ウインチ及びこれを含む自律移動装置
【課題】ウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供する。
【解決手段】本発明によるウインチは、駆動モーターと、前記駆動モーターから駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面には第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸と対向する側面には前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されたガイド部と、を含み、前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように、前記ガイド部に沿って移動することを特徴とする。
【解決手段】本発明によるウインチは、駆動モーターと、前記駆動モーターから駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面には第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸と対向する側面には前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されたガイド部と、を含み、前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように、前記ガイド部に沿って移動することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウインチ及びこれを含む自律移動装置に関し、より詳細には、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、船体ブロック内部で溶接または切断のような作業を自動で行うために、作業ロボットが搭載された自律移動装置が使用されている。自律移動装置では、ロボットを搭載できるプラットフォームが、複数のワイヤーを使用して船体ブロック内部を移動するように動作する。
【０００３】
ここでプラットフォームは、プラットフォームに設けられたウインチが、船体ブロックの内壁面に結合されているワイヤーを巻き取るか又は繰り出す動作を繰り返して行うことにより、船体ブロック内部で自由に移動することができる。さらにプラットフォームは、ウインチにより巻き取られるか又は繰り出されるワイヤーの長さを精密に制御することにより、船体ブロック内部の所望する位置へ移動することができる。
【０００４】
しかし、通常使用されるウインチは、単にモーターでドラムを回転させてワイヤーを巻き取るか又は繰り出すように動作する。つまり、通常使用されているウインチは、モーターのｏｎ／ｏｆｆ制御のみによりワイヤーを巻き取るか又は繰り出すように動作する。よって、ウインチにより巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が困難であった。
【０００５】
また、通常のワイヤー・ウインチは整列巻機能がないため、ワイヤーが重なって巻き取られることがある。このように、ワイヤーが重なって巻き取られる場合、ワイヤーをワイヤー・ウインチに一回り巻回すためのモーターの回転量が変わることになる。よって、モーターの回転量に対比させてワイヤーの巻き取られる長さを定義することができなく、精密な制御が困難であるという問題があった。
【０００６】
また、通常のワイヤー・ウインチはワイヤーが重なって巻き取られることにより、ワイヤーの吐出位置が変わることになる。これにより、ワイヤー・ウインチの精密な制御のためのワイヤーの吐出位置を定義することが困難であるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ワイヤーの長さを精密に制御可能であるように構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ワイヤーがワイヤー・ドラムに巻き取られるか又はワイヤー・ドラムから繰り出される位置を一定に維持するように構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するために本発明の一側面によれば、駆動モーターと、前記駆動モーターからの駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面に第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸と対向する側面に前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されるガイド部と、を含み、前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように前記ガイド部に沿って移動することを特徴とするウインチが提供される。
【００１０】
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ガイド部の長さ方向の所定位置でワイヤーが前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始めるようにすることができる。
【００１１】
前記ウインチには、前記ガイド部の長さ方向に対して垂直の方向に向いているワイヤー吐出口が形成され、前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ワイヤー吐出口の中心位置でワイヤーが前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始めるようにすることができる。
【００１２】
前記ワイヤー・ドラム及び前記ワイヤー吐出口の間に配置され、前記ワイヤー吐出口を通るワイヤーが前記ワイヤー吐出口の中心を通るように支持する支持ローラーをさらに含むことができる。
【００１３】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーが前記支持ローラーから外れることを防止するために、前記支持ローラーの外周縁に接して配置され、前記支持ローラーの回転軸と平行な回転軸を備えた補助ローラーをさらに含むことができる。
【００１４】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーの張力を測定するために、前記支持ローラーに接して配置されるロード・セル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含むことができる。
【００１５】
前記駆動軸はその長さ方向に溝が延長形成されたボール・スプライン軸であり、前記ワイヤー・ドラムの内側には前記溝に挿入されるボールを備えたボール・スプライン・ナットが形成されることができる。
【００１６】
前記ワイヤー・ドラムの第１ねじ部は、前記ワイヤー・ドラムの長さ方向の両側端部に形成されることが可能である。
【００１７】
前記駆動モーターの回転量を測定するために、前記駆動モーターに設けられる第１エンコーダと、前記ワイヤー・ドラムの回転量を測定するために、前記駆動軸の端部に設けられる第２エンコーダと、前記第１エンコーダにより測定された前記駆動モーターの回転量及び前記第２エンコーダにより測定された前記ワイヤー・ドラムの回転量を受信し、測定された前記駆動モーターの回転量に対する前記ワイヤー・ドラムの回転量の比が予め決められた値と差がある場合、さらに前記ワイヤー・ドラムを回転させてその差を補うように前記駆動モーターを回転させる制御部と、をさらに含むことができる。
【００１８】
前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるワイヤーが整列巻された状態で巻き取られるように、前記ワイヤー・ドラムの外周面に螺旋状に連続するガイド溝を備えることができる。
【００１９】
前記駆動軸と平行に配置され、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られたワイヤーを前記ワイヤー・ドラムの中心側へ押すピンチ・ローラーをさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、一定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、前記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、前記移動プラットフォームに設けられる前記ウインチと、一端が前記作業空間を規定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤーをと、含む自律移動装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一側面によれば、ワイヤーが整列巻された状態で順次ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラムから順次繰り出されるように、ワイヤー・ドラムがガイド部に沿って回転しながら移動することにより、ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなり、ワイヤーの長さに対する精密な制御が可能となる。
