JP2009166180A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、ケーブル使用量の低減を図れるとともに、安全確実かつ継続的にロボットの運用が可能であり、また、ロボットの組み立て、設置、移設、修理等を簡単に行い得るロボットシステムを提供することにある。
【解決手段】本発明に関わるロボットシステムＳ１は、動力源６０の残りエネルギを求める残エネルギ取得手段７０、２００と、動作指令に対して、予め準備された仮想モデルに対して動作指令を仮想的に実行することにより、動作指令を実行した場合の消費エネルギを予測するシミュレータB002と、動力源６０の残りエネルギとシミュレータB002で予測した消費エネルギとを比較して動作指令を実行可能か否か判断する実行可否判断手段２００と、比較判断の結果、動作指令を実行可能と判断した場合に動作指令をロボット１１０、１３０、１４０、１５０に実行させる実行手段２００とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルレスで移動可能なロボットを有するロボットシステムに関する。

本願に係わる文献公知発明として、次の特許文献１〜特許文献５がある。
特許文献１の「原子力サービス設備およびプラットホームシステム」には、原子力発電所の遠隔自動機器でケーブル使用量を低減する方法として、各種検出器からの情報や制御指令を、無線アダプタを介して無線通信することにより信号伝送用ケーブルを削減してケーブル使用量を低減することが記載されている。

また、特許文献２の「移動式クレーン装置の動力供給装置」には、重量物を扱う移動式クレーン装置の動力供給装置として、移動式クレーンに動力源としてバッテリを搭載して電源からの導線等の電源ケーブルを不要とすることが記載されている。

また、特許文献３の「基板処理装置」には、基板処理装置として、可動部側に蓄電部を設けて電源ケーブルを不要にして、検出情報などは無線のワイヤレス化で信号ケーブルについても不要とするものがある。

また、特許文献４の「ロボット装置」には、通信ラインを無線化してケーブル使用量を削減して設置工事が煩雑にならないようにする場合に、動作指令の開始位置が現在の位置と一致することを条件として動作させることにより、無線制御によるロボット装置の暴走を防ぐ方法が開示されている。

また、特許文献５の「移動ロボットシステムの充電制御装置」には、工場内で繰り返し同じ動作を行なうバッテリを搭載した移動ロボットが、最もロスが少なくなるように充電ステーションで充電を受ける時期を設定する制御の方法が示されている。
特開２００７−２４７３９号公報(段落００１７〜００２７、図１等) 特開２０００−２６４５７８号公報(段落００１０〜００１５、図１等) 特開２００４−２８１８２１号公報(段落００３０〜００３２、図１等) 特開２００７−１８１９２３号公報(段落００３７、００４１〜００４３、図８、図１０等) 特開２０００−４２９５９号公報(段落００２１〜００２６、図１等)

ところで、上述の特許文献１〜特許文献５においては、ケーブル使用量の大幅な低減を図る方法が記載されていない。そのため、ケーブル使用量が多い場合には、ケーブルの取り回しが厄介となり、作業性が悪い。
また、ロボットの運用状況に応じて、オペレータ或いは他の制御装置から各種の複雑な動作指令がロボットに入力される場合に、安全確実かつ継続的にロボット運用を可能にする方法、また、ロボットの組み立て、設置、移設、修理等を簡単に行なえる方策については記載がない。

本発明は上記実状に鑑み、ケーブル使用量の低減を図れるとともに、安全確実かつ継続的にロボットの運用が可能であり、また、ロボットの組み立て、設置、移設、修理等を簡単に行い得るロボットシステムの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に関わるロボットシステムは、動力源をロボットに搭載するとともに、動作指令に従って該ロボットに動作を実行させるロボットシステムであって、動力源の残りエネルギを求める残エネルギ取得手段と、動作指令に対して、予め準備された仮想モデルに対して動作指令を仮想的に実行することにより、動作指令を実行した場合の消費エネルギを予測するシミュレータと、動力源の残りエネルギとシミュレータで予測した消費エネルギとを比較して動作指令を実行可能か否か判断する実行可否判断手段と、比較判断の結果、動作指令を実行可能と判断した場合に動作指令をロボットに実行させる実行手段とを備えている。

本発明によれば、ケーブル使用量の低減を図れるとともに、安全確実かつ継続的にロボットの運用が可能であり、また、ロボットの組み立て、設置、移設、修理等を簡単に行い得るロボットシステムを実現できる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
＜ロボットシステムＳ１の構成＞
図１は、基本的な第１実施形態に係わるマニピュレータ台車を有するロボットシステムＳ１の側面図である。
本発明の第１実施形態のロボットシステムＳ１は、床３の上に組まれた架台４上に、走行レール１００が取り付けられ、該走行レール１００上を走行台車１１０に回転自在に設置された左右(図１の紙面の表裏方向)それぞれ一対の駆動輪１１２が回転することにより、走行台車１１０が、走行レール１００上を走行する構成である。
走行台車１１０の駆動輪１１２は、走行台車１１０に搭載されたモータ１１１に減速機構１１１ｇを介して接続され、モータ１１１の駆動力が、減速機構１１１ｇを介して伝達され、駆動される。

この走行台車１１０には、オペレータ１により操作される操作器８０の固定局通信装置１０からの電波を受信する移動局通信装置２０と、上述のモータ１１１と、該モータ１１１等の動力源のバッテリ６０と、シミュレータ(図示せず)等が組み込まれた制御装置２００とが搭載されている。
制御装置２００は、走行用のモータ１１１のほか、走行台車１１０に設置され後記のマニピュレータ１４０を上下動させるため伸縮する伸縮機構１３０、該伸縮機構１３０の先端に一方端側が取り付けられるマニピュレータ１４０、マニピュレータ１４０の他方端側に取り付けられるハンド１５０等の駆動制御を行なう。この構成により、制御装置２００により操作制御されるマニピュレータ１４０のハンド１５０で、床３に置いてあるワーク９９を掴み移動させることができるようになっている。

これらの動力源のバッテリ６０には、バッテリ６０の残量エネルギを検出するためのセンサ７０が組み込まれており、このセンサ７０のセンサ情報である検知信号は、制御装置２００に入力される。
このセンサ７０は、バッテリ６０から直接、エネルギの残量を検知するセンサ、或いは、バッテリ６０の電圧またはその出口の電流を検知してどれ位のバッテリ残量が有るか推定するセンサの何れかを用いることできる。

なお、動力源がエンジンなどの燃料を用いて動力を得るものであれば残存燃料をその重量センサや、液体であれば液位センサにより直接に残存エネルギを検出するようにしてもよい。
或いは、バッテリ６０の現在のエネルギ残量を、ある時点のエネルギ残量から、ある時点から現在までのバッテリ６０のエネルギを用いて行った仕事量を差し引くことで、求めることができる。なお、バッテリ６０等の残量エネルギは、ＳＯＣ(Ｓtate Ｏf Ｃharge)により定量化されるが、ＳＯＣは、電圧計および電流計で得られる電圧および電流を用いて算出される。
また、走行台車１１０に搭載される移動局通信装置２０は、走行台車１１０の制御装置２００と、走行台車１１０の各種動作を操作するためにオペレータ１に所持される操作器８０の固定局通信装置１０との通信が行われる。

また、走行レール１００上を走行する走行台車１１０の走行方向の一方端側(図１に示す走行台車１１０の左端側)には、動力源のバッテリ６０に充電するための移動側受電部３０が設けられている。
一方、図１に示すように、架台４には、走行台車１１０の移動側受電部３０に対向して、電源２に接続される充電装置５０の固定側給電部４０が設けられている。

この充電装置５０の固定側給電部４０は、走行台車１１０が、図１の矢印α11に示すように、走行レール１００の固定側給電部４０側の移動端まで走行し充電可能なポジションに移動し、かつ、図１の矢印α12に示すように、充電可能なポジションから離間するように走行することにより、走行台車１１０の移動側受電部３０が着脱できるように構成されている。このように、架台４側の充電装置５０の固定側給電部４０と、走行台車１１０の移動側受電部３０とが接続した充電可能なポジションにおいて、走行台車１１０のバッテリ６０が充電装置５０により充電される。

ここで、走行台車１１０が、充電装置５０の固定側給電部４０がある充電可能なポジションに至ったことは、近接スィッチ(図示せず)、その他の位置検出を用いて検出したり、或いは、走行台車１１０の駆動輪１１２を回転駆動するモータ１１１に取り付けたエンコーダ(図示せず)の情報等により検出できる。
なお、エンコーダで走行台車１１０の位置を検出する場合には、定期的に、エンコーダの初期位置を走行台車１１０の初期位置に基づき更正し、位置ズレが生じないようにする。
バッテリ６０の充電後、走行台車１１０が、図１の矢印α12に示すように、走行レール１００上を走行することにより、走行台車１１０の移動側受電部３０が、充電装置５０の固定側給電部４０から離間し、走行台車１１０のバッテリ６０の充電動作が終了される。

＜ロボットシステムＳ１の制御＞
上述のロボットシステムＳ１において、オペレータ１は、操作器８０の操作を行ない、操作器８０からの動作指令が、固定局通信装置１０から移動局通信装置２０へ無線伝送され、移動局通信装置２０を介して、制御装置２００へ入力される。こうして、指令を受けた制御装置２００の制御により、走行台車１１０を前進、後退させたり、走行台車１１０に搭載された伸縮機構１３０の上昇、下降、および、伸縮機構１３０に取り付けられたマニピュレータ１４０やハンド１５０の動作を遠隔操作できるようになっている。
走行台車１１０を、このようなマニピュレータ台車とすることで、動力用ケーブルや制御用ケーブルを走行台車１１０まで配線する必要がなく、走行レール１００の上に装備がなされた走行台車１１０を載せるだけで設備の運転が直ぐに可能になる。

ところで、バッテリ駆動システムでは、バッテリのエネルギ消費があると充電などをその都度しなければならならないが、本第１実施形態では、走行レール１００のストローク端で、固定側となる架台４に設置した充電装置５０の固定側給電部４０で、走行台車１１０のバッテリ６０の充電ができる。
そのため、マニピュレータ台車である走行台車１１０を運転していないときには、走行台車１１０を、その移動側受電部３０が、バッテリ６０にエネルギを供給可能な充電装置５０の固定側給電部４０に接触するように、移動させておくことで、マニピュレータ台車の走行台車１１０の不稼動時に充電装置５０によって充電させることができ、バッテリ６０への充電作業をいちいち人が行わなくても済む。

但し、走行台車１１０による作業の途中で、バッテリ６０のエネルギ切れとなる場合が想定される。
そこで、このロボットシステムＳ１では、バッテリ６０の残量エネルギをセンサ７０で検知または検知推定する、或いは、制御装置２００の中に走行台車１１０の消費エネルギを予測計算するためのシミュレータを搭載することで、指令による次作業の仕事量とバッテリ６０の残量エネルギを比較する。そして、実行可能な場合のみ実行して、エネルギ不足で、走行台車１１０が途中で止まってしまうような場合には、最初から操作器８０で入力された指令を実行せずに、実行不可のメッセージ等を操作器８０に表示してその状態をオペレータ１へ知らせる。

これにより、オペレータ１が残量エネルギの不足を認識し、操作器８０に別のエネルギ消費の少ない動作指令を入れ直す、または、操作器８０に充電させる指令を入力して走行台車１１０を充電するポジションである充電装置５０の固定側給電部４０へ移動させ、充電後に改めて再度指令を入力するなどという運用ができる。
そのため、実行させたい動作指令を安全に最後まで実行できる場合だけ実行するという信頼性のあるマニピュレータ台車である走行台車１１０とすることができる。

