JP2012522706A - ウインチ及びこれを含む自律移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供する。
【解決手段】本発明によるウインチは、駆動モータと、上記駆動モータにより回転するドラム駆動軸と、上記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、上記ドラム駆動軸と平行に配置され、上記駆動モータにより上記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、上記ローラ駆動軸に連結され、上記ワイヤドラムに巻き取られたり、上記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、上記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸により上記ローラに伝達される駆動力を遮断するように上記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ（ｏｎｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）と、を含み、上記ローラは、上記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸により駆動力の伝達を受けて、上記ワイヤドラム及び上記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とする。

Description

本発明はウインチに関し、より詳細には、ワイヤの長さを精密に制御可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置に関する。

通常、船体のブロック内部での溶接または切断のような作業を自動で行うために、作業ロボットの搭載された自律移動装置が使用されている。自律移動装置は、ロボットを搭載可能なプラットフォームを複数のワイヤを用いて船体ブロック内部で移動するように動作する。
ここで、プラットフォームに設けられたウインチが、船体ブロック内壁面に結合されているワイヤを巻き取るかまたは繰り出す動作を繰り返して行うことにより、プラットフォームは、船体ブロック内部で自由に移動することができる。さらに、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができれば、プラットフォームを船体ブロック内部の所望する位置に移動することができる。

しかし、通常使用されるウインチは、ワイヤに張力を加えない状態でウインチを構成するワイヤドラムが、ワイヤが繰り出される方向に回転すると、ワイヤドラムとワイヤ吐出口との間のワイヤが垂れたり、弛んだりする現象が発生する
このように垂れたワイヤは、互いに絡み合ったり、絡み合わなくても乱れた状態にある。このような状態でウインチがワイヤを巻き取ると、ワイヤは絡み合った状態または乱れた状態でワイヤドラムに巻き取られることになる。よって、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができないという問題があった。

また、通常使用されるウインチは、ワイヤに張力を加えない状態で、ウインチを構成するワイヤドラムがワイヤの繰り出される方向に回転すると、ワイヤドラムにタイトに巻き取られたワイヤが弛んで繰り出され、ワイヤドラムの外周面から弛む現象が発生する。
ワイヤがワイヤドラムから弛んで繰り出され、弛んだ状態で再びワイヤをワイヤドラムにタイトに巻き取ることは困難である。よって、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができないという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転する場合に発生するワイヤの垂れることやワイヤドラム上のワイヤの弛むことを防止して、ワイヤの長さを精密に制御可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、駆動モータと、上記駆動モータからの駆動力の伝達を受けて回転するドラム駆動軸と、上記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、上記ドラム駆動軸と平行に配置され、上記駆動モータにより上記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、上記ローラ駆動軸に連結され、上記ワイヤドラムに巻き取られたり、上記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、上記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸から上記ローラに伝達される駆動力を遮断するように、上記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ（ｏｎｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）と、を含み、上記ローラは、上記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸から駆動力の伝達を受けて上記ワイヤドラム及び上記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とするウインチが提供される。

上記駆動モータの一端部に設けられるモータギアと、上記ドラム駆動軸の一端部に設けられ、上記モータギアと噛み合う第１ドラムギアと、上記ローラ駆動軸の一端部に設けられるローラギアと、を含み、上記ドラム駆動軸に接する上記第１ドラムギアの側部には、上記ローラギアと噛み合う第２ドラムギアが設けられることが可能である。
上記ローラ駆動軸上には、トルクリミッタが設けられてもよい。
上記ローラにより支持されるワイヤの張力を測定するために、上記ローラに隣接して配置されるロードセル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含むことができる。
上記ローラにより支持されるワイヤが上記ローラから外れることを防止するために、上記ローラの外周縁に接し、上記ローラの回転軸と平行な回転軸を備えたピンチローラをさらに含むことができる。

本発明の他の側面によれば、所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、上記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、上記移動プラットフォームに設けられる上述したウインチと、一端が上記作業空間を限定する支持体に結合され、他端が上記ウインチに結合されるワイヤを含む自律移動装置が提供される。

