JP2004072969A

JP2004072969A - 電源分散型ユニット

Info

Publication number: JP2004072969A
Application number: JP2002232670A
Authority: JP
Inventors: Akiya Kamimura; 神村　明哉; Haruhisa Kurokawa; 黒河　治久
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP3728506B2

Abstract

【課題】バッテリ等の電力供給源と、その電力により作動する機器とを備えたユニットを複数結合して作動させる際、１つのユニットのバッテリ等の電力供給源が切れたときには、そのユニット組立体は作動できなくなる。
【解決手段】図中の第１ユニットＡにはバッテリ２と、モータ３、各種機器４、これらを制御する制御装置５を備える。このユニットＡには制御装置５の信号線９、バッテリ２の電力線６を備え、信号線９には他のユニットと接続可能に凹型コネクタ１０、凸型コネクタ１１を設け、電力線６には凹型コネクタ７、凸型コネクタ８を設けている。第２ユニットＢは第１ユニットＡと同様の構成からなり、両ユニットを図１（ａ）から（ｂ）のように近接させると、両コネクタが接続する。それにより、各ユニットのバッテリ２，１３は並列接続となり、各ユニットのモータ３，１４等は各々、結合した全てのバッテリ群の使用が可能となる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給源を各ユニットごとに分散配置し、複数のユニットが結合することで結合数に応じた電力供給源を各要素が共有することができるようにした電源分散型ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気で作動する各種機器において、外部の商用電源から電力の供給を受けることが困難なときには、各機器にバッテリ或いは発電機を搭載し、そのバッテリ等から必要な電力を取り出して使用することが行われる。その際使用するバッテリ等は、各機器の使用の特性に応じて、各機器の機能上必要とする電力量に対し、バッテリ等の重量、容積等の制限を考慮して必要蓄電容量や必要発電量が決められ、適切なバッテリや発電機を使用することとなる。
【０００３】
そのため、ユニットにバッテリを搭載しているときには、その蓄電電力を所定量以上使用すると各機器は作動することができなくなり、そのバッテリが充電式のときには再充電を行い、非充電式のときにはバッテリの交換を行う必要がある。また、ユニットに発電機を搭載しているときには、各機器が発電機の発電負荷を上回るときは作動不能となる。
【０００４】
一方、例えば宇宙空間、惑星探査、深海、原子炉等の、人間が作業することが困難、あるいは好ましくない極限環境において、各種の作業を行う必要があるときには、その環境条件からロボットを用いてそれらの作業を行うことが好ましい。そのようなロボットにおいては、多数の同一構造のユニットを結合して組立ユニットとし、更にその組立ユニットの結合状態を変更、解除、再結合して、各種構造物を構成することが提案されている。
【０００５】
上記のようなユニット化したロボットとしては、例えば特開平２００１−２００９８９号公報に示すようなものを本件特許出願人が提案している。このロボットにおける最小構造であるユニットの外観は図３に示すようなものであり、ほぼ同一形状からなる第１結合部材３２と第２結合部材３３とが、連結駆動部材３４で回動自在に結合されてユニット３１が構成されている。
【０００６】
図３（ａ）中において、第１結合部材３２は左右２個の半円状の円筒面を備えた円筒面部３６と、この半円状の円筒面部３６の開放側に位置する端面部３７と、円筒面部３６及び端面部３７の両側面により形成される第１側面部４０及び第２側面部４１を備え、両円筒面部３６間には連結凹部４２が形成されている。第２結合部材３３は第１結合部材３２と上記外形においては同一形状をなしている。
【０００７】
端面部３７、第１側面部４０及び第２側面部４１には、磁石による相互連結と、形状記憶合金の加熱による強制引離作動によって切り離しが行われる組立結合装置が内部に設けられている。なお、この機構については本発明と直接的な関連が少ないので詳細な説明は省略するが、この点は前記公報に記載している。第２部材３３の頂板４３には、前記のように両磁石が吸引されるとき吸引力を高めるため、永久磁石が相互が接触できるように、永久磁石に対向する部分に穴４５を形成している。
【０００８】
また、図中実施例においては、第２部材３３の頂板における前記穴４５の外側に、わずかに突出する凸型コネクタ６９が各穴４５の周囲に図中４個設けられている。一方、第１部材３２の頂板表面に露出して設けた磁石６７の外側には、前記凸型コネクタ６９に対向する位置に凹型コネクタ４９を配置している。それにより後に述べるように、２個の自動組立体が結合するとき、両コネクタが接続し、信号の授受等を行うことができるようにしている。
