JP2014090537A - 巻取装置及び遠隔作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】巻取装置において、電気ケーブルと光ケーブルとの両方を一度に巻き取ることが可能とする。
【解決手段】リールの一方の回転軸端に配置された光ケーブルの端部と接続されると共にフレームに固定される光ロータリジョイントと、リールの他方の回転軸端に配置された電気ケーブルの端部と接続されると共にフレームに固定されるスリップリングとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻取装置及び遠隔作業システムに関するものである。

従来から、作業者による作業が困難な場所では、その作業は、作業者に代わりロボット等の遠隔作業装置によって行われている。一般的に、このような遠隔作業装置は、バッテリを搭載して動力源とし、離れた場所からの無線通信によって制御される。ところが、長時間の作業が要求される場合や、コンクリート建造物の屋内（原子炉建屋の屋内など）や水中等の無線通信が行い難い環境では、遠隔作業装置は、有線接続された電源ケーブル（電気ケーブル）や光ケーブルを介して、電力や制御信号が供給される。

このように遠隔作業装置にて電源ケーブルや光ケーブルが有線接続されている場合には、電源ケーブル及び光ケーブルは、遠隔作業装置の移動により絡まる恐れがある。このため、例えば特許文献１に示すように、遠隔作業装置は、巻取装置を備え、巻取装置によって電源ケーブルや光ケーブルの余分な部分を巻き取っている。

特開２００３−９６８２０号公報

しかしながら、上述のように種類の異なる２本のケーブル（電気ケーブル及び光ケーブル）が有線接続されている場合には、例えば遠隔作業装置は、巻取装置を２台備える必要がある。このように２台の巻取装置を備える遠隔作業装置は、重量増加による作業性能の低下や製造コストの増加を生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、巻取装置において、電気ケーブルと光ケーブルとの両方を一度に巻き取ることが可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、例えば以下の構成を採用する。

本発明の第１の態様は、巻取装置であって、光ケーブルと電気ケーブルとが束ねられたケーブル体が巻回されると共に、一方の回転軸端に上記光ケーブルの端部が配置され、他方の回転軸端に上記電気ケーブルの端部が配置されるリールと、上記リールを軸支するフレームと、上記リールの一方の回転軸端に配置された上記光ケーブルの端部と接続されると共に上記フレームに固定される光ロータリジョイントと、上記リールの他方の回転軸端に配置された上記電気ケーブルの端部と接続されると共に上記フレームに固定されるスリップリングとを備えるという構成を採用する。

本発明の第１の態様は、上記リールを回転駆動するモータと、上記ケーブル体に作用する張力を検出する張力検出手段と、上記張力検出手段の検出結果に基づいて、上記ケーブル体に作用する張力が一定となるように上記モータの回転数を制御する回転数調節手段とをさらに備えるという構成を採用することもできる。

本発明の第１の態様は、上記リールを回転駆動するモータと、上記モータと上記リールとを接続すると共に上記モータの負荷が閾値を超えたときに上記リールの回転軸に対して上記モータの出力軸を滑らせるトルクリミッタとをさらに備えるという構成を採用することもできる。

本発明の第２の態様は、遠隔作業システムであって、操作手段と、移動手段と、上記操作手段と上記移動手段とを接続すると共に光ケーブルと電気ケーブルとが束ねられたケーブル体と、上記第１の態様である巻取装置を備えるという構成を採用する。

本発明は、リールの一方の回転軸端に配置される光ケーブルの端部に対して接続される光ロータリジョイントと、リールの他方の回転軸端に配置される電気ケーブルの端部に対して接続されるスリップリングとを備えている。光ロータリジョイントは、軸回りに回転する光ケーブルの端部を軸支し、当該光ケーブルを回転しない光ケーブルと接続可能とするものであり、光接続を保つための回転継手である。また、スリップリングも、軸回りに回転する電気ケーブルの端部を軸支し、当該電気ケーブルを回転しない電気ケーブルと接続可能とするものであり、電気的に接続を保つための回転継手である。このような本発明は、リールが回転した場合であっても、光ケーブル及び電気ケーブルが捩れることなく外部との光接続及び電気的な接続を確保することができる。したがって、本発明は、電気ケーブルと光ケーブルとの両方を一度に巻き取ることが可能となる。

