JPS5816308A - 移動体の電力・信号授受方式 - 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】 本発明は、一定の移動領域面内を自在に移動する歩行ロ
ボット等の移動体における電力及び信号の授受方式に関
する。

従来、歩行ロボット等の自在に移動する移動体の給電は
、移動体く電源ケーブルを接続するか、又は、移動体に
蓄電池を搭載することによって行なっている。しかし、
前者は、ケーブルが移動体の自由な移動を妨げることが
らシ、又、重量のあゐ電源ケーブルを引回すことになる
ため、移動体罠大きな負荷が加わる、という欠点がある
。一方、後者け、蓄電池を搭載するため、移動体が大型
化すると共に、重量が増大して駆動に際し大電力を要し
、父、蓄電池の容量（よって稼働時間が限定され、しか
も所定の充電時間を必要とする欠点がある。

父、従来、この穫の移動体く対する制御信号等の伝送は
、移動体に信号ケーブルを接続する有線方式、又は、ケ
ーブルを使用せず電波で信号を伝送する無線方式がある
。しかし、前者は、上述したと同機くい　ケーブルが移
動体の移動を妨げる欠点があり、父、後者は、移動体の
移動を妨げないが、前者と北壁して雑音に弱く、伝送が
不確実で信頼性に欠けるという欠点がある。

本発明は、移動領域面に電極板を多数配設し、移動体Ｋ
ｌｌ数の集電子を設けると共に、該各県電子に整流素子
を接続し、且つ、移動領域面価及び移動体鰯に、電源電
流及び送・受信信号を各々結合・分離す・る手段を設け
ることにより、移動領域内の任意の位置にて移動領域ｒ
Ｔｉ傭と移動体との間で電力及び信号を授受することが
でき、しかも移動の妨げとなるケーブルを接続すること
なく確実に給電することができると共に、有線方式によ
る軸性の高い信号伝送を行なうことができ、又、重い大
型蓄電池の搭載を要せず、移動体を小型。

軽量に構成し得る移動体の電力・信号授受方式を提供す
ることを目的とする。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

［１図は本発明電力／・信号授受方式の一実施例を示す
ブロック図、第２図は上記実施ガを二足歩行ロボツ）Ｋ
適用したものを示す斜視図、第３図は本発明電力ψ信号
授受方式を構成する接続手段の一例を示十要部截断立面
図、第４図は上記接続手段の構成を示す回路図、第５図
は上記接続手段を構成する電極板と集電子の位置関係の
一例を示す説明図である。

これらの図に示す本発明の電力・信号授受方式は、移動
領域面１を自在に移動する移動体またる二足歩行ロボツ
）２０に適用したもので、移動領域面側にあってロボツ
）２０（移動体２）を総括制御する中央制御ユニツ）Ｉ
ＯＫ、電源１１．送信器１２及び両者の結合手段１４を
設け、ロボツト２ｏｆ！１に備えられた移動体制御ユニ
ット３ｏに、移動体電源部３１．受信５３２及び両者の
分離手段３４を設叶、且つ、移動領域面側とロボット側
とに、電極板４１．集電子４３及びｌＩ＋５を素子とし
てダイオ−ｒ４６．４７ｆ有して成る接続手段４゜を設
け、上記中央ｆｍｌｌ二二ツ）２０と移動体ｗ御ユニッ
ト３０とを接続手段４０にて接続して構成される。

この実施例において本発明を適用した二足歩行ロボッ）
２０は、第２図に示すように、本体２１に頭部２２．腕
部２３を設けると共に１これを足部２４にて支持する構
成となっており、本体２１及び足部２４に設けられた駆
動装置３８（第１図参照）Ｋより二足歩行して移動する
。そして、この駆動装置３８は、中央制御ユニット１０
からの電力及び信号により、移動体制御ユニット３０を
介して駆動制御される。

中央制御ユニット１０のｔｆｆｉｌｌｔｌ、ロボット２
０を駆動するための電源であって、接続手段４０を介し
てロボット２０に接続され、これに電力を供給する。な
お、第１図では、駆動装置３８との接続のみを示してい
るが、この電源１１ｔｆ、移動体制御ユニツ）３０に設
けられている受信器３２−等の電源としても、父、中央
制御ユニット１０に設けられている送信５１２等の電源
としても使用される。

