(57)【要約】【課題】  熱源の発熱による外装部材内の温度上昇を効果的に抑えることができ、良好な冷却効率と、これに伴う外装部材内の各種機器の安定した動作が図られる移動ロボットを提供する。【解決手段】  熱源が内蔵される外装部材の、光が直接当たりやすい直接受光部３０の外表面を放射エネルギーの反射率が０．７以上の色とし、光が直接当たりにくい間接受光部４０の外表面の放射エネルギーの放射率を０．９以上の色とする。このような配色により、光が当たりやすい部分では光を良く反射し、光が当たりにくい部分では光を反射させることよりも内部の熱の放射を優先させ、外装部材内の温度上昇を抑える。【選択図】      図１
2006116630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装部材によって外形が形成され、この外装部材の内部に熱源が内蔵される移動ロボットであって、
前記外装部材は、太陽光を受けた状態で、光が直接当たりやすい直接受光部と、光が直接当たりにくい間接受光部とを有しており、
前記直接受光部の外表面が、色または表面処理によって放射エネルギーの反射率が０．７以上に設定され、
前記間接受光部の外表面が、色または表面処理によって放射エネルギーの放射率が０．９以上に設定されていることを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記間接受光部に、前記外装部材の内部の熱を外部に放熱するための放熱部材を設けたことを特徴とする請求項１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、自律制御や遠隔制御によって稼働し、自身が歩行等によって移動することができる２足歩行型等の移動ロボットに係り、特に、屋外で稼働することが多いモデルに好適な移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行するロボット等の移動ロボットの作業環境としては、従来は屋内が前提とされていたが、近年では、建設現場、災害復旧現場あるいはプラント等での作業といったように、屋外での用途が期待されている。ところで、移動ロボットは、通常、内部に搭載された制御用ＣＰＵやモータ制御回路等から常時熱が発生する。これら電子機器に使用されている半導体デバイスは熱に弱いので、ロボットのボディ等の外形を形成する外装部材に吸気口や排気口を設け、内部に設置した排気ファンにより排熱して内部を冷却するロボットが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５４０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、屋外での作業で問題となるのは降雨時であり、上記のように外装部材に吸気口や排気口が形成されていると、これら開口部から雨水が外装部材内に侵入し、その雨水が、外装部材内の各機器に悪影響を及ぼす。例えば、雨水が長時間にわたって滞留していると、外装部材内の湿度が高くなって電装品の故障の原因となり、また、水分が機器に直接接触したり錆びが生じたりすることにより、故障を招く。
【０００５】
そこで、雨水の侵入を抑えるには、開口部の開口面積をできるだけ小さくすることが考えられるが、こうすると、外装部材の密閉度が高くなり、放熱性が低減して内部を効率良く冷却することができなくなる。そこで、特に屋外での稼働中において、内部温度が上昇しにくく、かつ冷却効率の低減を抑えることができるロボットが要望されてきている。
【０００６】
よって本発明は、熱源の発熱による外装部材内の温度上昇を効果的に抑えることができ、その結果として、良好な冷却効率と、これに伴う外装部材内の各種機器の安定した動作が図られる移動ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の移動ロボットは、外装部材によって外形が形成され、この外装部材の内部に熱源が内蔵される移動ロボットであって、前記外装部材は、太陽光を受けた状態で、光が直接当たりやすい直接受光部と、光が直接当たりにくい間接受光部とを有しており、前記直接受光部の外表面が、色または表面処理によって放射エネルギーの反射率が０．７以上に設定され、前記間接受光部の外表面が、色または表面処理によって放射エネルギーの放射率が０．９以上に設定されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の移動ロボットの外装部材は外形を形成し、その表面は、人間で言えば皮膚に相当する。晴天時の昼間の屋外で稼働する際には、その表面に太陽光（日射）を受けるが、外装部材は、光が直接当たりやすい部分と、光が直接当たりにくく間接的に当たる部分とを有している。これらの部分は、人体を模した人型ロボットの場合であれば、人体において日焼けしやすい部分と、四肢の相対的な位置関係から日陰になって日焼けしにくい部分とをイメージすれば判りやすいであろう。本発明では、前者の部分を直接受光部、後者の部分を間接受光部と称する。
