JPH06348339A - ロボット用信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スレーブアーム６と作業工具７とを絶縁性上
腕部３０によって電気的に絶縁するとともに、上腕部３
０内の光信号伝送手段の構造が簡略化される。 【構成】 上腕部６の作業工具側に、力検出器１２およ
び信号検出器１３が設けられ、上腕部６のスレーブアー
ム６側に、信号受信装置１４が設けられている。信号検
出装置１３と信号受信装置１４との間は、光ファイバケ
ーブル１６によって連結されている。信号検出装置１３
は複数の電気信号を単一の電気信号に切換える入力切換
器２０と、第１電光変換器２２とを有している。信号受
信装置１４に第１光電変換器３６と、単一の電気信号を
複数の電気信号に切換える出力切換器３２とを有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、保守点検ロボットに用
いられる、ロボット用信号伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、保守点検を行うロボットとして、
図７に示すような配置作業を自動化する保守点検ロボッ
トが知られ、その開発が行われている。

【０００３】この保守点検ロボットは、高所作業車１上
に設置したキャビン２の中にオペレータ３が搭乗し、マ
スタ４を操作して駆動される。すなわち、保守点検ロボ
ットはワーキングベース５に取り付けたスレーブアーム
６と、スレーブアーム６の先端に設けられた作業工具７
とを有し、ワーキングベース５を保持するブーム８を昇
降して、スレーブアーム６先端の作業工具７を電柱９の
作業対象にアプローチしている。

【０００４】このように高電位に保たれている電柱９の
作業対象を保持したり、作業対象に接触して作業する保
守点検ロボットにおいては、スレーブアーム６と作業工
具７の間に上腕部と手首部とが設けられ、この手首部と
スレーブアーム６との間は上腕部を介して電気的に絶縁
されている。

【０００５】すなわち、手首部には作業工具７の動作を
検出する、例えば力センサなどの検出器が設けられ、こ
の検出器とスレーブアーム側に設けられた信号受信装置
の間は光ファイバケーブルによって電気絶縁されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、作業工具７
の動作を検知するためには手首部側の検出器のアナログ
信号（ｘｙｚ各軸の力モーメント成分）６系統分を、ス
レーブアーム６側の信号受信装置に伝達する必要があ
る。そのために複数の信号毎に光ファイバケーブルを手
首側の検出器とスレーブアーム６側の信号受信装置間に
設ける必要があり、このため光ファイバケーブルの接続
が煩雑になるとともに、光ファイバケーブルの駆動回路
が独立に必要となり消費電力の増加を招いている。ま
た、作業工具７を検知する検出器への電力は、電気絶縁
のため有線化できないので、バッテリ駆動となってお
り、ロボットの動作時間が制約されている。

【０００７】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、複数の信号毎に光ファイバケーブルを設け
る必要のないロボット用信号伝達装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多関節アーム
に設けられた絶縁材からなる上腕部と、この上腕部の先
端に手首部を介して設けられた作業部と、を有するロボ
ットの信号伝送装置において、前記上腕部の作業部側端
部に設けられた力検出器、およびこの力検出器からの信
号を検出する信号検出装置と、前記上腕部のアーム側端
部に設けられた信号受信装置と、前記上腕部内に配置さ
れ、前記信号検出装置と前記信号受信装置との間で光信
号を伝送する光信号伝送手段とを備え、前記信号検出装
置は第１電光変換器と、前記力検出器からの所定数の電
気信号を順次１つの電気信号となるよう切換えて前記第
１電光変換器に送信する入力切換器とを有し、前記信号
受信装置は第１光電変換器と、この第１光電変換器から
の１つの電気信号を前記力検出器からの電気信号の数と
同数の電気信号に順次切換える出力切換器と、この出力
切換器からの電気信号をホールドするデータオールド部
とを有し、前記信号検出装置または前記信号受信装置の
うちいずれか一方に、前記入力切換器および前記出力切
換器を同期して駆動させるタイミング発生器を設けたこ
とを特徴とするロボット用信号伝送装置である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、力検出器によって検出された
所定数の電気信号が信号検出装置の入力切換器に入力さ
れて単一の電気信号に切換えられ、その後第１電光変換
器によって光信号に変換される。次に第１電光変換器か
らの光信号が光信号伝送手段によって信号検出装置から
信号受信装置の第１光電変換器に送られ、この第１光電
変換器によって電気信号に変換される。次にこの電気信
号が、出力切換器に入力されて力検出器からの信号と同
するの電気信号に切換えられる。この間、タイミング発
生器からのタイミング信号が、信号検出器の入力切換器
および信号受信装置の出力切換器に出力され、これら入
力切換器および出力切換器を同期して駆動させる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１１】図１乃至図６は本発明によるロボット用信
号伝送装置の一実施例を示す図である。このうち図１
（ａ）はロボット用信号伝送装置の外観を示し、図１
（ｂ）はその概略ブロック図を示す。

