JP2005282455A - 発電装置とその発電装置を使用した警備及び／または災害救助用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】自己発電装置とその発電装置を使用した防犯と災害救助とを目的とする警備及び災害救助用ロボットを提供する。
【解決手段】流体（ガス）を使用した発電装置と、その発電装置を使用した無人警傭及び災害時の人命救助等が可能な高性能自律走行型の警備及び災害救助用ロボットである。高層ビルなどの非常階段警備における犯人認識とその識別（警備時に不審者を発見した場合は犯人識別用の塗料を自動的に発射する機能）が可能であり、さらに、災害時などどこでも容易に発電することができる発電装置を備え、その発電装置から電力供給を受けて被災者の誘導と倒壊家屋等に取り残された救助を遠隔からの操縦によって行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電装置とその発電装置を使用した防犯と災害救助とを目的とする警備及び／または災害救助用ロボットに関するものである。本ロボットは、たとえば高層ビルなどの非常階段警備における犯人認識とその識別（警備時に不審者を発見した場合は犯人識別用の塗料を自動的に発射する機能、あるいは粘着ネットを発射する機能を有している）が可能であり、さらに、災害時などどこでも容易に発電することができる発電装置と、その発電装置から電力供給を受けて被災者の誘導と倒壊家屋等に取り残された救助を遠隔からの操縦によって可能とする警備及び／または災害救助用ロボットに関するものである。
このロボットは、災害時には搭載されている心電図、体温検知センサなど生命確認用複合センサにより被災者の状況を判断して無線等による救助要請の伝達機能も有している。また、このロボットは圧縮空気・窒素ガス・炭酸ガス等による流体で発電が可能な小型ジェネレータを搭載しており、この電源からロボットに搭載されているセンサ・制御・駆動用の電力が供給されるようになっている。このため、ロボットの可動時間をバッテリ電力供給のみの場合よりも長時間使用することが可能となっている。

従来の高層ビルの非常階段等を警備する場合は、有人により徒歩で長時間かけて実施されていたためにその労力と犯人遭遇時にはとても危険であった。また火災等が発生した場合、非常階段への誘導は迅速に実施されていない例もある。更に、このような高層建築物や一般の木造家屋等が倒壊した場合、多数の人間が、取り残されたり瓦礫の下じき等によって避難が困難になる。そして過酷な状態で救助を待たなければならない。
最近ではこうした事態にロボットで対応するシステムが提案されている（特許文献１）。
特開２００１−１７９６６８

しかし、上記公報に記載のものを含めて、従来のロボットは、ロボット内に駆動用バッテリを搭載しているものが殆どであり、ロボット自体が自己発電装置を備えているものはない。このため、従来のロボットは使用時間に制限があるとともに作業中の電池切れによる作業停止等が発生する恐れがあり、円滑な救助、警備作業に支障をきたすことがあった。また、バッテリの代わりに電力供給にエンジン付き発電機を使用した場合、燃料供給の不便さと火災等の危険性が生じるという問題がある。
特に、火災発生時、炎や煙に阻止されて迅速な救助や誘導が困難である。災害時においては、倒壊家屋等に閉じこめられた被災者の発見と救助を円滑に実行することは困難である。危険地帯において有人により被災者の救助や発見をする事は、二次災害の危険から躊躇される。また、従来の災害救助用ロボットは大型で屋内及び狭い家屋等の災害救助にはあまり適していなかった。また、階段等の不整地を走行する場合、キャタピラ走行が主に使われるが、その駆動機構が複雑であり、器物等を破損する恐れがあった。さらに、従来公知の警備用ロボットでは犯人認識機能が充分でない等の問題もある。

そこで、本発明は、ガス発生容器から発生するガスを利用してどこでも容易に発電することができる発電装置と、その発電装置を公知の小形自律走行型ロボットに搭載し、さらに各種のセンサ、無線装置、監視カメラをロボット上に搭載することで上記問題点を解決できる警備及び／または災害救助用ロボットを提供し、上記問題点を解決することを目的とする。 本発明により、どこでも容易にロボットを走行させることが可能となり、さらに容疑者発見時における犯人識別の簡略化と犯人捜査の支援ができる。また、生命体の有無及び状況をカメラ画像から判断でき、災害時においても円滑な救助を実現できる。

