JPH0259286A - 水中マニピュレータ及びその浮力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水中で稼働せしめられるアームと、上記のア
ームを駆動するためのアクチュエータとを備えた水中マ
ニピュレータ、及び、上記水中マニピュレータの浮力を
制御する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は水中マニピュレータの１例を示す外観図である
。

水中マニピュレータは、水中において作業を行なうマニ
ピュレータ本体１と、該マニピュレータ本体１の動作を
遠隔にて制御する制御装置２及びその間の制御信号を伝
達する通信装置３より構成される。

この例のマニピュレータ本体１は、６関節のアームと回
転及び開閉の２自由度をもったハンドとより成り、各関
節軸のアームの駆動は、χ方向、ｙ方向交互になる様に
配列されている。従って、奇数関節同志、偶数関節同志
は基本的に同一構造となっている。

この種の水中マニピュレータに関しては、特開昭６１−
２８８９８号公報、特開昭６１−２９７０９５号公報、
及び特開昭６１−２０９８９３号に記載の技術が公知で
ある。

これらの公知技術においてはアーム内に水等が侵入する
ことを防止するため圧力空気を封入することが提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

水中で稼働するマニピュレータのアーム内に圧力気体を
封入すると浮力を受ける。

しかし、従来技術においては上記の浮力を利用したり、
浮力を制御したりすることは考慮されていなかった、 本発明の目的は、アームに作用する浮力を任意に増減さ
せてアームを作動させるに要する駆動力を軽減し得る構
造の水中マニピュレータ、及び、上記構造の水中マニピ
ュレータの浮力を制御する方法を提供しようとするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために創作した本発明の方法は、
中空のアーム内に水室と気密室とを隣接させて配設し、
その両室の隔壁を移動可能としておき、水室をアーム外
の水と連通させて気密室内に圧力空気を注入したり抽出
したりする。

また、本発明の装置はアーム内に水室と気密室とを隣接
させて配設し、その間に移動可能な隔壁を設け、上記の
気密室に圧力空気を注入・抽出する手段を設け、前記の
水室をアーム外の水に連通せしめる通路を設ける。

〔作用〕

上述の装置により、上述の方法を適用して気密室内に圧
力空気を注入すると、水室内の水が排出されてアームの
全重量が減少して浮力が増す（詳しくは、アーム全重量
からアームに掛かる浮力を差し引いた見掛は重さが減少
する。説明の便宜上これを浮力の増加と呼ぶことにする
）。

また、前記気密室内の圧力空気を抽出すると該気密室の
体積が減少して水室内に水が流入し、浮力が減少する。

アームを上げるときに上記の作用で浮力を増加させ、ア
ームを下げるときに浮力を減少させると、アームを駆動
するアクチュエータの所要動力が少なくて済む。

従って、アクチュエータを小形・軽量に構成することが
でき、結果として水中マニピュレータの小形・軽量化に
効果がある。

〔実施例〕 第１図は本発明に係る水中マニピュレータの１実施例の
断面図である。

第４図について説明したように、マニピュレータ本体を
構成している複数個のアームは、一つ置きに回動軸の方
向が異なり、奇数番目ごと、偶数番目ごとに同じ構造で
ある。そこで本第１図においては連結された１組のアー
ムＬＡ、ＩＢを断面して描いである。

ただし、上記１組のアームＬＡ、ＩＢの相異は連結軸１
ｃ、同１ｄの方向が異なることが主であり。

浮力制御に関する構成は類似である。

アームＩＡは２重筒状をなし、外筒ＩＡ−１と内筒ＩＡ
−２とが同心状に配列され、その両端をシールプレート
８ａ、同８ｂで密閉されている。

そして、内筒ＩＡ−２内にアクチュエータ４が収納され
ており、このアクチュエータ４の出力軸はシールプレー
ト８ａを貫いて、その先端にギア６が取りつけられてい
る。

上記のギア６はギア７と噛合しており、ギア６の回転に
伴ってアームＩＡは連結軸１ｃを中心として同軸する。

その回転角は回転角検出器５によって検出される。

前記の内筒ＩＡ−２と外筒ＩＡ−，との間の空間は、フ
リーピストン形の隔壁９Ａによって気密に区画され、上
方は水室１１に、下方は気密室１０になっている。

上記の水室１１は、往復矢印ｅの如くアーム外の水と連
通している。

また前記の気密室１０は、ホース１８を介して、さらに
電磁作動切換弁を介して空気ポンプ（本図において図示
せず、第３図について後述する）に接続されている。ア
ームＩＢも、上記のアームＩＡと類似の構成である。