【００１２】図１において、ロボット１の多関節アーム
（スレーブアーム）６に、絶縁部材からなる中空状上腕
部３０が設けられ、上腕部３０の先端側に手首部２８を
介して作業工具７が設けられている。また上腕部３０の
作業工具７側端部には、作業工具７側から順に力検出器
１２と、力検出器１２からの信号を検出する信号検出装
置１３が設けられている。さらに上腕部３０のスレーブ
アーム６側端部には、信号受信装置１５が設けられ、上
腕部３０内には信号検出装置１３と信号受信装置１５と
を連結する光ファイバケーブル１６が配置されている。

【００１３】なお手首部２８は、作業工具７を操作する
アクチュエータからなり、力検出器１２は手首部２８の
駆動状態を検出するようになっている。

【００１４】信号検出装置１３は、第１図（ｂ）のブロ
ック図に示すように、力検出器１２により検出される
ｘ，ｙ，ｚ方向の力およびモーメント成分値の空気信号
を入力しこれを光信号に変換する信号変調部１４と、信
号変調部１４に電気を供給するための電源部１９とによ
り構成される。このうち、電源部１９には、エアーター
ビン発電機４０，４１が連結されている（図４
（ａ））。またエアータービン発電機４０，４１にはエ
アー配管１８が接続され、このエア配管１８は上腕部３
０内を通ってエアー源１７に接続されている。

【００１５】また、信号受信装置１５は光ファイバケー
ブル１６にて伝送された光信号を後段装置に伝送するた
め、光信号を電気信号に変換するものである。

【００１６】次に図２により、信号検出装置１３の信号
変調部１４および信号受信装置１５について詳述する。

【００１７】図２に示すように、信号変調部１４はＶ／
Ｆ変換器２１と、力検出器１２から入力される複数（例
えば６個）の電気信号（ｘ，ｙ，ｚ方向の力およびこれ
らのモーメント成分値）を順次切り換えてＶ／Ｆ変換器
２１に入力する入力切換器２０と、Ｖ／Ｆ変換器２１の
電気信号を光信号に変換する第１電光変換器２２とを有
している。更に、信号変調部１４は、後述するタイミン
グ発生器３４からのタイミング信号を光から電気に変換
する第２光電変換器２４と、第２光電変換器２４からの
タイミング信号により入力切換器２０を駆動する駆動部
２３とを有している。

【００１８】電光変換器２２により変換された光信号
は、光ファイバケーブル１６によって信号受信装置１５
に入力される。信号受信装置１５は光信号を電気信号に
変換する第１光電変換器３６と、第１光電変換器３６に
より電気信号に変換された信号を更に周波数から電圧値
に変換するＦ／Ｖ変換器３１と、Ｆ／Ｖ変換器３１から
の電気信号を力検出器１２からの電気信号と同数の６つ
の電気信号（ｘ，ｙ，ｚ方向の力およびこれらのモーメ
ント成分値）に分配する出力切換器３２と、出力切換器
３３の複数の電気信号を次の更新時まで保持するデータ
ホールド器３３とを有している。

【００１９】信号受信装置１５は、さらに入力変換器２
０と出力変換器３２を同期して駆動させるタイミング発
生器３４を有している。すなわちタイミング発生器３４
は、出力変換器３２およびデータホールド器３３に接続
されて、これらにタイミング信号を出力して同期して駆
動するようになっている。同時に、タイミング発生器３
４からのタイミング信号は、第２電光変換器３５によっ
て電気から光に変換され、光ファイバケーブル１６によ
って重畳して伝送されて信号変調部１４の第２光電変換
器２４に送られる。そして第２光電変換器２４によって
タイミング信号は光から電気に変換されて駆動部２３に
入力され、駆動部２３によって入力切換器２０が出力切
換器３２およびデータホールド器３３とともに同期して
駆動される。

【００２０】なお、上記実施例において、タイミング発
生器３４を信号受信装置１５内に設けた例を示したが、
タイミング発生器３４を信号変調部１４内に受けてもよ
い。

【００２１】次に上腕部１５内の光信号伝送手段につい
て図３により詳述する。図３（ａ）に示すように、上腕
部３０は中空状の絶縁材からなり、その内部に信号検出
装置１３と信号受信装置１５とを接続する光ファイバケ
ーブル１６が配置されている。なお、図３（ｂ）に示す
ように、光ファイバケーブル１６を設ける代わりに、上
腕部３０内の信号検出装置１３および信号受信装置１５
に、赤外線センサ５０ａ，５０ｂを各々設け、この赤外
線センサ５０ａ，５０ｂ間で光信号を伝送してもよい。
この場合は、上腕部３０内における光ファイバケーブル
１６の布設が不要となる。