このため、本発明が採用した技術解決手段は、
ガス発生容器と、前記ガス発生容器内で発生したガスにより回転するファンと、前記ファンの回転により発電する発電機とからなることを特徴とする発電装置である。
また、ガス発生容器は、固体、液体を発熱体などによって加熱してガスを発生させることができる容器であることを特徴とする発電装置である。
また、前記固体は、ドライアイスまたは化学反応、加熱等によって窒素、酸素等のガスを発生する物質であることを特徴とする発電装置である。
また、ガス発生容器は、圧縮ガスを充填したボンベであることを特徴とする発電装置である。
また、前記発電機は蓄電池と接続され、発電機からの余剰電力を蓄電できるようにしたことを特徴とする発電装置である。
また、不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の発電装置とを備え、前記車体は、前記発電装置からの電力を駆動電源としていることを特徴とする警備用及び／または災害救助用ロボットである。
また、不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記に記載の発電装置と、該車体上に配置したセンサ、監視カメラ、無線装置、犯人識別弾発射装置及び／または粘着ネット発射装置とを備え、前記発電装置を電源として前記センサによって検知した物体を監視カメラで認識し、その物体が犯人であるときには、犯人識別弾発射装置から犯人識別弾及び／または粘着ネット発射装置から粘着ネットを発射するとともに、警報を発することを特徴とする警備用ロボットである。
また、前記センサは犯人の生命反応を検知するための体温計、心拍測定装置、赤外線カメラ、可視光カメラ、音響装置、ミリ波レーダであることを特徴とする警備用ロボットである。
また、前記警備用ロボットは、無線によりオペレータの操作により作動できることを特徴とする警備用ロボットである。
また、不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記に記載の発電装置と、該車体上に配置したセンサ、監視カメラ、無線装置とを備え、前記発電装置を電源として前記センサによって検知した物体を監視カメラで認識し、その物体が生体であるときには、生体情報を発することを特徴とする災害救助用ロボット。
また、前記センサは被災者の生命反応を検知するための体温計、心拍測定装置、赤外線カメラ、可視光カメラ、音響装置、ミリ波レーダであることを特徴とする災害救助用ロボットである。
また、前記災害救助用ロボットは、無線によりオペレータの操作により作動できることを特徴とする災害救助用ロボットである。

本発明は、以下のような特有の効果を達成することができる。
高層ビル等の警備及び／または災害救助において昼夜の区別なく無人で監視及び／または防災等を実施することが可能である。システムの使用についてはユーザの使用に応じて搭載センサの交換による警備システム・防災救助システムヘの変更が自由に実施できる。
また、搭載補助電源システム（自己発電装置）はソーラ方式又はエンジン付充電システムと異なり危険な燃料の搭載や長時間の充電等を必要としない画期的な発電方式であるため、ロボットシステムのみに限定されることなく、家電機器等の分野にも使用が可能である。
さらに、ビル内に侵入した不審者に対して、識別弾や粘着ネットを発射することができ、発射した識別塗料や粘着ネットによって早期の犯人捜査支援が可能となる。

