(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不整地に対して追従可能なクローラと、前記クローラによって不整地上を走行することが可能な走行台車と、前記走行台車上に配置された多軸構成の胴体部と、前記胴体部に備えられた多関節アームと、前記胴体部に備えられた多関節撮影手段と、遠隔制御側から前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アームおよび前記多関節撮影手段（以下、走行式作業ロボット各部という。）の動作にかかる制御情報を受信するとともに前記走行式作業ロボット各部の動作状態情報を前記遠隔制御側に送信する通信手段と、前記走行式作業ロボット各部を動作させるための動力を供給する動力供給手段と、前記制御情報に基づいて前記走行式作業ロボット各部を制御する制御手段とを備える走行式作業ロボットであって、
前記動力供給部が、前記遠隔制御側から供給された第１の電圧の交流電流を所定電圧の直流電流に変換する第１の電圧変換手段と、前記遠隔制御側から供給された第２の電圧の交流電流を前記所定電圧の直流電流に変換する第２の電圧変換手段と、直流電流の電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリへの蓄電を管理するバッテリ管理装置とを備え、且つ、
前記バッテリ管理装置は、
前記遠隔制御側から前記第１の電圧の交流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に稼動用電力を供給する場合には、前記第１の電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給すると共に、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記第１の電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第１の切替手段と、
前記遠隔制御側から前記第１の電圧の交流電流が供給されず、前記遠隔制御側から前記第２の電圧の交流電流が供給され、前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記第２の電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給し、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記第２の電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第２の切替手段とを備えることを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項２】
不整地に対して追従可能なクローラと、前記クローラによって不整地上を走行することが可能な走行台車と、前記走行台車上に配置された多軸構成の胴体部と、前記胴体部に備えられた多関節アームと、前記胴体部に備えられた多関節撮影手段と、遠隔制御側から前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アームおよび前記多関節撮影手段（以下、走行式作業ロボット各部という。）の動作にかかる制御情報を受信するとともに前記走行式作業ロボット各部の動作状態情報を前記遠隔制御側に送信する通信手段と、前記走行式作業ロボット各部を動作させるための動力を供給する動力供給手段と、前記制御情報に基づいて前記走行式作業ロボット各部を制御する制御手段とを備える走行式作業ロボットであって、
前記動力供給部が、前記遠隔制御側から供給された交流電流を所定電圧の直流電流に変換する電圧変換手段と、直流電流の電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリへの蓄電を管理するバッテリ管理装置とを備え、且つ、
前記バッテリ管理装置は、
前記遠隔制御側から交流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に稼動用電力を供給する場合には、前記電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給すると共に、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第１の切替手段と、
前記遠隔制御側または外部の電源設備から前記所定電圧の直流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給し、供給しない場合には、前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第２の切替手段とを備えることを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項３】
前記動力供給部が、前記バッテリからの蓄電を管理する放電管理装置を備え、且つ、
前記放電管理装置が、外部から交流電流および直流電流のいずれも供給されず、かつ前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記バッテリに蓄電されている前記所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として供給することを特徴とする請求項１または２に記載の走行式作業ロボット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記通信手段は、前記遠隔制御側とケーブルを介して情報の通信を行い、前記動力供給手段は、動力供給側からケーブルを介して動力の供給を受け、前記各ケーブルの巻き取り、または繰り出し制御を行うケーブルリールを付加したことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項５】
請求項４に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記ケーブルリールによる巻き取り制御に基づいて正回転し、前記ケーブルをドラムに巻き取り保持するとともに、前記ケーブルリールによる繰り出し制御に基づいて逆回転し、前記ドラムに保持している前記ケーブルを繰り出すようにするケーブルドラムと、前記ケーブルドラムのケーブル巻き取り面一面に前記ケーブルが保持された場合であって、更に前記ケーブルを巻き取る場合には、前記ケーブルを、すでに前記ケーブル巻き取り面に巻き取られたケーブルの上に層巻き状に巻き取り保持するように制御する層巻き制御手段とを付加したことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項６】
