JP2018127151A - Hopper robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動しながら作業を行うロボットとそれを制御するコンピュータとからなるロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot system including a robot that performs work while moving and a computer that controls the robot.
この種の技術分野において従来からあるロボットには、クローラ式ロボットやヘリコプターロボットがある。クローラ式ロボットは、作業性に富むが不整地における移動には不向きである。ヘリコプター型ロボットは、移動の自由度は高いが作業性に乏しい。 Conventional robots in this technical field include crawler robots and helicopter robots. A crawler robot is excellent in workability but is not suitable for movement on rough terrain. A helicopter type robot has a high degree of freedom of movement, but is not easy to work with.
特許文献１には、空気を供給するファンの回転軸を動力装置と連結して物体を空中に浮上させた後、エンジンやモータ等の動力装置に動力源に切り替えて推進する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technology in which a rotating shaft of a fan for supplying air is connected to a power unit to float an object in the air and then switched to a power source such as an engine or a motor for propulsion. Yes.
特許文献２には、ダクテッドファン無人航空システム用のハイブリッド動力について開示されている。ダクテッドファンが内燃機関と発電機を動力源として使い分けるものである。 Patent Document 2 discloses hybrid power for a ducted fan unmanned aerial system. Ducted fans use an internal combustion engine and a generator as power sources.
特許文献３には、ダクテッドファン型無人飛翔体（ＵＡＶ）が開示されている。ＵＡＶに対する耐障害性飛行制御に関するものである。 Patent Document 3 discloses a ducted fan type unmanned flying vehicle (UAV). This relates to fault-tolerant flight control for UAVs.
特許文献４には、ダクテッドファン等を使用した垂直離着陸機類の垂直飛行の際に発生させる上昇気流を利用した垂直方向への推力を加えることで、安定性を確保する技術が開示されている。 Patent Document 4 discloses a technique for ensuring stability by applying a thrust in a vertical direction using an updraft generated during vertical flight of a vertical take-off and landing aircraft using a ducted fan or the like.
特許文献５には、左右一対のダクテッドファンを備えた垂直離着陸機の一般的な構成を開示している。ダクテッドファンを並列方向に２つ備えたものである。 Patent Document 5 discloses a general configuration of a vertical take-off and landing aircraft including a pair of left and right ducted fans. Two ducted fans are provided in the parallel direction.
特許文献６には、操縦者にジェットベルトにより固定することができる、ダクテッドファンにより浮上する垂直離着陸個人飛行装置が開示されている。 Patent Document 6 discloses a vertical take-off and landing personal flight device that can be fixed to a pilot by a jet belt and is levitated by a ducted fan.
特許文献７には、無人航空機（ＵＡＶ）ダクテッドファンのリップ成形について開示している。 Patent Document 7 discloses lip molding of an unmanned aerial vehicle (UAV) ducted fan.
特許文献８には、推進器としてダクテッドファンを用いた垂直離着陸機が開示されている。特に狭い空間で移動するために、揚力及び推力の発生に工夫がある。 Patent Document 8 discloses a vertical take-off and landing aircraft using a ducted fan as a propulsion device. In particular, in order to move in a narrow space, there is a device for generating lift and thrust.
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、クローラ型ロボット及びヘリコプター型ロボットの欠点を補完し、不整地であっても移動可能であって且つ作業効率の高い作業ロボットを提供することを目的とする。 The present invention has been devised under such a background, complements the drawbacks of crawler type robots and helicopter type robots, and is a work robot that can move even on rough terrain and has high work efficiency. The purpose is to provide.
本発明の好適な態様であるホッパーロボットは、空気取り入れ口を有し、一方向に延在するダクトと、前記ダクト内に回転自在に支持されたダクテッドファンと、前記ダクトを支持するロボット構造体と、外部コンピュータ装置から送信された操作信号を受信する無線通信装置と、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）と、前記ダクテットファンが作り出す気流の流路に設けられたラダーと、回転自在に支持されたモメンタムホイールと、前記無線通信装置の出力信号及び前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、前記ダクテッドファンを動かして当該ホッパーロボットの飛翔力を作り出すとともに、前記ラダー及び前記モメンタムホイールを動かして当該ホッパーロボットの姿勢及び方向を制御する制御装置とを具備し、前記ダクテッドファンの回転軸と前記モメンタムホイールの回転軸が平行であり、且つ前記ダクテッドファンの回転方向と前記モメンタムホイールの回転方向が逆方向であることを特徴とする。 A hopper robot according to a preferred aspect of the present invention includes an air intake port, a duct extending in one direction, a ducted fan rotatably supported in the duct, and a robot structure that supports the duct. A wireless communication device that receives an operation signal transmitted from an external computer device, an inertial measurement unit (IMU), a ladder provided in a flow path of an air flow created by the ductet fan, and a rotatable Based on the supported momentum wheel, the output signal of the wireless communication device, and the output signal of the inertial measurement device, the ducted fan is moved to create the flying force of the hopper robot, and the ladder and the momentum wheel are moved. A control device for controlling the posture and direction of the hopper robot. The rotation axis of the duck fan and the rotation axis of the momentum wheel are parallel, and the rotation direction of the ducted fan and the rotation direction of the momentum wheel are opposite to each other.
この態様において、前記制御装置は、前記ダクテットファンの単位時間当たりの回転数と前記ダクテットファンの慣性モーメントの積と前記モメンタムホイールの単位時間当たりの回転数と前記モメンタムホイールの慣性モーメントの積が等しくなるように、前記ダクテッドファン及び前記モメンタムホイールの両方又は一方の単位時間当たりの回転数を制御してもよい。 In this aspect, the control device is a product of a product of a rotational speed per unit time of the ductet fan and an inertia moment of the ductet fan, a rotational speed of the momentum wheel per unit time and an inertia moment of the momentum wheel. The rotational speed per unit time of both or one of the ducted fan and the momentum wheel may be controlled so that they are equal.