【０００９】
第１結合部材３２と第２結合部材３３を連結する連結駆動部材３４は、図３（ｂ）に示すように両側の連結板４６の間に第１モータ４７と第２モータ４８を設け、第１モータ４７の連結軸５０には図３（ｃ）に示すように、図中左側の側板４６から突出し、駆動板５１を固定している。また、図中右側の側板４６の外側には、連結軸５０と同一軸線上にベアリング５８で回転自在に支持される自由回転板５９が設けられている。また、第２モータ４８側も同様に構成されている。それにより第１モータ４７が駆動されると第１結合部材３２が回動し、第２モータ４８が駆動されると第２結合部材３３が回動するようになっている。
【００１０】
ユニット単体によっても各モータの駆動によって種々の変形、移動を行うことができるものであるが、更にこのユニットを複数個組合わせると例えば図４に示すような作動を行うことができる。即ち、２個のユニットを用いる場合は、例えば図４（ａ）に示すように結合した第１ユニットＡと第２ユニットＢとを用い、第１ユニットＡの第１結合部材３２の端面部を床面に固定状態とし、第１モータを駆動して連結駆動部材３４を９０度回転すると図４（ｂ）に示すように、第１ユニットＡの第２部材３３に第２ユニットＢが吸着した状態で持ち上げられる。
【００１１】
ここで第２モータを９０度回転すると、第２ユニットＢも共に９０度回転し図４（ｃ）に示す状態となる。ここから第１モータを前記とは逆方向に９０度回転すると図４（ｄ）に示す位置となり、この状態は図４（ａ）に示す状態から第２ユニットＢがその長さ方向に９０度回転した位置となる。それにより、図４（ａ）において第２ユニットＢは床面に垂直方向に回動する状態から、図４（ｃ）においては床面に平行に回動する状態にモードを変更することができる。なお、上記のように複数のユニットを結合するに際しては、図１のコネクタが互いに連結することにより、制御信号の授受を行わせることができ、相互に関連した作動を行わせ、全体として統合した作動を行うことを可能としている。
【００１２】
また、例えば図４（ｅ）の模式図に示すように、中央の胴体部Ａから側方に４本の足Ｂを突出し、各足の端部に下方に向けて床面をとらえることのできる吸着部Ｃを配置し、胴体部Ａの先端には頭部Ｄを設け、後部には尾部Ｅを設けた四足移動構造物Ｆを構成することもできる。また、足を多数設けて、むかで形状にすることもできる。この構造のユニット組立体も、その説明は省略するが、各自動組立ユニットを順次移動することにより形成することができ、この状態で任意の方向に移動することができる。上記のようなユニットを複数用いることにより、更に種々の構造、形状の組み合わせ体を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人が提案している上記のような装置において、個々のユニットには２個のモータを設け、前記のような作動を行うことができ、外部からの助力が得にくい前記のような極限環境や、狭い空間等にある場合でも、ユニットの結合、解除、変更または再結合を容易に行うことができるようにしている。このようなユニットにおいて使用するモータの駆動源として、外部の電源を利用することも考えられるが、各ユニットの自由な移動、あるいは多数のユニット相互の複雑な接続を行うためには、外部電源とのケーブルはその妨げとなる。そのため、このようなユニットには個々にバッテリを搭載することが好ましい。
【００１４】
上記のように各ユニットに対して個々にバッテリを搭載する場合、搭載するバッテリは各ユニットが通常の作動態様において十分な電力を供給ことができる程度の容量を必要とする。そのため、このようなバッテリを搭載するスペースが必要となり大型化し、しかも全体の重量も大きなものとならざるを得ない。
【００１５】
それに対して、例えば図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、複数のユニットを組み合わせて使用する際、図４の（ａ）の状態から（ｂ）の状態に変形する際には、第１ユニットＡの第１結合部材３２の端面部を床面に固定状態とし、その第１結合部材３２内の第１モータを駆動して連結駆動部材３４を９０度回転する作動を行うのみで、第２ユニットＢは第１ユニットＡの第２結合部材３３に対して磁石で吸着しているだけで何らの作動も行っていない。同様に、図４（ｂ）から（ｃ）の状態に変形する際には、第１ユニットＡの第２結合部材３３内の第２モータのみが作動し、図４（ｃ）から（ｄ）の状態に変形する際には、第１ユニットＡの第１結合部材３２内の第１モータのみが作動することにより変形作動を行う。
【００１６】