【００２２】次に電源部の発電方法について、図４によ
り詳述する。図４（ａ）に示すように、電源部１９には
エアタービン４０および発電機４１が連結され、エアタ
ービン４０にはエアー配管１８の一端が接続されてい
る。エアー配管１８は上腕部３０内に長手方向に沿って
延び、エアー配管１８の他端はスレーブアーム６側のエ
アー源１７に接続されている。図４（ａ）に示すよう
に、エアー源１７からのエアーをエアー配管１８からエ
アタービン４０に送ってエアタービン４０を回転させ、
発電機４１によって発電したのち、電気を電源部１９に
蓄えるようになっている。

【００２３】なお、図４（ｂ）に示すように、エアー配
管１８を設ける代わりに、電源部１９に発電機４１を連
結し、この発電機４１にシャフト４３の一端４３を接続
してもよい。シャフト４３は上腕部３０内に長手方向に
沿って延び、シャフト４３の他端はスレーブアーム６側
に設けられた電動機４２に接続されている。この場合
は、上腕部３０内におけるエアー配管１８の布設が不要
となる。

【００２４】次に電源部１９と発電機４１との連結関係
について図５により説明する。図５に示すように電動機
４１の発電電力を安定化させるため、電動機４１の発電
開始時に抵抗器を内臓した擬似負荷４４によって、発電
機４１で発電した電力を消費させる。そして発電電圧を
電圧検出器４５により監視し、この発電電圧が電源部１
９の定格電圧値に到達した点で負荷切換器４６により電
源部１９に電力を供給するようになっている。

【００２５】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。まず力検出器１２によって、作業
工具７を操作する手首部２８のアクチュエータの駆動状
態が検出される。この場合、力検出器１２によって、手
首部２８にかかるｘ，ｙ，ｚ方向の力（Ｘ_F ，Ｙ_F ，Ｚ
_F ）およびこれらのモーメント成分値（Ｘ_M ，Ｙ_M ，Ｚ
_M ）が検出される。すなわち、力検出器１２から入力切
換器２０へ、６つの電気信号が出力される。

【００２６】一方、タイミング発生器３４から電気的タ
イミング信号が出力切換器３２およびデータホールド器
３３に各々入力され、同時にタイミング発生器３４から
のタイミング信号は第２電光変換器３５によって電気信
号から光信号に変換される。次に光信号に変換されたタ
イミング信号は、光ファイバケーブル１６を介して第２
光電変換器２４に送られて再び電気信号に変換されて駆
動部２３に入力される。そして駆動部２３により入力切
換器２０が、出力切換器３２およびデータホールド器３
３と同期して駆動される。

【００２７】入力切換器２０に入力された６つの電気信
号は、この入力切換器２０によって単一の電気信号に切
換えられてＶ／Ｆ変換器２１に送られる。その後１つに
絞られた電気信号は、第１電光変換器２２によって光信
号に切換えられ、光ファイバケーブル１６を介して第１
光電変換器３６に送られる。第１光電変換器３６におい
て、光信号が電気信号に切換えられ、その後Ｆ／Ｖ変換
器３１を経て出力切換器３２に入力される。次に出力切
換器３２において、単一の電気信号がｘ，ｙ，ｚ方向の
力（Ｘ_F ，Ｙ_F ，Ｚ_F ）およびモーメント成分値
（Ｘ_M ，Ｙ_M ，Ｚ_M ）の６つの電気信号となるよう切換
えられる。これら６つの電気信号となるよう切換えられ
る。これら６つの電気信号は、その後データホールド器
３３に入力され、ここで保持される。

【００２８】その後６つの電気信号は、スレーブアーム
６側に送られ、後工程で用いられる。以上説明したよう
に、本実施例によれば、力検出器１２でよって検出され
た６つの電気信号を入力切換器２０によって１つの電気
信号に切換えた後、電光変換器２２によって電気信号を
光信号に変換し、この光信号を上腕部３０内の光ファイ
バケーブル１６又は赤外線センサ５０ａ，５０ｂを介し
て光電変換器３６に送って電気信号に変換し、さらにこ
の電気信号から出力切換器３２によって６つの電気信号
に戻すので、力検出器によって検出された複数信号のう
ち、１つの信号だけを上腕部３０内で伝送すればよい。
このため上腕部３０内における光信号伝送手段の構造を
簡単化することができる。