また、前記ロボット構造体は、前記ダクトの延在方向に沿って延在する３つ以上の所定個数の伸縮脚と、前記所定個数の伸縮脚の各々の伸縮をロックするロック機構と、前記所定個数の伸縮脚の各々の下端が地面に着地したか否かを検知するセンサとを具備し、前記制御装置は、当該ホッパーロボットの着地の際に、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地するまでは前記所定個数の伸縮脚の何れの伸縮のロックもせずに、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地したときに前記所定個数の伸縮脚の全ての伸縮をロックする制御を不整地着地制御として行うようにしてもよい。 Further, the robot structure includes a predetermined number of three or more extendable legs extending along an extending direction of the duct, a lock mechanism that locks expansion / contraction of each of the predetermined number of extendable legs, and the predetermined structure. A sensor for detecting whether or not the lower ends of each of the number of telescopic legs have landed on the ground, and the control device is configured such that when the hopper robot is landed, all the lower ends of the predetermined number of telescopic legs are Without the locking of any expansion / contraction of the predetermined number of extendable legs until landing on the ground, all the expansion / contraction of the predetermined number of expansion / contraction legs is performed when all the lower ends of the predetermined number of expansion / contraction legs land on the ground. Control for locking may be performed as uneven landing control.
また、前記ダクトの延在方向をＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ軸方向とし、前記Ｚ軸方向及び前記Ｘ方向の両方と直交する方向をＹ軸方向として右手直交系を構成し、前記Ｚ軸方向における前記タグデットファンの回転軸の真下に前記モメンタムホイールの回転軸があるようにしてもよい。 The duct extending direction is the Z-axis direction, one direction orthogonal to the Z-axis direction is the X-axis direction, and the direction orthogonal to both the Z-axis direction and the X direction is the Y-axis direction. An orthogonal system may be configured, and the rotation axis of the momentum wheel may be located directly below the rotation axis of the tag debt fan in the Z-axis direction.
また、前記モメンタムホイールは、円柱状をなしており、前記モメンタムホイールは、当該モメンタムホイールの中心が前記Ｚ軸方向における前記ダクテットファンの回転軸の真下になる位置に支持されていてもよい。 The momentum wheel may have a columnar shape, and the momentum wheel may be supported at a position where the center of the momentum wheel is directly below the rotation axis of the ductet fan in the Z-axis direction.
また、前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｘ軸方向に対向する第１のラダー及び第２のラダーと、前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｙ軸方向に対向する第３のラダー及び第４のラダーとを具備し、前記第１のラダー及び第２のラダーは前記Ｘ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記第３のラダー及び第４のラダーは前記Ｙ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記制御装置は、当該ホッパーロボットの飛翔中において、前記第１のラダー及び第２のラダーの回動と前記第３のラダー及び第４のラダーの回動を個別に制御するようにしてもよい。 Also, a first ladder and a second ladder facing the X-axis direction across the rotation axis of the ducted fan, and a third ladder and a fourth ladder facing the Y-axis direction across the rotation axis of the ducted fan. The first ladder and the second ladder are supported so as to be rotatable around the axis of the X axis, and the third ladder and the fourth ladder are the Y axis. The control device supports the rotation of the first ladder and the second ladder and the third ladder and the fourth ladder during the flight of the hopper robot. The rotation of the ladder may be individually controlled.
また、前記慣性計測装置は、前記Ｘ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号、前記Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号、前記Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号、前記Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号を出力し、前記制御装置は、前記操作信号と、前記Ｘ軸加速度信号、前記Ｙ軸加速度信号、前記Ｚ軸加速度信号、前記Ｘ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回り角度信号との関係に基づいて、前記第１のラダー、前記第２のラダー、前記第３のラダー、及び前記第４のラダーの回転角度を決定し、前記１のラダー及び前記第２のラダーは共通の回転角度に制御されるようになっており、前記第３のラダー及び前記第４のラダーは個別の回転角度に制御されるようになっていてもよい。 The inertial measurement device includes an X-axis acceleration signal indicating acceleration in the X-axis direction, a Y-axis acceleration signal indicating acceleration in the Y-axis direction, a Z-axis acceleration signal indicating acceleration in the Z-axis direction, and the X-axis. X-axis angular velocity signal indicating the angular velocity around, X-axis angular signal indicating the angle around the X-axis, Y-axis angular velocity signal indicating the angular velocity around the Y-axis, and Y-axis indicating the angle around the Y-axis An angle signal, a Z-axis angular velocity signal indicating the angular velocity around the Z-axis, and a Z-axis angular signal indicating the angle around the Z-axis, and the control device outputs the operation signal and the X-axis acceleration signal. The Y-axis acceleration signal, the Z-axis acceleration signal, the X-axis rotation angular velocity signal, the X-axis rotation angle signal, the Y-axis rotation angular velocity signal, the Y-axis rotation angle signal, the Z-axis rotation angular velocity signal, and the Relationship with Z-axis rotation angle signal The rotation angle of the first ladder, the second ladder, the third ladder, and the fourth ladder is determined, and the first ladder and the second ladder have a common rotation angle. The third ladder and the fourth ladder may be controlled to individual rotation angles.