【０００９】
さて、本発明の移動ロボットでは、直接受光部の外表面（外装部材の外部空間に曝される表面）が、放射エネルギーの反射率が０．７以上の色を呈するか、または表面処理がなされている。このため、直接受光部に当たる光の多くは反射され、直接受光部の外表面から外装部材内への侵入熱量を少なくすることができる。一方、間接受光部の外表面の色は、放射エネルギーの放射率が０．９以上と放射率が高いので、この部分から、内部の熱が多く放射される。
【００１０】
本発明では、このように、光が当たりやすい部分では光を良く反射し、光が当たりにくい部分では光を反射させることと併せて内部の熱の放射を優先させる作用を、色または表面処理によって得る。したがって、外装部材内は、熱源による熱が溜まりにくく、かつ放射されやすく、このため、外装部材内の温度上昇を抑えることができる。その結果、本発明の移動ロボットは、外装部材の密閉度が高く、屋外で稼働するモデルに好適である。
【００１１】
直接受光部の外表面の上記反射率は、０．７以上であれば、放射エネルギーを多く反射し、外装部材内への侵入熱量が少なくなるという本発明の作用効果を得やすく、大きければ大きいほど好ましい。このような反射率を有する色としては白色系が挙げられ、ＪＩＳの標準色票（光沢板）ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１で規定される色表示システム（マンセル体系）では、Ｎ９またはそれ以上の色が挙げられる。さらに、５Ｙ８／１４系、５ＹＲ７／１４系、５Ｒ８／６系、５Ｒ４／１４系等の色も好適である。
【００１２】
次に、間接受光部の外表面の上記放射率は、０．９以上であれば、外装部材内の熱量を外部に多く放射し、外装部材内の蓄熱が低減するという本発明の作用効果を得やすく、大きければ大きいほど好ましい。このような放射率を有する色としては黒色系が挙げられ、上記ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１による色表示では、Ｎ１またはそれ以下の色が相当する。
【００１３】
本発明では、外装部材内の熱を放熱させる部分として機能させる上記間接受光部に、放熱部材を設けた形態を含む。この形態では、放熱部材によって放熱性が一層高まり、間接受光部の放熱効果が促進される。
【００１４】
なお、直接受光部および間接受光部の外表面を、上記で規定される反射率および放射率を有する色とするには、外装部材を塗装して着色するか、外装部材の材料自体をそのような色のものに選択してその地肌を利用するなどの手段が挙げられる。また、表面処理としては、メッキ処理等が挙げられ、メッキ処理では、表面の着色とともに光沢を付加することにより上記反射率および放射率を設定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の移動ロボットによれば、外装部材における直接受光部および間接受光部の外表面の反射率および放射率を、それぞれ０．７以上、０．９以上に設定したので、日射の影響による外装部材内への侵入熱量の低減と、外装部材内の熱源による発熱の外装部材外への放熱が効率良くなされ、このため、外装部材内の温度上昇を効果的に抑えることができ、その結果として、良好な冷却効率と、これに伴う外装部材内の各種機器の安定した動作が図られるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、２足歩行が可能であって人体を模した自律制御式の人型ロボットＲの全体図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。このロボットＲは、屋外の工事現場等における作業といった、人間が行う作業の一部を行うことを目的としたロボットである。
【００１７】
ロボットＲは、腰部１および胴体２を備え、腰部１には、先端に足部３を有する左右の脚部４が、また、胴体２には、頭部５と、先端に手部６を有する左右の腕部７が、それぞれ連結されている。以下の説明で上下左右、前後といった方向は、注釈しない限り、図１に示す基本姿勢、すなわち、手部６および腕部７が真っ直ぐ下方に伸び、脚部４も真っ直ぐに伸び、胴体２および頭部５が前方を向いているロボットＲ自身の姿勢に基づくものとする。
【００１８】
