JP2005189706A - 振子式腕振り機構 - Google Patents

Abstract

【課題】視認板の振りの動作を目立たせることができ、交通整理や交通誘導等の誘導動作を行いやすくでき、小さいエネルギーでも誘導動作でき、コンパクトにすることができる振子式腕振り機構を提供する。
【解決手段】支軸１に対し回転自在に取付けられた視認板１０と、視認板１０に取付けられた振子アーム２０と、振子アーム２０を往復円弧運動させる駆動手段３０とからなり、駆動手段３０が、振子アーム２０の先端部に設けられた磁石３１と、磁石３１に磁力を及ぼす位置に設けられた励磁コイル３２とからなり、電力供給部が、太陽電池モジュール７１とバッテリー７２を組み合わせたものであり、制御部６０が、振子アーム２０の往動作時のみ励磁コイル３２に励磁電流を供給し、復動作時には励磁電流を供給しないようにタイミング制御するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振子式腕振り機構に関する。さらに詳しくは、交通整理や交通誘導のための旗振りロボット、駐車場や催物会場、店内等への誘導装置等に適用可能な振子式腕振り機構に関する。

従来より、細長いアームを往復運動させ、アームに旗などを取付けて、交通整理や交通誘導の誘導動作をするものがある（例えば、特許文献１〜１０参照）。

しかるに、従来の振子式腕振り機構には、以下の（１）〜（３）に示す問題がある。
（１）特許文献１〜１０はいずれも、モータとリンク機構でアームを揺動させることにより、このアームやアームに取り付けられた旗などを往復揺動させるようにしたものである。ところが、アーム等を目立つように振るためには、アーム等の振幅を大きくする必要があり、振幅に応じた大量の電力が消費される。
（２）逆に云えば、小さな電力しか供給することができない太陽電池モジュールなどの電力供給源では、アーム等を大きく振らせることができず誘導動作させることができない。
（３）リンク機構でアームを揺動させているので、接触している部分が多く、摩擦によるエネルギー損失が大きい。

特開平１１−１７５８８７号公報 特開２００２−２１６２９４号公報 特開昭５４−３２０９９号公報 実開平０５−６４９９６号公報 特開平０６−２０３２９６号公報 実開昭５８−２５３１３号公報 実開平０１−５９１９３号公報 実用登録３０１５０４６号公報 実用登録３０２７６０４号公報 実用登録３０３５９８９号公報

本発明は上記事情に鑑み、視認板の振りの動作を目立たせることができ、交通整理や交通誘導等の誘導動作を行いやすくでき、小さいエネルギーでも誘導動作でき、コンパクトにすることができる振子式腕振り機構を提供することを目的とする。

第１発明の振子式腕振り機構は、支軸に対し回転自在に取付けられた視認板と、該視認板に取付けられた振子アームと、該振子アームを往復円弧運動させる駆動手段とからなり、前記駆動手段が、前記振子アームの先端部に設けられた磁石と、該磁石に磁力を及ぼす位置に設けられた励磁コイルとからなることを特徴とする。
第２発明の振子式腕振り機構は、請求項１の振子式腕振り機構に、前記駆動手段の励磁コイルに電力を供給する電力供給部と、前記励磁コイルに励磁電流を流すタイミングを制御する制御部とを設けたことを特徴とする。
第３発明の振子式腕振り機構は、第２発明において、前記電力供給部が、太陽電池モジュールとバッテリーを組み合わせたものであることを特徴とする。
第４発明の振子式腕振り機構は、第２発明において、前記制御部が、前記振子アームの往動作時のみ前記励磁コイルに励磁電流を供給して往動作を付勢し、復動作時には励磁電流を供給しないことを特徴とする。
第５発明の振子式腕振り機構は、第２発明において、前記制御部が、前記振子アームの往動作時と復動作時に前記励磁コイルに励磁電流を供給して、往動作も復動作も付勢することを特徴とする。
第６発明の振子式腕振り機構は、第１発明において、前記励磁コイルが、前記振子アームの平衡時における延長線に対して、偏寄した位置に配置されていることを特徴とする。
第７発明の振子式腕振り機構は、第１発明において、前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線上に位置していることを特徴とする。
第８発明の振子式腕振り機構は、第１発明において、前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線に対し傾斜して位置していることを特徴とする。

