(57)【要約】      （修正有）【課題】主バッテリからの主電源が切れた場合に、長期間のバックアップを可能にする。【解決手段】歩行ロボットの関節の回動位置を検出するエンコーダの出力信号の記憶手段に主電源とバックアップ電源とを供給する電源装置において、搭載された主バッテリ６および予備バッテリ７と、主電源の供給回路８に主バッテリ６を接続する逆流防止用のダイオード９と、バックアップ電源の供給回路１０にバックアップ回路１１を接続する逆流防止用のダイオード１２と、その出力電圧がダイオード９の出力電圧より低くなるように調整するコンバータ１３，１４と、バックアップ回路１１に主バッテリ６を接続する逆流防止用のダイオード１５と、バックアップ回路１１に予備バッテリ７を接続する逆流防止用のダイオード１６と、その出力電圧がダイオード１５の出力電圧より低くなるように調整するコンバータ１７とを具えている。【選択図】図１
2005223985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行ロボットの関節の回動位置を検出するエンコーダの出力信号を記憶する記憶手段に主電源とバックアップ電源とを供給する電源装置において、
前記歩行ロボットにそれぞれ搭載された主バッテリおよび予備バッテリと、
前記主電源の供給回路に前記主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第１のダイオードと、
前記バックアップ電源の供給回路にバックアップ回路を接続するとともにそのバックアップ回路側への電流の逆流を防止する第２のダイオードと、
前記第２のダイオードの出力電圧が前記第１のダイオードの出力電圧より低くなるように調整するバックアップ用コンバータと、
前記バックアップ回路に前記主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第３のダイオードと、
前記バックアップ回路に前記予備バッテリを接続するとともにその予備バッテリ側への電流の逆流を防止する第４のダイオードと、
前記第４のダイオードの出力電圧が前記第３のダイオードの出力電圧より低くなるように調整するバッテリ用コンバータと、
を具えてなる、歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置。
【請求項２】
前記バックアップ回路に商用電源を接続するとともにその商用電源側への電流の逆流を防止する第５のダイオードと、
前記第５のダイオードの出力電圧が前記第３のダイオードの出力電圧および前記第４のダイオードの出力電圧より高くなるように調整する商用電源用コンバータと、
を具えてなる、請求項１記載の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置。
【請求項３】
前記商用電源を用いて前記予備バッテリを充電する充電手段を具えてなる、請求項２記載の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人型ロボット等の歩行ロボットの関節の回動位置を検出するインクリメンタルエンコーダ等のエンコーダの出力信号を記憶する記憶手段に主電源とバックアップ電源とを供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歩行ロボットにおいては、電源再投入後の脚等の関節の適切な制御を容易にするため、意図的な電源切断や意図しない原因での電源切断の後も、上記エンコーダの関節位置決め機能を維持することが望ましいが、そのためには上記エンコーダの出力信号を記憶する記憶手段に主電源が切れた後もバックアップ電源を供給する必要がある。このようなバックアップ電源を供給する装置としては従来、例えば特許文献１に記載されたＮＣ工作機械やロボット等の可動軸用の、図３に示す如きものが知られている。
【０００３】
この電源装置は、ロボット等の可動軸を駆動する図示しないサーボモータに設けられてその可動軸の回動位置を検出するアブソリュートエンコーダ３１に内蔵された逆流防止用の三つのダイオード３２〜３４と、ダイオード３２，３３間に接続されたコンデンサ３５と、上記サーボモータの作動を制御するとともにアブソリュートエンコーダ３１から信号線３６を介して回動位置情報を受け取る制御装置３７に内蔵されたバッテリ３８とを具えている。
【０００４】
