(57)【要約】  移動ロボットは、その使用において幅広く汎用的に構成される。例えば、移動ロボットは、表面の向き及び／又は形状に関係なく、幅広い種類の表面において使用されるために、構成され得る。それとは別に、或いは、組合せて、移動ロボットは、移動する表面において効果的及び効率的な移動のために構成され得る。ある場合において、移動ロボットは、２又はそれ以上の構成要素ユニットで構成される。ある場合において、構成要素ユニットは、磁石及び磁石を配向する制御システムで構成される。ある場合において、１又は複数の構成要素継手は、構成要素ユニットを連結する。ある場合において、移動ユニットは、メカナムホイールで構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面又は床に対する強磁性表面の向きに関係なく、該強磁性表面において使用されるように構成された移動ロボットであって、
フレームワークと、
複数の磁石と、を具備し、
該複数の磁石が、
前記フレームワークに対して作用的に結合され且つ前記強磁性表面の上方で距離を保持されつつ、
前記強磁性表面に抗して当該移動ロボット及び当該移動ロボットの積載荷重を保持するのに十分な磁場強度を有し、
前記フレームワークの外側端部に対して作用的に結合された第１の磁石の組を少なくとも有し、
これにより最小の、１又は複数の（ｉ）前記強磁性表面からの前記フレームワークのクリアランス、（ｉｉ）当該移動ロボットの重心、及び（ｉｉｉ）当該移動ロボットの全体形状を維持する、移動ロボット。
【請求項２】
前記強磁性表面が、前記地面又は床から角度をなした１又は複数の部分を有する物体である請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記物体が風力タービンタワーである請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において、二次元又はそれ以上の次元で選択的に調整可能である請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項５】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において角度及びクリアランスに関して選択的に調整可能である請求項４に記載の移動ロボット。
【請求項６】
特定の前記第１の磁石の組が前記フレームワークの一端に作用的に結合され、
残りの前記第１の磁石の組が、前記フレームワークの対向する端部に作用的に結合された請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記複数の磁石が、複数の枢動部材を有する向き制御構造を介して前記フレームワークに対して作用的に結合された請求項６に記載の移動ロボット。
【請求項８】
それぞれの枢動部材が「Ｌ」ブラケットとして形成され、
それぞれの「Ｌ」ブラケットが、前記強磁性表面に対して枢動して調整可能な脚区分を有し、且つ、
それぞれの「Ｌ」ブラケットが、ベース部材であって前記強磁性表面に対する前記複数の磁石の１つの鉛直方向の調整を可能としつつ、前記複数の磁石の１つを作用的に支持するベース部材を有する請求項７に記載の移動ロボット。
【請求項９】
それぞれの枢動部材が、
前記強磁性表面に対して枢動して調整可能なブロックとして形成され、且つ、
貫通する１又は複数の鉛直な開口部と、前記強磁性表面に対する前記複数の磁石の鉛直な調整を可能とする一方で同等の１又は複数の前記磁石を作用的に支持するためのプレートと、を有して形成された請求項７に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
前記フレームワークが１又は複数の構成要素ユニットの複数の対を具備し、
それぞれの前記構成要素ユニットが、一体の組立体であり、且つ、該組立体を包囲するフレームを有し、
それぞれの対の前記構成要素ユニットが、並列式に作用的に連結された請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項１１】
前記複数の磁石が第２の磁石の組を有し、該第２の磁石の組が少なくとも１つの前記構成要素ユニットの対間で作用的に結合された請求項１０に記載の移動ロボット。
【請求項１２】
前記フレームワークが１つの構成要素ユニットの対を具備する請求項１０に記載の移動ロボット。
【請求項１３】
特定の前記複数の磁石が、前記１つの構成要素ユニットの対の、第１の構成要素ユニットに対して作用的に結合され、且つ、
残りの前記複数の磁石が、前記１つの構成要素ユニットの対の、第２の構成要素ユニットに対して作用的に結合され、
前記複数の磁石が、前記第１の構成要素ユニット及び前記第２の構成要素ユニットの対向する側にある請求項１２に記載の移動ロボット。
【請求項１４】
前記１つの構成要素ユニットの対の前記構成要素ユニットの前記フレームが、１又は複数の構成要素継手を介して作用的に連結された請求項１０に記載の移動ロボット。
【請求項１５】
連結された前記構成要素ユニットが、前記構成要素継手を介して互いとの関係において拘束される請求項１４に記載の移動ロボット。
【請求項１６】
１又は複数の前記構成要素継手が結合部を具備し、
該結合部は、当該移動ロボットと前記強磁性表面との間の接触が維持されるように、連結された前記構成要素ユニットが互いとの関係において移動することを可能とすべく構成された請求項１４に記載の移動ロボット。
【請求項１７】
連結された前記構成要素ユニットが、１自由度より多くの自由度で互いとの関係において移動することを可能とされた請求項１６に記載の移動ロボット。
【請求項１８】
前記自由度の１つが、互いとの関係において枢動することを可能とされた連結された前記構成要素ユニットと関係する請求項１７に記載の移動ロボット。
【請求項１９】
表面の形状に関係なく、該表面において使用されるように構成された移動ロボットであって、
一対の構成要素ユニットであって、それぞれの前記構成要素ユニットが、一体の組立体であり且つ該組立体を包囲するフレームを有した一対の構成要素ユニットと、
並列式に前記構成要素ユニットを作用的に連結する１又は複数の結合部であって、当該移動ロボットと前記表面との間の接触が維持されるように、連結された前記構成要素ユニットが互いとの関係において移動するのを可能とすべく構成された、１又は複数の結合部と、を具備する移動ロボット。
【請求項２０】
前記表面が１又は複数の曲部を有する物体である請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２１】
前記物体が風力タービンタワーである請求項２０に記載の移動ロボット。
【請求項２２】
前記構成要素ユニットが、対応する該構成要素ユニットの下の前記表面の曲部に対してそれぞれ自己適応する請求項２０に記載の移動ロボット。
【請求項２３】
前記１又は複数の結合部が、前記構成要素ユニットの外側に配置された請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２４】
前記１又は複数の結合部が、前記構成要素ユニットの外側に対して作用的に結合された請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２５】
前記１又は複数の結合部が、当該移動ロボットの中心線に沿って配置されるが、当該移動ロボットの車軸からは離れて配置された請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２６】
前記１又は複数の結合部が、互いとの関係において少なくとも前記構成要素ユニットを枢動するために構成された請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２７】
前記表面が強磁性体材料で形成され、
当該移動ロボット及び当該移動ロボットの積載荷重が、地面又は床に対する前記表面の向きに関係なく前記表面に抗して保持されるように構成された請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項２８】
複数の磁石を更に具備し、
該複数の磁石が、前記構成要素ユニットに対して作用的に結合され且つ前記強磁性表面の上方で距離を保持されつつ、該強磁性表面に抗して当該移動ロボット及び当該移動ロボットの積載荷重を保持するのに十分な磁場強度を有した請求項２７に記載の移動ロボット。
【請求項２９】
前記複数の磁石が第１の磁石の組を少なくとも有し、
特定の前記第１の磁石の組が、連結された前記構成要素ユニットの一方の端部に対して作用的に結合され、
残りの前記第１の磁石の組が、連結された前記構成要素ユニットの他方の対向する端部に対して作用的に結合された請求項２８に記載の移動ロボット。