第１発明によれば、また、視認板を往復円弧揺動させることができるから、視認板の振りの動きを目立たせることができ、交通整理や交通誘導等の誘導動作を行いやすい。また、磁石と励磁コイル間の反発力を視認板の駆動力として利用しており、励磁コイルと磁石部との間は非接触であるから、従来のモータとリンク機構を組み合わせた揺動機構に比べて部材同士が摩擦する部分が少ないので、エネルギー損失が少なく、小さな電力で駆動できる。このため、励磁コイルに電力を供給する電力供給源に、太陽電池モジュールを使用することができる。
第２発明によれば、電力供給部から供給する視認板の旗振り動作エネルギーを制御部によってタイミング制御できるので、旗振り動作を正確に制御することができる。
第３発明によれば、太陽が出ている間は太陽電池が発電し、その一部電力をバッテリーに充電でき、太陽が出ていない間はバッテリーを利用できるので、天候や昼夜を問わず長時間の無停止運転が可能となる。
第４発明によれば、振子アームの往動作時には励磁コイルの磁力エネルギーで付勢されて揺動し、これにより位置エネルギーを貯え、復動作は、貯えた位置エネルギーを放出することにより行う。この往復動作を続けるには、往動作時に充分な位置エネルギーを確保できるよう磁力エネルギーを補充するだけでよいので、極めて少ない消費エネルギーで連続運転が可能となる。
第５発明によれば、振子アームの往動作時も復動作時も励磁コイルの磁力エネルギーで付勢するので、第４発明の場合より大きな振幅を実現できる。しかも、往復各動作時とも位置エネルギーの放出を組み合わせて行うので、さほど大きな電力エネルギーを消費しない。
第６発明によれば、平衡時の振子アームに対し励磁コイルが偏寄して位置しているので、励磁コイルに通電するだけで、磁力を振子アームの磁石部に及ぼすことができ、振子アームの往復運動を起動することができる。
第７発明によれば、平衡状態で振子アームが垂直下方を向くので、非常に安定した状態となりバランス調整が実施しやすい。
第８発明によれば、平衡状態で振子アームが傾斜しているので、視認板の旗振り運動域を割合自由に変更することができるので、設置場所や目的に合わせた、最適の腕振り運動を行わせることができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の振子式腕振り機構１の原理図である。
同図に示すように、本実施形態の振子式腕振り機構Ａは、支軸１に対し回転自在に取付けられた視認板１０と、この視認板１０に取付けられた振子アーム２０と、前記視認板１０を旗振り運動させるため、前記振子アーム２０を往復円弧運動させるための駆動手段３０が設けられている。この駆動手段３０の詳細は後述する。

前記視認板１０と前記振子アーム２０は共通のボス１１に取付けられ、互いに位置関係が固定され、振子アーム２０が往復円弧運動すると、視認板１０が旗振り運動するようになっている。視認板１０の旗振り運動が人目に付くようにするため、平衡状態で視認板１０は自由な方向、例えば傾斜位置で停止するようになっている。
視認板１０はボス１１を境にして、一方が本体部１２であり、他方がバランス調整部１３となっている。本体部１２は、例えば巾広の板を用い、それに反射材、蛍光塗料を塗布するなど、揺動時に視認しやすい部材に構成すればよい。前記バランス調整部１３はネジ部１４と重錘兼用のナット１５からなる。この構成であると、ナット１５のねじ込み位置を調整してバランスした状態にすることができるので、視認板１０が平衡して停止する傾斜角θを自在に調整することができる。

振子アーム２０は、前記ボス１１に結合した棒材２１と、その先端付近に結合された重錘２２とから構成されている。この重錘２２の取付位置を調整することで、視認板１０を含め振子アーム２０の揺動周期を変えることができる。
図１の実施形態では、視認板１２が傾斜した平衡状態で、振子アーム１３が鉛直線上に位置している。このように、振子アーム２０が垂直下向きの姿勢で平衡していると、視認板２０を含めたバランスの姿勢調整が容易に行えるという利点がある。