【００２２】
また、ウインチのワイヤー・ドラムがガイド部に沿って回転しながら移動することにより、ワイヤーを巻き取るか、又は、繰り出す過程にて常にワイヤーの吐出位置が一定に維持されることができる。
【００２３】
また、駆動モーターの回転量を測定する第１エンコーダとワイヤー・ドラムの回転量を測定する第２エンコーダとを用いて駆動モーターを制御することにより、ワイヤーの長さに対する精密な制御が可能となる。
【００２４】
本発明の他の側面によれば、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の一実施例に係るウインチを後方側から見た斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉに沿った断面図である。
【図４】図３のII−IIに沿った断面図である。
【図５】本発明の一実施例に係るウインチの平面図である。
【図６】本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例に係るウインチの第１エンコーダ、第２エンコーダ、制御部及び駆動モーターの関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明するが、添付図面に基づいて説明することにおいて、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これについての重複説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。前記自律移動装置１００は、船体ブロックの内部のように一定の作業空間１０７内で自由に移動する。
【００２８】
図１を参照すると、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５、ウインチ１１０及びワイヤー９２を含む。移動プラットフォーム１０５は、移動中に作業空間１０７の内部に位置する。移動プラットフォーム１０５の上側には、溶接、切断及び塗装のような作業を行う作業装置１０６を移動プラットフォーム１０５の長さ方向へ移動可能に搭載することができる。また、移動プラットフォーム１０５の下側には、ブラスティング及びグリット収去のような作業を行う作業装置を移動プラットフォーム１０５の長さ方向へ移動可能に搭載することができる。
【００２９】
移動プラットフォーム１０５には、複数のウインチ１１０が設けられる。ウインチ１１０は、一端が作業空間１０７を規定する支持体１０８に結合されたワイヤー９２の他端に結合される。ここで、作業空間を規定する支持体とは、例えば船体ブロックを区画する隔壁のようなものを意味し、それ以外にも様々な形態の支持体が存在可能である。
【００３０】
このように構成された自律移動装置１００は、ウインチ１１０を使用して、ウインチ１１０に結合されたワイヤー９２を巻き取るか又は繰り出すことにより、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７の内部を自由に移動することができるように動作する。
【００３１】
ここで、本実施例によるウインチ１１０は、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤー９２の長さを精密に調整することができるように構成される。これにより、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７の所望する位置に精密に移動するように動作する。
【００３２】
以下、本実施例によるウインチについて詳細に説明する。図２は、本発明の一実施例に係るウインチを後方側から見た斜視図であり、図３は、図２のＩ−Ｉに沿った断面図であり、図４は、図３のII−IIに沿った断面図であり、図５は、本発明の一実施例に係るウインチの平面図である。
【００３３】
図２を参照すると、本実施例に係るウインチは、駆動モーター１０、駆動軸３０、ワイヤー・ドラム５０及びガイド部７０を含む。
【００３４】
前記駆動モーター１０は、後述する駆動軸を回転させるための駆動力を提供する。図２を参照すると、前記駆動モーター１０は減速機１２及びモーターブレーキ１４に結合される。但し、前記駆動モーター１０に結合される減速機及びモーターブレーキは選択的に適用することができる。
【００３５】
前記駆動モーター１０は支持フレーム２０に設けられる。
本実施例において支持フレームとは、駆動モーター１０のような構成を支持するための支持体であって、移動プラットフォーム１０５（図１参照）に設けられる。支持フレーム２０には駆動モーター１０から駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸３０が設けられる。
【００３６】
前記駆動モーター１０の駆動力を駆動軸３０に伝達するために駆動モーター１０の一端部にはモーターギア１８が設けられ、前記駆動軸３０の一端部には前記モーターギア１８と噛み合うドラムギア３８が設けられる。
【００３７】
図２を参照すると、前記駆動軸３０にワイヤー・ドラム５０が設けられる。前記ワイヤー・ドラム５０はワイヤーを巻き取るための構成であって、円筒形状を有する。本実施例においてワイヤー・ドラム５０は、駆動軸３０により回転しながら駆動軸３０に沿って移動可能に駆動軸３０上に設けられる。
【００３８】
このために、駆動軸３０は、図３及び図４に示すようにその長さ方向に溝３４が延伸されるように形成されたボール・スプライン軸であり、ワイヤー・ドラム５０の内側には溝３４に挿入されるボール５４を備えたボール・スプライン・ナット５２が形成されてもよい。
【００３９】
ここで、ボール５４は、図４から分かるように駆動軸３０が回転するとき、溝３４にかかる。これにより、ボール・スプライン・ナット５２を含むワイヤー・ドラム５０は、駆動軸３０とともに回転することができる。
【００４０】
また、ボール５４は、図３から分かるように、溝３４に沿って駆動軸３０の長さ方向へ転がり移動する。これにより、ボール・スプライン・ナット５２を含むワイヤー・ドラム５０は駆動軸３０の長さ方向へ移動することができる。
【００４１】
但し、本実施例では、ワイヤー・ドラムが駆動軸により回転しながら駆動軸に沿って移動するために、駆動軸がボール・スプライン軸であり、ワイヤー・ドラムの内側にボール・スプライン・ナットが形成されていると説明したが、これは例示に過ぎず、ワイヤー・ドラムが駆動軸により回転しながら駆動軸に沿って移動可能な様々なメカニズムを用いることができる。
【００４２】
本実施例においてワイヤー・ドラム５０は、その長さ方向の両側端部の外周面に第１ねじ部５６が形成される。第１ねじ部５６は、後述するガイド部７０に形成されている第２ねじ部７６と噛み合う。
【００４３】
但し、第１ねじ部５６が必ずしもワイヤー・ドラム５０の両側端部に形成される必要はなく、ワイヤー・ドラム５０の一端部に形成されてもよい。
【００４４】
図３を参照すると、ワイヤー・ドラム５０は、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるワイヤー９２に接する外周面上に螺旋状に連続して形成されたガイド溝５８を備える。このようなガイド溝５８は、ワイヤー・ドラム５０がワイヤーの巻き取られる方向に回転しながら後述するガイド部に沿って移動するとき、ワイヤー・ドラム５０に整列巻された状態で巻き取られるようにガイドする。
【００４５】
本実施例では、駆動軸３０と平行に配置されたピンチ・ローラー９０をさらに含む。図５を参照すると、ピンチ・ローラー９０は、支持フレーム２０に設けられる。ピンチ・ローラー９０は、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２をワイヤー・ドラム５０の中心側へ押す。
【００４６】
図２及び図３を参照すると、前記駆動軸３０と対向する側面には、前記駆動軸３０と平行に配置されるガイド部７０が形成される。前記ガイド部７０は前記支持フレーム２０と一体に形成されるが、別に製作して配置してもよい。
【００４７】
前記ガイド部７０は、駆動軸３０と対向する側面に、駆動軸３０の長さ方向に延伸される第２ねじ部７６を備える。図３を参照すると、前記第２ねじ部７６は第１ねじ部５６と噛み合う。これにより、ワイヤー・ドラム５０は回転しながらガイド部７０に沿って移動することができる。
【００４８】
