(57)【要約】【課題】より多用な環境で使用できる壁面移動ロボットを提供する。【解決手段】壁面移動ロボットＰ１は駆動輪１１０と、駆動輪１１０にトルクを与える移動用モータと、駆動輪１１０を壁面に押し付ける力を発生する２重反転プロペラ２２０と、２以上の自由度を有し２重反転プロペラ２２０の回転中心軸の向きを任意に変更できるように２重反転プロペラ２２０をロータとして保持するジンバル機構２１０とを備える。【選択図】図１３
2018095077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と、
前記駆動輪にトルクを与える移動用モータと、
前記駆動輪を壁面に押し付ける力を発生する２重反転プロペラと、
２以上の自由度を有し、前記２重反転プロペラの回転中心軸の向きを任意に変更できるように前記２重反転プロペラをロータとして保持するジンバル機構とを備える
壁面移動ロボット。
【請求項２】
前記駆動輪および前記ジンバル機構と連結されるボディをさらに含み、
前記ボディは、前記ジンバル機構を前記壁面に対して接近および離間させることができるように前記駆動輪と前記ジンバル機構との位置関係を変更可能な移動機構を含む
請求項１に記載の壁面移動ロボット。
【請求項３】
前記ボディは、前記駆動輪が連結される第１フレーム、および、前記第１フレームとの間に前記ジンバル機構を挟むように設けられる第２フレームを含む
請求項２に記載の壁面移動ロボット。
【請求項４】
前記第１フレームおよび前記第２フレームは、前記壁面移動ロボットの平面視において、前記第１フレームの長手方向に平行な方向と前記第２フレームの長手方向に平行な方向とが直交するように配置される
請求項３に記載の壁面移動ロボット。
【請求項５】
前記第２フレームに設けられる補助輪をさらに備える
請求項４に記載の壁面移動ロボット。
【請求項６】
水平に対する前記ボディの姿勢角度を検出する姿勢検出センサをさらに備える
請求項２〜５のいずれか一項に記載の壁面移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は壁面を移動する壁面移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
重力に抗して建築物の壁面等を移動可能な壁面移動ロボットが知られている。特許文献１はその一例を開示している。特許文献１の壁面移動ロボットは磁力を利用して壁面上を移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の壁面移動ロボットが壁面を移動するためには、壁面に磁石、強磁性体、または、電磁石等のように壁面移動ロボットと磁力で結合可能な物体が設けられる必要がある。このため、より多用な環境で使用できる壁面移動ロボットが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
(１)駆動輪と、前記駆動輪にトルクを与える移動用モータと、前記駆動輪を壁面に押し付ける力を発生する２重反転プロペラと、２以上の自由度を有し、前記２重反転プロペラの回転中心軸の向きを任意に変更できるように前記２重反転プロペラをロータとして保持するジンバル機構とを備える、壁面移動ロボット。
ジンバル機構を含むため、２重反転プロペラの回転により発生する推力が駆動輪を壁面に押し付ける力(以下「押付力」という)として作用するように２重反転プロペラの回転中心軸の向きを設定できる。駆動輪に押付力が与えられた状態で駆動輪に移動用モータのトルクが与えられた場合、駆動輪が壁面を転がり、壁面移動ロボットが壁面を移動する。このように本発明に関する壁面移動ロボットは従来の壁面移動ロボットとは異なり、移動のために磁力を必要としないため、より多用な環境で使用できる。
【０００６】
(２)前記駆動輪および前記ジンバル機構と連結されるボディをさらに含み、前記ボディは、前記ジンバル機構を前記壁面に対して接近および離間させることができるように前記駆動輪と前記ジンバル機構との位置関係を変更可能な移動機構を含む、(１)に記載の壁面移動ロボット。
このため、ジンバル機構を壁面に近づけ、２重反転プロペラの駆動部の出力に対する押付力の大きさを増加させることができる。
【０００７】
(３)前記ボディは、前記駆動輪が連結される第１フレーム、および、前記第１フレームとの間に前記ジンバル機構を挟むように設けられる第２フレームを含む、(２)に記載の壁面移動ロボット。
ジンバル機構が第１フレームと第２フレームとにより挟まれているため、ジンバル機構が周囲の物体と接触しにくい。
【０００８】
(４)前記第１フレームおよび前記第２フレームは、前記壁面移動ロボットの平面視において、前記第１フレームの長手方向に平行な方向と前記第２フレームの長手方向に平行な方向とが直交するように配置される、(３)に記載の壁面移動ロボット。
このため、第２フレームの端部、または、第２フレームの端部に設けられる別の部材を駆動輪に加えて壁面に接触させることにより、壁面移動ロボットが壁面上を移動する場合、または、壁面上で静止する場合の姿勢を安定させることができる。
【０００９】
(５)前記第２フレームに設けられる補助輪をさらに備える、(４)に記載の壁面移動ロボット。
駆動輪および補助輪が壁面に接触した状態で壁面移動ロボットを移動させることにより、壁面移動ロボットが壁面上を移動する場合の抵抗を低減できる。
【００１０】
(６)水平に対する前記ボディの姿勢角度を検出する姿勢検出センサをさらに備える、(２)〜(５)のいずれか一項に記載の壁面移動ロボット。
このため、壁面移動ロボットが走行している壁面に応じてボディの姿勢角度を変更することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に関する壁面移動ロボットはより多用な環境で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のロボット遠隔操作システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１の壁面移動ロボットの側面図。
【図３】図１の壁面移動ロボットの正面図。
【図４】壁面移動ロボットの並進状態を示す図。
【図５】壁面移動ロボットの２面接地状態を示す図。
【図６】壁面移動ロボットの並進状態を示す図。
【図７】第２実施形態の壁面移動ロボットの側面図。
【図８】図７の壁面移動ロボットの正面図。
【図９】壁面移動ロボットの第１接地状態を示す図。
【図１０】壁面移動ロボットの２面接地状態を示す図。
【図１１】壁面移動ロボットの第３接地状態を示す図。
【図１２】壁面移動ロボットの第２接地状態を示す図。
【図１３】第３実施形態の壁面移動ロボットの正面側の斜視図。
【図１４】図１３の壁面移動ロボットの背面側の斜視図。
【図１５】図１３の壁面移動ロボットの正面図。
【図１６】図１３の壁面移動ロボットの平面図。
【図１７】図１３の壁面移動ロボットの構成を示すブロック図。
【図１８】壁面移動ロボットの第１接地状態を示す図。
【図１９】壁面移動ロボットの第２接地状態を示す図。
【図２０】壁面移動ロボットの並進状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の各実施形態に関する説明は、本発明に関する壁面移動ロボットが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する壁面移動ロボットは各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態等のように各実施形態とは異なる形態を取り得る。
【００１４】
(第１実施形態)