【請求項３０】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において二次元又はそれ以上の次元で選択的に調整可能である請求項２９に記載の移動ロボット。
【請求項３１】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において角度及びクリアランスに関して選択的に調整可能である請求項３０に記載の移動ロボット。
【請求項３２】
前記複数の磁石が、複数の枢動部材を有する向き制御構造を介して当該移動ロボットに対して作用的に結合された請求項２８に記載の移動ロボット。
【請求項３３】
連結された前記構成要素ユニットが、１自由度より多くの自由度で互いとの関係において移動することを可能とされた請求項１９に記載の移動ロボット。
【請求項３４】
前記自由度の１つが、互いとの関係において枢動することを可能とされた、連結された前記構成要素ユニットと関係する請求項３３に記載の移動ロボット。
【請求項３５】
表面において使用されるように構成され、該表面における全ての領域へと直接且つ好適な方法で移動する機能を有する移動ロボットであって、
地面又は床に対する前記表面の向きに関係なく、前記表面に抗して保持されるように構成されたフレームワークと、
前記フレームワークに対して作用的に連結された少なくとも４つの全方向車輪と、を具備し、
該全方向車輪が、概して当該移動ロボットの４つの離れた角部近傍に配置され、
前記全方向車輪の回転は、前方向、後方向、右方向、左方向、時計回り方向及び反時計回り方向における当該移動ロボットの移動に適応するために全てが前方又は後方に回転されるように個別に制御された、移動ロボット。
【請求項３６】
前記表面が前記地面又は床から角度をなした１又は複数の部分を有する物体である請求項３５に記載の移動ロボット。
【請求項３７】
前記物体が風力タービンタワーである請求項３６に記載の移動ロボット。
【請求項３８】
前記全方向車輪がメカナムホイールである請求項３５に記載の移動ロボット。
【請求項３９】
前記メカナムホイールのそれぞれの回転が、マスターコントローラーによるものである請求項３８に記載の移動ロボット。
【請求項４０】
前記マスターコントローラーが、対応する１つの前記メカナムホイールの前記回転をそれぞれ制御する個々のコントローラーを制御する請求項３９に記載の移動ロボット。
【請求項４１】
前記フレームワークが、１又は複数の構成要素ユニットの複数の対を具備し、
それぞれの前記構成要素ユニットが、一体の組立体であり、且つ、該組立体を包囲するフレームを有し、
それぞれの対の前記構成要素ユニットが、並列式に作用的に連結された請求項３５に記載の移動ロボット。
【請求項４２】
前記表面が強磁性体材料で形成された請求項４１に記載の移動ロボット。
【請求項４３】
前記複数の磁石が、特定の前記構成要素ユニットの外側端部に対して作用的に結合され、
前記強磁性表面の上方で距離を保持されつつ、
前記強磁性表面に抗して当該移動ロボット及び当該移動ロボットの積載荷重を保持するのに十分な磁場強度を有する請求項４２に記載の移動ロボット。
【請求項４４】
前記複数の磁石が第１の磁石の組を少なくとも有し、
特定の前記第１の磁石の組が、前記フレームワークの一端に作用的に結合され、
残りの前記第１の磁石の組が、前記フレームワークの対向する端部に作用的に結合された請求項４３に記載の移動ロボット。
【請求項４５】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において、二次元又はそれ以上の次元で選択的に調整可能である請求項４４に記載の移動ロボット。
【請求項４６】
前記複数の磁石が、前記強磁性表面との関係において角度及びクリアランスに関して選択的に調整可能である請求項４５に記載の移動ロボット。
【請求項４７】
前記複数の磁石が、複数の枢動部材を有する向き制御構造を介して前記構成要素ユニットに対して作用的に結合された請求項４３に記載の移動ロボット。
【請求項４８】
それぞれの対の前記構成要素ユニットの前記フレームが、１又は複数の構成要素継手を介して作用的に結合された請求項４１に記載の移動ロボット。
【請求項４９】
連結された前記構成要素ユニットが、前記構成要素継手を介して互いとの関係において拘束された請求項４８に記載の移動ロボット。
【請求項５０】
１又は複数の前記構成要素継手が結合部を具備し、
該結合部は、当該移動ロボットと前記強磁性表面との間の接触が維持されるように、連結された前記構成要素ユニットが互いとの関係において移動することを可能とすべく構成された請求項４８に記載の移動ロボット。
【請求項５１】
連結された前記構成要素ユニットが、１自由度より多くの自由度で互いとの関係において移動することを可能とされた請求項５０に記載の移動ロボット。
【請求項５２】
前記自由度の１つが、互いとの関係において枢動することを可能とされた、連結された前記構成要素ユニットと関係する請求項５１に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１２月２日に出願された米国特許仮出願第６１／５６６１０４号と、２０１２年９月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／７０３６５６号の双方の利益を主張し、これらの内容は、参照によりそれぞれの全体において本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の実施形態は、その使用において広い汎用性を有するように構成された移動ロボットを含む。例えば、移動ロボットは、表面の向き及び／又は形状に関係なく、表面の幅広い組合せで使用されるように構成され得る。移動ロボットは、代替的に又は組み合わせて、移動する表面において効果的かつ効率的に移動するように構成され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特定の実施形態において、移動ロボットは、地面又は床に対する表面の向き又は配向（orientation）に関係なく、表面において使用されるように構成される。例えば、強磁性表面において使用されるように設計された場合、ロボットは、磁石と向き制御構造とを有することができる。この場合において、磁石は、上方で保持されるように、すなわち、強磁性表面とは直接接触せず、磁石の磁場強度は表面に抗してロボット及びその積載荷重を保持するのに十分であり、そこから落下する危険性なく、ロボットに作用的に結合される（operatively coupled）。場合によって、移動する表面からのロボットフレームのクリアランス、ロボットの重心、及び、ロボットの全体的な形状のうちの１以上を最小に維持するように、磁石は、ロボットの外側端部に作用的に結合される。場合によって、磁石は、強磁性表面との関係において２又はそれ以上の次元で（in two or more dimensions）選択的に調整可能である。場合によって、磁石は、ロボットの対向する端部（opposing ends）に作用的に結合される。ある場合において、磁石は、ロボットの構成要素ユニットから外部にオフセットされる。ある場合において、移動ロボットは、磁石及びそれらの向き制御構造の使用と協働した、連動構成を有するように構成可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特定の実施形態において、移動ロボットは、表面の形状に関係なく、面上で使用されるように構成される。例えば、曲面において使用される場合、ロボットは、１以上の結合部によって共に作用的に連結された、２以上の構成要素ユニットを含み得る。このような場合、結合部が２つの構成要素ユニットを連結するように構成されるが、ユニットは、ロボットが使用する面の形状に適合するように、相互に対して移動させることができる。このため、移動ロボットの使用時に、ロボットと面との間の接触が十分に維持されるように、ロボットは、種々の表面形状のうちのいずれかに対して自己適応することができる。場合によって、１以上の結合部は、構成要素ユニットの外部に配置されている。場合によって、１以上の結合部は、構成要素ユニットのうちの２つの外側に作用的に結合されている。場合によって、１以上の結合部は、ロボットの中心線に沿って配置され、ロボットの車軸と離れて配置されている。場合によって、１以上の結合部は、他の構成要素ユニットに対して、構成要素ユニットのうちの少なくとも１つを枢動するように構成されている。
【０００６】