この実施例の水中マニピュレータを運転する場合、アー
ム先端のハンドを上昇させる際は気密室１０に圧力空気
を送入して隔壁９Ａを上昇させ、水室１１内の水を排出
して浮力を増加させる。

その反対にアーム先端のハンドを下げるときは気密室１
０から圧力空気を抽出し、水室１１を膨張させて浮力を
減少させる。これにより、アームを上下動させるに要す
る駆動力が軽減される。

本例のように２重筒状のアームを構成して、双方の筒の
間に水室と気密室とを設ける構成は、アームの長さが短
くて、アーム径を大きく為し得る場合に好適である。

第２図（Ａ）は上記と異なる実施例を示す。

本例のアームＩＣは単筒状をなし、その両端をシールプ
レート８ａ　、　８１）’で密閉し、さらに、その内部
をシールプレート８ｃで区画しである。

上記シールプレート８ｃの上部空間にアクチュエータ４
′を設置し、該シールプレート８Ｃの下部空間をさらに
フリーピストン状の隔壁９Ｃで区画して水室１１′と気
密室１０′とを形成しである。

この実施例はアーム長さを大きくとる必要があって、ア
ーム太さを小さくしたい場合に好適である。

第２図（Ｂ）は上記実施例（第２図（Ａ））を改良した
例である。

第２図（Ａ）の実施例に比して異なるところは。

フリーピストン形の隔壁９Ｃに代えて柔軟で不透水性の
隔膜９Ｄを設けたことである。本例によれば水室１１′
から気密室１０′内へ漏水する虞れが無い。

本発明において、図面参照番号を付さないで単に隔壁と
いうときは、隔膜をも含むものとする。

第３図は前記実施例の制御機構の説明図である。

第３図に示すＩＮはマニピュレータアームであって、前
記各実施例におけるアームＬＡ、ＩＢ、ＩＣ。

ＩＤのいずれを以て構成してもよい。

制御装置２は、動作指令信号と回転角検出器５からのフ
ィードバック信号とを比較し、位置偏差を算出する比較
器１２と、該比較器１２からの位置偏差信号を増幅して
アクチュエータ４を駆動するアンプ１３と、動作指令信
号に対しマニピュレータ本体１′のアームに備えられた
気密室１０に気体圧入可否を判断する動作方向判定回路
１４と、動作方向判定回路１４からの信号により実際に
気体の圧入制御を行なう電磁作動形の切換弁１５と、圧
縮機１６とより構成される。アクチュエータ４の駆動は
、前述の通り動作指令によりアンプ１３を介して実施さ
れ、その際、回転角検出器５からのフィードバック信号
に対する動作信号（位置指令）との相異を比較器１２に
よって常時行ない位置制御を実現している。

本実施例は、上記通常の位置制御に対し浮力による自重
補償制御を行なっている。これは、動作信号と現状のア
ームのフィードバック信号とを動作方向判定回路１４に
取込み、ここで、アームの動作方向が重力方向に対し逆
方向か否かを判別する。

アームの動作方向が重力方向に対し逆であれば。

切換弁１５を気体圧入側に動作させ、気密室１０に圧縮
機１６によって圧力空気を送り込む。又、アームの動作
方向が重力方向であれば、切換弁１５を大気開放側に動
作させ、気密室１０内の気体を抜く。