この場合、前記ワイヤー・ドラム５０は、ワイヤー９２が整列巻された状態で順次ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から順次繰り出されるように、ガイド部７０に沿って回転しながらねじ移動する。これにより、前記ワイヤー・ドラム５０の１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さは等しくなる。
【００４９】
この場合、第１ねじ部５６及び第２ねじ部７６にそれぞれ形成されたねじ山は所定のピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する。これは、ワイヤー・ドラム５０が１回転するとき、ワイヤー・ドラム５０がガイド部７０に沿って移動する距離が一定に維持されるということを意味する。
【００５０】
これにより、前記ワイヤー・ドラム５０が前記ガイド部７０に沿って移動するとき、前記ガイド部７０の長さ方向の所定位置でワイヤー９２が前記ワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始める。
【００５１】
これに関連して、本実施例に係るウインチ１１０には、図２に示されたように、前記ガイド部７０の長さ方向に対して垂直の方向に向いているワイヤー吐出口２１が形成される。ワイヤー吐出口２１は支持フレーム２０の一部を加工することにより形成することができる。
【００５２】
本実施例に係るウインチ１１０は、図３から分かるように、前記ワイヤー・ドラム５０が前記ガイド部７０に沿って移動するとき、ワイヤー吐出口の中心位置（Ｍ）でワイヤー９２がワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始めるように動作する。
【００５３】
ここで、ワイヤー吐出口の中心位置とは、ワイヤー吐出口の中心を通過し、ガイド部の長さ方向に対して垂直の平面とガイド部とが接する位置を意味し、図３ではＭと表示される。
【００５４】
本実施例においてのウインチ１１０は、ワイヤー吐出口２１及びワイヤー・ドラム５０の間に配置される支持ローラー９６をさらに含む。支持ローラー９６は、ワイヤー９２がワイヤー吐出口２１の中心を通るように支持する。支持ローラー９６は、ローラー支持部９５に回転可能に設けられ、ローラー支持部９５の端部は支持フレーム２０に設けられる。
【００５５】
本実施例においてウインチ１１０は、支持ローラー９６の回転軸と平行な回転軸を有した補助ローラー９７をさらに含む。補助ローラー９７は、支持ローラー９６により支持されるワイヤー９２が支持ローラー９６から外れることを防止する。補助ローラー９７は、支持ローラー９６の外周縁と接するか隣接して配置され、ローラー支持部９５に回転可能に設けられる。
【００５６】
図５を参照すると、本実施例においてウインチ１１０は、支持ローラー９６と接して配置されるロード・セル９１をさらに含む。ロード・セル９１は、支持ローラー９６により支持されるワイヤー９２の張力を測定するためのものであって、支持ローラー９６が設けられたローラー支持部９５の端部に設けられる。
【００５７】
支持ローラー９６により支持されるワイヤーに張力がかかると、ワイヤーにより支持ローラー９６がロード・セル９１側に荷重を加えることになる。この場合、ロード・セル９１に加えられた荷重を介してワイヤーの張力を測定することになる。
【００５８】
図６は、本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を説明するための平面図である。以下では、上述した本発明の一実施例に係るウインチの動作過程を図２、図５及び図６を参照して説明する。
【００５９】
先ず、図２及び図５を参照すると、駆動モーター１０によりワイヤー・ドラム５０がワイヤーを繰り出す方向に回転する場合、ワイヤー・ドラム５０はワイヤー・ドラム５０の両側端部に形成された第１ねじ部５６がガイド部７０の側面に形成された第２ねじ部７６と噛み合いながら駆動軸３０の右側方向へ移動することになる。
【００６０】
この場合、前記ワイヤー・ドラム５０が前記駆動軸３０の右側方向へ移動すると同時にワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２がワイヤー・ドラム５０から順次繰り出される。
【００６１】
そして、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤー９２は支持ローラー９６により支持されてワイヤー吐出口２１を介して外部に移送される。
【００６２】
その後、ワイヤー・ドラム５０が駆動軸３０に沿って、図６に示す位置まで移動する。このとき、ワイヤーを継続的に繰り出す必要がある場合、駆動モーターは継続的に同じ方向に回転しながらワイヤー・ドラム５０を回転させる。これにより、ワイヤー・ドラム５０は継続的に右側へ移動しながらワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２を順次繰り出すことになる。
【００６３】
しかし、ワイヤーを巻き取る必要がある場合には、駆動モーターは反対方向に回転することになり、これにより、ワイヤー・ドラム５０は駆動軸３０の左側方向へ移動することになる。この場合、前記ワイヤー・ドラム５０が前記駆動軸３０の左側方向へ移動すると同時にウインチの外部に移送されたワイヤーがワイヤー・ドラム５０に整列巻された形態で巻き取られる。
【００６４】
ここで、本実施例に係るウインチ１１０は、前記ガイド部７０の長さ方向の所定位置であるワイヤー吐出口２１の中心位置（Ｍ）でワイヤー９２が前記ワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始めるように動作する。これにより、本実施例に係るウインチはワイヤーを巻き取るか又は繰り出す過程で、常にワイヤーが吐出される位置を一定に維持することができる。
【００６５】
また、本実施例においてウインチ１１０は、ワイヤー・ドラム５０の１回転当たりのワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように動作する。これにより、本発明の一実施例に係るウインチは、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤーの長さを精密に制御することができる。
【００６６】
一方、本実施例において、ワイヤー・ドラム５０が１回転する際に巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さは等しい。これにより、所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すためには、回転すべきワイヤー・ドラム５０の回転量を予め決めることができる。
【００６７】
これに関連して、ワイヤー・ドラム５０に駆動力を伝達する駆動モーター１０は、ギアを介してワイヤー・ドラムを回転させる駆動軸３０に連結される。ここで、駆動モーター１０と駆動軸３０とを連結するギアのギア比により、駆動モーター１０の１回転当たりのワイヤー・ドラム５０の回転量を予め決めることができる。
【００６８】
この点を考慮すると、所定長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すための駆動モーター１０の回転量に対するワイヤー・ドラム５０の回転量の比は、ウインチの設計過程で予め決めることができる。例えば、ワイヤー５ｍを巻き取るためには駆動モーターが１００回転し、ワイヤー・ドラムが１０回転するようにウインチが設計された場合、駆動モーターの回転量に対するワイヤー・ドラムの回転量の比は、１０／１００（＝１／１０）と予め決めることができる。
【００６９】
しかし、ウインチの製造過程で製造誤差が発生したり、ウインチを使用する過程で駆動モーターと駆動軸とを連結するギアに摩耗が発生したりするなど様々な原因により、駆動モーターの回転量に対するワイヤー・ドラムの回転量の比について、予め決められた値と差が発生することがある。
【００７０】
これを解決するために、本発明の一実施例に係るウインチは、２つのエンコーダ及び制御部をさらに含む。図７は、本発明の一実施例に係るウインチにさらに含まれた第１エンコーダ１６、第２エンコーダ８６及び制御部８０の関係を示す概略的な図面である。
【００７１】
より詳細に、図２及び図７を参照すると、駆動モーター１０には、その駆動モーター１０の回転量を測定するための第１エンコーダ１６が設けられ、駆動軸３０の他端部には駆動軸３０とともに回転するワイヤー・ドラム５０の回転量を測定するための第２エンコーダ８６が設けられる。
【００７２】