図１はロボット遠隔操作システムＰを示す。ロボット遠隔操作システムＰは壁面移動ロボットＰ１、リモートコントローラＰ２、および、外部受信装置Ｐ３を含む。壁面移動ロボットＰ１は壁面上を移動できるように構成されたロボットである。壁面移動ロボットＰ１の用途は任意に選択できる。第１例では、壁面移動ロボットＰ１は建築物の検査に用いられる。第２例では、壁面移動ロボットＰ１は屋外に設けられた構造物の検査に用いられる。構造物の例は舗装路、橋梁、および、法面である。第３例では、壁面移動ロボットＰ１は被災地に関する情報の収集、および、収集した情報の伝達に用いられる。壁面移動ロボットＰ１は情報の収集のために例えば地下道を移動できる。リモートコントローラＰ２は操作者が壁面移動ロボットＰ１を遠隔操作するために使用する機器である。外部受信装置Ｐ３は壁面移動ロボットＰ１から送信された信号を受信する装置である。
【００１５】
図２に示されるように、壁面移動ロボットＰ１はボディ１０、第１駆動部１００、第２駆動部２００、測定部４００、制御部５００、および、電源部３００を備える。ボディ１０は壁面移動ロボットＰ１の本体を構成するパートである。第１駆動部１００は駆動輪１１０と壁面との間に生じる摩擦力により壁面移動ロボットＰ１を移動させるパートである。第２駆動部２００は駆動輪１１０を壁面に押し付ける力(以下「押付力」という)を発生するパートである。測定部４００は壁面移動ロボットＰ１の状態等を測定するパートである。制御部５００は第１駆動部１００および第２駆動部２００を制御するパートである。電源部３００は測定部４００および制御部５００に電力を供給するパートである。
【００１６】
第１駆動部１００はボディ１０に支持される。第１駆動部１００は１または複数の駆動輪１１０および１または複数の移動用モータ１２０を含む。一例では、第１駆動部１００は複数の駆動輪１１０および複数の移動用モータ１２０を含む。複数の駆動輪１１０は同軸上に設けられた右側の駆動輪１１０および左側の駆動輪１１０を含む。
【００１７】
複数の移動用モータ１２０は右側の駆動輪１１０にトルクを与える右側の移動用モータ１２０、および、左側の駆動輪１１０にトルクを与える左側の移動用モータ１２０を含む。各駆動輪１１０は対応する移動用モータ１２０からトルクが与えられた場合、同一の回転中心軸である駆動輪中心軸ＣＤまわりでボディ１０に対して回転する。
【００１８】
壁面移動ロボットＰ１の側面視(図２参照)において、駆動輪中心軸ＣＤと平行な方向を壁面移動ロボットＰ１の幅方向(以下「標準幅方向」という)と規定する。壁面移動ロボットＰ１の側面視(図２参照)において、標準幅方向と直交する方向を壁面移動ロボットＰ１の高さ方向(以下「標準高さ方向」という)と規定する。壁面移動ロボットＰ１の正面視(図３参照)において、壁面移動ロボットＰ１の高さ方向と直交する方向を壁面移動ロボットＰ１の前後方向(以下「標準前後方向」という)と規定する。
【００１９】
第２駆動部２００はボディ１０に支持される。第２駆動部２００はジンバル機構２１０および２重反転プロペラ２２０を含む。ジンバル機構２１０の構成は２以上の自由度を有する範囲において任意に選択できる。第１例では、ジンバル機構２１０の自由度は２である。第２例では、ジンバル機構２１０の自由度は３である。図２等では、自由度２のジンバル機構２１０を例示している。
【００２０】
ジンバル機構２１０は第１ジンバル２１１、第２ジンバル２１２、第１ジンバルモータ２１３、第２ジンバルモータ２１４、第１連結部２１５、および、第２連結部２１６を含む。第１ジンバル２１１はボディ１０と連結されている。第１連結部２１５は第１回転中心軸Ｃ１まわりで相対的に回転可能な状態でボディ１０と第１ジンバル２１１とを連結している。第２ジンバル２１２は第１ジンバル２１１と連結されている。第２連結部２１６は第２回転中心軸Ｃ２まわりで相対的に回転可能な状態で第１ジンバル２１１と第２ジンバル２１２とを連結する。駆動輪中心軸ＣＤと第１回転中心軸Ｃ１との関係は任意に選択できる。第１例では、第１回転中心軸Ｃ１は駆動輪中心軸ＣＤと平行である。第２例では、第１回転中心軸Ｃ１は駆動輪中心軸ＣＤと直交する。第３例では、第１回転中心軸Ｃ１は直交以外の状態で駆動輪中心軸ＣＤと交差する。図２等では第１例を示している。第１回転中心軸Ｃ１と第２回転中心軸Ｃ２とは互いに直交する。第１ジンバルモータ２１３は第１ジンバル２１１にトルクを与えることができるように第１ジンバル２１１と連結されている。第２ジンバルモータ２１４は第２ジンバル２１２にトルクを与えることができるように第２ジンバル２１２と連結されている。
【００２１】
２重反転プロペラ２２０はジンバル機構２１０のロータであり、第２ジンバル２１２に支持されている。２重反転プロペラ２２０は第１プロペラ２２１、第２プロペラ２２２、および、プロペラ駆動部２３０を含む。プロペラ駆動部２３０は各プロペラ２２１、２２２を回転させる１つまたは複数のモータ(図示略)を含む。各プロペラ２２１、２２２の回転中心軸であるプロペラ中心軸ＣＰはジンバル機構２１０の動作に応じてボディ１０に対して任意の向きを取り得る。プロペラ駆動部２３０はプロペラ中心軸ＣＰと第２回転中心軸Ｃ２とが直交するように第２ジンバル２１２と連結されている。各プロペラ２２１、２２２の一方または両方が回転する場合、プロペラ中心軸ＣＰが向く方向に推力が発生する。各プロペラ２２１、２２２が互いに反対方向に回転する場合、カウンタートルクが相殺される。
【００２２】
電源部３００は例えばボディ１０に取り付けられる。電源部３００は１次電池または２次電池と電源回路とを含む(いずれも図示略)。電源回路は測定部４００および制御部５００のそれぞれに１次電池または２次電池の電力を供給できるようにこれらのパートと電気的に接続される。測定部４００および制御部５００は電源部３００から供給された電力により駆動する。制御部５００は電源部３００から供給された電力を各移動用モータ１２０、第１ジンバルモータ２１３、第２ジンバルモータ２１４、および、プロペラ駆動部２３０に供給できる。別の例では、電源部３００は外部電源から電力を受ける。電源回路は測定部４００および制御部５００のそれぞれに外部電源の電力を供給できるようにこれらのパートと電気的に接続される。
【００２３】
測定部４００は例えばボディ１０に取り付けられる。測定部４００は１または複数の姿勢検出センサ４１０、１または複数の角度検出センサ４２０、および、１または複数の環境測定センサ４３０を含む。一例では、測定部４００は１つの姿勢検出センサ４１０、複数の角度検出センサ４２０、および、１つの環境測定センサ４３０を含む。姿勢検出センサ４１０は水平に対するボディ１０の姿勢角度、および、姿勢の変化速度を検出する。複数の角度検出センサ４２０は第１角度検出センサ４２１および第２角度検出センサ４２２を含む。ボディ１０の姿勢角度は少なくともピッチ角およびロール角を含む。第１角度検出センサ４２１は第１回転中心軸Ｃ１まわりにおける第１ジンバル２１１の回転角度(以下「第１ジンバル角度θ１」という)を検出する。第２角度検出センサ４２２は第２回転中心軸Ｃ２まわりにおける第２ジンバル２１２の回転角度(以下「第２ジンバル角度θ２」という)を検出する。環境測定センサ４３０は壁面移動ロボットＰ１が移動する壁面の状態を検出する。
【００２４】
