特許 6442784 ケーブル処理装置及び移動ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6442784

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】ケーブル処理装置及び移動ロボット

(51)【国際特許分類】

   B65H 75/42 20060101AFI20181217BHJP

【ＦＩ】

   B65H75/42 F

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-26703(P2015-26703)

(22)【出願日】2015年2月13日

(65)【公開番号】特開2016-147753(P2016-147753A)

(43)【公開日】2016年8月18日

【審査請求日】2018年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】藤田 淳

(72)【発明者】

【氏名】大西 献

【審査官】 大山 広人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５４９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３２２７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４７５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５３７３６４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６５Ｈ ５９／００−５９／４０

Ｂ６５Ｈ ７５／３４−７５／５０

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

Ｈ０２Ｇ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部に対して回転可能に支持され、ケーブルが巻回されるケーブルドラムと、
前記ケーブルドラムと接続されるモータ出力軸を有するモータと、
円筒形状の外周面を有し、前記モータに設けられたケーシングと、
一端部が前記ベース部に接続され、他端部が前記外周面に接続され、前記ケーブルドラムが前記ケーブルを巻き取る回転方向に一定の荷重を付与する定荷重バネと、
前記定荷重バネの引き出し量を測定する測定手段と、を備え、
前記定荷重バネの引き出し量が所定の範囲となるように前記モータの回転を制御する制御装置を備えるケーブル処理装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記ケーブルの引き出しに伴い前記定荷重バネの引き出し量が第一の閾値に到達した場合に、前記モータ出力軸を回転させて前記ケーブルを送り出し、
前記ケーブルの緩みに伴い前記定荷重バネの引き出し量が前記第一の閾値より引き出し量が小さい第二の閾値に到達した場合に、前記モータ出力軸を回転させて前記ケーブルを巻き取る請求項１に記載のケーブル処理装置。

【請求項3】

前記測定手段は、前記モータの回転角度を検出する回転角度検出センサを用いて前記定荷重バネの引き出し量を測定する請求項１又は請求項２に記載のケーブル処理装置。

【請求項4】

前記制御装置は、リミットスイッチを用いて前記定荷重バネの引き出し量を検出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のケーブル処理装置。

【請求項5】

前記ケーシングの回転を制動する制動機構を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のケーブル処理装置。

【請求項6】

前記ケーブルドラムと前記モータ出力軸とは同軸に接続されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のケーブル処理装置。

【請求項7】

前記ケーブルドラムと前記モータ出力軸とは歯車を介して接続されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のケーブル処理装置。

【請求項8】

前記ケーシングは、前記モータの本体部に前記モータ出力軸と同心となるように取り付けられている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のケーブル処理装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のケーブル処理装置を備える移動ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケーブル処理装置及び移動ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

人間による作業が困難な作業を人間に代わって行うことを目的として、例えば、原子力施設や化学プラントなどにおいて調査などの作業を行う移動ロボットが知られている。
移動ロボットを有線、即ち、無線ではなくケーブルなどを介して操作する場合、ケーブルの引き出し量を適切にするために、移動ロボットの移動に伴うケーブルの処理が必要となる。ケーブルの処理を行うケーブル処理装置としては、ケーブルドラムを搭載し、巻き取りや送り出しを自動又は手動で実現する装置が一般的である。
特許文献１には、ケーブルのたるみ検出手段を有する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２５４９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記従来のケーブル処理装置においては、移動ロボットが階段や段差でのすべりや、僅かな滑落によりケーブルの送り出しが間に合わず、ケーブルが大きな負荷がかかるという課題があった。
また、コイルばね（つる巻ばね）等の弾性部材を用いてケーブルを瞬時に送り出すことによって負荷を軽減してストロークを確保する機構もあるが、このような機構ではケーブル処理装置が大型化するという課題があった。また、このような機構の場合、コイルばねは、ばね長によって張力が変化するため、例えば、大きく引き出された際に張力が大きくなり制御が困難になるという課題があった。

【0005】

この発明は、ケーブルが急激に引っ張られた場合に、ケーブルにかかる負荷を低減することができるケーブル処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第一の態様によれば、ケーブル処理装置は、ベース部に対して回転可能に支持され、ケーブルが巻回されるケーブルドラムと、前記ケーブルドラムと接続されるモータ出力軸を有するモータと、円筒形状の外周面を有し、前記モータに設けられたケーシングと、一端部が前記ベース部に接続され、他端部が前記外周面に接続され、前記ケーブルドラムが前記ケーブルを巻き取る回転方向に一定の荷重を付与する定荷重バネと、前記定荷重バネの引き出し量を測定する測定手段と、を備え、前記定荷重バネの引き出し量が所定の範囲となるように前記モータの回転を制御する制御装置を備えることを特徴とする。

【0007】

このような構成によれば、ケーブルが急激に引っ張られた場合に定荷重バネが伸びることにより、ケーブルにかかる負荷を低減することができる。また、モータのケーシングを回転自在に支持するとともに、定荷重バネを用いてモータのケーシングの回転方向に一定の荷重を付与することによって、常に一定の張力をケーブルに加えることができる。

