JP2009125889A

JP2009125889A - 作業ロボット

Info

Publication number: JP2009125889A
Application number: JP2007305152A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Doi; 智晴土井; Takashi Horii; 尚堀井
Original assignee: ASANTE Inc
Current assignee: ASANTE Inc
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】本発明の作業ロボットは、瓦礫や段差等によりロボット本体が立ち往生しにくくなると共に、ロボット本体を安全に回収できる。
【解決手段】本発明の作業ロボットは、探査カメラ１や照明２が搭載され走行可能な作業ロボット本体３と、この作業ロボット本体３を制御するコントローラ４と、前記作業ロボット本体３とコントローラ４とを接続して電力供給したり信号をやり取りする接続ケーブル５とから構成され、接続ケーブル５に鋼又はステンレス又は黄銅又はリン青銅のストランドを用いたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、危険な作業現場や作業者の作業困難な場所での作業を行う作業用ロボットに関し、特に、床下、屋根裏、壁の中等においてシロアリ、腐朽等の被害状況の調査や点検、さらにはシロアリ防除に使用できる作業ロボットに関するものである。

危険な作業現場、例えば、発電所内の設備の検査・点検作業や海中での通信ケーブルの敷設作業等に安全性の見地から作業ロボットが使用されている。（特開平１０−１７０４４８号公報）また、地震等の災害時に人命の救助のためにレスキューロボットが開発されている。（特開２００４−３５０８８９号公報）さらに、最近、一般建物の床下や天井のシロアリや腐朽、カビの被害状況を調査したり定期点検したり、防除するために作業ロボットが開発されている。

従来の作業ロボットは、対象物を認識するＣＣＤカメラや照明装置等を装備し、走行駆動機構を備えた作業ロボット本体と、ＣＣＤカメラからの映像信号を受信して作業ロボット本体をコントロールするコントローラと、電力の供給と信号のやり取りを行うために作業ロボット本体とコントローラ間を接続する接続ケーブルとから構成されている。前記従来の接続ケーブルは、細い銅線をより合わせた通信用ケーブルが使用されている。作業ロボット本体と接続ケーブルの接合はケーブルコネクタを使用しており、防水防塵のためにコネクタの部分にカバーが被せられている。（特開平１０−１７０４４８号公報）
特開平１０−１７０４４８号公報特開２００４−３５０８８９号公報

作業ロボットやレスキューロボットの作業現場における問題点の一つとして、作業ロボット本体が駆動機構や電子回路の故障により動かなくなったり、瓦礫や段差等によりロボット本体が立ち往生してしまった場合に、ロボット本体を安全に回収しなければならないということである。

ロボット走行中に異常が発生してコントロール不能になった場合、接続ケーブルを引っ張ってロボットを回収したいが、現状の接続ケーブルでは困難がともなう。即ち、現在の通信用のケーブル自体にロボット(ロボット自体の重量＋路面抵抗)を引っ張る強度が無い。強度を持たそうとすると、構造上ケーブル径を大きくするか、回収用のケーブルを別途接続しなければならなくなり、それだけロボット本体の牽引力を増さなければならなくなる。また、コネクタ部での引張り・捩りなどで破損が起こる場合がある。従って、軽くて細く引っ張り強度の強いケーブルが求められている。

さらに、接続ケーブルを作業ロボットの走行時にロボット自ら車輪で痛めてしまう場合がある。ケーブル内の多芯線の一本でも断線してしまうと、ロボットのコントロールが不可能になる可能性がある。このため、痛み難いケーブルが求められている。

また、砂・埃・泥などの路面状況下で作業ロボットを使用するので、ケーブルのコネクタ部に砂・埃・泥などが付着し、コネクタの接点勘合部に入り込む可能性はあり、故障の原因となる。従って、コネクタの接点勘合部の無い構造が好ましい。