つぎに、駆動手段３０を説明する。
前記振子アーム２０の先端には磁石３１が取付けられ、これに対して磁力を及ぼす位置に励磁コイル３２が配置されている。この励磁コイル３２の配置位置は、平衡状態における振子アーム２０の軸線を延長した延長軸線Ｌより偏寄した位置である。すなわち、最初に振子アーム２０を振らせようとする方向に対し、延長軸線Ｌを挟んで反対側であり、かつ磁力を磁石３１に及ぼしうる位置である。
この配置であると、静止状態から起動するとき、励磁コイル３２が磁力を出すと、必ず振子アーム２０が一方に振れ出す方向に、磁石３１との間に反発力を生ずるので、起動が円滑かつ確実に行われるという利点がある。
なお、磁石３１は、永久磁石、電磁石や電磁コイルなど磁力を発生するものであればよい。

つぎに、振子アーム２０の駆動原理を説明する。前記励磁コイル３２に通電すると励磁コイル３２に磁力を発生させることができるので、励磁コイル３２による磁力と前記磁石３１の磁力との間に反発力を生じさせることができる。この反発力が、前記振子アーム２０を揺動させるための駆動力となる。
したがって、この励磁コイル３２への通電タイミングを調整すれば、振子アーム２０の揺動周期に同期させて、反発力を与えることができ、振子アーム２０を連続して往復運動させることができる。この結果、視認板１０も連続して往復円弧運動させることができる。

上記の駆動手段３０は、磁石３１および励磁コイル３２の磁力同士の反発力を視認板１０の駆動力として利用しており、励磁コイル３２と磁石３１との間は非接触であるから、モータとリンク機構を組み合わせた伝統的な揺動機構に比べて部材同士が摩擦する部分が少ないので、エネルギー損失が少なく、小さな電力で駆動できる。このため、励磁コイル３２に電力を供給する電力供給源に、太陽電池モジュールを使用することができる。
また、前記励磁コイル３２は、既述のごとく平衡状態にある振子アーム２０の磁石３１に対し、偏寄した位置に配置されているので、起動時に励磁コイル３２に通電して磁力を発生させるだけで、つまり与駆動を与えなくても必ず振子アーム２０を反偏寄方向に反発させて、揺動運動を開始させることができる。

つぎに、制御部６０を説明する。
図２に示すように、制御部６０は、前記振子アーム２０の位置を検出して、前記励磁コイル３２に通電するタイミングを制御することにより、振子アーム２０の往復揺動運動を制御するものである。この制御部６０は、思案点センサ６１、左センサ６２、右センサ６３およびコントローラ６４から構成されたものである。

前記思案点センサ６１は、平衡状態における振子アーム２０を検出する位置に設けられている。この思案点センサ６１により、平衡点を振子アーム２０が通過する毎に振子アーム２０が平衡位置を通過するタイミングを検出することができる。

前記思案点センサ６１の左側には、振子アーム２０の左振幅位置を検出するための左センサ６２が設けられている。他方、前記思案点センサ６１に対して右側には、振子アーム２０の右振幅位置を検出するための右センサ６３が設けられている。
上記のセンサ配置構成であると、振子アーム２０が左センサ６２と右センサ６３を通過する毎に、振子アーム２０を検出できるから、振子アーム２０が左センサ６２を通過するタイミング、並びに右センサ６３を通過するタイミングを検出できる。

上記のセンサ６１〜６３は制御精度を高めるために設けているが、前記思案点センサ６１が設けられていれば、左センサ６２および右センサ６３は必ずしも設けなくてもよい。逆に、左センサ６２および右センサ６３が設けられていれば、前記思案点センサ６１は必ずしも設けなくてもよい。さらに、思案点センサ６１、左センサ６２または右センサ６３のうちいずれか１つが設けられていても、タイミング制御は可能である。

前記思案点センサ６１、左センサ６２および右センサ６３の検出信号は、コントローラ６４が受信するようになっており、コントローラ６４からは励磁コイル３２の駆動信号が送信されるようになっている。