本発明の一実施形態である巻取装置の第１実施形態の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態である巻取装置の第２実施形態の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態である巻取装置の第２実施形態の概略構成を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態である遠隔作業システムの概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る巻取装置及び遠隔作業装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（巻取装置の第１実施形態）
図１は、本実施形態の巻取装置１の概略構成を模式的に示す縦断面図である。この図に示すように、本実施形態の巻取装置１は、フレーム２と、リール３と、ベアリング４と、モータ５と、駆動伝達ベルト６と、光ロータリジョイント７、スリップリング８と、トルクリミッタ９と、モータ制御部１０とを備えている。

フレーム２は、リール３、ベアリング４、モータ５、駆動伝達ベルト６、光ロータリジョイント７、スリップリング８及びトルクリミッタ９を支持する強度部材である。このフレーム２は、図１に示すように、上方に向かう２つのアーム部２ａを備えている。これらのアーム部２ａは、リール３を挟んで配向配置されている。以下、図１の右側に示す一方のアーム部２ａを第１アーム部２ｂと称し、図１の左側に示す他方のアーム部２ａを第２アーム部２ｃと称する。

リール３は、光ケーブルＣ１と電源ケーブルＣ２（電気ケーブル）とが束ねられて形成されるケーブル体Ｃが巻回されるドラム３ａと、ドラム３ａの回転中心に設けられる２つの回転軸３ｂとを備えている。ドラム３ａは、図１に示すように内部が中空であり、ケーブル体Ｃが挿通される貫通孔３ｃを有する。回転軸３ｂは、円筒部材である。この回転軸３ｂの内部空間は、ドラム３ａの内部空間と接続されている。なお、以下、図１の右側に示す一方の回転軸３ｂを第１回転軸３ｄと称し、図１の左側に示す他方の回転軸３ｂを第２回転軸３ｅと称する。

なお、光ケーブルＣ１と電源ケーブルＣ２とは、図１に示すように、リール３の内部で解かれている。光ケーブルＣ１の端部Ｃ１１は、第１回転軸３ｄの端部３ｄ１（一方の回転軸端）に配置されている。電源ケーブルＣ２の端部Ｃ２１は、第２回転軸３ｅの端部３ｅ１（他方の回転軸端）に配置されている。

ベアリング４は、第１回転軸３ｄと第２回転軸３ｅとの各々に対して設置されている。一方のベアリング４は、内輪が第１回転軸３ｄの周面に固定され、外輪がフレーム２の第１アーム部２ｂに固定され、第１回転軸３ｄを軸支している。もう一方のベアリング４は、内輪が第２回転軸３ｅの周面に固定され、外輪がフレーム２の第２アーム部２ｃに固定され、第２回転軸３ｅを軸支している。

モータ５は、フレーム２の第１アーム部２ｂに固定されている。このモータ５は、リール３を回転駆動するための動力を生成するものであり、例えばＤＣ（Direct Current）モータが用いられる。駆動伝達ベルト６は、モータ５の出力を第１回転軸３ｄに伝達する無端ベルトである。

光ロータリジョイント７は、フレーム２の第１アーム部２ｂに固定されている。この光ロータリジョイント７は、リール３の回転に伴って軸回りに回転される光ケーブルＣ１の端部Ｃ１１近傍を軸支する。また、光ロータリジョイント７は、例えば、コア同士を対向配置させることにより、光ケーブルＣ１と、外部に引き廻される回転しない光ケーブルＣ３とを光接続する回転継手である。

スリップリング８は、フレーム２の第２アーム部２ｃに固定されている。このスリップリング８は、リール３の回転に伴って軸回りに回転される電源ケーブルＣ２の端部Ｃ２１近傍を軸支する。また、スリップリング８は、例えば、金属製のブラシを摺動させることにより、電源ケーブルＣ２と、外部に引き廻される回転しない電源ケーブルＣ４とを電気的に接続する回転継手である。

