(57)【要約】【課題】  装置の推進力の伝達手段として弾力性を有する毛状体を利用することで、複雑な形状の管路内でも自由に走行させることができる共に、進行方向に障害物があるときに自動的に進行方向を変換する。【解決手段】  傾斜配置した毛状体２を振動で撓ませ、その復元を所定方向への推進力として利用する推進力発生部３と、この推進力発生部３を振動させる振動部４を具備したロボット本体５と、ロボット本体５の走行方向を変換する車輪７と、ロボット本体５の前部に、左右方向それぞれに突出した接触子１６ａ，１６ｂ，が水平方向に首振り自在に成るように取り付けた方向変換装置６とを備え、方向変換装置６の左右何れかの接触子１６ａ，１６ｂが、走行中に障害物Ｏに接触したとき、その障害物Ｏに接触した接触子１６ａ，１６ｂの動作に連動して、この接触した接触子１６ａ，１６ｂと反対方向に車輪７の向きを変換するように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾力性を有する複数本の毛状体（２）を傾斜配置し、該毛状体（２）を振動で撓ませ、その復元力を所定方向への推進力として利用する推進力発生部（３）と、
該推進力発生部（３）を振動させる振動部（４）を具備したロボット本体（５）と、
該ロボット本体（５）の走行方向を変換する車輪（７）と、
前記ロボット本体（５）の前部に、左右方向それぞれに突出した接触子（１６ａ，１６ｂ，）が水平方向に首振り自在に成るように取り付けた方向変換装置（６）と、を備え、
前記方向変換装置（６）の左右何れかの接触子（１６ａ，１６ｂ）が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したとき、その障害物（Ｏ）に接触した接触子（１６ａ，１６ｂ）の動作に連動して、この障害物（Ｏ）のない方向に前記車輪（７）の向きを変換するように構成した、ことを特徴とする方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【請求項２】
前記方向変換装置（６）は、前記ロボット本体（５）の先端から、該ロボット本体（５）側に左右それぞれに湾曲状に形成した接触子（１６ａ，１６ｂ）の中央部から突出させた連結片（１７）を回動支持軸（１８）で首振り自在に支持し、
前記連結片（１７）に固着した作動子（１９）を、前記車輪（７）の車輪支持軸（２０）に固着した作動受部（２１）に当て、前記作動子（１９）の水平方向の動作を作動受部（２１）に伝達し、前記車輪支持軸（２０）を回動するように構成したものである、ことを特徴とする請求項1の方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【請求項３】
前記方向変換装置（６）は、前記ロボット本体（５）の先端から、該ロボット本体（５）側に左右それぞれに湾曲状に形成した接触子（１６ａ，１６ｂ）の中央部から突出させた連結片（１７）を回動支持軸（１８）で首振り自在に支持し、
前記連結片（１７）に固着した作動受部（２１）に、前記車輪（７）の車輪支持軸（２０）に固着した作動子（１９）を当て、前記連結片（１７）の水平方向の動作を作動受部（２１）に伝達し、前記車輪支持軸（２０）を回動するように構成したものである、ことを特徴とする請求項1の方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【請求項４】
前記車輪（７）にショックアブソーバ（２２）を具備した、ことを特徴とする請求項1、２又は３の方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【請求項５】
前記ロボット本体（５）の前部上方位置に、該ロボット本体（５）の前方斜め上方に突出した接触子が揺動自在に成る上方位置感知装置を取り付け、
前記上方位置感知装置の接触子が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したときに連動して、前記推進力発生部（３）が動作停止するように構成した、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４の方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【請求項６】
前記ロボット本体（５）の前部上方位置に、該ロボット本体（５）の前方斜め上方に突出した接触子が揺動自在に成る上方位置感知装置を取り付け、