胴体２は、腰部１の上に、腰関節部１０を介して、左右方向に所定角度の範囲で水平回転し、かつ、前後方向に所定角度で傾倒するように取り付けられている。この胴体２の上に、首部５Ａを介して、頭部５が前後・左右に首振り可能に取り付けられている。また、胴体２の両肩には、肩関節部１１を介して、腕部７の上腕部７Ａが、前後、左右および上下の３軸回りに揺動可能に連結されている。腕部７は、上腕部７Ａと、上腕部７Ａに肘関節部１２を介して連結された下腕部７Ｂとからなり、下腕部７Ｂの先端に、手首関節部１３を介して、左右方向に揺動可能に手部６が連結されている。
【００１９】
左右の脚部４は、上脚部４Ａと、上脚部４Ａに膝関節部１５を介して前後方向に揺動可能に連結された下脚部４Ｂとからなり、上脚部４Ａが、股関節部１４を介して、腰部１の下端に前後方向および左右方向に揺動可能に連結されている。そして、下脚部４Ｂの下端には、足首関節部１６を介して、足部３が前後方向および上下方向に揺動自在に連結されている。
【００２０】
上記の各可動パーツ、すなわち胴体２、足部３、脚部４（上脚部４Ａと下脚部４Ｂ）、頭部５、手部６、腕部７（上腕部７Ａと下腕部７Ｂ）の回転あるいは揺動動作は、それぞれモータを駆動源とする駆動系と、これら駆動系を制御するコンピュータによってなされる。コンピュータおよびモータの電源であるバッテリは適宜な箇所に収容されるが、この場合、コンピュータは胴体２内に、バッテリは腰部１内に収容されている。
【００２１】
また、上記各構成部材は、外形が、合成樹脂板やアルミニウム鋳造品によって成形された外装部材によって形成されている。この外装部材は、内部の各種機器を埃や水分、あるいは衝撃から保護する他に、ロボットＲに意匠性を与えたり、人間協調・共存型のロボットとしての対人親和性を確保したりする機能を有している。
【００２２】
胴体２内に収容されたコンピュータには、上記の各可動パーツを動かすための運動系ＣＰＵや制御用ＣＰＵ、電源回路、スイッチ回路等が付随されている。これら内蔵品は発熱するので熱源とも言え、胴体２には、それら熱源を冷却するための外気を胴体２内に取り入れるための吸気口２１，２２が前面に、また、吸気口２３が後部側面に形成されており、また、冷却して温度が上昇した空気を胴体２外に排気するための排気口２４が背面に形成されている。
【００２３】
上記各構成部材の外形を構成する外装部材によって、ロボットＲの全体の外形が形成されるが、それら外装部材は、日射を受ける屋外で稼働する場合、光が直接当たりやすい部分である直接受光部３０と、主に地面側に向いて光が直接当たりにくい間接受光部４０とを有している。
【００２４】
図１では、間接受光部４０の外表面に相当する部分を斜線で示しており、詳しくは、同図に示すように主に地面側に向いた面であって、胴体２の前部における腰関節部１０の両側の下面４０Ａ、胴体２の後部の下面４０Ｂ、下脚部４Ｂの前後の下面４０Ｃ，４０Ｄ、上腕部７Ａおよび下腕部７Ｂの内側面４０Ｅ，４０Ｆが、間接受光部４０として挙げられる。
【００２５】
一方、直接受光部３０は、基本的には間接受光部４０以外のほとんどの部分であるが、例えば、頭部５の目に相当する部分には、透明あるいは半透明なシールド５ａが張ってあり、この部分は、着色されないので、ここでは、直接受光部３０および間接受光部４０以外の例外部分とする。
【００２６】
直接受光部３０は、外部空間に曝される外表面が、放射エネルギーの反射率が０．７以上の色によって塗装されている。反射率が０．７以上の色としては、白色が一般的であり、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１による色表示では、Ｎ９またはそれ以上が挙げられる。この他に、５Ｙ８／１４系、５ＹＲ７／１４系、５Ｒ８／６系、５Ｒ４／１４系等の色が挙げられる。
【００２７】
一方、間接受光部４０の外表面は、放射エネルギーの放射率が０．９以上の色によって塗装またはメッキ処理されている。放射率が０．９以上の色としては黒色が一般的であり、この他に、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１による色表示では、Ｎ１またはそれ以下の色が挙げられる。
【００２８】
本実施形態のロボットＲによれば、直接受光部３０の外表面が、放射エネルギーの反射率が０．７以上の色に塗装されているので、その直接受光部３０に当たる光の多くは反射され、直接受光部３０の外表面から外装部材内への侵入熱量を少なくすることができる。一方、間接受光部４０の外表面の色は、放射エネルギーの放射率が０．９以上と放射率が高いので、内部の熱が効率良く放射される。
【００２９】
