(57)【要約】      （修正有）【課題】移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまうことなく、その場で方向転換できる無人作業車を提供する。【解決手段】自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車１において、左右それぞれにクローラ111を有する走行本体11と、各種作業を担う作業本体12とから構成され、作業本体12は、走行本体11に対して水平旋回自在で、多数の関節により屈曲自在な支持脚２を３本以上設けてなり、作業本体12の旋回中心から走行本体11の最も離れた部位を囲む走行本体11の旋回範囲の外側で全支持脚２の接地端271を接地させ、前記全支持脚２それぞれの屈曲状態を制御して作業本体12を持ち上げることにより、走行本体11のクローラ111を地面から離し、作業本体12に対して走行本体11を水平旋回させて前記走行本体11を方向転換させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車において、
左右それぞれに車輪又はクローラを有する走行本体と、
各種作業を担う作業本体とから構成され、
作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在で、多数の関節により屈曲自在な支持脚を３本以上設けてなり、
作業本体の旋回中心から走行本体の最も離れた部位を囲む走行本体の旋回範囲の外側で全支持脚の接地端を接地させ、前記全支持脚それぞれの屈曲状態を制御して作業本体を持ち上げることにより、走行本体の車輪又はクローラを接地面から離し、作業本体に対して走行本体を水平旋回させて前記走行本体を方向転換させることを特徴とする無人作業車。
【請求項２】
支持脚は、接地端を接地させた際に接地しない作業アタッチメントを設けて、マニュピレータを兼ねた請求項１記載の無人作業車。
【請求項３】
支持脚は、接地端直近の関節を挟んで、前記接地端と逆向きに作業アタッチメントを突出させて、マニュピレータを兼ねた請求項１又は２いずれか記載の無人作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、月面や災害現場等、作業者が直接赴くことが難しい又は不可能な場所では、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車が利用される。無人作業車は、作業目的に応じて構成又は構造が大きく異なるが、例えば特許文献１又は特許文献２に見られるように、各種作業を担うマニュピュレータ（ロボットアーム）を搭載し、多数の車輪（特許文献１）又はクローラ（特許文献２）により移動自在に構成される。
【０００３】
特許文献１は、車体の前部及び後部に駆動輪を備えた無人作業車（走行ロボット）を開示する（特許文献１・［請求項１］）。前部の駆動輪は、サスペンションアームに対して前後方向に揺動する（ピッチ軸回りに回動する）支持脚に支持される。サスペンションアームは、車体に対して左右方向に揺動する（ロール軸回りに回動する）。後部の駆動輪は、支持脚に対して前後方向に揺動する旋回脚に支持される。支持脚は、車体に対して前後方向に揺動する。特許文献１が開示する無人作業車は、月面探査に好適な自立駆動型（特許文献１・［0001］）で、前部の駆動輪を垂直軸回りに回動させて方向転換する（特許文献１・［0025］）。
【０００４】
特許文献２は、左右のクローラを備えた無人作業車（自走型探査及び作業ロボット）を開示する（特許文献２・［請求項１］）。マニュピレータは、ロボットハンドとCCDカメラとを有し、前記ロボットハンドにより餌器を設置又は回収し、前記CCDカメラにより撮影画像を探査画像としてホストコンピュータに送る（特許文献２・［0022］）。特許文献２が開示する無人作業車は、シロアリ等の駆除に利用する自立駆動型（特許文献２・［0001］）で、左右のクローラを逆回転させることにより、その場で方向転換できる（特許文献１・［0014］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-235692号公報
【特許文献２】特開平11-137148号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無人作業車において、走行手段として車輪又はクローラのいずれを採用するのかの違いは、使用場所や要求される仕様の違いによる。ここで、走行手段としてクローラを用いた無人作業車は、左右のクローラを逆回転させて、その場で方向転換できる利点がある（特許文献２参照）。走行手段として車輪を用いた無人作業車も、全車輪が駆動輪であれば、同様に左右の車輪を逆回転させて、その場で方向転換させることができると考えられる。
【０００７】
しかし、無人作業車が、左右の車輪やクローラを逆回転させてその場で方向転換する場合、接地面の性状や凹凸又は傾斜が問題となる。例えば接地面が軟弱地盤（ぬかるみ等）や砂地（月面等）である場合、左右の車輪やクローラを逆回転させると、接地面に潜ってしまい、潜った位置からの脱出が困難で、最悪そのまま動けなくなる問題がある。また、接地面に凹凸（災害現場等）又は傾斜（法面等）がある場合、左右の車輪やクローラを逆回転させると、無人作業車の姿勢を不安定にして、最悪転倒させてしまう問題がある。