図１は、本発明の一実施形態であるロボットシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、ロボットシステムは、ホッパーロボット２とコンピュータ装置１とを有する。ホッパーロボット２とコンピュータ装置１は、ブルートウース（登録商標）によるコネクションが確立されている。ロボットシステムは、人手による作業が困難な場所（例えば、不整地）において、コンピュータ装置１の制御の下に、ホッパーロボット２を飛翔させながら、ホッパーロボット２に作業を行わせるものである。コンピュータ装置１には、ホッパーロボット２を遠隔操作する操作プログラムが実装されている。コンピュータ装置１のインターフェース画面において、操作が行われると、操作内容を示す操作信号ＳＣでキャリアを変調した無線信号がホッパーロボット２に送信される。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a robot system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the robot system includes a hopper robot 2 and a computer device 1. The connection between the hopper robot 2 and the computer apparatus 1 is established by Brute Wose (registered trademark). The robot system causes the hopper robot 2 to perform work while flying the hopper robot 2 under the control of the computer device 1 in a place where manual work is difficult (for example, rough terrain). The computer device 1 has an operation program for remotely operating the hopper robot 2. In the interface screen of the computer device 1, the operation is performed, radio signal modulates the carrier with the operation signal S C indicating the operation content is transmitted to the hopper robot 2.
図２は、ホッパーロボット２の正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。図４（Ａ）は、図２を矢印Ｂ方向から見た図（上面図）である。図４（Ｂ）は、図２を矢印Ｃ方向から見た図（下面図）である。 FIG. 2 is a front view of the hopper robot 2. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 2. 4A is a diagram (top view) of FIG. 2 viewed from the direction of arrow B. FIG. FIG. 4B is a view (bottom view) of FIG. 2 viewed from the direction of arrow C.
図２、図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ホッパーロボット２は、ダクテッドファン４と、ダクテッドファン４を回転自在に支持するダクト１３と、ダクト１３を支持するロボット構造体９とを有する。ダクト１３は、一方向に延在する筒状の部材である。ダクト１３の一方の開口には空気取り入れ口１２がある。 As shown in FIGS. 2, 3, 4 (A), and 4 (B), the hopper robot 2 includes a ducted fan 4, a duct 13 that rotatably supports the ducted fan 4, and a robot structure that supports the duct 13. And a body 9. The duct 13 is a cylindrical member extending in one direction. At one opening of the duct 13 is an air intake 12.
ダクテッドファン４は、ダクト１３の延在方向に沿った気流の流れを作り出す役割を果たすものである。ダクテッドファン４は、半球状の中心体５の周縁に複数の羽６を固定したものである。羽の枚数は、３〜１２と任意であるが、ここでは６枚とする。ダクテッドファン４は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号の供給を受け、この信号に応じて回転する。 The ducted fan 4 plays a role of creating a flow of airflow along the extending direction of the duct 13. The ducted fan 4 has a plurality of wings 6 fixed to the periphery of a hemispherical central body 5. The number of wings is 3-12, but is 6 here. Ducted fan 4 receives a pulse width modulation (PWM) signal and rotates in response to this signal.
図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ホッパーロボット２におけるダクト１３の延伸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方と直交する方向をＹ軸方向とすると、ダクテッドファン４の６つの羽６−ｋ（ｋ＝１〜６）は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な面において放射状に広がっている。ダクテッドファン４の回転軸（中心体５の中心）は、Ｚ軸と平行である。ここで、図４（Ａ）における〇の中に●を記した印は、Ｚ軸が紙面の奥から手前に向かっていることを示すものである。図４（Ｂ）における〇の中に×を記した印は、Ｚ軸が紙面の手前から奥に向かっていることを示すものである。簡便のため、図２及び図３にも、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向を示す線及び印を記している。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the extending direction of the duct 13 in the hopper robot 2 is the Z-axis direction, the direction perpendicular to the Z-axis direction is the X direction, the Z-axis direction and the X-axis Assuming that the direction perpendicular to both the axial directions is the Y-axis direction, the six blades 6-k (k = 1 to 6) of the ducted fan 4 spread radially in a plane parallel to the X-axis and the Y-axis. The rotational axis of the ducted fan 4 (the center of the central body 5) is parallel to the Z axis. Here, the mark with ● in the circle in FIG. 4A indicates that the Z-axis is directed from the back of the page to the front. In FIG. 4 (B), a mark with a cross indicates that the Z-axis is directed from the front of the page to the back. For simplicity, FIGS. 2 and 3 also show lines and marks indicating the directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis.
ロボット構造体９は、導流体１２０と、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒと、上部デッキ１４１と、中部デッキ１４２と、下部デッキ１４３とを有する。導流体１２０は、筒状の部材である。導流体１２０の一端は、ダクト１３における空気取り入れ口１２の反対側の端部に固定されている。導流体１２０の直径は、ダクト１３の内周の直径よりも小さく、ダクテッドファン４の中心体５の直径より大きい。流動体におけるダクト１３に固定されている側の半分は、ダクト１３に近づくほど直径が僅かに小さくなっている。Ｘ軸及びＹ軸に平行な面における導流体１２０の中心は、ダクテッドファン４の回転軸（中心体５の中心）と一致している。 The robot structure 9 includes a fluid guide 120, telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R, an upper deck 141, a middle deck 142, and a lower deck 143. The guiding fluid 120 is a cylindrical member. One end of the guiding fluid 120 is fixed to the end of the duct 13 opposite to the air intake 12. The diameter of the guiding fluid 120 is smaller than the diameter of the inner periphery of the duct 13 and larger than the diameter of the central body 5 of the ducted fan 4. The diameter of the half of the fluid that is fixed to the duct 13 is slightly smaller toward the duct 13. The center of the fluid guide 120 in a plane parallel to the X axis and the Y axis coincides with the rotation axis of the ducted fan 4 (the center of the central body 5).
伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒは、ダクト１３の延在方向に沿って延伸している。図３に示すように、伸縮脚２１Ｆは、筒体２２Ｆと筒体２２Ｆ内に収められた棒体２３Ｆとからなる。伸縮脚２１Ｂは、筒体２２Ｂと筒体２２Ｂ内に収められた棒体２３Ｂとからなる。図２に示すように、伸縮脚２１Ｌは、筒体２２Ｌと筒体２２Ｌ内に収められた棒体２３Ｌとからなる。伸縮脚２１Ｒは、筒体２２Ｒと筒体２２Ｒ内に収められた棒体２３Ｒとからなる。 The telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R extend along the direction in which the duct 13 extends. As shown in FIG. 3, the telescopic leg 21F includes a cylindrical body 22F and a rod body 23F accommodated in the cylindrical body 22F. The telescopic legs 21B include a cylindrical body 22B and a rod body 23B housed in the cylindrical body 22B. As shown in FIG. 2, the telescopic leg 21L includes a cylindrical body 22L and a rod body 23L housed in the cylindrical body 22L. The telescopic leg 21R includes a cylindrical body 22R and a rod body 23R accommodated in the cylindrical body 22R.
図４（Ｂ）に示すように、伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆの一端及び伸縮脚２１Ｂの筒体２２Ｂの一端は、ダクト１３の下面におけるＸ軸方向に対向する各位置に固定されている。伸縮脚２１Ｌの筒体２２Ｌの一端及び伸縮脚２１Ｒの筒体２２Ｒの一端は、ダクト１３の下面におけるＹ軸方向に対向する各位置に固定されている。 As shown in FIG. 4B, one end of the cylindrical body 22F of the telescopic leg 21F and one end of the cylindrical body 22B of the telescopic leg 21B are fixed at respective positions facing the X axis direction on the lower surface of the duct 13. One end of the cylindrical body 22L of the telescopic leg 21L and one end of the cylindrical body 22R of the telescopic leg 21R are fixed at respective positions facing the Y axis direction on the lower surface of the duct 13.
図３に示すように、伸縮脚２１Ｆの棒体２３Ｆは、筒体２２Ｆにおけるダクト１３に固定された側と反対側の開口から筒体２２Ｆ外に露出している。伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆ内の下縁と棒体２３Ｆの上縁には、互いの係合によって筒体２２Ｆから棒体２３Ｆが抜け落ちるのを防ぐストッパが設けられている。棒体２３Ｆの露出部分の先端には、逆さドーム状の先端部２４Ｆがある。伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆ内における下縁よりも僅かに上の位置にはセンサ２５Ｆとロック装置２６Ｆが設けられている。センサ２５Ｆは、伸縮脚２１Ｆの先端部２４Ｆが地面に設置したか否かを検知する役割を果たすものである。センサ２５Ｆは、筒体２２Ｆ内を摺動する棒体２３Ｆの上端が当該センサ２５Ｆのセンシング点を通過すると、そのことを示す検知信号を出力する。 As shown in FIG. 3, the rod body 23F of the telescopic leg 21F is exposed to the outside of the cylinder body 22F from the opening opposite to the side fixed to the duct 13 in the cylinder body 22F. A stopper that prevents the rod body 23F from falling off the cylinder body 22F due to mutual engagement is provided at the lower edge of the telescopic leg 21F in the cylinder body 22F and the upper edge of the rod body 23F. At the tip of the exposed portion of the rod 23F, there is a tip 24F having an inverted dome shape. A sensor 25F and a lock device 26F are provided at a position slightly above the lower edge in the cylindrical body 22F of the telescopic leg 21F. The sensor 25F serves to detect whether or not the distal end portion 24F of the telescopic leg 21F is installed on the ground. When the upper end of the rod body 23F that slides inside the cylindrical body 22F passes the sensing point of the sensor 25F, the sensor 25F outputs a detection signal indicating that fact.
ロック装置２６Ｆは、伸縮脚２１Ｆの伸縮をロックするロック機構としての役割を果たす。ロック装置２６Ｆは、ＰＷＭ信号の供給を受け、この信号に応じて、筒体２２Ｆ内の棒体２３Ｆに規制部材を押し付けて摩擦力による摺動を規制した伸縮ロック状態と、棒体２３Ｆから規制部材を離して摺動の規制を解除した伸縮非ロック状態とを切り替える。 The lock device 26F serves as a lock mechanism that locks the expansion and contraction of the extendable legs 21F. The lock device 26F receives the supply of the PWM signal, and in response to the signal, the lock device 26F presses the restriction member against the rod body 23F in the cylindrical body 22F to restrict the sliding due to the frictional force, and the rod body 23F regulates. The expansion / contraction non-lock state in which the restriction of sliding is released by releasing the member is switched.
伸縮脚２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒの構造は、伸縮脚２１Ｆのそれと同様である。 The structure of the telescopic legs 21B, 21L, and 21R is the same as that of the telescopic legs 21F.
上部デッキ１４１、中部デッキ１４２、及び下部デッキ１４３は、環状をなしている。上部デッキ１４１は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける導流体１２０とダクト１３の固定部位の近傍の各位置に固定されている。中部デッキ１４２は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける上部デッキ１４１から下側（空気取り入れ口１２の側と反対側）に離れた各位置に固定されている。下部デッキ１４３は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける中部デッキ１４２から下側（空気取り入れ口１２の側と反対側）に離れた各位置に固定されている。 The upper deck 141, the middle deck 142, and the lower deck 143 have an annular shape. The upper deck 141 is fixed to each position in the vicinity of the fixing portion of the ducts 13 and the fluid guide 120 in the telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R. The middle deck 142 is fixed at each position away from the upper deck 141 on the telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R to the lower side (opposite side of the air intake 12). The lower deck 143 is fixed at each position away from the middle deck 142 in the telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R to the lower side (the side opposite to the air intake 12 side).