そしてこの電源装置では、一般に商用電源に接続される制御装置３７が出力する主電源電圧Ｖｃｃを、アブソリュートエンコーダ３１に内蔵されて上記検出した回動位置を記憶する図示しない記憶手段に電源線３９およびダイオード３２，３３を介して供給するとともに、バッテリ３８のバックアップ電源電圧Ｖｂｔを、上記記憶手段に電源線４０およびダイオード３４を介して供給可能とし、さらに、ダイオード３２を介して充電されるコンデンサ３５からも主電源電圧Ｖｃｃを、上記記憶手段にダイオード３３を介して供給可能としている。なお、図中符号４１はアース線、４２は中継コネクタを示す。
【０００５】
しかしてこの電源装置では、上記記憶手段の作動電圧Ｖｍｍに対し上記主電源電圧Ｖｃｃと上記バックアップ電源電圧Ｖｂｔとが、Ｖｃｃ＞Ｖｂｔ＞Ｖｍｍに設定されており、これにより、制御装置３７が主電源電圧Ｖｃｃの出力を停止すると、先ずコンデンサ３５が上記記憶手段にバックアップ電源を供給し、その電圧がＶｂｔ以下に落ちたらバッテリ３８が上記記憶手段にバックアップ電源を供給する。すなわち、スイッチング制御回路なしで２重のバックアップを行っている。
【特許文献１】特開２００１−２５１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、歩行ロボットにおいては近年、モーターおよびバッテリの小型化・高効率化や制御の高度化等により、歩行ロボット自身が搭載しているバッテリから主電源を得ることで、電源ケーブルの接続なしで歩行し得るものが実用化されている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の電源装置は商用電源から得た主電源電圧Ｖｃｃに対しバッテリ３８でバックアップを行っているので主電源とバックアップ電源との電圧差を比較的自由に設定し得るところ、通常、バッテリは出力電圧が仕様で定まっているので、上記従来の電源装置を歩行ロボットに適用しても、歩行ロボットに搭載した動作用の主バッテリから主電源とバックアップ電源とを供給するという構成は成立し得ず、予備バッテリからのバックアップのみとなるため長期間のバックアップができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置は、歩行ロボットの関節の回動位置を検出するエンコーダの出力信号を記憶する記憶手段に主電源とバックアップ電源とを供給する電源装置において、前記歩行ロボットにそれぞれ搭載された主バッテリおよび予備バッテリと、前記主電源の供給回路に前記主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第１のダイオードと、前記バックアップ電源の供給回路にバックアップ回路を接続するとともにそのバックアップ回路側への電流の逆流を防止する第２のダイオードと、前記第２のダイオードの出力電圧が前記第１のダイオードの出力電圧より低くなるように調整するバックアップ用コンバータと、前記バックアップ回路に前記主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第３のダイオードと、前記バックアップ回路に前記予備バッテリを接続するとともにその予備バッテリ側への電流の逆流を防止する第４のダイオードと、前記第４のダイオードの出力電圧が前記第３のダイオードの出力電圧より低くなるように調整するバッテリ用コンバータと、を具えてなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
かかる歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置にあっては、バックアップ電源の供給回路にバックアップ回路を接続するとともにそのバックアップ回路側への電流の逆流を防止する第２のダイオードの出力電圧が、主電源の供給回路に主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第１のダイオードの出力電圧より低くなるように、バックアップ用コンバータがそれらの少なくとも一方の電圧を調整するので、主電源の供給回路が主バッテリから第１のダイオードを介して主電源を供給している間は、第２のダイオードはバックアップ電源を供給せず、主電源の供給回路が主バッテリから第１のダイオードを介して主電源を供給しなくなると自動的に、第２のダイオードがバックアップ回路からバックアップ電源を供給するようになる。
【００１０】
