(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属で構成された対象面を移動する移動ロボットであって、
間隔をおいて配置される２以上の筐体部と、
前記各筐体部に回転自在に支持される少なくとも１つの出力シャフトと、
前記各筐体部の両側に配置され、前記各出力シャフトによって回転駆動される車輪部と、
前記出力シャフトを回転駆動する少なくとも１つの駆動部と、
前記隣接する前記筐体部同士を連結し、少なくとも一部が弾性変形可能な連結部と、を備え、
前記各車輪部は、
前記出力シャフトに連結される基部と、
前記基部から放射状に突出する複数の棒状部材と
前記各棒状部材の先端に取り付けられた磁石と、
を備え、
前記磁石は、前記棒状部材の先端部において、当該棒状部材の軸周りに回転可能に取り付けられている、移動ロボット。
【請求項２】
前記連結部は、棒状に形成された一対の連結部材と、当該一対の連結部材を連結するバネ部材とで構成されている、請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記各車輪部に対して前記駆動部がそれぞれ設けられており、一の前記駆動部によって一の前記車輪部が独立して回転駆動するように構成されている、請求項１または２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記駆動部との間で信号の受送信を行う通信部をさらに備え、
前記通信部には、前記駆動部を駆動する信号を外部からの無線で受信する機能を有する、請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボット。
【請求項５】
少なくとも１つの前記筐体部は、前記車輪部の操舵を行うステアリング機構を備えている、請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より行われている一般的な橋梁の点検作業は、橋梁の下方に作業用足場を設置した上で行われていた。すなわち、橋梁の下方に作業用足場を敷き詰め、作業員が行き来できる環境を構築した上で、その足場から作業者が橋梁の下部を点検する。また、橋梁の下方が道路の場合には、その道路に高所作業車を設置して橋梁の下部の点検を行う。その他、クレーン式点検車を用いて点検作業が行われる場合もある。【０００３】
しかしながら、このような作業では、作業用足場の設置、特殊車両の設置などの準備に時間を要するほか、作業者の負担が大きいという問題がある。これを解決するため、例えば、非特許文献１には、橋梁点検ロボットが提案されている。このロボットは、橋梁の主桁下側のフランジを両側から挟み込んで走行しながら、搭載されたカメラで橋梁の点検を行うように構成されている。【０００４】
また、非特許文献２には、無限軌道と永久磁石とを搭載したロボットが開示されており、永久磁石によって橋梁鋼板版にロボットを吸着させつつ、無限軌道によって橋梁鋼板版に沿って移動するように構成されている。そして、搭載されたカメラで橋梁の点検を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「橋梁点検ロボットの開発 〜維持管理業務の合理化に向けて〜」川田技報vol.22/JAN.,2003, 技術紹介
【非特許文献２】iXs Research Corp.、"橋梁鋼床版超音波探傷ロボット"、[online]、［平成２４年１１月２２日検索日］  インターネット＜http://www.ixs.co.jp/products/robot/saut-robot-j.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載のロボットは、フランジを挟んで走行するため、フランジが設けられていない橋梁では使用することができなかった。また、非特許文献２に記載のロボットは、無限軌道を使用しているものの、底面に配置された永久磁石で橋梁鋼板版に吸着しているため、水平面上しか移動することができない。したがって、段差が設けられた橋梁鋼板では、使用することができず、非特許文献１に記載のロボット同様に、現実の橋梁点検には用いることが難しかった【０００７】
このように、現在提案されている点検ロボットには、実用化に問題があり、橋梁の形状によっては使用することができないため、改良が要望されていた。また、このような問題は橋梁の検査のほか、金属で構成された対象面を移動するようなロボット全般に起こりうる問題である。【０００８】
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、金属で構成された対象面の形状にかかわらず、この対象面に沿って確実に移動することが可能な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】
【０００９】
本発明に係る移動ロボットは、間隔をおいて配置される２以上の筐体部と、前記各筐体部に回転自在に支持される出力シャフトと、前記各筐体部の両側に配置され、前記各出力シャフトによって回転駆動される車輪部と、前記出力シャフトを回転駆動する少なくとも１つの駆動部と、前記隣接する前記筐体部同士を連結し、少なくとも一部が弾性変形可能な連結部と、を備え、前記車輪部は、前記回転軸に連結される基部と、前記基部から放射状に突出する複数の棒状部材と、前記各棒状部材の先端に取り付けられた磁石と、を備えている。【００１０】