ここで、走行台車１１０や、走行台車１１０に搭載される伸縮機構１３０、マニピュレータ１４０、およびハンド１５０の操作を、オペレータ１の操作で細かく指示する遠隔マニュアル操作にしてもよいし、或いは、例えば、「ＡポイントからＢポイントまで移動せよ」という指令や、「座標Ｃのワーク９９を座標Ｄへ移動せよ」などと大まかな指令にして、あとは制御装置２００が自動でその指令を実行できるようにしてもよい。
また、走行台車１１０の自動制御を実行中に、予定外の障害物が途中にあるかも知れないので、走行台車１１０や、走行台車１１０に搭載されるマニピュレータ１４０にテレビカメラ(図示せず)などを設置し、テレビカメラの画像で障害物を検知して、自動で回避するような制御を、制御装置２００で行わせるようにすることも可能である。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態のロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２について説明する。
＜ロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２の構成＞
図２は、本発明を燃料交換装置等に適用した場合の第２実施形態のロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２の平面図である。なお、図２において、理解を容易にするため、オペレータ１、操作器８０等は、側面視した状態としている。
原子力施設で燃料等を取扱う場合には、放射線があるため、水Ｗを張ったプール５の中に、燃料等が設置されている。

この燃料を遠隔から取扱うロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２は、図２の矢印α21の走行方向(図２の紙面の左右方向)に走行する走行台車１１０と、走行台車１１０上に載せられ図２の矢印α22の横行方向(図２の紙面の上下方向)に移動する横行台車１２０とを具備している。これにより、各種操作を行う横行台車１２０は、プール５の上部で、建屋の天井側に取り付けられるクレーンと同じように、図２の矢印α21の走行方向(図２の紙面の左右方向)と図２の矢印α22の横行方向(図２の紙面の上下方向)に移動可能となっている。
プール５の短手方向を跨いで設置された一対の走行レール１００上を、各一対の車輪１１０ｓをそれぞれ回転させて走行する走行台車１１０の上には、一対の横行レール１０１が並設され、この一対の横行レール１０１上を、横行台車１２０の各一対の車輪１２０ｓをそれぞれ回転させて横行台車１２０が横行可能なように設けられている。この横行台車１２０には、伸縮機構１３０が下方(図２の紙面の裏面側)に延在する態様で取り付けられている。

図２に示すように、このプール５側の下方(図２の紙面の裏面側)に向けて横行台車１２０に搭載され上下方向(図２の紙面に対して垂直方向)に伸縮する伸縮機構１３０の先端に、燃料棒を把持するためのグラップル(図示せず)等が取り付けられ、燃料を把持したグラップルを伸縮機構１３０によりプール５内で移動させ、プール５内で燃料の遠隔移動ができるようになっている。
なお、図１の第１実施形態のロボットシステムＳ１において、第２実施形態と同様に、走行台車１１０の上に横行台車１２０を設置して、より広いエリアを運転できるようにしてもよいことは、勿論である。

図２に示すように、ロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２は、走行台車１１０のほかに横行台車１２０もあることから、走行台車１１０には、走行台車１１０用のエネルギ源のバッテリ６０、該バッテリ６０に接続される移動側受電部３０ａ、走行台車１１０の動作を統括制御する制御装置２００、および、オペレータ１が操作する操作器８０の固定局通信装置１０および横行台車１２０の通信装置２１との無線通信が行われる通信装置２０が設置されている。
また、走行台車１１０に載せられる横行台車１２０には、横行台車１２０用のエネルギ源のバッテリ６１、該バッテリ６１に接続される移動側受電部３１ａ、横行台車１２０の動作を統括制御する制御装置２０１、および、オペレータ１が操作する操作器８０の固定局通信装置１０および走行台車１１０の通信装置２０と無線通信が行われる通信装置２１が搭載されている。

この場合、走行台車１１０のバッテリ６０への充電は、電源２に接続される間隔をおいて配設された固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかに、走行台車１１０の移動側受電部３０ａが接近し、電磁誘導により、非接触で行なわれる(後記の図４参照)。
なお、走行台車１１０が、固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃのある充電可能なポジションに至ったことは、前記のように、近接スィッチ、或いはモータに取り付けたエンコーダの情報等により検出できる。

同様に、横行台車１２０のバッテリ６１への充電は、走行台車１１０の固定側給電部４１ａに、横行台車１２０の移動側受電部３１ａが接近し、電磁誘導により、非接触で行なわれる(後記の図４参照)。
なお、横行台車１２０が、走行台車１１０の固定側給電部４１ａのある充電可能なポジションに至ったことは、前記のように、近接スィッチ、或いはモータに取り付けたエンコーダの情報等により検出できる。

＜ロボットシステムの燃料交換装置Ｓ２の作用効果＞
上記構成によれば、走行台車１１０へのケーブル配線が不要になるほか、横行台車１２０への配線も不要にでき、配線材そのものを不要にでき、製造段階での配線作業、組み立て、据付時の配線作業が無くなり、製造コストが低減され、安価に移動台車の走行台車１１０および横行台車１２０を製作することが可能となる。
また、図２において下方(図２の紙面裏側)に延在する伸縮機構１３０とその先端のグラップルは横行台車１２０と同じバッテリ６１を動力源としている。この場合、伸縮機構１ ３０の動力モータ(図示せず)等は横行台車１２０の上部に設置するので、結果としてバッテリ６１近傍に配置でき配線が短くて済む。

伸縮機構１３の下方(図２の紙面裏側)先端に取り付けられるグラップル(図示せず)までの配線は、下方(図２の紙面裏側)に向けて延在する伸縮機構１３０に沿って、ケーブルベアに収納するとか、或いは、コイル状にケーブルを成型して、下方(図２の紙面裏側)に延在する伸縮機構１３０の内部か外部に沿わせて伸縮機構１３０が伸縮してもケーブルが断線しないように設置しておく。
なお、横行台車１２０への配線は、バッテリ６１等を設けることなく、ケーブルペア等に動力用ケーブルを収納して横行レール１０１に沿って布設するようにしても構わない。
この場合、全ての動力は走行台車１１０に搭載しているバッテリ６０から供給されるようにする。

また、図２に示すように、固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃを、電源２に接続してプール５の脇に間隔を空けて３箇所設置しておくことにより、充電可能な個所が間隔をおいて３箇所あるので、走行台車１１０の現在位置から一番近い固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかに移動することで、走行台車１１０のバッテリ６０への充電が可能である。そのため、走行台車１１０を、短時間で、無駄な移動をさせることなく、充電可能なエネルギ供給ポジションの固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかへ移動させられる。

また、図２に示すように、横行台車１２０もバッテリ６１を設けて電力供給用ケーブルの配線を不要にしたので、走行台車１１０を、その左右各一対の車輪１１０ｓをそれぞれ対応する走行レール１００上に沿わせて走行レール１００の上に設置した後、横行台車１２０を、その左右各一対の車輪１２０ｓをそれぞれ対応する横行レール１０１の上に沿わせて横行レール１０１の上に設置するだけで、走行台車１１０および横行台車１２０の据付を簡単に行なえる。
また、走行台車１１０および横行台車１２０の一部が故障した場合も、代わりの台車を設置することにより、故障時の応急対応も短時間で可能であり、また、故障した台車の部分を取り替えてメンテナンス後、直ちに、代わりの台車と取り替えることができる。

また、図２に示すように、制御装置２００、２０１が、それぞれ走行台車１１０の上と横行台車１２０の上に分かれて搭載されるので、オペレータ１の操作器８０を通じての動作指令の信号は、固定局通信装置１０から走行台車１１０に搭載した通信装置２０と横行台車１２０に搭載した通信装置２１の両方へ伝送する必要がある。
そこで、それぞれ独立した無線チャンネルを複数使って、それぞれの固定局通信装置１０、通信装置２０、２１が、それぞれ通信ができるようにしてもよい。この場合、その通信装置１０、２０、２１同士が、同時に通信が行えるのでリアルタイム性が高い。
或いは、オペレータ１が操作する操作器８０の固定局通信装置１０と通信装置２０とが通信した後に、通信装置２０と通信装置２１が通信してデータをシリーズに伝送するようにしてもよい。この場合、リアルタイム性は若干落ちるが、無線のチャンネル数を少なくできる。従って、使用環境に応じて方式を決めるのがよい。

＜変形形態のロボットシステムの制御棒駆動機構交換装置Ｓ２ａの構成＞
次に、第２実施形態の変形形態のロボットシステムの制御棒駆動機構交換装置Ｓ２ａについて説明する。
図３は、原子力発電所における円形レールを有する制御棒駆動機構交換装置に本発明を適用した第２実施形態の変形形態のロボットシステムの制御棒駆動機構交換装置Ｓ２ａの平面図である。なお、図３において、図２と同様に理解を容易にするためにオペレータ１、操作器８０等は、側面視としている。

図３に示すように、原子力発電所における原子炉の下部に設置される制御棒駆動機構の制御棒を、遠隔操作で交換する制御棒駆動機構交換装置Ｓ２ａの旋回レール１００ａは、丸い外壁１００ｇを有する丸い部屋に設置されることから、外壁１００ｇに沿った円形レールとなっている。
この旋回レール１００ａ上に、旋回プラットホーム１１０Ｒの両端部の一対の車輪１１０Ｒ1が載せられ、車輪１１０Ｒ1が回転することにより、旋回レール１００ａ上を旋回する旋回プラットホーム１１０Ｒが設けられている。

旋回プラットホーム１１０Ｒは、そのエネルギ源のバッテリ６０と、バッテリ６０に接続され充電に用いられる移動側受電部３０ａと、移動側受電部３０ａに接続される固定側給電部４０ａと、バッテリ６０から給電され旋回プラットホーム１１０Ｒ全体を統括制御する制御装置２００と、走行台車１２０Ｌが旋回レール１００ａ上を走行するための一対の走行レール１０１とを備えている。
この一対の走行レール１０１上に、走行台車１２０Ｌの両端部の一対の車輪１２０Ｌ1が載せられ、車輪１２０Ｌ1が回転することにより、走行レール１０１上を走行する走行台車１２０Ｌが設けられている。

走行台車１２０Ｌは、下方(図３の紙面裏側)に延在する制御棒駆動機構(図示せず)のボルトを着脱するボルト着脱機１５５と、走行台車１２０Ｌ全体のエネルギ源のバッテリ６１と、バッテリ６１に接続され充電のための移動側受電部３１ａと、バッテリ６１から給電され走行台車１２０Ｌ全体を統括制御する制御装置２０１とを備えている。
そして、固定側に配設され電源２に接続される固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃが、旋回レール１００ａの外方に適度な間隔、ここでは、約１２０度の間隔をおいて配置されるので、旋回レール１００ａ上を旋回する旋回プラットホーム１１０Ｒは、その移動側受電部３０ａが固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかに対向した際に電磁誘導により、３箇所の充電ポジションで充電できる。なお、旋回プラットホーム１１０Ｒは、その移動側受電部３０ａに、固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかに接触する機構を設けて、接触させて充電する構成としてもよい。

そのため、旋回プラットホーム１１０Ｒは、旋回レール１００ａ上の不要な旋回を少なくして、エネルギ供給可能ポシションの固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかへ移動し充電できる。
また、走行台車１２０Ｌは、その移動側受電部３１ａが旋回プラットホーム１１０Ｒの固定側給電部４１ａに接近し電磁誘導で擬似的に接続することにより、固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかに接近し電磁誘導で擬似的に接続された旋回プラットホーム１１０Ｒの移動側受電部３０ａを介して、充電される(後記の図４参照)。

ここで、図３においては、旋回プラットホーム１１０Ｒの移動側受電部３０ａが、一方端部に１箇所配置した場合を示しているが、旋回プラットホーム１１０Ｒの反対側の他方端部に設置し両端部で充電が可能な構成とし、より無駄な旋回をしないでエネルギ供給可能個所の固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかへ移動させることができるようにしてもよい。
走行台車１２０Ｌにおいても、その移動側受電部３１ａを反対側にも設け、走行台車１２０Ｌがどちらに近いかで近い方のエネルギ供給可能個所の固定側の固定側給電部４０ａ、４０ｂ、４０ｃの何れかへ移動できるようにしてもよい。