トルクリミッタ９は、リール３とモータ５との間に配置され、リール３とモータ５とを接続している。このトルクリミッタ９は、モータ５の負荷が予め定められた閾値を超えたときに、モータ５の出力軸５ａを第１回転軸３ｄに対して滑らせるものである。モータ５の負荷は、巻取りや送り出しのときにケーブル体Ｃに作用する張力に応じて変化する。ここで、トルクリミッタ９によって、モータ５の負荷が閾値を超えたときにモータ５の出力軸５ａを第１回転軸３ｄに対して滑らせると、外部からのケーブル体Ｃを引っ張る力が増加した場合であっても、ケーブル体Ｃにそれ以上の張力が作用することを防止することができる。

モータ制御部１０は、モータ５と接続されており、モータ５の回転数を制御する。このモータ制御部１０は、図１に示すように、光ケーブルＣ３と電源ケーブルＣ４とが接続されている。モータ制御部１０は、電源ケーブルＣ４から給電される交流電流を直流電流に変換するスイッチング電源や、光ケーブルＣ３から入力される回転数制御信号によって選択される複数の電流制限抵抗等を備えている。

このような構成を有する本実施形態の巻取装置１では、例えば、モータ５が正回転されると、リール３も正回転され、これによってケーブル体Ｃは、リール３に巻き取られる。一方、モータ５を逆回転させると、リール３も逆回転され、これによってケーブル体Ｃは、リール３から送り出される。モータ制御部１０は、光ケーブルＣ１を介して外部から入力される指示に基づいて、モータ５の回転数を制御し、ケーブル体Ｃの巻取り速度及び送り出し速度を調節する。

なお、ケーブル体Ｃが外力によって引っ張られている状態で、ケーブル体Ｃの巻取り速度が速かったり、ケーブル体Ｃの送り出し速度が遅かったりすると、ケーブル体Ｃに作用する張力が増加する。ここで、ケーブル体Ｃに作用する張力の増加が大きく、モータ５に作用する負荷が予め設定された閾値を超えると、トルクリミッタ９によって、モータ５の出力軸５ａが第１回転軸３ｄに対して滑り、ケーブル体Ｃに作用する張力が過大とならないようにする。

以上、説明したような本実施形態の巻取装置１は、光ケーブルＣ１と電源ケーブルＣ２とが束ねられたケーブル体Ｃが巻回されると共に、第１回転軸３ｄの端部３ｄ１に光ケーブルＣ１の端部Ｃ１１が配置され、第２回転軸３ｅの端部３ｅ１に電源ケーブルＣ２の端部Ｃ２１が配置されるリール３と、リール３を軸支するフレーム２と、光ケーブルＣ１の端部Ｃ１１と接続されると共にフレーム２に固定される光ロータリジョイント７と、電源ケーブルＣ２の端部Ｃ２１と接続されると共にフレーム２に固定されるスリップリング８とを備える。光ロータリジョイント７は、光ケーブルＣ１の端部Ｃ１１を軸支し、この光ケーブルＣ１を固定された光ケーブルＣ３と接続可能とするものであり、光接続を保つための回転継手である。また、スリップリング８は、電源ケーブルＣ２の端部Ｃ２１を軸支し、この電源ケーブルＣ２を固定された電源ケーブルＣ２と接続可能とするものであり、電気的に接続を保つための回転継手である。このような本実施形態の巻取装置１は、リール３が回転した場合であっても、光ケーブルＣ１及び電源ケーブルＣ２が捩れることなく外部との光接続及び電気的な接続を確保することができる。したがって、本実施形態の巻取装置１は、電源ケーブルＣ２と光ケーブルＣ１との両方を一度に巻き取ることが可能となる。

また、本実施形態の巻取装置１は、モータ５の負荷が閾値を超えたときにリール３の第１回転軸３ｄに対してモータ５の出力軸を５ａ滑らせるトルクリミッタ９を備える。このため、ケーブル体Ｃに大きな張力が作用したときに、モータ５の負荷の増加は抑えられる。したがって、ケーブル体Ｃに作用する張力は過大とならない。よって、本実施形態の巻取装置１は、ケーブル体Ｃの損傷を防止することができる。