本発明は、流体（ガスあるいは混合気体等）を使用した発電装置と、その発電装置を使用した無人警備及び／または災害時の人命救助等が可能な高性能自律走行型の警備及び／または災害救助用ロボットである。本発明は、生命に危険な警備及び／または災害救助等の業務を遠隔から安全に実施するため、非常階段の警備及び／または災害時の被災者誘導を実施可能にする。また、８輪走行による階段踏破機構と遠隔からのリアルタイム映像を伝送するための画像伝送機器及び昼夜の影響が少ない監視カメラ（赤外線カメラ）等の機器を搭載している。また、警備時に不審者を発見して警告を無視して防犯上必要と認められた場合は、犯人識別用のカラーマーカ及び／または粘着ネットを発射する機能を有している。粘着ネットは、たとえば、ロボット本体が危険な状態となっていることを判断して粘着ネットを犯人に対して発射したり、逃走犯人に向けて発射することも可能である。さらに、震災時においては救助者の接近が困難な瓦礫等に遮蔽された生存者の救助のために生命体監視センサ（音響センサ・体温感知センサ・心電図センサ等）を搭載して稼働することも可能である。
また、このシステムでもっとも注目される技術は、センサ・制御・駆動電源として蓄電池と無燃焼方式の流体による尭電機からの供給と両方可能にし、余剰電源力は蓄電することも可能としていることである。そして、これらの流体エネルギー供給は固体・液体・圧縮方法による補充が可能である。この結果、、従来の外部電源からの充電方式よりも電力供給を短時間で可能にし、かつ稼働時間も飛躍的に延長することが可能となっている。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施形態である警備及び／または災害救助用ロボットの概略側面図および正面図、図２はロボットの駆動機構の一例を示す図、図３は発電装置の構成図、図４（ａ）は粘着ネットの構成図、図４（ｂ）は粘着ネット弾の説明図、図５は警備システムのフローチャート図、図６は救助システムのフローチャート図である。
以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。
図１において、本発明に係るロボットの本体は、図示のように車体フレームに左右各４輪の駆動車輪を備えており、これらの車輪は、それぞれ独立にモータによって駆動、操舵され、階段のエッジ等を検知することで自在に不整地路面を走行できる構成となっている。このロボット本体には、従来の無線走向が可能な公知の不整地走向ロボット（階段昇降可能なロボットを含む）を使用することができる。

また本警備及び／または災害救助用ロボットは、図１に示すように車体上に、監視カメラ１、警備用センサ２、犯人識別マーカ（犯人識別弾）発射装置３、無線アンテナ５、無線装置６、車輪７、粘着ネット発射装置８のほか、特に図示していないが車体の適宜位置に取り付けた不整地認識センサ、制御ボード等を備えており、無線アンテナ５を利用して、遠隔にから無線装置によって車体を自在に操縦することができる構成となっている。
車体に取り付けた監視カメラ１、警備用センサ２、犯人識別マーカ（犯人識別弾）発射装置３、不整地認識センサ等は制御用ボードに接続され、各センサからの情報を分析し、さらに犯人識別マーカ発射装置などを作動するとともに、適宜無線によりセンサ情報を遠隔地のモニターに伝送することができる。なお、制御ボードを含む制御機器は専用機器でもよいが公知のパソコンを使用すると便利である。 また、この車体には、自己発電装置が備えられている。この自己発電装置は、後述するように流体エネルギーを使用して発電することができる。

以下、各構成要件についてさらに詳述する。
車体構造
図１に示すように本車体は車体フレームの左右にモータによって作動される８輪独立式駆動・操向機構を備えている。それぞれの車輪７（図では左右４輪）は図２に示すように電源からの電力によって駆動する車輪駆動用と車輪操向用の二つのモータ９、１０を備えており、これらのモータ９、１０は車両に搭載したコンピュータ（制御機器）ＣＰＵからの指令により、無線で自在に駆動・操向制御され、また階段のエッジ等を検出することで、車輪を支持する不図示のリンク等を作動し不整地を安定して走行できるようになっている。車体には、前述したように、監視カメラ１、警備用センサ２、犯人識別マーカ（犯人識別弾）発射装置３、不整地認識センサ、その他体温感知センサ、心電図センサ、制御用ボード４、無線アンテナ５、無線装置６、不図示の自己発電装置等が装備され、さらに各センサからの情報を分析し、さらに犯人識別マーカ発射装置（識別弾発射装置）３などを作動することができる構成となっている。前記監視カメラ１、警備用センサ２、犯人識別マーカ発射装置（識別弾発射装置）３、不整地認識センサ、制御用ボード４、各種センサは従来公知の機器を使用しており、ソフトウエアによってパソコンを作動させて、目的とする機能を達成することができる。なお、上記ロボット本体の構成は、従来の公知の不整地走行可能な無線操縦車両と同様であり、本発明の特徴とするところではないので、さらなる詳細な説明は省略する。