特定の実施形態において、移動ロボットは、面上で効果的かつ効率的な移動をするように構成されている。例えば、ロボットには、いずれかの方向へのロボットの移動を容易にするように、全方向車輪（omni-directional wheels）が含まれ得る。このような場合、ロボットは、概して案内のために特定の車輪のみ動かすように制限される、ステアリング組立体を必要としない。これとは異なり、それぞれの車輪は、ステアリング機構を有する従来の車輪を使用するものとは異なり、独立して制御されることができ、ロボットの駆動形式を多用途にすることを可能とし、ロボットの方向転換機能をより正確かつ迅速にすることができる。一例において、ロボットは、メカナムホイールとともに構成することができる。
【０００７】
これらの態様及び他の態様、並びに本発明の特徴は、添付の図面及び好適な実施形態の説明を参照することによって、十分に理解及び認識される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の特定の実施形態に係る固定された構成要素ユニットを有する移動ロボットの斜視図である。
【図２】図１によるロボットの一側面の立面図であり、このロボットは、曲面を有する物体上に示されている。
【図３】鉄表面に対するネオジム磁石材料の力と距離の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の特定の実施形態に係る図１のロボットから派生した移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、異なる磁石取付けを含み、曲面を有する物体上に示されている。
【図５】図４によるロボットの磁石取付け部の斜視図である。
【図６】本発明の特定の実施形態に係る図１のロボットから派生した別の移動ロボットの斜視図であり、構成要素ユニットは、互いとの関係において調整することができるように連結されている。
【図７】本発明の特定の実施形態に係る図４及び図６のロボットから派生した移動ロボットの斜視図である。
【図８】本発明の特定の実施形態に係る図５の磁石取付け部から派生した磁石取付け部の斜視図である。
【図９】本発明の特定の実施形態に係る図５及び図８の磁石取付け部から派生した磁石取付け部の斜視図である。
【図１０】本発明の特定の実施形態に係る図４のロボットから派生した移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、曲面を有する物体上に示されている。
【図１１】本発明の特定の実施形態に係る図４のロボットから派生した別の移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、曲面を有する物体上において例示的な連動構成を示している。
【図１２】本発明の特定の実施形態に係る図１のロボットから派生した付加的な移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、曲面を有する物体上に示され、構成要素ユニットは、互いとの関係において調整することができるように連結されている。
【図１２ａ】図１２によるロボットの構成要素ユニット間における１つの連結部の拡大斜視図である。
【図１３】本発明の特定の実施形態に係る図６及び１２のロボットから派生した移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、曲面を有する物体上に示されている。
【図１４】本発明の特定の実施形態に係る図１３のロボットから派生した移動ロボットの斜視図であり、このロボットは、曲面を有する物体上に示されている。
【図１５】本発明の特定の実施形態に係る図４のロボットから派生した付加的な移動ロボットの立面図である。
【図１６】本発明の特定の実施形態に係る具体化された移動ロボットの主制御図である。
【図１７】本発明の特定の実施形態に係る具体化された移動ロボットにおけるモーター制御システム入力の制御図である。
【図１８】本発明の特定の実施形態に係る図６のロボットから派生した移動ロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の特定の実施形態に係る移動ロボット１の１つの例示的な設計を示す。図１のロボット１のような本発明に係る移動ロボットは、フレームワークを有し、このフレームワークは、１又は複数の構成要素ユニットの対を有する。例えば、図示するように、移動ロボット１は、一対の構成要素ユニット、構成要素ユニット１０ａと構成要素ユニット１０ｂとを含む。構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂは、構成要素継手１２によって共に連結される。示されるように、継手１２は、２つの構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂのため隣接したフレーム（又はシャーシ）１１の当接面を通してねじ加工されたねじ部材を含み得る。ただし、上述のように、本発明は、構成要素ユニットをともに固定する継手に限定されない。例えば、別の実施形態において（図６、図７及び１２〜１４を参照して後述するように）、継手は、結合部により置き換えることができる。かかる結合部によって、連結された構成要素ユニットを相互に対して移動させることができ、その結果、表面の形状又は表面に存在する不規則性に関係なく、構成要素ユニット（例えば、その車輪）と表面との間の接触を維持することができる。
【００１０】
特定の実施形態において、図示するように、構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂはそれぞれ、自身のフレーム（又はシャーシ）を有する。しかしながら、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂが構成要素継手１２によって共に固定されることが意図される場合、移動ロボットの実施形態は、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの単一のフレームを代わりに使用することができる。特定の実施形態において、構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂはそれぞれ、一対のメカナムホイール２０ａ、２０ｃ及び２０ｄ及び２０ｄを保有する。ただし、上述のように、メカナムホイールは、本発明の移動ロボットと共に使用できる種々のオムニホイールのうちのほんの１つを示すにすぎない。メカナムホイール２０ａ〜２０ｄの場合、これらは、車軸２１を介して回転可能にシャーシ１１に取り付けられ、独立して駆動され得る。例えば、図示するように、特定の実施形態において、それぞれの車輪は、ギアボックス３１を介して、自身の駆動モーター３０によって駆動される。さらに、それぞれのモーター３０は、独立して、コントローラー３２などによって制御され得る。他の要因のうち、この独立制御は、表面におけるロボット１の効果的な移動及び効率的な移動の両方を可能とする。図示するように、十分な容量のパワーパック（例えば、電池）４０は、モーター３０及びモーターコントローラー３２に電力を供給するように、１以上のフレーム１１に取り付けることができる。
【００１１】
特定の実施形態において、移動ロボット１は磁石５０を有する。しかしながら、当然のことながら、磁石が示されるが、本発明に係る移動ロボットによる１つの機構は、表面に対して、（特に）ロボットが使用される強磁性表面に対して、これらの面の、地面又は床に対する向きに関係なく保持され得る。このため、（付与される引力的な重力に抗するべく）その作用表面に向かってロボットを引っ張り、その作用面に抗してロボットを保持するように作用する任意の機構が別の機構で示される。例えば、（磁力の代わりに、或いは、磁力と組み合わせて使用される）こうした機構は、真空力（図１５に例示）、及び、締付圧（米国特許出願第１３／２４７２５７号明細書に記載されている実施形態に例示され、その開示内容は、参照により関連部分において本明細書に援用される。）を有し得る。さらに、別の機構は、差動力（differential force）の利用（例えば、ロボットが水中用に構成されていた場合、ポンプによって）を含み得る。
【００１２】
かかる保持力を付与する磁石の使用において、磁石５０とその向き制御構造が使用される。特定の実施形態において、図示するように、磁石５０は、ロボット１の外側端部に作用的に結合される。ある実施形態において、磁石５０は、ロボット１の外端面に作用的に結合され得るが、本発明は、このようなものに限定されない。その代わりに、本発明の実施形態の目的の１つは、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの外部に配置された、（以下に具体化されるような）磁石５０とその向き制御構造を有することである。図示するように、磁石５０と向き制御構造は、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂに隣接して（又は構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの側面に）設けられている。かかる構成には多くの利点がある。例えば、磁石５０と向き制御構造は、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの設計に必要な変更をほとんど又は全くすることなく組み込むことができる。さらに、磁石５０と向き制御構造のかかる構成によって、横断面からのロボットフレームのクリアランス、ロボットの重心、及びロボットの全体的な形状のうちの１以上を最小に維持することができる。