このように、図４（ａ）〜（ｄ）での一連の変形作動に際しては第１ユニットＡ内のモータのみが作動し、第２ユニットＢ内のモータは作動していない。したがってこれらの作動中は第１ユニットＡ内のバッテリのみが利用され、第２ユニットＢ内のバッテリは全く利用されることがない。そのため、上記のような作動が連続する際には、第１ユニットＡ内のバッテリのみが消費し、最終的には第２ユニット内のバッテリが存在するにもかかわらず、この機器全体は作動不能となってしまう。
【００１７】
同様に、図４（ｅ）に示すような４足歩行構造物で歩行のみを行うには、足を移動する部分のユニット内のモータが作動し、したがってそのユニット内のバッテリが消費されるのみで、他のユニット内のバッテリは消費されない。したがって前記と同様に、特定のユニットのバッテリが消費し尽くされるとこの構造物全体が作動しなくなるか、或いは作動しない機器を残して他の機器が新しい構造物を再構築して移動する等の対処が必要となる。
【００１８】
このように、ユニット単体にバッテリを搭載し、同様のユニットが複数結合して使用する各種機器においては、１つのユニットのバッテリが消費し尽くされると組み合わされた機器全体が作動しなくなるという問題が発生することは同様である。このことは、各ユニットの電力供給源としてバッテリを用いたもの以外に、例えば燃料電池のような広義の電池であり、実質的な発電機を備えたも、また、他の種々の発電機を備えたものにおいても同様の問題を発生する。
【００１９】
したがって本発明は、機器のユニット毎に電力供給源を備えて所定の作動を行い、また同様のユニットを複数結合してユニット組立体として作動するユニットにおいて、ユニットが複数結合しているときに、１つのユニットの電力供給源から電力が供給できない時に他のユニットの電力供給源から電力供給可能であるにもかかわらず、機器全体が作動しなくなることを防止し、小型の電力供給源を備えた多数のユニットが結合しているときには、全てのユニットの電力供給源を集めた大容量の電力供給源を備えたものと同様の機能を行うようにすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力供給源と、前記電力供給源の電力により作動する機器と、他のユニットの電力供給源と相互に接続可能な電力線用コネクタとを備え、前記電力線用コネクタによる複数ユニットの接続時に、１つのユニット内の前記機器が複数ユニットの電力供給源の電力を使用可能としたことを特徴とする電源分散型ユニットとしたものである。
【００２１】
また、請求項２に係る発明は、前記ユニットには少なくとも該ユニットの作動を制御する制御装置と、他のユニットの制御装置と相互に接続可能な信号線用コネクタとを備え、前記信号線用コネクタによる複数ユニットの接続時に、１つのユニット内の制御装置が他のユニットの制御装置と通信可能としたことを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニットとしたものである。
【００２２】
また、請求項３に係る発明は、前記電力供給源はバッテリであることを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニットとしたものである。
【００２３】
また、請求項４に係る発明は、前記電力供給源は発電機であることを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニットとしたものである。
【００２４】
また、請求項５に係る発明は、前記ユニットは、複数のユニットを任意に結合して統合した作動を行う組立ユニットを構成することを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニットとしたものである。
【００２５】
また、請求項６に係る発明は、前記ユニットは、連結部材により回動自在に連結する第１の部材と第２の部材とを備え、前記第１の部材には他のユニットと結合、離脱可能な結合・離脱装置を備えたことを特徴とする請求項５記載の電源分散型ユニットとしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明の基本的なシステムとその作動例を示すものであり、同図（ａ）に示すように、第１ユニットＡにはバッテリ２で駆動されるモータ３、及びその他の各種機器４を備え、それらは同じ電源により作動する制御装置５によってその駆動が制御され、所定の作動を行うようになっている。この第１ユニットＡには図中模式的に示しているコネクタ群を本体の図中左右部分に備え、バッテリ２に対する電力線６，６のための図中右側の凹型コネクタ７，７、図中左側の凸型コネクタ８，８と、制御装置５に対する信号線９，９のための図中右側の凹型コネクタ１０，１０、図中左側の凸型コネクタ１１，１１を備えている。
【００２７】
