JPS61181084A

JPS61181084A - 移動体の電力・信号供給方式

Info

Publication number: JPS61181084A
Application number: JP2058485A
Authority: JP
Inventors: 謙郎元田
Original assignee: Motoda Electronics Co Ltd
Current assignee: Motoda Electronics Co Ltd
Priority date: 1985-02-05
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1986-08-13

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、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供給方式に関
する。

〔従来の技術〕

従来、ロボット等の自在に移動する移動体への電源の供
給は、移動体に電源ケーブルを接続するか、あるいは移
動体に蓄電池を搭載することによって行なっている。ま
た、この種の移動体に対する制御信号等の供給は、移動
体に信号ケーブルを接続する有線方式、あるいはケーブ
ルを使用せず電波で信号を伝送する無線方式が採用され
ている。

〔解決すべき問題点〕

しかし、従来の電源供給方式における前者の方式は、ケ
ーブルが移動体の自由な移動を妨げることがあり、また
、重量のある電源ケーブルを引回すことになるため、移
動体に大きな負荷が加わるといった問題を有していた。

一方、後者の方式は、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、又、蓄電池の富貴に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といった問題点を有
していた。

また、従来の制御信号等の供給方式における前者の方式
は、上述した電”源供給方式の問題点と同様に、ケーブ
ルが移動体の移動を妨げるという問題点を有し、また、
後者の方式は、移動体の移動を妨げることはないが、前
者の方式と比較して雑音に弱く、伝送が不確実で信頼性
に欠けるといった問題点を有していた。

そして、さらに、作業員がロボットの近傍において有線
による制御を行なえず、ロボットの適切なる制御を行な
えないという問題点を有していた。

〔問題点の解決手段〕

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、一定
の移動領域面内を自在に移動する移動体に電力及び制御
信号を供給する方式であって、上記移動領域面内に、多
数の電極板を所定間隔にて配設すると共に、該電極板の
各々を交互に極性を変えて電源に接続し、且つ、上記多
数の電極板の上面にゴム等からなる絶縁シートを敷設し
、さらに、上記移動領域面内を移動する作業員に制御装
置を所持させるとともに、作業員の脚部に、制御装置と
接続し、且つ上記絶縁シートを突き刺して上記電極板と
接触するスパイク状の電極子を設け、上記移動体は、電
源電流と制御信号を分離する分離手段、移動体電源部及
び受信器を備えた移動体制御ユニットを設け、また、上
記移動体に、相互に絶縁された複数の電極子からなる電
極子群を、上記絶縁シートを突き刺して上記電極板と接
触自在に設けると共に、該電極子の各々に整流素子をそ
の向きを適宜変えて接続し、各整流素子の他端を上記移
動体制御ユニットに極性を対応させてそれぞれ接続した
構成としである。

そして、このように構成することにより、移動領域内の
任意の位置にて移動領域面側と移動体との間で電力及び
信号全供給することができ、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
体を小屋且つ軽量とできるようにしである。

さらに、ロボットの近傍において、作業員がロボットを
適切に制御できるようにしである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１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２図は本発明電力・信号供給方式の一
実施例を示すブロック図、第３図は本発明電力・信号供
給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ロボットの電極子、及
び電極板と作業員の電極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・信号供給方式は、移動
領域面１を自在に移動する移動体２九る二足歩行ロボッ
ト２０に適用したもので、移動領域面１内にあってロボ
ット２０を制御する作業員１０に制御装置１１を所持さ
せ、ロボット２０内に備えた移動体制御ユニット３０に
、移動体電源部３１、受信器３２及び両者の分離手段あ
を設けである。

この実施例において本発明を、適用した二足歩行ロボッ
ト２０は、第１図に示すように、本体２１に頭部２２、
腕部四を設けると共に、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２図参照）によシニ足歩行して移動する
。そして、この駆動ｉｆ、、１！！３８は、電源３から
の電力及び作業員１０の所持する制御装置１１からの制
御信号によシ、移動体制御ユニット３０を介して駆動制
御される。

電源３は、ロボット２０を駆動するためのもので、接続
手段４０を介してロポツ）　２０に接続され、これに電
力を供給する。なお、第２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３は、移動体制御ユニ
ット３０に設けられている受信器３２等の電源としても
使用される。