制御部８０は、支持フレーム２０に設けられ、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６に隣接して配置することができ、また、支持フレーム２０と分離して、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６から遠隔位置に配置することもできる。また、制御部８０は、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６に有線あるいは無線で連結することも可能である。
【００７３】
制御部８０は、例えば所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すために駆動モーター１０が動作してワイヤー・ドラム５０が回転すると、第１エンコーダ１６から駆動モーター１０の回転量に関するデータを受信し、第２エンコーダ８６からワイヤー・ドラム５０の回転量に関するデータを受信する。
【００７４】
その後、前記制御部８０は、第１エンコーダ１６による測定値に対する第２エンコーダ８６による測定値の比を予め決められた値と比べる。仮に、測定値の比が予め決められた値と差がある場合、制御部８０はその差を補うために駆動モーター１０を回転させ、さらにワイヤー・ドラム５０を回転させる。
【００７５】
より詳細に、本発明の一実施例に係るウインチがワイヤーを５ｍ巻き取るために、駆動モーター１０が１００回回転し、ワイヤー・ドラム５０が１０回回転するように設計されていると仮定する。このとき、駆動モーター１０の回転量に対するワイヤー・ドラム５０の回転量の比は１０／１００と予め決めることができる。
【００７６】
ここで、ワイヤーを５ｍ巻き取るために、駆動モーター１０が１００回回転すると、第１エンコーダ１６により測定された値は１００回となる。このとき、第２エンコーダ８６により測定されたワイヤー・ドラム５０の回転量が９．５回であると、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６により測定された値の比は９．５／１００となる。
【００７７】
このように測定された値の比と予め決められた値とに差がある場合には、制御部８０はその差を補うためにワイヤー・ドラム５０を０．５回さらに回転させるように駆動モーター１０を回転させる。
【００７８】
したがって、本発明の一実施例に係るワイヤー・ドラム５０は、最初９．５回回転した後にさらに０．５回回転して総１０回を回転することにより、元の巻き取るべき５ｍのワイヤーを巻き取ることができる。
【００７９】
このように、本発明の一実施例に係るウインチは、所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すという目的に対して、最初の駆動モーターにより回転するワイヤー・ドラムの回転量が足りない場合、さらに駆動モーターを動作させてワイヤー・ドラムを追加的に回転させることにより、結果的に当初の目的とした所定の長さにワイヤーを繰り出すか又は巻き取ることができ、ワイヤーの長さの精密な制御が可能となる。
【００８０】
また、このように巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内部の所望する位置へ正確に移動することができる。
【００８１】
上記では、本発明の一実施例について説明したが、本発明の思想は本明細書に提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などにより他の実施例を容易に提案することができ、これも本発明の思想範囲に入るといえる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウインチ及びこれを含む自律移動装置に関し、より詳細には、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、船体ブロック内部で溶接または切断のような作業を自動で行うために、作業ロボットが搭載された自律移動装置が使用されている。自律移動装置では、ロボットを搭載できるプラットフォームが、複数のワイヤーを使用して船体ブロック内部を移動するように動作する。
【０００３】
ここでプラットフォームは、プラットフォームに設けられたウインチが、船体ブロックの内壁面に結合されているワイヤーを巻き取るか又は繰り出す動作を繰り返して行うことにより、船体ブロック内部で自由に移動することができる。さらにプラットフォームは、ウインチにより巻き取られるか又は繰り出されるワイヤーの長さを精密に制御することにより、船体ブロック内部の所望する位置へ移動することができる。
【０００４】
しかし、通常使用されるウインチは、単にモーターでドラムを回転させてワイヤーを巻き取るか又は繰り出すように動作する。つまり、通常使用されているウインチは、モーターのｏｎ／ｏｆｆ制御のみによりワイヤーを巻き取るか又は繰り出すように動作する。よって、ウインチにより巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が困難であった。
【０００５】
また、通常のワイヤー・ウインチは整列巻機能がないため、ワイヤーが重なって巻き取られることがある。このように、ワイヤーが重なって巻き取られる場合、ワイヤーをワイヤー・ウインチに一回り巻回すためのモーターの回転量が変わることになる。よって、モーターの回転量に対比させてワイヤーの巻き取られる長さを定義することができなく、精密な制御が困難であるという問題があった。
【０００６】
また、通常のワイヤー・ウインチはワイヤーが重なって巻き取られることにより、ワイヤーの吐出位置が変わることになる。これにより、ワイヤー・ウインチの精密な制御のためのワイヤーの吐出位置を定義することが困難であるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ワイヤーの長さを精密に制御可能であるように構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ワイヤーがワイヤー・ドラムに巻き取られるか又はワイヤー・ドラムから繰り出される位置を一定に維持するように構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するために本発明の一側面によれば、駆動モーターと、前記駆動モーターからの駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面に第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸と対向する側面に前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されるガイド部と、を含み、前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように前記ガイド部に沿って移動することを特徴とするウインチが提供される。
【００１０】
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ガイド部の長さ方向の所定位置でワイヤーが前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始めるようにすることができる。
【００１１】
前記ウインチには、前記ガイド部の長さ方向に対して垂直の方向に向いているワイヤー吐出口が形成され、前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ワイヤー吐出口の中心位置でワイヤーが前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始めるようにすることができる。
【００１２】
前記ワイヤー・ドラム及び前記ワイヤー吐出口の間に配置され、前記ワイヤー吐出口を通るワイヤーが前記ワイヤー吐出口の中心を通るように支持する支持ローラーをさらに含むことができる。
【００１３】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーが前記支持ローラーから外れることを防止するために、前記支持ローラーの外周縁に接して配置され、前記支持ローラーの回転軸と平行な回転軸を備えた補助ローラーをさらに含むことができる。
【００１４】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーの張力を測定するために、前記支持ローラーに接して配置されるロード・セル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含むことができる。
【００１５】
前記駆動軸はその長さ方向に溝が延長形成されたボール・スプライン軸であり、前記ワイヤー・ドラムの内側には前記溝に挿入されるボールを備えたボール・スプライン・ナットが形成されることができる。
【００１６】
前記ワイヤー・ドラムの第１ねじ部は、前記ワイヤー・ドラムの長さ方向の両側端部に形成されることが可能である。
【００１７】