前記振子アーム２０の先端には、例えば鉄板製の検出板３３を取り付けておくことが好ましい。この検出板３３の揺動方向の長さは、磁石の揺動方向の長さよりも長く形成されたものである。
振子アーム２０が各センサ６１〜６３で検出されるときには、磁石３１が検出されるよりも前に検出板３３が検出される。このため、振子アーム２０の通過タイミングを事前に検出できるから、通電制御に要する時間を確保できるので好ましい。

図３はコントローラ６４の制御フローチャートである。同図に基づいてコントローラ６４の制御内容を説明する。
起動後（ステップＳ１）において、思案点センサ６１からの検出信号を受信したかどうかをチェックし、この検出信号を受信していなければステップ１を繰返す。思案点センサ６１の検出信号を受信すれば、つぎのステップＳ２に進む。
ステップＳ２において、励磁コイル３２に所定時間（例えば100 ｍｓ）通電する。これにより、励磁コイル３２から磁力を出力させて振子アーム２０を一方向に揺動させる（往動作）。つぎに振子アーム２０が振り切った後反対方向に帰ってくるとき（復動作）は、磁力を振子アーム２０の磁石３１に及ぼすと、揺動運動を止めてしまうので、不感時間帯を設けて励磁コイル３２を動作させないようにしなければならない。
そこで、ステップＳ３において、設定された不感時間帯にあるときは、励磁コイル３２に通電しない。この不感時間帯は、通電開始から振子アーム２０が一旦往動作し、つぎの復動作時に思案点センサ６１を通過するまでの時間を計測して、この通過時間帯を不感時間帯として設定すればよい。以後は、ステップＳ２とステップＳ３を交互に繰返す通常タイミング制御を行えば、その間は振子アーム２０は往復円弧運動を継続することになる。

図４は振子アーム２０の揺動動作の一例の説明図である。（１）は、平衡状態における振子アーム２０を示している。この（１）の状態において、励磁コイル３２に通電すると磁力が発生し、磁石３１の磁力が反発して、振子アーム２０が時計方向に揺動しはじめる。ついで、（２）に示すように振子アーム２０が往方向に揺動を続け、上死点に達すると、貯えられた位置エネルギーにより、反転して復方向に振子アーム２０が揺動する。（３）に示すように、振子アーム２０の復動作時には平衡点を通過するときも、励磁コイル３２の磁力を発生させないでおくと、振子アーム２０はそのまま平衡点を通過し反対側の上死点まで振れていく。
そして、（４）に示すように、反対側の上死点に達すると、再び位置エネルギーによって往方向に振れていく。この往方向運動中に振子アーム２０が平衡点を通ろうとするとき、（５）に示すように励磁コイル３２が磁力を発生すると、磁石３１との間で反発力が生じ、失われたエネルギーが補充されて（６）に示すように、振子アーム２０は揺動円弧運動を続けていく。この後は（１）〜（６）を繰返すことにより、連続的に振子アーム２０が揺動し、これに伴い視認板１０も旗振り動作を継続する。

上記のような旗振り動作を継続させる場合、励磁コイル３２への通電制御を正確なタイミングで行う必要がある。この通電タイミング制御は、前記した制御部６０の制御動作で可能である。しかし、制御部６０は、位置制御だけでなく、時間制御を行うよう構成してもよい。時間制御の場合、センサが不要なので故障頻度が減少しメンテナンスが容易という利点がある。

つぎに、電力供給部７０を説明する。
図２に示すように、電力供給部７０は、太陽電池モジュール７１とバッテリー７２を組み合わせたものである。
この電力供給部７０によれば、太陽が出ている間は太陽電池が発電し、その一部電力をバッテリーに充電でき、太陽が出ていない間はバッテリーを利用できるので、天候や昼夜を問わず長時間の無停止運転が可能となる。
なお、電力供給部７０は、太陽電池モジュール７１単独でも、バッテリー７２単独であってもよい。