前記上方位置感知装置の接触子が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したときに連動して、前記推進力発生部（３）の走行が後退するように構成した、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４の方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭隘な空間内を自動走行し、その点検、探査、清掃あるいは位置の明示を行うことができる毛状体を推進力とする自動走行ロボットに係り、特に進行方向を自動で変換することができる方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
狭隆な空間の点検あるいは清掃を行う際に使用する種々のロボットが提案されている。例えば、特許文献１の特開平６−１９１４０１号「管内自動走行装置」に、下水道管や石油導管等の配管内部の検査や補修に使用する管内自動走行装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１９１４０１号
【０００４】
この特許文献１に記載されている管内自動走行装置は、複数の駆動輪を外部に有するハウジング内に収納され、電気ケーブルを介して外部電源装置に接続された電動モータと油圧ポンプと油圧タンクを有する圧力源部と、圧力源部から送られる作動油で回転する油圧モータと油圧モータの出力軸と各駆動輪の車軸間を連結するギヤ−群とを有する走行駆動手段と、圧力源部から送る作動油の流量と方向を制御する電磁弁ブロックとを備えたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の駆動輪の回転を推進力とする管内自動走行装置では、平坦な管路内であれば走行させることができる。しかし、配管内壁に凹凸や段差があるような複雑な形状の管路のときは、その管路内を円滑に走行させることができず、管路の途中で進退不能になることが多かった。また、従来の駆動輪を回転させる管内自動走行装置は、この装置自体も構造が複雑であるために、実用的でないという問題を有していた。
【０００６】
一方、瓦礫の内部に埋もれたものを探索したいときに、従来の自動走行装置では、走行中に窪みに嵌まってしまうと、それ以上走行させることができないという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、装置の推進力の伝達手段として弾力性を有する毛状体を利用することで、複雑な形状の場所でも自由に走行させることができる共に、進行方向に障害物があるときに自動的に進行方向を変換することができる方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、弾力性を有する複数本の毛状体（２）を傾斜配置し、該毛状体（２）を振動で撓ませ、その復元力を所定方向への推進力として利用する推進力発生部（３）と、  該推進力発生部（３）を振動させる振動部（４）を具備したロボット本体（５）と、該ロボット本体（５）の走行方向を変換する車輪（７）と、前記ロボット本体（５）の前部に、左右方向それぞれに突出した接触子（１６ａ，１６ｂ，）が水平方向に首振り自在に成るように取り付けた方向変換装置（６）と、を備え、前記方向変換装置（６）の左右何れかの接触子（１６ａ，１６ｂ）が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したとき、その障害物（Ｏ）に接触した接触子（１６ａ，１６ｂ）の動作に連動して、この障害物（Ｏ）のない方向に前記車輪（７）の向きを変換するように構成した、ことを特徴とする方向変換機能を具備した毛状体を推進力とする自動走行ロボットが提供される。
【０００９】
前記方向変換装置（６）は、前記ロボット本体（５）の先端から、該ロボット本体（５）側に左右それぞれに湾曲状に形成した接触子（１６ａ，１６ｂ）の中央部から突出させた連結片（１７）を回動支持軸（１８）で首振り自在に支持し、前記連結片（１７）に固着した作動子（１９）を、前記車輪（７）の車輪支持軸（２０）に固着した作動受部（２１）に当て、前記作動子（１９）の水平方向の動作を作動受部（２１）に伝達し、前記車輪支持軸（２０）を回動するように構成したものである。
【００１０】
前記方向変換装置（６）は、前記ロボット本体（５）の先端から、該ロボット本体（５）側に左右それぞれに湾曲状に形成した接触子（１６ａ，１６ｂ）の中央部から突出させた連結片（１７）を回動支持軸（１８）で首振り自在に支持し、前記連結片（１７）に固着した作動受部（２１）に、前記車輪（７）の車輪支持軸（２０）に固着した作動子（１９）を当て、前記連結片（１７）の水平方向の動作を作動受部（２１）に伝達し、前記車輪支持軸（２０）を回動するように構成したものである。
【００１１】
前記車輪（７）にショックアブソーバ（２２）を具備することが好ましい。
【００１２】
