JPH081575B2

JPH081575B2 - 機器構成用多機能モジュール

Info

Publication number: JPH081575B2
Application number: JP5203641A
Authority: JP
Inventors: 田智村
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: US5452199A; JPH0744274A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械システムを構成す
るための機器構成用多機能モジュールに関するものであ
り、更に詳しくは、外部からの助力なしに同一構造の複
数の他の多機能モジュールと結合し、あるいはその結合
を変更、解除して、所要の機械システムを構成できるよ
うにした機器構成用多機能モジュールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多数の同一構造の機械要素を結合し、あ
るいはその結合状態を変更、解除して各種機器を構成す
る場合、通常は、外部からの助力によってその機械要素
の結合またはその解除、再結合等を行っているが、その
機器が、宇宙その他の外部からの助力が困難な環境にあ
る場合などには、機械要素の結合の解除や再結合、結合
状態の変更が困難であり、結果的に機器の保守、自己修
復が困難であるため、適用することができないという問
題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、各機器構成用モジュール自体に情報処理機能をもた
せると同時に、他のモジュールとの接離機構をもたせる
ことにより、外部からの助力なしに他の所要のモジュー
ルと結合し、あるいはその結合を解除、変更して、多数
のモジュールを所要の態様に自動結合するような機械シ
ステムを構成可能にすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の機器構成用多機能モジュールは、それぞれ中
心軸対称で等間隔の複数の突出腕をもつ上層部材、中層
部材及び下層部材を同軸に重積し、且つ上層部材と下層
部材とはその中心軸線の回りに同位相とし、中層部材は
それらに対して逆位相として、上層部材と下層部材の突
出腕の間に他の多機能モジュールの中層部材の突出腕が
挿入できる程度の間隔を置いて結合したものとし、対向
する上層部材の突出腕及び下層部材の突出腕と、他の多
機能モジュールにおける中層部材の突出腕との間に、互
いに吸引又は反発する接離機構を設け、上記各突出腕に
は、情報処理機能をもつ情報処理装置に接続して、接離
機構により結合した他の複数の多機能モジュールとの間
の情報交換のための通信を行う情報交換手段を設けたこ
とを特徴とするものである。

【０００５】

【作用】上記多機能モジュールは、上層部材及び下層部
材の突出腕の間に他のモジュールの中層部材の突出腕を
挿入して接離機構によりそれらを結合すると、両モジュ
ールが結合され、その接離機構による結合を解除する
と、両モジュールが分離される。また、現に結合されて
いる突出腕に隣接する突出腕の接離機構を動作させるこ
とにより、モジュールの回転、移動を行うことができ
る。上記動作は、情報処理装置からの指令に基づいて行
われ、隣接する多機能モジュール間の情報交換のための
通信は、上層部材及び下層部材の突出腕と、他の多機能
モジュールにおける中層部材の突出腕との間の情報交換
手段を介して行われる。従って、外部からの助力なしに
他の複数の所要のモジュールと結合し、あるいはその結
合を解除、変更して、多数のモジュールを所要の態様に
自動結合するような機械システムを構成することができ
る。

【０００６】

【実施例】図１ないし図４は、本発明に係る機器構成用
多機能モジュールの一実施例の構成を示している。この
機器構成用多機能モジュール１は、図１及び図３から分
かるように、上層部材１０、中層部材２０及び下層部材
３０が互いに結合された構成を備え、更にそれら部材上
に情報処理装置４０を備え、下層部材３０の下面には全
方向キャスタ５０が取付けられている。

【０００７】上記上層部材１０及び下層部材３０は、共
に中心軸対称で１２０°の等間隔の３個の円形状をなす
突出腕１１及び３１を備え、これらの突出腕１１，３１
には後述の接離機構を構成する永久磁石１２，３２を対
向状態で取付けている。一方、上記中層部材２０は、上
層部材１０と同様に、中心軸対称で１２０°の等間隔の
３個の突出腕２１を備え、これらの突出腕２１の先端部
に、上記永久磁石１２，３２との間で接離機構を構成す
るソレノイド２２を取付けている。これらの上層、中層
及び下層部材１０，２０，３０は、同軸に重積して結合
しているが、その際、上層部材１０と下層部材３０の各
突出腕１１，３１は互いに対向させ、中層部材２０の各
突出腕２１は、それぞれ上層部材１０の一対の突出腕１
１，１１の中間に位置させている。即ち、上記上層部材
１０と下層部材３０とは、その中心軸線の回りに同位相
で、中層部材２０はそれらに対して半ピッチずらせた逆
位相で結合している。