一方、第２ユニットＢも前記第１ユニットＡと同一構成をなし、バッテリ１３で駆動されるモータ１４、及びその他の各種機器１５を備え、それらは同じ電源により作動する制御装置１６によってその駆動が制御され、所定の作動を行うようになっている。この第２ユニットＢにもコネクタ群を本体の図中左右部分に備え、バッテリ１３に対する電力線１７，１７のための図中右側の凹型コネクタ１８，１８、図中左側の凸型コネクタ１９，１９と、制御装置１６に対する信号線２０，２０のための図中右側の凹型コネクタ２１，２１、図中左側の凸型コネクタ２２，２２を備えている。
【００２８】
上記のような第１ユニットＡと第２ユニットＢが同図（ａ）中、矢印で示すように近接するとき、最終的に図１（ｂ）に示すように、第１ユニットＡの電力線６，６用凹型コネクタ７，７と、第２ユニットＢの電力線１７，１７用凸型コネクタ１９，１９とが結合し、また、第１ユニットＡの信号線９，９用凹型コネクタ１０，１０と第２ユニットＢの信号線２０，２０用凸型コネクタ１９，１９とが結合する。
【００２９】
その結果第１ユニットＡの電力線６，６と第２ユニットＢの電力線１７，１７とが接続して共通の電力線となり、それにより、第１ユニットＡのバッテリ２と第２ユニットＢのバッテリ１３とが並列接続状態となる。そのため、第１ユニットＡのモータ３等の電力使用機器、及び第２ユニットＢのモータ１４等の電力使用機器とが、前記並列接続されたバッテリ２，１３の電力を利用して作動することが可能となる。
【００３０】
また同時に、第１ユニットＡの信号線９，９と第２ユニットＢの信号線２０，２０とが接続して共通の信号線となり、それにより、第１ユニットＡの制御装置５と第２ユニットＢの制御装置１６とが、互いに信号の入出力を行いつつ機器の制御を行うことが可能となる。したがって図１（ｂ）に示す状態のときには、例えば第１ユニットＡの制御装置５が所定の作動を行うとき、この作動と連動して第２ユニットＢの制御装置１６が更に他の所定の作動を行うことができ、或いは第１ユニットＡの制御装置５をマスターコンピュータとして作動し、第２ユニットＢの制御装置１６をスレイブコンピュータとして作動させることにより、ユニット結合体全体を１つの機器として作動させることができる。
【００３１】
上記のようなユニットの結合による作動は、同様にして更に多数のユニットを結合して作動させることができ、特に各ユニットの結合により各ユニットに備えているバッテリの共通化の点から見ると、例えば図２に示すように、ユニットＵ単体としては、各ユニット内の機器の作動を行うモータＭの電源として、ユニットＵ内に搭載しているバッテリＢを使用して作動するものにおいて、前記図１に示すようなユニットの結合を行う結果、図２に示すように共通の電力線Ｗ，Ｗに全て接続され、各バッテリＢ、Ｂ・・・は全て並列接続状態となる。したがってこのとき、各モータＭは全てのバッテリＢを共通して使用する態様となり、特定のバッテリのみを使用することがないので特定のバッテリのみがいわゆるバッテリ上がりの状態になることがない。なお、図２に示すものにおいても、信号線を前記図１に示すように接続し、各ユニットを関連して制御する。
【００３２】
このような複数のユニットを結合して各ユニットのバッテリを共通して利用することができるようにする形態を、前記図３に示すユニット組立ロボットに対して適用する際には、第１結合部材３２及び第２結合部材３３の各結合面に各々図中４個備えた信号線の接続用に設けている凸型コネクタ６９、またはその凸型コネクタ６９に対向した位置に配置される凹型コネクタ４９について、信号線の接続用には各々２個のコネクタのみを用い、残りの２個のコネクタを、バッテリ相互を接続するための電力線用コネクタとすることによって容易に適用することができる。なお、その際には、信号線用コネクタとは異なり、比較的大きな電流を流すことができる形式のコネクタとする。
【００３３】
それにより、例えば図４（ａ）〜（ｄ）に示すような、図３に示すユニットを２個結合して作動する装置において、同図（ａ）から（ｄ）に至る過程では、前記のようにユニットＡのモータのみが作動することとなるが、上記のように各ユニットの電力線がコネクタにより接続し、また信号線も接続する結果、例えば前記図１に示すように各ユニットが接続することとなる。そのため図４におけるユニットＡ内のモータの上記のような作動に際しては、上記一連の作動中全く作動することがないユニットＢ内のバッテリも利用することができ、従来のもののように、ユニットＢ内のバッテリに十分蓄電電力があるにもかかわらず、ユニットＡ内のバッテリの蓄電電力のみが消費尽くされて、このユニット組立体が作動不能になることがない。
【００３４】
このように、ユニットが複数連結することにより全体のバッテリを有効に利用できる作用効果は、図４（ｅ）に示されるように更に多数のユニットが組み合わされて全体として所定の作動を行うものにおいてはその効果がより大きくなり、ユニット組立体の全体としてその一部のユニットのみが作動するとき、ほとんど作動することのない多くのユニットのバッテリを有効に利用することができる。
【００３５】