この構成によれば、各車輪部が、放射状に取り付けられた複数の棒状部材とその先端部に取り付けられた磁石とで構成されている。これにより、金属で構成された対象面に磁石によって移動ロボットを吸着させることができる。そして、車輪部の回転に伴って、いずれかの磁石が常に対象面に吸着しているため、移動ロボットが移動しても対象面から離脱するのを防止することができる。さらに、棒状部材は放射状に配置されているため、例えば、対象面に段差が設けられている場合でも、この段差が隣接する棒状部材の間に入り込むため、段差を乗り越えることが可能となる。したがって、対象面が平坦ではなく複雑な凹凸形状を有していても、磁石により吸着した状態で移動することができ、対象面上を確実に移動することができる。そのため、この移動ロボットにカメラ、センサーなどを搭載すれば、作業員が直接検査できないような対象面であっても、移動ロボットによる検査が可能となる。【００１１】
また、隣接する筐体部が弾性変形可能な連結部で連結されているため、各筐体部は、隣接する筐体の動作に拘束されることなく、隣接する筐体部の運動動作タイミングのずれを連結部が吸収でき、スムーズな動作が可能となる。例えば、車輪部は、いずれかの磁石が対象面に吸着した状態で回転するので、移動ロボットが前進する場合、各筐体部は小刻みに前進運動と停止を繰り返しながら前進する。このとき、隣接する前後の筐体部がともに前進していれば、移動ロボットは全体として前進するが、例えば、前側の筐体部が停止しているときに、後側の筐体部が前進しようとしても、移動ロボットは前進できない。【００１２】
これに対して、本発明では、隣接する筐体部を弾性変形可能な連結部で連結しているため、前側の筐体部が停止し、後側の筐体部が前進する場合、後側の筐体部の前進力が連結部の弾性変形によって蓄えられながら、この筐体部だけが少し前進することができる。そして、このように蓄えられた前進力は、前側の筐体が前進するときに開放され、前側の筐体部を押圧するので、速やかに前進することができる。したがって、本発明の移動ロボットにおいては、連結部によって、隣接する筐体部間の動作のずれを吸収し、スムーズな移動を行うことができる。【００１３】
上記移動ロボットにおいて、前記磁石は、前記棒状部材の先端部において、当該棒状部材の軸周りに回転可能に取り付けることができる。【００１４】
このように構成すると、例えば、移動ロボットが旋回する場合には、磁石が対象面に吸着した状態でも、棒状部材は旋回方向に回転することができる。したがって、旋回動作をスムーズに行うことができる。【００１５】
上記連結部は、種々の構成にすることができるが、例えば、棒状に形成された一対の棒状の連結部材と、当該一対の連結部材を連結するバネ部材とで構成することができる。これにより、上述したような隣接する筐体部間の動作の相違を確実に吸収することができ、スムーズな移動が可能となる。このほか、例えば、軸方向に変形可能な弾性材料で形成された棒状の部材で、連結部を構成することもできる。【００１６】
上記移動ロボットにおいては、前記各車輪部に対して前記駆動部をそれぞれ設けることができ、一の前記駆動部によって一の前記車輪部が独立して回転駆動するように構成することができる。【００１７】
この構成によれば、各車輪部が独立して回転駆動するため、移動ロボット全体として、高い駆動力を得られるほか、左右の車輪部の回転を変化させることができるため、旋回などの複雑な操作を容易に行うことができる。【００１８】
上記移動ロボットにおいては、前記駆動部との間で信号の受送信を行う通信部をさらに設け、前記通信部を、前記駆動部を駆動する信号を外部からの無線で受信する機能を有するように構成することができる。【００１９】
このようにすると、移動ロボットを離れた位置から遠隔操作することができ、例えば、橋梁などの検査を容易に行うことができる。このほか、遠隔操作を行うのではなく、所定のルートを経るように自動的に移動するように構成することもできる。【００２０】
また、上記移動ロボットにおいては、少なくとも１つの筐体部に、前記車輪部の操舵を行うステアリング機構を設けることができる。筐体部の旋回は、左右の車輪部の回転数を異ならせることで可能ではあるが、ステアリング機構により車輪部を操舵させることで、旋回半径をより小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る移動ロボットによれば、金属で構成された対象面の形状にかかわらず、この対象面に沿って確実に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動ロボットの平面図（ａ）及び車輪部の拡大図（ｂ）である。
【図２】図１の移動ロボットの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の移動ロボットに用いられるモータドライバの構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１の移動ロボットに用いられる不思議歯車機構の概略構成を示す図である。
