特開 2022-141601 走行ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022141601

(43)【公開日】2022-09-29

(54)【発明の名称】走行ロボット

(51)【国際特許分類】

   B62D 57/028 20060101AFI20220921BHJP

【ＦＩ】

B62D57/028 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022037140

(22)【出願日】2022-03-10

(31)【優先権主張番号】P 2021041165

(32)【優先日】2021-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】515263989

【氏名又は名称】株式会社計測工業

(71)【出願人】

【識別番号】519135633

【氏名又は名称】公立大学法人大阪

(74)【代理人】

【識別番号】110001597

【氏名又は名称】特許業務法人アローレインターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】芝 雄大

(72)【発明者】

【氏名】高田 洋吾

(72)【発明者】

【氏名】中島 啓太

(72)【発明者】

【氏名】小林 翔太

(72)【発明者】

【氏名】小野 孝輔

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 直樹

(57)【要約】

【課題】 被走行部の下面から上面に向けて確実に吸着走行することができる走行ロボットを提供する。
【解決手段】 互いに回動自在に連結された本体前部１１および本体後部１２を有する装置本体１０と、本体前部１１および本体後部１２にそれぞれ支持された前輪２０および後輪３０と、前輪２０および後輪３０をそれぞれ駆動する前輪駆動装置２５および後輪駆動装置３５と、本体前部１１に回動自在に支持されて押圧体４２ｂを進退させる押出装置４０と、前輪駆動装置２５、後輪駆動装置３５および押出装置４０の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前輪２０および後輪３０が被走行部の下面から上面に向けた前進中にそれぞれ上面および下面に吸着した状態で、押出装置４０を作動させることにより、押圧体４２ｂを被走行部の上面に当接した状態から押し出して本体後部１２を引き上げる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平に配置された磁性を有する平板状の被走行部を下面から上面に向けて走行可能な走行ロボットであって、
走行方向の前後にそれぞれ配置されて互いに回動自在に連結された本体前部および本体後部を有する装置本体と、
前記本体前部および本体後部にそれぞれ支持されて、前記被走行部に磁力により吸着する前輪および後輪と、
前記前輪および後輪をそれぞれ駆動する前輪駆動装置および後輪駆動装置と、
前記本体前部に回動自在に支持されて押圧体を進退させる押出装置と、
前記前輪駆動装置、後輪駆動装置および押出装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記前輪および後輪が前記被走行部の下面から上面に向けた前進中にそれぞれ上面および下面に吸着した状態で、前記押出装置を作動させることにより、前記押圧体を前記被走行部の上面に当接した状態から押し出して前記本体後部を引き上げる走行ロボット。

【請求項2】

前記制御装置は、前記前輪および後輪がそれぞれ前記被走行部の上面および下面に吸着した状態での走行不能を検出すると、前記前輪の前進を維持しつつ前記後輪を後進させて、前記装置本体を前記被走行部の端部に接近させる請求項１に記載の走行ロボット。

【請求項3】

前記装置本体が前記被走行部の端部に接近したことを検知する端部検知センサを更に備え、
前記制御装置は、前記端部検知センサの検出に基づいて前記押出装置を作動させる請求項２に記載の走行ロボット。

【請求項4】

前記制御装置は、前記押出装置の作動により前記本体後部を引き上げた後、前記後輪を前進させながら、前記前輪を一旦後進させた後に前進させる請求項１から３のいずれかに記載の走行ロボット。

【請求項5】

前記押出装置を前記本体前部に対して回動させる回動装置を更に備え、
前記制御装置は、前記押圧体が前記被走行部の上面と直交する方向に押し出されるように前記回動装置を作動させる請求項１から４のいずれかに記載の走行ロボット。

【請求項6】

前記押圧体は、前記被走行部に当接する転動部材を備える請求項１から５のいずれかに記載の走行ロボット。

【請求項7】

前記転動部材は、前記押圧体の下端面の中央から突出するように設けられており、
前記制御装置は、前記本体後部を引き上げる際に、前記押圧体の押出方向が前記被走行部の上面と直交する方向から傾斜した後も、前記押圧体と前記上面との当接状態を維持するように前記押圧体の押出量を徐々に増加させて、前記下端面の周縁部を前記上面に当接させる請求項６に記載の走行ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走行ロボットに関し、より詳しくは、被走行部の走行面に磁力により吸着して走行する走行ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁等の構造物の壁面を走行する走行ロボットとして、例えば、特許文献１に開示された移動装置が知られている。この移動装置は、ベース部材の左右両側に固定された第１非変形部の前後に、変形部を介して第２非変形部がそれぞれ支持されており、各第２非変形部には、永久磁石を有する車輪を支持する懸架部材が取り付けられている。