【0008】

上記ケーブル処理装置において、前記制御装置は、前記ケーブルの引き出しに伴い前記定荷重バネの引き出し量が第一の閾値に到達した場合に、前記モータ出力軸を回転させて前記ケーブルを送り出し、前記ケーブルの緩みに伴い前記定荷重バネの引き出し量が前記第一の閾値より引き出し量が小さい第二の閾値に到達した場合に、前記モータ出力軸を回転させて前記ケーブルを巻き取ってよい。

【0009】

このような構成によれば、閾値を適切に設定することによって、定荷重バネのストロークを最大限に生かしたケーブル処理装置とすることができる。

【0010】

上記ケーブル処理装置において、前記測定手段は、前記モータの回転角度を検出する回転角度検出センサを用いて前記定荷重バネの引き出し量を測定してもよい。
このような構成によれば、よりコンパクトな構造でケーブル処理装置を構成することができる。

【0011】

上記ケーブル処理装置において、前記制御装置は、リミットスイッチを用いて前記定荷重バネの引き出し量を検出してもよい。
このような構成によれば、より簡素な構成でケーブル処理装置を構成することができる。また、回転角度検出センサと、リミットスイッチとを組み合わせることによって、ケーブル処理装置の信頼性を向上させることができる。

【0012】

上記ケーブル処理装置において、前記ケーシングの回転を制動する制動機構を有する構成としてもよい。
このような構成によれば、ケーシングの回転を制動した状態でモータの出力軸を回転駆動させることによって、強制的にケーブルドラムを回転させてケーブルの巻き取り・送り出しを行うことができる。

【0013】

上記ケーブル処理装置において、前記ケーブルドラムと前記モータ出力軸とは同軸に接続されてよい。
このような構成によれば、ケーブル処理装置の小型化が可能になるとともに、構造を簡素化することができる。

【0014】

上記ケーブル処理装置において、前記ケーブルドラムと前記モータ出力軸とは歯車を介して接続されてよい。
このような構成によれば、ケーブル処理装置の配置自由度を向上させることができる。

【0015】

上記ケーブル処理装置において、前記ケーシングは、前記モータの本体部に前記モータ出力軸と同心となるように取り付けられてよい。
このような構成によれば、モータのケーシングの外周面（外形）が円筒形状でないモータの使用が可能となる。また、ケーシングを別に用意することによって、定荷重バネをケーシングに取り付けることが容易となる。

【0016】

また、本発明の第二の態様によれば、移動ロボットは、上記いずれかのケーブル処理装置を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ケーブルが急激に引っ張られた場合に、ケーブルにかかる負荷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置を備えた移動ロボットの斜視図である。

【図2】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置の斜視図である。

【図3】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置の動作概念を説明する模式図である。

【図4】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置における動作概念を説明する模式図である。

【図5】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置の手動モードにおける動作概念を説明する模式図である。

【図6】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置のシステム構成を示すブロック図である。

【図7】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置の自動モードにおける制御方法を説明するフローチャートである。

【図8】本発明の第一実施形態のケーブル処理装置の手動モードにおける制御方法を説明するフローチャートである。

【図9】回転角度検出センサによって検出される回転角度電圧と、モータに送信される速度指令との関係を説明するグラフである。

【図10】本発明の第一変形例のケーブル処理装置の動作概念を説明する模式図である。

【図11】本発明の第一変形例のケーブル処理装置のリミットスイッチ機構の概略図である。

【図12】本発明の第二変形例のケーブル処理装置の平面図である。

【図13】本発明の第三変形例のケーブル処理装置の平面図である。

【図14】本発明の第四変形例のモータの斜視図である。

【図15】本発明の第二実施形態のケーブル処理装置及び移動ロボットの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の移動ロボットについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の移動ロボット１は、例えば放射能によって汚染された空間ＰＡなどにおける作業など、人間による作業が困難な作業を行うロボットである。
移動ロボット１は、移動ロボット本体２と、移動ロボット本体２に取り付けられたケーブル処理装置４と、移動ロボット本体２と制御装置５とを接続するケーブル３と、を備えている。即ち、本実施形態の移動ロボット１は、ケーブル処理装置４を備えている。
制御装置５は、安全な空間ＳＡに設置されており、危険な空間ＰＡとの間には、壁Ｗが設置されている。ケーブル３は、壁Ｗに形成された孔Ｈを介して安全な空間ＳＡから危険な空間ＰＡに引き出されている。
なお、制御装置５は、移動ロボット本体２に設けてもよい。即ち、移動ロボット本体２を制御するための制御部と兼ねる構成としてもよい。

【0020】

移動ロボット１は、例えば、複数のタイヤ又は無限軌道６を有し全方向に移動可能なロボットである。移動ロボット１には適宜カメラやセンサ７を搭載させることができる。
ケーブル３は、制御装置５からの制御信号を移動ロボット１に送信したり、カメラやセンサ７からの情報を制御装置５に送信したりするための光ファイバである。ケーブル３は、送電用の電線や、通信用の光ファイバなどの複数のケーブル３をアウターケーブルによって纏める構成としてもよい。

【0021】

ケーブル３は、移動ロボット１の移動に伴い、ケーブル処理装置４から送り出されたり、巻き取られたりする。ケーブル処理装置４は、移動ロボット１が制御装置５から離間する方向に移動した場合、ケーブル３を送り出す（長くする）。ケーブル処理装置４は、移動ロボット１が制御装置５に接近する方向に移動した場合、ケーブル３を巻き取る（短くする）。

