JPH03251382A - 関節機構 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、移動部材などが移動される軌道に設けられる
関節機構に関する （従来の技術） 近年、高架線の保守点検作業を自動的に行なうことが要
求されている。

しかして従来、このようなものとして高架線に懸垂され
た状態で自走する移動装置が開発されているが、これま
でのものは、鉄塔など障害物があると、人手により装置
全体を次の高架線に掛は換える作業を必要としていた。

そこで、障害物の回避を自動的に行なうことができるも
のも考えられルヨウになり、例えば、補助軌道を携帯し
ていて、鉄塔などの障害物に対して、補助軌道を先の高
架線と手前の高架線に掛は渡し、この上を走行して本体
は鉄塔を迂回し、迂回後補助軌道を高架線より外して、
次の鉄塔に向けて高架線上を移動するようにしたものが
ある。

このような移動装置は送電線の上に張られた避雷用のア
ース線（地線）上を走行するようになるが、この場合、
送電を停止せずに使用することが望まれている。このた
め移動走行により、活線状態の送電線に触れないように
、長尺物の補助軌道を折りたたむ必要があり、さらに、
補助軌道は絶縁体であることも要求されていた。

ところで、軌道を自動で折りたたみ曲げ伸ばしする場合
、第９図に示すように関節に駆動源を設けるようにした
ものがある。

この場合、軌道１０１と軌道１０２は、関節１０３ａ、
１０３ｂを介して軸１０４ａ。

１０４ｂにより回転自在に連結されている。

そして、軌道１０１の側に取り付けられたモータ１０５
は減速機１０６を介してその出力軸１０４ａを軌道１０
２の側に取り付けである。

そして、モータ１０５を駆動すると関節１０３の屈曲角
度が変化するが、その関節１０３が伸び連続となった軌
道１０１．１０２上を本体１０７が走行通過するように
なる。

なお、本体１０７が固定されていて、軌道１０１、．１
．０２が左右に動いている場合は、ロボットの伸縮アー
ムが考えられるが、相対関係が逆なだけなので、ここで
は、上述の軌道の側が設置され、本体が軌道上を移動す
るものについて述べる。

軌道１０１．１０２上を本体１０７が移動するには、第
１０図にように、本体１，０７には軌道１０１．１０２
を支持するローラによる支持機構１０８と走行駆動機構
１０９とが必要である。

この場合、走行駆動機構１０９は軌道１０コ、１０２上
に張られたベルト（またはラック）１０９ａと本体側１
０４のプーリ（またはビニオン）１０９ｂを有しプーリ
１０９ｂを回転させることによりベルト１０９ｂに沿っ
て本体１０４を駆動するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このように構成したものは、駆動源としてモ
ータを用いているために関節部まで電源用のケーブルの
引き回しが必要であった。このことは、関節により軌道
を折りたたみ、高電圧箇所より遠ざける構成において、
軌道をＦＲＰにして絶縁化することが、ケーブルの存在
により不可能になる不具合を生じた。さらに、モータや
減速機を必要とすることは、この部分が集中的に重たく
なる欠点があり、しかも、−変波げるとしばらくそのま
ま使用するようになるため、使用頻度が低く、不経済で
もある欠点があった。

本発明は、動力源を省略でき、軽量化を図ることができ
るとともに、経済的にも有利な関節機構を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 軌道上に設けられた関節には常に軌道を屈曲させる方向
の力を出すバネ機構を取り付けてあり、軌道上を移動す
る本体には、上記屈曲している軌道を伸ばすように屈曲
側軌道に弾性的な押付力を与える先行機構を取り付け、
さらに、関節には軌道の屈曲が伸ばされた時に、その状
態を固定するロック機構を、また、本体にはそのロック
機構に作用して固定状態を解除する解除機構を設けるよ
うになっている。

（作　用） 軌道上に設けられる関節は通常バネ機構により軌道を屈
曲させている。そこを本体が走行していくと本体に先行
している先行機構が屈曲した向かいの軌道に当接し、バ
ネ機構の力に勝る先行力により屈曲した軌道を伸ばし始
め、さらに本体が先行していくと、先行機構の弾性的な
押付圧により軌道を連結状態に伸ばすことができる。軌
道が連続になった時に、関節のロック機構が作動し、そ
の状態にロックできる。本体はこの連続な軌道上を行き
来して所定の作業を行なうが、その後、本体の解除機構
により関節のロック機構が解除されると関節はバネ機構
の力により元の屈曲状態に復帰されるようになる。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例を図面にしたがい説明する
。