前記ロボット本体（５）の前部上方位置に、該ロボット本体（５）の前方斜め上方に突出した接触子が揺動自在に成る上方位置感知装置を取り付け、前記上方位置感知装置の接触子が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したときに連動して、前記推進力発生部（３）が動作停止するように構成することができる。
【００１３】
前記ロボット本体（５）の前部上方位置に、該ロボット本体（５）の前方斜め上方に突出した接触子が揺動自在に成る上方位置感知装置を取り付け、前記上方位置感知装置の接触子が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したときに連動して、前記推進力発生部（３）の走行が後退するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明では、推進力発生部（３）の傾斜配置した毛状体（２）が、振動部（４）からの振動で撓み、この弾力性を有する毛状体（２）が復元する際に、この毛状体（２）の先端が地面等に当りその反作用でこの毛状体（２）の傾斜方向への推進力を発生させることができる。このような毛状体（２）の動作の繰り返しでロボット本体（５）を走行させることができる。また、毛状体（２）は、ロボット本体（５）の進行する方向決めの機能とこのロボット本体（５）を支持する機能を合わせ持つので前進と後退を確実に行え、進退不能にならない。
【００１５】
更に、ロボット本体（５）の前部に方向変換装置（６）を取り付けているので、この水平方向に湾曲形状に延びた接触子（１６ａ，１６ｂ）が、走行中に障害物（Ｏ）に接触したときに、その障害物（Ｏ）に接触した何れかの接触子（１６ａ，１６ｂ）と反対方向に車輪（７）の向きを自動的に変換することができる。そこで、自動走行ロボット（１）が狭い空間内で挟まれて走行不能になることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の自動走行ロボットは、弾力性を有する毛状体を推進力として利用し、更にこの毛状体をロボット本体の進行する方向決めの機能とロボット本体を支持する機能とを合わせ持たせ、複雑な形状の管路内や凹凸面のある狭隘な場所においても進退不能にならず前進と後退することができる装置である。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の自動走行ロボットの実施例１を示す部分断面図である。図２はロボット本体部分を示す平断面図である。
本発明の実施例１の自動走行ロボット１は、弾力性を有する多数の毛状体２を所定方向に傾斜配置した推進力発生部３と、この推進力発生部３を振動させる振動部４を具備したロボット本体５と、を備えたものである。このロボット本体５の前部に設けた方向変換装置６で走行方向を自動的に変更し得る車輪７を取り付けたものである。
【００１８】
推進力発生部３は、例えば棒状の素材からなる毛状体支持軸８の周囲に複数本の毛状体２の束がリング状になるように、所定間隔をあけて複数個所に植設したものである。図示例では、５本列の毛状体２のリングを４箇所設けているがこの数値に限定されず、大型の自動走行ロボット１のときは、この数より毛状体２のリングを多く設け、逆にコンパクトな自動走行ロボット１のときは、この毛状体２のリングの数を減らすことができる。
【００１９】
各毛状体２の束は、毛状体ガイド管９に開けた複数の挿通孔１０からそれぞれ突出させる。この毛状体２は、弾力性を有し、水分の多い場所において耐水性を有する合成樹脂であれば何れのものでも使用することができる。例えば、ポリエチレン、アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂のいずれでも使用することができる。また、毛状体２は合成樹脂材に限定されず、金属材を用いることも可能である。
【００２０】
推進力発生部３は、毛状体支持軸８に対して毛状体ガイド管９を前後動させることにより、毛状体２の束の傾斜する方向を変換させるように構成したものである。例えば、毛状体ガイド管９の一端に平ギヤ（図示していない）を設け、これを駆動ギヤで前後動させるように構成することができる。
【００２１】
なお、単純に「前進状態」と「後退状態」の２種類の動作であれば、電磁コイル（図示していない）を用いることも可能である。例えば、電磁コイル中に可動鉄心を入れ、この可動鉄心が励磁電流により、吸引されたり離れたりすることによって、この可動鉄心に連結した毛状体ガイド管を進退させるように構成することも可能である。
【００２２】
このように、本発明の自動走行ロボット１は毛状体２の先端部の傾斜する方向を自由に変えることができる構造であるので、毛の向きを進行方向に対し斜め下側にすると前進し、その逆にすると後退となり、前進も後退も毛の向きの切り替えにより容易に行うことができる。