【０００８】
このように、無人作業車は、走行手段が車輪又はクローラのいずれであっても、その場での方向転換させることができるものの、左右の車輪又はクローラを逆回転させてその場で方向転換すると、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまう問題を発生させる。そこで、走行手段として車輪又はクローラを問わず、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまうことなく、その場で方向転換できる無人作業車を開発するため、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
検討の結果開発したものが、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車において、左右それぞれに車輪又はクローラを有する走行本体と、各種作業を担う作業本体とから構成され、作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在で、多数の関節により屈曲自在な支持脚を３本以上設けてなり、作業本体の旋回中心から走行本体の最も離れた部位を囲む走行本体の旋回範囲の外側で全支持脚の接地端を接地させ、前記全支持脚それぞれの屈曲状態を制御して作業本体を持ち上げることにより、走行本体の車輪又はクローラを接地面から離し、作業本体に対して走行本体を水平旋回させて前記走行本体を方向転換させることを特徴とする無人作業車である。
【００１０】
走行本体が有する車輪又はクローラは、従来公知の構成に準じ、安定した走行及び停止が可能であれば数を問わず、最低限３基以上あればよい。この場合、少なくとも１基以上が駆動輪又は駆動クローラとなる。走行本体は、車輪及びクローラを両方備えていてもよい。作業本体は、各種作業を担う観測装置、計測装置又はマニュピレータ等のいずれか１以上からなる作業装置、走行本体に対する旋回装置、前記作業装置及び旋回装置や車輪又はクローラの制御装置、外部との通信装置、そしてこれらの電源となるバッテリを搭載する。作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在とするため、例えば電動モータによる回動する旋回テーブルに前記作業装置等を搭載する構成が好ましい。
【００１１】
本発明の無人作業車は、走行本体が有する車輪又はクローラを利用するのではなく、支持脚で作業本体及び走行本体を持ち上げた状態で、作業本体に対して走行本体を水平旋回させることにより、その場で走行本体を方向転換させる。支持脚は、作業本体及び走行本体を持ち上げた状態で屈曲状態を固定してもよいし、作業本体に対する走行本体の水平旋回に合わせて作業本体及び走行本体の水平状態を維持するため、前記作業本体及び走行本体の昇降に応じて屈曲状態を制御してもよい。支持脚の関節は、作業本体及び走行本体を持ち上げて屈曲状態を保持したり、制御したりできるものであればよい。支持脚の関節は、例えば比較的小型な無人作業車はサーボモータが、比較的大型な無人作業車は屈曲軸にシリンダを架け渡し、屈曲角度を屈曲軸の角度センサやシリンダのストロークセンサで制御する構成が適している。
【００１２】
本発明の無人作業車は、作業本体にマニュピレータを設けることなく、支持脚のみを設けた構成でもよい。また、マニュピレータを作業本体に設ける場合、支持脚と別に設けてもよい。しかし、支持脚とマニュピレータとは、一方を使用する際、他方を使用しない関係＝排他的使用関係にあるが、多関節を有する点で共通の構造を有する場合が多い。そこで、支持脚は、接地端を接地させた際に接地しない作業アタッチメントを設けて、マニュピレータを兼ねるとよい。好ましくは、支持脚は、接地端直近の関節を挟んで、前記接地端と逆向きに作業アタッチメントを突出させて、マニュピレータを兼ねるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、走行手段として車輪又はクローラを問わず、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまうことなく、その場で走行本体を方向転換できる無人作業車が提供できる。これは、支持脚が作業本体及び走行本体を持ち上げて、接地面から車輪又はクローラが離れた走行本体を水平旋回させて方向転換することの効果である。走行本体の車輪又はクローラが接地面から離れているので、そもそも接地面に埋没する虞がない。また、支持脚は、接地端を接地させるだけで、走行本体の方向転換中に動くことがないため、無人作業車の姿勢を不安定にして転倒させる虞がない。
【００１４】