【0022】

図２に示すように、ケーブル処理装置４は、ケーブル３が巻回されるケーブルドラム１０と、モータ１１と、定荷重バネ１２（定張力バネ）と、を主な構成要素として有している。上記構成要素は、例えば板状のベース部９上に配置することができる。ケーブルドラム１０は、第一ブラケット１９によってベース部９に対して回転可能に支持されている。

【0023】

ケーブルドラム１０は、円柱形状をなし、その外周面にケーブル３が巻回されている。ケーブルドラム１０の直径は、ケーブル３の種類、長さに応じて適宜設定されるが、本実施形態のケーブル処理装置４のように光ファイバを巻回する場合、光ファイバに負荷がかからないような直径に設定される。

【0024】

ケーブルドラム１０の近傍であって、ケーブル３が延在する方向には、ケーブル３のガイド部材として機能するレベルワインダ１３が設置されている。レベルワインダ１３は、ケーブル３が通される通し筒１４と、通し筒１４をケーブルドラム１０の中心軸方向に沿う方向にスライド移動させるガイドレール１５と、を有している。ガイドレール１５は、ベース部９に所定の方法で固定されている。通し筒１４は、ケーブルドラム１０の回転に同期してガイドレール１５に沿って往復移動する。これにより、ケーブル３がケーブルドラム１０の外周面上に均等に振り分けられる。

【0025】

モータ１１は、例えば、ＤＣモータなどの電動機を採用することができる。モータ１１は、モータ出力軸１７と、円筒形状の外周面を有するケーシング１８と、を有している。モータ出力軸１７は、ケーブルドラム１０と同軸に接続されている。換言すれば、モータ１１とケーブルドラム１０とは、モータ出力軸１７の軸中心、モータ１１のケーシング１８の中心軸、及びケーブルドラム１０の中心軸が一致するように接続されている。これにより、モータ出力軸１７が回転することによって、ケーブルドラム１０がケーブルドラム１０の中心軸回りに回転する。

【0026】

モータ１１のケーシング１８は、第一ブラケット１９を介して、モータ出力軸１７の中心軸回りに回転自在に支持されている。即ち、モータ１１のケーシング１８は、中心軸回りに回転が許容されている。これにより、ケーシング１８に対してモータ出力軸１７の回転を固定した上でケーシング１８を回転させることによって、ケーブルドラム１０を回転させることができる。モータ出力軸１７は、モータ１１に僅かに駆動力を発生させることによって停止・回転位置の保持が可能となる。

【0027】

即ち、モータ出力軸１７を停止し保持力を発生させた状態（サーボロック状態）でモータ１１のケーシング１８自体を中心軸回りに回転させることで、ケーブルドラム１０を回転させてケーブル３の巻き取り・送り出しを行うことができる。
なお、図２においては、一方の第一ブラケット１９がモータ１１を支持し、他方の第一ブラケット１９がケーブルドラム１０を支持する構成となっているが、一対の第一ブラケット１９がモータ１１を両側から支持する構成としてもよい。

【0028】

ケーブル処理装置４は、モータ１１のケーシング１８の回転を制動可能な制動機構２０を有している。制動機構２０は、ケーシング１８の外周面に当接するシュー部材を有しており、制御装置５の指令に応じてシュー部材をケーシング１８の外周面に押し付けることによってモータ１１のケーシング１８の回転（モータ１１のモータ出力軸１７ではない）を制動可能である。

【0029】

定荷重バネ１２は、軸部であるバネドラム２１とバネドラム２１に巻回されている帯状の板バネ部２２とから構成されている。定荷重バネ１２は、荷重・張力が一定であり、板バネ部２２のストロークによって荷重・張力が変化しない特性を持ったバネである。
定荷重バネ１２のバネドラム２１は、ベース部９に固定された第二ブラケット２３を介して回転自在に支持されている。定荷重バネ１２の板バネ部２２の先端部２４（他端部）は、モータ１１のケーシング１８の外周面に、例えばボルトのような締結部材によって固定されている。定荷重バネ１２の板バネ部２２の基端部２５（一端部）は、バネドラム２１及び第二ブラケットを介してベース部９に接続されている。

【0030】

定荷重バネ１２の出力は、常にケーブルドラム１０を介してケーブル３を巻き取る方向ＷＤにケーシング１８の外周面に回転する荷重をかけるような出力となっている。換言すれば、ケーブル３には、モータ１１のケーシング１８の外周面及びケーブルドラム１０を介して定荷重バネ１２の張力が加えられる。また、定荷重バネ１２の最大ストロークは、例えば５００ｍｍとすることができる。

【0031】

ケーブル処理装置４は、定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転角度を検出することができる回転角度検出センサ２６（ポテンショメータ、ロータリーエンコーダ等）を備えている。回転角度検出センサ２６は、制御装置５に定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転角度に対応する回転角度信号（例えば電圧等）を送信する。