自己発電装置
図３は自己発電装置の概略構成図である。
図において１１は安全弁、１２は発熱体（化学物質）、１３はドライアイス、１４は水、１５は第１ソレノイドバルブ、１６は第２ソレノイドバルブ、１７は発電機、１８はギヤボックス、１９は制御用回路箱、２０は発電ファン、２１は圧縮ガスセンサ、２２はドライアイス投入口、２３はフライホイール、２４は充電用バッテリ（蓄電池）、２５は圧力容器、２６は熱伝導性のよい材料で構成された密閉しきり、２７は化学物質投入口、２８は循環排気口である。発熱体１２は、化学反応による公知の発熱物質、または電子レンジ等によって暖められた保温性の高い公知の物質または化学薬品等を使用することができる。
圧力容器２５は密閉した容器として構成され、その上面にはドライアイス投入口２２が形成されており、また容器２５内の密閉しきり２６で区画された下室には発熱体１２が収容され、さらに下室には発熱体投入口２７が形成されている。また、圧力容器２５の上部は流路によって圧縮ガスセンサ２１、第２ソレノイドバルブ２６を介して発電ファン２０に接続されている。発電ファン２０にはギヤボックス１８を介して発電機１７が接続され、第２ソレノイドバルブ１６を通過してきたガスにより発電ファン２０が回転することにより発電できる構成となっている。また発電機１７には適宜バッテリ（蓄電池）２４が接続され、発電した電力をバッテリ（蓄電池）２４に蓄電できるようになっている。発電ファン１０には制御用回路箱１９が接続され、発電ファンから排出されたガスを制御用回路箱１９内の熱で加熱できるようになっている。制御用回路箱１９は流路により第１ソレノイドバルブ１５を介して密閉しきり２６の上面に取り付けた循環排気口２８に接続されている。また、第１ソレノイドバルブ１５および第２ソレノイドバルブ１６は制御用回路箱１９と電気的に接続されており、制御用回路箱１９からの信号により流路を開く構成となっている。なお１１は安全弁である。

この発電機は次のようにして発電を行う。
まず、圧力容器２５内にドライアイス１３を投入する。投入されたドライアイス１３は圧力容器２５内に注入されている水１４に反応して炭酸ガスを発生する。また水は発熱体１２により加熱されている。発生した炭酸ガス（ガスと水の混合気体）は圧縮ガスセンサ２１により設定圧力が達成されるとそのセンサ２１からの信号をうけて制御回路箱１９から第２ソレノイドバルブ１６を開く信号が出力され、第２ソレノイドバルブ１６を開き圧縮された水と炭酸ガスの混合気体が発電ファン２０内に導入される。フライホイール２３の効果で発電ファン２０が回転されるとギヤボックス１８で回転速度が加速され発電機１７の回転軸が高速で回転する。発電された電力は適宜バッテリ（蓄電池）２４に蓄電される。
前記回転ファン２０の回転動力に使用された炭酸ガスと水の混合気体等は制御用回路箱１９周囲に設置したパイプを通過することにより制御用回路箱全体を冷却するとともに、冷却ファンの消費電力をできるだけ節約することを目的として、発電動力に用いた流体（炭酸ガス等）を制御用回路箱の温度を利用して温度上昇させる。この温度変化によってパイプ内部に圧力差を生じた場合には、第１ソレノイドバルブを開閉することにより流路内の圧力調整を行う。
なお上記ガス発生装置としては、上記のようなドライアイスを使用するものに限定することなく、ガス充填したボンベ、発熱体によって物質を加熱して発生したガス、化学反応によって酸素や窒素等のガスを発生できる物質等を利用することもできる。