請求項５に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記ケーブルドラムは、一定ピッチで前記ケーブルの巻き取り、および前記ケーブルの繰り出しを行うようにしたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項７】
請求項６に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記ケーブルドラムによる前記ケーブルの巻き取り時における前記ケーブルのたるみを検出するたるみ検出手段と、前記たるみ検出手段によって前記ケーブルのたるみが検出された場合には、前記ケーブルドラムの正回転速度を増加することによって前記たるみをなくすための張力を前記ケーブルに与えるケーブルドラム回転制御手段とを備えたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記動力供給手段は、動力供給側からケーブルを介して動力の供給を受ける有線動力供給手段と、走行式作業ロボット本体に備えられたバッテリから動力を供給するバッテリ動力供給手段とを併用したことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項９】
請求項８に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記通信手段は、前記多関節撮影手段によって撮影された影像情報の前記遠隔制御側への送信、前記遠隔制御側から送信される前記動力供給手段を、通信によって動力の供給を受ける方法か、入力電源および電圧の種類に基づいて前記動力供給手段が判定する動力供給方法かのいずれかの方法によって動力を供給する方法を定義した選択情報の受信を行い、前記動力供給手段は、前記通信手段によって受信された前記選択情報に基づいて、前記有線動力供給手段および前記バッテリ動力供給手段のうちの少なくともいずれかによって動力を供給することを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項１０】
請求項９に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記多関節撮影手段を複数備え、前記通信手段は、前記遠隔制御側から送信される前記各多関節撮影手段の選択情報を受信し、前記受信した選択情報に基づいて、選択された多関節撮影手段によって撮影された影像情報を前記遠隔制御側へと送信するようにしたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記制御手段は、前記クローラの動作を制御する第１の制御部、前記胴体部の動作を制御する第２の制御部、前記多関節アームの動作を制御する第３の制御部、前記多関節撮影手段の動作を制御する第４の制御部の各制御部から構成してなり、更に前記各制御部間をシリアル配線で結合することによって、前記各制御部間相互の情報伝達を可能としたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記制御手段による制御に基づいて、前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アーム、および前記多関節撮影手段のうちの少なくとも１つに駆動力を与えるサーボモータと、前記サーボモータを駆動させるための電力を供給するサーボアンプとを備え、前記サーボアンプを前記多軸構成の胴体部と一体化して備えたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【請求項１３】
請求項１１に記載の走行式作業ロボットにおいて、
前記制御手段による制御に基づいて、前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アーム、および前記多関節撮影手段のうちの少なくとも１つに駆動力を与えるサーボモータと、前記サーボモータを駆動させるための電力を供給するサーボアンプとを一体化して備えたことを特徴とする走行式作業ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば防災時などにおいて作業員がアクセスできないような現場に遠隔操作にしたがって走行することによって移動し、現場の画像データを撮影してリアルタイムで送ったり、ドアやバルブの開閉、あるいは配管の切断などのような多目的な作業を、高い信頼性をもって行うのに適した走行式作業ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間による作業が困難な作業を、人間に代わって行うことを目的として、例えば、原子力施設や化学プラントなどにおける防災関連作業を行うロボットの研究が盛んである。
【０００３】
例えば、万が一、原子力施設において臨界事故等が生じると、空間放射線量率が極めて高くなるために、作業員が現場に赴き、臨界事故を終息させるための手段を講じるなどということはできない。また、化学プラント等において爆発が発生し、誘発火災のためにプラント全体が火災に覆われてしまうと、火災現場に近づくことさえもできず、消火作業に着手することもできない。
【０００４】
このような災害が発生した場合に、現場まで走行してゆき、遠隔操作に基づいて、現場の撮影データをリアルタイムで送信したり、ドアやバルブの開閉、配管の切断、荷物の運搬、消火等といった作業を行う走行式作業ロボットの研究が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような走行式作業ロボットでは、以下のような問題がある。
【０００６】
一般に、原子力施設や化学プラントは、プロセスの流れにしたがって設備を設けているために、敷地面積が広い。各設備の間は、入り組んだ廊下や、階段等によって複雑につながっている。更に、火災や爆発等によって、器物が廊下に落下し、走行の障害物となることも考えられる。したがって、走行式作業ロボットには、遠隔制御をしつつ、このような障害物によって凹凸の存在する走行路を走行したり、あるいは階段の昇降を安定して行うことが可能な高い操作性、および機動性が要求される。