【0032】

本実施形態のケーブル処理装置４は、通常状態においては、定荷重バネ１２の出力を用いてケーブル３を巻き取っている。即ち、定荷重バネ１２は、ケーブルドラム１０がケーブル３を巻き取る回転方向に一定の荷重を付与している。また、ケーブル３が送り出される際はケーブル３の引き出し量に応じて定荷重バネ１２の板バネ部２２が引き出される。
しかしながら、定荷重バネ１２のストロークは有限であるため、適宜、モータ出力軸１７を回転させる（モータ１１の駆動力を用いてケーブルドラム１０を回転させる）ことによって、ケーブル３を巻き取ったり、送り出したりすると同時に、モータ１１のケーシング１８が回転することで、定荷重バネ１２のストローク位置（引き出し量）を適切に調整できる構成となっている。つまり、モータ１１の駆動力を用いてケーブル３の巻き取り・送り出しを行うことによって、この間に定荷重バネ１２のストローク位置を中立位置に戻すことができる。

【0033】

具体的には、設定された下限（定荷重バネ１２の最大ストロークよりも手前に設定される）を越えて定荷重バネ１２が引き出された場合に、モータ１１による送り出しを行うとともに、定荷重バネ１２が緩んで設定された上限を越えた場合に、モータ１１による巻取りを行う。これにより、モータ１１の駆動時に定荷重バネ１２を中立位置に戻すことができる。以下、本実施形態のケーブル処理装置４の動作概念について説明する。

【0034】

図３は、本実施形態のケーブル処理装置４の動作概念を説明する模式図である。
ケーブル処理装置４の制御装置５は、ケーブル３に常に定荷重バネ１２の荷重（張力Ｔ）がかかるように、モータ１１の制御を行う。即ち、モータ１１の出力を用いた巻き取り及び送り出しは、定荷重バネ１２のストロークの短さを補う際に用いられる。
定荷重バネ１２の張力Ｔを用いて巻き取り・送り出しを行う際、モータ出力軸１７は、モータ１１のケーシング１８に対する回転が固定されている（出力軸固定状態）。この際、モータ１１に僅かな駆動力がかけられていることによって、モータ出力軸１７の回転位置が保持されている。これにより、ケーシング１８の外周面が定荷重バネ１２の張力Ｔによって回転すると、モータ出力軸１７を介して接続されているケーブルドラム１０が回転してケーブル３の巻き取り・送り出しが行われる。

【0035】

制御装置５は、バネドラム２１の回転位置を参照することによって定荷重バネ１２のストローク位置が所定の中立位置となるように、モータ１１を制御する。具体的には、ケーブル３が急に引っ張られた場合に定荷重バネ１２が、定荷重バネ１２の最大ストロークまで伸びないように、モータ１１を用いて定荷重バネ１２のストロークを調整する制御を行う。
制御装置５は、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを測定する測定手段を有している。制御装置５の測定手段５ａは、バネドラム２１の回転角度に比例する電圧である回転角度電圧ＤＰに基づいて定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを推定する。
なお、制御に際して設定される中立位置は、定荷重バネ１２のストロークの中心位置である必要はない。本実施形態の中立位置は、ケーブル３が不用意に引っ張られた際に、定荷重バネ１２が十分に伸びるような位置を設定することができる。

【0036】

制御装置５は、適宜設定された閾値を用いてモータ１１を制御する。
閾値は、定荷重バネ１２のストロークを基準にして設定されている。閾値は、定荷重バネ１２のストロークがある程度長くなった位置である下限と、定荷重バネ１２のストロークがある程度短くなった位置である上限と、定荷重バネ１２の中立位置範囲の下限側である中立下限と、定荷重バネ１２の中立位置範囲の上限側である中立上限である。

【0037】

制御装置５は、定荷重バネ１２のストローク位置が下限から上限の範囲になるように、制御を行う。即ち、制御装置５は、例えばケーブル３が引き出されて下限を超過した場合に、モータ１１を用いた送り出しを行うことによって、定荷重バネ１２のストローク位置を中立位置に戻す。即ち、モータ１１がケーブル３を送り出している間は、ケーブル３から定荷重バネ１２にかかる荷重が小さくなるか、なくなるため、定荷重バネ１２が有する張力Ｔによって、定荷重バネ１２が巻き戻される。
同様に、制御装置５は、例えばケーブル３が緩んで上限を超過した場合に、モータ１１を用いた巻き取りを行うことによって、定荷重バネ１２のストローク位置を中立位置に戻す。

【0038】

上限及び下限は、定荷重バネ１２の最大ストロークなどに基づいて適宜設定される。上限から下限の範囲が狭い場合、後述する緊急送り出しの際のストロークを大きくすることが出来るが僅かなケーブル３の引っ張りや弛みに対して都度モータ１１が動くため、電力消費量は大きくなる。
一方、上限から下限の範囲が広い場合、緊急送り出しの際のストロークが短くなるが、僅かなケーブル３の引っ張りや弛みに対して都度モータ１１が動く必要が無いため電力消費量は小さく出来る。
制御装置５は、定荷重バネ１２のストローク量（最大ストローク）を最大限に利用しつつ、定荷重バネ１２のストローク位置が常に中立位置近傍に位置するように（即ち、ケーブル３が急に引っ張られた場合に対応できるように）、モータ１１の制御を行う。

【0039】

図３には、閾値（下限、中立下限、中立上限、上限）と回転角度検出センサ２６によって検出されたバネドラム２１の回転角度に基づいて推定される定荷重バネ１２のストロークの位置Ｐとの関係を模式的に示した。図３（ａ）においては、定荷重バネ１２のストロークの位置Ｐは、中立範囲内にある。