ボディ１０のピッチ角はボディ１０の正面視(図３参照)においてボディ１０の第１基準線と水平面とのなす角度である。ボディ１０の第１基準線はボディ１０の正面視において駆動輪中心軸ＣＤと予め規定されたボディ１０の任意の点とを通過する直線である。ボディ１０の第１基準線および標準前後方向は同じ方向を向く。ボディ１０のピッチ角が取り得る値は０度、１８０度、−１８０度、０度と１８０度との間の正の角度、および、０度と−１８０度との間の負の角度に区分される。０度はボディ１０の第１基準線と水平面とのなす角度が０度の場合の角度である。正の角度はボディ１０の第１基準線が水平面に対して上方を向く場合の角度である。１８０度はボディ１０の第１基準線が正の角度を取るように水平面に対して回転し、ボディ１０の第１基準線が０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。負の角度はボディ１０の第１基準線が水平面に対して下方を向く場合の角度である。−１８０度はボディ１０の第１基準線が負の角度を取るように水平面に対して回転し、ボディ１０の第１基準線が０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。ピッチ角の１８０度および−１８０度は同一の角度である。
【００２５】
ボディ１０のロール角はボディ１０の側面視(図２参照)においてボディ１０の第２基準線と垂直面とのなす角度である。ボディ１０の第２基準線はボディ１０の側面視において駆動輪中心軸ＣＤの中点と予め規定されたボディ１０の任意の点とを通過する直線である。ボディ１０の第２基準線および標準高さ方向は同じ方向を向く。ボディ１０のロール角が取り得る値は０度、１８０度、−１８０度、０度と１８０度との間の正の角度、および、０度と−１８０度との間の負の角度に区分される。０度はボディ１０の第２基準線と垂直面とのなす角度が０度の場合の角度である。正の角度はボディ１０の第２基準線が垂直面に対して右方を向く場合の角度である。１８０度はボディ１０の第２基準線が正の角度を取るように垂直面に対して回転し、ボディ１０の第２基準線が０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。負の角度はボディ１０の第２基準線が垂直面に対して左方を向く場合の角度である。−１８０度はボディ１０の第２基準線が負の角度を取るように垂直面に対して回転し、ボディ１０の第２基準線が０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。ロール角の１８０度および−１８０度は同一の角度である。
【００２６】
一例では、２重反転プロペラ２２０の姿勢はプロペラ中心軸ＣＰの向きにより規定される。プロペラ中心軸ＣＰの向きは第１ジンバル角度θ１および第２ジンバル角度θ２を用いてボディ１０の姿勢を基準に規定される。
【００２７】
第１ジンバル角度θ１が取り得る値は０度、１８０度、−１８０度、０度と１８０度との間の正の角度、および、０度と−１８０度との間の負の角度に区分される。０度はボディ１０の正面視(図３参照)においてプロペラ中心軸ＣＰと標準前後方向とのなす角度が０度の場合の角度である。正の角度はプロペラ中心軸ＣＰが標準前後方向に対して上方を向く場合の角度である。１８０度はプロペラ中心軸ＣＰが正の角度を取るように標準前後方向に対して回転し、プロペラ中心軸ＣＰが０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。負の角度はプロペラ中心軸ＣＰが標準前後方向に対して下方を向く場合の角度である。−１８０度はプロペラ中心軸ＣＰが負の角度を取るように標準前後方向に対して回転し、プロペラ中心軸ＣＰが０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。第１ジンバル角度θ１の１８０度および−１８０度は同一の角度である。
【００２８】
第２ジンバル角度θ２が取り得る値は０度、１８０度、−１８０度、０度と１８０度との間の正の角度、および、０度と−１８０度との間の負の角度に区分される。０度はボディ１０の側面視(図２参照)においてプロペラ中心軸ＣＰと標準高さ方向とのなす角度が０度の場合の角度である。正の角度はプロペラ中心軸ＣＰが標準前後方向に対して右方を向く場合の角度である。１８０度はプロペラ中心軸ＣＰが正の角度を取るように標準高さ方向に対して回転し、プロペラ中心軸ＣＰが０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。負の角度はプロペラ中心軸ＣＰが標準前後方向に対して左方を向く場合の角度である。−１８０度はプロペラ中心軸ＣＰが負の角度を取るように標準前後方向に対して回転し、プロペラ中心軸ＣＰが０度の場合とは反対の方向を向く場合の角度である。第２ジンバル角度θ２の１８０度および−１８０度は同一の角度である。
【００２９】
制御部５００は例えばボディ１０に取り付けられる。制御部５００は移動用モータ１２０、第１ジンバルモータ２１３、第２ジンバルモータ２１４、および、プロペラ駆動部２３０を制御できるようにこれらの機器と通信接続される。制御部５００は測定部４００の測定結果を受信できるように姿勢検出センサ４１０および環境測定センサ４３０と通信接続されている。各通信接続の形態は有線通信または無線通信である。制御部５００はプロセッサ５１０および記憶装置５２０を含む。記憶装置５２０は壁面移動ロボットＰ１の動作に関する制御プログラム等を予め記憶している。制御プログラムは移動制御プログラムおよび転換制御プログラムを含む。プロセッサ５１０は制御プログラムに従い各移動用モータ１２０、第１ジンバルモータ２１３、第２ジンバルモータ２１４、および、プロペラ駆動部２３０のモータ(以下「各モータ」という)を制御する。
【００３０】
一例では、制御部５００は壁面移動ロボットＰ１を移動させるための２つの制御モードを含む。第１制御モードは壁面移動ロボットＰ１を自律的に移動させる制御モードである。第２制御モードはリモートコントローラＰ２(図１参照)から受信した操作信号に応じて壁面移動ロボットＰ１を移動させる制御モードである。制御部５００はリモートコントローラＰ２から受信した操作信号に応じて第１制御モードおよび第２制御モードのいずれを実行するかを選択する。制御部５００は第１制御モードを選択した場合、壁面移動ロボットＰ１が予め設定された要求に従い移動するように各モータを制御し、第２制御モードを選択した場合、リモートコントローラＰ２から受信した操作信号に応じて各モータを制御する。第１制御モードおよび第２制御モードのいずれが選択されている場合においても各モータの制御は移動制御プログラムに従い実行される。以下では、予め設定された要求および操作信号を要求情報と称する。
【００３１】
移動制御プログラムは壁面上で壁面移動ロボットＰ１を移動させるための処理を記述したプログラムである。移動制御プログラムは少なくとも並進処理、転回処理、押付処理、および、回避処理を記述している。並進処理は壁面上で壁面移動ロボットＰ１を並進させるための処理である。転回処理は壁面移動ロボットＰ１の向きを変更するための処理である。押付処理は駆動輪１１０に押付力を与えるための処理である。回避処理は壁面移動ロボットＰ１が予定する移動経路上に障害物が存在する場合、壁面移動ロボットＰ１にその障害物を回避させる処理である。障害物の一例は壁面上に存在する人工物、廃棄物、および、自然物である。人工物の一例は車両、配管、看板、縁石、および、水路である。自然物の一例は木、岩、および、河川である。制御部５００は要求情報に指定されるタイミングに従い並進処理、転回処理、および、押付処理を実行する。制御部５００はさらに、要求情報に指定されるタイミングに従い、または、壁面移動ロボットＰ１が予定する移動経路上に障害物が存在することが検出された場合に回避処理を実行する。一例では、環境測定センサ４３０が障害物を検出する。
【００３２】
並進処理では、要求情報に指定される方向に壁面移動ロボットＰ１が移動するように各移動用モータ１２０を制御する。並進処理の一例では、各駆動輪１１０が駆動輪中心軸ＣＤまわりで同じ方向に同じ回転速度で回転するように各移動用モータ１２０を制御する。壁面移動ロボットＰ１の移動速度の変更が要求情報に指定される場合、並進処理では、壁面移動ロボットＰ１の移動速度が指定された移動速度に近づくように各移動用モータ１２０を制御する。第１制御モードにおける壁面移動ロボットＰ１の移動速度は対象の壁面等に応じて決められる。対象の壁面が法面である場合、壁面移動ロボットＰ１の平均移動速度は例えば４５０mm/secである。
