(57)【要約】【課題】システムに通電していない状態で、関節部分を自由に固定、及び解放できるロックシステム及びそのロック方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかるロックシステムは、モータが通電していない際に、モータにより駆動する駆動軸の回転を固定する。少なくとも２以上の方向から駆動軸を挟む２以上の固定パッドと、固定パッドを、内部の空気圧を変化させることにより、駆動軸の中心方向に移動させるシリンダー部と、シリンダー部に空気を挿入する第１の挿入口と、排出する排出口とを有し、固定パッドは、駆動軸側とは反対側の端部がばねの一端と接続され、ばねの他端はシリンダー部と接続され、シリンダー部は、シリンダー内の空気圧を上げることで、固定パッドを駆動軸の中心方向に押し出し、シリンダー内部の空気圧を下げることで、ばねの弾性力により、固定パッドを駆動軸側とは反対の方向に移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータが通電していない際に、前記モータにより駆動する駆動軸の回転を固定するロックシステムであって、
少なくとも２以上の方向から前記駆動軸を挟む２以上の固定パッドと、
前記固定パッドを、内部の空気圧を変化させることにより、前記駆動軸の中心方向に移動させるシリンダー部と、
前記シリンダー部に空気を挿入する第１の挿入口と、
前記シリンダー部から空気を排出する排出口とを有し、
前記固定パッドは、前記駆動軸側とは反対側の端部が前記ばねの一端と接続され、
前記ばねの他端は前記シリンダー部と接続され、
前記シリンダー部は、シリンダー内の空気圧を上げることで、前記固定パッドを前記駆動軸の中心方向に押し出し、シリンダー内部の空気圧を下げることで、ばねの弾性力により、前記固定パッドを前記駆動軸側とは反対の方向に移動させるロックシステム。
【請求項２】
複数の前記ロックシステムを有し、
当該複数の前記ロックシステムは、更に第２の挿入口と、空気管とを有し、
前記空気管は、前記第２の挿入口及び前記システム組み込まれた複数の前記ロックシステムのシリンダー部を接続し、
前記第２の挿入口から、システムに組み込まれた複数の前記ロックシステムの前記複数のシリンダー部に前記空気管を介して空気を挿入可能に構成される請求項１記載のロックシステム。
【請求項３】
前記シリンダー部は、更に、前記第１及び第２の挿入口へ空気の逆流を防止する逆流防止弁を有する請求項１または２記載のロックシステム。
【請求項４】
前記ロックシステムは、前記シリンダー内部の空気圧を変化させることにより、前記駆動軸の固定の強度を調整する請求項１乃至３のいずれか１項記載のロックシステム。
【請求項５】
モータが通電していない際に、前記モータにより駆動する駆動軸の回転を固定するロック方法であって、
少なくとも２以上の方向から前記駆動軸を挟む２以上の固定パッドを、当該固定パッドに接続されたシリンダー部の内部空気圧を高くすることにより、前記駆動軸の中心方向に移動させて前記駆動軸を固定し、
前記シリンダー部の内部空気圧を下げることにより、前記駆動軸の中心方向とは反対の方向にばねの弾性力により前記固定パッドを移動させて前記駆動軸を解放するロック方法。
【請求項６】
第２の挿入口から空気管を介して複数の前記ロックシステムに空気を挿入し、前記複数の前記ロックシステムの前記シリンダー部に空気を挿入する請求項５記載のロック方法。
【請求項７】
前記シリンダー部は、更に、逆流防止弁により、前記第１及び第２の挿入口へ空気の逆流を防止する請求項５または６記載のロック方法。
【請求項８】
前記ロック方法は、前記シリンダー内部の空気圧を変化させることにより、前記駆動軸の固定の強度を調整する請求項５乃至７のいずれか１項記載のロック方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット用ロックシステム及びそのロック方法に関し、特に回転軸をロックするロボット用ロックシステム及びそのロック方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節ロボットや車輪式ロボットにおいて、メンテナンスをする際は電源をＯＦＦにするため、各軸のモータがフリー状態になり、各関節や車輪が自由に動いてしまう。部位によっては、関節を固定した状態でメンテナンスをしたい場合があり、状態を保持する作業者が別に必要になる。
【０００３】
電機システム上、モータを駆動するための電源が供給されない限りモータは電気的にフリーになる。これにより、システムの関節部分は自由に動いてしまう。また、メカニカルに拘束した場合、ロボットはある一定の姿勢のままの状態となるため、当該システムをメンテナンスする際は不自由である。言い換えれば、システムをメンテナンスする際、システムに通電していない状態で、関節部分を自由に固定、及び解放することが必要になる。
【０００４】