【０００７】
また、原子力施設や化学プラントは、各プロセスにおける機器が複雑に配置されているので、たとえばバルブの開閉作業や、配管の切断作業といった作業は、ほとんどの場合狭隘な場所において行わなくてはならない。そのため、走行式作業ロボットには、このような狭隘な場所であっても作業可能な、高い作業性が要求される。
【０００８】
更に、このような作業は、上述したようなバルブの開閉作業や、配管の切断作業に限られるものではなく、様々な作業が必要になることも予想される。したがって、特定できない多くの作業に対しても、対応することが可能な高い汎用性が要求される。
【０００９】
更にまた、作業時間が長期間に及ぶような場合であっても作業を継続することを可能とするためにバッテリを備えていることはもちろん、万が一、バッテリの電源が全て使われてしまった場合であっても、他の走行式作業ロボットのバッテリから電源を供給することができるような多様な電源供給手段を備えていることが要求される。
【００１０】
したがって、災害発生時における作業を、高い信頼性をもって実行するためには、上述したように、不整地であっても安定した状態で走行可能な機動性、狭隘な場所においても作業可能な作業性、遠隔操作が可能でかつ柔軟性に富んだ操作性、電源の多様性、不特定多数の作業に対する対応が可能な汎用性を兼ね備えている必要がある。
【００１１】
しかしながら、このように防災作業時に求められる全ての要求を満足させることができる走行式作業ロボットは、未だに実現されていない。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、不整地であっても安定した状態で走行可能な機動性、狭隘な場所においても作業可能な作業性、遠隔操作が可能でかつ柔軟性に富んだ操作性、電源の多様性、不特定多数の作業に対する対応が可能な汎用性を兼ね備え、もって、災害発生時における作業を高い信頼性をもって実行することが可能な走行式作業ロボットを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１５】
請求項１の発明では、不整地に対して追従可能なクローラと、前記クローラによって不整地上を走行することが可能な走行台車と、前記走行台車上に配置された多軸構成の胴体部と、前記胴体部に備えられた多関節アームと、前記胴体部に備えられた多関節撮影手段と、遠隔制御側から前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アームおよび前記多関節撮影手段（以下、走行式作業ロボット各部という。）の動作にかかる制御情報を受信するとともに前記走行式作業ロボット各部の動作状態情報を前記遠隔制御側に送信する通信手段と、前記走行式作業ロボット各部を動作させるための動力を供給する動力供給手段と、前記制御情報に基づいて前記走行式作業ロボット各部を制御する制御手段とを備える走行式作業ロボットであって、前記動力供給部が、前記遠隔制御側から供給された第１の電圧の交流電流を所定電圧の直流電流に変換する第１の電圧変換手段と、前記遠隔制御側から供給された第２の電圧の交流電流を前記所定電圧の直流電流に変換する第２の電圧変換手段と、直流電流の電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリへの蓄電を管理するバッテリ管理装置とを備え、且つ、前記バッテリ管理装置は、前記遠隔制御側から前記第１の電圧の交流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に稼動用電力を供給する場合には、前記第１の電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給すると共に、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記第１の電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第１の切替手段と、前記遠隔制御側から前記第１の電圧の交流電流が供給されず、前記遠隔制御側から前記第２の電圧の交流電流が供給され、前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記第２の電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給し、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記第２の電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第２の切替手段とを備える。
また、請求項２の発明では、不整地に対して追従可能なクローラと、前記クローラによって不整地上を走行することが可能な走行台車と、前記走行台車上に配置された多軸構成の胴体部と、前記胴体部に備えられた多関節アームと、前記胴体部に備えられた多関節撮影手段と、遠隔制御側から前記クローラ、前記胴体部、前記多関節アームおよび前記多関節撮影手段（以下、走行式作業ロボット各部という。）の動作にかかる制御情報を受信するとともに前記走行式作業ロボット各部の動作状態情報を前記遠隔制御側に送信する通信手段と、前記走行式作業ロボット各部を動作させるための動力を供給する動力供給手段と、前記制御情報に基づいて前記走行式作業ロボット各部を制御する制御手段とを備える走行式作業ロボットであって、前記動力供給部が、前記遠隔制御側から供給された交流電流を所定電圧の直流電流に変換する電圧変換手段と、直流電流の電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリへの蓄電を管理するバッテリ管理装置とを備え、且つ、前記バッテリ管理装置は、前記遠隔制御側から交流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に稼動用電力を供給する場合には、前記電圧変換手段によって変換された所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給すると共に、前記稼動用電力が過剰な場合もしくは前記稼動用電力を供給しない場合には、前記電圧変換手段によって変換された前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第１の切替手段と、前記遠隔制御側または外部の電源設備から前記所定電圧の直流電流が供給され、かつ前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として前記走行式作業ロボット各部に供給し、供給しない場合には、前記所定電圧の直流電流の電力を前記バッテリに蓄電させる第２の切替手段とを備える。