前記駆動モーターの回転量を測定するために、前記駆動モーターに設けられる第１エンコーダと、前記ワイヤー・ドラムの回転量を測定するために、前記駆動軸の端部に設けられる第２エンコーダと、前記第１エンコーダにより測定された前記駆動モーターの回転量及び前記第２エンコーダにより測定された前記ワイヤー・ドラムの回転量を受信し、測定された前記駆動モーターの回転量に対する前記ワイヤー・ドラムの回転量の比が予め決められた値と差がある場合、さらに前記ワイヤー・ドラムを回転させてその差を補うように前記駆動モーターを回転させる制御部と、をさらに含むことができる。
【００１８】
前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるワイヤーが整列巻された状態で巻き取られるように、前記ワイヤー・ドラムの外周面に螺旋状に連続するガイド溝を備えることができる。
【００１９】
前記駆動軸と平行に配置され、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られたワイヤーを前記ワイヤー・ドラムの中心側へ押すピンチ・ローラーをさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、一定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、前記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、前記移動プラットフォームに設けられる前記ウインチと、一端が前記作業空間を規定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤーをと、含む自律移動装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一側面によれば、ワイヤーが整列巻された状態で順次ワイヤー・ドラムに巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラムから順次繰り出されるように、ワイヤー・ドラムがガイド部に沿って回転しながら移動することにより、ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなり、ワイヤーの長さに対する精密な制御が可能となる。
【００２２】
また、ウインチのワイヤー・ドラムがガイド部に沿って回転しながら移動することにより、ワイヤーを巻き取るか、又は、繰り出す過程にて常にワイヤーの吐出位置が一定に維持されることができる。
【００２３】
また、駆動モーターの回転量を測定する第１エンコーダとワイヤー・ドラムの回転量を測定する第２エンコーダとを用いて駆動モーターを制御することにより、ワイヤーの長さに対する精密な制御が可能となる。
【００２４】
本発明の他の側面によれば、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の一実施例に係るウインチを後方側から見た斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉに沿った断面図である。
【図４】図３のII−IIに沿った断面図である。
【図５】本発明の一実施例に係るウインチの平面図である。
【図６】本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例に係るウインチの第１エンコーダ、第２エンコーダ、制御部及び駆動モーターの関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明するが、添付図面に基づいて説明することにおいて、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これについての重複説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。前記自律移動装置１００は、船体ブロックの内部のように一定の作業空間１０７内で自由に移動する。
【００２８】
図１を参照すると、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５、ウインチ１１０及びワイヤー９２を含む。移動プラットフォーム１０５は、移動中に作業空間１０７の内部に位置する。移動プラットフォーム１０５の上側には、溶接、切断及び塗装のような作業を行う作業装置１０６を移動プラットフォーム１０５の長さ方向へ移動可能に搭載することができる。また、移動プラットフォーム１０５の下側には、ブラスティング及びグリット収去のような作業を行う作業装置を移動プラットフォーム１０５の長さ方向へ移動可能に搭載することができる。
【００２９】
移動プラットフォーム１０５には、複数のウインチ１１０が設けられる。ウインチ１１０は、一端が作業空間１０７を規定する支持体１０８に結合されたワイヤー９２の他端に結合される。ここで、作業空間を規定する支持体とは、例えば船体ブロックを区画する隔壁のようなものを意味し、それ以外にも様々な形態の支持体が存在可能である。
【００３０】
このように構成された自律移動装置１００は、ウインチ１１０を使用して、ウインチ１１０に結合されたワイヤー９２を巻き取るか又は繰り出すことにより、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７の内部を自由に移動することができるように動作する。
【００３１】
ここで、本実施例によるウインチ１１０は、巻き取り、又は、繰り出されるワイヤー９２の長さを精密に調整することができるように構成される。これにより、自律移動装置１００は、移動プラットフォーム１０５が作業空間１０７の所望する位置に精密に移動するように動作する。
【００３２】
以下、本実施例によるウインチについて詳細に説明する。図２は、本発明の一実施例に係るウインチを後方側から見た斜視図であり、図３は、図２のＩ−Ｉに沿った断面図であり、図４は、図３のII−IIに沿った断面図であり、図５は、本発明の一実施例に係るウインチの平面図である。
【００３３】
図２を参照すると、本実施例に係るウインチは、駆動モーター１０、駆動軸３０、ワイヤー・ドラム５０及びガイド部７０を含む。
【００３４】
前記駆動モーター１０は、後述する駆動軸を回転させるための駆動力を提供する。図２を参照すると、前記駆動モーター１０は減速機１２及びモーターブレーキ１４に結合される。但し、前記駆動モーター１０に結合される減速機及びモーターブレーキは選択的に適用することができる。
【００３５】
前記駆動モーター１０は支持フレーム２０に設けられる。
本実施例において支持フレームとは、駆動モーター１０のような構成を支持するための支持体であって、移動プラットフォーム１０５（図１参照）に設けられる。支持フレーム２０には駆動モーター１０から駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸３０が設けられる。
【００３６】
前記駆動モーター１０の駆動力を駆動軸３０に伝達するために駆動モーター１０の一端部にはモーターギア１８が設けられ、前記駆動軸３０の一端部には前記モーターギア１８と噛み合うドラムギア３８が設けられる。
【００３７】
図２を参照すると、前記駆動軸３０にワイヤー・ドラム５０が設けられる。前記ワイヤー・ドラム５０はワイヤーを巻き取るための構成であって、円筒形状を有する。本実施例においてワイヤー・ドラム５０は、駆動軸３０により回転しながら駆動軸３０に沿って移動可能に駆動軸３０上に設けられる。
【００３８】
このために、駆動軸３０は、図３及び図４に示すようにその長さ方向に溝３４が延伸されるように形成されたボール・スプライン軸であり、ワイヤー・ドラム５０の内側には溝３４に挿入されるボール５４を備えたボール・スプライン・ナット５２が形成されてもよい。
【００３９】
ここで、ボール５４は、図４から分かるように駆動軸３０が回転するとき、溝３４にかかる。これにより、ボール・スプライン・ナット５２を含むワイヤー・ドラム５０は、駆動軸３０とともに回転することができる。
【００４０】
また、ボール５４は、図３から分かるように、溝３４に沿って駆動軸３０の長さ方向へ転がり移動する。これにより、ボール・スプライン・ナット５２を含むワイヤー・ドラム５０は駆動軸３０の長さ方向へ移動することができる。
【００４１】
但し、本実施例では、ワイヤー・ドラムが駆動軸により回転しながら駆動軸に沿って移動するために、駆動軸がボール・スプライン軸であり、ワイヤー・ドラムの内側にボール・スプライン・ナットが形成されていると説明したが、これは例示に過ぎず、ワイヤー・ドラムが駆動軸により回転しながら駆動軸に沿って移動可能な様々なメカニズムを用いることができる。
【００４２】
本実施例においてワイヤー・ドラム５０は、その長さ方向の両側端部の外周面に第１ねじ部５６が形成される。第１ねじ部５６は、後述するガイド部７０に形成されている第２ねじ部７６と噛み合う。