ところで、電力を使用せず、可動する部位を固定するための技術が、特許文献１乃至４に記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、シャフト型リニアモータのブレーキ装置に関する技術である。特許文献１に記載の技術は、シャフトを上下方向からブレーキシューで挟むものである。このブレーキ装置は、上下のクランプアームの中間を連結軸で枢着させ、連結軸より先端側の各クランプアームに円弧状のライニング材を設けてブレーキシューを構成する。クランプアームの連結軸より後端側には、各クランプアームの間をばねで接続する。そして、励磁コイルに通電していない際は、ブレーキシューをばねの弾性力により閉じる。
【０００６】
特許文献２に記載の技術は、マニュピュレータにおいて、モータブレーキで制動可能な軸が停止する時間を割り出し、停止する時間帯はモータブレーキで停止し、これにより省電力化を図るものである。
【０００７】
特許文献３に記載の技術は、モータの回転軸をロックするものである。特許文献１に記載の技術は、ロータに凹部を設け、所定の信号により、当該凹部にピンを差し込むことによりロータの回転を停止させるものである。ピンは、通常は固定されているが、所定の信号により固定機構が火薬で破壊され、回転中心方向に向けてばねにより突出する。
【０００８】
特許文献４に記載の技術は、空気圧により稼働するシステムにおいて、空気の漏れを検出した際に、可動軸の回転を停止させるものである。特許文献４に記載の技術は、システムにおいて、空気漏れがあることを検出すると、回転軸のギアにロックレバーを嵌入し、回転軸の回転を止める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２２６８２４号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８９９０号公報
【特許文献３】特開平１１−３１８０５２号公報
【特許文献４】特開平６−３１６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載技術は、励磁コイルに通電していない際は常にブレーキをかけている状態であり、ブレーキを解放するためには励磁コイルに通電しなければならず、可動部分を自由に固定及び解放することができない。
【００１１】
特許文献２に記載の技術は、モータに通電していない際に、関節を固定した状態で停止させるものであり、関節の固定、及び解放を自由に行うことができない。
【００１２】
特許文献３に記載の技術は、モータの故障時に回転軸をロックするものであり、ピンを固定している固定機構を、火薬を用いて破壊し、それによりピンを突出させるものであって、回転軸の解放、及び固定を繰り返し行うことができない。
【００１３】
特許文献４に記載の技術は、回転軸のギアにロックレバーを挿入することにより回転を停止するものであるが、ロックレバーを回転軸とは逆の方向に移動させる方法については開示されていない。
【００１４】
本発明にかかるロックシステム及びそのロック方法は、システムに通電していない状態で、関節部分を自由に固定、及び解放できるロックシステム及びそのロック方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかるロックシステムは、モータが通電していない際に、モータにより駆動する駆動軸の回転を固定するロックシステムである。少なくとも２以上の方向から駆動軸を挟む２以上の固定パッドと、固定パッドを、内部の空気圧を変化させることにより、駆動軸の中心方向に移動させるシリンダー部と、シリンダー部に空気を挿入する第１の挿入口と、シリンダー部から空気を排出する排出口とを有し、固定パッドは、駆動軸側とは反対側の端部がばねの一端と接続され、ばねの他端はシリンダー部と接続され、シリンダー部は、シリンダー内の空気圧を上げることで、固定パッドを駆動軸の中心方向に押し出し、シリンダー内部の空気圧を下げることで、ばねの弾性力により、固定パッドを駆動軸側とは反対の方向に移動させる。
【００１６】
本発明によれば、駆動軸の固定と解放をくり返し行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、システムに通電していない状態で、関節部分を自由に固定、及び解放できるロックシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１にかかるロックシステム１を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるロックシステム１の一部を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかるロックシステム１が組み込まれたシステム５の全体図である。