〔発明の効果〕

本発明の水中マニピュレータの浮力制御方法は気密室内
に圧力気体を注入したり圧力気体を抽出したりして水室
内の水を排出したり吸入させたりするので、これにより
アームの見掛は比重が変化する。上記の変化を、アーム
の作動を補助するように制御すればアーム駆動力を軽減
することかでき、アーム駆動用のアクチュエータが小型
、軽量となる。

また、本発明の水中マニピュレータは、隣接して配列さ
れた水室と気密室とを有しており、上記双方の室は移動
可能な隔壁で区画されるとともに水室には外部の水との
連通孔を設け、気密室には圧力気体の注入・抽出手段を
設けであるので、前記の発明方法を適用して浮力を調節
するに好適である。

上記の水中マニピュレータとその制御方法と相俟って、
水中マニピュレータのアクチュエータの小型・軽量化が
図れ、ひいては水中マニピュレータとしての小型・軽量
化も図れるので、狭隘部に適用出来る高荷重取扱用マニ
ピュレータが実現出来るという優れた実用的効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水中マニピュレータの１実施例を示す
断面図である。 第２図（Ａ）、　（Ｂ）はそれぞれ上記と異なる実施例
の断面図である。 第３図は前記実施例における制御系統図である。 第４図は水中マニピュレータの外観斜視図である。 １・・・マニピュレータ本体、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ。 ＩＤ・・・マニピュレータアーム、ＩＡ−１・・・外筒
、１Ａ−２・・・内筒、４，４’・・・アクチュエータ
、５゜５′・・・回転角検出器、６，７・・・ギア、８
ａ、　８ａ’。 ８ｂ、　８ｂ’、　８ｃ・−・シールプレート、９Ａ、
９Ｂ。 ９Ｃ・・・隔壁、９Ｄ・・・隔膜、　１０．１０’・・
・気密室、１１゜１１′・・・水室、１５・・・電磁作
動形の切換弁。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アームと、上記のアームを駆動するためのアクチュ
   エータとを備えた水中マニピュレータにおいて、前記の
   アーム内に水室と気密室とを隣接させて配設し、上記水
   室と気密室との隔壁は移動可能な構造とし、上記の水室
   をアーム外の水と連通せしめ、前記の気密室に圧力気体
   を注入したり該気密室内の圧力気体を流出させたりして
   該気密室の容積を変化させ、上記気密室の体積の増減に
   伴って水室の体積を減増させることを特徴とする、水中
   マニピュレータの浮力制御方法。 ２、アームと、上記のアームを駆動するためのアクチュ
   エータとを備えた水中マニピュレータにおいて、中空の
   アームと、上記アーム内に隣接して設けた水室及び気密
   室と、上記の水室及び気密室を区画する移動可能な隔壁
   と、上記の水室をアーム外の水と連通する通路と、前記
   気密室内に圧力気体を注入、抽出する手段とを設けたこ
   とを特徴とする水中マニピュレータ。 ３、前記のアームは２重管状をなし、その内管の中にア
   クチュエータが設置され、前記２重管の内管と外管との
   間に輪状フリーピストン形の隔壁が摺動可能に嵌合され
   て水室と気密室とを区画していることを特徴とする、請
   求項２に記載の水中マニピュレータ。 ４、前記のアームは有頂有底の筒状をなし、その一端側
   にアクチュエータが収納されており、その他端側をフリ
   ーピストン形の隔壁で仕切って水室と気密室とが区画さ
   れていることを特徴とする、請求項２に記載の水中マニ
   ピュレータ。 ５、前記のアームは有頂有底の筒状をなし、その一端側
   にアクチュエータが収納されており、その他端側を柔軟
   なシート状部材で仕切って水室と気密室とが画成されて
   いることを特徴とする、請求項２に記載の水中マニピュ
   レータ。 ６、前記アクチュエータは回転角検出器を備えたもので
   あり、前記の気密室は電磁作動切換弁を介して空気ポン
   プに接続されており、上記の電磁作動切換弁は動作方向
   判定回路によって制御されるものであり、上記動作方向
   判定回路はマニピュレータに対する動作指令と前記回転
   角度検出器の出力信号とを入力されるものであることを
   特徴とする、請求項２に記載の水中マニピュレータ。