送信器１２は、例えば並列−直列変換器１２３゜変調回
路１２２及び電力増幅回路１２１を備えて成９、入力装
置１３からの制御信号をＦＭ変調、パルス変調等により
変調！−送信するもので、有線方式による通信を行なう
。入力装置１３は、スイッチ。

可変抵抗器等の入力手段とエンコーダを備え、ロボット
２０の移動、停止９作業等についての制御信号を形成す
る。

結合手段１４け、チョークコイル、コンデンサ等を適宜
組合せて構成され、上記電＃１１の電源電流と上記送信
器１２の送信信号とを重畳する。

移動体制御ユニット３ｏの移動体電源部３１は、上記電
＋１１１から供給された電力を、ロボット２゜内の駆動
装置３８に供給するもので、各駆動装置３８ａ・・・３
８ｎに適した電圧電流に変換する回路を有している。父
、この電源部３１ｄ、受信！３２及び制御装置３３の電
源としても機能する。なお、この電源部３１に、必要に
ょシ充電手段、電池等を設けてもよい。

受信器３２は、例えば高周波増幅６３２１．復調回路３
２２及び直列−並列変換器３２３を備えて成抄、上記送
信器１２からの信号を受信する。復調回路３２２ｑ、上
記変調回路１２２の変調方式に対応して構成される。制
御装置３３＃ｉ、デコーダ、論理回路等を備え、上記受
信器３２にて受信した信号を受けてその内容を解読し、
各駆動装置３８ｍ・・・３８ｎにそれぞれ対応するＩｌ
＃信号を送出する。この制御装置３３として、マイクロ
コンピュータを用いてもよい。

分離手段３４ａ、チョークコイル、コンデンサ等を適宜
組合せて構成され、中央制御ユニット１０から重畳して
伝送される電源電流と信号とを分離して、電源電流を上
記移動体電源部３１に、信号を受信器３２にそれぞれ入
力せしめる。

接続手段ＡＯを構成する電極板４１ｔｉ、鉄、銅尋の導
体板を帯状に形成して成り、合成樹脂等から成る絶縁体
４２を挾んで移動領域面１上に多数並設される。隣接す
るものとの間隔は、後述する集電子の１本が１善する電
極板４１．４１に同時に接触して短絡することを防ぐた
め、第５図に示すように、少なくとも集電子４３の接触
面の最大幅より長く設定する。父、電極板４１０幅は、
上記間隔を含めて、同図に示すように、集電子群が極性
を異にする電極板４］、４１に同時に接触し得るよう設
定する。

上記電極板４１は、嬉４図に′示すように、上記中央制
御ユニツ）１０の出方端子１０１　、１０２　Ｋ接続さ
れる。これＫよって、電極板４１は、結合手段１４を介
して電１１１１及び送信器１２と接続される。この場合
、隣接する電極＆４１．４１の極性を異ならしめるべく
、並列している各電極板４１を出力端子１０１　、１０
２　Ｋ交互に接続する。

なお、電極板４１＃ｉ、矩形乃至正方形状でもよく、又
、楕円乃至円形状としても良く、更に、リング状その他
適宜の形状とすることができる。そして、これらをマト
リクス状に、又は同心円状に配設することができる。父
、絶縁体４２の部分を単に間隙として構成することもで
きる。

集電子４３け、上記ロボット２０Ｋｋける上記電極板４
１と接触する部分、即ち、足部２４の裏面２４１に複数
個マトリクス状に配設される。集電子４３Ｆｉ、棒状の
導体から成シ、その上端に脱落防止用の鍔４３１が設け
である。この集電子４３の足部２４への取付けは、絶縁
部材にて形成されると共に、集電子４３に対応する収納
部４４１を有する取付部材４４を使用して行なう。即ち
、この取付部材４４の各収納部４４１に集電子４３を出
没自在に嵌挿し、該集電子４３の下端をガイド部４４２
から足部裏面２４１に突出せしめると共に％＃集電子４
３の上端にバネ４５を装着し、固定部４４３にて上部を
固定して、該取付部材４４を足部枠体２４２に取付けで
ある。上記バネ４５は、各集電子４３を下方に押圧する
もので、これＫよシミ極板４１の凹凸に対応して電気的
接触を確実ならしめることができる。このバネ４５を省
略して、集電子４３を取付部材４４に固定する構成とし
てもよい。

なお、この実施例では、集電子４３ｍ・・・４３ｔを５
行４列のマトリクス状に配設しであるが、これに限定さ
れるものでないこと勿論である。例えば、多足歩行ロボ
ットの場合には、各足部を一つの集電子に対応させる構
成とすることができる。父、集電子４３は、断面円形の
ものく限らず、非円形状のものでもよい。