また、請求項３の発明では、前記動力供給部が、前記バッテリからの蓄電を管理する放電管理装置を備え、且つ、前記放電管理装置が、外部から交流電流および直流電流のいずれも供給されず、かつ前記走行式作業ロボット各部に前記稼動用電力を供給する場合には、前記バッテリに蓄電されている前記所定電圧の直流電流を前記稼動用電力として供給する。
【００１６】
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか一つの発明の走行式作業ロボットにおいて、通信手段は、遠隔制御側とケーブルを介して情報の通信を行い、動力供給手段は、動力供給側からケーブルを介して動力の供給を受け、各ケーブルの巻き取り、または繰り出し制御を行うケーブルリールを付加する。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項４の発明の走行式作業ロボットにおいて、ケーブルリールによる巻き取り制御に基づいて正回転し、ケーブルをドラムに巻き取り保持するとともに、ケーブルリールによる繰り出し制御に基づいて逆回転し、ドラムに保持しているケーブルを繰り出すようにするケーブルドラムと、ケーブルドラムのケーブル巻き取り面一面にケーブルが保持された場合であって、更にケーブルを巻き取る場合には、ケーブルを、すでにケーブル巻き取り面に巻き取られたケーブルの上に層巻き状に巻き取り保持するように制御する層巻き制御手段とを付加する。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項５の発明の走行式作業ロボットにおいて、ケーブルドラムは、一定ピッチでケーブルの巻き取り、およびケーブルの繰り出しを行う。
【００１９】
請求項７の発明では、請求項６の発明の走行式作業ロボットにおいて、ケーブルドラムによるケーブルの巻き取り時におけるケーブルのたるみを検出するたるみ検出手段と、たるみ検出手段によってケーブルのたるみが検出された場合には、ケーブルドラムの正回転速度を増加することによってたるみをなくすための張力をケーブルに与えるケーブルドラム回転制御手段とを備える。
【００２０】
請求項８の発明では、請求項１〜３のいずれか一つの発明の走行式作業ロボットにおいて、動力供給手段は、動力供給側からケーブルを介して動力の供給を受ける有線動力供給手段と、走行式作業ロボット本体に備えられたバッテリから動力を供給するバッテリ動力供給手段とを併用する。
【００２１】
請求項９の発明では、請求項８の発明の走行式作業ロボットにおいて、通信手段は、多関節撮影手段によって撮影された影像情報の遠隔制御側への送信、遠隔制御側から送信される動力供給手段を、通信によって動力の供給を受ける方法か、入力電源および電圧の種類に基づいて動力供給手段が判定する動力供給方法かのいずれかの方法によって動力を供給する方法を定義した選択情報の受信を行い、動力供給手段は、通信手段によって受信された選択情報に基づいて、有線動力供給手段およびバッテリ動力供給手段のうちの少なくともいずれかによって動力を供給する。
【００２２】
請求項１０の発明では、請求項９の発明の走行式作業ロボットにおいて、多関節撮影手段を複数備え、通信手段は、遠隔制御側から送信される各多関節撮影手段の選択情報を受信し、受信した選択情報に基づいて、選択された多関節撮影手段によって撮影された影像情報を遠隔制御側へと送信する。
【００４０】
請求項１１の発明では、請求項１〜３のいずれか一つの発明の走行式作業ロボットにおいて、制御手段は、クローラの動作を制御する第１の制御部、胴体部の動作を制御する第２の制御部、多関節アームの動作を制御する第３の制御部、多関節撮影手段の動作を制御する第４の制御部の各制御部から構成してなり、更に各制御部間をシリアル配線で結合することによって、各制御部間相互の情報伝達を可能とする。
【００４１】
請求項１２の発明では、請求項１１の発明の走行式作業ロボットにおいて、制御手段による制御に基づいて、クローラ、胴体部、多関節アーム、および多関節撮影手段のうちの少なくとも１つに駆動力を与えるサーボモータと、サーボモータを駆動させるための電力を供給するサーボアンプとを備え、サーボアンプを多軸構成の胴体部と一体化して備える。
【００４２】
請求項１３の発明では、請求項１１の発明の走行式作業ロボットにおいて、制御手段による制御に基づいて、クローラ、胴体部、多関節アーム、および多関節撮影手段のうちの少なくとも１つに駆動力を与えるサーボモータと、サーボモータを駆動させるための電力を供給するサーボアンプとを一体化して備える。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
本発明の実施の形態を図１から図７を用いて説明する。
【００４６】
図１は本発明の実施の形態に係る走行式作業ロボットの一例を示す斜視図であり、図２は同実施の形態に係る走行式作業ロボットの一例を示す機能ブロック図である。
【００４７】
すなわち、本発明の実施の形態に係る走行式作業ロボットは、階段や段差のある床などの不整地に対して追従可能なクローラ１を下部に備え、このクローラ１によって不整地上を走行することが可能な走行台車２と、走行台車２上に配置された多軸構成の胴体部３と、胴体部３に備えられた多関節アーム４と、胴体部３に備えられた多関節撮影用アーム５とを備えている。
【００４８】
クローラ１は、図１に示すように、走行台車２の走行方向Ｆに対して前方側に１対、後方側に１対、計４つ備えている。このような不整地追従型のクローラ１については、日本国特許第２７１７７２２号（平成９年１１月１４日登録）、および同第２９３５２４８号（平成１１年６月４日登録）としてそれぞれ公報に開示されている。
【００４９】
