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船舶探査用レスキューロボットの研究開発－第 1 報：試作機開発のための基礎実験－前田 弘文*・伊藤 嘉基**Development of a Rescue Robot for Exploration in Ship
－Report 1: Basic Experiment for Development of a Prototype－Hirofumi Maeda* , Yoshiki Ito**
Abstract
This paper describes study and development of a rescue robots for exploration in ship. Rescue robots forexploration in ship must be smaller and lighter than conventional robots. To achieve that purpose, wechanged from DC brushless motor to RC servomotor. Also, the timing belt was changed to a thin one, andthe pulley was made by ourself. Finally, optimal hole positions were derived by experiments.

が挙げられる．これは教育機関で海上実験を行うためにはそれなりの施設が必要となり，実験可能な機東日本大震災や阪神大震災，アメリカ合衆国で起 関が限られるからである．また，もう 1 つの原因ときた同時多発テロなど大規模な災害や事件などを して波による影響が挙げられる．これまで陸上を想我々は目の当たりにしている．このような現場にお 定してきたレスキューロボットの多くは，ロボットいて，救助活動を行っている隊員は常に 2 次災害の 内部に搭載された加速度センサによって，自身の自危険にさらされている．これらの 2 次災害を軽減さ 己姿勢を検知している．しかし，波の影響を受けるせるためには，被災者の正確な位置や倒壊状況を安 船舶では波の揺れが加速度センサのデータに加算さ全かつ迅速に把握し，詳細な救助計画を立てる必要 れるため，これらのデータがまったく意味をなさながある．そこで現在，災害現場において 2 次災害を い．さらに船舶で火災が発生した場合は，狭隘空間伴わず情報を迅速に得る方法として，レスキュー機 に煙が充満することでカメラの視界が遮られ，探査器やレスキューロボットの研究が盛んに行われてい 活動の難易度が大幅に高くなる．
そこで本研究では，これらの問題を解決するためる[1]～[4]．特に災害探査用レスキューロボットの開発が盛んで，国内においては，Quince，UMRS，KOHGA に小型・軽量で船内も探索が可能なレスキューロボなど日本を代表するロボットが開発されている[5]～[7]．ットの開発を目指す．本論文では，船舶探査用レスまた，米国では軍事兵器である Talon，PackBot， キューロボットの試作機を開発するための基礎実験，Matilda などの開発が行われている．我々も NEDO および試作機開発のためのテスト機体について述べによる"戦略的要素技術開発プロジェクト"において， る．
UMRS の開発に参画し，現在も研究を継続中である[8]～[12]．
２．新型レスキューロボットのコンセプト
一方，海上に目を向けてみると海上を活動現場と2010 年に開発した UMRS-2010 は，外形寸法がフするレスキューロボットの研究開発は鳴りを潜めている．平成 27 年 7 月 31 日に発生した北海道苫小牧 リッパー収納時において，アンテナを含み 512市の商船三井フェリー「さんふらわあ だいせつ」の [mm](W)×450 [mm](H)×585 [mm](L)であった．ま
火災事故は記憶に新しい．このような事故が頻繁に た，重量は 32 [kg]と重く，船舶の機関室など狭いと発生しているにもかかわらず，研究が活発化しない ころでの探査には適用できない．そこで，船舶探査大きな原因の 1 つとして，レスキューロボットの研 用レスキューロボットを開発するにあたって，究開発の多くが教育機関によって行われていること UMRS-2010 の特徴は残したまま，大幅な小型・軽１．緒* 情報工学科** 技術支援センター

言平成 28 年 11 月 30 日受理

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弓削商船高等専門学校

紀要

第 39 号(平成 29 年）

プリングとギアによる組み合わせ方法につい量化を行わなければならないという問題が発生した．ては，機構としては問題がないものの，ギア
この問題を解決するにあたり，従来の DC ブラシレにバックラッシがあることとプーリー機構以スモータでは，トルクと重量のトレードオフの関係上にスペースを取ることから使用しない．
上，従来のレスキューロボットのサイズおよび重量・フリッパーおよびクローラの関係上，ロボッがもっとも効率がよく，サイズや重量の変更が難し
トの横幅がプーリー幅の 4 倍以上必要となり，い状況に陥ってしまった．
さらにプーリー機構を含んだものが最終的なそこで，我々はコンパクトで軽量な RC サーボモロボットの横幅になる．
ータに着目した．RC サーボモータは本来，ラジオコントローラの玩具として開発されたモータであるが， ・RC サーボモータを使用する関係上，10 [kg]以下の本体重量でなければならない．また，近年はホビーロボット用として専用のモータが開発
将来的にオプションを付加することを考慮し，されており，モータドライバおよび制御基板が一体5 [kg]以下になることが理想となる．
化しているだけでなく，指令信号もデジタル化した・オプションを搭載する関係上，ロボットの上ことで，小型ロボットに最適なモータとなっている．
面はできるだけフラットな構造とし，高さもまた，近藤科学株式会社から発売されている B3M シ100～150 [mm]程度が望ましい．
リーズは，DC ブラシレスモータを採用した非接触磁気式エンコーダ搭載サーボモータであり，バッテリこのことから，特に以下の 4 つのことについて注には UMRS-2010 と同様に LiFe を採用している．このような背景から，今回の船舶探査用レスキューロ 意し，設計しなければならない．
ボットの開発において，近藤科学株式会社の B3M シ・ロボットの内蔵物は，立体配置にし，無駄なリーズを使用することとした(図 1)．
空間を排除しなければならない．
・ロボットに使用する材料はジュラルミン以上，できれば超々ジュラルミンが望ましい．
・タイミングベルトはできるだけ細いものを使用し，ロボットの横幅を細くしなければならない．
・市販のプーリーは重いため，すべてのプーリーを自作しなければならない．