さらに、ロボットの機能が多くなればなるほど、ロボットへの電力供給が増えることになる。ケーブルの送電ロスの増加を防ぐために、ケーブル径が大きくなり重量が増える。これはロボットの牽引力を増やす必要となり負担となる。又、作業者の取扱いの負担も大きくなるので、ケーブルは極力細いケーブルが望ましい。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、瓦礫や段差等によりロボット本体が立ち往生しにくくなると共に、ロボット本体を安全に回収できる作業ロボットを提供することを目的とするものである。

本発明の作業ロボットは、探査カメラや照明装置等の探査機器が搭載され走行可能な作業ロボット本体と、この作業ロボット本体を制御するコントローラと、前記作業ロボット本体とコントローラとを接続して電力を供給したり信号をやり取りする接続ケーブルとから構成されている作業ロボットにおいて、接続ケーブルに鋼又はステンレス又は黄銅又はリン青銅のストランドを用いたことを特徴とする。

また、本発明の作業ロボットは、接続ケーブルが、少なくとも鋼、ステンレス、黄銅、リン青銅の何れかの芯ストランドの外周を銅線のストランドで取り囲んでいることを特徴とする。

また、本発明の作業ロボットは、作業ロボット本体に電気二重層コンデンサを搭載し、ロボット側での間欠的電力消費を補うことを特徴とする。
また、本発明の作業ロボットは、接続ケーブルの一端がプーリーに固定され、このプーリーが回転可能に作業ロボット本体に軸支されたことを特徴とする。

また、本発明の作業ロボットは、前輪と後輪に溝が周設され、この溝に弾性力のある着脱バンドが嵌め込まれていることを特徴とする。

本発明の作業ロボットは上記構成により、瓦礫や段差等によりロボット本体が立ち往生しにくくなると共に、ロボット本体を安全に回収できる。

以下に図面を用いて本件の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の作業ロボットの全体の平面図、図２は作業ロボット本体の側面図、図３は作業ロボット本体の正面図、図４は作業ロボット本体の背面図、図５は接続ケーブルの接合例を示す斜視図、図６，７は接続ケーブルの断面斜視図、図８は全体の回路図である。

本実施の形態の作業ロボットはシロアリ防除ロボットを例にとって説明するが、本発明はシロアリ防除ロボットに限定されるものではなく、その他の検査ロボットや探査ロボット、レスキューロボット等に応用できる。

本実施の形態の作業ロボットは、探査カメラ１（ＣＣＤカメラ）や照明２等の探査機器が搭載された走行可能な作業ロボット本体３と、この作業ロボット本体３を制御するコントローラ４と、前記作業ロボット本体３とコントローラ４とを接続して電力を供給したり信号をやり取りする接続ケーブル５とから構成されている。

コントローラ４は、前記作業ロボット本体３を操縦したり照明２やＣＣＤカメラ１等の制御を行うものであり、作業ロボット本体３の前進、後退、左右旋回、左右前進の操縦を行ったり、ＣＣＤカメラ１の撮影角度を変えたり、照明２の明るさを変えたりすることができる。なお、このコントローラ４には、電源スイッチ、前方のＣＣＤカメラ１の角度を変えるためのスイッチ、作業ロボット本体３を前進、後退、左右旋回等を実施させるためのスイッチ、速度の切り替えスイッチ、前方の照明調光スイッチ等が設けられている。

このコントローラ４には、図示していないが専用液晶モニタを接続している。この専用液晶モニタは前記のＣＣＤカメラ１で撮影された映像を写し出すものであり、専用液晶モニタケーブルによりコントローラ４に接続されている。

このコントローラ４にはＡＣ電源６が接続されており、この電源６から駆動モータ７、専用液晶モニタ、照明２、ＣＣＤカメラ１、回路等に電源を供給している。
次に、作業ロボット本体３について説明する。この作業ロボット本体３はアルミニウムの軽金属厚板を組み合わせた構造であって、この作業ロボット本体３内に駆動モータ７やＣＣＤカメラ１や照明２等が装備されている。