【００２３】
ロボット本体５の周囲に、このロボット本体５を支持するための支持用毛状体１１を植設する。また、自動走行ロボット１の動力源となる振動や推進力発生部３の作動させる電源は、内部電池又はケーブル等による外部供給の電源（図示していない）とし、用途により使い分けることができる。
【００２４】
ロボット本体５は、図２に示すように、振動部４と方向変換装置６とを備えたものである。振動部４は、モータ等の回転駆動機１２の回転軸１３に偏心ウェイト１４を取り付けたものである。この偏心ウェイト１４の回転により振動部４が振動し、この振動が推進力発生部３に伝達される。なお、振動部４は、振動を発生させ、その振動を推進力発生部３に伝達することができる構成であれば、図示した偏心ウェイト１４と回転駆動機１２との構成に限定されず、例えば電磁石の電磁作用を利用して振動させるように構成することも可能である。
【００２５】
方向変換装置６は、ロボット本体５の先端において、このロボット本体５側に凹みが位置するように左右それぞれに水平方向に湾曲状に形成した右側の接触子１６ａと左側の接触子１６ｂの中央から突出させた連結片１７を回動支持軸１８で首振り自在に支持し、この連結片１７に固着した球状の作動子１９を、車輪７の車輪支持軸２０に固着した略円錐形状の凹部を有する作動受部２１に当てるようになっている。この作動子１９の水平方向の動作を作動受部２１に伝達し、車輪支持軸２０を回動するように構成したものである。なお、作動子１９と作動受部２１とは、原動節と従動節との関係になるカム機構を構成するものであれば、図示例の構造に限定されない。例えば、作動受部２１は必ずしも略円錐形状の凹部を有する形状にする必要はなく、作動子１９を挟むように２枚の板を配置したものでもよい。
【００２６】
この車輪支持軸２０が回動すれば、車輪７の向きを変換させ、自動走行ロボット１の走行方向を変換させることができる。図示例では、１個の車輪を示しているが、自動走行ロボット１の走行方向を変換できるものであれば、２輪の車輪でもかまわない。
【００２７】
この接触子１６ａ，１６ｂは、例えばピアノ線のようにある程度の弾力性を有する材質で形成したものである。方向変換装置６の左右何れかの接触子１６ａ，１６ｂが、走行中に障害物Ｏに接触したときに、その障害物Ｏに接触した接触子１６ａ，１６ｂに連動して車輪７の向きを変換することができる。但し、本発明の接触子１６ａ，１６ｂは、単に障害物Ｏを発見することのみを目的とするものではなく、何れかの接触子１６ａ，１６ｂが障害物Ｏに接触したときに、車輪７の向きを変換できる程度の剛性は必要である。
【００２８】
図３は方向変換装置と方向変換車輪との連動状態を示す説明図であり、（ａ）は障害物がなく直進している状態、（ｂ）は進行方向右の障害物で接触子が動き、車輪を左に変換した状態、（ｃ）は進行方向左の障害物で接触子が動き、車輪を右に変換した状態である。
図３（ａ）に示すように、何ら障害物Ｏがないときは、自動走行ロボット１は推進力発生部３の傾斜配置した毛状体２を、振動部４からの振動で撓ませ、この弾力性を有する毛状体２が復元する際に、この毛状体２の先端が地面等に当りその反作用でこの毛状体２の傾斜方向への推進力を発生させ、走行することができる。このような毛状体２の動作の繰り返しでロボット本体５を走行させることができる。
【００２９】
自動走行ロボット１は、接触子１６ａ，１６ｂが、走行中に障害物Ｏに接触したときに、その障害物Ｏに接触した接触子１６ａ，１６ｂの位置と反対方向に車輪７の向きを自動的に変換することができる。即ち、図３（ｂ）の進行方向の右側に障害物Ｏがあるとき、右側の接触子１６ａが動き（図示例では下方へ）、連結片１７の作動子１９が動く（図示例では下方へ）。この作動子１９の動きに連動して、作動受部２１が車輪支持軸２０を中心にしてその向きを左方向に変換し、同時に車輪７を「左向き」に変換することができる。そこで、自動走行ロボット１は、障害物Ｏに衝突することなく走行することができる。
【００３０】
逆に、図３（ｃ）の進行方向の左側に障害物Ｏがあるとき、左側の接触子１６ｂが（図示例では上方へ）動き、連結片１７の作動子１９が（図示例では上方へ）動く。この作動子１９の動きに連動して、作動受部２１が車輪支持軸２０を中心にしてその向きを右方向に変換し、同時に車輪７を「右向き」に変換することができる。そこで、自動走行ロボット１は、このような直進、左旋回、右旋回を繰り返して障害物Ｏの無い方向に走行することができる。
【００３１】
図４は方向変換装置の他の実施例を示す平断面図である。
方向変換装置６は、図４に示すように、作動子１７を車輪支持軸２０側に取り付け、作動受部２１を接触子１６ａ，１６ｂ側に取り付けるように逆に配置構成にすることが可能である。