＜第２実施形態のロボットシステムの制御棒駆動機構交換装置Ｓ２、Ｓ２ａのバッテリ動力源の構成＞
次に、第２実施形態の制御棒駆動機構交換装置Ｓ２、Ｓ２ａのバッテリ動力源の構成について、図４を用いて説明する。なお、図４は、第２実施形態の制御棒駆動機構交換装置Ｓ２、Ｓ２ａのバッテリ動力源の基本ブロック図である。
図４に示すように、制御装置２００のＣＰＵなどの制御回路Ｄ５と無線装置２０とは、２チャンネルＬ３、Ｌ４の送受信データをやりとりする配線で接続されている。
制御装置２００において、制御回路Ｄ５から、モータ１１１を制御する指令はモータの駆動回路Ｄ６へ入力され、モータ１１１の回転数などを検出するエンコーダＥ１の信号は駆動回路Ｄ６を経由して制御回路Ｄ５へも読み込めるようになっている。

通信装置２０や制御回路Ｄ５の電源は、バッテリ６０からＤＣ／ＤＣコンバータＤ４を介して適切な電圧に変換され、連続的に供給されるようになっている。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータＤ４は、制御回路Ｄ５などの負荷がモータ１１１などに比べると一定で安定しているので、制御回路Ｄ５の負荷に対するバッテリ６０の電圧や電流を検出して、その情報を配線Ｌ１で制御回路Ｄ５へ取り込めるようにして、バッテリ６０の残量エネルギを推定できるようにしている。この際、モータ１１１が停止している場合を検出したり、モータ１１１の負荷に応じて校正するようにして、バッテリ６０の残量エネルギをより精度よく推定できるようにしている。

ドライバのモータ１１１の駆動の電源は、制御回路Ｄ５でスイッチＳＷ４を制御してＯＮ／ＯＦＦできるようにしている。
バッテリ６０への充電は、電源２からの交流電力を誘導効率をよくする周波数へ変換する周波数変換回路Ｄ１を介して固定側給電部４０ｂのコイルＣ１へ流し、移動側受電部３０ａのコイルＣ２へ効率よくエネルギを電磁誘導により伝送できるようにしている。
ここで、磁界等を利用した近接センサＳ１で、図２、図４に示すように、移動側受電部３０ａが固定側給電部４０ｂへ接近したことを検知させて、その時に電源２からの回路をスイッチＳＷ１でＯＮするようにしておき、固定側給電部４０ｂのコイルＣ１に、移動側受電部３０ａのコイルＣ２が接近したときだけ、充電が自動で開始できる。

この場合、充電装置５０は、移動する台車側の走行台車１１０、旋回プラットホーム１１０Ｒ等に搭載する場合の例で記載しているが、コイルＣ２に誘導した高周波電力を平滑回路Ｄ２で直流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータＤ３で安定な直流電源としてバッテリ６０を充電するようになっている。
制御回路Ｄ５は、バッテリ６０に充電する場合、スイッチＳＷ４をＯＦＦして負荷を切り難し、スイッチＳＷ３はＯＮしている状態で充電させ、バッテリ６０の残量検出配線Ｌ１からの信号で過充電になるような場合には、スイッチＳＷ３をＯＦＦしてバッテリ６０への充電を強制的に終了させることができるようにしている。

また、図２に示す横行台車１２０、図３に示す走行台車１２０Ｌのそれぞれのバッテリ６１への充電を行なう場合も同様に、誘導コイルＣ２の誘導電力を、直接に走行台車１１０、旋回プラットホーム１１０Ｒのそれぞれの固定側給電部４１ａのコイルＣ３へ給電するようにしておき、横行台車１２０、走行台車１２０Ｌのそれぞれの接近を、磁界等を利用した近接センサＳ２(図４参照)で検出してスイッチＳＷ２をＯＮして横行台車１２０、走行台車１２０Ｌのそれぞれのバッテリ６１への充電を可能としている。
横行台車１２０(図２参照)、走行台車１２０Ｌ(図３参照)のそれぞれの制御装置２０１も基本的に、図４の制御装置２００と同じ構成でよい。但し、図２に示すように、駆動回路Ｄ６は、横行台車１２０の横行用モータ(図示せず)、伸縮機構１３０の駆動モータ(図示せず)の駆動制御を行なうようにしておく。また、伸縮機構１３０先端のグラップルの把持制御も制御装置２０１で行なえるようにしておく。

同様に、駆動回路Ｄ６は、図３に示すように、走行台車１２０Ｌの走行用モータ(図示せず)、ボルト着脱機１５５の駆動モータ(図示せず)の駆動制御を行なうようにしておく。また、ボルト着脱機１５５先端のグラップルの把持制御も制御装置２０１で行なえるようにしておく。
このようにすることにより、移動台車が複数から成る複数の動作制御軸のある装置や、システムにも、同様にして実施適用することができる。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、第３実施形態の複数駆動軸ロボットシステムＳ３について、図５を用いて説明する。
なお、図５は、本発明を複数駆動軸へ適用した場合に制御装置２００を地面Ｇ上に設置したときの第３実施形態の複数駆動軸ロボットシステムＳ３の概念的構成図である。

＜複数駆動軸ロボットシステムＳ３の構成＞
図５に示すように、第３実施形態の複数駆動軸ロボットシステムＳ３は、シミュレータ搭載の制御装置を、移動する台車上に設置せず、固定側の地面Ｇ上にした場合の一実施形態である。
地面Ｇ上の走行レール１００上を、車輪１１０Ａ1が回転することにより走行する走行台車１１０Ａの上には、そのレール１１０Ａ2、１１０Ａ3上を、走行台車１１０Ｂと１１０Ｃが別々に、それぞれの車輪１１０Ｂ1、１１０Ｃ1が回転することにより、それぞれ走行可能となっている。また、走行台車１１０Ｂの上には、そのレール１１０Ｂ2上を、走行台車１１０Ｄが、その車輪１１０Ｄ1が回転することにより、走行可能になっている。
各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄには、それぞれ各台車の駆動源であるモータ(図示せず)を駆動する駆動回路Ｄ６Ａ、Ｄ６Ｂ、Ｄ６Ｃ、Ｄ６Ｄが搭載されている。

オペレータ１は、操作器８０で走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの操作を行うと、その動作指令は地面Ｇ上に設置されたシミュレータを搭載した制御装置２００に入力される。
すると、制御装置２００からのオペレータ１の動作指令に基づく制御指令の伝達は、光無線の通信装置の固定局通信装置１０と、走行台車１１０Ａの移動局通信装置２０を介して行なわれ、また、移動局通信装置２０に接続される走行台車１１０Ａの固定局通信装置１０ａ、１０ｂと、それぞれ走行台車１１０Ｂの移動局通信装置２０ａ、走行台車１１０Ｃの移動局通信装置２０ｂを介して行なわれ、また、移動局通信装置２０ａに接続される走行台車１１０Ｂの固定局通信装置１０ｃと、走行台車１１０Ｄの移動局通信装置２０ｃを介して行なわれる。この様に、それぞれの走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの駆動回路６Ａ、Ｄ６Ｂ、Ｄ６Ｃ、Ｄ６Ｄへの、オペレータ１の動作指令に基づく制御指令の伝達は、設置された光の通信装置を介して順次指令が伝送される。

上記構成によれば、直線動作する軸に光無線をそのまま適用することにより、電磁無線と異なり混信させることなく、簡単に無線の移動台車を構成できる。
また、電力が伝達されるとともに他に電力を伝達する台車、例えば、走行台車１１０Ａ、１１０Ｂには、バッテリ６０と固定側給電部４０と移動側受電部３０が搭載される。一方、電力が伝達されるだけの台車、例えば、走行台車１１０Ｃ、１１０Ｄには、バッテリ６０と移動側受電部３０が搭載される。
そして、動力の伝達も無線で行うので、電力用のケーブルが必要なく、組み立て、据付等が簡単な移動台車の走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄが得られる。

また、各バッテリ６０の残量エネルギは各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄで検出して、光無線を介して、地上の制御装置２００に収集される。
そして、地面Ｇの上の制御装置２００では、複数駆動軸ロボットシステムＳ３の全体のシミュレーションを行い、オペし一タ１から発せられた動作指令が、各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの各バッテリ６０の残量エネルギで実行可能か否かを判断し、実行可能な場合にその制御指令を各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄのそれぞれの駆動回路Ｄ６Ａ、Ｄ６Ｂ、Ｄ６Ｃ、Ｄ６Ｄに付与する。

＜＜第３実施形態の変形形態＞＞
次に、第３実施形態の変形形態の複数駆動軸ロボットシステムＳ３ａについて、図６を用いて説明する。
なお、図６は、本発明を複数駆動軸へ適用した場合に制御装置を各移動台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄに搭載したときの第３実施形態の変形形態の複数駆動軸ロボットシステムＳ３ａの概念的構成図である。
図６に示すように、本変形形態は、図５に示す第３実施形態の構成において、制御装置２００を地面Ｇ上に設置することなく、各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄに、シミュレータを搭載した制御装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを搭載したものである。これ以外の構成は、第３実施形態と同様であるから、同様な構成については、説明を省略する。

各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの制御装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、お互いに光無線を介してデータ伝送ができるようにしている。
それぞれの制御装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに搭載されたシミュレータを用いて、自身の台車が搭載しているバッテリ６０の残量エネルギで、オペレータ１からの動作指令が実行可能か否かを判断し、全走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄがその動作指令が実行可能な場合に、それぞれ実行させる。

上記構成によれば、地面Ｇ側に制御装置を据付けることなく、各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄにそれぞれ制御装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを搭載するので、地面Ｇの上の制御装置から各走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄに配線することなく、オペレータ１は、操作器８０を持って、走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを操作することができる。

＜＜第１、２、３実施形態におけるオペレータ１からの動作指令実行可否の制御＞＞
次に、第１、２、３実施形態における走行台車に対するオペレータ１からの動作指令実行可否の制御について、図７を用いて説明する。
なお、図７は、オペレータ１からの動作指令の実行可否を判断する部分の基本的な機能ブロック図である。
図７に示すように、走行台車１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの動力源の各バッテリ６０の残量エネルギを求めるためのセンサ７０の情報は、センサ７０の情報からバッテリ６０の残りエネルギを検知する、或いは、センサ７０の情報から残りエネルギに係わる情報を検出し該検出した結果に基づきバッテリ６０の残りエネルギを推定する残りエネルギ検知・検知推定手段B001に入り、該残りエネルギ検知・検知推定手段B001から出力された動力源のバッテリ６０の推定残りエネルギｍ３の情報が、予測消費エネルギｍ４と大小が比較される比較判断手段B004へ入力される。

一方、オペレータ１からの動作指令ｍｌは、シミュレータB002と制御実行手段B005に入力される。ここで、シミュレータB002の中に、制御対象の仮想モデルB003を有しており、各種シミュレーションができるように構成されている。
このシミュレータB002において、動作指令ｍｌによる仕事の消費エネルギをシミュレーションで予測し、この予測消費エネルギｍ４を、比較判断手段B004へ入力する。
比較判断手段B004において、予測消費エネルギｍ４と前記の入力されるバッテリ６０の推定残りエネルギｍ３との大小が比較され、動力源のバッテリ６０の推定残りエネルギｍ３の方が充分大きく、オペレータ１からの動作指令ｍｌが実行可能と判断した場合には、制御実行手段B005へ実行開始指令ｍ５を与え、制御実行手段B005によりモータ等の実機制御対象機器B006を制御する。