【００１３】
特定の実施形態において、磁石５０は、ロボット１の対向する端部に作用的に結合されている。具体的には、図示するように、それぞれの磁石５０は、その対応する構成要素ユニット１０ａ、１０ｂのシャーシ１１に作用的に結合されている。図１は、１対の磁石５０が構成要素ユニット１０ａ、１０ｂのそれぞれに作用的に結合されていることを示しているが、当然のことながら、その代わりに、長手方向に形成された単一の磁石を、それぞれの構成要素ユニット１０ａ、１０ｂと共に使用でき、又は、２以上の磁石を使用できる。
【００１４】
磁石５０が本発明の移動ロボットに作用的に結合されている、具体化された構造体（向き制御構造）は、ロボットが使用される表面に対する磁石の位置の選択的調整に有用である。向き制御構造は、複数の構成要素を含んでいる。例えば、図１に示すように、それぞれの磁石５０は、枢動部材５２を介してシャーシ１１に作用的に結合されている。特定の実施形態において、それぞれの枢動部材５２は、車軸２１と同心とされ得る枢動軸５３に枢動可能に取り付けられ得る。このため、図示するような場合、磁石５０は、ロボット１の車輪２０ａ〜２０ｄから外部にオフセットされ得る。図１のロボット１において図示するように、特定の実施形態において、それぞれの枢動部材５２は、概してＬ形ブラケットとして示され、その脚部は枢動軸５３において枢動可能に取り付けられ、そのベース部は締結部によって磁石５０に作用的に結合される。例えば、図１及び２に示すように、ねじ加工された磁石調整ねじ５４は、ねじ５４が磁石調整ナット５５を用いて枢動部材５２のベース部に結合されるように、それぞれの磁石５０に固定される。図示するように、特定の実施形態において、枢動部材５２（したがって、磁石５０）の内側軸線方向移動は、枢動部材５２の脚部の一部に当接する磁石取付ブラケット５１を介して、防止され得る。このような場合、ブラケット５１は、一体的にシャーシ１１に形成されることができ、又は、図示するように、シャーシ１１に作用的に結合され得る。
【００１５】
引き続き図２を参照すると、特定の実施形態において、磁石５０は、表面２との関係において、少なくとも二次元で選択的に調整可能である。例えば、図示するように、磁石５０は、表面２との関係において、向き角度（orientation angle）及びクリアランス距離の両方において、選択的に調整可能である。したがって、磁石５０は、これらの範囲において不規則性を有するものから、例えば湾曲した非平面状のものまで、種々の面に構成され得る。向き角度に関して、それぞれの磁石５０は、枢動部材５２を枢動軸５３の周囲で枢動することによって調整可能である。クリアランス距離に関して、磁石５０は、ロボット１が移動する表面２よりも上方に（すなわち、非接触）、磁石の位置に関して（例えば、調整ねじ５４とともに用いるワッシャーの使用によって）調整可能である。クリアランス距離は、対応する磁石５０とかかる表面２との間の隙間６１を形成する。磁石５０と移動する表面との間のこうした隙間６１（又はクリアランス）は、磁石によって付与される付着力（clinging power）を最大にして、これらの間の摩擦を防ぐことができる。このことは、面の向きに関係なく、移動ロボット１が、面から落下しないこと（及び面上で滑るのを防止すること）を保証する。磁石５０は、ネオジムのように不活性（passive）であるか、又は、電磁石のように活性であり得る。不活性又は活性の種類に関係なく、磁石５０は、本発明の移動ロボットともに効果的に使用することができ、すなわち、磁石５０と面２との間の摩擦を排除するが、面に対してロボットを保持するのに十分な力を付与するような作用面からの距離（０よりも大きい）で支持することができる。
【００１６】
図３は、一般的なネオジム磁石における磁力と距離の関係を示す。本発明の移動ロボットが移動する表面で作用するのに必要な磁力は、向きに関係なく、以下に示す式（１）で定義される。
【数１】
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【００１７】
磁力は付加的であり、これは、移動ロボットのそれぞれの磁石５０が、その全体的な持ち上げ能力に寄与することを意味する。例えば、図３を参照すると、それぞれの磁石が表面から５．1ｍｍに保持される場合、それぞれの磁石によって生成される対応する磁力（ＦMreq）は、（図３の曲線によれば）およそ４００Ｎ（９０ ｌｂ）である。図１の移動ロボット１に関して、この力は、４つの磁石を考慮すると４倍になり、合計１６０１Ｎ（３６０ ｌｂ）となる。この磁力に関して、磁石５０とロボット１が移動する表面との間の隙間６１（又はクリアランス）が、ロボット１の意図された機能において、いかに重要な役割を果たすのかについて理解されたい。このため、向き制御構造により可能になった移動表面に対する磁石５０の調整機能によって、かかる隙間６１を維持することができる。
【００１８】
引き続き式（１）及び上に提供された変数を用いれば、メカナムホイール２０ａ〜２０ｄなどの車輪が使用され、摩擦係数（μmw）０．３５の車輪である場合、移動ロボット１の最大持ち上げ能力(Ｍp)は５６０Ｎ（１２６ ｌｂ）になる。かかるロボット１は、反転する（inverted）場合（例えば、上昇面の底部を横断する場合）であっても、式（１）の浮揚条件を満たす限り、面から落下することなく、面を昇降することができる。上述したように、図２に示すような円筒面２上であっても、磁石５０の調整機能によって、横断面に対するこれらのクリアランス（すなわち、隙間６１による）を維持することができる。同様のことが、他の非平面や凹凸面上における移動において該当する。
【００１９】
本発明に係る移動ロボットの目的の１つは、移動ロボットが、積載荷重を（例えば、図７に示すような例示的な積載荷重ブラケット１３上に）保有することである。したがって、積載容量は、以下に示す式（２）を用いて概算することができる。
【数２】
2015505763.tif 000004
再び上述した例の値（ΣＦMrが１６３ｋｇｆ（１６０１Ｎ）であり、μmwが０．３５）を用い、移動ロボットの質量（Ｍp）を２９ｋｇ（６５ ｌｂ）と定義すると、積載容量（ＭPL）は２８ｋｇ（６１ ｌｂ）になる。
【００２０】
式（１）を更に参照すると、本発明の具体化された磁性移動ロボット（例えば、図１のロボット１など）の持ち上げ能力（Ｍp）を増加させるのに用いることができる種々の技術が存在するが、これらのうちの一部を以下に示す。しかしながら、これらの技術の多くは、ロボット１の構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの外部に配置された、磁石５０とその向き制御構造によって実現可能になることを理解する必要がある。ロボット１の持ち上げ能力（Ｍp）を増加させる技術の一部は、磁力（ＦMreq）を増加させることを含み得る。このようにする方法の１つは、磁石５０の作用面までの距離を減少させ、隙間６１を減少させることを含み、これによって、図３の曲線を移動させ、ロボット１の全磁力を増加させることができる。別の方法は、磁石５０の数を増加させることを含み得る。付加的な方法は、複数のロボットの部品をともに連結し、それぞれ、磁石５０の対応する組と連結することを含み得る（例えば、後述するように図１１に示す。）。更なる方法は、より強力な又はより大きな磁石５０を使用することを含み得る。
【００２１】
持ち上げ能力（Ｍp）を増加させる他の技術は、摩擦係数（μmw）を増加させることを含み得る。例えば、このようにする方法の１つは、メカナムホイール２０ａ〜２０ｄのローラー２２の材料を最適化し、かかる摩擦係数を増加させることを含み得る。ロボット１の持ち上げ能力（Ｍp）を増加させる更なる技術は、効果的にロボットによる全浮揚質量を低減するように、ロボットにリフト又は浮力発生装置を組み込むことを含み得る。上に示唆したように、ロボットの持ち上げ能力を高めるそれぞれの技術は、上述した式（１）の３つのパラメータ（ＦMreq、Ｍp及びμmw）のうちの１つを調整することを含む。しかしながら、上述のいずれかの組合せとともに、他の技術も、積載容量を増加させるのに用いることができ、当該技術は、ロボット１上の磁石５０とその向き制御構造の位置決めによって簡素化されることを理解する必要がある。
