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特集論

Eye VisionTM 用パンチルトに応用されたロボット技術について

文MHI Robot Technology for Eye VisionTM Pan-Tilt
辻藤田洋

下山公宏

淳

川内直人

スポーツ中継におけるファインプレーのリプレー等で，プレーした選手の裏側へぐるりと回り込んで別のアングルから見るような回転映像を，録画・再生できる新しい映像システム（Eye VisionTM）が米国で開発され，2001 年の第 35 回米国スーパーボールで全世界に生中継された．このシステムは複数カメラで同一被写体を同時に撮影するというカメラ制御技術が要求される．これに対し，汎用ロボット

PA10とアンプ一体型モータという当社２つの既存技術の応用により，３ヶ月という短期間でカメラ制御用高性能ロボット（パンチルト装置）の開発に成功し，実用に供された．

1．は

じ

め

例えばマスタカメラが一人のプレーヤを追えば他のカメラはにCMU（米国カーネギーメロン大学

すべてそのプレーヤを追い，ボールを追えばボールを追う．
元ロボット工学研究

図１は，神宮球場の野球中継に使用された 30 台のカメラ金出武雄教授）と CBS（米国３大ネットワーク）に配置とその映像を示す．30 台のパンチルト装置上のカメラて開発された新しい映像システム（Eye VisionTM）が，米国は，オペレータが操作するマスタカメラの向けた方向へ一斉において 2001 年のアメリカンフットボール第 35 回スーパーに連動し，ホームベース周辺を同時に撮影している．この画ボールや，北米アイスホッケーリーグのスタンレーカップの像を連続的に切り替えて再生すれば，視聴者はホームベーステレビ中継で使用された．また，日本でも 2001 年７月にフの周りを裏側へ回り込むようにぐるりと一周するかのような所長

ジテレビにおいて巨人 VS ヤクルト３連戦で野球中継に使用された．
このシステムは，向きを自在に変えることのできるカメラをスタジアムの周囲に約 30 台設置し，すべてのカメラを連映像を見ることができる．
このシステムは CMU（米国カーネギーメロン大学
ボット工学研究所長元ロ金出武雄教授）が中心となって開発したリアルタイムロボット制御技術及び，すべてのカメラが同動で制御して選手を撮影するものであり，カメラの向きを変える装置として三菱重工のロボット技術が使われた．

2．Eye VisionTM システムの概要
Eye VisionTM は，１つのシーンを数十台の異なる方向からのカメラで同時に撮影し，ディジタル技術によってこれらの画像を瞬時のうちに連続的につなぎ合わせ再生するシステムである．これにより，スポーツ中継におけるファインプレーのリプレー等で，ある選手の裏側へぐるりと回り込んで別のアングルから見るといった，今まで不可能であった回転映像を臨場感たっぷりに作り出すことができる．
スタジアムを取り囲むように周囲に設置されたカメラは，すべてコントロールルームから遠隔で操作され，カメラの方向（パン・チルト）とズーム・フォーカス・色合い等をコントロールできる．
複数のカメラの中から任意のカメラを選択し（このカメラがマスタカメラとなる）オペレータが操作すると，他のすべてのカメラ（スレーブカメラ）がマスタカメラの動きに連動して追従し，同一被写体をあらゆる角度から同時に撮影する．

図１

スタジアム周辺のカメラ配置とその映像例
三菱重工技報 Vol.40 No.5（2003_9）

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4．1

じ対象物を同じ大きさで撮影するキャリブレーション技術

汎用ロボットPA10と，CBS（米国３大ネットワーク）が開発したディジタル映カメラの方向を制御するパンチルト装置は，直行する２軸像処理技術に，三菱重工のロボット技術を融合させることにによって構成されている．この軸構成は一般的な多関節ロボより実現した．