【0003】

この移動装置によれば、変形部の変形によって、走行面の状況に応じて柔軟に対応しつつ移動することができ、例えば、オーバーハング部の水平な下面から垂直な側面を乗り越えて上面に移行可能とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－６８７０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、従来の走行ロボットは、被走行部の下面から上面に向けて走行する際に、スムーズに移行できないおそれがあった。図９は、従来の走行ロボット１００の一例を示す側面図であり、前輪２０および後輪３０をそれぞれ支持する本体前部１１および本体後部１２が、回動軸１３により互いに回動可能に連結されている。

【0006】

この走行ロボット１００が、水平な平板状の被走行部９０を下面９１から上面９２に向けて矢示Ａ方向に走行する際に、前輪２０および後輪３０が上面９２および下面９１にそれぞれ吸着した状態になると、後輪３０の駆動による矢示Ｂ方向の移動によって、走行ロボット１００には矢示Ｃ方向のモーメントが作用する。一方、本体前部１１および本体後部１２には、前輪２０および後輪３０の回転に伴い矢示Ｄ１方向および矢示Ｄ２方向の反トルクが作用すると共に、自重による矢示Ｄ３方向の力が作用するため、走行ロボット１００には、これらの合力として、矢示Ｃ方向とは逆方向である矢示Ｅ方向のモーメントが作用する。このため、矢示Ｅ方向のモーメントが矢示Ｃ方向のモーメントよりも大きくなる条件においては、走行ロボット１００が走行不能になるという問題があった。

【0007】

そこで、本発明は、被走行部の下面から上面に向けて確実に吸着走行することができる走行ロボットの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の前記目的は、水平に配置された磁性を有する平板状の被走行部を下面から上面に向けて走行可能な走行ロボットであって、走行方向の前後にそれぞれ配置されて互いに回動自在に連結された本体前部および本体後部を有する装置本体と、前記本体前部および本体後部にそれぞれ支持されて、前記被走行部に磁力により吸着する前輪および後輪と、前記前輪および後輪をそれぞれ駆動する前輪駆動装置および後輪駆動装置と、前記本体前部に回動自在に支持されて押圧体を進退させる押出装置と、前記前輪駆動装置、後輪駆動装置および押出装置の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記前輪および後輪が前記被走行部の下面から上面に向けた前進中にそれぞれ上面および下面に吸着した状態で、前記押出装置を作動させることにより、前記押圧体を前記被走行部の上面に当接した状態から押し出して前記本体後部を引き上げる走行ロボットにより達成される。

【0009】

この走行ロボットにおいて、前記制御装置は、前記前輪および後輪がそれぞれ前記被走行部の上面および下面に吸着した状態での走行不能を検出すると、前記前輪の前進を維持しつつ前記後輪を後進させて、前記装置本体を前記被走行部の端部に接近させることが好ましい。この場合、前記装置本体が前記被走行部の端部に接近したことを検知する端部検知センサを更に備えることが好ましく、前記制御装置は、前記端部検知センサの検出に基づいて前記押出装置を作動させることができる。

【0010】

前記制御装置は、前記押出装置の作動により前記本体後部を引き上げた後、前記後輪を前進させながら、前記前輪を一旦後進させた後に前進させることが好ましい。

【0011】

前記押出装置を前記本体前部に対して回動させる回動装置を更に備えることが好ましく、前記制御装置は、前記押圧体が前記被走行部の上面と直交する方向に押し出されるように前記回動装置を作動させることが好ましい。

【0012】

前記押圧体は、前記被走行部に当接する転動部材を備えることが好ましい。前記転動部材は、前記押圧体の下端面の中央から突出するように設けられていることが好ましく、前記制御装置は、前記本体後部を引き上げる際に、前記押圧体の押出方向が前記被走行部の上面と直交する方向から傾斜した後も、前記押圧体と前記上面との当接状態を維持するように前記押圧体の押出量を徐々に増加させて、前記下端面の周縁部を前記上面に当接させることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、被走行部の下面から上面に向けて確実に吸着走行することができる走行ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る走行ロボットの斜視図である。