図 1 B3M シリーズ

図 2 に実際にロボットに使用するタイミングベル
トを示す．また，このタイミングベルトに合わせて作成したプーリーの 1 つを図 3 に示す．

３．小型・軽量化における問題点
先で述べたようにモータを RC サーボモータに変更することで，モータの重量が大幅に軽減され，結果として全体重量も軽くなった．その結果，バッテリ自体も軽く，小さくすることが可能となった．しかし，小型・軽量化を行うためには，まだ多くの制約がある．以下にその制約条件を示す．
・階段や段差の上り下りの関係上，フリッパーを一定以上の長さにする必要がある．
・RC サーボモータの破損防止，および RC サーボモータの速度とトルクの関係上，プーリー機構を付加しなければならない．なお，カッ図 2 タイミングベルト

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船舶探査用レスキューロボットの研究開発 －第 1 報：試作機開発のための基礎実験－

出することができる．

図 3 自作プーリー

最後に，RC サーボモータを立体的に設置し，ロボットの小型化に成功したものを図 4 に示す．

図 5 アイドラ穴位置測定装置①

図 6 アイドラ穴位置測定装置②
図 4 RC サーボモータの配置

４．タイミングベルトの張力実験
図 4 において，ロボットの駆動部の設計が完了したものの，今回は通常使わない細いタイミングベルトと自作プーリーを使用したため，タイミングベルトのテンション，つまりアイドラの位置が理論値だけでは定まらない問題が発生した．そこで，アイドラの取り付ける穴を長穴とし(理論値より中心位置を算出)，アイドラのシャフトに直接，錘による負荷を加えることができる実験装置をそれぞれのタイミングベルトに対して作成した(図 5～図 7)．
それぞれの実験装置は，特殊な形状をしており，重力にアイドラが逆らわないために，2 つのプーリーシャフトと平行になるように床面を設計している．
この構造により，錘の重量がアイドラのシャフトにのみかかり，正確にシャフトが沈むことで，正確な取り付け位置を測定できる．なお，アイドラはタイミングベルトの張力によって，つりあう場所(空中)で停止するため，理論で求めた中間値の重量をアイドラシャフトにかけることで，理想的な穴位置を導図 7 アイドラ穴位置測定装置③５．テスト機体
4 章で求めた穴位置を基に，実際にロボットを製作した後，人の手によって張力を確認し，何度かの試作を経て，穴位置を導出した(図 8，図 9)．最終的には試作機全体が完成した際に再度実験を行い，実験結果によっては，穴位置の修正が余儀なくされる場
合があるが，軽量化のために設計途中段階で一時的に穴位置を確定しなければならなかった．

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弓削商船高等専門学校紀要

第 39 号(平成 29 年）

盤技術の開発，総括成果報告書，(2007)

図 8 テスト機体(SolidWorks)[4]

横小路 泰義：レスキューロボットの操縦イ
ンタフェース -大大特「ヒューマンインタフェースグループ」の研究紹介-，日本ロボット学会誌，Vol.22，No.5，pp.566-569，(2004)[5]田所 諭：閉鎖空間内高速走行探査群ロボッ
ト，日本ロボット学会誌，Vol.27，No.10，pp.1107-1110，(2009)[6]佐藤 徳孝，松野 文俊：レスキューロボット
遠隔操縦インタフェース技術，日本ロボット学会誌，Vol.28，No.2，pp.156-159，(2010)[7]大野 和則，城間 直司：レスキューロボットの遠隔操縦支援技術，日本ロボット学会誌，Vol.28，No.2，pp.160-163，(2010)[8]前田 弘文，藤田 和友，伊藤 嘉基，小林 滋，
高森 年：遠隔協調作業を目的とした共通マニピュレータの研究開発，第 14 回システムイ
ンテグレーション部門学術講演会（SI2013），pp.1133-1136，(2013)[9]竹本 怜央，藤田 和友，伊藤 嘉基，前田 弘
文：小型制御基板を用いたマニピュレータ制
御，日本機械学会中国四国学生会第 44 回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集，613，(2014)

図 9 テスト機体(実機)６．結言

今回我々は，駆動部のテスト機体を作成した．今後はロボットの全長を決定付けるフリッパーの設計とテスト機体の軽量化を行っていく予定である．また並行して，制御部のための専用基板の開発を行っ [10] 前田 弘文，伊藤 嘉基，小林 滋，高森 年：
遠隔協調作業を目的とした共通マニピュレーていく予定である．
タの改良，第 15 回システムインテグレーシ
ョン部門学術講演会（SI2014），pp.238-243，
参考文献(2014)[1] 田所 諭：文部科学省大都市大震災軽減化特別プロジェクト：ロボット等次世代防災基盤 [11] 前田 弘文，伊藤 嘉基，黒住 亮太，小林 滋：
災害探査活動支援用マニピュレータの研究開技術の開発，日本ロボット学会誌，Vol.23，
発 －第 1 報：マニピュレータの開発－，弓No.5，pp.541～543，(2005)
削商船高等専門学校紀要，Vol.37，pp.80-84，[2] 国際レスキューシステム研究機構：レスキュ(2015)
ーロボット等次世代防災基盤技術の開発
H14～17 報告書，大都市大震災軽減化特別 [12] 前田 弘文，伊藤 嘉基，黒住 亮太，小林 滋：
プロジェクト，(2003-2006)
災害探査活動支援用マニピュレータの研究開発 －第 2 報：ROS を用いたプログラムのモ[3] 文部科学省大都市大震災軽減化特別プロジ
ジュール化－，弓削商船高等専門学校紀要，
ェクト：レスキューロボット等次世代防災基Vol.38，pp.35-38，(2016)