このように、ロボットＲは、外表面の色が、光が当たりやすい部分では光を良く反射し、光が当たりにくい部分では光を反射させることと並行して、内部の熱の放射を優先させた色に着色されるか、あるいはメッキ処理されている。したがって、外装部材内は、熱源からの発熱や、日射で侵入する熱量による熱が溜まりにくく、かつ放射されやすいので、外装部材内の温度上昇が効果的に抑えられる。その結果、例えば胴体２の場合であれば、吸気口２１，２２，２３や排気口２４といった開口部の面積を小さくして密閉度を高くすることができ、これによって胴体２内への雨水等の侵入をできるだけ防ぐことが可能となる。
【００３０】
また、ロボットＲにおいては、直接受光部３０の内表面（外表面の裏面）と間接受光部４０の内表面の双方の色が、放射エネルギーの吸収率が０．８５以上の色で塗装されるか、またはメッキ処理されている。これにより、外装部材内の熱が、直接受光部３０および間接受光部４０、すなわち外装部材の内表面全体に吸収されやすく、その熱は外装部材の外表面に熱伝導して外部に放熱されるので、内部の温度上昇が効果的に抑えられる。吸収率が０．８５以上の色としては黒色が一般的であり、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１による色表示では、Ｎ１またはそれ以下の色が挙げられる。
【００３１】
次に、外装部材内の放熱をより促進させることができる実施形態を説明する。
図２に示す実施形態では、胴体２内の底部に組み込まれた水平な板状のフレーム（間接受光部）２ａの外表面の放射率が０．９以上の色で塗装されるか、またはメッキ処理されており、そのフレーム２ａの内表面に、熱源である電源ユニット５０が密着して固定されている。そして、フレーム２ａの下面であって電源ユニット５０の密着面に対応する外表面には、ヒートシンク６０が密着して取り付けられている。
【００３２】
図３に示す実施形態では、上腕部７Ａの間接受光部４０Ｅの内表面に、熱源である電源ユニット５０が密着して固定され、間接受光部４０Ｅの外表面には、ヒートシンク６０が密着して取り付けられている。
【００３３】
これらのように、外表面の放射率が０．９以上の色で塗装されるか、またはメッキ処理された間接受光部（フレーム２ａ、４０Ｅ）において、その内表面に熱源である電源ユニット５０を密着させて配置し、外表面にヒートシンク６０を取り付けることにより、このヒートシンク６０によって放熱性が一層高まり、間接受光部の放熱効果が促進される。
【００３４】
なお、ヒートシンク６０は、黒色のアルマイトにより表面処理されているものなどが好適に用いられ、その色は、やはり放射率の高いものが望ましい。また、別途にヒートシンクを取り付けず、外装部材の形状を、フィンを有するヒートシンク状に形成しても良い。
【００３５】
図４は、上記と同様に間接受光部４０の内表面に熱源５１を密着させた状態を簡易的に示している。同図で示すように、間接受光部４０の両側に板状の突片４１を形成して間接受光部４０に日射が入りにくくすれば、間接受光部４０の外表面の温度上昇を抑えることができるので好ましい。この場合も、間接受光部４０にヒートシンク等の放熱部材を取り付け、放熱性を高める構成とすることができるのは勿論である。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の効果を実証する実施例を説明する。
図５に示すような、直方体状で内部が空洞の筐体を、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金板により、縦０．２５ｍ×横０．２５ｍ×高さ０．２５ｍの寸法で、必要数作製した。次に、これら筐体の全表面に、表１示すような反射率と放射率を有する１２種類の色に塗装を施して、ロボットに代えたシミュレーション試料Ｎｏ．１〜１２を作製した。
【００３７】
【表１】
2006116630.tif 000003
【００３８】
次いで、これら試料Ｎｏ．１〜１２につき、以下に示す日射試験を行った。なお、いずれの日射試験における屋外の条件は、各試験とも共通で、天候：晴れ／微風、平均日射強度：７９１〜８７９Ｗ／ｍ２、平均気温：３１℃であった。また、図５に示すように、各試料の６面をＮ１〜Ｎ６とし、内部をＮ７と符号を付す。
【００３９】
（１）内部上昇温度の測定
ａ．内部熱源がない場合
