(57)【要約】【課題】軽天金具やアンカーボルト用金具などの天井裏金具が存在する天井裏環境での移動に適した天井裏移動ロボットの提供。【解決手段】車輪３の回転により移動する天井裏移動ロボット１であって、車輪３が、ハブ３０の周囲に放射状に配置された可撓性および復元性を有する複数のスポーク状板材３１により構成されたものである。天井裏に軽天金具やアンカーボルト用金具などの天井裏金具が存在する場合には、車輪３が回転する際に天井裏金具の天面にスポーク状板材３１が掛かり、車軸側を持ち上げる。これにより、天井裏移動ロボット１は、天井裏金具を乗り越えながら移動することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の回転により移動する天井裏移動ロボットであって、
前記車輪は、ハブの周囲に放射状に配置された可撓性および復元性を有する複数のスポーク状板材により構成されたものである天井裏移動ロボット。
【請求項２】
前記スポーク状板材は、前記車輪の回転軸中心からこのスポーク状板材の先端までの長さｒに対して、自重による先端の変形量が０．１ｒ以下、かつ前記車輪の回転軸に最大駆動トルクが作用したときの先端の変形量が０．３ｒ以上であることを特徴とする請求項１記載の天井裏移動ロボット。
【請求項３】
前記スポーク状板材は、スポーク状板材の回転軸中心から先端までの長さｒが、最大乗り上げ可能高さ／１．４以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の天井裏移動ロボット。
【請求項４】
前記スポーク状板材は、前記車輪の１つに対して３〜６枚であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の天井裏移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井裏を移動するのに適した天井裏移動ロボットに関し、特に、建築用鋼製天井下地材（軽天）が施された天井裏を移動するのに適した天井裏移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビルや店舗等の天井裏におけるネットワークケーブルや電気機器ケーブルなどの配線作業は、ほとんどの場合、天井を設置した後に作業員が点検口から天井裏に入り込み、人手により行っている。ところが、天井裏は狭隘な環境のため、作業性が極めて悪く、足を踏み外した場合には天井ボードを壊してしまうことがある。そのため、長尺の棒状の道具でケーブル端を掴み、点検口間で橋渡ししながら配線することもしばしば行われているが、点検口間の距離が長い場合、作業性が悪い。
【０００３】
一方、例えば特許文献１に記載のように、近年、地震等の災害発生時に瓦礫に閉じ込められた人の探索や人命救助のためのロボットや、他の軽作業を行うロボットの開発が進められており、このロボットの足回り部には不整地での移動を可能にするためにクローラが採用されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３９８５８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
天井裏移動ロボットにおいても、足回り部にクローラを採用することが、その小型かつ高い障害物の乗り越え能力から最も有効であると考えられるが、実際に適用を試みたところ、図７に示すようにクローラ１００のベルト１０１に形成されている凹凸部が軽天金具１０２やアンカーボルト用金具１０３などの天井裏金具に引っ掛かってしまい、ロボットが移動不可能となる事態が発生した。また、この状態から無理に移動させようとすると、天井裏金具を変形させてしまうことが判明した。
【０００６】
そこで、本発明においては、軽天金具やアンカーボルト用金具などの天井裏金具が存在する天井裏環境での移動に適した天井裏移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の天井裏移動ロボットは、車輪の回転により移動する天井裏移動ロボットであって、車輪は、ハブの周囲に放射状に配置された可撓性および復元性を有する複数のスポーク状板材により構成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の天井裏移動ロボットによれば、天井裏に軽天金具やアンカーボルト用金具などの天井裏金具が存在する場合には、車輪が回転する際に走行方向前方にはスポーク状板材が上から下へと連続的に下降してくるため、この天井裏金具の天面にスポーク状板材が掛かり、車軸側を持ち上げる。これにより、天井裏移動ロボットは、天井裏金具を乗り越えながら移動することができる。