一方、比較判断手段B004において、オペレータ１からの動作指令ｍｌを実行不可と判断した場合には、実行不可であることをオペレータ１等に知らせる実行不可報知手段B007へ実行不可指令ｍ６を与え、実行不可の実行可否ｍ２の応答をオペレータ１等に対して出力するようにする。
ここで、実行可否ｍ２の応答は、実行不可の場合のみ行ってもよいし、実行可または実行不可の何れの場合にも行うようにしてもよい。なお、実行可の報知も行う場合は、比較判断手段B004において、動作指令ｍｌが実行可能と判断した場合にも、実行不可報知手段B007に実行可指令ｍ６0を付与することになる。

上述の制御は、制御回路の電気回路で行なうようにしてもよいし、コンピュータによってプログラムを実行するようにして行ってもよいし、何れでもよい。
ここで、上記の残りエネルギ検知・検知推定手段B001、シミュレータB002、仮想モデルB003、比較判断手段B004、制御実行手段B005、および実行不可報知手段B007は、制御装置２００、２０１、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ内に格納されている。
なお、第３実施形態においては、駆動回路６Ａ、Ｄ６Ｂ、Ｄ６Ｃ、Ｄ６Ｄが、制御実行手段B005に相当し、その他の残りエネルギ検知・検知推定手段B001、シミュレータB002、仮想モデルB003、比較判断手段B004、および実行不可報知手段B007が、制御装置２００内に格納されている。

＜＜第１、２、３実施形態における制御フロー＞＞
次に、第１、２、３実施形態における基本的な制御フローについて、図８を用いて説明する。なお、図８は、第１、２、３実施形態における制御ソフトの基本的な制御フローを示す流れ図である。
ここで、下記の制御ソフトは、制御装置２００、２０１、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ内に格納されるプログラムが、ＣＰＵによって実行されることにより、具現化される。

図８のステップS001から、プログラムをスタートし、図８のステップS002において、オペレータ１または他の制御装置等からの動作指令を取り込む。
続いて、図８のステップS003において、動作指令が入力された否かを判定する。
図８のステップS003において、動作指令が入力されてないと判定された場合には、ステップS002へ戻り、動作指令が入力されるまで判定を繰り返す、すなわち、動作指令が入力されるまで待つこととなる。

一方、図８のステップS003において、動作指令が入力されたと判定された場合には、ステップS004へ移行する。
図８のステップS004において、動作指令に対する時系列の各駆動軸の動作制御データを予め用意された動作制御データが格納された動作制御データ格納データベースＤＢ001を参照しながら作成する。
ここで、予め動作制御データ格納データベースＤＢ001に、おおまかな動作指令に対して具体的なモータへの指令を対応付けて、用意しておくことにより、複雑な動作も、簡単な動作指令で実行できるようになる。

続いて、図８のステップS005において、動作指令を実行する場合を仮想モデルでシミュレーションを行い消費エネルギを推定し、予測消費エネルギを求める。
続いて、図８のステップS006において、バッテリ６０の残量容量を検知する情報をセンサ７０(図１参照)から取り込む。

続いて、図８のステップS007において、バッテリ６０の残量エネルギを検知または検知推定し、残量エネルギを求める。なお、バッテリ６０のエネルギを用いた仕事量から、バッテリ６０の残量エネルギを推定することも可能である。
続いて、図８のステップS008において、ステップS007で求めたバッテリ６０の残量エネルギとステップS005で求めた予測消費エネルギを比較して、バッテリ６０の残量エネルギが、動作指令を実行するのに充分あるか否か判定する。

図８のステップS008において、バッテリ６０の残量エネルギが予測消費エネルギより充分大きいと判定された場合には、ステップS009に移行し、ステップS009において、動作指令に対する各軸の動作制御を実行する。
続いて、図８のステップS010において、動作指令を実行したことをオペレータ或いは他の制御装置等に応答として知らせる信号を出力する。

一方、図８のステップS008において、バッテリ６０の残量エネルギが予測消費エネルギより充分大きくないと判定された場合には、動作指令の実行が不可として、図８のステップS011へ進み、図８のステップS011において、オペレータ１或いは他の制御装置等に動作不可能なことを、ディスプレイや音声ガイダンスなどで知らせる信号を出力する。
そして、プログラムは、最初のステップS002移行し、上述の処理を繰り返す。

＜＜第２実施形態における走行台車１１０、横行台車１２０の運用＞＞
次に、第２実施形態におけるマニピュレータ台車である走行台車１１０、横行台車１２０の運用について、説明する。
図９は、マニピュレータ台車である走行台車１１０、横行台車１２０の運用を説明するための鳥瞰説明図である。
図９においては、走行レール１００にマニピュレータ台車の走行台車１１０が、設置され、その車輪１１０ｓが回転することにより、走行レール１００に沿って走行させる。また、走行台車１１０上の横行レール(図示せず)上に、横行台車１２０が、設置され、その車輪１２０ｓが回転することにより、走行台車１１０上を走行させる場合を示している。

図９に示すように、最初は、初期の位置POに、横行台車１２０の伸縮機構１３０に取り付けられたマニピュレータ１４０がある。そして、伸縮機構１３０が収縮し、マニピュレータ１４０が上昇してP1へ移動する。
次に、走行台車１１０と横行台車１２０が動作してP2へ移動して、そこで、伸縮機構１３０が下方へ伸張しマニピュレータ１４０がP3へ移動する。P3で、マニピュレータ１４０が動作してワーク９９を把持して、マニピュレータ１４０は、台車が移動するときの基本姿勢になるように、伸縮機構１３０が収縮しマニピュレータ１４０が上昇してP4へ移動し、続いて、走行台車１１０と横行台車１２０はP5へ移動する。P5において、伸縮機構１３０が伸張しマニピュレータ１４０が下がりP6へ移動する。P6において、マニピュレータ１４０が動作しワーク９９を床に置き、再び、マニピュレータ１４０は移動姿勢になり、伸縮機構１３０が収縮しマニピュレータ１４０が上昇してP7へ移動し、最後に走行台車１１０および横行台車１２０がP8へ移動し、伸縮機構１３０が伸張し下がり、最初のPOへ戻る。

図１０は、マニピュレータ台車である走行台車１１０、横行台車１２０の運用を説明するための図９の鳥瞰説明図の各駆動軸のタイムチャートの一例を示す図である。
図１０に示すように、図９で説明した動作を、マニピュレータ台車の走行台車１１０、横行台車１２０が行なう場合に、横軸に時間軸、例えば、上記の位置PO、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、およびPOでの時刻をとり、縦軸には、上から、(ａ)走行台車１１０の走行速度Ｖ、(ｂ)横行台車１２０の横行速度Ｖ1、(ｃ)伸縮機構１３０の昇降速度Ｖ2、(ｄ)マニピュレータ１４０の動作速度Ｖ3（この場合、代表速度としてマニピュレータ１４０の手先の合成速度）、(ｅ)ワーク９９を把持するハンド(図示せず)の開閉速度Ｖ4の時系列の変化を示している。なお、図１０を動作パターンと呼称することも可能である。

ここで、例えば、図１０(ａ)の走行台車１１０の走行軸で説明すると、図９に示すP1からP2へ移動するときに、走行速度は台形SV1で表される加速度SV11、SV13と一定速度SV12で移動して、減速してP2の位置で停止することを示している。他の図１０(ｂ)〜図１０(ｅ)も、全て台形または矩形ShV1、ShV2(図１０(ｅ)参照)で表されるタイムチャートで加減速制御する場合で示しているが、もっと複雑なパターンの制御としても構わない。
図１１(ａ)〜図１１(ｄ)は、図１０(ａ)に示す走行台車１１０の走行軸のSV1の動作時、すなわち走行台車１１０がP1からP2へ移動するときの仕事量の求め方の一例を説明するための図である。

図１１(ａ)に示すように、横軸が時間軸ｔで、走行台車１１０の走行速度Ｖの変化、これは、図１１(ｂ)に示すように、走行台車１１０の走行モータ(図示せず)の回転数Ｎの変化に置き換えることができ、図１１(ｃ)に示すように、それぞれの時刻の走行台車１１０の走行モータのトルクτも走行台車１１０の質量や寸法が既知なので、予め、制御装置２００、２０１等のコンピュータの中にそれらの定数を格納しておき計算で求めることができる。

簡単な計算式では、
トルクτ＝Ｊ×ｄＮ／ｄ ｔ
で求めることができる。ここで、Ｊは、モータ軸の慣性モーメント（負荷）、Ｎは、走行台車１１０の走行モータの回転数、ｔは、時間である。
ｄＮ／ｄｔ＝０の一定回転速度の場合は、加減速させるトルクτは、無くなり、走行台車１１０の走行時の摩擦等による負荷がかかる。この負荷は、予め、速度ごとに変わるので、その特性データを予め、制御装置２００、２０１等のコンピュータの中に、速度ごとの定数を格納しておき、コンピュータによる計算で使用するようにする。

そして、図１１(ｄ)に示すように、この場合の走行モータ仕事量Ｐは、トルクτ×回転数Ｎで概略求めることができる。なお、走行モータの制御回路の一定負荷は加算して計算するようにしてよい。
このように各軸ごとに仕事量を求めず、図１０のP0から移動を始めて(図１０の横軸の時間ｔの左側)、P0に戻るまで(図１０の横軸の時間ｔの右側)の合計の仕事量が消費する予想エネルギである。
ここで、マニピュレータ１４０が、６軸マニピュレータであれば各関節軸モータの負荷を、マニピュレータ１４０の動作時の刻々の姿勢の変化で計算して詳細に求めるようにしてもよい。

ほかも、ここでの説明は簡単なひとつの方法であるので、より詳細な計算を行い精度よく消費エネルギを推定計算するようにしてもよい。
このようにコンピュータの計算で消費エネルギを計算して求めることを、実施形態ではシミュレーションして求めると呼んでいるが、必ずしも、コンピュータで計算で求めなくても、例えば、ミニチュアモデルを動作させて計測した消費エネルギを、スケールファクタを掛けて実機の消費エネルギを推定してもよいし、言わば推定する方法での広義のシミュレーションと呼んでもよく、消費エネルギを推定する方法は、前記した方法に限定されるものではない。

＜＜第４実施形態＞＞
次に、第４実施形態について、説明する。
第４実施形態は、第１〜３実施形態で説明したマニピュレータ台車を介護ロボットシステムＳ４に適用したものである。
＜介護ロボットシステムＳ４の構成＞
図１２は、第４実施形態の介護ロボットシステムＳ４を示す概念的斜視図である。
図１２に示すように、オペレータ１は、ベットＢに寝ている。
介護ロボットシステムＳ４の架台４には、走行台車１１０が、矢印α41のように、走行レール１００に沿って走行可能に取り付けられている。この走行台車１１０には、その長手方向の横行レール１０１に沿って、横行台車１２０が、矢印α42のように、横行可能に取り付けられている。

そして、横行台車１２０に下方に延在して取り付けられた伸縮機構１３０が、上下方向に伸縮自在となっており、伸縮機構１３０の先端には手首機構１４５とハンド１５０が付いており、また、ハンド１５０の近傍には手先カメラ７５が設けてある。この手先カメラ７５の映像を、制御装置２０２内で画像処理してハンド１５０の位置決め制御に利用してもよい。
ここで、走行台車１１０、伸縮機構１３０を含む横行台車１２０、およびハンド１５０の部分が、それぞれ独立に制御装置２００、２０１、２０２が分かれ、バッテリ(図示せず)もそれぞれの動作軸ごとに搭載されている。

