(57)【要約】【課題】  雲台カメラで超音波モータを使用する際、目標とする回転角度に応じて、定速部分がない形で、目標速度を計算すると、オーバシュートや急停止してしまい、駆動音発生の原因となる。【解決手段】  回転速度を可変でき、目標角度を回転することが可能な、モータの駆動方法において、前記目標角度を入手し、加速時、定速時、及び・または減速時の回転角度を一定割合として、定速時の速度である、目標速度を求め、目標角度をｓｔ、加速時の加速度をｘ１、定数Ｋｘとしたとき、目標速度ｖ１＝√（ｓｔ＊ｘ１＊Ｋｘ）で、目標速度ｖ１を求めることを特徴とするモータ駆動方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度を可変でき、目標角度を回転することが可能な、モータの駆動方法において、
前記目標角度を入手し、加速時、定速時、及び・または減速時の回転角度を一定割合として、定速時の速度である、目標速度を求めることを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項２】
目標角度をｓｔ、加速時の加速度をｘ１、定数Ｋｘとしたとき、
目標速度ｖ１＝√（ｓｔ＊ｘ１＊Ｋｘ）で、目標速度ｖ１を求めることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
【請求項３】
前記モータは超音波モータであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
【請求項４】
前記目標角度から、目標速度、加速時間、減速時間、及び／又は、減速開始位置を含むパラメータを算出することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ駆動方法。
【請求項５】
前記目標角度から、前記加速度ｘ１を変更可能にすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動方法に関し、特に、超音波モータを使用した場合の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラなどで、ＰＡＮ，ＴＩＬＴモータを用い、撮影方向を自在に変えられるカメラが普及してきている。
【０００３】
市販されているパルスモータを使った監視カメラでは、最高回転速度が９０°／秒程度であり、比較的低速までの回転速度である。
【０００４】
しかし不審者を監視し、追尾する場合や、巡回しながら、いろいろな指定場所に、すばやく回転し、監視するには、７２０°／秒程度の回転速度、レスポンスの速いことが要求され、この要求を満たすには、超音波モータは最適なモータである。
【０００５】
また、監視カメラ、テレビカメラ等の雲台つきカメラにおいて、特に水平旋回回転角度（パン回転角度）は、Ｍａｘ．３４０°〜３６０°と広範囲な回転角度を持っている。
【０００６】
この回転角度を、指示された角度に従い、所定の回転速度で回転する必要がある。
【０００７】
回転速度を求める方法として、下記の先行例がある。
【０００８】
たとえば、テレビカメラのパン回転の回転角度に基づき、定速（Ｖｍａｘ）で動作する区間の割合を変化させ、作動軌跡を演算する方法が、下記特許文献１に開示されている。
【０００９】
図８は、特許文献１における演算方法を図で表している。図において、Ｘ軸は時間、Ｙ軸は速度を表している。２５１では、速度が、Ｖｍａｘに達していないため、２５４の速度から減速している。２５２では、速度がＶｍａｘに達して、Ｖｍａｘの速度で、短時間動作した後、減速している。２５３では、Ｖｍａｘで２５２よりも長い時間動作し、減速している。このＶｍａｘで動作する時間を可変にすることが、特許文献１の特徴である。
【００１０】
また、たとえば下記特許文献２においては、ステッピングモータ制御装置において、目標角度と、目標回転時間をパラメータとし、ステッピングモータのパルス数を自動的に算出する方法を開示している。
【特許文献１】特開平５−７３１５号公報
【特許文献１】特開平２００４−１５８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
雲台カメラに、超音波モータを使用した場合、ステッピングモータと比較して、約８倍の回転速度を得ることが出来る。また、高分解能のエンコーダを用いた場合、０．１°以下の停止位置精度を得ることが出来る。