【図５】磁石の磁力を検討するモデル図である。
【図６】図５のモデルにおける磁石の磁力と鋼材との距離との関係を示すグラフである。
【図７】傾斜した磁石の磁力を検討するモデル図である。
【図８】図７のモデルにおける磁石の磁力と鋼材との距離との関係を示すグラフである。
【図９】垂直面を登る移動ロボットのモデル図である。
【図１０】ステアリング機構を設けた移動ロボットの斜視図である。
【図１１】ステアリング機構を設けた移動ロボットの斜視図である。
【図１２】ステアリング機構を設けた移動ロボットの斜視図である。
【図１３】ステアリング機構を設けた移動ロボットの斜視図である。
【図１４】実施例に係る移動ロボットを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態に係る移動ロボットは、橋梁などの鋼材（金属）で構成された建造物の検査を行うためのものである。詳細は後述するが、車輪部に設けられた磁石により、移動ロボットを鋼材に吸着させ、この状態を維持しつつ移動して橋梁の検査を行う。まず、概略を説明すると、図１に示すように、この移動ロボットは、前側筐体部１と後側筐体部２とが連結部３によって連結されることで構成されている。各筐体部１，２には左右に配置された２つの車輪部４１〜４４がそれぞれ設けられており、合計４つの車輪部４１〜４４の回転で移動するように構成されている。これらの車輪部４１〜４４の駆動は、独立した４つのＤＣモータ５１〜５４によってそれぞれ行われ、各モータ５１〜５４への駆動信号は、後側筐体部２に取り付けられたメインコントローラ６から送信される。また、メインコントローラ６には、後側筐体部２に設けられた受信機７から操作信号が送信される。そして、この受信機７に対しては、ロボット外部の送信機（図示省略）から操作のための無線信号が送信される。また、前側筐体部１には、電池ボックス８が設けられており、これが各ＤＣモータ５１〜５４の電源となる。以下、この移動ロボットについて、さらに詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、両筐体部が並ぶ方向を前後方向、それと垂直な方向を幅方向または左右方向と称することがある。
【００２４】
＜１．移動ロボットの電気的構成＞
はじめに、この移動ロボットの電気的な構成について、図２を参照しつつ説明する。図２は、この移動ロボットの電気的な構成を示すブロック図である。各車輪部４１〜４４を駆動するＤＣモータ５１〜５４には、モータドライバ５１１〜５４１が電気的に接続されている。モータドライバ５１１〜５４１の構成は、特には限定されず、種々のものを挙げることができるが、例えば、図３に示すように、４個のＦＥＴと２個のＮＰＮトランジスタを用いた速度可変型Ｈブリッジ回路を採用することができる。また、前側筐体部１には電池ボックス８が設けられており、各ＤＣモータ５１〜５４には、モータドライバ５１１〜５４１を介して電池ボックス８から電流が供給されている。各モータドライバ５１１〜５４１は、メインコントローラ６（例えば、マイコン）と電気的に接続されており、メインコントローラ６から各ＤＣモータ５１〜５４を駆動するための駆動信号が送信される。そして、このメインコントローラ６には、上述したように、受信機７が接続されており、外部から無線信号を受けた受信機７は、メインコントローラ６に対して、操作用の信号を送信する。なお、各デバイス間の制御信号の伝達は、一方向だけでなく、双方向の通信が行えるようにすることができる。
【００２５】
＜２．移動ロボットの機械的構成＞
次に、この移動ロボットの機械的構成について説明する。なお、以下の説明では、具体的な信号の受送信を行うケーブルについては記載を省略しているが、これについては、図２の通り接続されていればよいため、説明を省略する。まず、前側筐体部１から説明する。前側筐体部１は、幅方向に延びる板状の基台１１を備え、この基台１１の中央に上述した電池ボックス８が取り付けられている。そして、この電池ボックス８の両側には、上述したＤＣモータ５１，５２とギヤボックス６１、６２がそれぞれ配置されている。以下では、説明の便宜のため、電池ボックス８の右側に配置されたＤＣモータ５１及びギヤボックス６１を、第１モータ、第１ギヤボックスと称し、電池ボックス８の左側のものを第２モータ５２、第２ギヤボックス６２と称する。また、各モータ５１，５２に取り付けられたモータドライバを、それぞれ第１及び第２モータドライバ５１１，５２１と称する。
【００２６】
第１モータ５１は、基台１１の右側に配置されており、第１モータ５１のドライブシャフト（図示しない）が基台１１の右端部に向けて突出している。また、第１モータ５１の近傍には第１モータドライバ５１１が接続されており、電池ボックス８は、この第１モータドライバ５１１を介して第１モータ５１に電気的に接続されている。また、第１モータ５１のドライブシャフトは、第１ギヤボックス６１に連結されている。第１ギヤボックス６１は、基台１１の右側の端部に配置されており、出力シャフト６１１を備えている。そして、第１モータ５１のドライブシャフトの回転が減速されて、出力シャフト６１１から出力される。第１ギヤボックス６１は種々の構成が可能であり、通常の歯車のほか、遊星歯車機構、不思議歯車機構を用いたり、これらを適宜組み合わせることもできる。