この作業ロボット本体３の駆動装置には上下２段の駆動モータ７が使用され、作業ロボット本体３の側部に回転自在に軸支した前輪８と後輪９とを回動している。この駆動モータ７の回転軸１０にはスプロケット１１が取り付けられ、このスプロケット１１と後輪９の回転軸１２に取り付けられたスプロケット１３との間をチェン１４で連結している。さらに、後輪９の他のスプロケット１５と前輪８のスプロケット（図示せず）との間もチェンで結ばれ、前輪８と後輪９が駆動モータ７により一体に回転するよう構成されている。

図８の回路図に示すように、コントローラ４から操縦者が（１）前進、（２）左支点右方向、（３）右支点左方向、（４）左支点左方向、（５）右支点右方向、（６）左旋回、（７）右旋回の何れかを操縦ボタンにより操作すると、コントロール部４Ａから上下２段の駆動モータ７を（１）右正転、（２）右逆転、（３）左正転、（４）左逆転の４種類の何れかを組み合わせた信号を電力線搬送送信部１６及び接続ケーブル５を介して作業ロボット本体３に送る。作業ロボット本体３側では信号を電力線搬送受信部１７で受信してＣＰＵボード１８で判断してモータドライブ部１９により上下の駆動モータ７を正逆回転して、作業ロボット本体３を操縦する。

前輪８と後輪９とは、平面視において幅広な車輪の外周部に２本の溝２０が周設されており、この溝２０に弾性力のある着脱バンド２１が嵌め込まれている。この着脱バンド２１は例えば幅広な厚手のゴムバンドを使用しており、図２に示すように前輪８と後輪９に嵌め込まれた状態では、前輪８と後輪９の外周縁の内側に位置し、平坦な所で走行しても地面に接触することはない。この着脱バンド２１は、段差の有るようなところで作業する場合に装着して使用する。この着脱バンド２１の役割は、この着脱バンド２１を装着せず前輪８と後輪９だけの場合であると、段差のある箇所で前輪８がその段差を超えた段階で作業ロボット本体３の胴体の中央部に段差が当接して前輪８が空回りして後輪９の力だけでは脱出できなくなる。この着脱バンド２１を装着することにより段差があってもこの着脱バンド２１により段差が胴体に引っ掛かることが無くなり立ち往生することがない。平坦なコンクリートの床面を走行するような時は必要ではないので取り外してもよい。前記のように厚手のゴムバンドであるので、簡単に取り外すことができる。

この作業ロボット本体には、前方と上方と後方を撮影するための３台のＣＣＤカメラ１（後方は図示せず）と、前方と上方と後方を照らすための照明２（上方と後方の照明は図示せず）が積載されている。照明２は通常のライトを使用するが、床下、屋根裏、壁内等を照らすに十分な明るさを必要とし、前方の照明２は撮影対象物の距離に応じて明るさを調整することができる。ＣＣＤカメラ１も一般的なものを使用するが、例えばシロアリ防除ロボットの場合、シロアリの被害や腐朽やカビを検知、撮影するために十分な性能を備えていなければならない。

図６の回路図に示すように、前方のＣＣＤカメラ１は上、下方向に角度を変更することが可能であり、コントローラ４からの電力線搬送送信部１６及び接続ケーブル５を介して作業ロボット本体３に上方又は下方の信号を送る。作業ロボット本体３側では信号を電力線搬送受信部１７で受信してＣＰＵボード１８で判断してモータドライブ部１９によりカメラモータを正逆回転して、カメラを上下に操縦する。

また、コントローラ４から照明調光信号を電力線搬送送信部１６及び接続ケーブル５を介して作業ロボット本体３に送ると、作業ロボット本体３においてＣＰＵボード１８から前方カメラ照明調光部２２に信号が入力され前方のカメラ照明の光を調節することができる。なお、上方、後方の照明は手動にて可変可能である。