【図2】図１に示す走行ロボットの正面図である。

【図3】図１に示す走行ロボットの底面図である。

【図4】図１に示す走行ロボットの側面図ある。

【図5】図１に示す走行ロボットの作動工程図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る走行ロボットの作動工程図である。

【図7】図６に示す走行ロボットの要部拡大図である。

【図8】図７に示す要部の変形例を示す図である。

【図9】従来の走行ロボットの作動を説明するための側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る走行ロボットの斜視図である。また、図２から図４は、それぞれ図１に示する走行ロボットの正面図、底面図、側面図である。図１から図４に示すように、走行ロボット１は、装置本体１０、前輪２０、後輪３０、押出装置４０、回動装置５０および制御装置６０を、主な構成要素として備えている。

【0016】

装置本体１０は、走行方向の前後にそれぞれ配置された本体前部１１および本体後部１２を備えている。本体前部１１および本体後部１２は、矩形平板状に形成されており、縁部同士が回動軸１３により回動自在に連結されて、走行方向に沿って屈曲可能に構成されている。

【0017】

前輪２０は、環状の永久磁石からなる車輪本体２１と、強磁性材料からなり外周面がギヤ状に形成された一対のリング部材２２，２２とを備えており、車輪本体２１が一対のリング部材２２，２２により挟持されて構成されている。前輪２０は、本体前部１１の下面に固定されたコ字状のブラケット２３に回転軸２４を介して支持されており、サーボモータ等の前輪駆動装置２５により回転駆動されることで、磁性を有する被走行部を吸着走行する。リング部材２２，２２の外周面の形状は、必ずしもギヤ状である必要はなく、例えば、円形状等であってもよい。

【0018】

後輪３０は、前輪２０と同様に、車輪本体３１が一対のリング部材３２，３２により挟持されて構成されており、本体後部１２の下面に固定されたブラケット３３に回転軸３４を介して支持されてサーボモータ等の後輪駆動装置３５により回転駆動されることで、磁性を有する被走行部を吸着走行する。

【0019】

前輪２０および後輪３０は、本体前部１１および本体後部１２における左右両側の２か所にそれぞれ設けられており、個別に設けられた前輪駆動装置２５および後輪駆動装置３５によって独立に駆動することができる。前輪２０および後輪３０の個数は特に制限されるものではなく、それぞれ３つ以上設けてもよい。あるいは、走行方向が一方向のみの場合には、前輪２０および後輪３０がそれぞれ単一であってもよい。

【0020】

押出装置４０は、図２に一部を切り欠いて示すように、筐体４１と、筐体４１の内部に収容された昇降板４２と、昇降板４２に設けられたナット４２ａが螺合する台形ねじ軸などの送りねじ４３と、昇降板４２から筐体４１の底壁開口を介して下方に突出する押圧体４４と、押圧体４４を進退させるサーボモータ等のモータ４５とを備えている。モータ４５は、本実施形態においては筐体４１の前方側に設けているが、筐体４１の後方側に設けてもよく、これによって、例えば走行ロボット１が水平面から垂直面に移行する際に、モータ４５が垂直面に干渉して移行の妨げになるのを確実に防止することができる。

【0021】

筐体４１は、本体前部１１の中央に形成された切欠部に収容されて、左右の前輪２０，２０の間に配置されており、回動軸５１により本体前部１１に回動自在に支持されている。昇降板４２は、帯板状に形成されており、中央に設けられたナット４２ａを送りねじ４３が貫通している。送りねじ４３は、上端部に従動ギヤ４３ａを備えており、下端側が筐体４１の下部に設けられた軸受４３ｂに支持されている。従動ギヤ４３ａは、モータ４５の出力軸に設けられた駆動ギヤ４５ａに噛合しており、モータ４５の駆動により昇降板４２が昇降することで、昇降板４２に支持された押圧体４４を進退させることができる。押圧体４４を進退させる機構は、クランク機構やラック・ピニオン機構等のように回転運動を直線運動に変換する他の公知の機構であってもよく、あるいは、油圧シリンダ等を用いることもできる。