【００２２】
上述にもかかわらず、依然として積載容量に影響を及ぼす可能性がある可変物の１つは、移動ロボットの移動する表面を構成する材料である。上述したように、磁石５０は、強磁性表面上に本発明の移動ロボットを支持するのに十分に機能するが、他の表面材料を横断するのに別の支持機能が必要である。例えば、特定の実施形態において、非磁気的に生成された力は移動ロボットに付加され、ロボットを、作用表面に応じて、磁石５０の代わりに又は磁石とともに作用させることができる。上述したように、かかる非磁気的に生成された力は、真空状態（例えば、シャーシ１１の下方、図１５を参照）を含み、且つ／又は、作用表面２を包囲する複数区分の装置からの圧力（例えば、米国特許出願第１３／２４７２５７号明細書に記載されている実施形態を参照）を含み得る。
【００２３】
上述したように、移動のためにメカナムホイールを使用する本発明の移動ロボット（図１の移動ロボット１など）は、ロボットが、作用表面上のいずれかの方向に移動する能力を有することを可能とする。このため、メカナムホイールは、作用表面上でロボットが効果的かつ効率的に移動することができるように、使用することができるオムニホイールの１種を示す。かかる移動は、個別に駆動される車輪によって可能となる。例えば、図１及び２によるロボット１のメカナムホイール２０ａ〜２０ｄに関して、それぞれは、車輪の周囲に取り付けられた一連のローラー２２を有する。ローラー２２は、一般に、車輪の鉛直な平面から約４５°オフセットした回転軸を有するように構成される。上述したように、特定の実施形態において、車輪２０ａ〜２０ｄのそれぞれは、自身の駆動モーター（又は移動アクチュエーター）３０と共に構成されることができ、駆動モーター３０のそれぞれは、コントローラー３２に連結され得る。このような場合、それぞれのコントローラー３２は、マスターコントローラー１００（その例示的な機能は図１６に示される）と通信することができ、車輪２０ａ〜２０ｄは、例えば、（ｉ）同じ速度で同じ方向に、（ｉｉ）同じ方向に別個に、（ｉｉｉ）同じ速度で反対方向に、又は、（ｉｖ）反対方向に別個にといった種々の方法のうちの１つで回転するように制御され得る。かかる回転の制御によって、本発明の移動ロボット（及びとその構成要素ユニットの対）は、種々の方向に、すなわち、横、斜め、まっすぐ又は後方に、移動させることができ、これによって、ロボット１の対応する方向転換を迅速かつ正確にすることができる。
【００２４】
図１に示すように、車輪２０ａ及び２０ｃは、構成要素ユニット１０ａに作用的に結合され、車輪２０ｂ及び２０ｄは、構成要素ユニット１０ｂに作用的に結合されている。同じ速度で同じ方向にすべての車輪を回転させることによって、同じ速度でその方向にロボット１が移動する。または、車輪２０ｃ及び２０ｄを後方に（すなわち、ロボットの後方に）、車輪２０ｂ及び２０ａを前方に（すなわち、ロボットの前方に）回転させることによって、ロボット１は、図１に示されるように図面の横方向右端に移動する。さらに、これらの方向を逆にすることによって、ロボット１は、図１に示されるように、図面の左端に移動する。そして、車輪２０ｂ及び２０ｃを後方に、車輪２０ａ及び２０ｄを前方に回転させることによって、ロボット１は、時計回りに回転する。これらの方向を逆にすると、ロボット１は、反時計回りに回転する。以下に示す表１は、かかる車輪の駆動に対するロボット１の移動について概説する。
【表１】
2015505763.tif 000005
このように、個々のモーター３０の速度及び方向を独立して制御することによって、複数のユニットのロボット装置１全体は、いずれかの方向（前方、後方、横方向左、横方向右、及びこれらの間のいずれかの方向）に、正確かつ迅速に、作用表面を移動することができる。時計回り及び反時計回りの回転は、通常、ロボット１の向きを微調整するのに用いられる。特定の実施形態において、使用されるメカナムホイール２０の合計数は、付勢されない動作（unbiased motion）を可能とするように、４で割り切れる。
【００２５】
別の磁石取付設計が、図４の移動ロボット１ａによって例示されるように、本発明の趣旨から逸脱することなく、使用され得ることを理解されたい。ロボット１ａの磁石５０（部分的に図５に示される）は、図１のロボット１のものと同様に使用される。例えば、図１による移動ロボットの磁石５０と同様に、磁石５０は、横断強磁性表面よりも上に保持されるように、すなわち、移動する強磁性表面と直接接触しないように、ロボット１ａに作用的に結合されている。しかしながら、磁石５０の磁場強度は、面から落下する危険性がなく、面に対してロボット１ａとその積載荷重を保持するのに十分なものである（再度上述の式（１）及びそこから派生する式（２）を用いる）。
【００２６】
図１のロボット１ａと同様に、特定の実施形態において、磁石５０は、ロボット１ａの外側端部に作用的に結合されている。従って、（以下に具体化されるように）、磁石５０とその向き制御構造は、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの外部に配置されている。上述したように、この配置には多くの利点がある。例えば、磁石５０と向き制御構造は、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの設計の変更をほとんど又は全くすることなく組み込むことができる。さらに、磁石５０と向き制御構造のかかる組込みによって、移動する表面からのロボットフレームのクリアランス、ロボットの重心、及びロボットの全体的な形状のうちの１以上を最小に維持することができる。
【００２７】
図１のロボット１ａと同様に、特定の実施形態において、磁石５０は、ロボット１ａの両端に作用的に結合されている。具体的には、図示するように、それぞれの磁石５０は、その対応する構成要素ユニット１０ａ、１０ｂのシャーシ１１に作用的に結合されている。図５は、３つの磁石５０が構成要素ユニット１０ａ、１０ｂのそれぞれに作用的に結合されていることを示しているが、当然のことながら、その代わりに、１、２又は３個以上の磁石を、それぞれの構成要素ユニット１０ａ、１０ｂと共に使用できる。特定の実施形態において、後述するように、磁石５０は、ロボット１ａの車輪２０ａ〜２０ｄから外部にオフセットされている。
【００２８】
磁石５０が移動ロボット１ａに作用的に結合されている、具体化された構造体（向き制御構造）は、曲面と十分に作用するように構成されている。このため、向き制御構造は、かかる曲面に対する磁石の位置を選択的に調整するのに有用である。図１のロボット１ａと同様に、図４のロボット１ａの向き制御構造は、複数の要素を含んでいる。例えば、図４に示すように、それぞれの磁石５０は、枢動部材によってシャーシ１１に作用的に結合されている。このため、図１のロボット１の磁石枢動部材５２は、ロボット１ａにおいて磁石枢動部材７０を水平に延ばすことによって置き換えられた。特定の実施形態において、ロボット１の枢動部材５２と同様に、ロボット１ａそれぞれの枢動部材７０は、枢動軸５３に枢動可能に取り付けることができ、枢動軸は、ロボットの車輪の車軸２１と同心とすることができ、取付ブラケット６０によって支持され得る。ブラケット６０は、シャーシ１１に一体的に形成されるか、又は、図示するように、シャーシ１１に作用的に結合され得る。取付ブラケット６０は、図１のロボット１の取付ブラケット５１と同様に、ベース部材６１を有するが、ブラケット６０は、付加的な支持構造を更に含む。図示するように、ブラケット６０には、下方に曲がったフランジ６３で終端となる、ベース部材６１及びシャーシ１１から離れて突出する取付フランジ６２が含まれ得る。このため、特定の実施形態において、枢動部材７０は、ベース部材６１とフランジ６３との間に枢動可能に取り付けられている。
【００２９】
図５は、図４のロボット１ａの１つの磁石枢動部材７０の拡大斜視図を示す。図示するように、概して、ブロック７１として形成されるそれぞれの枢動部材７０は、非鉄材料から製造される。特定の実施形態において、枢動部材７０は、その両端から突出する１対のジャーナル７２を有する。このため、それぞれのジャーナル７２は、概して取付ブラケットベース部材６１からブラケットフランジ６３に延びる、枢動軸５３を受容する開口部７３を有する。
【００３０】
当然のことながら、磁石５０は、種々の方法で枢動部材に作用的に結合される。例えば、図５を更に参照すると、枢動部材７０は、複数の開口部７５を形成する上板７４を備え、それにより、部材７０に複数の同じ磁石５０を作用的に結合するために締結部が通される。特定の実施形態において、図示するように、それぞれの磁石５０に使用される締結部には、上板７４に対して取り付けられる、調整ねじ５４と調整ナット５５とが含まれる。このような場合、それぞれの調整ねじ５４は、磁石５０のうちの１つの一方の端部、及び調整ナット５５のうちの１つを通る他方の端部でねじ留めされ、当該調整ねじは、開口部７５の１つの上方で上板７４に更に取り付けられた磁石懸架板７６上に取り付けられているものとして示している。