導流体１２０の外周のダクテッドファン４が作り出す流路上における下部デッキ１４３の内側にあたる位置には、４個のラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１Ｒが設けられている。導流体１２０内には、ラダー駆動装置２０５Ｆ、２０５Ｂ、２０５ＬＲ、モメンタムホイール７、モメンタムホイール駆動装置２０４、バッテリ１５１、１５２、無線通信装置２０１、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２０２、及び制御装置２０３が収められている。 Four ladders 11 </ b> F, 11 </ b> B, 11 </ b> L, and 11 </ b> R are provided at positions on the inside of the lower deck 143 on the flow path created by the ducted fan 4 on the outer periphery of the fluid guiding fluid 120. In the guiding fluid 120, ladder driving devices 205F, 205B, and 205LR, a momentum wheel 7, a momentum wheel driving device 204, batteries 151 and 152, a wireless communication device 201, an IMU (Inertial Measurement Unit) 202, and a control A device 203 is housed.
ラダー１１Ｆ及び１１Ｂは、ダクテッドファン４の回転軸を挟んでＸ軸方向に対向している。ラダー１１Ｌ及び１１Ｒは、ダクテッドファン４の回転軸を挟んでＹ軸方向に対向している。ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、１１Ｒは、軸に矩形板を取り付けた鉈のような形をしている。 The ladders 11F and 11B are opposed to each other in the X-axis direction with the rotation axis of the ducted fan 4 interposed therebetween. The ladders 11L and 11R are opposed to each other in the Y axis direction with the rotation axis of the ducted fan 4 interposed therebetween. The ladders 11F, 11B, 11L, and 11R have a shape like a basket with a rectangular plate attached to the shaft.
ラダー１１Ｆの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５Ｆに支持されている。ラダー駆動装置２０５Ｆは、ＰＷＭ信号の供給をうけ、この信号に応じて、ラダー１１ＦをＸ軸の軸回りに回動させる。ラダー１１Ｂの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５Ｂに支持されている。ラダー駆動装置２０５Ｂは、ＰＷＭ信号の共有を受け、この信号に応じて、ラダー１１ＢをＸ軸の軸回りに回動させる。 The shaft of the ladder 11F is supported by a ladder driving device 205F in the fluid guiding fluid 120. The ladder driving device 205F receives the supply of the PWM signal, and rotates the ladder 11F around the X axis in response to this signal. The shaft of the ladder 11B is supported by a ladder driving device 205B in the fluid guiding fluid 120. The ladder driving device 205B receives the sharing of the PWM signal, and rotates the ladder 11B around the X axis in response to this signal.
ラダー１１Ｌ及び１１Ｒの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５ＬＲに支持されている。ラダー駆動装置２０５ＬＲは、ＰＷＭ信号の共有を受け、この信号に応じて、ラダー１１Ｌ及び１１ＲをＹ軸回りに回動させる。 The shafts of the ladders 11L and 11R are supported by a ladder driving device 205LR in the fluid guiding fluid 120. The ladder driving device 205LR receives sharing of the PWM signal, and rotates the ladders 11L and 11R around the Y axis in accordance with this signal.
モメンタムホイール７は、ダクテッドファン４の回転の方向と逆方向の回転により、ジャイロ効果を打ち消す役割を果たすものである。モメンタムホイール７は、中実な円柱状をなしている。モメンタムホイール７の両端面の直径は、両端面間の距離（高さ）よりも十分に大きくなっている。モメンタムホイール７は、導流体１２０内の最下部におけるダクテッドファン４の真下にあたる位置に回転自在に支持されている。モメンタムホイール７の回転軸（中心体５の中心）は、Ｚ軸と平行である。Ｘ軸及びＹ軸に平行な面におけるモメンタムホイール７の回転軸は、ダクテッドファン４の回転軸と一致している。モメンタムホイール駆動装置２０４は、ＰＷＭ信号の供給を受け、この信号に応じてモメンタムホイール７を回転させる。 The momentum wheel 7 serves to counteract the gyro effect by rotating in the direction opposite to the direction of rotation of the ducted fan 4. The momentum wheel 7 has a solid cylindrical shape. The diameter of both end faces of the momentum wheel 7 is sufficiently larger than the distance (height) between both end faces. The momentum wheel 7 is rotatably supported at a position directly below the ducted fan 4 in the lowermost part in the fluid guiding fluid 120. The rotation axis of the momentum wheel 7 (the center of the central body 5) is parallel to the Z axis. The rotation axis of the momentum wheel 7 in a plane parallel to the X axis and the Y axis coincides with the rotation axis of the ducted fan 4. The momentum wheel driving device 204 receives the supply of the PWM signal and rotates the momentum wheel 7 in accordance with this signal.
バッテリ１５１、１５２は、バッテリ１５１、１５２の重心がダクテッドファン４の回転軸と一致するように、２個一組で対称に配置されている。 The batteries 151 and 152 are arranged symmetrically in pairs so that the centers of gravity of the batteries 151 and 152 coincide with the rotation axis of the ducted fan 4.
無線通信装置２０１は、コンピュータ装置１から送信された無線信号を受信し、この無線信号を復調し、この復調により得た操作信号ＳＣを出力する。 Wireless communication device 201 receives a radio signal transmitted from the computer device 1, demodulates the radio signal, and outputs the operation signal S C obtained by this demodulation.