【0022】

押圧体４４は、棒状に形成されており、上端が昇降板４２の下面に固定されている。押圧体４４の下部には、下端面から一部が突出するように回転自在に収容された球状の転動部材４４ａを備えている。押圧体４４は、本実施形態では左右に２つ設けられており、昇降板４２の昇降により一体的に進退するように構成されている。但し、押圧体４４の数は特に限定されず、単一あるいは３つ以上でもよい。

【0023】

回動装置５０は、サーボモータ等からなり、出力軸に設けられた駆動ギヤ５０ａが、押出装置４０を支持する回動軸５１の従動ギヤ５１ａに噛合することで、押出装置４０を本体前部１１に対して回動させることができる。

【0024】

制御装置６０は、前輪駆動装置２５、後輪駆動装置３５、押出装置４０および回動装置５０の駆動を制御する。制御装置６０は、図４に破線で示すように、本体後部１２の上面に配置することができる。なお、図４以外の図面においては、制御装置の図示を省略している。装置本体１０の上面には、制御装置６０以外に、例えば、橋梁、塔、タンク等の構造物の腐食の有無を検査する検査装置を搭載することができる。

【0025】

上記の構成を備える走行ロボット１は、磁性を有する構造物の壁面に前輪２０および後輪３０が吸着することにより、構造物の上面だけでなく、側面や下面も走行することができる。また、走行中に障害物等が存在する場合には、押出装置４０の作動により押圧体４４を進出させて走行面を押圧することにより、前輪２０が障害物を容易に乗り越えることができる。

【0026】

装置本体１０は、本体前部１１および本体後部１２が互いに回動自在に連結されているため、例えば、走行ロボット１が水平面から垂直面に向けて走行する場合においても、確実に移行させることができる。但し、橋梁のフランジ等のように水平に配置された平板状の被走行部を下面から上面に向けて走行する際には、上述したように走行不能になるおそれがあるため、下記の駆動制御が行われる。

【0027】

図５（ａ）に示すように、水平平板状の被走行部９０の下面９１から上面９２に向けて走行ロボット１が前進中に、前輪２０および後輪３０がそれぞれ上面９２および下面９１に吸着した状態で、走行ロボット１が走行不能になると、制御装置は、走行不能状態の検出に基づき回動装置５０（図１等参照）を作動させて、押出装置４０を矢示方向に回動させることにより、図５（ｂ）に示すように、押圧体４４が鉛直方向に進退可能となるように押出装置４０を起立させる。走行不能状態の検出は、例えば、前輪２０および後輪３０を駆動する前輪駆動装置２５および前輪駆動装置３５の過負荷を電流値等により検知して行うことができる。あるいは、本体前部１１および本体後部１２にジャイロセンサ等の姿勢センサを別途設けて、本体前部１１および本体後部１２が所定の姿勢になった状態を走行不能状態とみなして検出してもよい。押出装置４０は、走行中に被走行部９０と干渉しないように回動可能であれば、回動装置５０を設けずに自重で回動する構成であってもよい。

【0028】

図５（ｂ）において、前輪２０および後輪３０をそれぞれ矢示方向に回転させると、前輪２０は前進方向Ｆに移動する一方、後輪３０は後進方向Ｒに移動する。これにより、図５（ｃ）に示すように、押圧体４４の転動部材４４ａが上面９２に沿って転動し、被走行部９０の端部９３に装置本体１０が所定距離まで接近する。押圧体４４が上面９２に沿ってスムーズに移動するように、押圧体４４の先端には本実施形態のように転動部材４４ａを備えることが好ましいが、転動部材４４ａを設けずに、押圧体４４の先端が上面９２を低摩擦抵抗で摺動するように構成してもよい。

【0029】

図５（ｃ）に示す装置本体１０と端部９３との接近状態は、例えば、走行不能状態からの前輪２０または後輪３０の移動距離を、前輪駆動装置２５または後輪駆動装置３５が備えるエンコーダの検出値に基づいて計測し、この移動距離に基づいて検出することができる。あるいは、端部９３との接近を検知する圧力センサ、光センサ、磁気センサ、近接センサ等の端部検知センサを装置本体１０に別途設けて、接近状態を検出してもよい。