更に、本発明の実施の形態の走行式作業ロボットにおいて各クローラ１は、回転揺動可能なピン７に固着しており、クローラ１の長さ方向中央部を支点として回転揺動可能な状態で走行台車２の下部に取り付けている。また、各クローラ１は、それぞれ自己のクローラ１を駆動させるためのクローラモータ８を備えているので、各クローラ１はそれぞれ独立に駆動することを可能としている。クローラ１は、通常時には、図１に示すように、クローラ長辺側を不整地に対して設置させているが、これによって、図３に示すように、クローラ短辺側を不整地に対して設置させることも可能としている。この状態で、走行方向Ｆに対して左側のクローラ１と右側のクローラ１とをそれぞれ逆方向に回転させることによって、走行式作業ロボットを不整地上において回転させることが可能となる。
【００５０】
また、図４に示すように、ピン７は、同軸形状をなしており、走行台車２の内側に向かってトルクセンサ１０、減速機１１、揺動モータ１２、回転角度検出器１３を固着している。
【００５１】
回転角度検出器１３は、ピン７の回転角度、すなわちクローラ１の不整地に対する回転角度を検出する。トルクセンサ１０は、各クローラ１のピン７を中心としたトルクを検出する。減速機１１は、ピン７の回転速度、すなわちクローラ１の不整地に対する回転速度を減速する。
【００５２】
揺動モータ１２は、トルクセンサ１０によって検出されたトルクの逆方向にトルクをかけることによってトルクを零とするように制御する。特に、走行式作業ロボットがクローラ１を駆動することによって階段を昇降する場合においては、階段の昇り口および降り口におけるクローラ１のトルクを零とするように制御する。また、図５に示すように、階段を昇る場合であって、走行台車２の前方側に備えられたクローラ１（＃１）が階段の昇り口にある場合には、この前方側に備えられたクローラ１（＃１）のトルクを零とするように該クローラ１（＃１）のピン７（＃１）を中心とした逆方向のトルクＴ１をかける一方、後方側に備えられたクローラ１（＃２）に対しては、該クローラ１（＃２）のピン７（＃２）を中心として前方側のクローラ１（＃１）がトルクをかけられた方向Ｔ１とは逆の方向Ｔ２にトルクをかける。
【００５３】
また、階段を昇降する場合であって、図６（ａ）に示すように、クローラ１のいずれもが、階段の昇り口および降り口に無い階段定常昇降状態にある場合には、走行方向制御部１５が、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように各クローラ１の走行方向を同一方向Ｆに向ける。
【００５４】
走行台車２内には、遠隔制御部１６から送信される制御情報を受信するとともに、走行式作業ロボット各部の動作状態情報を遠隔制御部１６に送信する通信部１７と、走行式作業ロボット各部を動作させるための動力を供給する動力供給部１８と、通信部１７によって受信された制御情報に基づいて、クローラ１、胴体部３、多関節アーム４、多関節撮影用アーム５等の動作を制御する制御部１９とを備えている。
【００５５】
この通信部１７は、無線通信、有線通信いずれも適用可能であり、無線通信を行う場合にはアンテナ２１を介して、また有線通信を行う場合には、通信ケーブル２２を用いて、それぞれ遠隔制御部１６との通信を行う。すなわち、遠隔制御部１６側から送信される、走行式作業ロボット各部の動作を制御するための制御情報を受信し制御部１９に出力する。また、逆に、制御部１９から出力される走行式作業ロボット各部であるクローラ１、走行台車２、胴体部３、多関節アーム４、多関節撮影用アーム５、後述するパンチルト装置２３、カメラ２４，２５、およびサーボアンプ２６等の動作状態情報を遠隔制御部１６へ送信する。更には、カメラ２４，２５によって撮影された影像情報を遠隔制御部１６側へ送信する。
【００５６】
動力供給部１８もまた、図７に示すように、遠隔制御部１６から電送ケーブル２８を介して、あるいはバッテリ２９から、電力供給を受けることを可能としている。この動力供給部１８は、更に、２つのコンバータ３０（＃１），３０（＃２）と、バッテリ管理装置３１と、放電管理装置３２とを備えている。
【００５７】
コンバータ３０（＃１）は、遠隔制御部１６側から電送ケーブル２８（＃１）を介して供給された交流電流ＡＣ１（たとえば２００Ｖ）を、所定電圧の直流電流ＤＣに変換する。コンバータ３０（＃２）は、遠隔制御部１６側から供給された交流電流ＡＣ２（たとえば１００Ｖ）を、コンバータ３０（＃１）が変換した電圧と同じ所定電圧の直流電流ＤＣに変換する。なお、コンバータ３０（＃１）は、コンバータ３０（＃２）よりも電圧の高い交流電流の供給を受け（すなわち、ＡＣ１＞ＡＣ２）、動力供給部１８は、通常時には交流電流ＡＣ１を受電し、交流電流ＡＣ１を受電することができない場合にバックアップとして交流電流ＡＣ２を受電し、これらを同時に受電することはない。これらコンバータ３０によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣは、走行式作業ロボットの各部であるクローラ１、走行台車２、胴体部３、多関節アーム４、多関節撮影用アーム５、パンチルト装置２３、カメラ２４，２５、サーボアンプ２６等へ稼動用電力として供給する。なお、稼動用電力を供給する必要のない場合には、後述するようにバッテリ管理装置３１による管理にしたがって、バッテリ２９に蓄電されるようにしている。
【００５８】
バッテリ管理装置３１は、コンバータ３０によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣを、稼動用電力として走行式作業ロボットの各部に供給するか、あるいは、バッテリ２９に蓄電させるかの管理を行う。まず、遠隔制御部１６から交流電流ＡＣ１が供給され、各部に稼動用電力を供給する必要がある場合には、コンバータ３０（＃１）によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣを稼動用電力として供給する。この直流電流ＤＣは、走行式作業ロボット駆動用電力（サーボモータ３３、クローラモータ８等に用いる）、あるいは走行式作業ロボットを制御するための制御用電力（制御部１９、カメラ２４，２５、無線通信等に用いる）として用いる。一方、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ１が供給され、稼動用電力を供給する必要がない場合には、コンバータ３０（＃１）によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣの電力をバッテリ２９に蓄電させる。
【００５９】