そしてここでは、そのバックアップ回路に予備バッテリを接続するとともにその予備バッテリ側への電流の逆流を防止する第４のダイオードの出力電圧が、そのバックアップ回路に主バッテリを接続するとともにその主バッテリ側への電流の逆流を防止する第３のダイオードの出力電圧より低くなるように、バッテリ用コンバータがそれらの少なくとも一方の電圧を調整するので、主バッテリが第３のダイオードを介してバックアップ電源を供給している間は、予備バッテリは第４のダイオードを介してバックアップ電源を供給せず、主バッテリが第３のダイオードを介して供給するバックアップ電源の電圧が、予備バッテリが第４のダイオードを介して供給するバックアップ電源の電圧より低くなると自動的に、予備バッテリが第４のダイオードを介してバックアップ回路にバックアップ電源を供給するようになる。
【００１１】
従って、この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置によれば、バッテリを主電源としても、主電源が切れた場合に、主バッテリと予備バッテリとによりスイッチング制御回路なしで２重のバックアップを行うことができる。しかも歩行ロボットに搭載した動作用の主バッテリから主電源とバックアップ電源とを自動的に切り換えて供給するので、予備バッテリからのバックアップのみの場合より長期間のバックアップ電源の供給を行うことができる。
【００１２】
なお、この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置においては、前記バックアップ回路に商用電源を接続するとともにその商用電源側への電流の逆流を防止する第５のダイオードと、前記第５のダイオードの出力電圧が前記第３のダイオードの出力電圧および前記第４のダイオードの出力電圧より高くなるように調整する商用電源用コンバータと、を具えていても良く、このようにすれば、歩行ロボットに商用電源が供給されている間は主電源が切断された場合に先ずその商用電源からバックアップ電源を供給するので、スイッチング制御回路なしで３重のバックアップを行うことができる。
【００１３】
また、この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置においては、前記商用電源を用いて前記予備バッテリを充電する充電手段を具えていても良く、このようにすれば、歩行ロボットに商用電源が供給されている間はその商用電源を用いて予備バッテリを常時充電することができるので、意図しない主電源切断時に、より確実にバックアップを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置の一実施例を示す構成図、そして図２（ａ），（ｂ）は、上記実施例の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置を適用した人型ロボットの全体を示す正面図および側面図である。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、上記人型ロボットは胴体１の下に二本の脚２を具え、それらの脚２で既知の方法により倒立振り子的に動的バランスをとりながら歩行するものである。この人型ロボットはまた、胴体１のロボット自身から見て左右に腕３を具えるとともに、胴体１上に頭４を具えており、ここで、胴体１は、腰の部分で互いに前後および左右回動可能に連結された上半部１ａと下半部１ｂとからなっている。
【００１６】
上記人型ロボットは、脚２、腕３、頭４と胴体１との間の首および、胴体１の上下半部１ａ，１ｂ間の腰にそれぞれ、サーボモータとその出力回転を減速して可動部を動かす減速機とを持つ関節（可動軸）を複数有しており、それらの関節の回動位置は、それらの関節に設けられた図示しないインクリメンタルエンコーダによって検出され信号として出力されて、胴体上半部１ａ内に収納された図示しない制御装置の、通常のメモリを有する記憶手段としての図１に示すアップダウンカウンタ５に記憶され、その制御装置は、通常のマイクロコンピュータとモータドライバとを有し、歩行等の動作のために演算で求めた各関節の目標回動位置と上記インクリメンタルエンコーダによって検出してアップダウンカウンタ５に記憶した回動位置との偏差を減らすように各関節のサーボモータを適宜作動させる。
【００１７】