【００３３】
転回処理では、要求情報に指定される方向に壁面移動ロボットＰ１の向きが変化するように各移動用モータ１２０を制御する。転回処理の一例では、第１〜第３処理を実行する。第１処理では、壁面移動ロボットＰ１の右旋回が指定されている場合、左側の駆動輪１１０の回転速度が右側の駆動輪１１０の回転速度よりも高くなるように各移動用モータ１２０を制御する。第２処理では、壁面移動ロボットＰ１の左旋回が指定されている場合、右側の駆動輪１１０の回転速度が左側の駆動輪１１０の回転速度よりも高くなるように各移動用モータ１２０を制御する。第３処理では、標準前後方向における壁面移動ロボットＰ１の反転が指定されている場合、左側の駆動輪１１０と右側の駆動輪１１０が等速度で互いに反対方向に回転するように各移動用モータ１２０を制御する。
【００３４】
押付処理では、各プロペラ２２１、２２２の回転にともなうカウンタートルクが相殺され、各駆動輪１１０に押付力が与えられるように第２駆動部２００を制御する。押付処理の一例では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第１所定角度となり、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第１所定角度は０度と−１８０度との間の負の角度である。第１所定角度の好ましい一例は−４５度である。第１ジンバル角度θ１が第１所定角度に設定されることにより、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を壁面に押し付ける押付力として作用する。第１所定角度が０度超かつ−９０度未満の範囲に含まれる場合、各プロペラ２２１、２２２の推力が押付力として作用する成分、および、ボディ１０を進行方向に移動させる成分を含む。好ましい一例では、押付力は駆動輪１１０と壁面との間に所定範囲内の摩擦力を生じさせる大きさを有する。所定範囲は駆動輪１１０が壁面を転がるために必要な大きさ、かつ、駆動輪１１０に過度に大きな転がり抵抗が生じない大きさの摩擦力を規定する範囲である。所定角度Ａの好ましい一例は０度である。第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａに設定されることにより、右側の駆動輪１１０および左側の駆動輪１１０に与えられる押付力のバランスが取れる。
【００３５】
回避処理では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、壁面移動ロボットＰ１が障害物を回避するために飛行できるように第１ジンバル角度θ１および第２ジンバル角度θ２が設定される。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第２所定角度、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第２所定角度は壁面移動ロボットＰ１を飛行させる成分を含む０度超かつ１８０度未満の正の角度である。第２所定角度の好ましい一例は４５度である。
【００３６】
壁面移動ロボットＰ１が移動する経路に例えば第１種壁面、第２種壁面、および、第３種壁面が含まれることがある。第１種壁面は水平面に対して平行またはおおよそ平行な壁面であり、壁面移動ロボットＰ１を重力に抗して支持可能な壁面である。凹凸を含む壁面を代表する仮想の平面が水平面に対して平行またはおおよそ平行である場合、その壁面は第１種壁面に分類できる。第１種壁面の代表例は屋内の床面、屋外の舗装路、および、屋外の未舗装路である。第２種壁面は水平面に対して直交またはおおよそ直交する壁面である。凹凸を含む壁面を代表する仮想の平面が水平面に対して直交またはおおよそ直交する場合、その壁面は第２種壁面に分類できる。第２種壁面の代表例は、屋内の内壁の壁面、建築物の外壁の壁面、および、法面である。第１種壁面および第２種壁面は多様な組み合わせを取り得る。第１例では、第１種壁面は屋内の床面であり、第２種壁面はその床面に隣接する内壁の壁面である。第２例では、第１種壁面は舗装路であり、第２種壁面はその舗装路に隣接する建築物の外壁の壁面である。第３例では、第１種壁面は舗装路であり、第２種壁面はその舗装路に隣接する法面である。第３種壁面は水平面に対して平行またはおおよそ平行な壁面であり、壁面移動ロボットＰ１を重力に抗して支持不能な壁面である。第３種壁面の代表例は建築物の天井、および、屋外の構造物の壁面のうちの鉛直方向下方を向く壁面である。屋外の構造物の一例は橋脚である。
【００３７】
転換制御プログラムは壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面を変更するために２重反転プロペラ２２０の姿勢を転換する処理を記述した制御プログラムである。転換制御プログラムは少なくとも転換処理を記述している。転換処理は第１転換処理および第２転換処理を含む。第１転換処理は、壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面を第１種壁面または第３種壁面から第２種壁面に変更する処理、および、壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面を第２種壁面から第１種壁面または第３種壁面に変更する処理である。第２転換処理は、壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面を第１種壁面から第３種壁面に変更する処理、および、第３種壁面から第１種壁面に変更する処理である。以下では、転換処理により変更される対象の壁面について、変更される前の対象の壁面を「変更前の対象の壁面」と称し、変更された後の対象の壁面を「変更後の対象の壁面」と称する。壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面が第１種壁面または第３種壁面から第２種壁面に変更される場合、変更前の対象の壁面は第１種壁面または第３種壁面であり、変更後の対象の壁面は第２種壁面である。壁面移動ロボットＰ１が移動する対象の壁面が第２種壁面から第１種壁面または第３種壁面に変更される場合、変更前の対象の壁面は第２種壁面であり、変更後の対象の壁面は第１種壁面または第３種壁面である。
【００３８】
第１転換処理では、壁面移動ロボットＰ１の状態が並進状態から２面接地状態に移行したことを検出した場合、駆動輪１１０を変更後の対象の壁面に押し付ける押付力が駆動輪１１０に与えられるように第２駆動部２００を制御する。並進状態は壁面移動ロボットＰ１が第１〜第３種壁面のいずれかを並進する状態である。図４は並進状態の一例を示している。２面接地状態は駆動輪１１０が第１種壁面または第３種壁面と第２種壁面との両方に接地した状態である。図５は２面接地状態の一例を示している。一例では、制御部５００は駆動輪１１０の角速度が所定の角速度以上から所定の角速度未満に変化したことに基づいて２面接地状態を検出できる。
【００３９】