この介護ロボットシステムＳ４において、家庭用の電源プラグ２Ｐに接続コード２Ｃを介して接続された固定側給電部４０ａ、走行台車１１０の固定側給電部(図示せず)等を用いて、第１〜３実施形態と同様に充電用のケーブルを用いることなく、無線でバッテリの充電を行っている。
また、それぞれのバッテリの残量の情報をセンサ(図示せず)で検知し、制御装置２００、２０１、２０２において、検知または検知推定または推定したバッテリの残量エネルギが、オペレータ１の動作指令を実行するシュミレーションされた予測消費エネルギより充分大きく、実行可能か否かの判定を行ない、バッテリの残量エネルギが充分大きい場合は、オペレータ１の動作指令を実行し、それ以外の場合には、オペレータ１に動作不可の報知を行い、充電家庭用の電源プラグ２Ｐに接続された固定側給電部４０ａ、走行台車１１０の固定側給電部等を用いて、無線による介護ロボットシステムＳ４の充電を行う。なお、バッテリの残量エネルギを推定とは、バッテリのエネルギを用いて行なった仕事からバッテリの残量エネルギを推定することである。

このように、介護ロボットシステムＳ４においては、走行台車１１０、伸縮機構１３０を含む横行台車１２０、およびハンド１５０の３軸の動力と信号を全て無線での授受としているので、各移動軸の制御装置２００、２０１、２０２には、それぞれ無線装置である通信装置２０、２１、２２が設けられる。
この構成により、充電用の配線を不用にでき、安価に介護ロボットシステムＳ４を提供できる。
また、電源は、家の中の家庭用のコンセント(図示せず)から充電できるように、固定側給電部４０ａに接続された接続コード２Ｃの先に電源プラグ２Ｐが付いており、電力を、コンセントから電源プラグ２Ｐおよび接続コード２Ｃを介して、ベッドＢ近辺の介護ロボットシステムＳ４の固定側給電部４０ａにもってきて、容易に設定できるように構成されている。

介護ロボットシステムＳ４の場合、オペレータ１はベッドＢに寝ているので、オペレータ１の近くに簡単に設置できるようにするため、架台４の脚下にはロック機構付きのキャスタ４Ｃが設置され、簡単にキャスタ４Ｃを用いて移動ができ、また、ロック機構を使用しての介護ロボットシステムＳ４の設置、固定ができる。
また、オペレータ１は、ベッドＢの上に寝ているので、オペレータ１の動作指令は、音声入力されるとともに、この動作指令の応答結果が音声出力されるように、音声入出力装置８１を介して、操作器８０に動作指令を入力できるようになっている。
ここで、操作器８０や音声入出力装置８１は、架台４に取り付けて一緒に移動できるようにしてもよいし、音声入出力装置８１だけ小型にしてオペレータ１の身に付ける構成として、無線で操作器８０との通信を行なうようにしてもよい。

＜無線チャンネル系統の構成＞
次に、介護ロボットシステムＳ４の無線チャンネル系統の構成について、図１３を用いて説明する。なお、図１３は、図１２に示す介護ロボットシステムＳ４の無線チャンネル系統の概念的構成図である。
図１３に示すように、固定局通信装置１０は、通信装置２０、２１、２２とそれぞれ無線チャンネルCH1、CH2、CH3で通信を行い、また、通信装置２０と通信装置２１とは無線チャンネルCH4で通信を行い、また、通信装置２０と通信装置２２は無線チャンネルCH5で通信を行い、通信装置２１と２２は無線チャンネルCH6でそれぞれリアルタイムで通信ができるようになっている。

勿論、シリーズ、すなわち連続的に順番に通信を行い、無線チャンネル数を少なくしてもよいし、また、全て同じチャンネルを使って、送受信データの中に送信元と受信先の無線装置のＩＤ番号を入れて、必要な無線装置同士が、必要な情報のやりとりをできるようにして、無縁チャンネル数を少なくするようにすることも可能である。

＜介護ロボットシステムＳ４の制御装置２００の制御フロー＞
次に、介護ロボットシステムＳ４の制御装置２００の制御フローについて、図１４、図１５を用いて説明する。なお、図１４、図１５は、図１３に示す介護ロボットシステムＳ４の制御装置２００の基本的な動作の一例を説明するためのフローチャートであり、図１５は、図１４の続きのフローチャートである。
ここで、制御装置２００の制御は、ＲＯＭ等に格納されるプログラムをＣＰＵで実行することにより行われる。

図１４のステップS101からスタートし、図１４のステップS102において、オペレータ１の動作指令を無線チャンネルCH1から、或いは、他の制御装置２０１、２０２からの動作指令をそれぞれ無線チャンネルCH4、CH5から取り込む。
続いて、図１４のステップS103において、動作指令が有るか否か判断する。
図１４のステップS103において、動作指令が有ると判断された場合、図１４のステップS110に移行する。
一方、図１４のステップS103において、動作指令が無いと判断された場合、図１４のステップS104に移行し、ステップS104において、予め設定した所定時間が経過した場合には、走行台車１１０(図１２参照)、横行台車１２０、および伸縮機構１３０を充電ポイント、すなわち、架台４の固定側給電部４０ａ等から無線で充電が受けられる位置に移動させるため、所定時間が経過したか否か判断される。すなわち、ステップS104では所定の時間内にオペレータからの指令がない場合には、ステップS105からS106で充電可能ポイントに自動復帰させ充電を行うこととしている。なお、残量エネルギが充分な場合は、必ずしも充電させなくてもよい。

図１４のステップS104において、所定時間が経過していないと判断された場合に、図１４のステップS102に移行する。
一方、図１４のステップS104において、所定時間が経過したと判断された場合には、図１４のステップS105に移行し、ステップS105において、充電するために走行台車１１０(図１２参照)の現在位置からエネルギ可能な位置への最適移動計画、すなわち、充電ポイントへの復帰計画を立て、制御対象軸の時系列の各駆動軸、すなわち、走行台車１１０(図１２参照)の走行レール１００に沿っての移動、横行台車１２０の走行台車１１０の長手方向の横行レール１０１に沿っての移動、伸縮機構１３０の伸縮動作等の動作制御データを生成する。

続いて、図１４のステップS106において、復帰計画に対する時系列の各駆動軸の動作制御データに基づき、実機、すなわち、走行台車１１０、横行台車１２０、および伸縮機構１３０等を駆動制御する。
続いて、図１４のステップS107において、オペレータ１の動作指令を無線チャンネルCH1から、或いは、他の制御装置２０１、２０２からの動作指令をそれぞれ無線チャンネルCH4、CH5から取り込む。

続いて、図１４のステップS108において、動作指令が有るか否か判断する。
図１４のステップS108において、動作指令が無いと判断された場合、図１４のステップS106に移行する。
一方、図１４のステップS108において、動作指令が有ると判断された場合、図１４のステップS109に移行し、実機、すなわち、走行台車１１０、横行台車１２０、および伸縮機構１３０等の充電ポイントへの駆動を停止する。

続いて、図１４のステップS110において、動作制御データ格納データベースＤＢ001をリードし、現在位置からのオペレータ１の動作指令に対する時系列の各駆動軸、すなわち、走行台車１１０の走行レール１００に沿っての移動、横行台車１２０の走行台車１１０の長手方向の横行レール１０１に沿っての移動、伸縮機構１３０の伸縮動作、およびハンド１５０(図１２参照)の動作制御データを生成する。
続いて、図１４のステップS111において、ステップS110において生成した時系列の各駆動軸の動作制御データを仮想モデルに入力して、オペレータ１の動作指令を実行した場合の予測消費エネルギを予測計算する。

続いて、図１５のステップS112において、バッテリの残量エネルギを検知するセンサ情報を読み込む。
続いて、図１５のステップS113において、バッテリの残量エネルギを、検知、或いは、検知して推定し、或いは、仕事量から推定し、求める。
続いて、図１５のステップS114において、ステップS113で求めたバッテリの残量エネルギが、ステップS111で求めた予測消費エネルギより大きく充分あるか否か判断する。

図１５のステップS114において、バッテリの残量エネルギが、予測消費エネルギより大きく充分ないと判断された場合は、図１５のステップS121に移行し、図１５のステップS121において、オペレータ１或いは他の制御装置２０１、２０２等へオペレータ１の動作指令は、動作不可能なことを無線チャンネルCH1へ出力する。また、他の制御装置２０１、２０２へも実行不可を知らせるデ−タを無線チャンネルCH4、CH5へ出力する。
一方、図１５のステップS114において、バッテリの残量エネルギが、予測消費エネルギより大きく充分あると判断された場合は、図１５のステップS115に移行し、図１５のステップS115において、他の制御装置２０１、２０２から発信された動作可否、動作時刻等のデータを無線チャンネルCH4、CH5から取り込む。

続いて、図１５のステップS116において、制御装置２０１、２０２全てが動作可で、かつ、制御装置２００から発信した動作可時刻と同じか否か判断する。
図１５のステップS116において、制御装置２０１、２０２全てが動作可で、かつ、制御装置２００から発信した動作可時刻と同じでないと判断された場合、図１５のステップS117に移行し、図１５のステップS117において、他の制御装置２０１、２０２から発信されたデータの動作時刻と制御装置２００の実行可能な時刻より、制御装置２００の動作可否、他の制御装置２０１、２０２の動作時刻に合わせた制御装置２００の動作時刻等のデータを、無線チャンネルCH4、CH5へ発信する。

続いて、図１５のステップS118において、他の制御装置２０１、２０２で動作不可であるか否か判断する。
図１５のステップS118において、他の制御装置２０１、２０２で動作不可であると判断された場合、図１４のステップS102に移行する。
一方、図１５のステップS118において、他の制御装置２０１、２０２で動作不可ないと判断された場合、図１４のステップS115に移行する。

前記の図１５のステップS116において、制御装置２０１、２０２全てが動作可で、かつ、制御装置２００から発信した動作可時刻と同じであると判断された場合、図１５のステップS119に移行し、図１５のステップS119において、オペレータ１の動作指令の動作時刻になったならば、該動作指令に対する時系列の各駆動軸の動作制御データに基づき実機、すなわち、走行台車１１０の走行レール１００に沿っての移動、横行台車１２０の走行台車１１０の長手方向の横行レール１０１に沿っての移動、伸縮機構１３０の伸縮動作、およびハンド１５０(図１２参照)の動作を駆動制御する。このように、ステップS116で、他の制御装置２０１、２０２が全て動作可能であり、制御装置２００が実行可能な時刻で他の制御装置２０１、２０２も全て同じ時刻で実行可能な場合にステップS119で実行するようにしている。

続いて、図１５のステップS120において、オペレータ１或いは他の制御装置２０１、２０２等へオペレータ１の動作指令を実行したことを知らせる信号を出力する。その後、図１４のステップS102に移行する。
以上が、介護ロボットシステムＳ４の制御装置２００の制御フローである。
前記の制御装置２００の制御において、時刻の設定は現在の時刻プラス所定の時間で予定時刻を設定して、各制御装置２００、２０１、２０２へ送信して、同期をとるようにしている。同じ時刻に同期をとって、各制御装置２００、２０１、２０２が同時に動作するようにする方法は、種々あるので、どのような方法を適用しても構わない。

また、同期して動作制御している最中にも通信を行い、常に自分、すなわち制御装置２００や他の制御装置２０１、２０２の進行状態を確認し合い綿密に同期をとるようにしてもよいし、途中で何れかの制御装置２００、２０１、２０２で異常が生じた場合には、直ぐに停止してオペレータ１に知らせるようにしてもよい。
このように、各駆動部分の制御装置２００、２０１、２０２は、他の各制御装置２００、２０１、２０２と直接に無線通信を行ない他の各制御装置２００、２０１、２０２の運転状態を確認するとともに、他の制御装置２００、２０１、２０２の運転状態が正常でない状態または他の制御装置２００、２０１、２０２との通信状態が正常でない状態となった場合、各制御装置２００、２０１、２０２が、ロボットである走行台車１１０、横行台車１２０、伸縮機構１３０、およびハンド１５０の停止制御を行なうこととしている。