本発明は上記のような構造のユニットを多数結合するもの以外に、他の構造のユニットを多数結合するもにおいても同様に利用することができることは当然であり、各ユニットの大きさも、微少なものから大きなものまで同様に適用することができる。また、ユニットで使用する電力源として通常のバッテリを用いるもの以外に、例えば燃料電池等の広義の電池を用いたものにおいても同様に適用することができる。
【００３６】
更に、前記燃料電池或いは太陽電池のような実質的な発電装置を含め、電力供給源として発電装置を用いたものにおいても、前記各実施例のバッテリに替えて適用することもでき、多数のユニットが結合したときには、１つの発電装置によっては供給電力が不足する分を、他のユニットの発電装置によって補うことができ、また、１つのユニットの発電装置におけるエネルギ源が切れたときにでも、他のユニットの発電装置を駆動して作動させることができるようになる。したがって、個々のユニットの発電装置が小型のものであっても、全体として大型の大電力を発生する発電機を備えたものと同等にして作動させることができる。なお、このような発電機を備える場合には、更にその発電電力を蓄えるバッテリを各ユニットに備えても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、ユニット内の機器が各ユニット毎に備えている電力供給源の電力により作動することができ、かつ同様のユニットを複数結合してユニット組立体として作動することを可能としたユニットにおいて、ユニットが複数結合しているときには、１つのユニットの機器が他のユニットの電力供給源の電力も利用することができるようになり、１つのユニットの例えばバッテリのような電力供給源から電力が供給できなくなったとき、他のユニットの電力供給源が電力供給可能のときにはその電力を利用することができるようになる。
【００３８】
特にこのユニットが多数結合して全体が所定の作動を行うとき、作動するユニットが特定のもののみである場合が多くなるので、作動するユニットは他の作動しないユニットを含めた全ての電力供給源の電力を利用することができ、個々のユニットに備えた電力供給源が小型のものであっても、ユニット組立体全体として大型の電力供給源を備えたものと同じ状態で、個々のユニットを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において用いるユニットの基本構成、及び２つのユニットが結合した状態を示す図であり、（ａ）は２つのユニットが分離して各々のユニットが個別に作動する状態を示し、（ｂ）は２つユニットが結合して作動する状態を示している。
【図２】本発明によるユニットが複数結合して、電力線及び信号線を接続した状態を示す図である。
【図３】本発明が適用される自動組み立てロボットのユニットの外観図である。
【図４】前記ユニットを複数結合した状態を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は２個のユニットを結合してその形態を変更する状態を順に示す図であり、（ｅ）は多数のユニットを結合して１つのユニット組立体を構成した例を示す図である。
【符号の説明】
２、１３　バッテリ
３、１４　モータ
４、１５　各種機器
５、１６　制御装置
６、１７　電力線
７、１８　凹型コネクタ
８、１９　凸型コネクタ
９、２０　信号線
１０、２１　凹型コネクタ
１１、２２　凸型コネクタ

Claims

電力供給源と、
前記電力供給源の電力により作動する機器と、
他のユニットの電力供給源と相互に接続可能な電力線用コネクタとを備え、
前記電力線用コネクタによる複数ユニットの接続時に、１つのユニット内の前記機器が複数ユニットの電力供給源の電力を使用可能としたことを特徴とする電源分散型ユニット。
前記ユニットには少なくとも該ユニットの作動を制御する制御装置と、他のユニットの制御装置と相互に接続可能な信号線用コネクタとを備え、
前記信号線用コネクタによる複数ユニットの接続時に、１つのユニット内の制御装置が他のユニットの制御装置と通信可能としたことを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニット。
前記電力供給源はバッテリであることを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニット。
前記電力供給源は発電機であることを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニット。
前記ユニットは、複数のユニットを任意に結合して統合した作動を行う組立ユニットを構成することを特徴とする請求項１記載の電源分散型ユニット。
前記ユニットは、連結部材により回動自在に連結する第１の部材と第２の部材とを備え、前記第１の部材には他のユニットと結合、離脱可能な結合・離脱装置を備えたことを特徴とする請求項５記載の電源分散型ユニット。