第１転換処理の一例では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、各プロペラ２２１、２２２の推力が押付力として作用する成分、および、ボディ１０を進行方向に移動させる成分を含むように第１ジンバル角度θ１および第２ジンバル角度θ２が設定される。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第３所定角度、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。変更後の対象の壁面が第１種壁面である場合、第３所定角度は０度超かつ１８０度未満の正の角度である。この場合、第３所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる−４５度または−１３５度である。変更後の対象の壁面が第２種壁面である場合、第３所定角度は９０度未満かつ−９０度未満の正または負の角度である。この場合、第３所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる４５度または−４５度である。変更後の対象の壁面が第３種壁面である場合、第３所定角度は０度未満かつ−１８０度超の負の角度である。この場合、第３所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる４５度または１３５度である。
【００４０】
図６に例示されるように、第１ジンバル角度θ１が第３所定角度に設定されることにより、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を壁面に押し付ける押付力として作用する。このため、各駆動輪１１０と変更後の対象の壁面である第２種壁面との間に生じる摩擦力が増加し、各駆動輪１１０が第２種壁面上を転がることにより壁面移動ロボットＰ１が重力に抗して第２種壁面上を移動する。
【００４１】
第２転換処理の一例では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、壁面移動ロボットＰ１が変更前の対象の壁面から変更後の対象の壁面に向けて飛行するように第１ジンバル角度θ１および第２ジンバル角度θ２が設定される。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第４所定角度、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。変更前の対象の壁面が第１種壁面である場合、第４所定角度は０度超かつ１８０度未満の正の角度である。この場合、第４所定角度の好ましい一例は９０度である。変更前の対象の壁面が第３種壁面である場合、第４所定角度は０度未満かつ−１８０度超の負の角度である。この場合、第４所定角度の好ましい一例は−９０度である。第１ジンバル角度θ１が第４所定角度に設定されることにより、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力により壁面移動ロボットＰ１が変更前の対象の壁面から変更後の対象の壁面に向けて飛行する。各駆動輪１１０が変更後の対象の壁面に接地した場合、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を壁面に押し付ける押付力として作用する。このため、各駆動輪１１０と変更後の対象の壁面との間に生じる摩擦力が増加し、各駆動輪１１０が変更後の対象の壁面上を転がることにより壁面移動ロボットＰ１がその壁面上を移動する。
【００４２】
(第２実施形態)
図７は第２実施形態の壁面移動ロボットＰ１を示す。第２実施形態の壁面移動ロボットＰ１は以下に示される点で第１実施形態の壁面移動ロボットＰ１と相違し、その他の点で第１実施形態の壁面移動ロボットＰ１と実質的に同一の構成を備えている。
【００４３】
ボディ１０は移動機構１０Ａを含む。移動機構１０Ａはジンバル機構２１０を壁面に対して接近および離間させることができるように駆動輪１１０とジンバル機構２１０との位置関係を変更する機構である。第１例では、移動機構１０Ａは、第１回転中心軸Ｃ１が駆動輪中心軸ＣＤと平行となる位置でジンバル機構２１０を支持できるように構成されたボディ１０の構造である。第２例(図示略)では、移動機構１０Ａは、第１回転中心軸Ｃ１が駆動輪中心軸ＣＤと直交する位置でジンバル機構２１０を支持できるように構成されたボディ１０の構造である。ボディ１０が駆動輪中心軸ＣＤまわりで回転した場合、回転の方向に応じてジンバル機構２１０が壁面に対して接近または離間する。移動機構１０Ａに関する第３例(図示略)では、移動機構１０Ａはジンバル機構２１０を駆動輪１１０に対して少なくとも標準高さ方向にスライドさせるスライド機構を含む。
【００４４】
第１駆動部１００は１または複数の補助輪１３０をさらに含む。一例では、第１駆動部１００は複数の補助輪１３０を含む。図８に示されるように、複数の補助輪１３０は、標準前後方向において駆動輪中心軸ＣＤに対して一方側に設けられる補助輪１３０、および、標準前後方向において駆動輪中心軸ＣＤに対して他方側に設けられる補助輪１３０を含む。複数の補助輪１３０は従動輪である。各駆動輪１１０および補助輪１３０に関する接地状態(以下「駆動輪１１０等の接地状態」という)は第１〜第３接地状態、２面接地状態、および、第１〜第３接地状態と２面接地状態との組み合わせを含む。第１接地状態は各駆動輪１１０および一方の補助輪１３０が壁面に接地した状態である。第２接地状態は各駆動輪１１０および他方の補助輪１３０が壁面に接地した状態である。第３接地状態は各駆動輪１１０が壁面に接地し、各補助輪１３０が壁面に接地していない状態である。壁面移動ロボットＰ１はいずれの接地状態でも壁面上を移動できる。
【００４５】
壁面移動ロボットＰ１が並進する場合における標準前後方向に関する２重反転プロペラ２２０の位置(以下「プロペラ前後位置」という)は任意に選択できる。一例では、プロペラ前後位置は進行側位置および反進行側位置に区分できる。進行側位置は標準前後方向において駆動輪中心軸ＣＤに対して進行方向側の位置である。反進行側位置は標準前後方向において駆動輪中心軸ＣＤに対して進行方向とは反対側の位置である。制御部５００は受信した操作信号または自動移動プログラムの内容に応じて２重反転プロペラ２２０のプロペラ前後位置を選択する。
【００４６】
転換制御プログラムは第１実施形態に例示された第１転換処理および第２転換処理に加えて、次の第３転換処理をさらに記述している。転換制御プログラムの別の記述例では、第１転換処理および第３転換処理の一方と第２転換処理とを記述している。第３転換処理では、壁面移動ロボットＰ１の状態が第１接地状態から第１接地状態かつ２面接地状態に移行したことを検出した場合、駆動輪１１０等の接地状態が第１接地状態かつ２面接地状態から第２接地状態かつ２面接地状態に変化するように第２駆動部２００を制御する。図９は第１接地状態の一例を示している。図１０は第１接地状態かつ２面接地状態の一例を示している。図１２は第２接地状態かつ２面接地状態の一例を示している。第３転換処理の一例では、第１段階および第２段階の処理を順に実行する。
【００４７】
第１段階の処理では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第５所定角度、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。変更前の対象の壁面が第１種壁面であり、変更後の対象の壁面が第２種壁面である場合、第５所定角度は０度超かつ１８０度未満の正の角度である。変更前の対象の壁面が第３種壁面であり、変更後の対象の壁面が第２種壁面である場合、第５所定角度は０度未満かつ−１８０度超の負の角度である。変更前の対象の壁面が第２種壁面であり、変更後の対象の壁面が第１種壁面である場合、第５所定角度は９０度超かつ−９０度未満の正または負の角度である。変更前の対象の壁面が第２種壁面であり、変更後の対象の壁面が第３種壁面である場合、第５所定角度は９０度超かつ−９０度未満の正または負の角度である。これらの場合、第５所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる角度である。第１ジンバル角度θ１が第５所定角度に設定されることにより、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力によりボディ１０が駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転し、第３接地状態かつ２面接地状態が形成される。図１１は第３接地状態かつ２面接地状態の一例を示している。