第１図および第２図は同実施例の平面図および側面図を
示すものである。

この場合、−次（設置）側の軌道１，１ａと二次側の軌
道］、　１　ｂは、軌道面より距離Ｈだけ離れた位置で
関節１２により回転自在に支持されている。

関節１２には軌道］１．ａ、ｌｌｂ間を屈曲する側に力
を作用するバネ機構１３を取り付けている。

一方、軌道１１上を移動する本体１４には屈曲状態にあ
る関節１２を伸ばす先行機構１５を設けている。

先行機構１５は以下の構成からなっている。

本体１４に固定されているフレーム１５ａは屈曲側の軌
道面より遠いＬ　（＞Ｈ）だけ離れた位置でかつ本体１
４より先行した位置において、軸１５ｂを介して先行補
助車輪１５ｃを回転自在に支持しており、また、軌道１
１ａに当接した位置で且つ先行補助車輪１５ｃと本体１
４の間の位置において、軸１５ｄを介して先行車輪１５
ｅを回転自在に支持している。この場合、フレーム１５
ａは、バネ１５により先行車輪１５ｅを軌道１１の側に
押し付けている。なお、１５ｇは、バネ１５ｆの力で先
行車輪１５ｅが必要以上に飛び出さないようにするため
のストッパである。

関節１２には軌道の屈曲が伸ばされた時に、その状態を
固定するロック機構１６がある。ロック機構１６は以下
の構成である。

この場合軌道が伸ばされた時に、二次側の軌道１１ｂに
取り付けられたブロック１６ａは、その一部が一次側の
軌道１１ａに嵌合する形状をなしている。また、軸１６
ｂにより軌道１１ａに回転自在に支持されている爪１６
ｃはブロック１６ａに掛かる形状をなしている。さらに
軸１６ｆにより軌道１１ａに回転自在に支持されている
リンク１６ｈは、リンク１６’ｅの両端の軸１６ｄと軸
１６ｇを介して爪１６ｃに連結するようになっている。

そして、リンク１６ｈは一部が外に突出され、ロック解
除レバー１６ｉを取り付けている。また、爪１６ｃがロ
ック１６ａにかかった状態で、爪が抜けない向きにバネ
１６ｊはリンク１６ｈに対して力を加えている。

本体１４にはロック機構１６のロック解除レバー１６　
ｉに作用して固定状態を解除する解除機構１７を設けて
いる。解除機構１７は、本体１４に固定したブツシャ押
出機構１７ｂ（例えば、ポルネジまたはソレノイドによ
る機構）によりブツシャ１７ａを押し出したり、引込め
たりするようにしている。

尚、本体１４側には、従来の技術で述べた図示しない支
持機構と走行機構を備えているものとする。

次に、同実施例の作用を第３図、第４図を用いて説明す
る。

まず、第３図において、関節１２は、通常バネ機構１３
により軌道１１ａ、ｌｌｂ間を屈曲させている。この状
態で、本体１４が通過する直前に、先行機構１５の先行
補助車輪１５ｃが二次側の軌道１１ｂに当接する（実線
）。そして、本体１４が軌道１１の上を進むと先行補助
車輪１５０′はバネ機構１３に力に押し勝ち、関節１２
の軌道１１ｂ′を押し拡げる（−点鎖線）。さらに、本
体１４が進むとバネ１５ｆにより軌道１１ａに押し付け
られていた先行車輪１５ｅ′は、−次側の軌道１１ａと
二次側の軌道１１ｂが完全に連結する前のギャップに落
ち込まないようにストッパ１５ｇに支えられ一次側の軌
道１１ａより二次側の軌道１１ｂに乗り移る（二点鎖線
）。

次に、第４図に示すように、先行車輪１５ｅが二次側の
軌道１１ｂに乗り移ると、幾何学的にδだけ押し上げら
れるが、この押し上げは、バネ１５ｆの縮みにより吸収
される。ただし、押し縮められたバネ１５ｆの力をＦ１
大きくしても関節１２に対する有効半径ｒ１が非常に小
さいので、関節１２を伸ばすトルクは小さい（実線）。