作業員１０は、ロボッ）　２０の作業状況を見つつ制御
装［１１の入力装置Ｌ３を操作して、ロボット２０に次
の動作指示を与える。入力装置Ｌ３からの指令は、制御
装置１０の送信器Ｌ２及び接続手段４０を介してロボッ
ト２０の移動体制御ユニット３０に送られる。制御装置
１１の送信器Ｌ２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を備えて成シ、
入力装置Ｌ３からの制御信号をＦＭ変調、パルス変調等
に：り変調し送信するもので、信号の周波数を電源の周
波数より高く設定し、電源３の接続手段と同じ接続手段
を用いての有線方式による通信を可能ならしめている。

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、作業等
についての制御信号を形成する。

なお、本実施例の制御装置１１は、送信器１２部分を作
業員１０が背負い、入力装置［３部分を作業員１０が手
で持って操作するタイプとしである。

移動体制御ユニット３０の移動体電源部３１は、上記電
源３から供給された電力金、ロボット２０内の駆動装置
あに供給するもので、各駆動装置３８ａ、・・・、３８
ｎに適した電圧電流に変換する回路を有している。又、
この電源部３１は、受信器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、必要によ
り光電手段、電池等を設けてもよい。

受信器３２は、例えば高周波増幅器３２１、復調回路３
２２及び直列−並列変換器３２３を備えて成シ、上記送
信器１２からの信号ｔ−受信する。復調回路３２２４１
．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ｆ１３３は、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ｙｉ３８ａ。

・・・、３８ｎにそれぞれ対応する制御信号を送出する
。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３４は、チョークコイル、コンデンサ等を適宜
組合せて構成され、接続手段４０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４０を構成する電極板４１は、鉄、銅等の導体
板を帯状に形成して成シ、合成樹脂等から成る絶縁体４
２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、後述する電極子の１本が隣接する電極
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、少なくとも電極子の接触面の
最大幅よシ長く設定する。又、電極板４１の幅は、上記
間隔を含めて、同図に示すように、電極子群が極性を異
にする電極板４１　、４１に同時に接触し得るよう設定
する。

また、これら電極板４１の上面には絶縁シート４３が敷
設しである。この絶縁シート４３は、後述する電極子が
突き刺さったときに貫通する程度の柔軟性を有するゴム
、合成樹脂あるいは布等の絶縁材料によって形成されて
いる。そして、この絶縁シート４３は、移動領域面ｌ内
における電極板４４　、４１の上面全体にわたって、数
■〜数ｍの厚さで均等に貼付し敷設しである。なお、絶
縁シート４３の厚さは、完全なる絶縁が確保される厚さ
であると共に、電極子が突き刺さった際に頁通し得る厚
さを有していればよい。

このようにして、移動領域面１に形成した電極板４１　
、４１には、電源３が接続しである。この場合、隣接す
る電極板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を電源３の＋、−の出力端子に交
互に接続しである。

なお、電極板４１は、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。又、絶縁体４２０部分を単に間隙と
して構成することもできる。

接続手段４０を構成する電極子は、作業員１０の履く一
足の靴Ｌ４の底面と、ロボット２０の両足部あの底面と
に設けである。

作業員１０の靴【４の底面等に設けた電極子４４ａ。

・・・、４４ｈは全体として電極子群４４をなしている
。

これら各電極子４４ａ、・・・、４４ｈは、先細りとな
ったスパイク状に形成してあり、移動領域面１を歩行す
ると、電極子群４４が絶縁シート４３に突き刺さって貫
通し、電極板４１と接触する。また、これら各電極子４
４ａ、・・・、４４ｈは、互に絶縁して靴［４の底面に
設けられており、この実施例では電極子４４ａ、・−・
、４４ｈを四行二列のマトリクス状に配設しである。し
かし、靴Ｌ４の底面における電極子４４ａ、・・・、４
４ｈの配設は、これに限定されるものでないことは勿論
である。

上記電極子４４ｍ、・・・、４４ｈは、それぞれ逆方向
に接続したダイオード４５ａ及び制御信号のみを通過さ
せるＦ波器４５ｂを並列に介して制御装置１１と接続し
である。また、上述したように、上記電極子群４３は作
業員１０の一足の靴１４０両底面に設けてあり、いずれ
からでも制御信号を送信できるようにしである。