【００２７】
ここで、一例を挙げると、図４に示すような不思議歯車と通常の歯車を組み合わせたギヤボックスを用いることができる。同図に示すように、不思議歯車機構は、サンギヤ、プラネタリギヤ、プラネタリキャリア、固定ギヤ、及びアウターギヤを備えた遊星歯車機構を変形したものであり、遊星歯車機構のプラネタリギヤにおいて、固定ギヤと噛み合う歯数が、アウターギヤと噛み合う歯数と等しいものである。この不思議歯車の減速比は、以下の式によって求められる。なお、ＺSをはサンギヤの歯数、ＺFをは固定ギヤの歯数、ＺOはアウターギヤの歯数である。
【００２８】
【数１】
0005846516.tif 000002
【００２９】
例えば、サンギヤの歯数ＺSを８，固定ギヤの歯数ＺFを５０，アウターギヤの歯数ＺO
を４８とすると減速比Ｒgearは−１７４と算出され、逆回転方向に大幅に減速して回転する。モータトルクは，この減速機構によって（１７４×伝達効率η）倍に増大する。伝達効率ηは，クドリャフツェフの式において，個々の歯車間の伝達効率を一律ηgとすると，以下の式のように得られる。
【００３０】
【数２】
0005846516.tif 000003
【００３１】
例えば、ηg=９０％のときは，η=４２．３％と算出され，ηg＝８５％のときは、η=２１．６％と算出される。
【００３２】
また、減速比をさらに向上するため、第１ギヤボックス６１には、不思議歯車の出力軸に小歯車を取り付け、この小歯車に大歯車を噛み合わせるとともに、この大歯車に出力シャフト６１１を取り付け、基台１１の右端部から突出させた。一例として、小歯車の歯数を１６，大歯車の歯数を７２とすると、減速比は４．５となる。これにより、第１ギヤボックス６１の減速比は７７４（＝１７２＊４．５）となる。また、出力シャフト６１１の先端には、後述する車輪部４１が取り付けられている。
【００３３】
一方、第２モータ５２及び第２ギヤボックス６２も同様に構成されており、第２モータ５２には、これに取り付けられた第２モータドライバ５２１を介して電池ボックス８から電流が供給される。第２モータ５２及び第２ギヤボックス６２は基台１１の左側に配置され、第２ギヤボックス６２の出力シャフト６２１は、基台１１の左端部から突出し、その先端に車輪部４２が取り付けられている。
【００３４】
次に、車輪部４１〜４４について説明する。４つの車輪部はすべて同じ構成であるので、第１出力シャフト６１１に取り付けられている車輪部４１について説明する。車輪部４１は、出力シャフト６１１に連結された円筒状の基部４１１と、この基部４１１から放射状に突出する８本の棒状部材４１２と、を備えている。すなわち、棒状部材４１２は、基部４１１の外周面から４５度おきに設けられており、各棒状部材４１２の先端には、磁石４１３が取り付けられている。但し、棒状部材４１２の数は適宜変更可能であり、例えば、８〜１０本（隣接する棒状部材４１２間の角度が４５〜３６°）とすることができる。これは、８本より少ないと、後述するように、車輪部４１の回転位置によっては、４つの車輪部４１〜４４のいずれにおいても磁石４１３が検査対象面に吸着していない場合が起こり得るからであり、１０本より多いと、棒状部材４１２間の隙間が狭くなりすぎて、この隙間に段差が入り込まない可能性があることによる。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、磁石４１３は、内部空間を有する円筒状に形成されており、この内部空間に挿入されたネジ（図示省略）が、棒状部材４１２の先端にネジ止めされている。これにより、磁石４１３は、棒状部材４１２の軸周りに回転可能となっている。ここで用いられる磁石４１３は、永久磁石により構成される。その種類は特には限定されないが、例えば、ネオジム磁石を用いることができる。また、磁石４１３の表面には、必要に応じてゴム接着剤を塗布することができる。これは、磁石４１３と鋼材との間の滑りを抑制するためのものである。磁石４１３の鋼材（金属面）への吸着強度としては、例えば、１つの磁石４１３で支持できる物体の重量が大きいほど好ましい。例えば、ここで用いられる磁石４１３に要求される性能として、１つの磁石４１３が支持可能な重量が、移動ロボットの重量の１倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがさらに好ましく、３倍以上であることが特に好ましい。但し、これは、移動ロボットが対象面にぶら下がった状態で移動するような過酷な条件での使用を想定したものであり、水平な平坦面の上を移動する場合には、移動ロボットの重量よりも小さくても構わない。
【００３６】
また、車輪部４１は回転をするため、磁石４１３は車輪部４１の回転に伴って、検査対象面への吸着と離脱を繰り返す。したがって、磁石４１３の吸着が強すぎると、離脱できないという問題が生じるため、この点について検討する。
【００３７】