本発明の一側面によれば、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転しても、ローラとワイヤドラムとの間に位置するワイヤが張力を維持するので、従来のウインチにおけるワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するときに発生したワイヤの垂れること、またはワイヤドラム上にタイトに巻き取られたワイヤがワイヤドラム上で繰り出されたり、弛んだりする現象を防止できる。
また、ワイヤの垂れることや弛むことによりワイヤが互いに絡み合った状態、または乱れた状態になることを防止できるので、ウインチによるワイヤの長さに対する精密制御が可能となる。
本発明の他の側面によれば、このように巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができるウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。

本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。 本発明の一実施例に係るウインチの斜視図である。 図２のＩ−Ｉに沿った断面図である。 本発明の一実施例に係るウインチに含まれたローラ駆動軸の長さ方向の断面を概略的に示す図面である。 本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。 本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。

以下では、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。以下、本発明に係るウインチの好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに関する重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。上記自律移動装置１００は、船体のブロック内部のような所定の作業空間１０７で自由に移動する。
図１を参照すると、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５、ウインチ１１０及びワイヤ９２を含む。移動プラットフォーム１０５は、移動過程で作業空間１０７の内部に位置する。
移動プラットフォーム１０５の上側には溶接、切断及び塗装のような作業を行える作業装置１０６が移動プラットフォーム１０５の長さ方向に移動可能に搭載されることができる。また、移動プラットフォーム１０５の下側にはブラスティング及びグリット収去のような作業を行える作業装置が移動プラットフォーム１０５の長さ方向に移動可能に搭載されることができる。

移動プラットフォーム１０５には、複数のウインチ１１０が設けられる。ウインチ１１０は、一端が作業空間１０７を限定する支持体１０８に結合されたワイヤ９２の他端と結合する。ここで、作業空間を限定する支持体とは、船体のブロックを区画する隔壁のようなものを意味し、これ以外にも様々な形態の支持体が本実施例に適用される。

このように構成された自律移動装置１００は、ウインチ１１０を用いてウインチ１１０に結合されたワイヤ９２を巻き取るかまたは繰り出しながら、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７内を自由に移動するように動作する。
この場合、ウインチ１１０は巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤ９２の長さを精密に調整することができるように構成される。これにより、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７の所望する位置に精密に移動するように動作する。

図２は、本発明の一実施例に係るウインチの斜視図であり、図３は、図２のＩ−Ｉに沿った断面図である。図２を参照すると、本発明の一実施例に係るウインチ１１０は、駆動モータ１０と、ドラム駆動軸２０と、ワイヤドラム３０と、ローラ駆動軸４０と、ローラ５０と、ワンウェイクラッチ（ｏｎｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）６０と、を含む。

駆動モータ１０は、後述するドラム駆動軸を回転させるための駆動力を提供する。図２を参照すると、駆動モータ１０は減速機１４及びモータブレーキ１６に連結される。また、駆動モータ１０は、駆動モータの回転軸の回転量を測定するためのエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）１８に連結されることも可能である。但し、駆動モータ１０に連結される減速機、モータブレーキ及びエンコーダは選択的に適用できる。

駆動モータ１０は、支持フレーム７０に設けられる。支持フレーム７０は、移動プラットフォーム１０５（図１参照）に設けられる支持体であって、駆動モータ１０からの駆動力の伝達を受けて回転するドラム駆動軸２０が設けられる。
駆動モータ１０の駆動力をドラム駆動軸２０に伝達するために駆動モータ１０の一端部にモータギア１２が設けられ、ドラム駆動軸２０の一端部にはモータギア１２と噛み合う第１ドラムギア２２が設けられる。