父、この実施例では、ロボツ）２０の両足部２４゜２４
に集電子４３を設ける構成として、いずれからでも電力
及び信号の授受をなし得るよう罠なっている。

上記集電子４３には、整流素子としてダイオード４６．
４７が直接又は適当なリード線を用いて接続される。第
４図に示すように１ダイオード４６゜４７Ｆｉ、各集電
子４３ａ　、　４３ｃ等に対し互に逆向きく接続してあ
り、各ダイオード４６．４７の他端において、アノード
とカソードをそれぞれ共通接続し、移動体制御ユニット
３００Å力端子３０１゜３０２に極性を対応させて接続
しである。もつとも各ダイオード４６．４７は、共通接
続せず、個別に入力端子３０１　、３０２　Ｋ接続して
もよい。

なお、この実施的では、各集電子４３ａ・・・４３ｔに
向きを異にするダイオード４６．４７を接続することに
より、各集電子４３ｍ・・・４３ｔを陽極又は陰極のい
ずれＫも使用できるようにしであるが、各集電子４３ｍ
・・・４３ｔにダイオードを一方向のみに１且つ、向き
を集電子毎に交互に変えて接続することによシ、陽極用
集電子と陰極用集電子とを設ける構成として奄よい。こ
れは、集電子が多数ある場合に好適である。

次に１上記実施例の動作を各図を参照して説明する。

今、ロボット２０を移動領域面ｌの適所に設置し、電極
板４１．４１を中央制御ユニツ）ＩＯＫ接続する。この
場合において、ロボット２０の足部２．４が第５図に示
すような位置にわり、電極板４１．４１の極性分布が同
図に示す状態であるとすると、集電子４３ａ　、　４３
ｂ　、　４３ｅ　、　４３ｆ　、　４３ｉ　。

４３ｊ　、　４３ｋ　、　４３ｎ　、　４３ｏ　、　４
３ｒ　、　４３ｇがそれぞれ陽極の電極板４１上にあり
、集電子４３ｃ　、　４３ｄ　。

４３ｈ　、　４３１　、４３ｐ　、　４３ｑがそれぞれ
陰極の電極板４１上にあ２て、これらが通電に寄与する
。他の集電子４３ｇ　、　４３ｍ及び４３ｔは絶縁体４
２上のみＫあって、通電に寄与しない。

ここで、陽極側圧ある集電子と陰極側にある集電子とか
ら各々任意の１組として（４３ｍ　、　４３ｅ　）を取
出して説明する。まず、集電子４３ａ　においては、中
央制御ユニット１０の出力端子１０１（内部で電ｆｉｌ
ｌ及び送信器１２の陽極に接続されている。）に対し、
ダイオード４６が逆方向となり、ダイオード４７が順方
向となるので、ダイオード４７を介して移動体制御ユニ
ット３０の入力端子３０１に電流が流れる。一方、集電
子４３ｃ　においては、上記ユニツ）１０の出力端子１
０２に対し、ダイオード４６が順方向となり、ダイオー
ド４７が逆方向となるので、ダイオード４６を介して上
記ユニット３００Å力端子３０２から電流が流れる。

これＫよ抄、中央制御ユニット１０．電極板４１（＋）
、集電子４３ａ、ダイオード４７．移動体制御ユニット
３０．ダイオード４６．集電子４３ｃ及び電極板４１０
により閉ループが形成され、移動領域面側とロボット側
とで電力及び信号の授受を行ない得る。

上記の関係は、集電子４３ａ　、　４３ｃの極性が逆に
なっても、父、他の集電子についても全く同様である。

即ち、ダイオード４６．４７は、極性を異にする任意の
集電子間（上記の場合４３ａ　ｅ　４３ｃ　）Ｋてブリ
ッジ整流回路を構成する。従って、ロボット２０移動に
伴なって、各集電子が接触する電極板の極性が変化して
も、入力端子３０１　、３０２　において常に一定の極
性の直流電力を得ることができる。この場合、送信ａ１
２からの信号は、その振幅を電源電圧よシ小さくしてお
けば、ダイオード４６．４７において整流されて局部的
に極性が反転されることなく移動体制御ユニット３０に
その１１伝送される。