例えば、図５に示すように、直径８ｍｍ，厚さ５ｍｍで表面磁束密度が０．４５Ｔのネオジム磁石からなる磁石について検討すると、これが鋼材に吸着した場合、１５Ｎ以上の力を加えなければ引き離すことができない。そこで、磁石と鋼材との間に距離Ｌを設けると、図６に示すように、その距離Ｌに応じて磁力は低下する。なお、図６はネオマグ(株)の磁石空隔磁束密度・吸着力計算ツールを用いて得た結果をプロットしたものである。磁石との間の距離が０．４ｍｍのとき，磁力は１４．７Ｎとして得られる。なお、ここでは、磁石・鋼材間距離が著しく近い場合，理論的に解析困難になるため、０．０ｍｍ＜Ｌ＜０．４ｍｍの領域は、０．４ｍｍと同じ１４．７Ｎと仮定しモデル化する。そして、磁石と鋼材が面と面で接触している状態から、車輪部が少し回転（角度α）すると、図７のように磁石と鉄材間の距離が場所によって異なる。例えば、Ｌ＝ｃの場合、磁力Ｆｍは以下の式のように積分して得ることができる。ｃ＝０．４ｍｍの場合の数値計算した結果を図８に示す。
【００３８】
【数３】
0005846516.tif 000004
【００３９】
ここで、ｒは磁石の半径である。α＝２２．５°のとき、Ｆｍ約１．２Ｎである。したがって、α＝０のときと比較して８％にまで低下しており、鋼材から磁石４１３を引き離す力は小さい。そのため、車輪部４１の基部４１１に作用させるトルクを調整し、磁石４１３の下面全体が鋼材に接触しているときに、これを鋼材から離間させる力を付与できれば、その後は、車輪部４１の回転により磁石４１３が鋼材から傾斜するため、磁力が低下していく。
【００４０】
この点について、さらに、鋼材から磁石４１３が離間する場合について検討すると、以下の通りである。例えば、図９に示すように、移動ロボットが垂直面を上方に移動する場合について検討する。この例では、移動ロボットに作用する力として、ロボットの重量Ｆｇ、磁石の吸着力Ｆｍ、前側筐体部１の車輪部４１からの反作用力Ｆｒが存在する。後側筐体部２の車輪部４３はポイントＡを中心に回転運動をしようとするため、以下の式の負荷トルクＴLに打ち勝つトルクをモータに発生させる必要がある。
【００４１】
【数４】
0005846516.tif 000005
【００４２】
例えば、ロボットの重量Ｆｇが４５０ｇ、各棒状部材４１２の長さを６２ｍｍとすると、図９の状態のときは、Ｌｈ＝５７ｍｍ（＝６２ｃｏｓ（２２．５））になっている。Ｆｇは４５０ｇの４分の１を支える力なので約１．１Ｎであ、Ｆｍは図９でα＝２２．５°のときを読み取って約１．２Ｎと判る。両筐体部の車輪部が同調している場合は、Ｆｒ＝０である．そのとき、上記式を用いて、負荷トルクＴLは０．１２０Ｎｍとして算出され
る。したがって、このような負荷トルクに打ち勝つように、各モータから出力シャフトに伝達されるトルクを計算すればよい。なお、両筐体部１，２の車輪部が同調しない場合には、Ｆｒは、最大で、後側筐体部２の重量になるので、これを勘案して、各モータの出力（トルク）を設定することもできる。こうして、移動ロボットは鋼材に吸着した状態で移動できる。
【００４３】
上記の検討は、垂直な鋼材上を走行する場合であったが、移動ロボットが水平面の上を走行する場合には、以下の式の負荷トルクＴLに打ち勝つトルクをモータに発生させる必
要がある。
【数５】
0005846516.tif 000006
【００４４】
一方、水平面の下側にぶら下がりながら、走行する場合には、以下の式の負荷トルクＴLに打ち勝つトルクをモータに発生させる必要がある。
【数６】
0005846516.tif 000007
【００４５】
いずれの場合も、垂直面を走行する場合と比べると、負荷トルクＴLは小さくなる。したがって、垂直面での走行を勘案し、その負荷トルクに打ち勝つように、各モータから出力シャフトに伝達されるトルクを計算すれば、水平面移動の走行性能も問題が生じることはない。
【００４６】
以上、前側筐体部１について説明したが、後側筐体部２についてもほぼ同様の構成である。すなわち、基台、ＤＣモータ、モータドライバ、ギヤボックス、及び車輪部については同じ構成である。但し、後側筐体部２には電池ボックス８が設けられておらず、前側筐体部１の電池ボックス８から電気ケーブル（図示しない）によって後側筐体部２のモータ５３，５４へ電流が供給される。また、図１に示すように、前側筐体部１で電池ボックス８が設けられている位置と対応する位置（後側筐体部の中央部）には、メインコントローラ６が設けられ、また、左側のモータドライバ５４１に近接して受信機７が設けられている。
【００４７】
また、前側筐体部１と後側筐体部２とは連結部３で連結されている。この連結部３は、棒状に形成された一対の連結部材３１と、これら連結部材３１の間に挟まれるバネ部材３２とで構成されている。バネ部材３２は、連結部材３１の軸方向に収縮、伸長が可能であり、さらに幅方向への曲げも可能である。両連結部材３１は、剛性のある金属などで形成され、両筐体部１，２の基台１１，２１の中央付近に、それぞれ連結されている。
【００４８】
＜３．移動ロボットの動作＞
以上のように構成された移動ロボットは、橋梁などの鋼材で構成された建造物の表面を移動する。図示は省略するが、いずれかの筐体部１，２にカメラや各種センサ（例えば、温度センサー、渦電流式探傷プローブ、超音波センサー、レーダー探査システムなど）を取り付ければ、建造物の表面を検査することができる。