【００１２】
高速で加速し、高速で減速停止可能であるが、７２０°／秒の高速駆動する場合は、１５０ｍｓ〜２００ｍｓの加速時間、減速時間が必要であり、短くしすぎると、図９のようにオーバシュートしてしまい、駆動音の発生の原因となる。
【００１３】
また、加速後、すぐに減速を開始した場合は、減速カーブが不安定となり、図１０のように、減速中に目標位置に到達してしまい、急峻な停止による駆動音の発生や、停止精度の低下が発生する。このため、加速後十分な定速期間が必要となる。
【００１４】
従来例で示した、特許文献１では、定速で動作する区間の割合を変化させているが、図８の２５１や２５２の速度カーブの場合、定速期間が短くなる。
【００１５】
したがって、特許文献１の方法を、超音波モータの駆動に応用した場合、上述したように減速カーブが不安定になることによる、不具合が発生するという問題点がある。
【００１６】
また、特許文献２では、目標角度と、目標回転時間をパラメータとし、ステッピングモータのパルス数を自動的に算出している。しかしながら、目標回転時間が、短くなり、加速時間、減速時間が短く算出された場合、オーバシュートによる駆動音が発生してしまう課題がある。また定速時間を短くした場合、特許文献１と同様、減速カーブが不安定になることによる、不具合が発生するという問題点がある。
【００１７】
本発明は、モータ駆動方法において、上記したような問題点を防ぎ、目標角度を元に、簡単な計算式で、安定性のある目標速度の算出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、
回転速度を可変でき、目標角度を回転することが可能な、モータの駆動方法において、
前記目標角度を入手し、加速時、定速時、及び・または減速時の回転角度を一定割合として、定速時の目標速度を求めることを特徴とする。
【００１９】
また請求項２に記載の発明によれば、
目標角度をｓｔ、加速時の加速度をｘ１、定数Ｋｘとしたとき、
目標速度ｖ１＝√（ｓｔ＊ｘ１＊Ｋｘ）で、目標速度ｖ１を求めることを特徴とする。
【００２０】
また請求項３に記載の発明によれば、
前記モータは超音波モータであることを特徴とする。
【００２１】
また請求項４に記載の発明によれば、
前記目標角度から、目標速度、加速時間、減速時間、減速開始位置を含むパラメータを算出することを特徴とする。
【００２２】
また請求項５に記載の発明によれば、
前記目標角度から、前記加速度ｘ１を変更可能にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、特に、超音波モータを使用した、可変回転角度を駆動する、モータ駆動方法において、目標とする回転角度から、簡単な計算式で、目標速度、加速時間、減速時間などのパラメータを計算可能である。
【００２４】
したがって、低価格のＣＰＵでも計算可能であり、雲台カメラなどの装置での、コスト低減及び、回路の簡素化が可能な効果がある。
【００２５】
また、追尾処理や、巡回監視において、メインＣＰＵあるいは、ネットワークにつながった、ＰＣやサーバなどのコントローラからは、目標角度だけを送るだけで、パラメータを計算可能であり、通信データ量が少なくてすむ効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図２は、本実施例における、超音波モータを使用した、監視カメラのブロック図を示す。
【００２７】
図において、５１は、レンズ、ズーム機構、露出機構などで構成される光学系である。
【００２８】
カメラ制御部５２は、映像を取得するためのＣＣＤ、ズーム、露出などを制御する回路を具備している。
【００２９】
５３は、メインＣＰＵであり、カメラ制御部５２から受信した映像による、追尾処理や、センサーからの信号をトリガーとした処理、巡回処理などの処理を実行する共に、モータ制御のために、サブＣＰＵ５６に、回転方向、目標角度、駆動開始命令を送信する。
【００３０】
メモリ５４は、メインＣＰＵ処理で使用される、変数やフラグを記憶すると共に、ネットワークを介して、ＰＣ（パソコン）やサーバなどから、受信した、巡回時の移動角度や、ズーム倍率などを記憶する。
【００３１】
