| 【発明の名称】 |
描画ロボット |
| 【発明者】 |
【氏名】堀井 正信
【氏名】青木 優
【氏名】諏訪 斎
【氏名】高橋 一
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| 【要約】 |
【課題】従来は文字や図形は人が手で書いたり、ロボットではリモコンを利用したものがあったが、自動で文字や図形を描くことはできなかった。
【解決手段】走行器体に搭載した制御用ワンチップ・マイコンにプログラムを書き込んで、自動で文字や図形を描くことができ、基板上のスイッチの切り替えやマイコンチップを変えることにより、さらにいろいろな文字や図形を描くことができる。筆記具はクリップ方式で取り外しが容易にできる。自動描画と外部からマニュアル操作の両方に対応している。また、走行器体に吸引機構を取り付けることで、壁面に文字や図形を描画できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行器体と、筆記面に筆記可能な筆記具と、この筆記具を保持する保持機構と、この筆記具を描画面に対して移動させる筆記具移動機構と、走行器体を走行移動させる走行移動機構と、これら筆記具移動機構および走行移動機構を制御する制御装置とからなることを特徴とする描画ロボット。
【請求項２】 上記筆記具保持機構として筆記具を脱着可能なクリップが用いられ、かつ上記筆記具移動機構として位置制御可能な制御用モータが用いられていることを特徴とする請求項１記載の描画ロボット。
【請求項３】 上記走行移動機構として、車輪走行機構が用いられ、この車輪を位置制御可能な制御用モータを用いたことを特徴とする請求項１または２記載の描画ロボット。
【請求項４】 上記制御装置は、走行器体の自走を可能とするプログラム可能なワンチップ・マイコンからなるプログラム構造を持つことを特徴とする請求項１〜３記載の描画ロボット。
【請求項５】 上記制御装置は、リモートコントロールで制御可能な構造を持つことを特徴とする請求項１〜４記載の描画ロボット。
【請求項６】 上記走行器体の描画面での吸引走行移動を可能にする吸引機構を備えてなる特徴とする請求項１〜５記載の描画ロボット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば描画面に文字や図形を筆記したり、建物の壁面に描画する描画ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】文字や図形を描く場合、人が描いたり、ロボットをリモコンで操作して描かせていたが、自走ロボットを使って自動で描画することはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人が手で描いたり、直流モータを用いたリモコンロボットにより動作業を繰り返して行う場合、同じ作業の繰り返しによる誤描画やリモコンロボットで誤操作による正確な位置決めができないという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問題点を解決することを目的とするもので、請求項１の発明は、走行器体１と、描画面２０に筆記可能な筆記具８と、この筆記具８を保持する筆記具保持機構２と、この筆記具８を描画面２０に対して移動させる筆記具移動機構３と、走行器体１を走行移動させる走行移動機構４と、これら筆記具移動機構３および走行移動機構４を制御する制御装置５とからなる描画ロボットである。
【０００５】そして、請求項２の発明は、筆記具保持機構２として筆記具８を脱着可能なクリップ２ａが用いられ、かつ上記筆記具移動機構３として位置制御可能な制御用モータ３ａが用いられていることを特徴とする描画ロボットである。
【０００６】また、請求項３の発明は、走行移動機構４として、車輪走行機構６が用いられ、この走行用車輪６ａを位置制御可能な制御用モータ４ａを用いた描画ロボットである。
【０００７】請求項４の発明は、制御装置５として走行器体１の自走を可能とするプログラム可能なワンチップ・マイコン５ａからなるプログラム構造を持つ描画ロボットである。
【０００８】請求項５の発明は、上記制御装置５としてリモートコントロールで制御可能な構造を持つ描画ロボットである。
【０００９】請求項６の発明は、走行器体１の描画面２０での吸引走行移動を可能にする吸引機構７を備えた描画ロボットである。
【００１０】
【実施例】本発明の描画ロボットは、図１に示されるように、アルミニウム板で四角箱状に製作された走行器体１と、描画面２０に筆記可能なマジックペンなどの筆記具８と、この筆記具８を保持する筆記具保持機構２と、この筆記具８を描画面２０に対して移動させる筆記具移動機構３と、走行器体１を走行移動させる走行移動機構４と、これら筆記具移動機構３および走行移動機構４を制御する制御装置５で構成されている描画ロボットで、基板９にスタートスイッチ１０、制御用ワンチップ・マイコン５ａ、制御用モータドライバ５ｂ・５ｃ、リモコン用接続端子１１を取り付ける。走行器体１に筆記具移動機構３用スライドレール固定部３ｂとその固定部に装着されているスライドレール可動部３ｃを取り付け、そのスライドレール可動部３ｃに筆記具保持用クリップ２ａを取り付け、筆記具８を固定する。筆記具移動制御用モータであるパルスモータ３ａと、そのパルスモータ３ａの回転軸２１にスライドレール可動部３ｃを上下移動させる回転部品１８を取り付け、走行移動制御用モータであるパルスモータ４ａと、走行用車輪６ａを取り付ける。走行用車輪６ａには滑り止め用凹凸ゴム１２が貼り付けてある。走行器体１の内部にはＤＣ電源２２と、吸引装置７ａと吸着装置７ｂで構成されている吸引機構７が格納されている。