＜操作器８０(図１２、図１３参照)の基本的な動作制御＞
次に、操作器８０(図１２、図１３参照)の基本的な動作制御について、図１６を用いて説明する。
なお、図１６は、図１２、図１３に示す操作器８０の基本的な動作制御の一例を示すフローチャートである。
ここで、操作器８０の基本的な動作制御は、ＲＯＭ等に格納される制御プログラムをＣＰＵで実行することにより行われる。

図１６のS201から、スタ−トし、図１６のS202において、オペレータ１或いは他の制御装置２０１、２０２等から動作指令を取り込む。
続いて、図１６のS203において、動作指令の入力があるか否か判断する。
図１６のS203において、動作指令の入力がないと判断された場合、図１６のS202に移行する。

一方、図１６のS203において、動作指令の入力があると判断された場合、図１６のS204に移行し、図１６のS204において、動作指令を無線チャンネルCH1、CH2、CH3へ出力する。
続いて、図１６のS205において、各制御装置２００、２０１、２０２の応答を無線チャンネルCH1、CH2、CH3から取り込む。
続いて、図１６のS206において、全無線チャンネルCH1、CH2、CH3から応答があるか否か判断する。
図１６のS206において、全無線チャンネルCH1、CH2、CH3から応答がないと判断された場合、図１６のS205に移行する。

一方、図１６のS206において、全無線チャンネルCH1、CH2、CH3から応答があると判断された場合、図１６のS207に移行し、図１６のS207において、全無線チャンネルCH1、CH2、CH3の応答である動作不可、或いは、動作実行可能、或いは、動作実行完了、或いは、動作途中で停止等々をオペレータ１或いは制御装置２００、２０１、２０２等(図１２、図１３参照)へ知らせる。
以上が、操作器８０の基本的な動作制御フローである。
上述の操作器８０の動作制御フローによれば、オペレータ１からの動作指令は各制御装置へ伝達され、その結果の応答も、オペレータ１或いは制御装置２００、２０１、２０２へ知らせることが容易にできる。

＜＜第５実施形態＞＞
次に、本発明を原子力発電所の原子炉建屋オペフロの作業用マニピュレータ台車へ適用した第５実施形態のロボットシステムＳ５について、図１７を用いて説明する。
なお、図１７は、第５実施形態における原子力発電所の原子炉建屋オペフロの作業用マニピュレータ台車へ適用したロボットシステムＳ５の概念的構成図である。
原子力発電所においては、定期検査時に、炉心６の中の燃料を交換したり、移動させる。この場合、従来、図１７の二点鎖線に示すように、燃料交換装置F110に取り付けられた伸縮管F130の先端のグラップルF150で燃料集合体９８を把持し移動させ、燃料ラック７の中の燃料と交換したりする。

ここで、伸縮管F130の先端のグラップルF150に設置されたグラップルカメラF75で、グラップルF150で燃料集合体９８を把持するときの画像を確認しつつ制御したり、または、グラップルカメラF75を位置決め制御に利用してもよい。
このような、既存の原子力発電所における燃料交換装置F110は、移動する走行軸に対して、動力ケーブル、制御ケーブルなどが据付られた制御盤(図示せず)から配線され、ケーブルベアF111等を用いて配線を束ね配線される場合が多い。
このような従来の燃料交換装置F110に、本発明を適用してケーブルベアF111は勿論のこと配線を省略して、安価に、かつ簡単に設置可能となる。

図１７に示すように、第５実施形態のロボットシステムＳ５においては、走行レール１００を利用して、マニピュレータ台車の走行台車１１０(以下、マニピュレータ台車１１０と称する)を設置する。このマニピュレータ台車１１０に設けられた伸縮機構１３０の先には、マニピュレータ１４０が取り付けられている。
ところで、炉心６は、プール５の中の水Ｗの中にあるので、マニピュレータ１４０として、例えば、水中マニピュレータを取り付けてもよいし、気中用マニピュレータに、水が浸入しないように、フード１４０Ｆを被せてフード１４０Ｆ内にエアをパージするようにしてもよい。さらに、マニピュレータ１４０の水深をセンサ(図示せず)で検出し、水深に応じてパージ圧力を自動で調整できるようにしてもよい。

また、走行レール１００の長手方向の両端には、電源２に接続された固定側給電部４０ａ、４０ｂが設置されており、これらの固定側給電部４０ａ、４０ｂに対向して、マニピュレータ台車１１０の走行レール１００に沿っての走行方向の両端部には、それぞれ搭載したバッテリ(図示せず)ヘ充電を行うための移動側受電部３０ａ、３０ｂが設置されている。
また、図１７に示すように、オペレータ１は、ハンディタイプの操作器８０を用いて、無線でマニピュレータ台車１１０の運転ができるのでケーブルレスであり、取り扱いが容易である。

そして、マニピュレータ台車１１０には、予め専用の吊りフック９が設置されており、建屋の天井クレーンＫのフック８で何時でもそのまま吊れるようにすることにより、吊り具の準備や取り付けをその都度行なわないでも済むようになっている。
この構成により、天井クレーンＫを利用して、そのフック８でマニピュレータ台車１１の吊りフック９を引っ掛け吊り上げ、マニピュレータ台車１１０は、その車輪１１０ｓを走行レール１００の上に載せるだけで直ちに運用が可能である。

なお、万一、マニピュレータ台車１１０が故障しても、直ぐに代わりのマニピュレータ台車１１０と交換することで、応急対応が迅速に行える。図１７に示すように、同じ走行レール１００には、従来の燃料交換装置Ｆ１１０が有るので、燃料交換装置Ｆ１１０の反対側へは、走行して移動することはできないが、バッテリ搭載のケーブルレスのマニピュレータ台車１１０は、天井クレーンＫのフック８で、マニピュレータ台車１１０の吊りフック９を引っ掛け吊り上げ、図１７の白抜き矢印βに示すように、容易に従来の燃料交換装置Ｆ１１０の反対側へ再セットすることができる。
ここで、マニピュレータ台車１１０は、特に伸縮機構１３０やマニピュレータ１４０を搭載しないで、人が台車の上にのれる単純な作業台車として適用してもよい。

また、マニピュレータ１４０を搭載したマニピュレータ台車１１０とした場合には、
イ．原子炉内面やプール５の壁面５Ｋ、床３ (図１７参照)の傷などの場所を特定した検査業務への利用、または、マニピュレータ台車１１０やマニピュレータ１４０の座標データと対応させて検査結果データを保存できるので、毎年同じ場所の結果データを、正確に対応可能なデータとして、自動で記録保存し、それを呼び出し、確認、編集なども容易にでき、正確な座標として応用できる。

ロ．プール５、炉内の清掃、異物回収等も、水Ｗの中で使用できるマニピュレータ１４０に各種エンドエフェクタを取り付けることで容易にできる。
ハ．炉内定期点検の作業時のトラブル支援などの予想困難な作業にも、マニピュレータ１４０は、汎用的に遠隔操作で人に代わって水Ｗの中でできるので迅速に対応できる。
ニ．炉内補修工事における遠隔作業にも、マニピュレータ１４０のエンドエフェクタに切断装置や溶接装置、ＰＴ装置などを付替え可能に運用することで、遠隔で炉心６の水Ｗを抜かずに補修することも容易に可能となる。また、オペレータ１が直接運転する代わりに、全体を統括する制御装置を用いて、マニピュレータ台車１１０を複数の自動機器のひとつとして自動制御するようにしてもよい。この場合、動作指令は上位の統括する制御装置から与えられ、オペレータヘ１の応答は、統括する上位の制御装置への応答となる。

＜＜第１〜第５実施形態の効果＞＞
以上、前記第１〜第５実施形態の構成によれば、動力源のバッテリを搭載して無線通信を行なうことにより、動力ケーブルと信号ケーブルの両方を１駆動軸に限らず複数の駆動軸に対してもケーブルレス化してケーブル使用量の大幅な低減を図れる。
また、ロボットの台車１１０、１２０等の運用状況に応じて、オペレータ１或いは他の制御装置から各種複雑な動作指令が入力される場合にも、安全確実かつ継続的な台車１１０、１２０等のロボット運用が可能であり、更には、ロボットの台車１１０、１２０等の組み立て、設置、移設、修理等を簡単に行なえる。

＜＜その他の実施形態＞＞
次に、第１〜第５実施形態に基づいたその他の実施形態について、説明する。
本発明は、次のような手段を単独にまたは選択的に組み合わせることによって目的を達成することができる動力源を搭載したロボットシステムを実現する。

その他の第１の形態は、動力源をロボットに搭載するとともに、動作指令に従って該ロボットに動作を実行させるロボットシステムであって、動力源の残りエネルギを求める残エネルギ取得手段と、動作指令に対して、予め準備された仮想モデルに対して動作指令を仮想的に実行することにより、動作指令を実行した場合の消費エネルギを予測するシミュレータと、動力源の残りエネルギとシミュレータで予測した消費エネルギとを比較して動作指令を実行可能か否か判断する実行可否判断手段と、比較判断の結果、動作指令を実行可能と判断した場合に動作指令をロボットに実行させる実行手段とを備えたことを特徴としている。

その他の第１の形態は、動力源をロボットに搭載することで動力ケーブルの配線工事やロボット移動時に動力ケーブルを牽引する必要がないことは勿論のことであるが、オペレータあるいは他の制御装置等から入力され又はロボット自身の意思によるいろいろな種類の複雑な動作を行なう動作指令に対して動作を実行しなければならないロボットにおいても、動力源の残りエネルギを求める残エネルギ取得手段と、オペレータあるいは他の制御装置等から入力される動作指令に対して予め準備された仮想モデルに対して前記動作指令を仮想的に実行することによりその動作指令を実行した場合の消費エネルギをリアルタイムに予測するシミュレータと、動力源の残りエネルギとシミュレータで予測した消費エネルギとを比較判断する実行可否判断手段を設ける。
そして、比較判断の結果動作指令を実行可能と判断した場合に動作指令を実行することにより、残存エネルギで動作指令を最後まで実行できる場合のみだけ、ロボットは動作を行い、途中で残存エネルギが不足するような場合には当該動作指令に対しては最初から動作しないので、安全確実に動力ケーブルを無くして動力源を搭載したロボットの運用を可能とできる。

特に、ロボットに予め準備した仮想モデルに対して複雑な動作を行なう動作指令を仮想的にリアルタイムで実行して、その動作指令を実行した場合の消費エネルギをリアルタイムに予測するシミュレータを搭載することにより、複雑な動作指令による時系列的に複雑なエネルギ消費となる場合でも精度よく、かつ、リアルタイムに一連の動作指令を最後まで実行した場合の積算エネルギを求めることができる。
そのため、オペレータあるいは他の制御装置等から動作指令が入力されまたはロボット自身の意思による動作指令が入力されたならば、瞬時に合計消費エネルギを予測して動力源の残存エネルギと比較でき、瞬時にしてその動作指令を実行できるか否かの判断ができるので、オペレータあるいは他の制御装置等から動作指令を入力してから時間遅れがなく動作可能な指令に対しては即座にロボットの動作が開始されることとなり、円滑なロボットの運転操作が可能となる。

また、その他の第２の形態は、その他の第１の形態において、残エネルギ取得手段は、動力源の残りエネルギを、検知するかまたは動力源のエネルギを用いて行った仕事量から推定するかまたは残りエネルギに係わる物理量を検知して推定する。
すなわち、動力源の残存エネルギは、動力源の１００％のエネルギが蓄積された初期の状態からのロボットの運転状態の履歴情報からロボットが消費したエネルギを推定するようにしてもよいし、動力源にセンサを取り付けて残りのエネルギを直接に検出するようにしてもよいし、或いは動力源に設けた残存エネルギを直接に検出せず残存エネルギに係わる物理量を検知するセンサの出力から残存エネルギを推定するようにしてもよい。