【０００８】上記上層部材１０及び下層部材３０の突出
腕１１，３１は、それらの間に他の同一構造の多機能モ
ジュール１における中層部材２０の突出腕２１が挿入で
きる程度の間隔を置いて対向させ、これらの上層部材１
０及び下層部材３０の突出腕１１，３１に対向状態で取
付けた永久磁石１２，３２は、互いに異磁極を対向させ
ている。また、中層部材２０の突出腕２１の先端部に取
付けたソレノイド２２は、それを他の同一構造の多機能
モジュール１における上層部材１０と下層部材３０の永
久磁石１２，３２間に挿入したとき、通電の方向の選択
によって、対向する上層部材１０及び下層部材３０の永
久磁石１２，３２の磁極と異磁極あるいは同磁極となる
ように構成し、これによって隣接するモジュール１との
間の接離機構を構成させている。

【０００９】即ち、通電によりソレノイド２２の上下両
磁極においてその上下に対向する永久磁石１２，３２と
異なる磁極を発生させると、永久磁石１２，３２とソレ
ノイド２２との間の吸引力により隣接する多機能モジュ
ールが結合された状態になり、また永久磁石１２，３２
と同磁極を発生させると、永久磁石１２，３２とソレノ
イド２２との間の反発力により隣接する多機能モジュー
ルが離間することになる。

【００１０】さらに、上層部材１０の各突出腕１１の周
辺部と下層部材３０の各突出腕３１の周辺部には、他の
モジュールとの接触時の摩擦抵抗を軽減するためのベア
リング１３，３３を取付けている。また、前記全方向キ
ャスタ５０は、モジュール１の移動、回転等のために任
意の方向に転動可能なもので、下層部材３０における各
突出腕３１の先端部下面に取付けている。

【００１１】上層部材１０の上面中央部に設けた情報処
理装置４０は、ＣＰＵ、通信制御回路、コイル駆動回路
等を備えたものであり、これによって各機器構成用多機
能モジュール自体に情報処理機能をもたせている。上記
通信制御回路は、隣接するモジュール間の情報交換のた
めの通信を制御するためのものであり、この通信のた
め、中層部材２０における各突出腕２１に設けたソレノ
イド２２の中心孔、及び下層部材３０の各突出腕３１に
設けた永久磁石３２の中心孔には、それぞれ発光ダイオ
ード等からなる光通信用の送信器２４，３４を、上方に
向けて信号を発するように取付けている。一方、上層部
材１０の各突出腕１１に設けた永久磁石１２の中心孔、
及び中層部材２０における各突出腕２１に設けたソレノ
イド２２の中心孔には、上記送信器２４，３４から発信
した信号を受信する受信器１５，２５を取付けている。

【００１２】従って、図２に示す左右のモジュール１，
１間では、送信器３４と受信器２５との間で左側のモジ
ュールから右側のモジュールへの送信が行われ、一方、
送信器２４と受信器１５との間で右側のモジュールから
左側のモジュールへの送信が行われることになり、これ
らによってモジュール間の情報交換手段が構成されてい
る。また、上記コイル駆動回路は、ＣＰＵからの指令に
基づいてソレノイド２２のコイルに正逆方向の通電を選
択的に行い、それによって前記接離機構を動作させるも
のである。

【００１３】上述した機器構成用多機能モジュールは、
その多数を結合することによって所要の機械システムを
構成させるもので、各モジュール自体に情報処理機能を
もたせると同時に、他のモジュールとの接離機構をもた
せているため、以下に説明するように、モジュール間の
情報交換により、外部からの助力なしに他の所要のモジ
ュールと結合させ、あるいはその結合を解除、変更し
て、多数のモジュールと所要の態様に自動結合させるこ
とができる。