【００１１】次にこの実施例の作用を図２を用いて説明する。プログラムは、スイッチ入力と数値データを設定するメインプログラムと、パルスモータを制御するサブプログラムにより構成されている。メインプログラムの実行後、制御用ワンチップ・マイコン５ａの初期化を行う。Ｉ／Ｏピンは１３本利用し、８本を出力に５本を入力に設定する。
【００１２】つぎに、スタートスイッチ１０が押されたかどうか判断する。押された場合には、描画図形選択スイッチ１５の状態により、図形描画のための数値設定を行う。ロボットが現在位置から筆記具８を上昇させたままで描画位置まで移動し停止する。
【００１３】描画開始の準備として、スライドレール可動部３ｃの下降を制御するデータを設定し、筆記具上下移動用パルスモータドライバ５ｂに送る。筆記具上下移動用パルスモータ３ａの回転でスライドレール可動部３ｃが降下し、固定された筆記具８の先端が描画面２０である紙面２０ａ上に接触する。
【００１４】描画距離のデータを設定し、車輪走行用パルスモータドライバ５ｃに送る。そのデータに従って車輪走行用パルスモータ４ａが回転し、紙面２０ａ上に筆記具８の軌跡が描かれ、設定された移動距離だけ移動して停止する。
【００１５】スライドレール可動部３ｃを上昇させるデータを設定し、筆記具上下移動用パルスモータドライバ５ｂに送る。筆記具上下移動用パルスモータ３ａの回転でスライドレール可動部３ｃが上昇し、固定された筆記具８の先端が紙面２０ａ上から離れ初期状態に戻る。
【００１６】描画終了かどうかの判断を行い、継続の場合は上記動作を繰り返し描画を続ける。終了の場合は、スタート位置まで移動して描画が終了する。
【００１７】図３は、紙面２０ａ上にロボットが描画する状態を示している。プログラムされたデータ通りに移動と描画を繰り返す。
【００１８】制御用ワンチップ・マイコン５ａからのデータを筆記具上下用パルスモータドライバ５ｂと、車輪走行用パルスモータドラバ５ｃへデータを転送し、コネクタ１６を通して接続されているパルスモータ３ａ・４ａを制御する。走行器体１に取り付けた車輪走行用パルスモータ４ａの回転軸１７に走行用車輪６ａを直結し、その走行用車輪６ａの接地面に滑り止め用凹凸ゴム１２が貼ってあり、紙面２０ａ上を滑らずに車輪が回転する。
【００１９】制御装置５であるワンチップ・マイコン５ａはＣＰＵ、プログラムＲＯＭ、データＲＡＭおよびＩ／Ｏを基本要素とするマイクロコンピュータ・システムを構成していて、電気的に消去／再書き込み可能なＥＥＰＲＯＭでオシレータ回路、リセット回路、タイマ／カウンタなどを内蔵している。動作電圧範囲は２．０Ｖから６．０Ｖと広く、かつ消費電流が小さく小型機器への組み込みに適した構造になっている。
【００２０】本描画ロボットは内蔵オシレータ回路を用いず、外部に水晶振動子と２個のコンデンサからなるＨＳ（ハイ・スピード）タイプ１０ＭＨｚを使用した。
【００２１】プログラムの開発は、テキスト・エディタを使ってパソコン上で行い、アセンブラやＣ言語などでソースプログラムを作り、コンパイラを使ってコンパイルし、書き込み可能なファイルに変換する。
【００２２】ＲＯＭへの書き込みは、ロム・ライター装置とライタ・プログラムを使う。電気的な消去／再書き込みができるので開発に便利である。
【００２３】制御用パルスモータ３ａ・４ａは一つの電子回路（駆動回路）により運転される。信号回路の信号入力端子にパルスを与えると、パルスモータ３ａ・４ａは一定の角度（ステップ角）だけ回転する。したがってパルスを連続的に与えたときの速度はパルス周波数に比例する。起動および停止特性に優れていて、一定の周波数範囲において、パルスのない状態からその周波数のパルス列を入れたとき、起動して同期する。
【００２４】走行器体１に取り付けた制御用パルスモータ３ａ・４ａは４相ハイブリッド型モータでステップ角は１．８゜である。走行用車輪６ａの直径が５ｃｍであるので、１パルスで０．０７９ｃｍ、２００パルスで走行用車輪６ａが一回転して１５．７ｃｍ正確に移動する。
【００２５】制御用パルスモータ３ａ・４ａの動作の基本に時計方向回転、半時計方向回転、停止がある。特に停止の場合においてパルスが加えられていないときには、ロータが一定の位置を保持して静止し続けようとするので、筆記具８の静止保持と走行器体１の静止保持に適している。
【００２６】制御用パルスモータ駆動回路に専用のドライバ５ｂ・５ｃを用いて動作させている。このパルスモータドライバ５ｂ・５ｃは、ワンチップの中に入力回路、分配回路、増幅回路を有し、運転回路を構成している。
【００２７】励磁の始まりにおいて、巻線のインダクタンスにうち勝って電流を急速に立ち上がらせる。励磁の終わりに、巻線に流れる電流をできるだけ急速にたち下げると同時に、巻き線に発生する逆起電力を吸収する必要がある。簡単な方法として逆起電力吸収用ダイオードを制御用パルスモータ３ａ・４ａの各相に接続している。