（巻取装置の第２実施形態）
次に、巻取装置の第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態の巻取装置１Ａの概略構成を模式的に示す縦断面図である。また、図３は、本実施形態の巻取装置１Ａの側面図である。これらの図に示すように、本実施形態の巻取装置１Ａは、スイングアーム１１と、コイルバネ１２と、ポテションメータ１３とを備えている。

スイングアーム１１は、Ｌ字型の部材であり、外力が作用しないときに図３の左側の部位の先端が下がるように、右側の部位よりも左側の部位が長い。このスイングアーム１１は、屈曲部がフレーム２に軸支されることで、回動自在に支持されている。また、スイングアーム１１は、リール３の第２回転軸３ｅの周面と接触している。このようなスイングアーム１１は、ケーブル体Ｃに作用する張力が増加してリール３の回転数が低下すると、第２回転軸３ｅとの摩擦力が増大し、図３の仮想線で示すように、先端を持ち上げるように回動される。また、ケーブル体Ｃに作用する張力が減少してリール３の回転数が増加すると、第２回転軸３ｅに対して滑ることで第２回転軸３ｅとの摩擦力が減少し、図３の実線で示すように、先端を下げるように回動される。つまり、スイングアーム１１は、ケーブル体Ｃに作用する張力に応じて回動され、例えばケーブル体Ｃに作用する張力が高い場合には先端を持ち上げるように回動され、ケーブル体Ｃに作用する張力が低い場合には先端を下げるように回動される。

コイルバネ１２は、スイングアーム１１とフレーム２との間に設置されており、上述のようにして一度先端が持ち上げられたスイングアーム１１の先端が下がりやすくなうように、スイングアーム１１を付勢する。ポテションメータ１３は、スイングアーム１１の回動角度（すなわちスイングアーム１１の姿勢）を検出するセンサであり、スイングアーム１１の支軸に設けられている。ポテションメータ１３から出力される検出結果を示す信号は、モータ制御部１０に入力される。

本実施形態の巻取装置１Ａにおいてモータ制御部１０は、ポテションメータ１３から入力される信号に基づいて、ケーブル体Ｃに作用する張力が一定となるように、モータ５の回転速度を調節する。

このような本実施形態の巻取装置１Ａでは、スイングアーム１１とポテションメータ１３とによって、ケーブル体Ｃに作用する張力（すなわちスイングアーム１１の姿勢）が検出される。つまり、本実施形態の巻取装置１Ａにおいてスイングアーム１１とポテションメータ１３とは、本発明の張力検出手段として機能する。また、モータ制御部１０は、ポテションメータ１３の出力（張力検出手段の検出結果）に基づいて、ケーブル体Ｃに作用する張力が一定となるようにモータ５の回転数を制御する。つまり、本実施形態の巻取装置１Ａにおいてモータ制御部１０は、本発明の回転数調節手段として機能する。

以上のような本実施形態の巻取装置１Ａは、ケーブル体Ｃに作用する張力を常に一定とするため、ケーブル体Ｃが弛んだり、ケーブル体Ｃに対して過大な負荷がかかったりすることを防止することができる。

なお、ポテションメータ１３に換えて、回転式のボリューム（可変抵抗）を搭載し、ボリュームを介して入力される信号の電流値に基づいてケーブル体Ｃに作用する張力を検出するようにしても良い。

（遠隔作業システム）
次に、上記巻取装置１を備える遠隔作業システムについて説明する。図４（ａ）は、遠隔作業システムの第１実施形態の模式図である。図４（ａ）に示す遠隔作業システム１００は、車輪が設置された台車１０１（移動手段）と、台車１０１に設置される駆動部１０２と、台車１０１上に設置される作業アーム１０３と、周囲の映像を取得するカメラ１０４と、作業者によって操作されるコントローラ１０５（操作手段）と、コントローラ１０５と台車１０１とを接続するケーブル体１０６（上記実施形態のケーブル体Ｃに相当）と、ケーブル体１０６を巻き取る巻取装置１とを備えている。