【００４８】
第２段階の処理では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第２処理では、他方の補助輪１３０が変更後の対象の壁面に近づくにつれて第１ジンバル角度θ１が第５所定角度から第６所定角度に近づくように、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第２処理ではさらに、一方の補助輪１３０が変更前の対象の壁面から一定距離だけ離れた場合に第１ジンバル角度θ１が第６所定角度となるように第１ジンバルモータ２１３を制御する。
【００４９】
変更後の対象の壁面が第１種壁面である場合、第６所定角度は０度超かつ１８０度未満の正の角度である。この場合、第６所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる−４５度または−１３５度である。変更後の対象の壁面が第２種壁面である場合、第６所定角度は９０度未満かつ−９０度未満の正または負の角度である。この場合、第６所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる４５度または−４５度である。変更後の対象の壁面が第３種壁面である場合、第６所定角度は０度未満かつ−１８０度超の負の角度である。この場合、第６所定角度の好ましい一例は各プロペラ２２１、２２２の推力に壁面移動ロボットＰ１の進行方向の成分が含まれる４５度または１３５度である。
【００５０】
第１ジンバル角度θ１が第５所定角度から第６所定角度に近づけられることにより、ボディ１０を駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転させるトルクが弱められる。ただし、ボディ１０は各プロペラ２２１、２２２の回転により発生する推力により引き続き駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転し、図１２に例示されるように第２接地状態かつ２面接地状態が形成される。ボディ１０を回転させるトルクが上記のように弱められているため、他方の補助輪１３０が変更後の対象の壁面に接地するときの衝撃が低減される。
【００５１】
第２接地状態かつ２面接地状態が形成された場合、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を変更後の対象の壁面に押し付ける押付力として作用する。このため、各駆動輪１１０と第２種壁面との間に生じる摩擦力が増加し、各駆動輪１１０が変更後の対象の壁面上を転がることにより壁面移動ロボットＰ１がその壁面上を移動する。また、第６所定角度が０度超かつ９０度未満の範囲に含まれる場合、各プロペラ２２１、２２２の推力が押付力として作用する成分、および、ボディ１０を重力に抗して進行方向に移動させる成分を含む。このため、壁面移動ロボットＰ１が第２種壁面上を移動する場合の移動速度を増加できる、または、各移動用モータ１２０の負荷を軽減できる。
【００５２】
第２実施形態の第１転換処理では、壁面移動ロボットＰ１の状態が第１接地状態から第１接地状態かつ２面接地状態に移行したことを検出した場合、第１実施形態の第１転換処理と同様に第１ジンバル角度θ１が第３所定角度に設定されるように第２駆動部２００を制御する。第１ジンバル角度θ１が第３所定角度に設定された場合、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を壁面に押し付ける押付力として作用する。各駆動輪１１０に押付力が与えられることにより各駆動輪１１０と変更後の対象の壁面である第２種壁面との間に生じる摩擦力が増加する。このため、壁面移動ロボットＰ１の状態が第１接地状態を形成し、各駆動輪１１０が第２種壁面上を転がることにより壁面移動ロボットＰ１が重力に抗して第２種壁面上を移動する。
【００５３】
(第３実施形態)
第３実施形態では第２実施形態に示された壁面移動ロボットＰ１を図１３〜図１６に示されるように具体化した一例を提示する。この壁面移動ロボットＰ１は、主に法面の移動を想定して構成されている。ボディ１０、第１駆動部１００、第２駆動部２００、測定部４００、制御部５００、および、電源部３００は、図２に示されるボディ１０等の具体的な構成の一例である。
【００５４】
ボディ１０は、第１フレーム１１、第２フレーム１２、一対の第３フレーム１３、および、複数の第４フレーム１４を含む。ジンバル機構２１０が各フレーム１１〜１４により囲まれるため、ジンバル機構２１０が周囲の物体に触れにくい。ボディ１０は軽量であることが好ましい。各フレーム１１〜１４を構成する材料の一例は炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)である。第１フレーム１１は壁面移動ロボットＰ１の幅方向に延び、中空構造を備える。第１フレーム１１は２つの収容部１１Ａ(図１６参照)を含む。収容部１１Ａは移動用モータ１２０を収容できるように構成された第１フレーム１１の一部である。一方の収容部１１Ａは第１フレーム１１の一方の端部１１Ｂ寄りに設けられている。他方の収容部１１Ａは第１フレーム１１の他方の端部１１Ｂ寄りに設けられている。
【００５５】
駆動輪１１０はホイール１１１およびタイヤ１１２を含む。ホイール１１１を構成する材料の一例は炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)である。タイヤ１１２を構成する材料の一例は天然ゴムである。タイヤ１１２はホイール１１１の外周に取り付けられている。一方の駆動輪１１０は第１フレーム１１の一方の端部１１Ｂの隣に配置されている。他方の駆動輪１１０は第１フレーム１１の他方の端部１１Ｂの隣に配置されている。
【００５６】
移動用モータ１２０は本体１２１および出力軸１２２(共に図１６参照)を含む。一方の移動用モータ１２０の本体１２１は一方の収容部１１Ａ内に配置されている。一方の移動用モータ１２０の出力軸１２２は一方のホイール１１１と連結されている。他方の移動用モータ１２０の本体１２１は他方の収容部１１Ａに配置されている。他方の移動用モータ１２０の出力軸１２２は他方のホイール１１１と連結されている。各出力軸１２２の回転中心軸が同軸上に位置するように各移動用モータ１２０が各収容部１１Ａに配置されている。各出力軸１２２の回転中心軸は駆動輪１１０の駆動輪中心軸ＣＤである。補助輪１３０は取付座１３１および車輪１３２を含む。取付座１３１は車輪１３２が対象の壁面に接地できるように第２フレーム１２に取り付けられている。一例では、取付座１３１は第２フレーム１２の端部１２Ｂに取り付けられている。
【００５７】
第２フレーム１２は壁面移動ロボットＰ１の高さ方向においてジンバル機構２１０に対して第１フレーム１１とは反対側に設けられている。第１フレーム１１および第２フレーム１２は壁面移動ロボットＰ１の高さ方向においてジンバル機構２１０を挟んでいる。第２フレーム１２は壁面移動ロボットＰ１の標準前後方向に延びている。第２フレーム１２の長手方向の長さは駆動輪１１０の直径よりも長い。壁面移動ロボットＰ１の標準前後方向において第２フレーム１２の長手方向の中心と駆動輪中心軸ＣＤとが実質的に一致している。第２フレーム１２の各端部１２Ｂは壁面移動ロボットＰ１の標準前後方向において駆動輪１１０よりも標準前後方向の外方に位置している。