【００４９】
その際、作業者は、まず、移動ロボットを検査対象面に設置する。検査対象面は鋼材などの金属で形成されているため、４つの車輪部４１〜４４それぞれにおいていずれかの磁石４１３が検査対象面に吸着し、移動ロボットが検査対象面に固定された状態となる。そして、外部から無線の送信機により、操作信号を移動ロボットの受信機７に送信する。このとき、検査対象面への設置を作業者が行うのではなく、移動ロボットを操作して、検査対象面まで移動させることもできる。
【００５０】
こうして、受信機７が信号を受信すると、この信号はメインコントローラ６に送信される。メインコントローラ６は、この信号を処理し、各モータ５１〜５４に取り付けられたモータドライバ５１１〜５４１にそれぞれ送信する。各モータドライバ５１１〜５４１には、正転又は反転の指令信号（以下、ＦＷＤ信号またはＢＷＤ信号という）とモータに掛かる電圧を制御するＰＷＭ信号とが送信される。例えば、受信機７が前進信号を受けると、メインコントローラ６から、ＦＷＤ信号と高Ｄｕｔｙ比のＰＷＭ信号が各モータドライバ５１１〜５４１に送信される。これにより、各ＤＣモータ５１〜５４は、同じ回転数で正方向に回転する。一方、旋回を行う際には、右側のＤＣモータ５１、５３と左側のＤＣモータ５２、５４とで異なるＤｕｔｙ比のＰＷＭ信号を送信し、左右の車輪部の回転数に差が生じるようにする。これにより、移動ロボットは右側または左側に旋回する。
【００５１】
このとき、各車輪部４１〜４４は回転し、それぞれの車輪部４１〜４４で少なくとも１つの磁石が検査対象面に吸着するため、移動ロボットは、検査対象面に吸着したまま移動できる。したがって、橋梁の下面で移動ロボットが吊り下げられた状態での移動や、橋梁の垂直面の上下動も可能である。
【００５２】
＜４．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、各車輪部４１〜４４が、放射状に取り付けられた複数の棒状部材４１２とその先端部に取り付けられた磁石４１３とで構成されている。これにより、橋梁等の金属で構成された対象面に磁石によって移動ロボットを吸着させることができる。そして、車輪部４１〜４４の回転に伴って、いずれかの磁石４１３が常に対象面に吸着しているため、移動ロボットが移動しても対象面から離脱するのを防止することができる。さらに、棒状部材４１２は放射状に配置されているため、例えば、対象面に段差が設けられている場合でも、この段差が隣接する棒状部材４１２の間に入り込むため、段差を乗り越えることが可能となる。したがって、対象面が平坦ではなく複雑な凹凸形状を有していても、磁石により吸着した状態で移動することができ、対象面を確実に移動することができる。
【００５３】
また、隣接する筐体部１，２が弾性変形可能な連結部で連結されているため、各筐体部１，２は、隣接する筐体の動作に拘束されることなく、隣接する筐体部の運動動作タイミングのずれを連結部３が吸収するため、スムーズな動作が可能となる。例えば、車輪部４１〜４４は、いずれかの磁石が対象面に吸着した状態で回転するので、移動ロボットが前進する場合、両筐体部１，２は小刻みに前進運動と停止を繰り返しながら前進する。このとき、両筐体部が１，２ともに前進していれば、移動ロボットは全体として前進するが、例えば、前側筐体部１が停止しているときに、後側筐体部２が前進しようとしても、移動ロボットは前進できない。
【００５４】
これに対して、本実施形態では、両筐体部１，２を上述した連結部３で連結しているため、前側筐体部１が停止し、後側筐体部２が前進する場合、後側筐体部２の前進力が、連結部３におけるバネ部材３２の弾性変形により、変形という形でバネ部材３２に蓄えられながら、後側筐体部２だけが少し前進することができる。そして、このように蓄えられた前進力は、前側筐体部１が前進するときに開放され、バネ部材３２が前側筐体部１を押圧するので、前側筐体部１は速やかに前進することができる。したがって、この移動ロボットにおいては、連結部３によって、隣接する筐体部１，２間の動作のずれを吸収し、スムーズな移動を行うことができる。
【００５５】
＜５．変形例＞
＜５．１＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、筐体部の数が２個であるが、これ以上であってもよい。例えば、３以上の筐体を直線状に配置し、隣接する筐体の間を上述したような連結部で連結すればよい。
【００５６】
＜５．２＞
また、上記実施形態では、各車輪部４１〜４４に対して、それぞれ駆動部としてのモータ５１〜５４を設け、各車輪部４１〜４４が独立して駆動するように構成しているが、これに限定されない。例えば、１つのモータですべての車輪部を駆動することもできる。この場合、１つのモータで複数の車輪部が駆動できるような連結機構、操舵機構を設ける必要がある。あるいは、各筐体部ごとにモータを設け、１つのモータで両車輪部を駆動するように構成してもよい。そして、モータの数に合わせてモータドライバの数も適宜変更することができる。
【００５７】
＜５．３＞