内部に熱源を収納しない空の状態での内部温度を、各資料につき予め測定した。次に、Ｎ１を上面、Ｎ６を底面、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５をそれぞれ南、東、北、西に向けて、各試料を屋外に設置した。すなわち、Ｎ１：上面（直接受光部に相当）、Ｎ２：南面（直接受光部に相当）、Ｎ３：東面、Ｎ４：北面（間接受光部に相当）、Ｎ５：西面、Ｎ６：底面（間接受光部に相当）である。南中時刻を中心とする１時間にわたり屋外に設置し、設置後１時間経過した後に各試料の内部温度を測定し、内部上昇温度（屋外設置後の内部温度−その時の周囲温度）を求めた。その結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2006116630.tif 000004
【００４１】
ｂ．内部熱源を収容した場合
試料の内部の底面を構成するＮ６の内表面に熱源を設置した以外は、上記試験ａと同様の条件で日射試験を行い、内部上昇温度を求めた。熱源は３０Ｗで放熱する金属抵抗を用いた。その結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
2006116630.tif 000005
【００４３】
ｃ．内部熱源を収容してヒートシンクを設置した場合
Ｎ６の外表面に、熱コンダクタンスが２Ｗ／Ｋのヒートシンクを設置した以外は、上記試験ｂと同様の条件で日射試験を行い、内部上昇温度を求めた。その結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
2006116630.tif 000006
【００４５】
上記ａ〜ｃの試験結果によれば、反射率および放射率がともに高ければ高いほど内部温度の上昇が抑えられることが判る。特に、反射率の高低が顕著に影響し、例えば内部熱源なしの試験ａでは、放射率が低くても反射率が高ければ温度上昇をかなり抑えられることが認められる。しかしながら、内部熱源がある場合は放射率も高くなければ内部温度は上がる傾向にあり、本発明は、これを考慮して直接受光部の外表面の反射率が０．７以上、間接受光部の外表面の放射率が０．９以上に規定するものである。
【００４６】
（２）ヒートシンクの設置箇所の検証
ｄ．南面に熱源およびヒートシンクを設置した場合
上記試験ｂで用いた熱源を南面のＮ２の内表面に設置し、さらにこのＮ２の外表面に上記ヒートシンクを設置した。そして、Ｎ１〜Ｎ６の各面と内部（Ｎ７）につき、内部上昇温度（屋外設置後の温度−その時の周囲温度）を求めた。試料は本発明例のＮｏ．８を用い、設置状況は、上記ａ〜ｃと同様である。その結果を図６に示す。
【００４７】
ｅ．底面に熱源およびヒートシンクを設置した場合
底面に熱源およびヒートシンクを設置した以外は、上記試験ｄと同様の条件で日射試験を行い、Ｎ１〜Ｎ６の各面と内部（Ｎ７）につき、内部上昇温度を求めた。その結果を図７に示す。
【００４８】
上記試験ｄ，ｅによれば、直接受光部である南面Ｎ２にヒートシンクを設置するよりも、間接受光部の底面Ｎ６にヒートシンクを設置した方が、温度上昇が低いことが判った。これは、底面Ｎ６は日射による熱量をほとんど吸収せず、温度上昇は内部熱源のみであり、この箇所を集中的に放熱することにより、効果的に温度上昇を抑えることが認められる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特に降雨が想定される野外環境等で人間に代わって作業を長時間行うような移動ロボットとして利用することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る２足歩行型ロボットの（ａ）正面図、（ｂ）左側面図である。
【図２】一実施形態に係るロボットの胴体下部の一部破断側面図である。
【図３】一実施形態に係るロボットの上腕部の一部破断正面図である。
【図４】間接受光部の別形態を示す正面図である。
【図５】実施例で作製したシミュレーション試料の斜視図である。
【図６】実施例でヒートシンクの設置箇所をシミュレーション試料の南面に設置した場合の各面および内部の上昇温度を示すグラフである。
【図７】実施例でヒートシンクの設置箇所をシミュレーション試料の底面に設置した場合の各面および内部の上昇温度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
２…胴体（外装部材）
７Ａ…上腕部（外装部材）
３０…直接受光部
４０…間接受光部
５０…電源ユニット（熱源）
５１…熱源
６０…ヒートシンク（放熱部材）
Ｒ…移動ロボット
【図１】
2006116630.tif 000007
【図２】
2006116630.tif 000008
【図３】
2006116630.tif 000009
【図４】
2006116630.tif 000010
【図５】
2006116630.tif 000011
【図６】
2006116630.tif 000012
【図７】
2006116630.tif 000013