例えば、動力源がバッテリのような蓄電器の場合には、温度や電圧、電流等をセンサで検出して残存エネルギを推定してもよいし、動力源がエンジンなどの燃料を用いて動力を得るものであれば残存燃料をその重量センサや、液体であれば液位センサにより直接に残存エネルギを検出するようにしてもよい。また、燃料電池における圧縮したＨ_２であれば、圧力センサにより残存エネルギを検出できる。
また、予め準備しておく仮想モデルは、ロボットのモデルのほか、ロボットが運用される環境のモデルも準備しておき、環境の温度やロボットの位置や姿勢、ロボットの行なう作業内容に応じて負荷がその刻々と変化するような場合でも環境の温度やロボットの位置や姿勢、ロボットの行なう作業内容（条件）を検出するセンサを設けて、それらの情報をシミュレータに取り込むことにより、複雑な環境で複雑な動作を行なう場合の一連の動作の消費エネルギを精度良く求めることができる。

シミュレータは、実際のロボットを縮小して高速動作させるようにした仮想モデルでもよいし、コンピュータ内の定数と計算式とで表現した仮想モデルでもよいし、機械系を等価な電気回路に置き換えた仮想モデルでもよいが、実際のロボットが時間を掛けて動作する一連の動作内容も瞬時に仮想的に実行できるように高速処理されるシミュレータを用いることで、瞬時に実行可否の判断を行なうことができる。

その他の第３の形態は、前記第１の形態または第２の形態のロボットシステムにおいて、実行可否判断手段による比較判断の結果前記動作指令を実行不可能と判断した場合には、動作指令を入力したオペレータあるいは他の制御装置等の入力元に、そのことを知らせる通知手段を有することを特徴としている。
このようなその他の第２の形態は、第１の形態または第２の形態のリアルタイムで必要な消費エネルギを精度良く推定して残存エネルギと比較して瞬時に実行の可否を判断でき、その結果、実行不可能と判断された結果が、瞬時に動作指令を入力したオペレータあるいは他の制御装置等の入力元に知らせられる。

これによって、入力元のオペレータあるいは他の制御装置等は、その結果を受けて代案を直ぐに考えて代替の動作指令を再入力することができ、また、それを繰り返し行なうことで動作可能な動作指令を直ぐに与え直すことができるので、ロボットの運用を円滑に継続させることが可能となる。
実行不可を知らせるときに指令された動作を実行する場合の必要エネルギ量と動力源の残存エネルギ量の情報も、オペレータあるいは他の制御装置等の入力元へ知らせるようにすることで、その情報を基に繰り返しの回数を少なく実行可能な動作指令を作り直して再動作指令を行なうことが可能となる。

その他の第４の形態は、前記その他の第１の形態から第３の形態の何れかを適用したロボットシステムにおいて、ロボットが動作しない場合にはエネルギ補給可能なポジションに待機させる制御を行う待機制御手段を備えることを特徴とする。
このようなその他の第４の形態は、前記第１から第３の形態の何れかを適用したロボットにおいて、ロボットが動作しない場合にはエネルギ補給可能なポジションにロボットが待機させる制御を行うので、待機中にロボットに搭載した動力源に必要なエネルギを補給することができ、継続的にロボットの運用が可能となる。

その他の第５の形態は、第４の形態のロボットが動作しない場合には、エネルギ補給可能なポジションに待機するように制御する手段は、オペレータあるいは他の制御装置等から入力される動作指令の開始時のポジションと終了時のポジションがエネルギ補給可能なポジションとなるようにすることを特徴とする。
このようなその他の第５の形態は、オペレータあるいは他の制御装置等から入力される動作指令の開始時のポジションと終了時のポジションがエネルギ補給可能なポジションとなるようにすることで、容易に毎回の動作指令の終了時にはロボットはエネルギ補給可能なポジションで終了することになり、待機中には容易にロボットのエネルギ供給が可能となる。

また、ここでいう動作指令は、例えば、軽水炉の原子力発電所の燃料自動交換装置へ適用したような場合、ロボットの一連の動作は、エネルギ補給可能なポジションから動作を開始して、所定の位置へ移動して燃料を把持して、燃料を持ち上げて、別の所定の位置へ移動して、燃料を下ろして燃料を放し、最後にはエネルギ補給可能なポジションヘ戻るという一連の動作がひとまとまりの動作指令にすることができる。
但し、全ての動作指令をこのように定めると、１本の燃料を移動する毎にロボットはエネルギ補給可能なポジションヘ戻ることになり、連続して複数の燃料を移動させる場合には非効率になるので、２本目以降の燃料を把持しに移動する場合には１本目の燃料を放した後にそこからエネルギ補給可能なポジションヘ戻ることなく２本目の燃料の位置へ移動して、順次、複数の燃料の移動を行なった最後に、エネルギ補給可能なポジションヘ戻るようにするのがよい。

このような場合には、予め複数本の燃料の移動計画に相当する動作プログラムあるいは動作指令データは作ることができるので、まとまって連続する一連の動作をひとつの大きな動作指令として、その中の各１本ごとの移動ステップのその中の細部の動作指令と定義して、大きなまとまりの動作指令ごとにエネルギ補給可能なポジションヘ戻るようにすることでよい。
また、一連の連続したまとまった動作を自動で行なう場合のほか、途中で停止指令を出して、手動操作指令でロボットを動作させる場合もあるが、そのような場合には現在位置からエネルギ補給可能なポジションヘ戻るという動作指令を用意しておくことにより一連の手動操作を行なった最後に、エネルギ補給可能なポジションヘ戻る指令を行なえば、手動操作でロボットをエネルギ補給可能なポジションヘ戻すことも可能である。

一連の自動運転の途中で停止指令によりロボットを停止させて、手動操作の介入で幾つかの手動操作を行った後に自動運転を再開するような動作指令を用意する場合には、途中で手動操作が入ったとしても自動運転の最後の動作でエネルギ補給可能なポジションヘ戻るようにすることでもよい。

その他の第６の形態は、第４の形態を適用したロボットが動作しない場合には、エネルギ補給可能なポジションに待機するように制御する待機制御手段は、オペレータあるいは他の制御装置等から入力される動作指令が所定の時間以上途絶えた場合に現在のポジションからエネルギ補給可能なポジションヘと自動退避するようにしたことを特徴とする。

このようなその他の第６の形態は、必ずしも、最後がエネルギ補給可能なポジションヘ戻る内容の動作指令とは限らない、一連の動作を連続的に実行する自動運転の動作指令あるいは単一の動作を行なう手動操作の動作指令をロボットヘ与えて、オペレータあるいは他の制御装置等が自動運転や遠隔手動操作を行なう場合でも、ロボットヘの動作指令が所定の時間途絶えていた場合には、しばらくの間、動作指令は発せられないと判断してロボットはエネルギ補給可能なポジションヘ戻るようにする。
そのため、動作指令が途絶えるロボットの不稼動時間を有効に利用してロボットにエネルギ補給を行い、継続的にロボットの運用を行なえる。この場合、ロボットは、周囲の安全を各種センサなどの情報により確認して、自動でエネルギ補給可能なポジションヘ戻るように動作させる。

また、エネルギ補給可能なポジションヘ戻る途中で、次の動作指令がオペレータあるいは他の制御装置から入力された場合には、ロボットはエネルギ補給可能なポジションヘ戻る動作をその時点で終了し、その時のロボットの現在位置、姿勢の状態から、新たに入力された動作指令を実行するようにしてよい。その場合、その位置と姿勢から実行できる動作指令であればそのまま実行してもよいが、その時の位置と姿勢の条件からは入力された動作指令を実行できない場合には、その旨をオペレータあるいは他の制御装置へ知らせるようにして次の他の動作指令を受けるようにしてもよいし、その時に実行不可能な位置、姿勢にある場合には、実行可能な位置と姿勢になってから入力された動作指令を実行するようにしてもよい。

その他の第７の形態は、前記第１〜６の形態を選択的に適用して構成したロボットシステムにおいて、エネルギ補給可能なポジションは複数箇所設けたことを特徴とする。
このようなその他の第７の形態は、エネルギ補給可能なポジションを複数箇所設けることにより、ロボットがエネルギ補給可能なポジションヘ戻る動作を行なう場合に現在の位置から最も近いエネルギ補給可能なポジションヘ戻ることにより、効率的なロボットの運用を行なうことができる。

特に、動作駆動ストロークの長い軸、例えば、クレーンの走行軸やクレーンのスパンの長い横行軸のように、特に長い駆動軸の場合には現在位置からエネルギ補給可能なポジションヘ戻る場合にエネルギ補給可能なポジションが動作ストローク軸上に複数散在していることにより、現在位置から遠くのエネルギ補給可能なポジションヘ戻る必要はなく、近くのエネルギ補給可能なポジションヘ戻るようにできる。

その他の第８の形態は、前記その他の第１〜第７の形態を選択的に適用したロボットシステムにおいて、１台のロボットの複数の駆動軸に対して各々、分離可能なように動力源とエネルギ補給可能なポジションを複数設けたことを特徴とする。
このようなその他の第８の形態は、１台のロボットの複数の駆動軸に対して、それぞれ分離可能なように、動力源とエネルギ補給可能なポジションとを複数設けることにより、直交座標系型ロボットのように複数の駆動軸において長ストロークを有するロボットシステムにおいて、動力ケーブルと動力ケーブルを処理するためのケーブルベアやケーブルリール等の機器を不要にし、配線工事や部品数の少ないロボットを容易に得ることができる。ここで、太くて強い動力ケーブルをのみを不要にし、信号ケーブルは有線で残すことでもよい。

その他の第９の形態は、前記その他の第８の形態を適用したロボットシステムにおいて、ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分の制御信号の伝送を、無線通信装置を介して行なうことを特徴とする。
このようなその他の第９の形態は、ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分の制御信号の伝送を、無線通信装置を介して行なうことにより、例えば、直交座標系型ロボットのように複数の駆動軸において長ストロークを有するロボットにおいて、動カケーブル、信号ケーブル、及びそれらのケーブルを処理するためのケーブルベアやケーブルリール等の機器を不要にして配線工事や部品数の少ないロボットを容易に得ることができる。

信号伝送について無線伝送装置を介し無線で伝送するようにすれば、信号ケーブルも不要にできるので、よりロボットの配線工事を少なくできる。
また、駆動軸が直線駆動軸の場合は、無線伝送装置に光無線伝送装置を用いれば、複数の駆動軸の各々に光無線伝送装置を設置しても混信することもなく、有線による信号伝送路の途中にそのまま光無線伝送装置を設置するのみでよいので、より容易に信号ケーブルの配線を不要にすることが可能となる。

その他の第１０の形態は、前記その他の第８の形態を適用したロボットにおいて、ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分に制御信号の伝送を行なう無線通信装置と、分離して駆動される各駆動部分の制御を司る制御装置を搭載することを特徴とする。
このようなその他の第１０の形態は、ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分に、動力源の他に制御信号の伝送を行なう無線通信装置と、分離して駆動される各駆動部分の制御を司る制御装置とを搭載することで、分離して駆動する各駆動部分が独立して単独で制御駆動可能なユニットとなり、ロボットはそれらの完成したユニットを組み合わせるのみで複雑な配線作業が不要となり、簡単にロボットを組み立てることができる。

また、一つのユニットが故障した場合には、ユニットのみを簡単に交換することでロボットの保守も容易に行なうことができる。
また、遠隔地にロボットを輸送する場合にも、ユニットごとに簡単に分解して梱包、輸送して、輸送先で各ユニットを開梱して簡単にロボットに組み立てることが可能となる。また、ロボットの修理も専門技術者を派遣しなくともロボットのユーザが簡単に代わりのユニットと交換するのみで、簡単にロボットの修理も可能となる。