また、上記移動ロボットに車輪部の操舵を行うためのステアリング機構を設けることもできる。例えば、図１０に示すように、前側筐体部１を、左右一対の第１及び第２ケーシング８１，８２と、これらケーシング８１，８２を連結する連結部と、旋回機構とで構成する。各ケーシング８１，８２はブロック状に形成され同様の構成であるが、図１０の左側の第２ケーシング８２には、第２車輪部４２を駆動するための第２モータ（ＤＣモータ）５２、第２ギヤボックス６２、第２モータドライバ５２１が収容されており、第２ギヤボックス６２から突出する出力シャフト６２１に第２車輪部４２が連結されている。また、第１ケーシング８１も同様に構成されており、第１車輪部４１を駆動する。
【００５８】
連結部は、両ケーシング８１，８２の上面同士及び下面同士を連結するための上部連結部材８３及び下部連結部材８４とで、構成されている。これら連結部材８３，８４は、板状に形成されており、その両端部がそれぞれ第１ケーシング８１及び第２ケーシング８２に揺動自在に連結されている。そして、両連結部材８３，８４の上下方向の隙間には、支持部材８５が固定されており、この支持部材８５に上述した連結部材３１が固定されている。また、上部連結部材８３の中央付近にはサーボモータ８７が取付けられており、このサーボモータ８７は、メインコントローラ６と電気的に接続されている。
【００５９】
連結部よりも前方には、ステアリング・タイロッド８６が設けられており、その両端は、両ケーシング８１，８２に揺動自在に連結されている。そして、このステアリング・タイロッド８６と上述したサーボモータ８７とは、リンク機構９により接続されている。リンク機構９は、揺動自在に連結された第１及び第２リンク部材９１，９２で構成されており、長さの短い第１リンク部材９１がサーボモータ８７の回転軸に固定され、第２リンク部材９２がステアリング・タイロッド８６の第１ケーシング８１側の端部に揺動自在に連結されている。なお、旋回を滑らかにするため、上記旋回機構はアッカーマン原理に基づいている。
【００６０】
以上のような構成により、右に旋回する場合には、図１１に示すように、メインコントローラ６からの指令に基づいて、サーボモータ８７により第１リンク部材９１を右側に回転させる。これにより、第２リンク部材９２がステアリング・タイロッド８６を右側に押し遣り、両ケーシング８１，８２が右側に傾く。その結果、第１及び第２車輪部４１，４２が右側に傾き、移動ロボットは右側に旋回する。このとき、各車輪部４１，４２の回転数に差が生じるように、回転数を制御することも可能である。
【００６１】
一方、左側に旋回する場合には、図１２に示すように、サーボモータ８７により第１リンク部材９１を左側に回転させる。これにより、第２リンク部材９２がステアリング・タイロッド８６を左側に引っ張り、両ケーシング８１，８２が左側に傾く。その結果、第１及び第２車輪部４１，４２が左側に傾き、移動ロボットは左側に旋回する。このように、ステアリング機構を設けると、上記実施形態に比べ旋回半径を小さくすることができるため、狭い領域においても旋回が可能となる。
【００６２】
なお、上記の例では、前側筐体部１にステアリング機構を設けているが、後側筐体部２にステアリング機構を設けることもできる。また、両筐体部１，２の両方にステアリング機構を設けると、図１３に示すように、旋回半径をさらに小さくすることができる。また、ステアリング機構の構成は、上述したものに限定されず、車輪部を傾けることができれば、リンク機構のほか、ギア機構でもよく、特には限定されない。なお、複数の筐体部を有する場合には、少なくとも１つの筐体部にステアリング機構を設けることができる。
【００６３】
＜５．４＞
各車輪部４１〜４４にロータリエンコーダ（回転検出部）を取付け、各ロータリーエンコーダから送信される信号に基づいて、メインコントローラ６によって各車輪部４１〜４４の回転数を算出することもできる。これにより、各車輪部で負荷に差が生じた場合、各車輪部を同一回転数にするように制御することができる。
＜５．５＞
連結部３は、上記のように連結部材３１とバネ部材３２で構成するほか、少なくとも前後方向に弾性変形可能な部材であれば、特には限定されない。
【００６４】
＜５．６＞
上記実施形態では、移動ロボットを無線で操作しているが、無線を使わず、自動運転するように、メインコントローラを設定し、移動ロボットが指定されたルートを通るようにしてもよい。
【００６５】
＜５．７＞
上記実施形態で示した電池ボックス８、メインコントローラ６、受信機７、モータドライバ５１１〜５４１、モータ５１〜５４、ギヤボックス６１〜６４などの位置は、適宜変更することができ、いずれかの筐体部に配置されていればよい。また、筐体部１，２の形態も上述したものに限定されず、電池ボックス８、モータ５１〜５４などの上述した部材を支持できる形態であればよく、上述した基台１１，２１以外の態様であってもよい。また、複数に分割されていてもよい。
【００６６】
＜５．８＞
上記実施形態では、筐体部１，２にカメラや各種センサを搭載することを示したが、ロボットには種々の機器を搭載することができる。例えば、腐食発見用鉄イオン検知器、内部亀裂発見用超音波センサ、内部亀裂発見用電磁超音波センサ（ＥＭＡＴ）、ＧＰＳ、ミラー、高輝度ＬＥＤライト、レーザレンジセンサなどを搭載することができる。