【００４３】
但し、第１ねじ部５６が必ずしもワイヤー・ドラム５０の両側端部に形成される必要はなく、ワイヤー・ドラム５０の一端部に形成されてもよい。
【００４４】
図３を参照すると、ワイヤー・ドラム５０は、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるワイヤー９２に接する外周面上に螺旋状に連続して形成されたガイド溝５８を備える。このようなガイド溝５８は、ワイヤー・ドラム５０がワイヤーの巻き取られる方向に回転しながら後述するガイド部に沿って移動するとき、ワイヤー・ドラム５０に整列巻された状態で巻き取られるようにガイドする。
【００４５】
本実施例では、駆動軸３０と平行に配置されたピンチ・ローラー９０をさらに含む。図５を参照すると、ピンチ・ローラー９０は、支持フレーム２０に設けられる。ピンチ・ローラー９０は、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２をワイヤー・ドラム５０の中心側へ押す。
【００４６】
図２及び図３を参照すると、前記駆動軸３０と対向する側面には、前記駆動軸３０と平行に配置されるガイド部７０が形成される。前記ガイド部７０は前記支持フレーム２０と一体に形成されるが、別に製作して配置してもよい。
【００４７】
前記ガイド部７０は、駆動軸３０と対向する側面に、駆動軸３０の長さ方向に延伸される第２ねじ部７６を備える。図３を参照すると、前記第２ねじ部７６は第１ねじ部５６と噛み合う。これにより、ワイヤー・ドラム５０は回転しながらガイド部７０に沿って移動することができる。
【００４８】
この場合、前記ワイヤー・ドラム５０は、ワイヤー９２が整列巻された状態で順次ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から順次繰り出されるように、ガイド部７０に沿って回転しながらねじ移動する。これにより、前記ワイヤー・ドラム５０の１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さは等しくなる。
【００４９】
この場合、第１ねじ部５６及び第２ねじ部７６にそれぞれ形成されたねじ山は所定のピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する。これは、ワイヤー・ドラム５０が１回転するとき、ワイヤー・ドラム５０がガイド部７０に沿って移動する距離が一定に維持されるということを意味する。
【００５０】
これにより、前記ワイヤー・ドラム５０が前記ガイド部７０に沿って移動するとき、前記ガイド部７０の長さ方向の所定位置でワイヤー９２が前記ワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始める。
【００５１】
これに関連して、本実施例に係るウインチ１１０には、図２に示されたように、前記ガイド部７０の長さ方向に対して垂直の方向に向いているワイヤー吐出口２１が形成される。ワイヤー吐出口２１は支持フレーム２０の一部を加工することにより形成することができる。
【００５２】
本実施例に係るウインチ１１０は、図３から分かるように、前記ワイヤー・ドラム５０が前記ガイド部７０に沿って移動するとき、ワイヤー吐出口の中心位置（Ｍ）でワイヤー９２がワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始めるように動作する。
【００５３】
ここで、ワイヤー吐出口の中心位置とは、ワイヤー吐出口の中心を通過し、ガイド部の長さ方向に対して垂直の平面とガイド部とが接する位置を意味し、図３ではＭと表示される。
【００５４】
本実施例においてのウインチ１１０は、ワイヤー吐出口２１及びワイヤー・ドラム５０の間に配置される支持ローラー９６をさらに含む。支持ローラー９６は、ワイヤー９２がワイヤー吐出口２１の中心を通るように支持する。支持ローラー９６は、ローラー支持部９５に回転可能に設けられ、ローラー支持部９５の端部は支持フレーム２０に設けられる。
【００５５】
本実施例においてウインチ１１０は、支持ローラー９６の回転軸と平行な回転軸を有した補助ローラー９７をさらに含む。補助ローラー９７は、支持ローラー９６により支持されるワイヤー９２が支持ローラー９６から外れることを防止する。補助ローラー９７は、支持ローラー９６の外周縁と接するか隣接して配置され、ローラー支持部９５に回転可能に設けられる。
【００５６】
図５を参照すると、本実施例においてウインチ１１０は、支持ローラー９６と接して配置されるロード・セル９１をさらに含む。ロード・セル９１は、支持ローラー９６により支持されるワイヤー９２の張力を測定するためのものであって、支持ローラー９６が設けられたローラー支持部９５の端部に設けられる。
【００５７】
支持ローラー９６により支持されるワイヤーに張力がかかると、ワイヤーにより支持ローラー９６がロード・セル９１側に荷重を加えることになる。この場合、ロード・セル９１に加えられた荷重を介してワイヤーの張力を測定することになる。
【００５８】
図６は、本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を説明するための平面図である。以下では、上述した本発明の一実施例に係るウインチの動作過程を図２、図５及び図６を参照して説明する。
【００５９】
先ず、図２及び図５を参照すると、駆動モーター１０によりワイヤー・ドラム５０がワイヤーを繰り出す方向に回転する場合、ワイヤー・ドラム５０はワイヤー・ドラム５０の両側端部に形成された第１ねじ部５６がガイド部７０の側面に形成された第２ねじ部７６と噛み合いながら駆動軸３０の右側方向へ移動することになる。
【００６０】
この場合、前記ワイヤー・ドラム５０が前記駆動軸３０の右側方向へ移動すると同時にワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２がワイヤー・ドラム５０から順次繰り出される。
【００６１】
そして、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤー９２は支持ローラー９６により支持されてワイヤー吐出口２１を介して外部に移送される。
【００６２】
その後、ワイヤー・ドラム５０が駆動軸３０に沿って、図６に示す位置まで移動する。このとき、ワイヤーを継続的に繰り出す必要がある場合、駆動モーターは継続的に同じ方向に回転しながらワイヤー・ドラム５０を回転させる。これにより、ワイヤー・ドラム５０は継続的に右側へ移動しながらワイヤー・ドラム５０に巻き取られたワイヤー９２を順次繰り出すことになる。
【００６３】
しかし、ワイヤーを巻き取る必要がある場合には、駆動モーターは反対方向に回転することになり、これにより、ワイヤー・ドラム５０は駆動軸３０の左側方向へ移動することになる。この場合、前記ワイヤー・ドラム５０が前記駆動軸３０の左側方向へ移動すると同時にウインチの外部に移送されたワイヤーがワイヤー・ドラム５０に整列巻された形態で巻き取られる。
【００６４】
ここで、本実施例に係るウインチ１１０は、前記ガイド部７０の長さ方向の所定位置であるワイヤー吐出口２１の中心位置（Ｍ）でワイヤー９２が前記ワイヤー・ドラム５０に巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラム５０から繰り出され始めるように動作する。これにより、本実施例に係るウインチはワイヤーを巻き取るか又は繰り出す過程で、常にワイヤーが吐出される位置を一定に維持することができる。
【００６５】
また、本実施例においてウインチ１１０は、ワイヤー・ドラム５０の１回転当たりのワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように動作する。これにより、本発明の一実施例に係るウインチは、ワイヤー・ドラム５０に巻き取られるか、又は、ワイヤー・ドラム５０から繰り出されるワイヤーの長さを精密に制御することができる。
【００６６】
一方、本実施例において、ワイヤー・ドラム５０が１回転する際に巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さは等しい。これにより、所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すためには、回転すべきワイヤー・ドラム５０の回転量を予め決めることができる。
【００６７】
これに関連して、ワイヤー・ドラム５０に駆動力を伝達する駆動モーター１０は、ギアを介してワイヤー・ドラムを回転させる駆動軸３０に連結される。ここで、駆動モーター１０と駆動軸３０とを連結するギアのギア比により、駆動モーター１０の１回転当たりのワイヤー・ドラム５０の回転量を予め決めることができる。
【００６８】