作業ロボット本体の前部にはシロアリを防除するための薬剤を散布する散布ノズル２３が取り付けられている。この散布ノズル２３には、図示していないが、薬液ホースが接続されている。散布ノズル２３から散布する水溶性の薬剤は薬液ホースから供給され、バルブを調節して薬剤の散布量を調節する。なお、散布ノズル２３から液体の薬剤を散布するので、この作業ロボット本体３は完全なる防水構造でなければならない。

前記のようにコントローラ４と作業ロボット本体３は接続ケーブル５で接続されている。この接続ケーブル５は、ＣＣＤカメラ１で撮影された映像信号をコントローラ４に送信すると共に、逆にＡＣ電源アダプタからの電力を照明２やＣＣＤカメラ１に供給する。

本実施の形態では、前記の（発明が解決しようとする課題）で述べたような要求項目を満たすために下記の接続ケーブル５を考えた。これには、ケーブルの構造だけではなくケーブルの接続構造及び電気的補佐（電気２重層コンデンサによる蓄電）が必要である。
まず、ケーブルの構造について説明する。図６に示すように、接続ケーブル５の構造はストランド２４と芯ストランド２５で構成されている。即ち、接続ケーブル５は鋼又はステンレス又は黄銅又はリン青銅製のワイヤーロープでできた芯ストランド２５の外周を銅線の複数のストランド２４で取り囲み、耐熱ビニル絶縁体の第１の絶縁体２６で被覆し、さらに全体を第２の絶縁体２７で被覆した構成を基本とする。芯ストランド２５を鋼又はステンレス又は黄銅又はリン青銅で構成し、ストランド２６を銅線で構成することにより、芯ストランド２５で引っ張り強度を保持し、電気抵抗値は銅ストランド２４で下げる。
ストランド２４，２５の素線の径、又は素線の本数を増やすと電気抵抗は下がるが、全体のワイヤー仕上がり径が大きくなり、屈曲性などに支障を生じる場合は芯ストランド２５の材質を鋼やステンレスから黄銅やリン青銅に代えて電気抵抗を下げるような組み合わせも必要である。この場合、引っ張り強度がステンレスより低下してしまうので、引っ張り強度を上げる場合は、芯ストランド２５の径を増やしたりして調整が必要になる。

ワイヤーロープの材質は、一般的なロボットケーブルのように銅線のみを使用しないので電気抵抗が高くなる。ステンレスワイヤーロープでは、一般的なロボットケーブルの５０倍前後位抵抗値が高い。また、黄銅ワイヤーロープではステンレスワイヤーロープよりは電気抵抗が低い。黄銅ワイヤーロープではステンレスワイヤーロープの1/13前後であるが、それでも一般的なロボットケーブルの電気抵抗より３〜４倍高い。

引っ張り強度面はステンレスワイヤーロープでは、２００Kgf/mm²、黄銅ワイヤーロープでは、80Kgf/mm²と低下する。一般的なロボットケーブルの引っ張り強度は、本来、引っ張る仕様のものではない上記数値よりもっと低い。

次に、編祖線を用いる接続ケーブルについて説明する。
図７のような銅線を編み込んだ編祖線２８のチューブの中にステンレス芯ストランド２９を通し、外周を第１の絶縁体で被覆し、さらに全体を第２の絶縁体で被覆する。この実施の形態では銅編祖線２８で電気抵抗を下げ、ステンレス芯ストランド２９で引っ張り強度を上げる。断面積0.75mm²の銅編組線で電気抵抗値は約0.03Ω/mである。なお、ステンレス以外に鋼や黄銅やリン青銅であってもよい。

なお、接続ケーブル５が２芯の場合(電力線重畳仕様)は、前記のようにワイヤーを２本まとめてその上に耐油耐熱柔軟ビニルシースで被覆する。コントロールに電力線重畳を使用しない場合はシリアルコントロール用にもう一本ワイヤーが必要になり３芯となる。