【００６７】
このうち、ミラーは、光の反射のために用いることができる。例えば、移動ロボットにミラーを搭載すれば、光の反射を利用して、鋼床版など鉄骨で隠れて見えないところを映すことができる。そして、このミラーを望遠カメラなどで撮影すれば、目視検査が可能となる。
【００６８】
また、高輝度ＬＥＤライトは、カメラによる撮影時に、映像を鮮明にするために用いられるものであり、これにより、太陽の光が当たらない場所でのカメラによる撮影が可能となる。
【００６９】
レーザレンジセンサは橋梁の立体地図作成に用いることができる。例えば、崩落が近いとされる橋梁は古いため、ＣＡＤデータはもちろん紙図面も保管されているかどうか怪しく、実際に無い場合は実在する橋梁を直接測量する必要がある。しかし、人為的に測量を実施するのは極めて困難であるため、レーザレンジセンサを本発明の移動ロボットに搭載することが望まれる。
【００７０】
＜５．９＞
上記実施形態の移動ロボットは、橋梁などの点検用のロボットとして説明したが、これに限定されるものではなく、鋼材などの金属製の対象面上を移動するロボット全般に適用することができる。したがって、検査用に限らず、搬送用のロボット、狭領域未知空間マッピングロボットなどにも適用することができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明の実施例、及びそれと対比する比較例について説明する。但し、本発明は以下の実施例には限定されない。【００７２】
（実施例）
実施例として、図１０に示すような上記実施形態で示した移動ロボットを作製した。各部の詳細は以下の通りである。【００７３】
(1) 制御系
・メインコントローラ（マイクロチップ・テクノロジー社製PIC18F2320）
・受信機(JR PROPO社製  ＲＧ４１１Ｂ)
・送信機(JR PROPO社製  ＸＧ７)
・モータドライバ（以下の部品からなる速度可変型Ｈブリッジ回路）
−ＦＥＴ(SP8M4を２個) ２個
−ＮＰＮトランジスタ（C1815 ）
・電池ボックス（単四乾電池  ４個）
(2) 駆動系
・ＤＣモータ（入力電圧：３〜６Ｖ、出力：約１０Ｗ）
・ギヤボックス（以下の機構の組み合わせで減速比が７７４）
−不思議歯車機構（減速比１７４）
−歯数１６の小径ギヤ及び歯数７２の大径ギヤ
(3) 車輪部
・棒状部材の本数８本、長さ６２ｍｍ（アルミ合金）
・磁石（ネオジム磁石）  表面磁束密度０．４５Ｔ、直径８ｍｍ，厚さ５ｍｍ
(4) 連結部
・各連結部材：外径２ｍｍ、長さ７ｍｍのＳＵＳ材料
・バネ部材：レインボープロダクツ製SPジョイント(材質:ステンレス、素線径:1mm、有効巻き数:19、コイル平均径:9mm)
(5) 全体重量
５５０ｇ
(6) 全長、全幅
各筐体部間の長さ１９０ｍｍ  ロボットの全長３００ｍｍ、全幅１６０ｍｍ【００７４】
以上のように構成された実施例に係る移動ロボットに対し、各ＤＣモータに６．０Ｖの電圧を印加した。その結果、水平面では、１６７ｍｍ／ｓで走行した。また、垂直面では、滑ることなく７１ｍｍ／ｓで走行した。垂直面では、追加の積載物を積載し、積載荷重が５００ｇであっても走行した。【００７５】
（比較例）
比較例は、上記実施例において、連結部の構成のみを変更した。すなわち、バネ部材を設けずに合計長さが同じになるような連結部材のみを使用し、連結部での変形がないようにした。【００７６】
実施例と同じ条件で水平面を走行させたところ、１４１ｍｍ／ｓで走行し、実施例よりも速度が低かった。一方、垂直面を走行させたところ、積載荷重無しでは滑りながら、速度を計測するのが困難なぐらい、わずかにしか上昇せず、積載荷重を３００ｇにすると、全く走行しなくなった。【００７７】
したがって、実施例のように弾性変形可能な連結部を設けることで、水平面、及び垂直面でのスムーズに動作が確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１  前側筐体部
２  後側筐体部
３  連結部
３１  連結部材
３２  バネ部材
４１〜４４  車輪部
４１１  基部
４１２  棒状部材
４１３  磁石
５１〜５４  ＤＣモータ（駆動部）
５１１〜５４１  モータドライバ（駆動部）
【図２】
0005846516.tif 000008
【図３】
0005846516.tif 000009
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005846516.tif 000013
【図７】
0005846516.tif 000014
【図８】
0005846516.tif 000015
【図９】
0005846516.tif 000016
【図１０】
0005846516.tif 000017
【図１１】
0005846516.tif 000018
【図１２】
0005846516.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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