【００５８】
第３フレーム１３はジンバル機構２１０と連結されるフレームである。第３フレーム１３は壁面移動ロボットＰ１の高さ方向に延びている。一方の第３フレーム１３は第１フレーム１１の一方の端部１１Ｂに連結されている。他方の第３フレーム１３は第１フレーム１１の他方の端部１１Ｂに連結されている。一方の第３フレーム１３と他方の第３フレーム１３とは壁面移動ロボットＰ１の幅方向においてジンバル機構２１０を挟んでいる。
【００５９】
８本の第４フレーム１４は第１グループに含まれる４本の第４フレーム１４、および、第２グループに含まれる残りの４本の第４フレーム１４に分類される。第１グループの第４フレーム１４は第２フレーム１２と第１フレーム１１とを連結している。図示される例では、第１グループの第４フレーム１４は第２フレーム１２に取り付けられた取付座１３１と第１フレーム１１とを連結している。第２グループの第４フレーム１４は第２フレーム１２と第３フレーム１３とを連結している。
【００６０】
各ジンバル２１１、２１２はフレームである。各ジンバル２１１、２１２を構成する材料の一例は炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)である。各ジンバル２１１、２１２は任意の形状を選択できる。各ジンバル２１１、２１２の形状の一例は楕円形および多角形である。図１３および図１４では、多角形の一例である８角形の第１ジンバル２１１、および、多角形の一例である４角形の第２ジンバル２１２を示している。第１連結部２１５の一例は、第１ジンバル２１１に設けられる軸と第２フレーム１２に設けられる軸受とのコンビネーションである。第２連結部２１６の一例は、第２ジンバル２１２に設けられる軸と第１ジンバル２１１に設けられる軸受とのコンビネーションである。
【００６１】
各ジンバルモータ２１３、２１４の一例はラジコンサーボモータである。第１ジンバルモータ２１３は一方の第２フレーム１２に支持されている。第１ジンバルモータ２１３の出力軸(図示略)は、一方の第１連結部２１５を構成する軸と一体的に回転できるようにその軸と連結されている。第２ジンバルモータ２１４は、第２ジンバル２１２に支持されている。第２ジンバルモータ２１４の出力軸(図示略)は、一方の第２連結部２１６を構成する軸と一体的に回転できるようにその軸と連結されている。
【００６２】
プロペラ駆動部２３０は例えば次の第１形態および第２形態を取り得る。図１３および図１４では第１形態のプロペラ駆動部２３０を示している。第１形態のプロペラ駆動部２３０は第１回転軸２３１、第２回転軸２３２、第１プロペラモータ２３３、および、第２プロペラモータ２３４を含む。第１プロペラ２２１は複数のブレード２２１Ａを含む。第１プロペラ２２１は第１回転軸２３１と一体的に回転できるように第１回転軸２３１と連結されている。第２プロペラ２２２は複数のブレード２２２Ａを含む。第２プロペラ２２２は第２回転軸２３２と一体的に回転できるように第２回転軸２３２と連結されている。第２回転軸２３２は中空軸である。第１回転軸２３１は第２回転軸２３２と同軸となるように第２回転軸２３２に挿入されている。第１プロペラモータ２３３の出力部(図示略)は第１回転軸２３１と連結されている。第２プロペラモータ２３４の出力部(図示略)は第２回転軸２３２と連結されている。制御部５００は各プロペラ２２１、２２２が互いに反対方向に回転するように各プロペラモータ２３３、２３４を制御する。
【００６３】
第２形態のプロペラ駆動部２３０は各プロペラモータ２３３、２３４に代わる１つのプロペラモータ、および、伝達部を含む(いずれも図示略)。伝達部は、各回転軸２３１、２３２が互いに反対方向に回転するようにプロペラモータの出力部(図示略)の回転を各回転軸２３１、２３２に伝達する複数のギアを含む。一例では、プロペラモータの出力軸の回転速度と第１回転軸２３１の回転速度との比率と、プロペラモータの出力軸の回転速度と第２回転軸２３２の回転速度との比率とが一致するように構成される。複数のギアの構成は任意に選択できる。第１例では、複数のギアはプロペラモータの出力軸の回転速度を減速して各回転軸２３１、２３２に伝達する。第２例では、複数のギアはプロペラモータの出力軸の回転速度を増速して各回転軸２３１、２３２に伝達する。第３例では、複数のギアはプロペラモータの出力軸の回転速度を減速および増速することなく各回転軸２３１、２３２に伝達する。
【００６４】
測定部４００は１つの姿勢検出センサ４１０、複数の角度検出センサ４２０(図１７参照)、および、複数の環境測定センサ４３０を含む。姿勢検出センサ４１０の構成は任意に選択できる。第１例では、姿勢検出センサ４１０は３Ｄモーションセンサである。第２例では、姿勢検出センサ４１０は３軸加速度センサ、３軸角速度センサ、および、３軸地磁気センサの組である。角度検出センサ４２０はロータリエンコーダである。複数の環境測定センサ４３０は超音波センサ４３１およびＧＰＳ(Global Positioning System)レシーバー４３２を含む。超音波センサ４３１は、超音波スピーカ、超音波マイクロフォン、および、計測装置を含む。超音波スピーカは壁面側に超音波を送信できるようにハウジング５４０に取り付けられている。超音波マイクロフォンは、壁面に反射された超音波を受信できるようにハウジング５４０に取り付けられている。計測装置は、制御部５００から送信された指令信号に応じて超音波スピーカに超音波を出力させ、超音波マイクロフォンが受信した超音波の情報から対象物の一例である法面との距離および法面の存在の有無等を計算する。ＧＰＳレシーバー４３２は壁面の形状を計測するために用いられる。
【００６５】
電源部３００は、ハウジング３１０および電池３２０を含む。第２フレーム１２はハウジング３１０を配置可能な収容部１２Ａを含む。収容部１２Ａは第２フレーム１２に設けられた凹部である。ハウジング３１０を構成する材料は任意に選択できる。ハウジング３１０を構成する材料の一例は炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)である。ハウジング３１０は収容部１２Ａに取り付けられている。ハウジング３１０を第２フレーム１２に結合する手段は例えばボルトである。電池３２０はハウジング３１０内に収容されている。電池３２０は１次電池または２次電池である。
【００６６】
制御部５００は、制御基板５３０およびハウジング５４０をさらに含む。制御基板５３０は移動用モータ１２０、第１ジンバルモータ２１３、第２ジンバルモータ２１４、および、プロペラ駆動部２３０を制御できるようにこれらの機器と通信接続される。制御基板５３０は測定部４００の測定結果を受信できるように姿勢検出センサ４１０および環境測定センサ４３０と通信接続されている。制御基板５３０はリモートコントローラＰ２(図１７参照)と通信接続されている。制御部５００は受信した操作信号または自動移動プログラムの内容に応じて２重反転プロペラ２２０のプロペラ前後位置を選択する。
【００６７】
ハウジング５４０は第１フレーム１１に取り付けられている。一例では、ハウジング５４０は第１フレーム１１に対してジンバル機構２１０側とは反対側に配置されている。ハウジング５４０を第１フレーム１１に結合する手段は例えばボルトである。ハウジング５４０は扁平形状を有する箱である。制御基板５３０はハウジング５４０内に配置されている。プロセッサ５１０および記憶装置５２０は制御基板５３０に実装されている。一例では、測定部４００もハウジング５４０内に配置されている。超音波スピーカが出力する超音波がハウジング５４０に反射されないように配置される。超音波マイクロフォンは壁面に反射された超音波を受信できるように配置される。