【００３１】
引き続き図５を参照すると、特定の実施形態において、磁石５０は、移動する表面２に対して少なくとも二次元で調整可能である。例えば、図示するように、磁石５０は、面２に対する、向き角度及びクリアランス距離の両方において調整可能である。従って、磁石５０は、これらの範囲において不規則性を有するものから、例えば湾曲した非平面状のものまで、種々の面に対して構成され得る。向き角度に関しては、それぞれの枢動部材７０の磁石５０は、枢動部材７０を枢動軸５３周りで枢動することによって調整可能である。クリアランス距離に関しては、（図１のロボット１を参照して上述した隙間６１と同様に）磁石５０は、調整ナット５５との関係において調整ねじ５４を回転させることによって、表面２よりも上方のそれらの位置に対して調整可能である。特定の実施形態において、図示するように、それぞれの枢動部材７０には、外側端部ジャーナル７２に固定された枢動ハンドル７７が含まれ、当該ハンドルは、面２に対して磁石５０の調整を容易にするだけでなく、その全体においてロボット１ａの移動も容易にする。
【００３２】
図６及び図７はそれぞれ、本発明の特定の実施形態に係る別の移動ロボット１ｂ及び１ｃを更に示す。ロボットの１ｂ及び１ｃにはそれぞれ、構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂ並びに１０ａ’及び１０ｂ’が含まれるが、構成要素ユニットは、連結コネクタ（図１によるロボット１のねじ付き継手１２など）によって固定されない。その代わりに、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂ及び１０ａ’、１０ｂ’は、互いとの関係において連結されたユニットの移動を可能にする１以上の結合部によって連結される。特定の実施形態において、恐らくより明確に図６に示すように、１以上の結合部は、単一の枢動部又はスイベル継手１２ａを含むが、本発明は、代替的にも使用できる他の同様に機能する種々の結合部などに限定されない。
【００３３】
しかしながら、１以上の結合部として定義される継手１２ａの使用において、少なくとも一部の初期特性は、ロボット１ｂ及び１ｃでの使用において留意することができる。例えば、特定の実施形態において、１以上の結合部は、構成要素ユニット（ロボット１ｂの構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂ、並びにロボット１ｃの構成要素ユニット１０ａ’及び１０ｂ’）の外部に配置されている。加えて、特定の実施形態において、１以上の結合部は、構成要素ユニットの２つの外側に作用的に結合されている。また、特定の実施形態において、１以上の結合部は、ロボット１０ｂ及び１０ｃの中心線に沿って配置されているが、ロボットの車軸２１から離れている。
【００３４】
１以上の結合部としての継手１２ａの使用において、連結された構成要素ユニット（ロボット１ｂの構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂ、並びにロボット１ｃの構成要素ユニット１０ａ’及び１０ｂ’）は、少なくとも構成要素ユニットのうちの１つが他の構成要素ユニットに対して枢動するように構成されている。このため、連結された構成要素ユニット１０ａ及び１０ｂ、１０ａ’及び１０ｂ’は、単一の自由度で移動することができる。前述したように、構成要素ユニットの連結においてこうした１以上の結合部を使用することは、ユニットが、本発明の移動ロボットが使用され得る不規則な面に十分に適応するように（互いに対して）移動するのを可能とする。しかしながら、上に示唆したように、他の結合部は、構成要素ユニット１０ａ’、１０ｂ’で達成される１以上の自由度を可能にするのに使用することができる。また、特定の実施形態において、いずれかのヨー成分がある場合に、かかる結合部は、円筒面２との接触を維持するために、メカナムホイールと共に使用することもできる。
【００３５】
引き続き図７のロボット１ｃを参照すると、他の例示的な特徴を一部示している。例えば、構成要素ユニット１０ａ’及び１０ｂ’のそれぞれのフレーム（又はシャーシ）１１は、屋外環境から内部要素を保護するように被覆することができる。さらに、別々に又は組み合わせて使用しても、構成要素ユニット１０ａ’及び１０ｂ’には、フレーム１１上に物体を支持する一般的な積載荷重搭載マウント１３が含まれ得る。特定の実施形態において、付加的なメカナムホイール部２０ａ’、２０ｂ’２０ｃ’及び２０ｄ’は、磁石５０によって発生した力を十分に分散するユニットに追加することができる。そして、特定の実施形態において、ロボット１ｃは、ロボット１ｃがハンドカートのように搬送されるのを可能とするために取付けフランジ６２’に取り付けられた、車輪１４及びハンドル１５を更に含む。このような場合、車輪１４は、図示するように、（ロボット１ｃによって移動される面に向かって）メカナムホイールの下方に及ばないように取り付けることができる。このため、ロボット１ｃを使用する場合、作用表面に接触する車輪１４によって生じる干渉又は摩擦はない。更に図示するように、（例えば、取り外し可能なピン１６によって構成要素ユニット１０ａ’１０ｂ’に固定された）磁石ブラケット６２’は、ロボット１ｃから取り外し可能に構成されている。ピン１６を取り外すことによって、ブラケット６２’は、ロボット１ｃの保管及び運搬のために取り外すことができる。
【００３６】
図８は、本発明の特定の実施形態に係る更なる別の枢動部材７０ａを示す。図４及び５の枢動部材７０と同様に、枢動部材７０ａには、同じ調整ねじ５４が含まれるが、ねじ５４は固定され、調整モーター５６によって回転可能に駆動される。特定の実施形態において、モーター５６は、逆Ｕ字型構造のベース部材７７に固定され、その脚部７６は、枢動部材７０ａの上板７４に固定される。このような場合、モーター５６は、対応する移動ロボットが移動する表面よりも上に磁石５０の高さを正確に制御することができるように、（従来のステッピングモーターとは異なる）調整ねじモーターとすることができる。
【００３７】
図８と同様に、図９は、本発明の特定の実施形態に係る別の代替的な枢動部材７０ｂを示す。図８の枢動部材７０ａとは異なり、Ｕ形構造の脚部７６ａは、上板７７ではなく、交差部材７７ａによって連結され得る。さらに、調整ロッド５４は、（例えば、交差部材７７ａ間に延びる懸架ボルト７８によって）交差部材７７ａ間に懸架された、空気圧又は油圧（hydraulic）シリンダ５７により置き換えられ得る。空気圧又は油圧シリンダ５７を用いるような場合、これらのピストンロッド５８は、磁石５０に直接固定されている。このため、磁石５０の高さは、空気圧又は油圧によって調整することができる。このことは、特に、ピストン７８が下方にばね付勢される場合、有益である。この場合、例えば、移動ロボットの制御システム（図示せず）が、ロボットが、移動される強磁性表面から落下する危険があることを検出する場合、制御システムは、シリンダロッド５８を可能な限り下方に拡張させるように、シリンダ５７に信号を送信することができ、磁石５０は強磁性表面に直接係合し、これによって、保持力が最大となる。
【００３８】
図１０及び１１は、本発明の特定の実施形態に係る更に別の移動ロボット１ｄ及び１ｅを示す。図４の移動ロボット１ａに類似するロボット１ｄには、ロボット構成要素ユニット１０ａと１０ｂとの間に挿入される付加的な磁石枢動部材７０の対が含まれる。かかる構造によって、移動ロボット１ｄに付与される磁石保持力を高めることができる。このような形態の連動技術が、枢動取付部材７０によって互いに分離された更に別の要素ユニット１０ａ及び１０ｂを追加し続けることによって更に利用できることを理解する必要がある。連動する実施形態に関して、図１１は、図４の移動ロボット１ａに非常に類似した構成を示す。このため、図１１は、それらの間に配置された枢動部材７０を共有する隣接したロボット１ａを示す。ロボットの連動は、１つの軸線においてのみ示されるが、例えば、後述する及び図１２に示すように、側部区分１０ａ及び１０ｂを枢動部又は他の継手により連結することによって、面２に沿って概して垂直な軸で行うこともできる。
【００３９】