【０００９】
一方、走行方向後方ではスポーク状板材が下から上へと上昇しているが、このスポーク状板材が天井裏金具の凹凸部に引っ掛かった場合には、このスポーク状板材はその可撓性により変形して脱離し、その復元性により元の状態へと戻る。これにより、天井裏移動ロボットは凹凸部にスタックすることなく移動を続けることができる。
【００１０】
ここで、スポーク状板材は、車輪の回転軸中心からこのスポーク状板材の先端までの長さｒに対して、自重による先端の変形量が０．１ｒ以下、かつ車輪の回転軸に最大駆動トルクが作用したときの先端の変形量が０．３ｒ以上であることが望ましい。これにより、天井裏金具の乗り越え能力および凹凸部への非スタック能力に優れた天井裏移動ロボットが得られる。
【００１１】
また、スポーク状板材は、スポーク状板材の回転軸中心から先端までの長さｒが、最大乗り上げ可能高さ／１．４以上であることが望ましい。これにより、天井裏金具天面とスポーク状板材の先端との間に、乗り上げのために十分な静止摩擦力を確保することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るスポーク状板材は、車輪の１つに対して３〜６枚、より好ましくは４または５枚であることが望ましい。車輪の１つに対してスポーク状板材が３〜６枚の場合、天井裏金具を乗り越えたり、凹凸部から脱離したりする際に他のスポーク状板材が邪魔になるのを防止することができ、効率良く移動を続けることが可能となる。特に、車輪の１つに対してスポーク状板材が４または５枚の場合、天井裏金具の乗り越え能力と凹凸部からの離脱能力と滑らかな移動との全ての面においてバランスが良く、最適である。
【００１３】
なお、車輪の１つに対して２枚以下の場合には、平地においても車軸の上下の移動が大きすぎ、天井裏金具の天面に掛かりにくくなる。また、３枚の場合には天井裏金具の乗り越え能力は高いが、上下の移動が大きいので滑らかな移動ができなくなる。一方、７枚以上の場合には、乗り越える天井裏金具が高い場合に、天井裏金具の天面よりも先に側面に掛かってしまうようになり、乗り越えにくくなる。６枚の場合には、より滑らかな移動が可能であるが、天井裏金具の乗り越え能力が劣ってしまう。
【発明の効果】
【００１４】
（１）ハブの周囲に放射状に配置された可撓性および復元性を有する複数のスポーク状板材により構成された車輪により、天井裏金具の天面にスポーク状板材を掛けて乗り越えながら移動することができるとともに、スポーク状板材の可撓性および復元性により凹凸部にスタックすることなく移動を続けることができる天井裏環境での移動に適した天井裏移動ロボットが得られる。
【００１５】
（２）スポーク状板材が、車輪の回転軸中心からこのスポーク状板材の先端までの長さｒに対して、自重による先端の変形量が０．１ｒ以下、かつ車輪の回転軸に最大駆動トルクが作用したときの先端の変形量が０．３ｒ以上であることにより、天井裏金具の乗り越え能力および凹凸部への非スタック能力に優れた天井裏移動ロボットが得られる。
【００１６】
（３）スポーク状板材が、スポーク状板材の回転軸中心から先端までの長さｒが、最大乗り上げ可能高さ／１．４以上であることにより、天井裏金具天面とスポーク状板材の先端との間に、乗り上げのために十分な静止摩擦力を確保することが可能となり、乗り越え能力に優れた天井裏移動ロボットが得られる。
【００１７】
（４）車輪の１つに対して３〜６枚である場合、天井裏金具を乗り越えたり、凹凸部から脱離したりする際に他のスポーク状板材が邪魔になるのを防止することができ、効率良く移動を続けることができる天井裏環境での移動に最適な天井裏移動ロボットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の実施の形態における天井裏移動ロボットの斜視図である。図１において、本発明の実施の形態における天井裏移動ロボット１は、車体２の４隅にそれぞれ１つずつ車輪３を備えたものである。車体２の前後の車輪３には、それぞれホイール４が固定されている。車体２の左右の車輪３は、前後の車輪３がそれぞれ歯付きベルトやチェーンなどの同期伝動可能な伝動機構５によって連動するようになっている。モータ６は、左右のホイール４の１つずつをそれぞれ別々に駆動するように左右に１個ずつ設けられている。