また、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ１が供給されず、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ２が供給され、走行式作業ロボットの各部に稼動用電力を供給する場合には、コンバータ３０（＃２）によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣを稼動用電力として供給する。交流電流ＡＣ２の電圧は、交流電流ＡＣ１の電圧よりも低いので、これを補うために、放電管理装置３２が、バッテリ２９に蓄電されている直流電流ＤＣを同時に供給する。このようにしてコンバータ３０（＃２）およびバッテリ２９から供給された直流電流ＤＣは、走行式作業ロボットの各部を制御するための駆動用電力、および制御用電力として用いられるようにしている。なお、バッテリ２９に電力が蓄電されていない場合には、コンバータ３０（＃２）によって変換された直流電流ＤＣのみを供給する。このようにしてコンバータ３０（＃２）のみから直流電流ＤＣが供給された場合には、供給された直流電流ＤＣは、走行式作業ロボットの各部を制御するための制御用電力として用いる。
【００６０】
一方、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ１が供給されず、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ２が供給された場合であって、走行式作業ロボットの各部に稼動用電力が過剰な場合もしくは稼動用電力を供給しない場合には、コンバータ３０（＃２）によって変換された所定電圧の直流電流ＤＣの電力をバッテリ２９に蓄電させる。
【００６１】
更に、遠隔制御部１６または外部の電源設備（図示せず）から所定電圧の直流電流ＤＣが供給され、かつ走行式作業ロボットの各部に稼動用電力を供給する場合には、所定電圧の直流電流ＤＣを稼動用電力として供給する。この直流電流ＤＣは、走行式作業ロボットを駆動させるための駆動用電力、および制御用の制御用電力として用いられるようにしている。一方、遠隔制御部１６または外部の電源設備から所定電圧の直流電流ＤＣが供給され、かつ走行式作業ロボットの各部に稼動用電力が過剰な場合もしくは稼動用電力を供給しない場合には、所定電圧の直流電流ＤＣの電力をバッテリ２９に蓄電させる。
【００６２】
バッテリ２９は、バッテリ管理装置３１からの指示に基づいて、指定された直流電流ＤＣの電力を蓄電する。
【００６３】
放電管理装置３２は、交流電流ＡＣ１、直流電流ＤＣのいずれも供給されず、かつ稼動用電力を走行式作業ロボットの各部に供給する場合には、バッテリ２９に蓄電されている所定電圧の直流電流ＤＣを稼動用電力として供給する。この直流電流ＤＣは、走行式作業ロボットを駆動させるための駆動用電力、および制御するための制御用電力として用いられるようにしている。
【００６４】
ケーブルリール３５は、電送ケーブル２８および通信ケーブル２２のケーブルドラム３６への巻き取り、または繰り出しのための制御を行うものであって、通信ケーブル２２および電送ケーブル２８といったケーブルを巻き取る場合にはケーブルドラム３６を回転させて、このケーブルドラム３６にケーブルを巻き取らせる。一方、ケーブルを繰り出す場合にはケーブルドラム３６を逆回転させ、これによってケーブルドラム３６に巻き取られているケーブルを繰り出すようにしている。ケーブルドラム３６は、一定のピッチでケーブルの巻き取り、および繰り出しを行う。
【００６５】
また、ケーブルドラム３６の巻き取り面にケーブルにたるみが生じないように制御するために、たるみ検出器３７と層巻き制御部３８とを備えている。たるみ検出器３７は、ケーブルドラム３６によるケーブルの巻き取り時におけるケーブルのたるみを検出し、たるみを検出した場合には、たるみ検出信号をケーブル回転制御部３９に出力する。ケーブル回転制御部３９は、たるみ検出器３７からたるみたるみ検出信号を受信した場合には、ケーブルリール３５に対して、ケーブルドラム３６の正回転速度を増加させるよう指示する。これによって、たるみをなくすための張力を該ケーブルに与える。
【００６６】
また、層巻き制御部３８は、ケーブルドラム３６のケーブル巻き取り面一面にケーブルが保持された場合であって、更にケーブルを巻き取る場合には、ケーブルを、すでにケーブルドラム３６に巻き取られたケーブルの上に層巻き状に巻き取り（多層巻き）保持するように制御する。
【００６７】
このようにケーブルリール３５、ケーブルドラム３６、たるみ検出器３７、層巻き制御部３８、ケーブル回転制御部３９によって通信ケーブル２２および電送ケーブル２８の効率良い巻き取り、および繰り出しを行うようにしている。このようなケーブルの処理については、特開平６−８６４４１号公報に開示されているので、ここではその詳細を省略する。
【００６８】
胴体部３は、胴体部移動機構４１を備えており、この胴体部移動機構４１によって走行台車２の上部に設けられた走行方向Ｆの前後方向に亘って円弧状をなすガイド部４２に沿って走行可能としている。胴体部３は、ガイド部４２の円弧頂点、すなわち、円弧の中点を基準位置Ｐとしているが、胴体部移動機構４１が、各クローラ１の回転角度検出器１３によって検出された各クローラ１の回転角度に基づいて、走行式作業ロボット本体が不整地上で安定して走行できるように、胴体部３をガイド部４２に沿って走行させ、走行式作業ロボットの重心を走行させる。
【００６９】
また、胴体部３は旋回駆動機構４３を備えている。この旋回駆動機構４３は、旋回軸Ａを中心として胴体部３を旋回させる。
【００７０】
多関節アーム４は、７つの関節５１〜５７を備えている。
【００７１】
関節５１は、胴体部３に接続された固定部と、旋回軸Ｓ１において固定部に接続され、この旋回軸Ｓ１を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。
【００７２】
関節５２は、関節５１の旋回部に接続された固定部と、屈曲軸Ｓ２において固定部に接続され、この屈曲軸Ｓ２を中心に関節５１に対して任意の角度で屈曲可能な屈曲部とを備えてなる屈曲関節である。
【００７３】
関節５３は、関節５２の屈曲部に接続された固定部と、旋回軸Ｓ３において固定部に接続され、この旋回軸Ｓ３を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。
【００７４】
関節５４は、関節５３の旋回部に接続された固定部と、屈曲軸Ｓ４において固定部に接続され、この屈曲軸Ｓ４を中心に関節５３に対して任意の角度で屈曲可能な屈曲部とを備えてなる屈曲関節である。