【００６８】
転換制御プログラムは第２実施形態に例示された第３転換処理を記述している。第３転換処理では、壁面移動ロボットＰ１の状態が第１接地状態(図１８参照)から第１接地状態かつ２面接地状態(図１９参照)に移行したことを検出した場合、駆動輪１１０等の接地状態が第１接地状態かつ２面接地状態(図１９参照)から第２接地状態かつ２面接地状態(図２０参照)に変化するように第２駆動部２００を制御する。転換処理の一例では、第１段階および第２段階の処理を順に実行する。
【００６９】
第１段階の処理では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するようにプロペラ駆動部２３０を制御する。第２処理では、第１ジンバル角度θ１が第５所定角度、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第５所定角度が取り得る範囲、および、第５所定角度の好ましい一例は、第２実施形態に例示された内容と同様である。第１ジンバル角度θ１が第５所定角度に設定されることにより、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力によりボディ１０が駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転し、第３接地状態かつ２面接地状態が形成される。
【００７０】
第２段階の処理では、第１処理および第２処理を並行して実行する。第１処理では、各プロペラ２２１、２２２が一定の回転速度で互いに反対の方向に回転するように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第２処理では、他方の補助輪１３０が変更後の対象の壁面に近づくにつれて第１ジンバル角度θ１が第５所定角度から第６所定角度に近づくように、かつ、第２ジンバル角度θ２が所定角度Ａとなるように各ジンバルモータ２１３、２１４を制御する。第２処理ではさらに、一方の補助輪１３０が変更前の対象の壁面から一定距離だけ離れた場合に第１ジンバル角度θ１が第６所定角度となるように第１ジンバルモータ２１３を制御する。第６所定角度が取り得る範囲、および、第６所定角度の好ましい一例は、第２実施形態に例示された内容と同様である。
【００７１】
第１ジンバル角度θ１が第５所定角度から第６所定角度に近づけられることにより、ボディ１０を駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転させるトルクが弱められる。ただし、ボディ１０は各プロペラ２２１、２２２の回転により発生する推力により引き続き駆動輪中心軸ＣＤまわりで変更前の対象の壁面側から変更後の対象の壁面側に回転し、図２０に例示されるように第２接地状態かつ２面接地状態が形成される。ボディ１０を回転させるトルクが上記のように弱められているため、他方の補助輪１３０が変更後の対象の壁面に接地するときの衝撃が低減される。
【００７２】
第２接地状態かつ２面接地状態が形成された場合、各プロペラ２２１、２２２の回転にともない発生する推力が各駆動輪１１０を変更後の対象の壁面に押し付ける押付力として作用する。このため、各駆動輪１１０と変更後の対象の壁面との間に生じる摩擦力が増加し、各駆動輪１１０が変更後の対象の壁面上を転がることにより壁面移動ロボットＰ１がその壁面上を移動する。第３転換処理が実行された後に形成される壁面移動ロボットＰ１の動作は、例えば次の第１状態および第２状態を含む。第１状態では、壁面移動ロボットＰ１が変更後の対象の壁面である第２種壁面を鉛直方向上方に移動する。第２状態では、壁面移動ロボットＰ１が変更後の対象の壁面である第２種壁面を鉛直方向下方に移動する。第１状態において第６所定角度が０度超かつ９０度未満の範囲に含まれるとき、各プロペラ２２１、２２２の推力が押付力として作用する成分、および、ボディ１０を重力に抗して進行方向に移動させる成分を含む。第２状態において第６所定角度が０度未満かつ−９０度超の範囲に含まれるとき、各プロペラ２２１、２２２の推力が押付力として作用する成分、および、ボディ１０を進行方向に移動させる成分を含む。このため、壁面移動ロボットＰ１が変更後の対象の壁面上を移動する場合の移動速度を増加できる、または、各移動用モータ１２０の負荷を軽減できる。
【符号の説明】
【００７３】
Ｐ１  ：壁面移動ロボット
１０  ：ボディ
１０Ａ：移動機構
１１  ：第１フレーム
１２  ：第２フレーム
１１０：駆動輪
１２０：移動用モータ
１３０：補助輪
２１０：ジンバル機構
２２０：２重反転プロペラ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月26日(2017.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
特許文献１の壁面移動ロボットが壁面を移動するためには、壁面に磁石、強磁性体、または、電磁石等のように壁面移動ロボットと磁力で結合可能な物体が設けられる必要がある。このため、より多様な環境で使用できる壁面移動ロボットが望まれる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
(１)駆動輪と、前記駆動輪にトルクを与える移動用モータと、前記駆動輪を壁面に押し付ける力を発生する２重反転プロペラと、２以上の自由度を有し、前記２重反転プロペラの回転中心軸の向きを任意に変更できるように前記２重反転プロペラをロータとして保持するジンバル機構とを備える、壁面移動ロボット。
ジンバル機構を含むため、２重反転プロペラの回転により発生する推力が駆動輪を壁面に押し付ける力(以下「押付力」という)として作用するように２重反転プロペラの回転中心軸の向きを設定できる。駆動輪に押付力が与えられた状態で駆動輪に移動用モータのトルクが与えられた場合、駆動輪が壁面を転がり、壁面移動ロボットが壁面を移動する。このように本発明に関する壁面移動ロボットは従来の壁面移動ロボットとは異なり、移動のために磁力を必要としないため、より多様な環境で使用できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に関する壁面移動ロボットはより多様な環境で使用できる。
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月25日(2017.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と、
前記駆動輪にトルクを与える移動用モータと、
前記駆動輪を壁面に押し付ける力を発生する２重反転プロペラと、
２以上の自由度を有し、前記２重反転プロペラの回転中心軸の向きを任意に変更できるように前記２重反転プロペラをロータとして保持するジンバル機構と、
前記駆動輪が連結される第１本体フレーム、および、前記ジンバル機構が連結される第２本体フレームを含むボディとを備え、
前記ジンバル機構は、前記第２本体フレームに対して回転できるように前記第２本体フレームに連結される第１ジンバル、および、前記第１ジンバルに対して回転できるように前記第１ジンバルに連結される第２ジンバルを含み、
前記第２ジンバルは前記２重反転プロペラを保持し、
前記２重反転プロペラの中心軸が前記ボディの前後方向と平行となる前記第１ジンバルの回転位相において前記ボディを平面視した場合、前記ボディの前後方向において前記第１ジンバルが前記第１本体フレームの幅内に収まるように前記第１ジンバルが構成されている
壁面移動ロボット。
【請求項２】
前記第１本体フレームは前記移動用モータを収容する収容部を備える
請求項１に記載の壁面移動ロボット。