【００２９】また信号変調部１４に電気を供給する電源
部１９に発電機４１を連結するとともに、この発電機４
１を上腕部３０内に配置されたエアー配管１８からのエ
アーまたは上腕部３０内に配置された駆動シャフト４３
により駆動することにより、上腕部３０内に電気を通す
ことなく電源部１９から信号変調部１４に安定的に電気
を供給することができる。

【００３０】次に、図６により電源部１９に蓄えられる
電気を発電する発電システムの他の実施例について説明
する。ここで図６（ａ）は上腕部を示す斜視図であり、
図６（ｂ）は発電システムのブロック図である。図６
（ａ）（ｂ）に示すように、上腕部の外周に太陽電池６
０が設けられ、この太陽電池６０によって発電が行なわ
れる。また太陽電池６０には、電源部１９が接続され、
太陽電池６０と電源部１９との間には、逆流防止用ダイ
オード６１、スレーブアーム６の格納時に開放となるス
イッチ６２およびバッテリ６３が各々設けられている。

【００３１】図６（ａ）（ｂ）に示す他の実施例によれ
ば、上腕部３０内に発電システム用のエアー配管または
駆動シャフト４３を設ける必要がなくなる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
力検出器で検出された所定数の電気信号を信号検出装置
の入力切換器によって単一の電気信号に切換えた後、第
１電光変換器によって光信号に変換し、上腕部内の光信
号伝送手段を介して信号受信装置に送ることができる。
また信号受信装置内において、光信号を第１光電変換器
によって電気信号に変換した後、出力切換器によって単
一の電気信号を上述と同数の電気信号に切換えることが
できる。このため、絶縁性の上腕部によって作業工具側
とスレーブアーム側とを完全に電気的に絶縁することが
できる。さらに上腕部内に設けた光信号伝送手段は、力
検出器で検出された信号のうち単一の信号だけを伝送す
るので、光信号伝送手段の構造が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボット用信号伝送装置の実施例
を示す概略図。

【図２】信号検出装置および信号受信装置の詳細図。

【図３】上腕部内の光信号伝送手段を示す図。

【図４】電源部の発電システムを示す図。

【図５】電源部と発電機との連結関係を示す図。

【図６】電源部の他の発電システムを示す図。

【図７】一般的な保守点検ロボットを示す図。

【符号の説明】 ６ スレーブアーム ７ 作業工具 １２ 力検出器 １３ 信号検出装置 １４ 信号変調部 １５ 信号受信装置 １６ 光ファイバムケーブル １８ エアー配管 １９ 電源部 ２０ 入力切換器 ２２ 第１電光変換器 ２４ 第１光電変換器 ３０ 上腕部 ３２ 出力切換器 ３４ タイミング発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/18 Ｒ 9064−3Ｈ // Ｂ６０Ｐ 3/14 7336−3Ｄ Ｂ６６Ｆ 11/04 7515−3Ｆ Ｇ０１Ｎ 35/00 7370−2Ｊ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多関節アームに設けられた絶縁材からなる
   上腕部と、この上腕部の先端に手首部を介して設けられ
   た作業部と、を有するロボットの信号伝送装置におい
   て、 前記上腕部の作業部側端部に設けられた力検出器、およ
   びこの力検出器からの信号を検出する信号検出装置と、 前記上腕部のアーム側端部に設けられた信号受信装置
   と、 前記上腕部内に配置され、前記信号検出装置と前記信号
   受信装置との間で光信号を伝送する光信号伝送手段とを
   備え、 前記信号検出装置は第１電光変換器と、前記力検出器か
   らの所定数の電気信号を順次単一の電気信号となるよう
   切換えて前記第１電光変換器に送信する入力切換器とを
   有し、 前記信号受信装置は第１光電変換器と、この第１光電変
   換器からの単一の電気信号を前記力検出器からの電気信
   号の数と同数の電気信号に順次切換える出力切換器と、
   この出力切換器からの電気信号をホールドするデータオ
   ールド部とを有し、 前記信号検出装置または前記信号受信装置のうちいずれ
   か一方に、前記入力切換器および前記出力切換器を同期
   して駆動させるタイミング発生器を設けたことを特徴と
   するロボット用信号伝送装置。
2. 【請求項２】信号検出装置または信号受信装置のうち、
   タイミング発生器が設けられた一方の側にタイミング発
   生器からのタイミング信号を電気信号から光信号に変換
   する第２電光変換器を設け、信号検出装置または信号受
   信装置のうちの他方の側に、タイミング信号を光信号か
   ら電気信号に変換する第２光電変換器を設け、前記一方
   の側に設けられたタイミング発生器からのタイミング信
   号を前記一方の側の第２電光変換器によって光信号に変
   換し、前記光信号伝送手段を介して前記他方の側に設け
   た第２光電変換器によって電気信号に変換することを特
   徴とする請求項１記載のロボット用信号伝送装置。