図２を参照すると、ドラム駆動軸２０にはワイヤドラム３０が設けられる。ワイヤドラム３０は、ワイヤ９２を巻き取るための構成であって、円筒形状を有する。本実施例においてワイヤドラム３０は、ドラム駆動軸２０により回転しながらドラム駆動軸２０に沿って移動可能にドラム駆動軸２０上に設けられる。このために、ドラム駆動軸２０及びワイヤドラム３０は、ボールスプライン方式等様々な方式により結合されることが可能である。

本実施例においてワイヤドラム３０は、その長さ方向の両側端部の外周面に第１ねじ部３６が形成される。上記第１ねじ部３６は、後述するガイド部９０に形成された第２ねじ部９６と噛み合う。しかし、第１ねじ部３６が必ずしも上記ワイヤドラム３０の両側端部に形成される必要はなく、上記ワイヤドラム３０の一端部に形成されることも可能である。

図２を参照すると、ドラム駆動軸２０の一側にはドラム駆動軸２０と平行に配置されるガイド部９０が形成される。ガイド部９０は、支持フレーム７０と一体に形成されてもよく、別に製作され配置されてもよい。
ガイド部９０は、ドラム駆動軸３０に対向する側面に、ドラム駆動軸２０の長さ方向に延長され、第１ねじ部３６と噛み合う第２ねじ部９６を備える。ワイヤドラム３０は、ドラム駆動軸２０により回転するとき、第１ねじ部３６が第２ねじ部９６と噛み合った状態でガイド部９０に沿ってねじ移動することができる。

このように、ワイヤドラム３０がガイド部９０に沿って回転しながらねじ移動することにより、ワイヤ９２が整列された状態でワイヤドラム３０に順次巻き取られたり、ワイヤドラム３０から順次繰り出されたりすることになる。
第１ねじ部３６及び第２ねじ部９６にそれぞれ形成されたねじ山は所定のピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する。この場合、ワイヤドラム３０が１回転するとき、ワイヤドラム３０がガイド部９０に沿って移動する距離が一定に維持される。

これにより、ウインチ１１０は、ワイヤドラム３０がガイド部９０に沿って移動するとき、ガイド部９０の長さ方向の所定の位置、例えばガイド部９０の長さ方向に対して垂直であり、かつワイヤ吐出口２１の中心を通る平面上の位置にてワイヤ９２がワイヤドラム３０に巻き取られたり、ワイヤドラム３０から繰り出されたりするように動作する。

本実施例では、ドラム駆動軸２０と平行にローラ駆動軸４０が配置される。ローラ駆動軸４０は、後述するローラ５０に駆動力を伝達するための構成であって、駆動モータ１０によりドラム駆動軸２０とは異なる方向に回転する。
これに関連して図２を参照すると、ドラム駆動軸２０に接する第１ドラムギア２２の側部には、ローラ駆動軸４０の一端部に設けられたローラギア４４と噛み合う第２ドラムギア２４が形成される。これにより、駆動モータ１０の駆動力がローラ駆動軸４０に伝達され、ローラ駆動軸４０はドラム駆動軸２０の回転方向とは異なる方向に回転する。

本実施例において、ローラ駆動軸４０はローラ５０に連結される。ローラ５０は、ワイヤドラム３０に巻き取られたり、ワイヤドラム３０から繰り出されたりするワイヤ９２を支持する。ローラ５０は、回転可能にローラ支持部５８に設けられ、ローラ支持部５８の端部は支持フレーム７０に設けられる。

図２から分かるように、ワイヤ９２は、例えば支持フレーム７０に形成された吐出口７１を経てローラ５０に支持された状態でワイヤドラム３０に巻き取られることができる。また、ワイヤ９２は、ワイヤドラム３０から繰り出されながらローラ５０に支持された状態で吐出口７１を経ることができる。

本実施例においてウインチ１１０は、ローラ５０の回転軸に平行な回転軸を備えたピンチローラ５４をさらに含む。ピンチローラ５４は、ローラ５０により支持されるワイヤ９２がローラ５０から外れることを防止する。ピンチローラ５４は、ローラ５０の外周縁に接するか隣接して配置され、ローラ支持部５８に回転可能に設けられる。