この点を考慮すると、所定長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すための駆動モーター１０の回転量に対するワイヤー・ドラム５０の回転量の比は、ウインチの設計過程で予め決めることができる。例えば、ワイヤー５ｍを巻き取るためには駆動モーターが１００回転し、ワイヤー・ドラムが１０回転するようにウインチが設計された場合、駆動モーターの回転量に対するワイヤー・ドラムの回転量の比は、１０／１００（＝１／１０）と予め決めることができる。
【００６９】
しかし、ウインチの製造過程で製造誤差が発生したり、ウインチを使用する過程で駆動モーターと駆動軸とを連結するギアに摩耗が発生したりするなど様々な原因により、駆動モーターの回転量に対するワイヤー・ドラムの回転量の比について、予め決められた値と差が発生することがある。
【００７０】
これを解決するために、本発明の一実施例に係るウインチは、２つのエンコーダ及び制御部をさらに含む。図７は、本発明の一実施例に係るウインチにさらに含まれた第１エンコーダ１６、第２エンコーダ８６及び制御部８０の関係を示す概略的な図面である。
【００７１】
より詳細に、図２及び図７を参照すると、駆動モーター１０には、その駆動モーター１０の回転量を測定するための第１エンコーダ１６が設けられ、駆動軸３０の他端部には駆動軸３０とともに回転するワイヤー・ドラム５０の回転量を測定するための第２エンコーダ８６が設けられる。
【００７２】
制御部８０は、支持フレーム２０に設けられ、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６に隣接して配置することができ、また、支持フレーム２０と分離して、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６から遠隔位置に配置することもできる。また、制御部８０は、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６に有線あるいは無線で連結することも可能である。
【００７３】
制御部８０は、例えば所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すために駆動モーター１０が動作してワイヤー・ドラム５０が回転すると、第１エンコーダ１６から駆動モーター１０の回転量に関するデータを受信し、第２エンコーダ８６からワイヤー・ドラム５０の回転量に関するデータを受信する。
【００７４】
その後、前記制御部８０は、第１エンコーダ１６による測定値に対する第２エンコーダ８６による測定値の比を予め決められた値と比べる。仮に、測定値の比が予め決められた値と差がある場合、制御部８０はその差を補うために駆動モーター１０を回転させ、さらにワイヤー・ドラム５０を回転させる。
【００７５】
より詳細に、本発明の一実施例に係るウインチがワイヤーを５ｍ巻き取るために、駆動モーター１０が１００回回転し、ワイヤー・ドラム５０が１０回回転するように設計されていると仮定する。このとき、駆動モーター１０の回転量に対するワイヤー・ドラム５０の回転量の比は１０／１００と予め決めることができる。
【００７６】
ここで、ワイヤーを５ｍ巻き取るために、駆動モーター１０が１００回回転すると、第１エンコーダ１６により測定された値は１００回となる。このとき、第２エンコーダ８６により測定されたワイヤー・ドラム５０の回転量が９．５回であると、第１エンコーダ１６及び第２エンコーダ８６により測定された値の比は９．５／１００となる。
【００７７】
このように測定された値の比と予め決められた値とに差がある場合には、制御部８０はその差を補うためにワイヤー・ドラム５０を０．５回さらに回転させるように駆動モーター１０を回転させる。
【００７８】
したがって、本発明の一実施例に係るワイヤー・ドラム５０は、最初９．５回回転した後にさらに０．５回回転して総１０回を回転することにより、元の巻き取るべき５ｍのワイヤーを巻き取ることができる。
【００７９】
このように、本発明の一実施例に係るウインチは、所定の長さのワイヤーを巻き取るか又は繰り出すという目的に対して、最初の駆動モーターにより回転するワイヤー・ドラムの回転量が足りない場合、さらに駆動モーターを動作させてワイヤー・ドラムを追加的に回転させることにより、結果的に当初の目的とした所定の長さにワイヤーを繰り出すか又は巻き取ることができ、ワイヤーの長さの精密な制御が可能となる。
【００８０】
また、このように巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内部の所望する位置へ正確に移動することができる。
【００８１】
上記では、本発明の一実施例について説明したが、本発明の思想は本明細書に提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などにより他の実施例を容易に提案することができ、これも本発明の思想範囲に入るといえる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モーターと、
前記駆動モーターから駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、
前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面に第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、
前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸に対向する側面には前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されたガイド部と、を含み、
前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように、前記ガイド部に沿って移動する
ことを特徴とするウインチ。
【請求項２】
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ガイド部の長さ方向の所定位置で、ワイヤーは、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始める
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項３】
前記ウインチには、前記ガイド部の長さ方向に対して垂直の方向を向いているワイヤー吐出口が形成され、
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ワイヤー吐出口の中心位置で、ワイヤーが、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始める
ことを特徴とする請求項２に記載のウインチ。
【請求項４】
前記ワイヤー・ドラム及び前記ワイヤー吐出口の間に配置され、
前記ワイヤー吐出口を通過するワイヤーが前記ワイヤー吐出口の中心を通るように支持する支持ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項３に記載のウインチ。
【請求項５】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーが前記支持ローラーから外れることを防止するために、前記支持ローラーの外周縁に接するかまたは隣接して配置され、前記支持ローラーの回転軸と平行な回転軸を備えた補助ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載のウインチ。
【請求項６】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーの張力を測定するために、前記支持ローラーに接して配置されるロード・セル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載のウインチ。
【請求項７】
前記駆動軸は、その長さ方向に溝が延伸されるように形成されたボール・スプライン軸であり、
前記ワイヤー・ドラムの内側には前記溝に挿入されるボールを備えたボール・スプライン・ナットが形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項８】
前記ワイヤー・ドラムの第１ねじ部は、前記ワイヤー・ドラムの長さ方向の両側端部に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項９】
前記駆動モーターの回転量を測定するために、前記駆動モーターに設けられる第１エンコーダと、
前記ワイヤー・ドラムの回転量を測定するために、前記駆動軸の端部に設けられる第２エンコーダと、