【００１９】
また、車体２には、天井裏に配線するネットワークケーブルや電気機器ケーブルなどのケーブルを仮止めするためのフック７を備えている。また、図示しないが、車体２には、モータ６の回転をそれぞれ遠隔制御するための制御装置や、モータ６および制御装置を動作させるための電源などが搭載されている。
【００２０】
車輪３は、それぞれハブ３０の周囲に５枚のスポーク状板材３１が等間隔に配置されたものである。それぞれのスポーク状板材３１は、扁平な矩形平板であり、ハブ３０の回転軸（車軸）を中心として放射状に配置されている。また、本実施形態においては、スポーク状板材３１の主面（最も広い面）３１ａが車輪３の回転方向に対して垂直となるように配置されているが、走行安定性を向上させるために若干の内向角を付けて配置することも可能である。
【００２１】
スポーク状板材３１は可撓性および復元性を有するように構成されたものである。例えば、板材自体を柔軟な樹脂により形成したり、ばね等の弾性部材により可撓部を形成したりすることができる。なお、本実施形態における天井裏移動ロボット１は、走行環境条件として、障害物高さ（乗り越えるべき高さ）ｈ＜６０ｍｍ、繋引力＜１．０ｋｇ程度、吊りボルト最小間隔（通過すべき最小幅）Ｗ＞６００、配管などによる上部最小高さ（通過すべき上部隙間）Ｈ＞５００ｍｍを想定している。
【００２２】
この走行環境条件において、スポーク状板材３１の大きさは、車軸方向の幅（以下、「スポーク幅」と称す。）ｗ＝３０ｍｍ、車軸中心からスポーク状板材３１の先端までの半径方向の長さ（以下、「スポーク長さ」と称す。）ｒ＝９０ｍｍである。また、天井裏移動ロボット１の全長ＬRは４５０ｍｍ、全幅ＷRは３５０ｍｍ、全高ＨRは１８０ｍｍである。
【００２３】
図２は図１の天井裏移動ロボット１を用いた天井裏空間での配線作業の様子を示す説明図である。図２に示す例では、上記構成の天井裏移動ロボット１は、天井に設けられた点検口Ａから点検口ＢまでパイロットケーブルＣを橋渡すために利用される。この天井裏空間には、軽天により形成された天井梁Ｄ、天井梁Ｄの吊りボルトＥや、照明器具等の障害物Ｆが存在する。
【００２４】
作業員は、天井裏移動ロボット１のフック７にパイロットケーブルＣを取り付け、この天井裏移動ロボット１を点検口Ａから天井裏空間内に入れ、遠隔制御することにより吊りボルトＥや障害物Ｆなどを避けながら点検口Ｂまで走行させる。このとき、２つのモータ６を個別に速度制御することで、車体２の前後移動と向き変えを行う。この天井裏移動ロボット１の走行経路の途中には天井梁Ｄが存在するが、天井裏移動ロボット１は、この天井梁Ｄについては乗り越えながら移動する。
【００２５】
図３は天井裏移動ロボット１の車輪３が天井梁Ｄを乗り越える様子を示す説明図である。図３の左側に示すように、天井裏移動ロボット１の車輪３のスポーク状板材３１は、回転中に走行方向前方の天井梁Ｄの天面に接触すると弾性変形して、その先端部分を天井梁Ｄの天面に掛け、この先端部分を支点としてハブ３０すなわち車軸側を持ち上げる。このまま車輪３が回転すると、車輪３はこのスポーク状板材３１の先端部分を支点として天井梁Ｄを乗り越えるので、天井裏移動ロボット１は走行を続けることができる。
【００２６】
一方、図３の右側に示すように、車輪３のスポーク状板材３１の移動経路上に吊りボルトＥのアンカー金具Ｇなどが存在した場合、スポーク状板材３１はアンカー金具Ｇに接触すると弾性変形して、脱離する。したがって、天井裏移動ロボット１はアンカー金具Ｇの凹凸部にスタックすることなく走行を続けることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、車輪３の１つに対して５枚のスポーク状板材３１を設けているが、４枚とすることも可能である。なお、車輪３の１つに対して３枚とすることも可能である。この場合、天井裏金具の乗り越え能力は高くなるが、平地においても車軸の上下の移動が大きくなるので、滑らかな移動ができなくなる。一方、６枚とすることも可能である。この場合、上下の移動が小さくなるのでより滑らかな移動が可能となるが、乗り越える天井裏金具が高い場合に、天井裏金具の天面よりも先に側面に掛かってしまうようになり、乗り越えにくくなる。