このような本実施形態の遠隔作業システム１００は、上述の巻取装置１を備えていることから、１つの巻取装置１によって、異なる種類のケーブル（光ケーブルＣ１及び電源ケーブルＣ２）の巻取りや送り出しを行うことが可能となる。

図４（ｂ）は、遠隔作業システムの第２実施形態の模式図である。図４（ｂ）に示す遠隔作業システム２００は、海上を航行すると共に作業者が乗船する本船２０１（操作手段）と、海中を航行して作業を行うプローブ船２０２（移動手段）と、本船２０１とプローブ船２０２とを接続するケーブル体２０３（上記実施形態のケーブル体Ｃに相当）と、本船２０１に設置されると共にケーブル体２０３を巻き取る巻取装置１とを備えている。

このような本実施形態の遠隔作業システム２００も、上述の巻取装置１を備えていることから、１つの巻取装置１によって、異なる種類のケーブル（光ケーブルＣ１及び電源ケーブルＣ２）の巻取りや送り出しを行うことが可能となる。

なお、遠隔作業システム１００及び遠隔作業システム２００は、巻取装置１に換えて、巻取装置１Ａを搭載しても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態において、本発明における電気ケーブルは、電源ケーブルＣ２であるとした。しかしながら、本発明の電気ケーブルはこれに限定されるものではなく、電気信号を伝送する伝送線であっても良い。

１……巻取装置、１Ａ……巻取装置、２……フレーム、２ａ……アーム部、２ｂ……第１アーム部、２ｃ……第２アーム部、３……リール、３ａ……ドラム、３ｂ……回転軸、３ｃ……貫通孔、３ｄ……第１回転軸、３ｄ１……端部（一方の回転軸端）、３ｅ……第２回転軸、３ｅ１……端部（他方の回転軸端）、４……ベアリング、５……モータ、５ａ……出力軸、６……駆動伝達ベルト、７……光ロータリジョイント、８……スリップリング、９……トルクリミッタ、１０……モータ制御部、１１……スイングアーム、１２……コイルバネ、１３……ポテションメータ、１００……遠隔作業システム、１０１……台車（移動手段）、１０２……駆動部、１０３……作業アーム、１０４……カメラ、１０５……コントローラ（操作手段）、１０６……ケーブル体、２００……遠隔作業システム、２０１……本船（操作手段）、２０２……プローブ船（移動手段）、２０３……ケーブル体、Ｃ……ケーブル体、Ｃ……ケーブル、Ｃ１……光ケーブル、Ｃ１１……端部、Ｃ２……電源ケーブル（電気ケーブル）、Ｃ２１……端部、Ｃ３……光ケーブル、Ｃ４……電源ケーブル

Claims (4)

1. 光ケーブルと電気ケーブルとが束ねられたケーブル体が巻回されると共に、一方の回転軸端に前記光ケーブルの端部が配置され、他方の回転軸端に前記電気ケーブルの端部が配置されるリールと、
   前記リールを軸支するフレームと、
   前記リールの一方の回転軸端に配置された前記光ケーブルの端部と接続されると共に前記フレームに固定される光ロータリジョイントと、
   前記リールの他方の回転軸端に配置された前記電気ケーブルの端部と接続されると共に前記フレームに固定されるスリップリングと
   を備える巻取装置。
2. 前記リールを回転駆動するモータと、
   前記ケーブル体に作用する張力を検出する張力検出手段と、
   前記張力検出手段の検出結果に基づいて、前記ケーブル体に作用する張力が一定となるように前記モータの回転数を制御する回転数調節手段と
   を備える請求項１記載の巻取装置。
3. 前記リールを回転駆動するモータと、
   前記モータと前記リールとを接続すると共に前記モータの負荷が閾値を超えたときに前記リールの回転軸に対して前記モータの出力軸を滑らせるトルクリミッタと
   を備える請求項１記載の巻取装置。
4. 操作手段と、移動手段と、前記操作手段と前記移動手段とを接続すると共に光ケーブルと電気ケーブルとが束ねられたケーブル体と、請求項１〜３いずれかに記載の巻取装置とを備える遠隔作業システム。

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