本発明の無人探査車は、比較的小型な月面探査車にも、また比較的大型な建設機械にも利用できる。ここで、支持脚とマニュピレータとを兼ねた構成は、排他的使用関係にある支持脚とマニュピレータとをまとめ、作業本体の設置スペースを無駄なく利用できる利点があり、特に比較的小型な無人作業車に好ましい構成にできる。また、設置端と逆向きに作業アタッチメントを突出させた構成は、接地端を接地させた際、作業アタッチメントが接地する虞がなくなり、安全に作業本体及び走行本体を持ち上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した無人作業車の一例を表す斜視図である。
【図２】本例の無人作業車の正面図である。
【図３】本例の無人作業車の背面図である。
【図４】本例の無人作業車の左側面図である。
【図５】本例の無人作業車の右側面図である。
【図６】本例の無人作業車の平面図である。
【図７】本例の無人作業車の底面図である。
【図８】本例の無人作業車が支持脚の接地端を接地させた状態を表す側面図である。
【図９】本例の無人作業車が支持脚の接地端を接地させた状態を表す平面図である。
【図１０】本例の無人作業車が支持脚の屈曲状態を制御して作業本体及び走行本体を持ち上げた状態を表す側面図である。
【図１１】本例の無人作業車が支持脚の屈曲状態を制御して作業本体及び走行本体を持ち上げた状態を表す平面図である。
【図１２】本例の無人作業車が作業本体に対して走行本体を水平旋回させている状態を表す側面図である。
【図１３】本例の無人作業車が作業本体に対して走行本体を水平旋回させている状態を表す平面図である。
【図１４】本例の無人作業車が支持脚の屈曲状態を制御して走行本体を再び接地させた状態を表す側面図である。
【図１５】本例の無人作業車が支持脚の屈曲状態を制御して走行本体を再び接地させた状態を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明を適用した無人作業車１は、例えば図１〜図７に見られるように、左右に一対のクローラ111を有する走行本体11と、マニュピレータを兼ねる３本の支持脚２を有する作業本体12とから構成される。本例の無人作業１は、作業本体12の作業装置122が、外部の操作装置や監視装置等（図示略）と、操作信号や監視信号を無線により送受信して、遠隔操作される。クローラ111の邪魔にならなければ、作業装置122は、外部の操作装置や監視装置等（図示略）と、操作信号や監視信号を有線により送受信してもよい。
【００１７】
走行本体11は、クローラ111を回転駆動する駆動装置112に対して作業本体12の旋回テーブル121を水平旋回自在に支持している。旋回テーブル121を水平旋回させる旋回手段は、駆動装置112側に設けてもよいし、旋回テーブル121側に設けてもよい。支持脚２により持ち上げた走行本体11を水平旋回させる関係から、走行本体11は、作業本体12（特に旋回テーブル121）の旋回中心Ｃ（後掲図９参照）を中心とする点対称な平面視外形を有するとよい（図６又は図７参照）。
【００１８】
作業本体12は、作業本体12の旋回中心Ｃ（後掲図９参照）を中心として周方向等間隔に３方向に突出する平面視星形の作業装置122と、前記作業装置122の突出部分の間に設けられた支持脚２とを、前記旋回テーブル121に設けて構成される。作業装置122は、走行本体11や支持脚２の制御装置、操作信号や監視信号を送受信する通信装置、前記通信装置のアンテナ、そして各装置の電源となるバッテリが、外装に囲まれて構成される。作業装置122の構成や外観は、本発明により限定されない。
【００１９】
支持脚２は、第１関節21、第２関節23及び第３関節25により屈曲自在な第１アーム22、第２アーム24及び接地足27から構成され、前記接地足27に作業アタッチメント26を取り付けることにより、マニュピレータと兼用にしている。本例の作業アタッチメント26は、クラムシェルバケット、オーガ、そしてグラップルの３種類である。複数設ける作業アタッチメント26は、本例のように全て種類が異なってもよいし、いずれか又は全部が同じ種類であってもよい。本発明の無人作業車１は、作業者が直接赴くことが難しい又は不可能な場所で使用することを想定するので、交換の必要性をなくすように、できるだけ多種類の作業アタッチメント26を用いることが望ましい。
【００２０】
本例の支持脚２は、接地足28の中間に設けた第３関節25を挟んで、前記接地足27の一端に接地端271を設け、前記接地足27の他端に作業アタッチメント26を取り付けている。本例の接地端271は、接地足27を構成する一対の金属板の端部で、前記金属板の間に揺動自在な側面視三角形の接地ブロックを軸着して構成される。接地ブロックは、接地端271を下方に向けた際、広幅の底面を下方に向けて、地面３に接地させる（後掲図８参照）。接地ブロックは、揺動自在にしておくと、重力下で必ず底面を下方に向ける。
【００２１】
第１関節21は、旋回テーブル121に対して第１アーム22を、作業本体12の旋回中心Ｃ（後掲図９参照）を中心とする半径方向の垂直面内で屈曲させる。第２関節23は、前記第１アーム22に対して第２アーム24を前記垂直面内で屈曲させる。第３関節25は、前記第２アーム24に対して接地足27を前記垂直面内で屈曲させる。また、第２関節25は、第２アーム24に対して自転自在とし、接地足27を上下反転可能にしている。第１関節21、第２関節23及び第３関節25は、それぞれ屈曲角度を制御し、前記屈曲角度を維持できるサーボモータで構成される。