ロボット２０の足部２４の底面に設けた電極子４６ａ。

・・・、４６ｔは全体として電極子群４６をなしている
。

これら各電極子４６ａ、・・・、４６ｔは、先細シとな
ったスパイク状に形成しである。電極子４４ａ。

・・・、４４ｈ及び４６ａ、・・・、　４６　ｔ　Ｏ形
状としては、スパイク状のほかにビン状等とすることも
可能である。そして、これら電極子４６ａ、・・・、４
６ｔは、上記ロボン）　２００足部２４底面に設けた収
納部２４ｂに、抑圧スプリング２４　ｃを介して出没自
在に設けである。なお、抑圧スプリング２４　ｃを省略
して、電極子４６ａ、・・・、４６ｔを足部底面に直接
取付けることも可能である。

上記各電極子４６ａ、・・・、４６ｔは、互に絶縁して
配設してあり、この実施例では電極子４６ａ。

・・・、４６ｔを五行四列のマトリクス状に配設しであ
る。しかし、電極子４６ａ、・・・、４６ｔの配設は、
これに限定されないことは勿論であシ、例えば、多足歩
行ロボットの場合には、各足部を一つの電極子に対応さ
せる構成とすることが可能である。又、電極子４４ａ、
・・・、４４ｈ及び４６　ａ　、　・・・、　４６ｔは
、断面円形のものに限らず、非円形状のものでもよい。

上記各電極子４６ａ、・・・、４６ｔには、ダイオード
４７ａ　、４７ｂが接続されている。ダイオード４７ａ
。

４７ｂは、各電極子４６ａ、・・・、４６ｔに対し互に
逆向きに接続してあり、各ダイオード４７ａ、４７ｂ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
して移動体制御ユニット３０の入力端子３０ａ、３０ｂ
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４７ａ、４７ｂは、共通接続せ
ず個別に入力端子３０ａ、３０ｂに接続してもよい。

、この実施例が適用されるロボット２０は、足部２４に
て二足歩行し前進、後退、転向等の動作を作業員の指示
にしたがって行なう。上記ロボット２０の電極子群４６
も両足部２４に設けてメジ、いずれからも受信できるよ
うになっている。

次に、本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１の適所に配置し、作業
員１０も移動領域面１の適所に位置し、それぞれが着地
した状態にあると、作業員１０の靴［４の底面に配設し
た電極子群４４と、ロボット２０の足部２４の底面に配
設した電極子群４６は、作業員１０及びロボット２００
重量によシ表面の絶縁シート４３を突き刺して貫通し、
電極板４１と接触する。この場合、作業員ｌＯの一方の
靴［４の電極子４４ａ、・・・、４４ｈと、ロボット２
００片方の足部Ｕの電極子４６ａ、・・・、４６ｔの電
極板４１への接触状態が第５図に示す状態であるとする
と、作業員１０の靴［４の電極子４４ｅ、４４ｆ　、４
４ｇ、４４ｈが陽極の電極板４１と接触し、電極子４４
ａ、４４ｂ、４４ｅが陰極の電極板４１と接触する。ま
た、ロボット２０の足部２４の電極子４６ａ、４６ｅ、
４６ｉ　、４６ｊ　、４６ｎ、４６ｏ、４６ｓが陽極の
電極板４１と接触し、電極子４６ｂ、４６ｃ、４６ｇ。

４６ｈ、４６１．４６ｐ、４６ｑが陰極の電極板４１と
接触する。

ここで、陽極側及び陰極側の電極板４１　、４１と接触
する作業員１０の靴Ｌ４の電極子と、ロボット２０の足
部Ｕの電極子のうちから任意の一組として電極子４４ｅ
、４６ｍと４４ａ、４６ｃを取出して説明する。まず、
電極子４４ｅにおいては夕゛イオード４５ａが順方向と
なＩＦ’波器４５ｂが逆方向となるので、制御装置１１
から制御信号が陽極側の電極板４１に流れる。また、電
極子４６ａはダイオード４７ａが順方向となシ、ダイオ
ード４７ｂが逆方向となるので、陽極側の電極板４１か
ら制御信号と電源型゛　　流が移動体制御ユニット３０
に流れる。