【００１４】１．結合及び分離図５の(a) に示すように、平面上において隣接位置にあ
るモジュールＡとモジュールＢは、モジュールＡの情報
処理装置４０からの信号で、モジュールＢ側に突出する
中層部材２０の突出腕２１のソレノイド２２の上下両磁
極において、その上下に対向するモジュールＢの永久磁
石１２，３２と異なる磁極を発生させると、永久磁石１
２，３２とソレノイド２２との間の吸引力により隣接す
るモジュールＡ，Ｂが結合され、またソレノイド２２に
おいて永久磁石１２，３２と同磁極を発生させると、同
図(b) に示すように、永久磁石１２，３２とソレノイド
２２との間の反発力により隣接するモジュールＡ，Ｂは
分離する。なお、図５の(a) に示すような隣接モジュー
ルＡ，Ｂの結合状態においては、その結合部分における
両モジュールの回転は自由であり、例えば、モジュール
ＢはモジュールＡとの結合部分を中心にして約１２０°
の範囲内で自由に回転することができる。

【００１５】この動作で、全方向キャスタ５０はモジュ
ールを支持しているだけであるが、このキャスタに能動
的な駆動手段を付設することにより、その移動を任意に
行わせることもできる。また、モジュールＡ，Ｂの接触
は、それらの各突出腕１１，３１に設けたベアリング１
３，３３相互間で行われるので、摩擦抵抗が低減され、
それぞれの移動が容易になる。

【００１６】２．回転移動図６の(a) に示すモジュールＡ，Ｂの結合状態で、モジ
ュールＢを矢印で示す方向に回転移動させる場合には、
モジュールＢにおける突出腕２１上のソレノイド２２ｂ
を励磁させる。これにより、ソレノイド２２ｂに近いモ
ジュールＡの永久磁石１２，３２との間に吸引力が発生
し、同図(b) に示すように、既に結合している部分を中
心にモジュールＢが回転移動する。モジュールＢをさら
に回転させる場合は、モジュールＡとの間で最初に結合
していた部分のソレノイド２２の励磁方向を逆転させ
て、モジュールＢの永久磁石との間に反発力を発生させ
る。それにより、図６の(b) の段階で今度は新たに結合
したソレノイド２２ａによる結合部分を回転軸としてモ
ジュールＢが回転移動し、同図(C) に示す状態になる。

【００１７】３．情報の交換モジュール間の結合、分離、及び回転移動を行うための
ソレノイド２２の励磁シーケンスは、例えば、各モジュ
ールの情報処理装置４０に記憶させた結合制御プログラ
ムによってモジュールごとに決定するなど、適宜設定す
ることができ、隣接モジュールとの間の情報交換は、両
者の結合時において、情報処理装置４０から送信器２
４，３４を経て光信号として発信され、この信号は他方
のモジュールにおける受信器１５，２５で受信され、そ
の情報処理装置４０に送られる。各情報処理装置４０
は、所要のプログラムに従って、自己の各ソレノイド２
２を必要な順序で励磁し、あるいは他の隣接モジュール
からの指令に基づいて必要な動作を行うようにソレノイ
ドを励起するものである。

【００１８】４．応用動作次に上記の基本的作用に基づいて行われる各種応用動作
につき説明する。（Ａ）モジュールの輸送図７に示すように、２列に結合したモジュールの一方側
に沿って、モジュールＡを逐次回転移動させると、モジ
ュールＡが一端側から他端側に輸送される。（Ｂ）連結構造の柔軟性図８(a) に示すように、多数のモジュールを一列に連結
し、その場合に、隣接するモジュールにおける接合部の
ソレノイドを吸引方向に励磁してそれぞれ二つの結合部
分で連結を行うと、比較的剛性の高い棒状に結合するこ
とができる。一方、同図(b) に示すように、一列に配列
したモジュールを、それぞれ一つのソレノイドの励磁に
より結合し、さらにその両隣りの連結部分におけるソレ
ノイドを反発方向に励磁すると、比較的柔軟な棒状にす
ることができる。