【００２８】制御用パルスモータ３ａ・４ａの運転方式は、常に２つの相を励磁する方式（２相励磁方式）をとっている。２相励磁方式はトルクが強く、歩進に際して振動が少ないという特性を持っていて、描画ロボットのモータ制御に適している。
【００２９】筆記具を取り付けて上下移動させる筆記具移動機構３は、アルミニウム製のスライドレール固定部３ｂとスライドレール可動部３ｃで構成されていて、スライドレール可動部３ｃはボールベアリングでスムーズに可動する。スライドレール可動部３ｃの上下移動には筆記具移動用パルスモータ３ａで正確に位置を決めることができるので、描画の際に筆記具８を紙面２０ａ上に常に接触させておくことができる。
【００３０】筆記具移動用パルスモータ３ａは走行器体１に取り付け金具で固定され、そのパルスモータ３ａの回転軸２１にスライドレール可動部３ｃを上下させるアルミニウム製回転部品１８が取り付けられている。
【００３１】この回転部品１８に２本の溝を掘り、ゴムリング１９が埋め込まれていて、スライドレール可動部３ｃを押し突け、滑らないようにしている。筆記具移動用パルスモータ３ａにパルスが加えられていないときには、筆記具移動用パルスモータ３ａのロータが一定の位置を保持して静止し続けようとするので、筆記具８が常に紙面２０ａ上に接している状態を保つ。
【００３２】自走で図形を描画する場合、描画図形を切り替えるために描画図形選択スイッチ１５を取り付け、そのスイッチ１５の状態でどの図形を描画するかプログラムすることができる。
【００３３】外部制御で図形を描画する場合は、基板９に取り付けたリモコン接続端子１１に接続コードで外部と接続する。ポッケトコンピュータを接続すると、テスト描画が簡単にでき開発が容易になる。また、電源も外部から供給でき走行器体１自体も大きくでき、トルクの大きなモータを取り付けることも可能である。パソコンを接続して制御すれば、図形データを簡単に作れ作業が容易になる。
【００３４】図４は、壁面２０ｂ上にロボットが描画する状態を示している。壁面２０ｂに吸い付くために吸引装置７ａと吸着装置７ｂを走行器体１に取り付け、ＤＣ電源２２から電源を供給する。後輪は負荷の少ないキャスター２３を取り付ける。
【００３５】壁面２０ｂ描画の場合、落下の危険性があるので走行器体１を保持するワイヤ２４とワイヤを止める金具２５を取り付け、安全を期す必要がある。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば、筆記具移動機構および走行移動機構を制御する制御装置を用いて自動で文字や図形を描くことができる。
【００３７】また、請求項２の発明によれば、筆記具の脱着にクリップやネジ込みや貼り付けなどがあるが、クリップを用いれば筆記具を確実に固定することができ、簡単に脱着することができるとともに、筆記具の移動位置制御を高めることができ、これにより筆記具の描画面に対する筆圧を的確なものとすることができ、それだけ描画性を高めることができる。
【００３８】また、請求項３の発明によれば、車輪走行機構を用いれば走行器体の停止位置精度や走行器体の走行速度調整ができ、描画性を高めることができる。
【００３９】また、請求項４の発明によれば、プログラム可能なワンチップ・マイコンからなるプログラム構造により自走で描画することができ、ワンチップ・マイコンを取り替えることにより異なる文字や図形を描画でき、描画性を高めることができる。将来は自動看板書きにも応用でき、その発展性は計り知れないものがある。
【００４０】また、請求項５の発明によれば、リモートコントロールで制御可能な構造を持つので遠隔操作ができ、描画性を高めることができる。
【００４１】また、請求項６の発明によれば、吸引走行移動が可能な構造を備えているので、高所の壁面を移動しながら描画することができ、今まで人が描いていたような文字や図形までも描くことができ、その発展性は計り知れないものがある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０１０５９０７５
【氏名又は名称】堀井 正信
【識別番号】５０１４８９２１４
【氏名又は名称】青木 優
【識別番号】５０１４８８７１２
【氏名又は名称】諏訪 斎
【識別番号】５０１４８８５６１
【氏名又は名称】高橋 一
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月１９日（２００１．１２．１９） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１８２２８９（Ｐ２００３−１８２２８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３日（２００３．７．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３８５７４７（Ｐ２００１−３８５７４７） |
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