粘着ネット発射装置
図４（ａ）は粘着ネット発射装置の概略構成図、（ｂ）は粘着ネット弾の説明図である。
図において３１は粘着ネット弾であり、粘着ネット弾３１は弾頭３２と粘着ネット収容ケース３３、粘着ネット３４、ピストン隔壁３５、膨張剤３６、圧力室３７、トリガー３８等から構成されている。粘着ネットは空気に触れると粘着性を発揮する粘着剤が塗布されており、また粘着ネット３４は牽引リング３９によって弾頭３２と接続されていて、弾頭３２が飛翔することで、ケースから引き出され、開きながら弾頭とともに飛翔する。粘着ネットは、空気にふれると粘着性を発揮する粘着剤が塗布されたケプラ網等を使用することができる。
粘着ネットの発射は以下のように行われる。犯人等を検知すると、トリガー３８が作動し膨張剤３６が圧力室３７に侵入し、ピストン隔壁３５を破壊して粘着ネット弾３１を発射する。粘着ネット弾３１が発射されると、弾頭３２と粘着ネット収容ケース３３とが分離され、弾頭に牽引リングで連結された粘着ネットが容器から引き出され、開きながら飛翔する。

上記車両を使用した警備及び／または災害救助用ロボットの作動を警備用、救助用のフローチャートを参照して説明する。
図５は警備用フローチャートであり、ステップ１において、システム管理電源をＯＮにする。これによりステップ１Ａで補助電源システムも作動し、車体上の各機器に電力が供給される。
ステップ２において、監視カメラからの情報により走行路に階段が有るか否かを判断する。階段の有る場合にはステップ３に進み不整地走行システムを選択し、走行を行う。また階段が無い場合には、そのまま走行を行う。ステップ４において、生体センサにより人体または犯人の認識を行う。人体または犯人を認識した場合には、ステップ５において監視カメラで犯人の確認を行い（例えば、コンピュ─タに登録した人以外は犯人とする）、犯人で無い場合にはステップ６においてそのまま警備を続行する。また監視カメラからの画像により犯人であることを認識した場合にはステップ７においてカラーボール等の識別弾発射装置及び／または粘着ネット発射装置あるいは音声等による警告装置を作動させ、特殊な識別塗料（蛍光発色塗料など）、粘着ネット等を発射塗布する（ステップ８）とともに、無線を使用して警察等に通報（ステップ９）する。なお、通信は微弱電波によるＦＭ電波等を用いて中継局に送り、中継局ではビデオ画像・センサ情報・遠隔操縦信号等の送受信を行う。こうして中継局からオペレータの指令によりロボットを操作することができる。

またステップ４で生体または犯人を認識できない時は、犯人による暴行によって生じる車両の傾斜状態、振動状態をセンサにより検知し（ステップ１１）、傾斜（転倒）あるいは振動を検知した場合（ステップ１２）にはステップ７に進み識別弾発射装置及び／または粘着ネット発射装置を作動し、犯人に向けて識別塗料、粘着ネットを発射する。なお、識別弾発射装置と粘着ネット発射装置を同時に作動させるか、一方のみを作動させるか等の作動態様は、使用目的、使用場所等に応じて適宜プログラムを変更することによって対応する。
上記の一連の動作は自律プログラムによる自動で実施も可能であるが、遠隔から遠隔操縦装置等を用いてリモコン方式による実施も可能である。
なお、遠隔からロボットを制御するために、ロボットの監視カメラから送られたリアルタイム映像は、図示せぬモニターに映写されることによりオペレータが状況を認識して、遠隔操縦装置によりロボットを目的の場所等に誘導することができる。