ネットワーク制御部５５は、カメラ制御部５２から受け取った、映像データを圧縮して、パケット化し、ネットワーク６２に出力する制御を行う。また、ネットワーク６２を介して受信したコマンドをメインＣＰＵ５３に伝達する。
【００３２】
サブＣＰＵ５６は、メインＣＰＵ５３から受け取った、回転方向、目標角度を元に、目標速度、加速時間、減速時間、減速開始位置などの、超音波モータ制御用パラメータを計算し、モータ制御部５７に送出する制御を行う。また駆動開始命令を、メインＣＰＵ５３から受け取り、モータ制御部５７に伝達する。
【００３３】
モータ制御部５７は、サブＣＰＵ５６から受け取った各種パラメータを元に、駆動信号を生成する。また、駆動信号の周波数を徐々に低周波にする制御を、パラメータに従い実行する。
【００３４】
ドライバ回路５８は、モータ制御部５７から受け取った駆動信号を、電流増幅、昇圧および、波形整形して、超音波モータ５９に供給する。
【００３５】
超音波モータ５９は、供給された駆動信号の周波数に応じた、回転数で回転する。
【００３６】
エンコーダ６０は、モータの回転状況をモニターする、エンコーダ信号を、モータ制御部５７に供給する。
【００３７】
６１は電源回路であり、ロジック回路用電圧、ＣＣＤ用の電圧、超音波モータ用の電圧などを、発生し、各ブロックに供給する。
【００３８】
図１は本実施例により超音波モータ５９を駆動した場合の、速度カーブを示す。図中１は、動作時間と速度の関係を表している。
【００３９】
サブＣＰＵ５６は、メインＣＰＵ５３から受け取った、目標角度を元に図１に示すような速度カーブになるよう計算を行う。
【００４０】
本実施例では、加速時間、定速時間、減速時間が、等しくなるようにサブＣＰＵ５６が計算し、それぞれ駆動時間の１／３にしている。また、加速時の加速度、減速時の加速度を共通になるよう設定している。
【００４１】
回転角度は速度カーブで囲まれる面積となる。したがって、加速時の回転角度（ｓ１に示した面積）はｔ１の加速時間と、速度ｖ１を掛けて、１／２した値となる。
ｓ１＝１／２＊ｔ１＊ｖ１・・・・・式１
注：＊は掛け算マークである。
【００４２】
減速時の回転角度も同様で、ｔ３の減速時間と、速度ｖ１を掛けて、１／２した値、
ｓ３＝１／２＊ｔ３＊ｖ１
となる。
【００４３】
定速時の回転角度は、ｔ２の定速時間と、速度ｖ１を掛けた値、
ｓ２＝ｔ２＊ｖ１
となる。
【００４４】
ｔ１＝ｔ２＝ｔ３なので、加速時、減速時の回転角度ｓ１、ｓ３は、定速時の回転角度の半分である。すなわちｓ１、ｓ３は全回転角度の１／４の回転角度である。
【００４５】
全回転角度、すなわち目標角度をｓｔとすると、
ｓ１＝ｓ３＝１／４＊ｓｔ・・・・・式２
加速時の加速度をｘ１とすると、目標角度ｓｔがわかっている場合、定速回転時の速度である、目標速度ｖ１を求めることが出来る。
【００４６】
まず目標速度ｖ１は、加速度ｘ１と加速時間ｔ１を乗じた値なので、
ｖ１＝ｘ１＊ｔ１・・・・・式３
式３より加速時間を求めると、
ｔ１＝ｖ１／ｘ１・・・・・式４
加速時の回転角度は、式１よりｓ１＝１／２＊ｔ１＊ｖ１
式１のｔ１に式４を代入すると、
ｓ１＝１／２＊ｖ１／ｘ１＊ｖ１＝１／２＊ｖ１２／ｘ１・・・・式５
式５から速度ｖ１を求めると、
ｖ１＝√（２＊ｓ１＊ｘ１）・・・・・式６
式６のｓ１に、式２のｓ１＝１／４＊ｓｔを代入すると、
ｖ１＝√（１／２＊ｓｔ＊ｘ１）・・・・・式７
式７により、加速度をｘ１、目標角度ｓｔから、目標速度ｖ１を求めることが出来た。
【００４７】
たとえば、加速度を３６００°／秒２とし、目標角度を１８０°とすると、式７から、
目標速度ｖ１＝√（１／２＊１８０°＊３６００°／秒２）＝５６９°／秒
となる。
【００４８】
目標速度ｖ１が求まると、式４より加速時間を求めることが出来る。
ｔ１＝ｖ１／ｘ１＝（５６９°／秒）÷（３６００°／秒２）＝０．１５８秒＝１５８ｍｓ
また、減速時間は加速時間と同じなので、１５８ｍｓとなる。
【００４９】
減速開始位置ｓ４は目標角度ｓｔ−減速中の回転角度ｓ３なので、式２から、
ｓ４＝ｓｔ−ｓｔ／４・・・・・式８
式８の目標角度ｓｔに１８０°を代入すると、
１８０°−１８０°／４＝１３５°となる。
【００５０】
上述したような計算を、サブＣＰＵ５６で実行し、メインＣＰＵ５３から受け取った、目標位置に加えて、目標速度、加速時間、減速時間、減速開始位置のパラメータをモータ制御部５７に送出する。