そして、この実施例の関節エンコーダ用電源装置は、上記制御装置に主電源としてのＰＣＩ（周辺機器接続バス）電源（出力電圧５．２Ｖ）を供給するとともに上記アップダウンカウンタ５にそのＰＣＩ電源とバックアップ電源（出力電圧５．０Ｖ）とを供給するために上記胴体１の上半部１ａおよび下半部１ｂ内に搭載されており、具体的には図１に示すように、上記胴体１の下半部１ｂに搭載された歩行等の動作用の主バッテリとしての比較的大容量のニッケル水素バッテリ６（出力電圧４８Ｖ）と、上記胴体１の上半部１ａに搭載された予備バッテリとしての比較的小容量のニッケルカドミウムバッテリ７（出力電圧１０．８Ｖ）とを具えている。
【００１８】
この実施例の関節エンコーダ用電源装置はまた、何れも上記胴体１の上半部１ａに搭載された、上記ＰＣＩ電源の供給回路８にニッケル水素バッテリ６を接続するとともにそのニッケル水素バッテリ６側への電流の逆流を防止する第１のダイオードとしてのダイオード９と、上記バックアップ電源の供給回路１０にバックアップ回路１１を接続するとともにそのバックアップ回路１１側への電流の逆流を防止する第２のダイオードとしてのダイオード１２と、そのダイオード１２の出力電圧がダイオード９の出力電圧より低くなるようにそれら二つのダイオード９および１２の出力電圧をそれぞれ５．２Ｖおよび５．０Ｖに調整するバックアップ用コンバータとしてのＤＣ−ＤＣコンバータ１３および１４と、上記バックアップ回路１１にニッケル水素バッテリ６を接続するとともにそのニッケル水素バッテリ６側への電流の逆流を防止する第３のダイオードとしてのダイオード１５と、上記バックアップ回路１１にニッケルカドミウムバッテリ７を接続するとともにそのニッケルカドミウムバッテリ７側への電流の逆流を防止する第４のダイオードとしてのダイオード１６と、そのダイオード１６の出力電圧１０．８Ｖがダイオード１５の出力電圧より低くなるようにダイオード１５の出力電圧を１３．０Ｖに調整するバッテリ用コンバータとしてのＤＣ−ＤＣコンバータ１７と、ニッケル水素バッテリ６とＤＣ−ＤＣコンバータ１３との間に介挿された電源スイッチとしてのシステムスイッチ１８とを具えている。
【００１９】
この実施例の関節エンコーダ用電源装置はさらに、何れも上記胴体１の上半部１ａに搭載された、上記バックアップ回路１１に商用電源ＡＣ１００Ｖを接続するとともにその商用電源側への電流の逆流を防止する第５のダイオードとしてのダイオード１９と、そのダイオード１９の出力電圧がダイオード１５の出力電圧およびダイオード１６の出力電圧より高くなるようにダイオード１９の出力電圧を１４．０Ｖに調整する商用電源用コンバータとしてのＡＣ−ＤＣコンバータ２０と、ニッケルカドミウムバッテリ７の温度を計測してその計測結果を信号で出力する温度センサ２１と、上記商用電源を用いてニッケルカドミウムバッテリ７を充電するとともに温度センサ２１の計測結果に基づき充電中のニッケルカドミウムバッテリ７の温度が高くなり過ぎないように充電電流を制御する充電手段としての充電制御回路２２とを具えており、ここでダイオード１２，１５，１６，１９とコンバータ１４，１７と充電制御回路２２とは、バックアップ電源切換部２３を構成している。
【００２０】
かかる実施例の関節エンコーダ用電源装置にあっては、バックアップ電源の供給回路１０にバックアップ回路１１を接続するとともにそのバックアップ回路１１側への電流の逆流を防止するダイオード１２の出力電圧が、ＰＣＩ電源の供給回路８にニッケル水素バッテリ６を接続するとともにそのニッケル水素バッテリ６側への電流の逆流を防止するダイオード９の出力電圧より低くなるように、コンバータ１３がダイオード９の出力電圧を５．２Ｖに調整するとともにコンバータ１４がダイオード１２の出力電圧を５．０Ｖに調整するので、ＰＣＩ電源の供給回路８がニッケル水素バッテリ６からダイオード９を介して主電源を供給している間は、上記電圧差によりダイオード１２はバックアップ電源を供給せず、システムスイッチ１８をＯＦＦにする等によりＰＣＩ電源の供給回路８がニッケル水素バッテリ６からダイオード９を介して主電源を供給しなくなると自動的に、ダイオード１２がバックアップ回路１１からバックアップ電源を供給するようになる。
【００２１】