図６は災害救助用フローチャートであり、ステップ２１において、システム管理電源をＯＮにする。これによりステップ２１Ａで補助電源システムも作動し、車体上の各機器に電力が供給される。
ステップ２２において、監視カメラからの情報により走行路に階段が有るか否かを判断する。階段の有る場合にはステップ２３に進み不整地走行システムを選択し、走行を行う。また階段が無い場合には、そのまま走行を行う。ステップ２４において、生体センサにより生体の認識を行う。生体を認識した場合には、ステップ２５において監視カメラで生体の確認（認識）を行い、生体で無い場合にはステップ２７においてそのまま救助活動を続行する。また監視カメラからの画像により生体であることを認識した場合にはステップ２６において警察等に通報し、救助活動を行う。
以上のロボットの作動に必要な電力は、前述した自己発電機からの電力を使用することが望ましいが、必要電力に応じて、予め搭載したバッテリおよび自己発電機からの電力を併用、あるいは大電力必要時には搭載バッテリからの電力のみで使用することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、車両に搭載するセンサは、上述したセンサに限定することなく、音響センサ、体温感知センサ、心電図センサなど種々のセンサを使用することができる。またそれぞれのセンサに適合した検知ソフトをパソコン内にインストールすることで、容易に上述の警備用システム、救助システムを作動させることができる。また、監視カメラも赤外線カメラ、ＣＣＤカメラなど同様の機能を奏することができる現在公知の種々のカメラを使用することができる。さらに、本発明はその精神また主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、セキュリティシステムに好適な防犯と災害救助とを目的とする警備及び／または災害救助用ロボットに利用できる。また発電装置は、種々の電源として利用することができる。

警備及び／または災害救助用ロボットの側面図および正面図である。 ロボットの駆動機構の一例を示す図である。 発電装置の構成図である。 （ａ）は粘着ネットの構成図、（ｂ）は粘着ネット弾の説明図である。 警備システムのフローチャート図である。 救助システムのフローチャート図である。

符号の説明

１ 監視カメラ
２ 警備用センサ
３ 犯人識別マーカ（犯人識別弾）発射装置
４ 制御用ボード
５ 無線アンテナ
６ 無線装置
７ 車輪
９、１０ モータ
３１ 粘着ネット弾
３２ 弾頭
３３ 粘着ネット収容ケース
３４ 粘着ネット
３５ ピストン隔壁
３６ 膨張剤
３７ 圧力室
３８ トリガー
３９ 牽引リング

Claims (12)

1. ガス発生容器と、前記ガス発生容器内で発生したガスにより回転するファンと、前記ファンの回転により発電する発電機とからなることを特徴とする発電装置。
2. ガス発生容器は、固体、液体を発熱体などによって加熱してガスを発生させることができる容器であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記固体は、ドライアイスまたは化学反応、加熱等によって窒素、酸素等のガスを発生する物質であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
4. ガス発生容器は、圧縮ガスを充填したボンベであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
5. 前記発電機は蓄電池と接続され、発電機からの余剰電力を蓄電できるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発電装置。
6. 不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の発電装置とを備え、前記車体は、前記発電装置からの電力を駆動電源としていることを特徴とする警備用及び／または災害救助用ロボット。
7. 不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の発電装置と、該車体上に配置したセンサ、監視カメラ、無線装置、犯人識別弾発射装置及び／または粘着ネット発射装置とを備え、前記発電装置を電源として前記センサによって検知した物体を監視カメラで認識し、その物体が犯人であるときには、犯人識別弾発射装置から犯人識別弾及び／または粘着ネット発射装置から粘着ネットを発射するとともに、警報を発することを特徴とする警備用ロボット。
8. 前記センサは犯人の生命反応を検知するための体温計、心拍測定装置、赤外線カメラ、可視光カメラ、音響装置、ミリ波レーダであることを特徴とする請求項７に記載の警備用ロボット。
9. 前記警備用ロボットは、無線によりオペレータの操作により作動できることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の警備用ロボット。
10. 不整地走行可能な車体と、該車体上に配置した前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の発電装置と、該車体上に配置したセンサ、監視カメラ、無線装置とを備え、前記発電装置を電源として前記センサによって検知した物体を監視カメラで認識し、その物体が生体であるときには、生体情報を発することを特徴とする災害救助用ロボット。
11. 前記センサは被災者の生命反応を検知するための体温計、心拍測定装置、赤外線カメラ、可視光カメラ、音響装置、ミリ波レーダであることを特徴とする請求項１０に記載の災害救助用ロボット。
12. 前記災害救助用ロボットは、無線によりオペレータの操作により作動できることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の災害救助用ロボット。
    

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