つぎに、振子アーム２０の揺動運動の他の制御例を図５に示す。
図５の実施形態では、振子アーム２０の延長軸線Ｌ上に励磁コイル３２が配置されている。（１）は反時計回りの揺動運動を示し、（２）は時計方向の揺動運動を示しているが、往動作と復動作ともに、励磁コイル３２が磁力を磁石３１に及ぼして、両方向の揺動を付勢している。なお、励磁タイミングは、振子アーム２０が平衡位置を少し通過した位置に合わせておくとよい。
上記の制御を行うと、振子アームの往動作時も復動作時も励磁コイルの磁力エネルギーで付勢するので、図４の実施形態よりも大きな振幅を実現できる。しかも、往復各動作時とも位置エネルギーの放出を組み合わせて行うので、さほど大きな電力エネルギーを消費しない。

つぎに、他の実施形態の振子式腕振り機構を説明する。
図６の実施形態は、振子アーム２０を鉛直線に対し角度αで傾斜した位置で、平衡状態に安定させたものである。機械的な構成要素は、図１と同じままで、ナット１５の位置を変えたり、視認板本体の大きさを変えたり重錘２２を変えることにより、平衡位置（角度α）の姿勢変更が可能である。
この実施形態によると、視認板１０の旗振り運動域を割合自由に変更することができるので、設置場所や目的に合わせた、最適の腕振り運動を行わせることができる。

上記各実施形態において、視認板１０にロボット用のアームを取り付けると、アームを往復動作させるロボットに構成することができる。また、視認板１０やロボット用アームの先端部に旗を取り付けると、旗を往復させて振ることができるから視認性を高めることができ、交通誘導や交通整理等を行いやすくなる。

上記のごとく、本実施形態の振子式腕振り機構Ａによれば、視認板１０の振りの動作を目立たせることができ、交通整理や交通誘導等の誘導動作を行いやすくでき、小さいエネルギーでも誘導動作でき、コンパクトにすることができる。

交通整理や交通誘導のための旗振りロボットだけでなく、案山子やムービングディスプレイ、広告、玩具等の用途にも適用できる。

本発明の一実施形態に係る振子式腕振り機構Ａの原理図である。 本発明の振子式腕振り機構Ａにおける制御部６０と電力供給部７０の説明図である。 コントローラ６４の制御フローチャートである。 振子アーム２０の揺動運動の一制御例を示す説明図である。 振子アーム２０の揺動運動の他の制御例を示す説明図である。 他の実施形態の振子式腕振り機構における説明図である。

符号の説明

Ａ 振子式腕振り機構
１０ 視認板
２０ 振子アーム
３０ 駆動部
３１ 磁石
３２ 励磁コイル
３３ 検出板
６０ 制御部
６１ 思案点センサ
６２ 左センサ
６３ 右センサ
７０ 電力供給部

Claims (8)

1. 支軸に対し回転自在に取付けられた視認板と、
   該視認板に取付けられた振子アームと、
   該振子アームを往復円弧運動させる駆動手段とからなり、
   前記駆動手段が、前記振子アームの先端部に設けられた磁石と、該磁石に磁力を及ぼす位置に設けられた励磁コイルとからなる
   ことを特徴とする振子式腕振り機構。
2. 請求項１の振子式腕振り機構に、前記駆動手段の励磁コイルに電力を供給する電力供給部と、前記励磁コイルに励磁電流を流すタイミングを制御する制御部とを設けた
   ことを特徴とする振子式腕振り機構。
3. 前記電力供給部が、太陽電池モジュールとバッテリーを組み合わせたものである
   ことを特徴とする請求項２記載の振子式腕振り機構。
4. 前記制御部が、前記振子アームの往動作時のみ前記励磁コイルに励磁電流を供給して往動作を付勢し、復動作時には励磁電流を供給しない
   ことを特徴とする請求項２記載の振子式腕振り機構。
5. 前記制御部が、前記振子アームの往動作時と復動作時に前記励磁コイルに励磁電流を供給して、往動作も復動作も付勢する
   ことを特徴とする請求項２記載の振子式腕振り機構。
6. 前記励磁コイルが、前記振子アームの平衡時における延長線に対して、偏寄した位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の振子式腕振り機構。
7. 前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線上に位置している
   ことを特徴とする請求項１記載の振子式腕振り機構。
8. 前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線に対し傾斜して位置している
   ことを特徴とする請求項１記載の振子式腕振り機構。