【0030】

図５（ｃ）において、押出装置４０の押圧体４４を、上面９２に当接した状態から矢示方向に押し出すと、本体後部１２が矢示のように引き上げられて、図５（ｄ）に示すように、前輪２０および後輪３０が僅かに前進する。図５（ｄ）において、前輪２０および後輪３０をそれぞれ矢示方向に回転させて、前輪２０および後輪３０を後進方向Ｒおよび前進方向Ｆにそれぞれ所定距離移動すると、図５（ｅ）に示すように、前輪２０および後輪３０が端部９３の近傍に配置される。押出装置４０による押圧体４４の押出方向は、上面９２と直交する方向が好ましいが、必ずしもこの方向に限定されるものではなく、例えば、上面９２との直交方向に対して若干傾斜させて、押圧体４４をやや後方に押し出してもよい。走行ロボット１が、図５（ｄ）の状態から図５（ｅ）の状態に移動する過程では、本実施形態では押圧体４４の押出量を一定に維持しているが、走行ロボット１の移動と共に押圧体４４の押出量を徐々に増加させるように制御してもよい。

【0031】

図５（ｅ）に示す状態から、後輪３０の前進方向Ｆへの移動を維持しつつ、前輪２０を矢示方向に回転させて前進方向Ｆに移動させると、図５（ｆ）に示すように、後輪３０が端部９３を経て上方に引き上げられる。こうして、前輪２０および後輪３０を上面９２に沿って前進させることが可能になる。

【0032】

本実施形態の走行ロボット１は、図５（ｃ）に示すように、前輪２０および後輪３０が被走行部９０の下面９１から上面９２に向けた前進中にそれぞれ上面９２および下面９１に吸着した状態で、制御装置６０が押出装置４０を作動させることにより、押圧体４４を上面９２に当接した状態から押し出して、図５（ｄ）に示すように本体後部１２を引き上げることができる。本体後部１２の引き上げによって、後輪３０の前進により走行ロボット１に作用する前進方向のモーメント（図９に示す矢示Ｃ方向のモーメント）を増大させることができるので、走行ロボット１を下面９１から上面９２に向けて確実に吸着走行させることが可能になる。本体後部１２の引上量は必ずしも限定されないが、図５（ｄ）に示すように、平板状の本体後部１２の法線Ｎが、下面９１に対して前進方向Ｆに向けて若干上方に傾斜する位置まで、本体後部１２を引き上げることが好ましい。

【0033】

また、押出装置４０の作動は、図５（ｂ）に示すように、前輪２０の前進を維持しつつ後輪３０を後進させて、装置本体１０を被走行部９０の端部９３に接近させてから行われるため、押圧体４４を上面９２に確実に当接させることができる。

【0034】

また、押出装置４０の作動により本体後部１２を引き上げた後、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、後輪３０を前進させながら、前輪２０を一旦後進させた後に前進させることにより、本体後部１２をスムーズに引き上げることができる。

【0035】

本実施形態においては、図５（ｅ）の状態から図５（ｆ）の状態に移動する過程で、押圧体４４の押出量を一定に維持しているが、この間に押圧体４４の押出量を増加させてもよい。すなわち、本体後部１２を引き上げる際に、図６（ａ）に示すように押圧体４４の押出方向が上面９２と直交する状態から、走行ロボット１を矢示Ｆ方向に移動させながら押圧体４４の押出量を徐々に増加することで、図６（ｂ）に示すように、押圧体４４の押出方向が上面９２と直交する方向から傾斜した後も、押圧体４４と上面９２との当接状態を維持するように制御してもよい。押圧体４４による上面９２の押圧は、例えば、平板状の本体後部１２の法線Ｎと水平方向とのなす角度θが１５度以上になるまで継続することが好ましい。

【0036】

図７に示すように、転動部材４４ａは、押圧体４４の下端面４４ｂの中央から突出するように設けられており、押圧体４４が傾斜すると、下端面４４ｂの周縁部が上面９２に当接する。したがって、押圧体４４が傾斜した後も上面９２の押圧を確実に継続することができ、これによって本体後部１２の引き上げを容易にすることができる。図８に示すように、押圧体４４の下端面４４ｂの周縁部には、ゴム材等の摩擦係数の大きい材料からなるストッパ４４ｃを設けてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ 走行ロボット
１０ 装置本体
１１ 本体前部
１２ 本体後部
１３ 回動軸
２０ 前輪
２５ 前輪駆動装置
３０ 後輪
３５ 後輪駆動装置
４０ 押出装置
４４ 押圧体
４４ａ 転動部材
５０ 回動装置
６０ 制御装置
９０ 被走行部
９１ 下面
９２ 上面
９３ 端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】