さらに、本体１４′が軌道１１ａを進むと、先行車輪１
５ｅ′の関節に対する有効半径ｒ２は大きくなり、関節
１２のバネ機構１３に勝さるトルクを発生する。

これにより関節１２は伸ばされ、軌道１１ａ１１１ｂは
連続になる（二点鎖線）。この時にロック機構１６のブ
ロック１６ａはバネ１６ｊの力が加わっている爪１６ｃ
のテーパを一旦押し広げ、−次側の軌道１１ａに嵌合す
る。そして、バネ１６ｊの力により爪１６ｃはブロック
１６ａにかかる。

この状態で、本体１４は、連続になった軌道０ １１ａ、ｌｌｂ上を走行し、所定の作業を行なう。

次に、伸びた関節１２を屈曲するには、第４図において
、先行機構１５が関節１２を伸ばすトルクを発生しない
位置で本体１４を停止しく実線）、解除機構１７のブツ
シャ押出機構１７ｂのブツシャ１７ａを押し出す。これ
によりロック機構１４のロック解除レバー１６ｊを押し
た力は、リンク１６ｈのバネ１６ｊを伸ばしながらリン
ク１６ｅを介して伝わり爪１６ｃをブロック１６ａより
外す（二点鎖線）。この時、先行車輪１５ｅは関節１２
のバネ機構１３のトルクによりバネ１５ｆが縮み押し上
げられ、二次側の軌道１１ｂを先行補助車輪１５Ｃが支
えるまで、軌道１１ａ、ｌｌｂは屈曲する。

第３図において、本体１４を関節１２から遠ざければ、
先行補助車輪１５Ｃがバネ機構１３により屈曲しようと
する二次側の軌道１１ｂを支えているので、本体１４の
軌道１１上の速度を選ぶことにより、任意の速度で、軌
道１１ａ、ｌｌｂを屈曲させることが可能になる。

］１ 次に、本体１４を軌道１］より外すには、先行機構１５
を本体１４より取り外して軌道１１ａ上を走行すれば、
関節１２の箇所で抜くことができる。関節１２が軌道１
１からオフセットしていることにより、大きく屈曲した
関節１２では、二次側の軌道１１ｂは一次側の軌道１．
１　ａの延長線上より、オフセットと屈曲角度に関連し
た距離だけ遠ざかっている。本体１４より先行機構１５
を取り外していれば、二次側の軌道１１ｂはこの状態の
ままで動かないので、本体１４は二次側の軌道１１ｂに
干渉せずに抜けるようになる。

したがって、このようにすると、例えば、先行車輪１５
ｅが一輪のみの場合、軌道面より関節中心までのオフセ
ットＨより先行車輪１５ｅの中心までの距離Ｌ（−輪の
みの場合、先行車輪の半径）が大きくないと関節は伸ば
せないので、先行車輪の径２Ｌはかなり大きなものにな
るが、本実施例では先行車輪１５ｅの径は小さくとどめ
、これとは別にざらに先行して軌道面より軸心をオフセ
ットＬ　（Ｌ＞Ｈ）だけ離した位置に小さな径ｒ（ｒ２ ＜Ｌ）の先行補助車輪１５Ｃを設けるようにしたので、
この先行補助車輪１５ＣによりオフセットＨの関節を伸
ばすのに十分な動作が得られる。しかも、軌道１１を走
行した時の干渉幅はＬ＋ｒであり、大きな先行車輪が一
輪のみとした場合の干渉幅（直径）２×Ｌよりせまくで
きるので、先行機構１５の干渉領域を小さくできるよう
になり、本体１４′をより狭まい所でも通過させるよう
にできる。

先行車輪１５ｅと先行補助車輪１５ｃは軸受等により支
持されるため、摩擦が少なく、本体１４の軌道１１上の
走行駆動力に対する損失を最小限にできる。

先行車輪１５ｅは軌道に対する弾性的な押し込み力をバ
ネ１５ｆにより常に得るとともに、軌道１１に切れ目が
あった場合、この押し込み力により必要以上落ち込まな
いように、ストッパ１５ｇを設けるようにしているので
、関節１２を伸ばす時に、先行車輪１５ｅが一次側の軌
道１１ａから二次側の軌道１１ｂへギャプに落ち込むこ
となく３ スムーズに渡るようにできる。

先行機構１５のバネ１５ｆは関節１２を伸ばす力を出す
だけではなく、先行車輪１５ｅが二次側の軌道１１ｂに
渡る際の幾何学的な無理を吸収するようにしたので先行
機構１５の寿命・信頼性を増すことができる。