ついで、分離手段３４にて電源電流と信号とが分離され
、電源電流は移動体電源部３１に１信号は受信６３２に
入力される。そして、信号は、受信器３２にて復調され
、制御装置３３にて解読さｈて、各駆動装置３８ｍ・・
・３８ｎの動作を制御する。

一方、電源電流は、移動体電源部３１から上記各駆動装
置３８ｍ　、　３８ｂ・・・３８ｎＫ供給されると共に
１上記受信器３２．制御装置３３に供給される。

次に１第６図は本発明電力・信号授受方式の他の実施ｆ
！’４ｆ示すブロック図である。同図に示す電力・信号
授受方式は、中央制御二二ツ）ＩＯＫ。

電源１１、送・受信ｉ！１１２，１６、電源電流と送置
受信信号とを各々結合・分離する結合手段１４及び分離
手段１５を設け、移動体制御ユニット３０に、移動体電
源部３１、送・受信器３６，３２、電源電流と送・受信
信号とを各々結合・分離する結合手段３５及び分離手段
３４とを設け、且つ、上記中央制御ユニツ）１０と移動
体制御ユニット３０とに両者を接続する接続手段４０を
設けて構成される。

この実施例は、移動領域面側からの送信と移動体側から
の送信とを周波数を異ならしめると共に、各々の結合手
分離手段１４　、１５　、３５　、３４のＦ波帯域をこ
れに対応させて設定するこ′とＫより、同一線路によっ
て電源電流の伝送と共に双方向通信を行ない得るよう構
成されている。々お、接続手段４０．送・受信！　１２
　、１６　、３６　、３２、電源１１゜移動体電源部３
１等の構成は、上述した第１図乃至第５図に示す実施例
と同様である。

父、この実施例では、中央制御二二ツ）ＩＯＫ制御用コ
ンピュータ１７を儂えてシシ、該コンピュータ１７に上
記送ｅ受信１ｉ１１２，１６、入力装置１３及び表示装
置１８を接続しである。そして、移動体制御ユニット３
０にマイクロコンピュータ等の制御装置３７を備えてお
り、該制御装置３７に上記送・受信器３６，３２、駆動
装置３８及び各種センサ３９を接続しである。

このような構成によれば、制御用コンピュータｌ７から
出力される制御信号が移動領域面側の送信器１２から結
合手段１４にて電源電流に重畳されて、接続手段４０を
介して移動１側に送られ、分離手段３４にて分離されて
、電源電流は移動体電源部３１に、信号は受信５３２に
入力される。

そして、制御装置３７にて信号が解読され、各部駆動装
置３８の動作を制御する。この時、制御装置３７Ｆｉ、
位置センサ、視覚センサ、速度センサ等の各種センサ３
９からの情報に基づき、制御信号を予め定められたプロ
グラムによシ適宜修正。

変更して駆動装置３８を駆動することができる。

父、各種センサ３９からの情報は、移動体の状態信号と
してｉ＋ｏｉ＊装置３７から出力され、送信！３６゜結
合手段３５及び接続手段４０を介して移動領域面側の制
御用コンピュータ１７に転送されて、処理される。

上紀実施ガでは、本発明を歩行ロボットに適用した場合
を示したが、本発明は、これ（限定されるものではなく
、例えば車輪によって移動するもの、床面を浮上して移
動するもの等圧も適用することができる。

父、上記実施例では、ロボット２０の足部裏面２４１に
集電子４３を設けているが、足部２４とは別個に設けて
もよい。この場合、集電子４３ト・・４３ｔけ、ロボッ
ト２０を支持する必要がないので、その構造を簡単なも
のとすることができる。例えば、集電子として導線を用
い、これを多数本取付けて集電子群をワイヤブラシ状に
形成することができる。これは、上記の車輪により移動
するもの、浮上して移動するものに好適である。