【００７５】
関節５５は、関節５４の屈曲部に接続された固定部と、旋回軸Ｓ５において固定部に接続され、この旋回軸Ｓ５を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。
【００７６】
関節５６は、関節５５の旋回部に接続された固定部と、屈曲軸Ｓ６において固定部に接続され、この屈曲軸Ｓ６を中心に関節５５に対して任意の角度で屈曲可能な屈曲部とを備えてなる屈曲関節である。
【００７７】
関節５７は、関節５６の屈曲部に接続された固定部と、旋回軸Ｓ７おいて固定部に接続され、この旋回軸Ｓ７を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。この関節５７の先端は、カメラ２４や専用工具５８等の取り付けおよび取り外しが自在な構成としている。カメラ２４を備えた場合には、このカメラ２４は、撮影した撮影情報を制御部１９に出力する。専用工具５８としては、例えば、ドアを開閉するための機構を備えた工具、物を持ち上げることが可能な工具、バルブを開閉するための機構を備えた工具、配管に穴を開けたりすることが可能な工具等、目的に応じて様々な工具がある。
【００７８】
なお、図１および図２に示すように、走行式作業ロボットは、多関節アーム４を複数備えていても良い。
【００７９】
多関節撮影用アーム５は、６つの関節６１〜６６と、関節６５および関節６６から構成されてなるパンチルト装置２３、関節６６の先端に設置されたカメラ２５、カメラ２５の前方を照らすライト６９、カメラ２５およびライト６９を覆う透明カバー７０とを備えている。
【００８０】
関節６１は、関節５１と同様に、胴体部３に接続された固定部と、所定旋回軸において固定部に接続され、この所定旋回軸を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。また、関節６２は、関節５２と同様に、関節６１の旋回部に接続された固定部と、所定屈曲軸において固定部に接続され、この所定屈曲軸を中心に関節６１に対して任意の角度で屈曲可能な屈曲部とを備えてなる屈曲関節である。関節６３は、関節５３と同様に、関節６２の屈曲部に接続された固定部と、所定旋回軸において固定部に接続され、この所定旋回軸を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。関節６４は、関節５４と同様に、関節６３の旋回部に接続された固定部と、所定屈曲軸において固定部に接続され、この所定屈曲軸を中心に関節６３に対して任意の角度で屈曲可能な屈曲部とを備えてなる屈曲関節である。更に、関節６５は、関節５５と同様に、関節６４の屈曲部に接続された固定部と、所定旋回軸において固定部に接続され、この所定旋回軸を中心に固定部に対して旋回可能な旋回部とを備えてなる旋回関節である。この関節６６の先端にはカメラ２５を備えており、このカメラ２５は撮影した撮影情報を制御部１９に出力する。
【００８１】
制御部１９は、多関節アーム４を構成する各関節５１〜５７のうちの関節５１〜５４、および多関節撮影用アーム５を構成する各関節６１〜６６のうちの関節６１〜６４の位置制御を行うことによって、多関節アーム４および多関節撮影用アーム５の空間位置や走行台車２との相対位置を制御する。また、制御部１９は、パンチルト装置２３を構成する関節６５の旋回角度、および関節６６の屈曲角度を制御させることによって、カメラ２５およびライト６９を所定方向に向ける。
【００８２】
制御部１９は、上述したように、走行式作業ロボットの各部の動作を制御するので、機能別に分類した複数のユニットから構成するようにしても良い。例えば、クローラ１の動作を制御する第１制御ユニット、胴体部３の動作を制御する第２制御ユニット、多関節アーム４の動作を制御する第３制御ユニット、多関節撮影用アーム５の動作を制御する第４制御ユニットなどといった各制御ユニットから構成し、更に各制御ユニット間をシリアル配線で結合することによって、各制御ユニット相互の情報伝達を可能とした構成としても良い。
【００８３】
更に、胴体部３は、サーボモータ３３とサーボアンプ７３とを備えている。サーボモータ３３は、サーボアンプ７３から供給される電力によって、制御部１９からの制御に基づき駆動部であるクローラ１、胴体部３、多関節アーム４、多関節撮影用アーム５に駆動力を与える。サーボアンプ７３は、動力供給部１８から電力の供給を受け、サーボモータ３３に供給するための所定の電圧に増幅し、この増幅した電力をサーボモータ３３に供給する。なお、このようなサーボモータ３３とサーボアンプ７３とを胴体部３に個別に備えても、また、サーボモータ３３とサーボアンプ２６とを一体化した機器であるサーボユニット７１を胴体部３に備えてもいずれでも良い。
【００８４】
上述したように、本発明の実施の形態に係る走行式作業ロボットにおいては、上記のような構成をしているので、ピン７を中心に揺動回転可能なクローラ１によって、階段や段差のある床などの不整地の上を自在に走行することができる。また、ピン７にはトルクセンサ１０、減速機１１、揺動モータ１２、回転角度検出器１３が備えられており、クローラ１にかかったトルクと逆方向のトルクがかけられ、トルクを零にするような制御がなされる。さらに、クローラ１の回転角度に連動して、胴体部３がガイド部４２上を走行することによって、走行式作業ロボットが安定した状態で走行できるように重心位置が調整される。これらによって、階段や段差のある床などの不整地の上を安定した状態で自在に走行することが可能となる。
【００８５】
また、胴体部３に接続して多関節アーム４および多関節撮影用アーム５がそれぞれ備えられている。多関節アーム４は、例えば７軸など、多数の関節を組み合わせることによって高い自由度が実現される。更に、アーム５の先端の関節５７は、作業内容に応じた工具の取り付け、および取り外しが可能なように構成されているので汎用性が高く、かつ狭隘な場所に配置された対象物に対しても確実にアクセスし、所定の作業を行うことが可能となる。
【００８６】
多関節撮影用アーム５には、カメラ２５が設けられているので、このカメラ２５によって撮影された影像を遠隔制御部１６からモニタすることによって、例えば、作業員がアクセスできないような場所（例えば、放射線量率の高い場所、高温の場所、危険な場所等）であっても、その内部の様子をモニタすることができる。このカメラ２５はパンチルト装置２３によって方向が制御されるので、作業員によって指定された任意の場所をモニタすることができる。また、撮影方向を照らすライト６９を備えているので、対象物を鮮明にモニタできる。更に、ライト６９およびカメラ２５は透明カバー７０によって覆われているので、例えば水中用モニタとしての適用も可能である。