【００３２】
図５は推進力発生部の毛状体の状態を示す正断面図である。
毛状体２は必ずしも毛状体支持軸６に対して完全なリング状となるように植設する必要はない。例えば、本発明の自動走行ロボット１を平坦な場所において走行させるとき、又は自動走行ロボット１の上下関係を一定に保ちながら走行させたいときは、図５に示すように、下面となる毛状体２の束をやや平面（直線）に近い形状になるように揃えて植設する。あるいは毛状体支持軸８の位置(重心)をやや下方へずらした形になるように毛状体２を配置する。
【００３３】
図６は車輪にショックアブソーバを具備した状態を示す側面図（ａ）と正面図である（ｂ）。
本発明の自動走行ロボット１は、進行方向に障害物Ｏがあるような凹凸のある面を走行するために、車輪７にコイルばね等のショックアブソーバ２２を具備することが好ましい。このショックアブソーバ２２は、勿論図示例のコイルばねに限定されないものである。
【実施例２】
【００３４】
実施例１では、左右方向へ自動的に旋回することについて説明している。更に、本発明の実施例２では、ロボット本体５の前部上方位置に、このロボット本体５の前方斜め上方に突出した接触子が揺動自在に成る上方位置感知装置（図示していない）を取り付け、この上方位置感知装置の接触子が、走行中に障害物Ｏに接触したときに連動して推進力発生部３が動作停止するように構成することができる。または、推進力発生部３の走行が後退するように構成することもできる。
【００３５】
ロボット本体５には、カメラ、発信機、清掃ブラシ又はケレン装置等の作業装置を支持するために、例えばコイルバネ等で振動部４からの振動を減衰させる機能を有する作業装置支持具を介して取り付けることができる。このとき、カメラへも振動が伝わるが、作業装置支持具のバネ構造と毛状体２で振動を吸収し撮影に支障のないようにすることができる。そこで、カメラのような振動を嫌う装置であっても正確に撮影、撮像することができる。なお、カメラの設置位置はロボット本体５の後方でもよく、他の部材の位置等についてもこの形に限定するものではない。
【００３６】
また、自動走行ロボット１に清掃用ブラシやケレン装置を設置することで、軽易な清掃を可能とする。その清掃量が多い場合などには、管路の点検により確実な清掃処理するときに利用することができ、別の方法で対処することも可能である。
【００３７】
交通量の多い道路下の埋設配管などは、この自動走行ロボット１に小型の超音波などの発信装置を装備して管路内を走行させ、これを歩道上などから追尾することで位置確認を行うことができる。
【００３８】
なお、上述した例では、方向変換装置６を構成する接触子１６ａ，１６ｂを、ロボット本体５の前部から水平前方に突出配置した構造について詳述したが、前方の障害物Ｏを接触して検知し、その動作を走行方向の旋回動作に連動する構造であれば、上述したような構造に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の自動走行ロボットは、道路下の古い埋設管路等の配管内壁に凹凸や段差があるような複雑な形状の管路、災害地の瓦礫の空間内のような障害物の多い場所であっても円滑に走行させ、その探査するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１の自動走行ロボットを示す部分断面図である。
【図２】ロボット本体部分を示す平断面図である。
【図３】方向変換装置と方向変換車輪との連動状態を示す説明図であり、（ａ）は障害物がなく直進している状態、（ｂ）は進行方向右の障害物で接触子が動き、車輪を左に変換した状態、（ｃ）は進行方向左の障害物で接触子が動き、車輪を右に変換した状態である。
【図４】方向変換装置の他の実施例を示す平断面図である。
【図５】推進力発生部の毛状体の状態を示す正断面図である。
【図６】車輪にショックアブソーバを具備した状態を示す側面図（ａ）と正面図である（ｂ）。
【符号の説明】
【００４１】
１  自動走行ロボット
２  毛状体
３  推進力発生部
４  振動部
５  ロボット本体
６  方向変換装置
７  車輪
１６ａ  右側接触子
１６ｂ  左側接触子
１７  連結片
１８  回動支持軸
１９  作動子
２０  車輪支持軸
２１  作動受部
２２  ショックアブソーバ
Ｏ  障害物
【図１】
2005238373.tif 000003
【図２】
2005238373.tif 000004
【図３】
2005238373.tif 000005
【図４】
2005238373.tif 000006
【図５】
2005238373.tif 000007
【図６】
2005238373.tif 000008