ットアームの一部を抜き取れば実現可能となる．汎用ロボッ

3．パンチルト装置要求仕様

トPA10は，可搬重量 10［kgf］に対して，ロボット重量約 38［kgf］と，軽量かつ剛性設計が施されており，小型軽Eye VisionTM を実現させるためには，スタジアムの周囲に量設計が必要なパンチルト装置には最適である．またマニピ設置された複数のカメラすべてが，同時に，同一被写体を，ュレータ制御系には高速シリアル通信である ARCNET を採同じ大きさで撮影することが必要となる．これらの条件が一用しており，30［msec］ごとにすべての位置（角度）指令つでも満たされなかったら，映像を順番につなぎ合わせて再を入力できるというリアルタイム性も確保されているため，生しても，スムーズに回転する映像とはならない．特にズー

制御系においてもロボットの手法の応用で適用可能となる．

ムによる撮影で一人の選手をカメラが追いかけ続けるような以上から，当社の汎用ロボット場合は，僅かなカメラ角度のズレが映像に与える影響は大き造して使用することとした．

く，最悪の場合は選手が画面から外れてしまう．
したがって，Eye Vision に使用されたパンチルト装置にTM

4．2

PA10の一部を応用・改アンプ一体型モータ（機体内省配線システム）

ロボット内のモータを駆動するサーボアンプは，ロボット求められる性能は，速く滑らかに正確にカメラを動かすこと自身の小型化の観点から汎用ロボットである．具体的な要求仕様を以下に示す．

ボット外部に配置されることが多い．しかし，Eye VisionTM① TV 中継に使用する約３［kgf］のカメラを搭載できる．

で使用するパンチルト装置のように，スタジアム外周部へ設② 30［msec］ごとのリアルタイムですべてのカメラが位置置される状況を考えた際，観客の視界確保や安全対策の点か（角度）指令を入力できる．
③ パン軸及びチルト軸の位置決め精度± 0.1［deg］．
④ 最大動作速度 15［deg/sec］．

PA10も含めてロら狭あい箇所や高所への設置が避けられないため，装置とは別置きのサーボアンプは，極力不要としたい機器である．
この要求に対応すべく，当社で開発されたアンプ一体型モ⑤ 設置の容易性を考慮し可能な限り小型軽量化．

ータ（図２）をパンチルト装置のアクチュエータとして使用⑥ 30 台．

した．これはモータ駆動のサーボアンプをモータと一体化で⑦ 開発・製作期間３ヶ月（スーパーボール中継までの与期間）きる程小型化を図り，装置本体内への組込みを可能にすると4．パンチルト装置開発と投入されたロボット技術
カメラの角度を変えるパンチルト装置は，監視カメラ等で安価な製品が多く存在するが，前述した要求仕様を満足させるような製品（リアルタイム性の確保と高精度の位置決め）は存在しないため，専用ロボットとならざるを得ない．また，このロボットの開発・製作を３ヶ月で行うために，現状保有同時に，ロボット内部の配線を動力線と信号線のみとできるため，省配線化を可能とするものである．
4．3

パンチルト装置概要

開発したパンチルト装置の機能仕様を表１，構造を図３に，外観を図４に示す．

5．改良型パンチルト装置

しているロボット技術を有効に活用した．以下に Eye

前述のパンチルト装置は開発・製作を期間３ヶ月という短VisionTM 用に開発されたパンチルト装置へ投入されたロボッ期間で実現しフィールドに適用することができた．その際，ト技術を記す．
表１
可動範囲

（ °）

Tilt 軸±90±45
15

可搬重量

3（kg）

リミットスイッチ＋モータエンコーダ

使用温度

（℃）

０〜 40

自 重（kg）

15

入力電源

（V）

DC140（モータ），DC 24（制御）位置／速度制 御アクチュエータ
軌跡精度
制御入力

アンプ一体型モータ

Pan 軸

最大速度 （deg/s）

原点センサ

図２

パンチルト装置の機能仕様

連続位置指令制御周期

AC サーボモータ（100W 定格）（ °） ±0.1（15 deg/s, 30 msec 毎の連続位置指令動作時）
ARCNET（5Mbps, 10Mbps 対応可能）
最小５msecまで可能