本発明に係る実施形態のそれぞれの移動ロボット、又はこれらのそれぞれの構成要素ユニット（図１のユニット１０ａ、１０ｂ）は、多くの用途に利用することができる。例えば、用途の例示的な一式は、所望の積載荷重を保有することを含み得る。積載荷重は、移動ロボットが、面上で清掃、塗装、検査又は他の保守を実行できる、スプレー塗装装置、清掃装置、裁断装置、溶接装置、検査装置又は他の保守装置であり得る。ロボットが強磁性表面を移動するように構成されている場合、これらの形式の面を有する物体としては、パイプライン、タワー、船体、屋外に建設されたタンク、ビーム及び他のインフラストラクチャを挙げることができる。タワーの用途において、積載荷重は、他の装置の昇降及び操作における使用のためのクレーン装置であって、タワー上の目的地へとロボットが搬送するクレーン装置であってもよい。特定の実施形態において、高機能の積載荷重は、移動ロボット１周りでの物体の遠隔操作を必要とし得る。このような場合、ロボットは、かかる作用を実行する、ロボットアームなどの１以上のハンドリング装置と共に構成され得る。
【００４０】
図１２は、本発明の特定の実施形態に係る更なる別の移動ロボット１ｅを示す。図６のロボット１ｂ及び図７のロボット１ｃと同様に、図１２のロボット１ｅは、構成要素ユニット１０ａ’’及び１０ｂ’’を互いとの関係において移動させることができる、継手１２ｂの周りに１つの自由度（例えば、枢動）を有する。ただし、２つの点（ユニットの対向面の頂角部及び底角部）で構成要素ユニット１０ａ’’及び１０ｂ’’を連結することによって、継手１２ｂは、表面２に対して垂直でかつ表面２と水平に接するメカナムホイールを保持するのに更に効果的である。その結果、ロボット１ｅは、すべてのメカナムホイールを円滑に同じ方向に回転させて、曲面（例えば、面２など）を登ることができる。特定の実施形態において、恐らく図１２ａに最も明確に示すように、継手１２ｂは、角度設定孔１８を通るピン１７によって保持されている。または、例えば、枢動部１２ｂは、ステッピングモーター、及び図８に示すものと同様であるねじ付きロッドの配置の追加とともに、自動的に調整することができ、このため、       枢動角を制御するように、ピン１７は正確に取り外される。図示するように、ロボット１ｅには、特定の実施形態において、磁石保持ブラケット７１’が含まれる。図示されるように、これらのブラケット７１’がロボット１ｅの端部に対して作用的に結合される一方で、それらは、磁石の調整機能が必要とされない場合に、固定された磁石の位置を可能とする。しかし当然のことながら、枢動部材（図１によるロボット１の部材５２、又は図４の部材７０など）は、ロボット１ｅと共に使用され得る。
【００４１】
上述したように、特定の実施形態において、本発明の移動ロボットは、メカナムホイールを使用して、純粋な全方向移動を実現する。しかしながら、式（１）の条件が満たされる限り、純粋な全方向移動を犠牲にして（at the expense of pure omnidirectional movement）他の形式の車輪又はトラックを代わりに使用することができる。例えばこうした他の形式の車輪は、ある程度の全方向移動を可能とする、（図１３に例示するような）従来の軸車輪２３ａ〜ｄ、又は枢動可能なキャスタ車輪を含み得る。一方、強化された牽引が必要とされる場合、メカナムホイール２０ａ〜ｄ、又は従来の軸車輪２３ａ〜ｄは、（図１４に例示するような）トラック２４ａ〜ｄにより置き換えられ得る。
【００４２】
図１３を更に参照すると、本発明の特定の実施形態に係る別の代替的な移動ロボット１ｆが示されている。この点において、移動ロボットとともに使用される継手は、互いとの関係において構成要素ユニットを移動させる際に、単一の自由度を付与するものとして記載されている。しかしながら、ロボット１ｆに関して、複数の結合部（例えば、継手１２ａ及び１２ｂ）が例示され、これらの併用によって、二重の自由度が可能になり、これらのそれぞれは、構成要素ユニット１０ａ’’、１０’’のフレームの対向面７８から生じている。これらの継手を組み合わせる目的の１つは、わずかでかつ非常に不規則な面上で良好に作動させるのに必要な自由度を、ロボット１ｆに付与することである。上述したように、図１３のロボット１ｆは、メカナムホイールの代わりに、従来の軸車輪２３ａ〜ｄとともに例示されている。ただし、一部の時計回り及び半時計回りの移動性は、ロボット１ｆに二重の自由度を付与することができる。例えば、同じ速度で同じ方向にすべての車輪を回転させることによって、ロボットの構成要素ユニット１０ａ’’、１０ｂ’’は、同じ速度でその方向に移動する。さらに、車輪２０ｄ及び２０ｂを後方に、車輪２０ａ及び２０ｃを前方に回転させることによって、構成要素ユニット１０ａ’’、１０ｂ’’は、時計回り方向に回転する。または、これらの方向を逆にすると、構成要素ユニット１０ａ’’、１０ｂ’’は、反時計回り方向に回転する。以下に示す表２は、かかる車輪の駆動に対するロボット１ｆの移動について概説する。
【表２】
2015505763.tif 000006
【００４３】
ロボット１ｇは、図１３のロボット１ｆと同等の構成を有するが、上述したように、ロボット１ｇは、（図１３のロボット１ｆで示された）従来の軸車輪２３ａ〜ｄがトラック２４ａ〜ｄに置き換えられて例示される。従来の車輪と同様に、制限された時計回り及び反時計回りの移動性は、２つの枢動軸に、構成要素１０ａ’’、１０ｂ’’の複数の結合部からの自由度を付与することが可能である。同じ速度で同じ方向にすべてのトラックを駆動させることによって、ロボットのユニット１０ａ’’、１０ｂ’’は、同じ速度でその方向に移動する。トラック２４ｄ及び２４ｂを後方に、トラック２４ａ及び２４ｃを前方に駆動させることによって、ユニット１０ａ’、１０ｂ’は、時計回り方向に回転する。これらの方向を逆にすると、ユニット１０ａ’’、１０ｂ’’は、反時計回りに回転する。以下に示す表３は、かかる車輪の作動に対するロボット１ｇの移動について概説する。
【表３】
2015505763.tif 000007
【００４４】
図１５は、本発明の特定の実施形態に係る更に別の移動ロボット１ｈを示す。ロボット１ｈには、図４のロボット１と同様の構成が含まれるが、ロボット１ｈからの磁力は、真空装置４５の使用によって高められるように示されている。図示するように、特定の実施形態において、かかる装置４５から生じた真空は、内部圧力が外部周囲圧力未満であるスカート４６によって維持される。従って、真空は、磁石５０によって生成されるのと同様な、（すなわち、例えば、メカナムホイール２０ａのように、車輪の駆動によってロボットによって移動される表面に沿って、可動な、）合力（net force）を付与する。当然のことながら、真空は、サンドブラスト用途のような残骸を取り除くのに必要とされる積載荷重全体の一部だが、残骸を取り除く主な役割に加え、ロボットの車輪に付与された保持力を強化するためにも真空は機能し得る。真空装置４５が、式（１）の要件を確実に満たす程度に十分強い場合、磁石５０は、本発明の移動ロボットに必要ではない。このような場合、作用表面に鉄は不要であり、その代わりに、スカート４６が十分な真空状態を維持できるように、作用表面が十分に滑らかであることを必要とするにすぎないことを理解する必要がある。
【００４５】
特定の実施形態において、本明細書で具体化されたそれぞれのロボット１〜１ｈ、又はこれらのそれぞれの構成要素ユニットには、必要に応じて、例えば、積載荷重及びロボットに使用する、電力、通信制御、空気圧／油圧ライン用の、及び、必要に応じて、積載荷重に使用する塗布液ライン用の、迅速接続／切断インターフェースが含まれ得る。さらに、特定の実施形態において、具体化されたロボットのそれぞれの構成要素ユニットは、ロボットを製造するのに必要なすべての装置、及び内蔵された積載荷重（例えば、電池、タンク、無線通信など）を設置する場所が設けられるような大きさにすることができる。支持構造体、又は電気系統／制御ラインを非実用的にさせる大きな障害物（例えば、パイプライン支持体）の周囲でロボットを操作する必要がある場合、これは望ましい。
【００４６】
本発明の移動ロボットは、これらの種々の実施形態のいずれかにおいて、「マスターコントローラー」コンピュータ１００によって制御され、その例示的な主制御図は、本発明の特定の実施形態に係る図１６に提供される。メカナムホイール２０ａ〜２０ｄ、従来の軸車輪２３ａ〜２３ｄ又はトラック２４ａ〜２４ｄを使用しても、ロボットが移動する物体上の所望の移動を実現するように、独立して制御される。特定の実施形態において、かかる制御は、ロボットが保有する積載荷重装置に動作可能に提供され得る。このように、マスターコントローラーコンピュータ１００は、ロボット、又は連動する場合は複数のロボット（例えば図１１に例示される）に取り付けられたすべての車輪（若しくはトラック及び動作可能な積載荷重部材）を制御するのに必要な量に応じて、複数の個々のアクチュエーターコントローラーＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・、ＡＮ（例えば、モーターコントローラー３２）を独立して命令するように構成することができる。特定の実施形態において、コントローラーコンピュータ１００は、独立して、それぞれのロボットのアクチュエーターコントローラーのそれぞれに配線されるが、本発明は、このようなものに限定されず、これとは別に、コントローラーコンピュータ１００は、無線通信を介して、それぞれのアクチュエーターコントローラーを制御できる。