そしてここでは、そのバックアップ回路１１にニッケルカドミウムバッテリ７を接続するとともにそのニッケルカドミウムバッテリ７側への電流の逆流を防止するダイオード１６の出力電圧１０．８Ｖが、そのバックアップ回路１１にニッケル水素バッテリ６を接続するとともにそのニッケル水素バッテリ６側への電流の逆流を防止するダイオード１５の出力電圧より低くなるように、コンバータ１７がダイオード１５の出力電圧を１３．０Vに調整するので、ニッケル水素バッテリ６がダイオード１５を介してバックアップ電源を供給している間は、上記電圧差によりニッケルカドミウムバッテリ７はダイオード１６を介してバックアップ電源を供給せず、ニッケル水素バッテリ６がダイオード１５を介して供給するバックアップ電源の電圧が、ニッケルカドミウムバッテリ７がダイオード１６を介して供給するバックアップ電源の電圧より低くなると自動的に、ニッケルカドミウムバッテリ７がダイオード１６を介してバックアップ回路１１にバックアップ電源を供給するようになる。
【００２２】
従って、この実施例の関節エンコーダ用電源装置によれば、ニッケル水素バッテリ６を主電源としても、その主電源が切れた場合に、ニッケル水素バッテリ６とニッケルカドミウムバッテリ７とによりスイッチング制御回路なしで２重のバックアップを行うことができる。しかも人型ロボットに搭載した動作用のニッケル水素バッテリ６から主電源とバックアップ電源とを自動的に切り換えて供給するので、ニッケルカドミウムバッテリ７からのバックアップのみの場合より長期間のバックアップ電源の供給を行うことができる。
【００２３】
さらに、この実施例の関節エンコーダ用電源装置においては、バックアップ回路１１に商用電源を接続するとともにその商用電源側への電流の逆流を防止するダイオード１９と、そのダイオード１９の出力電圧がダイオード１５の出力電圧およびダイオード１６の出力電圧より高くなるようにダイオード１９の出力電圧を調整するＡＣ−ＤＣコンバータ２０とを具えているため、上記人型ロボットに商用電源ＡＣ１００Ｖが供給されている間は、主電源が切断された場合に先ずその商用電源からバックアップ電源を供給するので、スイッチング制御回路なしで３重のバックアップを行うことができる。
【００２４】
そして、この実施例の関節エンコーダ用電源装置においては、上記商用電源を用いてニッケルカドミウムバッテリ７を充電する充電制御回路２２を具えているため、上記人型ロボットに商用電源ＡＣ１００Ｖが供給されている間はその商用電源を用いてニッケルカドミウムバッテリ７を常時充電することができるので、意図しない主電源切断時や、さらにこの主電源切断時に同時にニッケル水素バッテリ６を取り外すような場合においても、より確実にバックアップを行うことができる。
【００２５】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上記例に限定されるものでなく、例えば、歩行ロボットは人型ロボットに限られず、また主バッテリや予備バッテリの種類も上記のものに限られない。そして主電源やバックアップ電源の電圧設定よって、バックアップ用コンバータを一つだけにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
かくしてこの発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置によれば、バッテリを主電源としても、主電源が切れた場合に、主バッテリと予備バッテリとによりスイッチング制御回路なしで２重のバックアップを行うことができ、しかも歩行ロボットに搭載した動作用の主バッテリから主電源とバックアップ電源とを自動的に切り換えて供給するので、予備バッテリからのバックアップのみの場合より長期間のバックアップ電源の供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、上記実施例の歩行ロボットの関節エンコーダ用電源装置を適用した人型ロボットの全体を示す正面図および側面図である。
【図３】従来のロボットの関節エンコーダ用電源装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  胴体
１ａ  胴体上半部
１ｂ  胴体下半部
２  脚
３  腕
４  頭
５  アップダウンカウンタ
６  ニッケル水素バッテリ
７  ニッケルカドミウムバッテリ
８  ＰＣＩ電源の供給回路
９，１２，１５，１６，１９  ダイオード
１０  バックアップ電源の供給回路
１１  バックアップ回路
１３，１４，１７，２０  コンバータ
１８  システムスイッチ
２１  温度センサ
２２  充電制御回路
２３  バックアップ電源切換部
【図１】
2005223985.tif 000003
【図２】
2005223985.tif 000004
【図３】
2005223985.tif 000005