以上説明したように、本発明は、移動領域面に電極板を
多数配設し、移動体く複数の集電子を設けると共に、該
各県電子に整流素子を接続し、且つ、移動領域面側及び
移動体側に、電源電流及び送・受信信号を各々結合・分
離する手段を設けることによシ、移動領域内の任意の位
置にて移動領域ｌ１５ｆＩと移動体との間で電力及び信
号を授受することができ、しかも移動の妨げとなるケー
ブルを接続することなく確実に給電することができると
共に、有線方式による信頼性の高い信号伝送を行なうこ
とができ、又、重い大型蓄電池の搭載を要せず、移動体
を小型、軽量に構成し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電力・信号授受方式の一実施例を示すブ
ロック図、！２図は上記実施例を二足歩行ロボットに適
用したものを示す斜視図、第３図は本発明電力・信号授
受方式を構成する接続手段の一例を示す要部截断立面図
、第４図は上記接続手段の構成を示す回路図、第５図は
上記接続手段を構成する電極板と集電子の位置関係の一
例を示す説明図、＠６図は本発明電力・信号授受方式の
他の実施例を示すブロック図である。 １・・・移動領域面　　　　２・・・移動体１０・・・
中央制御ユニツ）　　　１１・・・電源１２・・・送信
器　　　　　　１３・・・入力装置１４・・・結合手段
　　　　１５・・・分離手段１６・・・受信′ａ　　　
　　　　１７・・・制御用コンピュータ２０・・・ロボ
ット　　　　　２１・・・本体２４・・・足部　　　　
　　２４１・・・足部裏面２４２・・・足部枠体　　　
　　３０・・・移動体制御ユニット３１・・・移動体電
源部　　３２・・・受信器３３・・・制御装置　　　　
３４・・・分離手段３５・・・結合手段　　　　３６・
・・送信器３７・・・制御装置　　３８（３８ｍ・・・
３８ｎ）・・・駆動装置４０・・・接続手段　　　　４
１・・・電極板４２・・・絶縁体　　　　４３（４３ａ
・・・４３ｔ）・・・集電子４４・・・取付部材　　　
　　４５・・・ノ（ネ４６．４７・・・ダイオード 出願人　　元田電子工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　一定の移動領域面内を自在に移動する移動体
   における電力及び信号の授受方式であって、移動領域面
   側に、電源と、送信器と、電源電流及び送信信号を重畳
   する結合手段とを備えた中央制御ユニットを設け、移動
   体側に、電源電流及び上記信号を分離する分離手段と、
   移動体電源部と、受信器とを備えた移動体制御ユニット
   を設け、且つ、移動領域面側と移動体側とに、上記両制
   御ユニットをｔｌＲする接続手段を設け、上記接続手段
   は、上記移動領域１１ｉＫ所定間隔にて多数配設される
   電極板と、上記移動体く。 相互に絶縁されると共に上記電極板に対し接触自在に設
   けられる豪数の集電子と、該集電子の各々に向きを適宜
   変えてＷ！続される整流素子とを備えて構成され、且つ
   、該各電極板を交互に極性を変えて上記中央制御ユニツ
   ）Ｋ接続すると共に１該各整流素子の他端を極性を対応
   させて上記移動体制御ユニットに接続して成）、上記電
   源及び送信器の異なる１＃ｉＫｗＩ続された少なくとも
   一組の電極板と、これらの電極板にそれぞれ接触してい
   る集電子及び整流素子と、上記結合手段及び分離手段と
   を介して移動体に電力及び信号を伝送するよう構成され
   て成ることを特徴とする移動体の電力・信号授受方式。
2. （２）一定の移動領域面内を自在に移動する移動体にお
   ける電力及び信号の授受方式であって、移動領域面側に
   １電源と、送・受信器と、電源電流及び送・受信信号を
   各々結合・分離する結合・分離手段とを備えた中央制御
   ユニットを般け、移動体ＩＩＫ、電源電流及び送・受信
   信号を各々結合・分離する結合・分離手段と、移動体電
   源部と、送・受信器とを備えた移動体ＩＩＩＩｌｌユニ
   ットを設け、且つ、移動領域面一と移動体―とに、上記
   両制御ユニットを接続する接続手段を設けて成り、 上記１ｉ１ｆｆ手段は、上記移動領域面に所定間隔にて
   多数配設される電極板と、上記移動体に、相互に絶縁さ
   れると共に上記電極板に対し接触自在に設けられる豪数
   の集電子と、該集電子の各々に向きを適宜変えて接続さ
   れる整流素子とを習えて構成され、且つ、該各電極板を
   交互に極性を変えて上記中央制御ユニットに接続すると
   共に、該各整流素子の他端を極性を対応させて上記移動
   体１ＩＩＩｌｌユニツトに接続して成シ、上記電源及び
   送・受信器の異なる極Ｋｍ続された少なくとも一組の電
   極板と、これらの電極板にそれぞれ接触している集電子
   及び整流素子と、上記結合手段及び分離手段とを介して
   移動領域面側と移動体との関にて電力及び信号を授受す
   るよう構成されて成ることを特徴とする移動体の電力Φ
   信号授受方式。