【００４７】
図１７は、本発明の特定の実施形態に係る具体化された移動ロボットにおけるモーター制御システム入力の制御図である。最初に、マスターコントローラーコンピュータ１００からのアクチュエーター入力は、１又は複数のロボットに配置されたモーターコントローラー３２などのそれぞれのアクチュエーターコントローラーＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・、ＡＮへの制御ライン１０１によって個々に命令される。アクチュエーターコントローラーは、図示するように、情報を処理し、アクチュエーター、例えばモーター３０に所望の機能を実行するように命令する。その後、このように命令されたアクチュエーターは、アクチュエーターコントローラーにフィードバック情報を提供し、そして、１以上のフィードバックライン１０２によって示すように、マスターコントローラーコンピュータ１００に情報をフィードバックする。ライン１０１及び１０２が、無線回線とともに有線回線も含み得ることを理解する必要がある。
【００４８】
図１７は、具体的には、車輪又はトラック駆動モーター３０を制御するアクチュエーター制御システムＡ１の例示的な概略図である。図示するように、マスターコントローラー１００は、ライン１０１によって示すように、モーターコントローラー３２に角速度命令を送信する。この信号は、加算点１２１を介してモーターコントローラー３２上を通過し、そして、ライン１０４を介してモーター３０にこれらの命令を通過させる。モーター３０は、マスターコントローラー１００にフィードバックされる出力信号を提供し、通信ライン１０５を介して電位差計／エンコーダ１２３に供給することができる。このような場合、電位差計／エンコーダ１２３は、モーター３０の回転速度を測定し、通信ライン１０７を介して、発生した信号を加算点１２１に送信する。発生したフィードバック信号は、通信ライン１０８を介してモーター制御部３２に伝達される。同様に、モーターコントローラー３２は、２つの入力を比較し、ライン１０４を介して、車輪又はトラック駆動モーター３０に、混合された発生信号を送信ことができる。
【００４９】
例えば、面を清掃する、塗装する又はその他の処理をする命令を含んだ処理を参照すると、命令は、ＣＮＣ加工プログラムと同様のプログラムで、コンピュータ／コントローラー１００にロードすることができる。そして、コントローラー１００は、特定の場所に移動する方法、又は、完全に面を覆う方法について、種々のアクチュエーター制御システムＡ１〜ＡＮを介して、移動ロボットに命令する。コンピュータは、作用表面上の全出発点におけるロボットの配置によって、ロボットの出発点を決定することができる。または、自動制御が必要でない場合、移動ロボットは、操作者によって手動で制御することができる。
【００５０】
それとは別に、或いは、組み合わせて、位置制御は、外部基準情報源に基づいて行うことができる。例えば、基準情報源は、マスターコントローラー１００に、ロボット又は連動ロボットにおける特定の基準点の全体的な位置を中継することができる。ロボットの位置と外部位置基準とを比較することによって、コントローラー１００は、ロボット若しくは連動ロボット又はロボット構成要素ユニットの正確な位置基準を処理することができる。公知な位置に配置されたＧＰＳ又は地上発信器を含む１つの共通の方法で可能となる、外部制御の様々な方法がある。
【００５１】
特定の実施形態において、ロボットの位置及び／又は向きは、幅広い情報源の配列（例えば、ピッチ及びヨー角センサ、ＧＰＳ、加速度計、惰性エンコーダ車輪、既知の位置発信器、駆動モーター速度、慣性誘導制御など）からのフィードバックにより決定することができる。正確な位置及び向き制御は、最小のユーザー入力を可能にし、これによって、特定のタスクの自動化を容易とすることを理解されたい。要求に応じて、ロボットは、関連する位置データを積載荷重に中継する。図１８は、本発明の特定の実施形態に係る特定のこれらの機能を可能にする特徴を有する、例示的な移動ロボット１ｉを示す。図４のロボット１ｂと多くの点で類似して、ロボット１ｉは、オムニホイール２５、オムニホイールエンコーダ１２３ａ及び継手エンコーダ１２３ｂを含む更なる機能を有する。特定の実施形態において、図示するように、オムニホイール２５は、自由に接触し、ロボット１ｉが横断する作用表面上で回転するように、磁石取付ブラケット５１に枢動可能に連結されている。更に図示するように、特定の実施形態において、ホイールエンコーダ１２３ａは、ホイール２５の軸に連結され、継手エンコーダ１２３ｂは、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの間の継手１２ａの一方の端部に連結されている。
【００５２】
引き続き図１８を参照すると、車輪２５の速度及び位置のモニタリングによって、ホイールエンコーダ１２３ａは、マスターコントローラー１００（明確に示していないが、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの一方に位置する。）にかかる情報を送信する。この情報により、とりわけ、コントローラー１００は、作用表面上におけるロボット１ｉの真の位置を追跡することができる。同様に、継手エンコーダ１２３ｂは、構成要素ユニット１０ａ、１０ｂの間の角度差をモニタリングし、マスターコントローラー１００に対して、このような情報を送信することができる。当然のことながら、角度差が大きいほど、ロボット１ｉが、作用表面に対して軸から離れていることになる。これは、湾曲した作用表面で特に関係する。ある程度のホイールのスリップは、メカナム駆動方式において本来的にあり、特定の実施形態において、マスターコントローラー１００に供給されるメカナムホイール速度に加えて、フィードバックによって、ロボット１ｉの向きを正確に制御し、ロボット１ｉを正確に操作することができる。このため、コントローラー１００は、種々のアクチュエーター制御システムＡ１〜ＡＮの制御によって、面に沿ってロボット１ｉが移動するとき、スリップを補正することができる。スリップは、従来の軸車輪又はトラック駆動システムに関しそれほど問題ではないが、正確な制御のために、マスターコントローラー１００は、依然として、フィードバックを必要とする。
【００５３】
好適な実施形態のロボットには多くの用途があり、そのうちの１つに、風力タービンタワー又は垂直管などの円筒型タワーの保守がある。突出した障害物の場所及び他の一般的な「立入禁止」区域などのタワーの配置は、ＣＮＣ加工プログラムと類似したプログラムにおいて、コンピュータ／コントローラー１００にロードすることができる。同様に、コンピュータ／コントローラー１００は、移動ロボットの構成とタワーの構成とを比較し、ロボットの出発位置を決定することができる。使用時に、移動ロボットは、コントローラー１００に提供されるいずれかの鉄表面及び表面幾何形状に配置されてもよい。特定の実施形態において、上に示唆したように、搭載ＧＰＳ又は他のナビゲーション装置を使用し、コンピュータ／コントローラー１００に位置及び向き情報を通信することができる。そして、コンピュータ／コントローラー１００は、完全に面を覆うか又は特定の場所に直接移動するように、面に及び面上に進むために移動する方法について、種々のアクチュエーター制御システムＡ１〜ＡＮを介して、移動ロボットに命令する。上述したように、移動ロボットは、清掃、塗装、裁断、溶接及び／又は保守装置を保有することができ、コンピュータ／コントローラー１００は、作用表面の準備と保守の両方をロボットに命令することができる。
【００５４】
上述したものが本発明の好適な実施形態の説明であり、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の変更及び改良をすることができることを理解する必要がある。
【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１２ａ】
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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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【国際調査報告】
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