前記第１エンコーダにより測定された前記駆動モーターの回転量及び前記第２エンコーダにより測定された前記ワイヤー・ドラムの回転量を受信し、測定された前記駆動モーターの回転量に対する前記ワイヤー・ドラムの回転量の比が予め決められた値と差がある場合、前記ワイヤー・ドラムをさらに回転させてその差を補うように前記駆動モーターを回転させる制御部と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１０】
前記ワイヤー・ドラムは、
前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるワイヤーが整列巻された状態で巻き取られるように、前記ワイヤー・ドラムの外周面に螺旋状に連続するガイド溝を備えた
ことを特徴とする請求項９に記載のウインチ。
【請求項１１】
前記駆動軸と平行に配置され、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られたワイヤーを前記ワイヤー・ドラムの中心側へ押すピンチ・ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項１０に記載のウインチ。
【請求項１２】
所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、
前記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、
前記移動プラットフォームに設けられる請求項１から８のいずれか１項に記載のウインチと、
一端が前記作業空間を規定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤーと、
を含む
ことを特徴とする自律移動装置。
【請求項１】
駆動モーターと、
前記駆動モーターから駆動力の伝達を受けて回転する駆動軸と、
前記駆動軸により回転しながら前記駆動軸に沿って移動可能に前記駆動軸上に設けられ、その長さ方向の端部の外周面に第１ねじ部が形成されたワイヤー・ドラムと、
前記駆動軸と平行に配置され、前記駆動軸に対向する側面には前記駆動軸の長さ方向に延伸され、前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部が形成されたガイド部と、を含み、
前記ワイヤー・ドラムは、前記ワイヤー・ドラムの１回転当たりの巻き取り、又は、繰り出されるワイヤーの長さが等しくなるように、前記ガイド部に沿って移動する
ことを特徴とするウインチ。
【請求項２】
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ガイド部の長さ方向の所定位置で、ワイヤーは、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始める
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項３】
前記ウインチには、前記ガイド部の長さ方向に対して垂直の方向を向いているワイヤー吐出口が形成され、
前記ワイヤー・ドラムが前記ガイド部に沿って移動するとき、前記ワイヤー吐出口の中心位置で、ワイヤーが、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られ始めるか、又は、前記ワイヤー・ドラムから繰り出され始める
ことを特徴とする請求項２に記載のウインチ。
【請求項４】
前記ワイヤー・ドラム及び前記ワイヤー吐出口の間に配置され、
前記ワイヤー吐出口を通過するワイヤーが前記ワイヤー吐出口の中心を通るように支持する支持ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項３に記載のウインチ。
【請求項５】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーが前記支持ローラーから外れることを防止するために、前記支持ローラーの外周縁に接するかまたは隣接して配置され、前記支持ローラーの回転軸と平行な回転軸を備えた補助ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載のウインチ。
【請求項６】
前記支持ローラーにより支持されるワイヤーの張力を測定するために、前記支持ローラーに接して配置されるロード・セル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）をさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載のウインチ。
【請求項７】
前記駆動軸は、その長さ方向に溝が延伸されるように形成されたボール・スプライン軸であり、
前記ワイヤー・ドラムの内側には前記溝に挿入されるボールを備えたボール・スプライン・ナットが形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項８】
前記ワイヤー・ドラムの第１ねじ部は、前記ワイヤー・ドラムの長さ方向の両側端部に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
【請求項９】
前記駆動モーターの回転量を測定するために、前記駆動モーターに設けられる第１エンコーダと、
前記ワイヤー・ドラムの回転量を測定するために、前記駆動軸の端部に設けられる第２エンコーダと、
前記第１エンコーダにより測定された前記駆動モーターの回転量及び前記第２エンコーダにより測定された前記ワイヤー・ドラムの回転量を受信し、測定された前記駆動モーターの回転量に対する前記ワイヤー・ドラムの回転量の比が予め決められた値と差がある場合、前記ワイヤー・ドラムをさらに回転させてその差を補うように前記駆動モーターを回転させる制御部と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１０】
前記ワイヤー・ドラムは、
前記ワイヤー・ドラムに巻き取られるワイヤーが整列巻された状態で巻き取られるように、前記ワイヤー・ドラムの外周面に螺旋状に連続するガイド溝を備えた
ことを特徴とする請求項９に記載のウインチ。
【請求項１１】
前記駆動軸と平行に配置され、前記ワイヤー・ドラムに巻き取られたワイヤーを前記ワイヤー・ドラムの中心側へ押すピンチ・ローラーをさらに含む
ことを特徴とする請求項１０に記載のウインチ。
【請求項１２】
所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、
前記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、
前記移動プラットフォームに設けられる請求項１から８のいずれか１項に記載のウインチと、
一端が前記作業空間を規定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤーと、
を含む
ことを特徴とする自律移動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５２２７０７（Ｐ２０１２−５２２７０７Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０４５６９（Ｐ２０１２−５０４５６９）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００２０１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７１６２
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０７３７５４８７）サムスン ヘヴィ インダストリーズ カンパニー リミテッド (20)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１３２１−１５ Ｓｅｏｃｈｏ−Ｄｏｎｇ， Ｓｅｏｃｈｏ−Ｋｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｋｏｒｅａ
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００２０１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７１６２
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０７３７５４８７）サムスン ヘヴィ インダストリーズ カンパニー リミテッド (20)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１３２１−１５ Ｓｅｏｃｈｏ−Ｄｏｎｇ， Ｓｅｏｃｈｏ−Ｋｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｋｏｒｅａ
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