ＩＭＵ２０２は、ホッパーロボット２のＸ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号ＳＸ、Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号ＳＹ、Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号ＳＺ、Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号ＳΨ、Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号Ｓ’Ψ、Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号ＳΦ、Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号Ｓ’Φ、Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号ＳΘ、及びＺ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号Ｓ’Θの９種類の信号を出力する。 The IMU 202 includes an X-axis acceleration signal S X indicating acceleration in the X-axis direction of the hopper robot 2, a Y-axis acceleration signal S Y indicating acceleration in the Y-axis direction, and a Z-axis acceleration signal S Z , X indicating acceleration in the Z-axis direction. An X-axis angular velocity signal S ψ indicating an angular velocity around the axis, an X-axis angular signal S ′ ψ indicating an angle around the X-axis, a Y-axis angular velocity signal S Φ indicating an angular velocity around the Y-axis, and an angle around the Y-axis N-axis angle signal S ′ Φ indicating Z-axis, Z-axis angle signal S Θ indicating the Z-axis angular velocity, and Z-axis angle signal S ′ Θ indicating the angle about the Z-axis are output. .
制御装置２０３は、ホッパーロボット２の制御中枢としての役割を果たす。制御装置２０３は、無線通信装置２０１の出力信号ＳＣ、及びＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θに基づいて、ダクテッドファン４を動かしてホッパーロボット２の飛翔力を作り出すとともに、ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、１１Ｒ、及びモメンタムホイール７を動かしてホッパーロボット２の姿勢及び方向を制御する。 The control device 203 serves as a control center for the hopper robot 2. The control device 203 outputs the output signal S C of the wireless communication device 201 and the output signals S X , S Y , S Z , S Ψ , S ′ Ψ , S Φ , S ′ Φ , S Θ , S ′ Θ of the IMU 202. Based on this, the ducted fan 4 is moved to create the flying force of the hopper robot 2 and the ladders 11F, 11B, 11L, 11R and the momentum wheel 7 are moved to control the attitude and direction of the hopper robot 2.
より詳細に説明すると、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２の離陸を指示するものである場合、ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１ＲをＺ軸と平行にし、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７を高速回転させる。これにより、ホッパーロボット２がＺ軸方向に上昇する。ここで、ダクテッドファン４の回転方向とモメンタムホイール７の回転方向は逆方向とし、ダクテッドファン４の単位時間当たりの回転数とモメンタムホイール７の回転数は、ダクテッドファン４の単位時間当たりの回転数とダクテッドファン４の慣性モーメントの積とモメンタムホイール７の単位時間当たりの回転数とモメンタムホイール７の慣性モーメントの積が等しくなるように制御するとよい。具体的には、モメンタムホイール７の回転数ＮＭＷをダクテッドファン４の回転数ＮＤＷに同期させて以下の関係式（１）を満たすように制御するとよい。
ＮＭＷ＝（ＩＤＦ／ＩＭＷ）ＮＤＦ・・・（１）
More particularly, the control unit 203, an operation signal S C is the case is an indication of the take-off of the hopper robot 2, ladder 11F, 11B, 11L, and 11R in parallel with the Z axis, ducted fan 4 and momentum The wheel 7 is rotated at high speed. Thereby, the hopper robot 2 rises in the Z-axis direction. Here, the rotational direction of the ducted fan 4 and the rotational direction of the momentum wheel 7 are opposite to each other, and the rotational speed per unit time of the ducted fan 4 and the rotational speed of the momentum wheel 7 are the same as the rotational speed per unit time of the ducted fan 4 and the ducted fan 4. It is preferable to control so that the product of the moment of inertia and the product of the number of revolutions of the momentum wheel 7 per unit time and the moment of inertia of the momentum wheel 7 are equal. Specifically, it may be controlled so as to satisfy the following relational expression (1) by synchronizing the rotational speed N MW momentum wheel 7 on the rotational speed N DW ducted fan 4.
N MW = (I DF / I MW ) N DF (1)
上記の式（１）にけるＩＤＦはダクテッドファン４の慣性モーメントであり、ＩＭＷはモメンタムホイール７の慣性モーメントである。よって、この回転数制御を行う場合、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７の慣性モーメント比率ＩＤＦ／ＩＭＷを前もって与えておく必要があり、両者の回転数を実時間で測定してモメンタムホイール７の回転制御を行う必要がある。 In the above formula (1), I DF is the moment of inertia of the ducted fan 4, and I MW is the moment of inertia of the momentum wheel 7. Therefore, when this rotational speed control is performed, it is necessary to provide the moment of inertia ratio I DF / I MW of the ducted fan 4 and the momentum wheel 7 in advance, and the rotational speed of the momentum wheel 7 is measured by measuring both rotational speeds in real time. It is necessary to control.
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２のピッチング（Ｙ軸回りの回転）を指示するものである場合は、操作信号ＳＣとＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θとの関係に基づいて、ラダー１１Ｌ及び１１ＲのＹ軸回りの共通の回転角度を決定し、この決定に従って、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒを回動させる。例えば、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒをラダー１１Ｆ側に回動すると、ホッパーロボット２が前傾姿勢（ダクテッドファン４を伸縮脚２１Ｆの側に傾けた姿勢）になり、ホッパーロボット２が前方に移動する。また、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒをラダー１１Ｂ側に回動すると、ホッパーロボット２が後傾姿勢（ダクテッドファン４伸縮脚２１Ｂの側に傾けた姿勢）になり、ホッパーロボット２が後方に移動する。 Further, when the operation signal S C indicates the pitching (rotation around the Y axis) of the hopper robot 2, the control device 203 controls the operation signal S C and the output signals S X , S Y , S of the IMU 202. Based on the relationship with Z 1 , S Ψ , S ′ Ψ , S Φ , S ′ Φ , S Θ , S ′ Θ , a common rotation angle around the Y axis of the ladders 11L and 11R is determined, and according to this determination, The ladders 11L and 11R are rotated. For example, when the ladders 11L and 11R are rotated to the ladder 11F side, the hopper robot 2 assumes a forward tilted posture (a posture in which the ducted fan 4 is tilted toward the telescopic leg 21F), and the hopper robot 2 moves forward. Further, when the ladders 11L and 11R are rotated to the ladder 11B side, the hopper robot 2 assumes a backward tilting posture (a posture tilted toward the ducted fan 4 telescopic leg 21B), and the hopper robot 2 moves backward.
