷＭ信号が出力され、電力バッファー１４６ａがLowレベル出力となるように、出力１端子、出力２端子に信号を出力する。また、電力バッファー１４６ｂから出力されるＰＷＭ信号は、演算回路１４４のプラス入力端子の入力信号とマイナス入力端子の入力信号の差の絶対値が大きいほどDuty比が大きくなる。

なお、ＰＷＭ信号を出力する電力バッファー１４６ａ、１４６ｂの出力は、Highレベル出力とHigh Impedanceを繰り返すように構成されている。即ち、Duty比５０％のＰＷＭ信号を出力する電力バッファーは、半分の時間がHighレベル出力の状態にあり、残りの半分の時間がHigh Impedance状態にある。これにより、ＰＷＭ信号を出力する電力バッファーから、ボイスコイルモータのボイスコイルを通ってLowレベル出力の電力バッファーへ、Duty比に応じた大きさの電流が流れる。

電力バッファー１４６ａ、１４６ｂの出力端子はボイスコイルモータ１２４ａのボイスコイルの両端に接続され、さらに、電力バッファー１４６ａ、１４６ｂの出力端子はボイスコイルモータ１２４ｂのボイスコイルの両端にも接続されている。ボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂは何れもＸ方向の推力を発生するように配置され、ボイスコイルモータ１２４ａはカメラ本体１６の上部に推力を作用させ、ボイスコイルモータ１２４ｂは下部に推力を作用させる。さらに、ボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂは互いに逆方向の推力を発生するように各電力バッファーに接続されている。

図１０に示す例では、上側の変位センサ２６ｘが検出した距離が、下側の変位センサ２６ｘが検出した距離よりも長い場合には、演算回路１４４のマイナス入力端子に入力される電圧が、プラス入力端子に入力される電圧よりも高くなる。このため、演算回路１４４に接続された電力バッファー１４６ｂがＰＷＭ信号を出力し、電力バッファー１４６ａがLowレベル出力する。従って、電力バッファー１４６ｂから電力バッファー１４６ａへ向かうように、各ボイスコイルモータのボイスコイルに電流が流れる。この電流により、ボイスコイルモータ１２４ａは、カメラ本体１６の上部を図１０における右方向に押す推力を発生し、ボイスコイルモータ１２４ｂは、カメラ本体１６の下部を図１０における左方向に引く推力を発生する。ボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂが発生する推力の作用線は何れもＸＺ平面上に位置すると共に、各ボイスコイルモータの推力は大きさが等しく、互いに反対方向に向けられている。従って、ボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂの推力は、偶力を構成し、カメラ本体１６の重心位置に関わりなく、カメラ本体１６をＸＺ平面上で回転させるように作用する。この偶力により、カメラ本体１６は、カメラ外ケース１２に対して平行に近づくように駆動される。

逆に、上側の変位センサ２６ｘが検出した距離が、下側の変位センサ２６ｘが検出した距離よりも短い場合には、演算回路１４４の出力１端子に接続された電力バッファー１４６ａがＰＷＭ信号を出力し、電力バッファー１４６ｂがLowレベル出力する。従って、電力バッファー１４６ａから電力バッファー１４６ｂへ向かう電流がボイスコイルに流れる。この電流により、ボイスコイルモータ１２４ａは、カメラ本体１６の上部を図１０における左方向に引く推力を発生し、ボイスコイルモータ１２４ｂは、カメラ本体１６の下部を図１０における右方向に押す推力を発生する。これにより、カメラ本体１６は、カメラ外ケース１２に対して平行に近づくように駆動される。

なお、ここでは、変位センサ２６ｘ及びボイスコイルモータ１２４ａ、１２４ｂによる、ＸＺ平面内におけるカメラ本体１６の制御のみを説明したが、ＹＺ平面内におけるカメラ本体１６の制御も、２つの変位センサ（図示せず）及び２つのボイスコイルモータ（図示せず）により同様に実行される。これら２つのボイスコイルモータ（図示せず）は、ＹＺ平面内においてカメラ本体１６を回転させる偶力を発生するように配置されている。

本発明の第２実施形態のモニタ用カメラによれば、ボイスコイルモータがほぼ同一平面上で反対方向に等しい大きさの推力を発生するので、カメラ本体の重心位置に関わりなく、カメラ本体を回動させることができる。また、２つのボイスコイルモータが発生する偶力によりカメラ本体を直接的に回動させているので、カメラ本体を１つのボイスコイルモータで回動させる場合のように、推力によりカメラ本体の回転移動と共に平行移動が誘発されてしまうのを防止することができる。さらに、カメラ本体の不要な平行移動が防止されるので、不要な平行移動により免振部材の免振効果が損なわれるのを防止することができる。また、カメラ本体を２つのボイスコイルモータで直接的に回動させるので、小さな推力でカメラ本体を回動させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、モニタ用カメラは、油圧ショベル、及び高所解体作業機に適用されているが、本発明のモニタ用カメラを、他の任意の作業機械や振動を伴う設備などに適用することができる。

また、上述した実施形態においては、制御部は、カメラ本体の変位のみに基づいてボイスコイルモータを制御する比例制御を行うように構成されていたが、微分制御、積分制御等を組み合わせた任意の制御を実行するように制御部を構成することもできる。

１ 本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラ
２ 油圧ショベル
４ ブーム（可動部）
５ アーム
６ バケット
６ａ 作業部
８ 操作室
１０ 表示装置
１２ カメラ外ケース（カメラフレーム）
１４ 固定用ブラケット
１４ａ 固定プレート
１４ｂ カメラ支持部
１６ カメラ本体
１８ 免振部材（免振支持機構）
２０ 撮像素子
２２ 撮像用光学系
２４ｘ、２４ｙ ボイスコイルモータ（カメラ本体アクチュエータ）
２６ｘ、２６ｙ 変位センサ（センサ）
３０ 制御部
４２ａ、４２ｂ バッファーアンプ
４４ 演算回路
４６ａ、４６ｂ 電力バッファー
１０１ 本発明の第２実施形態によるモニタ用カメラ
１０２ 高所解体作業機
１０５ アーム（可動部）
１０６ 破砕工具
１０６ａ 作業部
１０８ 操作室
１２４ａ、１２４ｂ ボイスコイルモータ
１３０ 制御部
１４４ 演算回路
１４６ａ、１４６ｂ 電力バッファー

Claims (4)

1. 作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラであって、
   上記可動部に取り付けられるカメラフレームと、
   撮像素子及び撮像用レンズを備えたカメラ本体と、
   このカメラ本体を上記カメラフレームに対して免振支持する免振支持機構と、
   上記カメラフレームに対する上記カメラ本体の動きを検出するセンサと、
   上記カメラ本体を上記カメラフレームに対して移動させるカメラ本体アクチュエータと、
   上記センサの検出信号に基づいて、上記カメラ本体が上記可動部に対して所定の角度に維持されるように上記カメラ本体アクチュエータを制御する制御部と、
   を有することを特徴とするモニタ用カメラ。
2. 上記カメラ本体アクチュエータは、上記カメラ本体の重心から所定距離離れた作用線上の推力を発生するように配置されている請求項１記載のモニタ用カメラ。
3. 上記カメラ本体アクチュエータは、力の作用線がほぼ同一平面上に位置するように複数備えられ、互いに反対方向の推力を発生するように配置されている請求項１又は２記載のモニタ用カメラ。
4. 上記センサは、上記カメラフレームに対する上記カメラ本体の位置を検出する複数の変位量センサから構成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載のモニタ用カメラ。

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