先行補助車輪１５Ｃにより二次側の軌道１１ｂを支えな
がら関節１２を折りたためるので、バネ機構１３の力で
急激に折りたたまることがなく、関節１２を伸ばす時の
みならず、折りたたむ時も制御性のある振動の生じない
動作が得られる。

本体１４の保守をする場合、先行機構を取り外すことに
より、屈曲した関節１２部分で本体１４を軌道１１より
抜くことができるので、本体１４の支持機構の展開また
は軌道１１の分断など本体１４の保守だけのための構成
を不要にできる。

次に、本発明の第２の実施例を第５図にしたがい説明す
る。

この場合、かかる第２の実施例のものは、上述した第１
の実施例と同様な構成であるが、バネ機４ 構１３のみが以下のように構成している。第５図は同第
２の実施例の特徴であるバネ機構１３部分のみを示すも
のである。

この場合、軌道１１ａ、ｌｌｂのいずれか一方（仮に一
次側の軌道１１ａ）にピン１３ａを介して回転支持され
たワイヤ１３ｂは関節１２に巻き付く高さで張られてい
る。そして、軌道１１ａ１１１ｂのもう一方（仮に二次
側の軌道１１ｂ）に取り付けられたバネ機構フレーム１
３Ｃに回転支持された滑車１３ｄと滑車１３ｅを介して
バネ機構フレーム１３ｃ内部に案内され、ガススプリン
グ１３ｆのシャフト１３ｇ先端のピストン１．３　ｈに
取り付けられている。

このようにすると、ガススプリング１３ｆはシャフト１
３ｇのストロークのどの位置でもほぼ一定の力でシャフ
ト１３ｇを押し出す。また、シャフト１３ｇの先のピス
トン１３ｈはワイヤ１３ｂをバネ機構フレーム１３ｃの
部に引き込む力を出す。この力は滑車１３ｅを介して反
対向きになりワイヤ１３ｂ′を伝わり滑車１３ｄを介し
て水５ 平面内布に折れた方向からくるワイヤ１３ｂを引き込む
。つまり、はぼ一定の力の引張定圧バネとして作用して
いる。

このような構成による作用を第６図を用いて説明する。

いま、図では、関節１２が屈曲した状態（実線）と伸び
た状態（二点鎖線）でのワイヤ１３ｂの作用を示してい
る。いま、関節１２が屈曲している場合、ワイヤ１３ｂ
と関節１２の中心とはかなりの距離ｒ、がある。一方、
関節１２が伸びた場合、ワイヤ１３ｂは関節１２に巻き
付き、ワイヤ１３ｂと関節１２の中心とは関節１２の外
径（半径）だけの距離ｒ４しかない。そして、ガススプ
リング１３ｆを利用したバネ機構はストロークにかかわ
らずほぼ一定の力であるので屈曲している場合、伸びた
場合、いずれの場合も同じ力（Ｆ３＝Ｆ４）で引張る。

そこで、関節１２にかかる屈曲しようとするトルクは伸
びた場合Ｆ３　・「３より屈曲した場合Ｆ４　・ｒ４が
なり大きくなる。

したがって、関節１２が屈曲した場合は、屈曲６ 状態を維持するトルクが大きくなるので、関節１２の屈
曲状態は外力（振動など）により簡単にくずれない。こ
れによりこのような構成のものを移動ロボットのアーム
に用いた場合、折りたたんだ状態は、慣性力が加わって
もしっかりと維持される。

第１の実施例との兼ね合いにおいて、関節を伸ばす際に
は、軌道１１　ａ、　１　ｌ　ｂが連続になる最後の時
点で、屈曲側に戻ろうとするトルクは小さくなるので、
先行機構１５のバネ１５ｆは押し付ける力が少なくてす
み、バネ１５ｐが先行機構１５ｅを軌道１１に常に押し
付けている力は軽減するので、軌道１１や先行機構１５
の構造は軽易なものにできる。また関節１２が伸びた時
にはロック機構１６の爪１６ｃとブロック１６ｃとには
、バネ機構１５の力は常に内力となり、バネ機構１５の
力が弱くなり、この内力が軽減できるので、ロック機構
１６の構造は強度的に軽易なものにできる。以上のよう
に関節機構に無理な力が加わらないバネ機構を提供でき
るので、機構は軽量化と７ 長寿命化を図ることができる。