【0040】

図３（ａ）に示すように、移動ロボット１が前進するなどしてケーブル３が引っ張られた場合、定荷重バネ１２の板バネ部２２が引き出される。ケーブル３は、定荷重バネ１２の張力Ｔに抗する形で引き出される。この際、定荷重バネ１２の板バネ部２２が引き出されることによって、バネドラム２１が回転する。

【0041】

バネドラム２１の回転角度は、回転角度検出センサ２６によって検出され、制御装置５に送信される。制御装置５の測定手段５ａは、回転角度に基づいて定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを推定する。図３（ａ）のストローク位置Ｐは、ケーブル３が引っ張られる前の段階であり、中立位置の範囲内にあることを示している。即ち、この状態において、ケーブル３が急に引っ張られた場合は、定荷重バネ１２が引き伸ばされることによって、ケーブル３に負担がかかることがない。

【0042】

図３（ｂ）に示すように、ケーブル３が引っ張られてストローク位置Ｐが下限に達すると（制御装置５がバネドラム２１の回転角度を参照することによって、ストローク位置が下限に達したと判断すると）、制御装置５は、モータ出力軸１７をケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転駆動させる。これにより、ケーブルドラム１０がケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転し、ケーブル３が送り出されるとともに、定荷重バネ１２のストローク位置が徐々に、中立位置の方向に復帰する。

【0043】

図３（ｃ）に示すように、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが、中立下限に達すると（中立位置の範囲に入ると）、制御装置５は、モータ出力軸１７の回転を停止させ、モータ１１は出力軸固定状態となる。

【0044】

図３（ｄ）に示すように、移動ロボット１が後退するなどしてケーブル３が緩んだ場合、定荷重バネ１２の板バネ部２２がバネドラム２１に巻かれて短くなる。ケーブル３の緩みは、定荷重バネ１２の張力Ｔによって取り除かれる。この際、定荷重バネ１２の板バネ部２２が短くなることによって、バネドラム２１が回転する。

【0045】

図３（ｅ）に示すように、ケーブル３が緩んでストローク位置が上限に達すると（制御装置５がバネドラム２１の回転角度を参照することによって、ストローク位置が上限に達したと判断すると）、制御装置５は、モータ出力軸１７をケーブル３を巻き取る方向ＷＤに回転駆動させる。これにより、ケーブルドラム１０がケーブル３を巻き取る方向に回転し、ケーブル３が巻き取られるとともに、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが徐々に、中立位置の方向に復帰する。

【0046】

図３（ｆ）に示すように、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが、中立上限に達すると（中立位置の範囲に入ると）、制御装置５は、モータ出力軸１７の回転を停止させ、モータ１１は出力軸固定状態となる。

【0047】

ここで、ケーブル３が急に引っ張られた際の緊急送り出しの動作概念を説明する。
図４に示すように、移動ロボット１が階段を一段踏み外した際等、ケーブル３に急に引っ張りが加わった場合は、定荷重バネ１２の最大ストロークの範囲（機械的な限界の範囲）で定荷重バネ１２が伸びてケーブル３を素早く送り出す。この際、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐは、設定された下限を大幅に越えることとなる。制御装置５は、ストローク位置Ｐが下限を越えたことにより、モータ出力軸１７を送り出し方向ＦＤに回転駆動させる。これにより、定荷重バネ１２は徐々に縮み、徐々に中立位置に復帰する。

【0048】

また、本実施形態のケーブル処理装置４は、手動モードにてケーブル３の巻き取り・送り出しを実施することができる。図５は、ケーブル処理装置４の手動モードにおける動作概念を説明する模式図である。
ケーブル処理装置４の手動モードを用いることによって、強制的にケーブル３を巻き取ったり、送り出したりすることができる。手動モードでは、制動機構２０を用いて、モータ１１のケーシング１８を固定する。これにより、モータ１１のケーシング１８は回転不能になる。ケーブル３の巻き取り・送り出しは、モータ出力軸１７を回転駆動することにより行う。即ち、ケーブル３の張力は、モータ１１の出力によって発生するようになる。定荷重バネ１２の張力Ｔはケーブル３に伝達されることはなく無効になる。

【0049】

次に、本実施形態のケーブル処理装置４の具体的な制御方法について説明する。
図６に示すように、本実施形態のケーブル処理装置４の制御に用いられるシステム構成は、定荷重バネ１２のストローク位置が反映されるバネドラム２１と、バネドラム２１の回転角度電圧ＤＰに応じて制御されるモータ１１と、モータ１１を制動可能な制動機構２０と、回転角度電圧ＤＰを検出する回転角度検出センサ２６と、を有するケーブル処理装置本体４ａと、モータ１１及び制動機構２０を制御するモータドライバ２７と、回転角度検出センサ２６から出力されるアナログ入力である回転角度電圧ＤＰに基づいてモータドライバ２７を制御する制御装置５と、を有する。また、手動モードにおいては、制御装置５は、制動機構２０を用いてモータ１１のケーシング１８の回転を制動することができる。