一方、電極子４４ａはダイオード４５ａが逆方向となり
ｒ波器４５ｂが順方向となるので、制御信号が制御装置
１１に流れる。また、電極子４６ｃは、ダイオード４７
ａが逆方向となシ、ダイオード４７ｂが順方向となるの
で、移動体制御ユニット（資）から制御信号及び電源電
流が陰極側の電極板４１に流れる。

したがって、電源３、陽極側電極板４１、電極子４６ａ
１ダイオ一ド４７ａ１移動体制御ユニット３０、ダイオ
ード４７ｂ１電極子４６ｃ１陰極側電極板４１によシミ
力供給のための閉ループが形成される。また、制御装置
１１、ダイオード４５ａ１電極子４４ｅ１陽極側電極板
４１、電極子４６ａ１ダイオ一ド４７ａ１移動体制御ユ
ニット３０、ダイオード４７ｂ、電極子４６ｃ１陰極側
電極板４１、電極子４４ａ、Ｆ波器４５ｂによシ制御信
号供゛給のための閉ループが形成される。

上記の関係は、電極子４４ｅ、４６ａと４４ａ、４６ｃ
の極性が逆になっても、又、他の電極子についても全く
同様である。また、ダイオード４７ａ、４７ｂは、極性
を異にする任意の電極子間（上記の場合４６ａ、４６ｃ
　）に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、各電極子が接触
する電極板の極性が変化しても、入力端子において常に
一定の極性の直流電力を得ることができる。この場合、
送信器１２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４７ａ、４７ｂ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（資）にそのまま伝送される。

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、信号は受信器３２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！３３にて解読されて、各駆動装置３８ａ・・
・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３８ａ、３８ｂ・・・３
８　ｎに供給されると共に、上記受信器３２、制御装置
３３に供給される。

なお、ロボット２００足部２４にマグネットを埋設し、
ロボット２０の歩行を安定して行なわせることも可能で
ある。また、本発明は、歩行ロボットだけでなく、例え
ば、車輪によって移動する移動体２にも適用できること
は勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、移動領域面内の
任意の位置にて移動領域面側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
４νｌ、に、ｉ’：％％Ｃ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。また、作業員がロボットと同じ移動領域面
内に位置することができるので、ロボット近傍において
適切なるロボットの制御を行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は本発明電力・信号供給方式の一
実施例を示すブロック回、第３図は本発明電力・信号供
給方式を構成する接続手段の一例を示す要部裁断立面図
、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ロボットの電極子及び
電極板と作業員の電極子の位置関係の一例を示す説明図
である。１・・・移動領域面　　　２・・・移動体３・・・電源
　　　　　　ｌＯ・・・作業員１１・・・制御装置　　
　　Ｌ２・・・送信器［３・・・入力装ｆ！１　　　　
１４・・・靴２０・・・ロボット　　　　　２４・・・
足部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３８・・・駆動
装置　　　　４ｏ・・・接続手段４１・・・電極板　　
　　　４２・・・絶縁体４３・・・絶縁シート　　　　
４４　（４４ａ　、　−，４４ｈ）−・電極子４５ａ・
・・ダイオード　　４５ｂ・・・ｐ波器４６（４４ａ、
　−−−、４６ｔ）　”・’ｄｉ極子４７ａ、４７ｂ−
ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】一定の移動領域面内を自在に移動する移動体に電力及び
制御信号を供給する方式であって、上記移動領域面内に
、多数の電極板を所定間隔にて配設すると共に、該電極
板の各々を交互に極性を変えて電源に接続し、且つ、上記多数の電極板の上面に絶縁シートを敷設し、さらに、上記移動領域面内を移動する作業員に制御装置
を所持させるとともに、作業員の脚部に、制御装置と接
続し、且つ上記絶縁シートを突き刺して上記電極板と接
触するスパイク状の電極子を設け、上記移動体は、電源電流と制御信号を分離する分離手段
、移動体電源部及び受信器を備えた移動体制御ユニット
を設け、また、上記移動体に、相互に絶縁された複数のスパイク
状の電極子を、上記絶縁シートを突き刺して上記電極板
と接触自在に設けると共に、該電極子の各々に整流素子
をその向きを適宜変えて接続し、各整流素子の他端を上
記移動体制御ユニットに極性を対応させてそれぞれ接続
したことを特徴とする移動体の電力・信号供給方式。