次に、本発明の第３の実施例を第７図にしたがい説明す
る。

この場合、床面を走行する車輪機構もしくは軌道上を走
行する機構を有する円筒座標ロボットもしくは極座標ロ
ボットにおいて、（直動）アーム１１に本発明の関節機
構を一箇所以上（図示例では２箇所）有することを特徴
としている。ここでは、第１図と同一部分には、同符号
を付している。

しかして１．狭まい入口より入る前にアーム１１は折り
たたみロボットはまるまっている。小さい状態で、走行
するための機構を使い、ロボットは内部に入る。アーム
１１を前後させて、本発明の関節１２を先行機構１５に
より伸ばし、−本のアーム１１にする。アーム１１は円
筒座標ロボットもしくは極座標ロボットの直動アームと
して使用する。ロボットの作動終了後、関節１２を折り
たたみ、ロボットはまるまり、狭まい出口より外に移動
する。

このようにすれば、ロボットはその長いアーム８ １１を折りたたんで、狭まい入口から入り、中で長いア
ーム拡げて作業できるので、中での作業において広範な
作業領域が必要である場合に有効である。加えて、関節
は軽量であるので、アームを振り回すための本体１４の
機構は関節に駆動源をも持つ場合に比べて小さくてすむ
。

次に、本発明の第４の実施例を第８図にしたがい説明す
る。

この場合、軌道１１上を走行して点検などを行なう装置
において、軌道１１に本発明の関節機構を軌道の開閉機
構として一箇所以上有することを特徴としている。

しかして、装置１４は軌道１１−Ｅを走行して関節］２
を伸ばして軌道１１を連結して（二点鎖線）移動する。

点検などの作業を終えた後に装置１４は関節１２を折り
たたんで待機場所に戻るようになる。

このようにすれば他の装置の移動に干渉しないように軌
道１１の特定箇所を折りたたむことができる。

　９ ［発明の効果コ 本発明によれば、本体の軌道上の走行により本体の圭ｆ
１機構が通常屈曲している関節を伸ばすことかでき、ロ
ック機構により連続になった軌道の法化が固定され、さ
らに解除機構によりロック機構を外すことで、関節に取
りイ」けたバネ機構により関節は屈曲されるようになる
が、これらはいずＩｔ　ｔ、：を本体の移動にともない
作動するので関節自体に動力源を必要Ｊ−することはな
く得られる。このことは関節の動力源へのケーブルの引
き回しはいらない（０、関節を小型軽量化することがで
き、この６１、うな用途には適している。また、軌道の
屈曲を仲ばす先行機構に弾性的な力を使用しているので
、先行機構や軌道に無理な力は生じることがないので、
機構的な信頼性、長寿命化が得られる。

さらに、本体側に取り付ける機構は無動力の先行機構と
、し＜−を押し出すだけのような簡単な機構の解除機構
−つで、複数の関節を操作できるので、必要関節数が多
くなるほど有利にできる。

　０

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例を示す平面
図おび側面図、第３図および第４図は同第１の実施例の
動作を説明するための図、第５図は本発明の第２の実施
例を示す平面図、第６図は同第２の実施例の動作を説明
するための図、第［７図は本発明の第３の実施例を示す
構成図、第８図は本発明の第４の実施例を示す構成図、
第９図および第１０図は、夫々従来の関節機構の一例を
示す平面図および側面図である。 １１・・・軌道、１２・・・関節、］３・・・バネ機構
、１４・・・本体、１５・・・先行機構、１５ｃ・・・
先行補助・を輪、１５ｅ・・・先行車輪、１５・・・ロ
ック機構、１６ａ−・ブロック、１６ｃ・・・爪、】７
・・・解除機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の軌道間を屈曲自在にした関節と、この関節に設け
   られた上記一対の軌道間に対して屈曲方向の回転力を与
   えるバネ機構と、上記軌道に沿って移動される本体に設
   けられ且つ本体の移動に先行して上記一対の軌道間の屈
   曲部に対し該屈曲状態を伸ばすような押圧力を与える先
   行機構と、上記本体に設けられた上記一対の軌道間が伸
   ばされた状態でロックするロック機構と、上記本体に設
   けられた上記ロック機構のロック状態を解除する解除機
   構とを具備したことを特徴とする関節機構。