【0050】

ケーブル処理装置４の自動制御は、バネドラム２１の回転角度電圧ＤＰと、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの下限に対応して設定される下限電圧ＥＬと、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの上限に対応して設定される上限電圧ＥＨと、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの中立下限に対応して設定される中立下限電圧ＥＣＬと、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの中立上限に対応して設定される中立上限電圧ＥＨＬと、を用いて行われる。

【0051】

図７に示すように、制御が開始されると、ケーブル処理装置４は、自動モードによって制御される。
次いで、第一手動・自動切り替え工程Ｓ１１にて、手動モードにするか自動モードにするかが選択される。手動モードに切り替えられる場合は、図８に示す手動モードにて制御が行われる。

【0052】

自動モードに切り替えられた場合は、回転角度電圧読み込み工程Ｓ１２にて、定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転角度に対応する回転角度電圧ＤＰが回転角度検出センサ２６を介して制御装置５に送信される。
制御装置５は、第一回転位置判定工程Ｓ１３にて、回転角度電圧ＤＰが、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの下限に対応する下限電圧ＥＬ以下かどうかを判定する。即ち、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが下限に達しているか否かを判定する。

【0053】

回転角度電圧ＤＰが、下限電圧ＥＬ以下であると判定された場合には、第一手動・自動切り替え工程Ｓ１１と同様に手動モードにするか自動モードにするかが選択された後、自動モードの場合はモータ出力軸１７をケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転駆動する（モータ送り工程Ｓ１５）。これにより、ケーブルドラム１０がケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転し、ケーブル３が送り出されるとともに、定荷重バネ１２のストローク位置が徐々に、中立位置の方向に復帰する。

【0054】

次いで、回転角度電圧読み込み工程Ｓ１６にて、回転角度電圧ＤＰが回転角度検出センサ２６を介して制御装置５に送信される。次いで、制御装置５は、第二回転位置判定工程Ｓ１７にて、回転角度電圧ＤＰが定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの中立下限に対応する中立下限電圧ＥＣＬ以上かどうかを判定する。
回転角度電圧ＤＰが中立下限電圧ＥＣＬ以上となった場合は、モータ１１を停止して出力軸固定状態にする（モータ停止工程Ｓ１８）。回転角度電圧ＤＰが中立下限電圧ＥＣＬ以下である場合は、モータ送り工程Ｓ１５を継続する。

【0055】

第一回転位置判定工程Ｓ１３にて、回転角度電圧ＤＰが、下限電圧ＥＬ以上であると判定された場合には、第三回転位置判定工程Ｓ１９にて、回転角度電圧ＤＰが、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの上限に対応する上限電圧ＥＨ以下かどうかを判定する。ここで、回転角度電圧ＤＰが、上限電圧ＥＨ以下であった場合は、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが下限から上限の範囲にあるため、モータ１１の制御を行うことなく、回転角度電圧ＤＰの読み込みを継続する。

【0056】

回転角度電圧ＤＰが、上限電圧ＥＨ以上であると判定された場合には、第一手動・自動切り替え工程Ｓ１１と同様に手動モードにするか自動モードにするかが選択された後、自動モードの場合はモータ１１のｋ１７をケーブル３を巻き取る方向ＷＤに回転駆動する（モータ巻き工程Ｓ２１）。これにより、ケーブルドラム１０がケーブル３を巻き取る方向ＷＤに回転し、ケーブル３が巻き取られるとともに、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが徐々に、中立位置の方向に復帰する。

【0057】

次いで、回転角度電圧読み込み工程Ｓ２２にて、回転角度電圧ＤＰが回転角度検出センサ２６を介して制御装置５に送信される。次いで、制御装置５は、第四回転位置判定工程Ｓ２３にて、回転角度電圧ＤＰが定荷重バネ１２のストローク位置Ｐの中立上限に対応する中立上限電圧ＥＣＨ以下かどうかを判定する。
回転角度電圧ＤＰが中立上限電圧ＥＣＨ以下となった場合は、モータ１１を停止して出力固定状態とする（モータ停止工程Ｓ２４）。回転角度電圧ＤＰが中立下限電圧ＥＣＬ以下である場合は、モータ巻き工程Ｓ２１を継続する。

【0058】

次に、手動モードにおけるケーブル処理装置４の制御方法について説明する。
図８に示すように、手動モードにおいては、まず、制動機構２０を機能させることによって、モータ１１のケーシング１８の回転を制動する（制動機構ＯＮ工程Ｓ３０）。次いで、指令待ち工程Ｓ３１にて、ケーブル３を巻き取るか、ケーブル３を送り出すか、停止させるかの指令を待つ。制御装置５への指令は、キーボードを有するコンソールなどを用いて行うことができる。

【0059】

ケーブル３を巻き取る指令がなされた場合には、ケーブル巻き工程Ｓ３２にてモータ１１がケーブル３を巻き取る方向ＷＤに回転駆動されることによって、ケーブル３が巻き取られる。
ケーブル３を送り出す指令がなされた場合には、ケーブル送り工程Ｓ３３にてモータ１１がケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転駆動させることによって、ケーブル３が送り出される。
ケーブル３を停止させる指令がなされた場合には、ケーブル停止工程Ｓ３４にてモータ１１が停止されることによって、ケーブル３の巻き取り・送り出しが停止される。