三菱重工技報 Vol.40 No.5（2003_9）

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パン軸動作

約15（kgf）
チルト軸モータテーブル

チルト軸減速機

チルト軸リミットスイッチ

チルト軸電源ユニット

チルト軸アンプユニット

385

チルト軸動作

パン軸アンプユニット

パン軸旋回軸パン軸電源ユニット

パン軸モータパン軸減速機パン軸リミットスイッチ
280

図３

パンチルト装置構造

する耐環境性を向上すべく，以下に示す対策を実施した．
（1）すべての装置内外境界に上方からの防滴構造を採用．
（2）装置下方に通風口及びサーキュレータ用ファンを装備し，内外気循環による結露防止．
（3）電気基盤はコネクタ部を除き樹脂コーティング．
5．2 小型軽量化
スタジアム等への設置の際，観客の視界確保や安全対策から，装置設置位置が狭あい箇所や高所である場合が多く，装置の小型軽量化が強く望まれた．
軽量化に当たり，汎用ロボット

PA10の設計思想を取り入れ，一部部品の共通化とアクチュエータ部の小型化を実施した．
5．3 メンテナンス性向上
装置小型及びアンプ内蔵化の観点からアンプ一体型モータをロボット内に搭載した．
しかし，アンプ部のメンテナンスを行う場合にロボットの図４

パンチルト装置外観分解が必要となり，それは同時にスタジアムに設置したロボットの取り外し作業を伴う．よって，メンテナンス性向上の米国・日本での運用実績に基づいてパンチルト装置の機能・ために，サーボ部を着脱可能な埋め込みユニット構造として性能に関し，改良点が見出された．

ロボット側面に取り付け，必要な際はユニットのみ取り外し

そこで取扱性を考慮した改良型パンチルト装置を開発することとなった．以下にその概要を述べる．
5．1

防滴構造・結露対策

屋外スタジアム等への恒設も視野に入れて，雨や結露に対ができるよう変更した．
5．4 改良型パンチルト装置概要
以上の項目を設計に反映し改良したパンチルト装置の構造を図５に，外観を図６に示す．
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約11（kgf）

180

チルト軸

285

サーボボックス

パン軸

図５6．まと110

改良型パンチルト装置構造

め

Eye VisionTM で使用されたパンチルト装置は，高度な制御性が要求される．そこで，当社の保有するロボット技術の組合わせにより，約３ヶ月で 30 台のロボットを納入し，スーパーボールの全世界中継に使用された．また，国内での野球中継にも使用された．その運用実績より，さらに小型軽量で

図６

改良型パンチルト装置外観

Eye VisionTM is a registered trademark of the Revolution Company, LLC
and/or its affiliates.

参 考 文 献（1）
大西，大西，可搬式汎用知能アーム ―オープンロボット―の提案 日本ロボット学会誌 Vol.12 No.8（1994）（2）
大西，時岡，大西，弘津，大道，白須，可搬式汎用知能アームの実用化 日本ロボット学会誌 Vol.18 No.1（2000）（3）
伊佐，小川，見持，川内，鈴木，
放送技術 11 月号（2001）

耐環境性，メンテナンス性を向上させた改良型のパンチルト装置の開発を実施した．

辻洋

下山公宏

ここで開発したパンチルト装置及びその技術を用い，今後は Eye VisionTM のみならず，フィギアスケートや劇場の照明

神戸造船所
新製品宇宙部
ロボットグループ主席

神戸造船所
新製品宇宙部
ロボットグループ

藤田淳

川内直人

神戸造船所
原子力機器設計部
装置設計課

技術本部
高砂研究所
機械装置研究室

設備，監視カメラシステムへの応用等，多方面への適用を視野に入れたロボットビジネスへの参入可能性を探ってゆく．
本装置の実用化に対してご指導いただいた，金出武雄教授（米国カーネギーメロン大学 元ロボット工学研究所長）及び，スポーツ中継において国内初の本システム導入にご協力いただいた，(株)フジテレビジョンに感謝致します．

三菱重工技報 Vol.40 No.5（2003_9）