図３を参照すると、本実施例においてウインチ１１０は、ローラ５０に接して配置されるロードセル８０をさらに含む。ロードセル８０は、ローラ５０により支持されるワイヤ９２の張力を測定するためのものであって、ローラ５０の設けられたローラ支持部５８の端部に設けられる。
ローラ５０により支持されるワイヤに張力が掛かると、ワイヤによりローラ５０がロードセル８０側に荷重を加えることになる。この場合、ロードセル８０に加えられた荷重からワイヤの張力を測定する。

本実施例では、ローラ駆動軸４０にワンウェイクラッチ（ｏｎｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）６０が設けられる。ワンウェイクラッチ６０は、ワイヤドラム３０がワイヤ９２を巻き取る方向に回転するとローラ駆動軸４０によりローラ５０に伝達される駆動力が遮断され、逆にワイヤドラム３０がワイヤ９２を繰り出す方向に回転するとローラ駆動軸４０により駆動力がローラ５０に伝達されるように動作する。

これにより、ワイヤドラム３０がワイヤ９２を巻き取る方向に回転するとローラ５０は、ローラ駆動軸４０の動作のために、伝達される駆動力の影響を受けない状態でワイヤドラム３０側に巻き取られるワイヤ９２との摩擦により回転する。
また、ワイヤドラム３０がワイヤ９２を繰り出す方向に回転するとローラ５０は、ローラ駆動軸４０の動作のために、伝達される駆動力により回転する。この場合、ローラ５０は、図２から分かるようにワイヤ９２が吐出口７１を通って外部に吐出する方向に回転する。

本実施例では、ローラ５０が上記のように回転することにより、ワイヤドラムから繰り出されるワイヤ９２がローラ５０との摩擦により吐出口７１側に引かれ、ローラ５０とワイヤドラム３０との間に位置するワイヤ９２は張力を維持する。
これに関連して、ワイヤドラム３０からワイヤ９２が繰り出される状態でローラ５０とワイヤドラム３０との間に位置するワイヤ９２が張力を維持するためには、ローラは同じ時間内にワイヤドラムから繰り出されるワイヤの長さよりも長い長さのワイヤを吐出口側に引くように回転しなければならない。このために、ローラギア４４及び第２ドラムギア２４のギア比を適宜に調整することができる。

また、本発明の一実施例によれば、ローラ駆動軸４０にトルクリミッタ（ｔｏｒｑｕｅ ｌｉｍｉｔｅｒ）４２が設けられる。トルクリミッタ４２はローラ駆動軸４０により過度の駆動力がローラ５０に伝達されることを防止する。
ここで、過度の駆動力とは、ワイヤドラム３０がワイヤを繰り出す方向に回転するとき、ワイヤ９２を吐出する方向に回転するローラ５０と、ローラ５０により支持されるワイヤ９２との間にスリップの発生する瞬間の駆動力と少なくとも同じである駆動力をいう。
このように、トルクリミッタ４２がローラ駆動軸４０上に設けられることによりローラ５０と、ローラ５０により支持されるワイヤ９２との間のスリップを防止でき、スリップによるワイヤ９２の損傷を防止することができる。

図４は、本発明の一実施例に係るウインチに含まれたローラ駆動軸の長さ方向の断面を概略的に示す図面である。図４を参照するとローラ駆動軸４０は総３つの部分に分けられる。
つまり、ローラ駆動軸４０は、端部にローラギア４４が結合される第１軸４１、トルクリミッタ４２により第１軸４１に連結される第２軸４３及びワンウェイクラッチ６０により第２軸４３に連結される第３軸４５を含む。
ここで、トルクリミッタ４２は、負荷が規定値以上に作用したとき、回転力を伝達する継ぎ手部４７が滑るか離れるように構成される。また、ワンウェイクラッチ６０は、内輪４６が第２軸４３に結合され、外輪４８が第３軸４５に連結される。
この場合、ワンウェイクラッチ６０の外輪４８は、第２軸４３及び第３軸４５の間の偏角及び偏心を防止するためのカップリング４９により第３軸４５に連結されることが可能である。または、ワンウェイクラッチ６０の外輪４８は第３軸４５に直接結合されてもよい。