【実施例】
【００２８】
まず、スポーク状板材の枚数と乗り越え能力について検証した。図４はスポーク状板材の枚数を１〜５枚とした場合の乗り上げ能力を比較した例を示している。なお、スポーク状板材の表面にはゴムシートなどの適切な表面材料を選択することにより、このスポーク状板材と地面（天井裏面）および天井裏金具天面の段差表面には十分な摩擦があるとする。図４（ａ）に示すように、スポーク状板材が１枚の場合、ｈ（最高乗り上げ高さ）は約０．４５ｄ（ｄ：車輪半径×２）であった。また、同図（ｂ）に示すように、スポーク状板材が２枚の場合、ｈ≒０．９ｄ（ｄ：車輪直径）であった。同様に、同図（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、スポーク状板材がそれぞれ３枚、４枚、５枚の場合、ｈ≒０．７ｄ、０．６ｄ、０．５５ｄであった。
【００２９】
この結果、スポーク状板材は２枚の場合が最も乗り上げ高さが高く、枚数が多くなるにつれて乗り上げ可能高さは低くなることが分かった。しかし、枚数が少なくなると、車軸の上下の移動量が大きくなり、滑らかな移動ができなくなるので、実用上は４〜５枚が最適である。スポーク状板材が４〜５枚の場合、スポーク状板材の回転軸中心から先端までの長さｒは最大乗り上げ可能高さ／１．４以上となる。
【００３０】
また、従来の他の種の車輪との乗り上げ能力を比較した結果、通常の車輪の場合は０．３ｄ〜０．２ｄ、クローラの場合は０．５ｄ〜０．３ｄであったが、図４の本実施例では３枚〜５枚において０．７ｄ〜０．５５ｄであり、本実施例におけるスポーク状板材の車輪の乗り上げ能力が最も優れていることが確認できた。
【００３１】
次に、スポーク状板材の弾性特性と非スタック能力について検証した。図５は障害物の乗り越え時の車輪の様子を示している。図５に示すように、乗り越え時は天井裏移動ロボットの自重を支えるために、自重に相当する力Ｆ１に対してわずかな変形量となるように弾性特性を設定した。この結果、車輪の回転軸中心からこのスポーク状板材の先端までの長さｒに対して、自重による先端の変形量が０．１ｒ以下の場合に障害物の乗り越えがスムーズに実現できた。
【００３２】
図６は障害物にスタックする例とスタック状態を回避する例を示している。図６に示すように、車輪のスポーク状板材３１が障害物５０，５１に引っ掛かり、スタックするような状況においては、スポーク状板材３１が弾性変形してスタック状態を回避するように、車軸に十分な駆動トルクを作用させる。このとき、スポーク状板材３１の先端の変形量が０．３ｒ以上の場合に障害物５０，５１の回避がスムーズに実現できた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の天井裏移動ロボットは、ビルや店舗等の天井裏を移動させて配線作業を行うための装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における天井裏移動ロボットの斜視図である。
【図２】図１の天井裏移動ロボットを用いた天井裏空間での配線作業の様子を示す説明図である。
【図３】天井裏移動ロボットの車輪が天井梁を乗り越える様子を示す説明図である。
【図４】スポーク状板材の枚数を１〜５枚とした場合の乗り上げ能力を比較した例を示す図である。
【図５】障害物の乗り越え時の車輪の様子を示す図である。
【図６】障害物にスタックする例とスタック状態を回避する例を示す図である。
【図７】従来のクローラ型移動ロボットを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  天井裏移動ロボット
２  車体
３  車輪
３０  ハブ
３１  スポーク状板材
４  ホイール
５  伝動機構
６  モータ
７  フック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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