【0060】

次いで、手動・自動切り替え工程Ｓ３５にて手動モードにするか自動モードにするかが選択された後、自動モードが選択された場合は、制動機構２０をＯＦＦにし（制動機構ＯＦＦ工程Ｓ３６）、手動モードが選択された場合には、指令待ち工程Ｓ３１に戻る。

【0061】

次に、回転角度電圧ＤＰに基づいてモータ１１に送信される速度指令について説明する。図９に示すように、回転角度電圧ＤＰが下限電圧ＥＬと中立下限電圧ＥＣＬとの間にある場合は、モータ１１に指令される速度指令は、下限電圧ＥＬから中立下限電圧ＥＣＬに近づくに従って巻き取り速度が遅くなるように制御される。

【0062】

同様に、回転角度電圧ＤＰが上限電圧ＥＨと中立上限電圧ＥＣＨとの間にある場合は、モータ１１に指令される速度指令は、上限電圧ＥＨから中立上限電圧ＥＣＨに近づくに従って送り出し速度が遅くなるように制御される。また、中立位置範囲（中立下限電圧ＥＣＬから中立上限電圧ＥＣＨの間）においては、モータ１１に僅かに速度指令を指令することによってモータ１１を停止状態に保持する。

【0063】

上記実施形態によれば、モータ１１のケーシング１８を回転自在に支持するとともに、定荷重バネ１２を用いてモータ１１のケーシング１８の回転方向に一定の荷重を付与することによって、常に一定の張力Ｔをケーブル３に加えることができる。
また、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが中立位置近傍に調整されることによって、ケーブル３が急激に引っ張られた場合に定荷重バネ１２が伸びて、ケーブル３にかかる負荷を低減することができる。

【0064】

また、ケーブルドラム１０とモータ出力軸１７とを同軸となるように接続した構造、モータ１１のケーシング１８に定荷重バネ１２の板バネ部２２を巻回する構造としたことによって、ケーブル処理装置をより小型化することができる。
また、定荷重バネ１２がケーブルドラム１０にケーブル３を巻き取る回転方向に一定の荷重を付与することによって、ケーブル３に一定の張力を付加するケーブル処理が可能となる。
また、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転角度を検出することによって推定する構成としたことによって、よりコンパクトな構造でケーブル処理装置４を構成することができる。
また、下限及び上限を適切に設定することによって、定荷重バネ１２のストロークを最大限に生かしたケーブル処理装置４とすることができる。

【0065】

次に、本発明の実施形態の第一変形例のケーブル処理装置４について説明する。
図１０は、本発明の実施形態の第一変形例のケーブル処理装置４の動作概念を説明する模式図である。
本変形例のケーブル処理装置４は、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを検出する手段として、リミットスイッチ機構２９を用いることを特徴としている。即ち、本変形例では、回転角度検出センサ２６の代替として複数のリミットスイッチ３０，３１，３２を用いる。リミットスイッチ機構２９は、複数のリミットスイッチ３０，３１，３２と、定荷重バネ１２のバネドラム２１に取り付けられた蹴り部材３３と、を有している。

【0066】

リミットスイッチ３０，３１，３２は、ケーブル３が引っ張られた際に下限として機能する送りリミットスイッチ３０と、ケーブル３が緩んだ際に上限として機能する巻きリミットスイッチ３１と、中立位置においてモータ１１を停止させる停止リミットスイッチ３２と、を有している。
図１１に示すように、複数のリミットスイッチは、ベース部９側の所定位置に固定されている。蹴り部材３３は、送りリミットスイッチ３０を作動させる第一蹴り部３４と、巻きリミットスイッチ３１を作動させる第二蹴り部３５と、停止リミットスイッチ３２を作動させる第三蹴り部３６と、から構成されている。蹴り部材３３は、定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転に伴って回転するように構成されている。

【0067】

本変形例のケーブル処理装置４の動作概念は、図３に示す動作概念と略同等である。
即ち、図１０（ａ）に示すように、移動ロボット１が前進するなどしてケーブル３が引っ張られた場合、蹴り部材３３が送りリミットスイッチ３０側に回転移動する。
図１０（ｂ）に示すように、ケーブル３が引っ張られてストローク位置が下限に達すると、蹴り部材３３の第一蹴り部３４が送りリミットスイッチ３０を作動させ、これにより、制御装置５はモータ出力軸１７をケーブル３を送り出す方向ＦＤに回転駆動させる。

【0068】

図１０（ｃ）に示すように、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが、中立位置に達すると蹴り部材３３の第二蹴り部３５が停止リミットスイッチ３２を作動させる。これにより、制御装置５は、モータ出力軸１７の回転を停止させ、モータ１１は出力軸固定状態となる。

【0069】

図１０（ｄ）に示すように、移動ロボット１が後退するなどしてケーブル３が緩んだ場合、定荷重バネ１２の板バネ部２２がバネドラム２１に巻かれて短くなって蹴り部材３３が巻きリミットスイッチ３１側に移動する。
図１０（ｅ）に示すように、ケーブル３が緩んでストローク位置が上限に達すると蹴り部材３３の第三蹴り部３６が巻きリミットスイッチ３１を作動させ、これにより、制御装置５は、モータ出力軸１７をケーブル３を巻き取る方向ＷＤに回転駆動させる。