【００２２】
本例の無人作業車１がその場で走行本体11を方向転換させる場合を説明する。無人作業車１は、通常、作業アタッチメント26を下方に向けている。方向転換する無人作業車１は、図８及び図９に見られるように、停止した状態で、第２アーム24に対する第３関節25を180度回転させて接地足27を上下反転させ、下方に向けた接地端271を地面３に接地させる。本例の無人作業車１は、支持脚２が３本であるため、走行本体11の左右に１本及び２本の組に振り分けた支持脚２の接地端271を接地させる。偶数本の支持脚２の場合、走行本体11の左右に同数を振り分けてそれぞれの接地端271を接地させる。
【００２３】
各支持脚２の接地端271は、走行体11の旋回範囲Ｓの外側に接地させる。本例の旋回範囲Ｓは、旋回テーブル121の旋回中心Ｃからクローラ111の角までの長さを半径とする円の内側である。各接地端271が接地する地面３は、支持脚２の屈曲状態を変化させることのできる範囲で、高低差があってもよい。地面３に高低差がある場合、各支持脚２の屈曲状態を制御し、走行本体11を水平姿勢にする。ここで、支持脚２による走行本体11及び作業本体12の安定した持ち上げには、各接地端271の旋回中心Ｃからの水平距離Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3が等しいことが望まれる。しかし、地面２の起伏によって前記水平距離Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3を等しくしえない場合、前記水平距離Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3は、支持脚２の屈曲状態を変化させることのできる範囲で、異なってもよい（本例ではＬ3が少し長い）。
【００２４】
こうして接地端271の接地を終えた無人作業車１は、図10及び図11に見られるように、各支持脚２の屈曲状態を制御し、走行本体11及び作業本体12を一体に持ち上げる。各支持脚２は、走行本体11及び作業本体12を単に持ち上げるだけでなく、前記走行本体11が水平姿勢となるように、それぞれの第１関節21、第２関節23及び第３関節25を個別に屈曲させて、屈曲状態を制御する。支持脚２の屈曲状態は、走行本体11及び作業本体12の昇降に応じて細かく変化させ、走行体11の水平姿勢を保つ。
【００２５】
こうして走行本体11のクローラ111が地面３から離れたら、走行本体11に対する作業本体12の旋回手段を利用して、図12及び図13に見られるように、支持脚２により位置固定された作業本体12に対して走行本体11を水平旋回させる。本例は、走行体11を平面視45度の旋回角度で左回りに水平旋回させている。接地足27は、下端の接地端271から第３関節25にかけて垂直方向に延びており、前記接地端271が走行本体11の旋回範囲Ｓの外側に接地している限り、走行本体11の下段に位置するクローラ111が支持脚２（特に接地足27）に干渉する虞はない
【００２６】
走行本体11が水平旋回を終えると、各支持脚２の屈曲状態を制御して前記走行本体11と作業本体12とを下降させ、図14及び図15に見られるように、クローラ111を再び接地させて、走行本体11の方向転換を完了する。無人作業車１が移動する際、接地端271が接地したままだとブレーキになるため、前記接地端271も地面３から離す必要がある。しかし、無人作業車１を移動させるだけであれば、第３関節25を自転させて接地足27を上下反転させ、作業アタッチメント26を下方に向ける必要はない。
【００２７】
このように、本発明の無人作業車１は、その場で走行本体11を方向転換させる際、クローラ111を持ち上げて地面３から離しているため、地面に埋没する虞がない。このほか、支持脚２は、持ち上げた走行本体11及び作業本体12を水平移動させるように屈曲状態を制御し、地面３に触れることなく、クローラ111に段差を越えさせることもできる。無人作業車１は、クローラ111の走行でも段差を乗り越えることができるが、段差を乗り越える際に姿勢を不安定にして転倒させる虞がなく、また瓦礫等の崩壊も避けることができる。仮に転倒した場合でも、本発明の無人作業車１は、支持脚２の屈曲状態を制御して起こすこともできる。
【符号の説明】
【００２８】
１  無人作業車
11  走行本体
111  クローラ
112  駆動装置
12  作業本体
121  旋回テーブル
122  作業装置
２  支持脚
21  第１関節
22  ブーム
23  第２関節
24  アーム
25  第３関節
26  作業アタッチメント
27  接地足
271  接地端
３  地面
Ｓ  走行体の旋回範囲
Ｌ1〜Ｌ3  旋回中心から接地端までの水平距離
【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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