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２のヨーイング（Ｚ軸回りの回転）を指示するものである場合は、操作信号ＳＣとＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θとの関係に基づいて、ラダー１１ＦのＸ軸回りの回転角度とラダー１１ＢのＸ軸回りの回転角度とを個別に決定し、この決定に従って、ラダー１１Ｆ及び１１Ｂを回動させる。例えば、ラダー１１Ｆがラダー１１Ｌ側に回動し、ラダー１１Ｂがラダー１１Ｒ側に回動すると、ホッパーロボット２は、上から見て、反時計回り方向にヨーイングする。ラダー１１Ｆがラダー１１Ｒ側に回動し、ラダー１１Ｂがラダー１１Ｌ側に回動すると、ホッパーロボット２は、上から見て、時計回り方向にヨーイングする。 In addition, when the operation signal S C indicates that the hopper robot 2 is yawing (rotation around the Z axis), the control device 203 controls the operation signal S C and the output signals S X , S Y , S of the IMU 202. Based on the relationship among Z , S Ψ , S ′ Ψ , S Φ , S ′ Φ , S Θ , S ′ Θ , the rotation angle around the X axis of the ladder 11F and the rotation angle around the X axis of the ladder 11B Determined individually, and the ladders 11F and 11B are rotated according to this determination. For example, when the ladder 11F rotates to the ladder 11L side and the ladder 11B rotates to the ladder 11R side, the hopper robot 2 yaws counterclockwise as viewed from above. When the ladder 11F rotates to the ladder 11R side and the ladder 11B rotates to the ladder 11L side, the hopper robot 2 yaws clockwise as viewed from above.
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２の着地を指示するものである場合は、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７の回転速度（単位時間当たりの回転数）を減速する。また、制御装置２０３は、この減速と併せて、不整地着地制御を行う。不整地着地制御は、ホッパーロボット２の着地位置が不整地であるか否かに関わらず、直立姿勢（ダクテッドファン４の回転軸が鉛直方向とほぼ一致している姿勢）で着地するための制御である。 Further, the control unit 203, an operation signal S C is the case is an indication of the landing of the hopper robot 2, which reduces the rotational speed of the ducted fan 4 and momentum wheel 7 (revolutions per unit time). Further, the control device 203 performs uneven landing control in conjunction with this deceleration. Irregular landing control is a control for landing in an upright posture (a posture in which the rotation axis of the ducted fan 4 substantially coincides with the vertical direction) regardless of whether or not the landing position of the hopper robot 2 is irregular. is there.
制御装置２０３は、不整地着地制御では、４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒを伸縮非ロック状態にしたまま４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのセンサ２５Ｆ、２５Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒからの検知信号の出力を待つ。４つのうち何れかの伸縮脚（例えば、伸縮脚２１Ｆ）の先端部２４Ｆが着地すると、着地した伸縮脚２１Ｆの棒体２３Ｆが筒体２２Ｆに収容され、その伸縮脚２１Ｆのセンサ２５Ｆが検知信号を出力する。制御装置２０３は、４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのセンサ２５Ｆ、２５Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全てが検知信号を出力すると、４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒを一斉に伸縮ロック状態にする。４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒが伸縮ロック状態になるまでの間は、先に着地した伸縮脚２１は筒体２２内に収容され続ける。このため、直立姿勢を保ったままでの着地が可能となる。 In the uneven landing control, the control device 203 controls the four telescopic legs 21F, 21B, and 21L while keeping the lock devices 26F, 26B, 26L, and 26R of the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R in the telescopic and unlocked state. , 21R sensors 25F, 25B, 21L, and 21R are awaited for output of detection signals. When the tip 24F of any one of the four extensible legs (for example, the extensible leg 21F) lands, the rod body 23F of the extensible leg 21F is accommodated in the cylinder 22F, and the sensor 25F of the extensible leg 21F detects the detection signal. Is output. When all of the sensors 25F, 25B, 21L, and 21R of the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R output detection signals, the control device 203 outputs a lock device 26F for the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R, 26B, 26L, and 26R are simultaneously brought into the telescopic lock state. Until the lock devices 26F, 26B, 26L, and 26R of the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, and 21R are in the telescopic lock state, the extensible leg 21 that has landed first continues to be accommodated in the cylindrical body 22. For this reason, it is possible to land while maintaining an upright posture.
以上が、本実施形態の詳細である。本実施形態によると、次の効果が得られる。
第１に、本実施形態のホッパーロボット２は、ダクテッドファン４を動かして飛翔力を作り出すとともに、ラダー１１及びモメンタムホイール７を動かして当該ホッパーロボット２の姿勢及び方向を制御するようになっている。よって、図５に示すように、間欠的な飛翔を繰り返しながら、作業効率の高い作業を行うことができる。
The above is the details of the present embodiment. According to this embodiment, the following effects can be obtained.
First, the hopper robot 2 of the present embodiment moves the ducted fan 4 to generate a flying force, and moves the ladder 11 and the momentum wheel 7 to control the posture and direction of the hopper robot 2. Therefore, as shown in FIG. 5, it is possible to perform work with high work efficiency while repeating intermittent flight.
第２に、本実施形態のホッパーロボット２は、モメンタムホイール７を有し、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行であり、且つダクテッドファン４の回転方向とモメンタムホイール７の回転方向が逆方向になっている。よって、本実施形態によると、ホッパーロボット２全体の角運動量を０に近づけ、制御に有害なジャイロ効果を打ち消すことができる。 Second, the hopper robot 2 of the present embodiment has a momentum wheel 7, the rotation axis of the ducted fan 4 and the rotation axis of the momentum wheel 7 are parallel, and the rotation direction of the ducted fan 4 and the rotation direction of the momentum wheel 7. Is in the opposite direction. Therefore, according to this embodiment, the angular momentum of the entire hopper robot 2 can be brought close to 0, and the gyro effect harmful to the control can be canceled.