【図４】実施の形態１にかかるシステム５の詳細を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかるシステム５の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。また、以下の図面に示す各装置の構成は、例えば記憶装置に読み込まれたプログラムをコンピュータ（ＰＣ（personal computer）や携帯端末装置等）上で実行することにより実現される。また、これらのプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memoryや光ディスク等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
【００２０】
本実施の形態にかかるロックシステム１は、モータ１０により駆動する駆動軸１１において、モータ１１が通電していない際に、駆動軸１１の回転を固定及び解放する。ここで、モータ１０は、駆動軸１１と接続されている。駆動軸１１は、モータ１０の反対側にギア１２を有し、ギア１１は、外部の可動部と接続されている。
【００２１】
本実施の形態にかかるロックシステム１は、少なくとも２以上の方向から駆動軸１１を挟む２以上の固定パッドと、内部の空気圧を変化させることにより、固定パッドを駆動軸１１の中心方向に移動させるシリンダー部と、シリンダー部に空気を挿入する第１の挿入口としての挿入口１９と、シリンダー部から空気を排出する排出口としての圧縮空気抜きねじ２０と、それぞれの固定パッドに接続された２以上のばねとを有する。
【００２２】
図１は、本実施の形態にかかるロックシステム１を示す図である。モータ１０は、駆動軸１１と接続され、駆動軸１１は、出力側にギア１２を有している。ロックシステム１は、駆動軸１１を固定する固定パッド１３及び固定パッド１４とを有し、固定パッド１３及び固定パッド１４はそれぞれ、シリンダー部１５とシリンダー部１６に支持されている。空気管１７及び空気管１８は、空気挿入口１９から圧縮空気を供給され、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の内部の空気圧を上昇させる。また、シリンダー部１５及びシリンダー部１６は、圧縮空気抜きねじ２０から、空気を排出し、それにより内部に空気圧を低下させる。
【００２３】
空気挿入口１９は、外部と接続され、圧縮空気をロックシステム１内部に取り込む。圧縮空気を取り込んだ後、又は取り込まない場合は、キャップ２７により密閉される。
【００２４】
固定パッド１３と固定パッド１４は、ばね２１及びばね２２の一端と接続され、ばね２１及びばね２２の他端はシリンダー部１５及びシリンダー部１６と接続されている。
【００２５】
シリンダー部１５及びシリンダー部１６は、空気管１７及び空気管１８と接続され、空気管１７と空気管１８から供給される圧縮空気により、内部の空気圧を上昇させ、それにより、固定パッド１３及び固定パッド１４を駆動軸１１の中心方向に押し出す。
【００２６】
シリンダー部１５及びシリンダー部１６は、空気管１７及び空気管１８を介して、圧縮空気抜きねじ２０から圧縮空気を排出し、それにより内部の空気圧を下降させ、ばね２１及びばね２２の弾性力により固定パッド１３及び固定パッド１４を駆動軸１１の中心方向とは反対の方向に移動させる。
【００２７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、ロックシステム１の一部を示す図である。図２（ａ）は固定パッド１３及び固定パッド１４が通常時の位置にあるときの状態を示し、図２（ｂ）は固定パッド１３及び固定パッド１４が駆動軸１１を固定している際の状態を示す図である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の内部の空気圧が低い際は、固定パッド１３及び固定パッド１４は、ばね２１及びばね２２の弾性力により、駆動軸１１とは離れた位置に維持される。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の内部の空気圧が高い際は、固定パッド１３及び固定パッド１４は、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の空気圧により、駆動軸１１の中心方向に押し出され、駆動軸１１を上下方向から挟むことにより固定する。また、固定パッド１３及び固定パッド１４は、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の空気圧により駆動軸１１方向に押し出されている。そのため、シリンダー部１５及びシリンダー部１６の内部の空気圧を調整することにより、ロックシステム１の固定の強度を調整することができる。
【００３０】