【００１９】（Ｃ）回転ジョイント図９に示すように、図８の(a) で示した剛性の高い棒状
体３の一対を、それらの一端において単一のソレノイド
の励磁により回転可能に連結すると、回転ジョイント４
を形成することができる。（Ｄ）稠密な六員環図１０に示すように、６個のモジュールは剛性の高い環
状に結合することができ、これにより稠密な六員環５が
形成される。この六角形構造をくりかえし、剛性の高い
平板をつくることができる。

【００２０】（Ｅ）二次元構造物図１１に概略的外形を示すように、多くのモジュールを
互に結合して、複雑な形状の二次元構造物６に組立てる
ことができる。この場合に、例えば、把持部として機能
する二股部分の先端６ａが破損したとすると、その破損
部分を切除して廃棄し、上記（Ａ）項で述べたようなモ
ジュールの輸送により新しいモジュールを補給し、元の
形状に修復することができる。また、この二次元形状
は、上述したモジュールの結合、分離、回転移動の組み
合わせにより、任意に変更することができ、例えば上記
二股部分にそれを開閉する把持動作を行わせることがで
きる。

【００２１】以上においては、隣接するモジュールを結
合するための手段として、永久磁石とソレノイドによる
磁気力を用いる場合について説明したが、それに限るこ
となく、静電気力その他を利用することもできる。さら
に、上層部材、中層部材及び下層部材の突出腕をそれぞ
れ３個とした場合を例示したが、これらの突出腕は２個
または４個以上とすることもできる。また以上において
は、説明の便宜上、上層部材、中層部材、及び下層部材
を別体のものとして結合するかの如く説明したが、これ
らは別体のものである必要はなく、予め一体的なものと
して構成することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、各機器構成用多機能モジュール自体に情報処理機能
をもたせると同時に、他の多機能モジュールとの接離機
構をもたせ、モジュール間の情報交換により、外部から
の助力なしに他の複数の所要のモジュールと結合し、あ
るいはその結合を解除、変更して、多数のモジュールを
所要の態様に自動結合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の機器構成用多機能モジュー
ルの斜視図である。

【図２】隣接するモジュールの結合の態様を説明するた
めの要部拡大断面図である。

【図３】同実施例のモジュールの概略的な形態を示す側
面図である。

【図４】同平面図である。

【図５】(a) 及び(b) は、隣接するモジュールの接離の
態様を説明するための説明図である。

【図６】(a) ないし(C) は、隣接するモジュールの回転
移動の態様を説明するための説明図である。

【図７】上記モジュールの輸送の態様を説明するための
説明図である。

【図８】(a) 及び(b) は、上記モジュールを棒状に連結
する場合の連結構造の柔軟性について説明するための説
明図である。

【図９】上記モジュールの連結によって回転ジョイント
を形成する態様を説明するための説明図である。

【図１０】上記モジュールの連結によって形成される稠
密な六員環についての説明図である。

【図１１】多くのモジュールを結合して構成される二次
元構造物の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１機器構成用モジュール、１０上層部材、１１，２１，３１突出腕、２０中層部材、３０下層部材、４０情報処理装置、Ａ，Ｂモジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ中心軸対称で等間隔の複数の突出
腕をもつ上層部材、中層部材及び下層部材を同軸に重積
し、且つ上層部材と下層部材とはその中心軸線の回りに
同位相とし、中層部材はそれらに対して逆位相として、
上層部材と下層部材の突出腕の間に他の多機能モジュー
ルの中層部材の突出腕が挿入できる程度の間隔を置いて
結合したものとし、対向する上層部材の突出腕及び下層部材の突出腕と、他
の多機能モジュールにおける中層部材の突出腕との間
に、互いに吸引又は反発する接離機構を設け、上記各突出腕には、情報処理機能をもつ情報処理装置に
接続して、接離機構により結合した他の多機能モジュー
ルとの間の情報交換のための通信を行う情報交換手段を
設けた、ことを特徴とする機器構成用多機能モジュー
ル。