次に、前記接続ケーブルの固定構造について説明する。
図５は接続ケーブルの先端と作業ロボット本体の固定及び電気的接続の一例を示す斜視図である。Ｌ字型金具３０に軸支したプーリー３１と端子台３２が作業ロボット本体３背面部に取り付けられる。接続ケーブル５の引っ張りは、端子台３２の接続部分にはかからず、プーリー３１の部分で引っ張りを受け持つ。また、プーリー３１は上下に回動し、作業ロボット本体３の動きによる接続ケーブル５のワイヤーの摩擦は避けられるので、ワイヤーの被覆が摩擦で擦り切れることを防ぐことができる。左右の動きで支障を生じる場合は、Ｌ字金具３０のセンター軸３３で、プーリー３１の上下の回転に対して左右の回転を追加した２軸構造をとる。なお、プーリー３１と端子台３２はボックス３５に収納され、ゴムカバー３６が取り付けられている。
なお、図５ではプーリー３１が１個であったが、Ｌ字金具３０の代わりにコ字金具（図示せず）とし、このコ字金具の両側に２個のプーリーを各々軸支してもよい。前記の１個のプーリーよりも力が分散できるので接続ケーブル５を傷めることが少なくなる。

上記ワイヤーでの送電量(作業ロボット本体への電力供給)が増加して、ワイヤーの電気抵抗値による支障を生じる場合は、下記の方法をとる。
図８に示すように、作業ロボット本体側に電気二重層コンデンサ３４を搭載し、ロボット側での間欠的電力消費を補う。間欠的消費の頻度・量により電気二重層コンデンサ３４の容量を決定する。又は、作業ロボット本体３への供給電圧を予め上げておき、受け側のロボット内部の降圧電源で適正電圧にする。後者は電源の容積から考えると、スイッチング電源が一般的であるが、ノイズ・熱などの課題を生じる場合がある。

本発明は、床下、屋根裏、壁の中等においてシロアリ、腐朽等の被害状況の調査や点検に使用できると共に、シロアリを防除することができる作業ロボットを提供することができる。

本発明の作業ロボットの平面図である。本発明の作業ロボット本体の側面図である。本発明の作業ロボット本体の正面図である。本発明の作業ロボット本体の背面図である。本発明の接続ケーブルの接続構造の斜視図である。本発明の接続ケーブルの断面図である。本発明の他の接続ケーブルの断面図である。本発明の作業ロボットの回路図である。

符号の説明

１ＣＣＤカメラ
２照明
３作業ロボット本体
４コントローラ
７駆動モータ
２０溝
２１着脱バンド
２４ストランド
２５芯ストランド
２８編祖線
２９芯ストランド
３０Ｌ字金具
３１プーリー
３２端子台
３３センター軸

Claims

探査カメラや照明装置等の探査機器が搭載され走行可能な作業ロボット本体と、この作業ロボット本体を制御するコントローラと、前記作業ロボット本体とコントローラとを接続して電力を供給したり信号をやり取りする接続ケーブルとから構成されている作業ロボットにおいて、接続ケーブルに鋼又はステンレス又は黄銅又はリン青銅のストランドを用いたことを特徴とする作業ロボット。
接続ケーブルは、少なくとも鋼、ステンレス、黄銅、リン青銅の何れかの芯ストランドの外周を銅線のストランドで取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
作業ロボット本体に電気二重層コンデンサを搭載し、ロボット側での間欠的電力消費を補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業ロボット。
接続ケーブルの一端がプーリーに固定され、このプーリーが回転可能に作業ロボット本体に軸支されたことを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
探査カメラや照明装置等の探査機器が搭載され走行可能な作業ロボット本体と、この作業ロボット本体を制御するコントローラと、前記作業ロボット本体とコントローラとを接続して電力供給したり信号をやり取りする接続ケーブルとから構成されている作業ロボットにおいて、前輪と後輪に溝が周設され、この溝に弾性力のある着脱バンドが嵌め込まれていることを特徴とする作業ロボット。