【００５１】
図３は、サブＣＰＵ５６にて実行する処理流れを示すフローチャートである。
【００５２】
図において、ステップ１０１で、メインＣＰＵ５３から、目標角度ｓｔ、回転方向ｄｉｒを入手すると、ステップ１０２で目標角度ｓｔをエンコーダ数Ｅｔに変更する。
【００５３】
本実施例では、モータ１回転あたり、エンコーダ信号として、１０００パルス発生する。このため、Ｅｔ＝ｓｔ＊１０００／３６０で計算している。
【００５４】
ステップ１０３で、目標速度を計算する。基本的には上述した式７と同じである。目標速度Ｖ１と加速度Ｘ１を大文字にしたのは、角度による計算でなく、エンコーダ信号に変換した目標速度、加速度のためである。
【００５５】
ステップ１０４で加速時間・減速時間を計算する。基本的に式４と同じである。
【００５６】
ステップ１０５で減速開始位置を計算する。基本的に式２と同じである。
【００５７】
ステップ１０６で、１０２〜１０５で計算したパラメータ、及び、比例ゲイン、積分ゲインや、初期周波数などのパラメータ、メインＣＰＵ５３から受け取った回転方向ｄｉｒをモータ制御回路に送信する。
【００５８】
ステップ１０７で、メインＣＰＵ５３から、駆動開始命令を受け取ったかどうかの判別を行い、受け取っていれば、ステップ１０８に進み、モータ制御回路により、モータを回転する。
以上第１の実施例を説明した。
【００５９】
本実施例において、加速時間、低速時間、減速時間を１：１：１にして、計算したが、もちろん、ほかの比率として、２：１：２、３：２：３とかの割合にしても良い。
【００６０】
比率を上述のような割合にした場合、式７をもとに、
Ｖ１＝√（１／２＊ｓｔ＊ｘ１＊Ｒａｔｅ）・・・・・式９
となる。
【００６１】
ただし、Ｒａｔｅは加速時間、低速時間、減速時間の比率を変更したことによる、乗じられる定数である。
【００６２】
たとえば、２：１：２の比率とすると、Ｒａｔｅは４／３となり、式９の１／２＊Ｒａｔｅを定数Ｋｘで表すと、
目標速度ｖ１＝√（ｓｔ＊ｘ１＊Ｋｘ）
となる。この数式は、請求項２に記載した式である。
【００６３】
また、本実施例では、メインＣＰＵ５３から、目標角度をサブＣＰＵ５６が入手する実施形態を説明したが、メインＣＰＵ５３で図３に示した計算処理を行い、モータ制御回路に送信するようにしても良い。
【００６４】
本実施例において、加速度を３６００°／秒に設定したが、超音波モータの特性により、この値は変更されるものであり、また、温度や使用時間により変更するようにしても良い。
【００６５】
（第２の実施形態）
図４は本実施例で、超音波モータ５９を駆動した際の、速度カーブを示す。
【００６６】
図中１１，１２は、高速、中速で駆動した際の、動作時間と速度の関係を表している。
【００６７】
本実施例では、高速、中速駆動時、ｓ１１，ｓ１２に示すように、減速後、低速で駆動するホールド駆動を設けている。監視カメラを超音波モータ５９で回転した際に、目標位置に精度よく停止させるために設けている。
【００６８】
図５は、本実施例で、サブＣＰＵ５６が実行する処理流れを示すフローチャートである。
【００６９】
図において、図３に示した第１の実施例のフローチャートと同じ処理については、番号を同じくし、説明を省略する。
【００７０】
図において、ステップ１２１の、減速開始位置の計算で、
Ｓ１４＝Ｅｔ−Ｅｔ／４＊Ｋ１と、定数Ｋ１を、減速期間の計算Ｅｔ／４に乗じている。ホールド駆動の移動期間があるため、本実施例では、定数Ｋ１を、乗じている。この定数Ｋ１は、モータによって変更可能としており、１．２〜１．３にしている。
【００７１】
ステップ１０８で、モータ回転を開始し、加速、定速、減速処理をモータ制御回路により実行する。
【００７２】
減速処理を行った後、ステップ１２２で、減速時間を経過したかの判別を行い、減速期間を経過すると、ステップ１２３で、図４のｓ１１、ｓ１２に示す、目標位置までのホールド駆動を行う。
【００７３】
（第３の実施形態）
図６は本実施例で、超音波モータ５９を駆動した際の、速度カーブを示す。図中１，１５，１６は、高速、中速、低速で駆動した際の、動作時間と速度の関係を表している。
【００７４】