図５及び図６は、本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。先ず図５を参照すると、ウインチ１１０はワイヤ９２を巻き取るように動作する。
この場合、ワイヤドラム３０はワイヤ９２を巻き取る方向に回転する。そして、ワンウェイクラッチ６０によりローラ駆動軸４０からローラ５０に伝達される駆動力が遮断される。これにより、ローラ５０はワイヤ９２との摩擦によりワイヤ９２がワイヤドラム３０ 側に巻き取られる方向に回転する。

図６を参照すると、ウインチ１１０は、ワイヤ９２を繰り出すように動作する。この場合、ワイヤドラム３０はワイヤ９２を繰り出す方向に回転する。そして、ローラ５０は、ローラ駆動軸４０（図２参照）により駆動力の伝達を受け、ワイヤ９２が吐出口７１を経て外部に移送される方向に回転する。
この場合、ローラ５０は、ローラ５０とワイヤドラム３０との間に位置するワイヤ９２に張力が掛かるように回転する。そして、トルクリミッタ４２（図２参照）はローラ駆動軸４０（図２参照）により、過度の駆動力がローラ５０に伝達されることを防止するように動作する。これにより、ローラ５０とローラ５０により支持されるワイヤ９２との間に発生するスリップが防止される。

以上で説明したように、本発明の一実施例に係るウインチは、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転してもローラとワイヤドラムとの間に位置するワイヤが張力を維持するので、従来のウインチから発生されたワイヤの垂れることや弛むことを防止できる。
さらに、このようなウインチ１１０は、ワイヤの垂れや弛みによりワイヤが互いに絡み合ったり、または乱れたりすることを防止できる。このような点から、本発明の一実施例に係るウインチはワイヤの長さの精密な制御が可能となる。
また、このように巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。

以上では、本発明の実施例について説明したが、本発明の思想は本明細書に記載した実施例に限定されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などをして他の実施例を容易に提案することができるが、これも本発明の思想範囲内に含まれるものといえる。

Claims (6)

1. 駆動モータと、
   前記駆動モータにより回転するドラム駆動軸と、
   前記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、
   前記ドラム駆動軸と平行に配置され、前記駆動モータにより前記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、
   前記ローラ駆動軸に連結され、前記ワイヤドラムに巻き取られたり、前記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、
   前記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、前記ローラ駆動軸により前記ローラに伝達される駆動力が遮断されるように、前記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ（ｏｎｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）と、を含み、
   前記ローラは、前記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、前記ローラ駆動軸により駆動力の伝達を受けて、前記ワイヤドラム及び前記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とするウインチ。
2. 前記駆動モータの一端部に設けられるモータギアと、
   前記ドラム駆動軸の一端部に設けられ、前記モータギアと噛み合う第１ドラムギアと、
   前記ローラ駆動軸の一端部に設けられるローラギアと、を含み、
   前記ドラム駆動軸に接する前記第１ドラムギアの側部に、前記ローラギアと噛み合う第２ドラムギアが形成されることを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
3. 前記ローラ駆動軸に設けられるトルクリミッタ（ｔｏｒｑｕｅ ｌｉｍｉｔｅｒ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
4. 前記ローラにより支持されるワイヤの張力を測定するために、前記ローラに隣接して配置されるロードセル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
5. 前記ローラにより支持されるワイヤが前記ローラから外れることを防止するために、前記ローラの外周縁に接するか隣接して配置され、前記ローラの回転軸と平行な回転軸を備えたピンチローラをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
6. 所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、
   前記作業空間の内部で移動可能に位置する移動プラットフォームと、
   前記移動プラットフォームに設けられる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のウインチと、
   一端が前記作業空間を限定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤと、
   を含む自律移動装置。

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