【００８７】
遠隔制御部１６から走行式作業ロボット側へと送信された制御信号の受信、および走行式作業ロボット側から遠隔制御部１６側への動作状況信号の送信はいずれも通信部１７を介してなされるが、各信号の伝送は通信ケーブル２２を用いた有線方式、あるいはアンテナ２１を介してなされる無線方式のいずれでもよい。したがって、例えば、ケーブルドラム３６に保持可能な通信ケーブル２２長さよりも遠隔の作業場所に走行する場合、あるいは通信ケーブル２２側に何らかの異常があった場合には、信号通信を有線方式から無線方式に切り替えることができ、信頼性、冗長性に優れている。
【００８８】
動力供給部１８も、遠隔制御部１６から電送ケーブル２８を介して供給された電源を元に走行式作業ロボットの各部に電力を供給する方式、あるいは、バッテリ２９に蓄電しておいて、このバッテリ２９から走行式作業ロボットの各部に電力を供給する方式のいずれの方式も適用することができるので、信頼性、冗長性に優れている。更に、この動力供給部１８は、遠隔制御部１６から交流電流ＡＣ１および交流電流ＡＣ２が供給されなくても、直流電流ＤＣを外部から受け、この直流電流ＤＣをそのまま走行式作業ロボットの各部に供給することができる。このようにして、外部から供給された直流電流ＤＣを走行式作業ロボットの各部に供給する場合には、この供給された直流電流ＤＣは、駆動用あるいは制御用の電源として用いられる。外部から供給された直流電流ＤＣを供給する必要がない場合には、バッテリ２９に蓄電し、この蓄電された直流電流ＤＣを、必要に応じてバッテリ２９から取り出し、走行式作業ロボットの各部に供給することができる。これによって、例えば、遠隔制御部１６側から交流電流ＡＣ１も交流電流ＡＣ２も供給することができず、かつ、バッテリ２９に蓄電されていた電力も全て使い果たしてしまった状態となった場合、別の走行式作業ロボットの動力供給部１８から直流電流ＤＣの供給を受けることによって、この直流電流ＤＣをバッテリ２９に蓄電し、この蓄電した直流電流ＤＣを走行式作業ロボットに駆動用の電源として供給することによって走行式作業ロボットを再び駆動させることができる。
【００８９】
従来、このような、電源不足による停止が、原子力災害時などにおける空間放射線量率の高い場所において発生した場合には、該ロボットを回収することができなかったが、該動力供給部１８によれば、別の走行式作業ロボットを駆動することによって、停止した走行式作業ロボットに接近し、バッテリ２９を充電することによって、再び自走する駆動用電源を供給することが可能となるので、走行式作業ロボットの利用効率および運転セキュリティを高めることに資することができる。
【００９０】
走行式作業ロボットと遠隔制御部１６との間の情報通信を行う場合には通信ケーブル２２を、また、遠隔制御部１６から走行式作業ロボット側への電力供給を有線で行う場合には、電送ケーブル２８がそれぞれ用いられる。これらケーブル２２，２８は、たるみ検出器３７、ケーブル回転制御部３９、ケーブルリール３５が連動することによってたるみが発生しないように制御されながら、ケーブルドラム３６に巻き取り保持される。また、層巻き制御部３８によってケーブル２２，２８が層巻き制御されることによって極力小さいケーブルドラム３６を用いることが可能となる。
【００９１】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、不整地であっても安定した状態で走行することができる機動性、狭隘な場所においても作業可能な高い作業性、遠隔操作が可能であって柔軟性に富んだ操作性、電源の多様性、不特定多数の作業に対する対応が可能な汎用性を兼ね備えている。
【００９３】
以上により、災害発生時における作業を高い信頼性をもって実行することが可能な走行式作業ロボットを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る走行式作業ロボットの一例を示す斜視図（地面に対してクローラ長辺側で設置している場合）
【図２】同実施の形態に係る走行式作業ロボットの一例を示す機能ブロック図
【図３】同実施の形態に係る走行式作業ロボットの一例を示す斜視図（地面に対してクローラ短辺側で設置している場合）
【図４】クローラ、トルクセンサ、減速機、揺動モータ、回転角度検出器が備えられたピンの構成を示す模式図
【図５】階段の登り口におけるトルク制御を説明するための概念図
【図６】階段定常昇降時における走行式作業ロボットの状態を説明するための模式図
【図７】動力供給部の構成の一例を示す機能ブロック図
【符号の説明】
Ｆ…走行方向
Ｔ…トルク方向
Ｐ…基準位置
Ａ…旋回軸
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７…旋回軸
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６…屈曲軸
ＡＣ…交流電流
ＤＣ…直流電流
１…クローラ
２…走行台車
３…胴体部
４…多関節アーム
５…多関節撮影用アーム
７…ピン
８…クローラモータ
１０…トルクセンサ
１１…減速機
１２…揺動モータ
１３…回転角度検出器
１５…走行方向制御部
１６…遠隔制御部
１７…通信部
１８…動力供給部
１９…制御部
２１…アンテナ
２２…通信ケーブル
２３…パンチルト装置
２４、２５…カメラ
２６…サーボアンプ
２８…電送ケーブル
２９…バッテリ
３０…コンバータ
３１…バッテリ管理装置
３２…放電管理装置
３３…サーボモータ
３５…ケーブルリール
３６…ケーブルドラム
３７…たるみ検出器
３８…層巻き制御部
３９…ケーブル回転制御部
４１…胴体部移動機構
４２…ガイド部
４３…旋回駆動機構
５１〜５７、６１〜６６…関節
５８…専用工具
６９…ライト
７０…透明カバー
７１…サーボユニット
【図１】
0004585132.tif 000002
【図２】
0004585132.tif 000003
【図３】
0004585132.tif 000004
【図４】
0004585132.tif 000005
【図５】
0004585132.tif 000006
【図６】
0004585132.tif 000007
【図７】
0004585132.tif 000008