【0070】

図１０（ｆ）に示すように、定荷重バネ１２のストローク位置Ｐが、中立位置に達すると、制御装置５は、モータ出力軸１７の回転を停止させ、モータ１１は出力軸固定状態となる。

【0071】

上記第一変形例によれば、より簡素な構成でケーブル処理装置４を構成することができる。また、回転角度検出センサ２６と、リミットスイッチとを組み合わせることによって、ケーブル処理装置４の信頼性を向上させることができる。即ち、リミットスイッチ機構２９を回転角度検出センサ２６のバックアップとして利用することができる。

【0072】

次に、本発明の実施形態の第二変形例のケーブル処理装置について説明する。
図１２に示すように、第二変形例のケーブル処理装置のケーブルドラム１０と、モータ出力軸１７とは平歯車を介して接続されている。ケーブルドラム１０のケーブルドラム軸１０ａには第一平歯車４１が取り付けられ、モータ出力軸１７には第二平歯車４２が取り付けられている。
ケーブルドラム１０とモータ１１は、モータ１１の駆動力が第一平歯車４１及び第二平歯車４２を介してケーブルドラム１０に伝達されるように配置されている。これにより、ケーブルドラム軸１０ａとモータ出力軸１７とは、平行に配置される。
上記第二変形例によれば、ケーブル処理装置４の配置自由度を向上させることができる。

【0073】

次に、本発明の実施形態の第三変形例のケーブル処理装置について説明する。
図１３に示すように、第三変形例のケーブル処理装置のケーブルドラム１０と、モータ出力軸１７とはかさ歯車を介して接続されている。ケーブルドラム１０のケーブルドラム軸１０ａには第一かさ歯車４３が取り付けられ、モータ出力軸１７には第二かさ歯車４４が取り付けられている。
ケーブルドラム１０とモータ１１は、モータ１１の駆動力が第一かさ歯車４３及び第二かさ歯車４４を介してケーブルドラム１０に伝達されるように配置されている。これにより、ケーブルドラム軸１０ａとモータ出力軸１７とは、直交するように配置される。
上記第三変形例によれば、第二変形例のケーブル処理装置と同様に、ケーブル処理装置４の配置自由度を向上させることができる。

【0074】

次に、本実施形態の第四変形例のケーブル処理装置について説明する。
図１４に示すように、第四変形例のケーブル処理装置のモータ１１Ｂは、四角柱形状のモータ本体部１６とモータ出力軸１７と、モータ本体部１６を覆うように設けられたケーシング１８Ｂとから構成されている。本実施形態のケーシング１８Ｂは円筒形状の外周面を有し、モータ本体部１６にモータ出力軸１７と同心となるように取り付けられている。ケーシング１８Ｂは、ケーシング１８Ｂの中心軸とモータ出力軸１７の中心軸は一致するように取り付けられている。
上記第四変形例によれば、モータのケーシングの外周面（外形）が円筒形状でないモータや、本体部が小さく定荷重バネ１２の板バネ部２２を取り付けられないモータの使用が可能となる。また、ケーシング１８Ｂを別に用意することによって、定荷重バネ１２の板バネ部２２をケーシング１８Ｂに取り付けることが容易となる。

【0075】

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態のケーブル処理装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１５に示すように、本実施形態のケーブル処理装置４Ｂ（ベース部９）は、安全な空間ＳＡ（ケーブルドラム基地）の所定の位置に固定されている。即ち、本実施形態の移動ロボット１Ｂはケーブル処理装置を備えていない。
上記実施形態によれば、移動ロボット１Ｂを軽量化することができる。また、移動ロボット１Ｂが作業中であっても、ケーブル処理装置４Ｂの状態を監視したり調整・修理等を行ったりすることができる。

【0076】

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、回転角度検出センサ２６を用いて定荷重バネ１２のバネドラム２１の回転角度を検出する構成としたが、回転角度検出センサ２６を用いてモータ１１のケーシング１８の回転角度を検出して、ケーシング１８の回転角度に基づいて定荷重バネ１２のストローク位置Ｐを推定する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ 移動ロボット
２ 移動ロボット本体
３ ケーブル
４，４Ｂ ケーブル処理装置
４ａ ケーブル処理装置本体
５ 制御装置
５ａ 測定手段
６ 無限軌道
７ センサ
９ ベース部
１０ ケーブルドラム
１０ａ ケーブルドラム軸
１１，１１Ｂ モータ
１２ 定荷重バネ
１３ レベルワインダ
１４ 通し筒
１５ ガイドレール
１６ モータ本体部
１７ モータ出力軸
１８，１８Ｂ ケーシング
１９ 第一ブラケット
２０ 制動機構
２１ バネドラム
２２ 板バネ部
２３ 第二ブラケット
２４ 先端部（他端部）
２５ 基端部（一端部）
２６ 回転角度検出センサ
２７ モータドライバ
２９ リミットスイッチ機構
３０ 送りリミットスイッチ
３１ 巻きリミットスイッチ
３２ 停止リミットスイッチ
３３ 蹴り部材
３４ 第一蹴り部
３５ 第二蹴り部
３６ 第三蹴り部
４１ 第一平歯車
４２ 第二平歯車
４３ 第一かさ歯車
４４ 第二かさ歯車
Ｐ ストローク位置Ｐ（引き出し量）
Ｔ 張力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】