本実施の形態にかかるロックシステム１は、空気管１７及び空気管１８から供給される圧縮空気により、シリンダー内の空気圧を上げることで、固定パッドを駆動軸の中心方向に押し出し、シリンダー内部の空気圧を下げることで、ばねの弾性力により、固定パッドを駆動軸側とは反対の方向に移動させる。これにより、モータが通電していなくても、駆動軸を自由に固定又は解放することができる。なお、固定パッド、ばね、シリンダーの接続方法については、図１及び記載のものは一例であり、ばねの弾性力が固定パッドを移動させるものであれば、他の形状でも構わない。
【００３１】
ロックシステム１について、更に詳細に説明する。ロックシステム１は、更に、第２の挿入口としての空気挿入口２５と、逆流防止弁２３及び逆流防止弁２４と、空気挿入口３０とを有している。ロックシステム１が組み込まれたシステム５は、複数ある関節部分それぞれにロックシステム１を設けている。
【００３２】
逆流防止弁２３は、空気挿入口１９及び空気挿入口２５から供給された圧縮空気が空気挿入口１９に逆流して漏れることを防ぐ。
【００３３】
逆流防止弁２４は、空気挿入口２５から供給された圧縮空気が逆流防止弁２４に逆流して漏れることを防ぐ。
【００３４】
空気挿入口２５は、空気管２６と接続されている。空気管２６は、複数のロックシステム１の空気挿入口２５及び空気挿入口３０と接続されている。
【００３５】
空気挿入口３０から空気管２６を介して圧縮空気を複数のロックシステム１に供給することにより、一度にすべてのロックシステム１のシリンダー部の内部の空気圧を上げることができ、それにより、一度にシステム内のすべての関節部を固定することができる。
【００３６】
図３は、ロックシステム１が組み込まれたシステム５の全体図である。システム５は、複数あるロックシステム１全てに圧縮空気を提供できる空気挿入口３０と、空気挿入口３０から圧縮空気が逆流することを防ぐ逆流防止弁３２と、それぞれのロックシステム１に圧縮空気を提供する空気挿入口１９ａ〜１９ｌを有している。
【００３７】
図４及び図５は、システム５の詳細を示す図である。システム５は、ロックシステム１〜４を有し、空気管２６ａ及び２６ｂにより接続されている。ロックシステム１〜４は、それぞれ逆流防止弁２４ａ〜２４ｃ及び空気挿入口１９ａ〜１９ｃを有している。図４では、空気挿入口３０からシステム５内のすべてのロックシステム１〜４に圧縮空気を提供しているところを示している。空気挿入口３０から圧縮空気をロックシステム１〜４に供給することにより、一度にシステム５の関節部分のすべてを固定することができる。
【００３８】
図５では、ロックシステム３の空気挿入口１９ｃから圧縮空気を供給し、ロックシステム３の設けられた関節部分を固定している。ロックシステム３は、逆流防止弁２４ｃを有しているため、空気管２６ｂから圧縮空気が逆流することにより、他のロックシステムの関節部分を固定することがない。これにより、図５に示すように、システム５内の関節部分を選択して、その部分のみを固定することが可能である。また、逆に、すべての関節部分を固定した後、一部の関節部分のみ圧縮空気抜きねじ２０を緩めることにより内部の空気圧を低下させることにより、ロックシステム１の駆動軸１１の固定する強度を緩めて関節部分を解放することも可能である。
【００３９】
本実施の形態にかかるロックシステムは、圧縮空気を空気挿入口から取り入れることにより、システムの関節部分を一度に固定することができる。また、それぞれロックシステムに設けられた空気抜きねじにより、ロックシステム内の空気を抜き、当該ロックシステムが設けられた関節部分を解放することができる。また、システム内の複数のロックシステムは、空気管により接続されているが、逆流防止弁により、圧縮空気が他のロックシステムに流れ込まないようになっているため、システム内の一部のロックシステムのみを固定又は解放することができる。
【００４０】
本実施の形態にかかるロックシステムは、モータに電気を通電することなく関節を固定及び解放することができるため、システムのメンテナンスの際により有効である。また、複数の関節部分を一度に固定したり、一部の関節部分のみを固定又は解放できるため、多関節の人型ロボットのようなシステムにおいても、姿勢を固定し、一部の関節のみ解放して、再度固定してメンテナンスを行うなどすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ロックシステム
２  ロックシステム
３  ロックシステム
４  ロックシステム
５  システム
１０  モータ
１１  駆動軸
１２  ギア
１３  固定パッド
１４  固定パッド
１５  シリンダー部
１６  シリンダー部
１７  空気管
１８  空気管
１９、１９ａ〜１９ｄ  空気挿入口
２０  圧縮空気抜きねじ
２１  ばね
２２  ばね
２３  逆流防止弁
２４、２４ａ〜２４ｄ  逆流防止弁
２５  空気挿入口
２６、２６ａ〜２６ｂ  空気管
２７  キャップ
３０  空気挿入口
３２  逆流防止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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