ここで、各ユニットに搭載される制御装置は、独立して自分自身の制御を司ることになる。例えば、各ユニットが直交座標系ロボットのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの動作をする単位で分離されたユニットとする場合に、ロボットヘの指令がロボットの先端が座標(Ｘ、Ｙ、Ｚ)の位置決めのような場合に、ロボット先端の最終位置決め位置が指令値どおりであればよい場合には、各ユニットは独自にそれぞれに与えられた目標位置決め位置、例えば、Ｘ軸ユニットであればＸ軸の目標軸へ移動すればよく、Ｙ軸、Ｚ軸もそれぞれのユニットが目標とするＹ軸、Ｚ軸の目標座標へ移動することでよい。

その他の第１１の形態は、前記その他の第１０の形態を適用したロボットシステムにおいて、各制御装置に他の制御装置との駆動制御の同期をとる手段を備えることを特徴とする。
このようなその他の第１１の形態は、前記その他の第１０の形態を適用したロボットシステムにおいて、各制御装置に他の制御装置との駆動制御の同期をとるようにするので、例えば、各ユニットが直交座標系ロボットのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの動作をする単位で分離されたユニットとする場合に、ロボットヘ指令がロボットの先端の移動中の軌跡を所定の軌跡に沿って移動させる動作指令に対応できるようになる。

具体的には、各軸のユニットは、他の駆動軸のユニットが現在何処にいるかをセンサあるいは通信等の手段により、情報を逐次入手して、他のユニットの現在位置と自分の現在位置とを総合したロボット先端の現在位置が指令の移動軌跡に沿うように、自分自身のユニットの移動速度を他のユニットに協調するように制御することで実現できる。
各駆動軸ユニットが常時、他の駆動軸ユニットの情報を参照しながら協調制御を行なうようにすれば、万一、少し異常をきたした駆動軸ユニットが何処にあったとしても、他の駆動軸ユニットは、その異常なユニットの動作に合わせて協調制御するようにしてもよい。

その他の第１２の形態は、前記その他の第１１の形態を適用したロボットシステムにおいて、各ユニットの制御装置が他のユニットの制御装置と駆動制御の同期をとる手段は、時刻を合わせる機能を有することを特徴とする。
このようなその他の第１２の形態は、各ユニットの制御装置の同期をとる手段として、時刻を合わせる機能を有することから、各軸のユニットが他の駆動軸のユニットの現在位置とか状態をセンサあるいは通信等の手段により情報を逐次入手しながら協調制御を行なわなくとも、合わせた時刻を基準として予め定められた時間軸を基準とした動作を各駆動軸のユニットが時間軸のタイミングに合わせて駆動制御するだけで、各駆動軸のユニットの協調制御を容易に実現することができる。この方式は、簡単に各軸ユニットの協調制御を実現できる。一方、異常な駆動軸ユニットが生じた場合も他の駆動軸ユニットは時間軸に沿って予め定められた動作を継続するので、そのような場合には協調制御ができないので、全駆動軸ユニットの制御を停止する制御を行なってもよい。

その他の第１３の形態は、前記その他の第１０〜第１２の形態を適用したロボットシステムにおいて、各駆動部分の制御装置は、他の各制御装置と直接に無線通信を行ない各制御装置の運転状態を確認するとともに、他の制御装置の運転状態が正常でない状態あるいは他の制御装置との通信状態が正常でない状態となった場合には各制御装置がロボットの停止制御を行なうようにしたことを特徴とする。
このようなその他の第１３の形態は、各駆動部分の制御装置は他の各制御装置と直接に無線通信を行ない各制御装置の運転状態を確認するとともに、他の制御装置の運転状態が正常でない状態あるいは他の制御装置との通信状態が正常でない状態となった場合には各制御装置がロボットの停止制御を行なうようにする。
そのため、自分自身の駆動軸ユニットが異常となった場合に自分自身のユニットが停止するとともに他の駆動軸ユニットも停止させることができ、自分自身のユニットが正常でも他の駆動軸ユニットに異常が生じた場合には自分自身のユニットを停止処理するので、どれかの駆動軸ユニットに異常が生じればロボット全体を安全に停止処理させることができる。

なお、前述したように、本発明は、動力源を搭載したロボットに関するものであり、特にバッテリ等を搭載してケーブルレスで移動可能とする移動式ロボットで監視点検ロボットのほか、家庭内での介護ロボット等の軽作業用から工場の重量物を取扱うクレーンマニピュレータ、さらには原子力発電所等で人が容易にアクセスできない場所での遠隔自動機器に有効な動力源を搭載したロボット等として有効に適用可能である。

第１実施形態に係わるマニピュレータ台車を有するロボットシステムの側面図である。 第２実施形態のロボットシステムの燃料交換装置の平面図である。 第２実施形態の変形形態の原子力発電所におけるロボットシステムの制御棒駆動機構交換装置の平面図である。 第２実施形態の制御棒駆動機構交換装置のバッテリ動力源の基本ブロック図である。 第３実施形態の制御装置を地面上に設置したときの複数駆動軸ロボットシステムの概念的構成図である。 第３実施形態の変形形態の制御装置を各移動台車に搭載したときの複数駆動軸ロボットシステムの概念的構成図である。 オペレータからの動作指令の実行可否を判断する部分の基本的な機能ブロック図である。 第１、２、３実施形態における制御ソフトの基本的な制御フローを示す流れ図である。 マニピュレータ台車である走行台車、横行台車の運用を説明するための鳥瞰説明図である。 図９の鳥瞰説明図の各駆動軸のタイムチャートの一例を示す図である。 (ａ)〜 (ｄ)は、図１０(ａ)に示す走行台車の走行軸のSV1の動作時、すなわち走行台車がP1からP2へ移動するときの仕事量の求め方の一例を説明するための図である。 第４実施形態の介護ロボットシステムを示す概念的斜視図である。 図１２に示す介護ロボットシステムの無線チャンネル系統の概念的構成図である。 図１３に示す介護ロボットシステムの制御装置の基本的な動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図１３に示す介護ロボットシステムの制御装置の基本的な動作の一例を説明するためのフローチャートであり、図１４の続きのフローチャートである。 操作器の基本的な動作制御の一例を示すフローチャートである。 第５実施形態における原子力発電所の原子炉建屋オペフロのロボットシステムの概念的構成図である。

符号の説明

１…オペレータ(入力元)、
４…架台(ロボット)、
４Ｃ…ロック機構付きキャスタ(ロボット)、
１０…固定局通信装置、
２０、２１、２２‥通信装置(無線通信装置)、
３０、３０ａ、３０ｂ、３１ａ…移動側受電部、
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…固定側給電部(エネルギ補給可能なポジション)、
６０、６１…バッテリ(動力源)、
７０…センサ(残エネルギ取得手段、ロボット)、
７５、Ｆ７５…手先カメラ(ロボット)、
８０…操作器、
８１…音声入出力装置(ロボット)、
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０ Ｄ…走行台車(ロボット)、
１２０…横行台車(ロボット)、
１３０…伸縮機構(ロボット)、
１４０…マニピュレータ(ロボット)、
１５０…ハンド (ロボット)、
２００、２０１、２０２、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ…シミュレータ搭載の制御装置(残エネルギ取得手段、実行可否判断手段、実行手段、入力元、待機制御手段、通知手段、同期手段)、
Ｆ１５０…燃料交換装置のグラップル、
B001…残りエネルギ検知・検知推定手段(残エネルギ取得手段)
B002…シミュレータ、
B004…比較判断手段(実行可否判断手段)
B005…制御実行手段(実行手段)
B007…実行不可報知手段(通知手段)
Ｄ６…駆動回路(実行手段)
Ｄ６Ａ、Ｄ６Ｂ、Ｄ６Ｃ、Ｄ６Ｄ…駆動回路(実行手段)
Ｓ１、Ｓ５…ロボットシステム、
Ｓ２…燃料交換装置(ロボットシステム)、
Ｓ２ａ…制御棒駆動機構交換装置(ロボットシステム)、
Ｓ３…複数駆動軸ロボットシステム(ロボットシステム)、
Ｓ３ａ…複数駆動軸ロボットシステム(ロボットシステム)、
Ｓ４…複数駆動軸ロボットシステム(ロボットシステム)

Claims (13)

1. 動力源をロボットに搭載するとともに、動作指令に従って該ロボットに動作を実行させるロボットシステムであって、
   前記動力源の残りエネルギを求める残エネルギ取得手段と、
   前記動作指令に対して、予め準備された仮想モデルに対して前記動作指令を仮想的に実行することにより、前記動作指令を実行した場合の消費エネルギを予測するシミュレータと、
   前記動力源の残りエネルギと前記シミュレータで予測した消費エネルギとを比較して前記動作指令を実行可能か否か判断する実行可否判断手段と、
   前記比較判断の結果、前記動作指令を実行可能と判断した場合に前記動作指令を前記ロボットに実行させる実行手段とを
   備えることを特徴とするロボットシステム。
2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記残エネルギ取得手段は、前記動力源の残りエネルギを、検知するかまたは前記残りエネルギに係わる物理量を検知して推定するかまたは前記動力源のエネルギを用いて行った仕事量から推定する
   ことを特徴とするロボットシステム。
3. 請求項１または請求項２に記載のロボットシステムにおいて、
   前記実行可否判断手段による比較判断の結果、前記動作指令を実行不可能と判断した場合、前記動作指令を入力した入力元に対して、前記動作指令を実行不可能であることを知らせる通知手段を備える
   ことを特徴とするロボットシステム。
4. 請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボットが動作しない場合、前記動力源へのエネルギが補給可能なポジションに待機させる制御を行う待機制御手段を備える
   ことを特徴とするロボットシステム。
5. 請求項４に記載のロボットシステムにおいて、
   前記待機制御手段は、前記動作指令の開始時のポジションと終了時のポジションがエネルギ補給可能なポジションとする
   ことを特徴とするロボットシステム。
6. 請求項４に記載のロボットシステムにおいて、
   前記待機制御手段は、前記動作指令が所定時間以上途絶えた場合、前記ロボットに現在のポジションからエネルギ補給可能なポジションヘと自動退避させる
   ことを特徴とするロボットシステム。
7. 請求項１から請求項６のうちの何れか一項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記エネルギ補給可能なポジションを複数箇所設けた
   ことを特徴とするロボットシステム。
8. 請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載のロボットシステムにおいて、
   １台の前記ロボットの複数の駆動軸に対して、それぞれ分離可能なように、前記動力源とエネルギ補給可能なポジションとを、それぞれ複数設けた
   ことを特徴とするロボットシステム。
9. 請求項８に記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分の制御信号の伝送を、無線通信装置を介して行なう
   ことを特徴とするロボットシステム。
10. 請求項８に記載のロボットシステムにおいて、
    前記ロボットにおける分離して駆動する各駆動部分に制御信号の伝送を行なう無線通信装置と、前記分離して駆動される各駆動部分の制御を司る制御装置とを前記ロボットに搭載する
    ことを特徴とするロボットシステム。
11. 請求項１０に記載のロボットシステムにおいて、
    各前記制御装置に他の前記制御装置との駆動制御の同期をとる同期手段を備える
    ことを特徴とするロボットシステム。
12. 請求項１１に記載のロボットシステムにおいて、
    前記同期手段は、時刻を合わせる機能を有する
    ことを特徴とするロボットシステム。
13. 請求項１０から請求項１２のうちの何れか一項に記載のロボットシステムにおいて、
    前記各駆動部分の制御装置は、他の各前記制御装置と直接に無線通信を行ない他の各前記制御装置の運転状態を確認するとともに、他の前記制御装置の運転状態が正常でない状態または他の前記制御装置との通信状態が正常でない状態となった場合、各前記制御装置がロボットの停止制御を行なう
    ことを特徴とするロボットシステム。

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