本実施例では、１５のカーブのように、速度に応じて加速度を変化させるようにしている。監視カメラを超音波モータで回転した際に、回転角度が少なく、回転速度を早くする必要がない場合は、図６の１５に示すように、加速度を緩やかにして、駆動時に発生する駆動音を低くしている。
【００７５】
また、さらに回転角度が少ない場合は、１６のカーブのように、一定速度で駆動するようにしている。
【００７６】
図７は、本実施例で、サブＣＰＵ５６が実行する処理流れを示すフローチャートである。
【００７７】
図において、図３に示した第１の実施例のフローチャートと同じ処理については、番号を同じくし、説明を省略する。
【００７８】
図において、ステップ１３１の判別で、目標角度ｓｔが１２０°以上の場合は、ステップ１０３に進み、第１の実施例と同じ処理を行う。
【００７９】
目標角度ｓｔが１２０°以下の場合は、ステップ１３２に進み、目標角度ｓｔが３０°以下かどうかの判別を行う。判別の結果、３０°以上の場合は、ステップ１３３に進み、図６の１５のカーブのような、速度カーブになるよう、パラメータを計算する。３０°以下の場合は、ステップ１３５に進み、図６の１６のカーブのような、速度カーブになるよう、パラメータを設定する。
【００８０】
ステップ１３３では、目標角度が３０°〜１２０°の場合の目標速度を計算する。
【００８１】
本実施例では、加速度Ｘ１は第１の実施例と同じく、３６００°／秒２の加速度にしている。
【００８２】
ステップ１３３で使用する加速度Ｘ２は１８００°／秒２にしている。
【００８３】
たとえば、目標角度が、１００°の場合、目標速度は、
Ｖ１＝√（１／２＊Ｅｔ＊Ｘ２）から、
Ｖ１＝√（１／２＊１００°＊１８００°／秒２）＝３００°／秒となる。
【００８４】
ステップ１３４で加速時間、減速時間の計算を行い、ステップ１０５に進んで、第１の実施例と同じ処理を行う。
【００８５】
ステップ１３２の判別で、目標角度が、３０°以下の場合は、ステップ１３５で、目標速度をＫ２にしている。本実施例では、Ｋ２は６０°／秒に相当する値としており、目標速度Ｖ１にセットする。
【００８６】
ステップ１３６で、加速時間・減速時間の設定を行う。本実施例では、定数Ｋ３を１０ｍｓに相当する値としており、この値を加速、減速時間にセットする。
【００８７】
ステップ１３７で、減速開始位置の計算を行う。本実施例では、Ｋ４は０．９としている。たとえば、目標角度が、３０°の場合、減速開始位置は２７°に相当する値となる。
【００８８】
ステップ１３７の処理後、ステップ１０６に進み、第１の実施例と同様の処理を行う。
以上、第３の実施例に付き、説明した。
【００８９】
なお、本実施例において、ステップ１３１の判別を行うことにより、目標角度に応じて、加速度を、３６００°／秒２または、１８００°／秒２に設定しているが、目標角度に応じて、細かく加速度を変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１の実施例における、速度カーブを示す図
【図２】第１の実施例における、制御回路のブロック図
【図３】第１の実施例における、モータ制御の処理流れを示すフローチャート
【図４】第２の実施例における、速度カーブを示す図
【図５】第２の実施例における、モータ制御の処理流れを示すフローチャート
【図６】第３の実施例における、速度カーブを示す図
【図７】第３の実施例における、モータ制御の処理流れを示すフローチャート
【図８】従来例における、速度カーブを示す図
【図９】従来例における、オーバシュートを示す速度カーブを示す図
【図１０】従来例における、急な停止を示す速度カーブを示す図
【符号の説明】
【００９１】
５１  光学系
５２  カメラ制御部
５３  メインＣＰＵ
５４  メモリ
５５  ネットワーク制御部
５６  サブＣＰＵ
５７  モータ制御部
５８  ドライバ回路
５９  超音波モータ
６０  エンコーダ
６１  電源回路
６２  ネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007060737.tif 000008
【図７】
2007060737.tif 000009
【図８】
2007060737.tif 000010
【図９】
2007060737.tif 000011
【図１０】
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