第３に、本実施形態のホッパーロボット２は、着地の際に、４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全ての下端が地面に着地するまでは４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの何れの伸縮のロックもせずに、４個の伸縮脚の２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒ全ての下端が地面に着地したときに４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全ての伸縮をロックする制御を行う。よって、図５に示すような、斜めに傾いた不整地での着地を円滑に行うことができる。 Thirdly, the hopper robot 2 of the present embodiment has four telescopic legs 21F, 21B, and the like until all lower ends of the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, 21R land on the ground when landing. All of the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, 21R when the lower ends of all the four telescopic legs 21F, 21B, 21L, 21R land on the ground without locking any of the telescopic legs 21L, 21R Control to lock the expansion and contraction. Therefore, it is possible to smoothly perform the landing on the uneven terrain inclined as shown in FIG.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下の変形を加えてもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, you may add the following modifications to this embodiment.
（１）上記実施形態では、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸は平行であり、Ｘ軸とＹ軸に平行な面上におけるダクテッドファン４の回転軸の位置とモメンタムホイール７の回転軸の位置は一致していた。しかし、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行でありさえれば、Ｘ軸とＹ軸に平行な面上におけるダクテッドファン４の回転軸の位置とモメンタムホイール７の回転軸の位置は一致しなくてもよい。つまり、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行でありさえれば、モメンタムホイール７の回転軸をダクテッドファン４の回転軸の真下からずらした位置に配してもよい。 (1) In the above embodiment, the rotation axis of the ducted fan 4 and the rotation axis of the momentum wheel 7 are parallel, and the position of the rotation axis of the ducted fan 4 and the rotation axis of the momentum wheel 7 on a plane parallel to the X axis and the Y axis. The positions were consistent. However, as long as the rotational axis of the ducted fan 4 and the rotational axis of the momentum wheel 7 are parallel, the position of the rotational axis of the ducted fan 4 and the rotational axis of the momentum wheel 7 on the plane parallel to the X axis and the Y axis are It does not have to match. That is, as long as the rotation axis of the ducted fan 4 and the rotation axis of the momentum wheel 7 are parallel, the rotation axis of the momentum wheel 7 may be arranged at a position shifted from directly below the rotation axis of the ducted fan 4.
（２）上記実施形態では、モメンタムホイール７は円柱状をなしていた。しかし、モメンタムホイール７を別の形状にしてもよい。例えば、モメンタムホイール７を四角柱状にしてもよいし、円錐状にしてもよい。 (2) In the above embodiment, the momentum wheel 7 has a cylindrical shape. However, the momentum wheel 7 may have another shape. For example, the momentum wheel 7 may have a quadrangular prism shape or a conical shape.
（３）上記実施形態では、制御装置２０３は、ホッパーロボット２の飛翔中において、ラダー１１Ｆ及び１１Ｂを共通の回転角度に制御し、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒを個別の回転角度に制御した。しかし、制御装置２０３は、４つのラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１Ｒの各々を個別の回転角度に制御するようにしてもよい。 (3) In the above embodiment, during the flight of the hopper robot 2, the control device 203 controls the ladders 11F and 11B to a common rotation angle and controls the ladders 11L and 11R to individual rotation angles. However, the control device 203 may control each of the four ladders 11F, 11B, 11L, and 11R to individual rotation angles.
（４）上記実施形態では、伸縮脚２１は４つであった。しかし、伸縮脚２１の個数は３つ以上の所定個数であればよい。 (4) In the above embodiment, there are four telescopic legs 21. However, the number of telescopic legs 21 may be a predetermined number of three or more.
（５）上記実施形態では、ホッパーロボット２とコンピュータ装置１はブルートウース（登録商標）により通信を行った。しかし、ブルートウース（登録商標）以外の無線通信規格により通信を行ってもよい。 (5) In the above-described embodiment, the hopper robot 2 and the computer apparatus 1 communicate with each other by Blue Wooth (registered trademark). However, communication may be performed according to a wireless communication standard other than Brute Wose (registered trademark).
１…コンピュータ装置、２…ホッパーロボット、４…ダクテットファン、５…中心体、６…羽、７…モメンタムホイール、１１…ラダー、１２…空気取り入れ口、１３…伸縮脚、２１…伸縮脚、２２…筒体、２３…棒体、２４…先端部、２５…センサ、２６…ロック装置、２０１…無線通信装置、２０２…ＩＭＵ、２０３…制御装置、２０４…モメンタムホイール駆動装置、２０５…ラダー駆動装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer apparatus, 2 ... Hopper robot, 4 ... Ductet fan, 5 ... Center body, 6 ... Wing, 7 ... Momentum wheel, 11 ... Ladder, 12 ... Air intake, 13 ... Telescopic leg, 21 ... Telescopic leg, DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ... Tube, 23 ... Rod, 24 ... Tip, 25 ... Sensor, 26 ... Lock device, 201 ... Wireless communication device, 202 ... IMU, 203 ... Control device, 204 ... Momentum wheel drive device, 205 ... Ladder drive apparatus
Claims (7)
前記ダクト内に回転自在に支持されたダクテッドファンと、
前記ダクトを支持するロボット構造体と、
外部コンピュータ装置から送信された操作信号を受信する無線通信装置と、
慣性計測装置と、
前記ダクテットファンが作り出す気流の流路に設けられたラダーと、
回転自在に支持されたモメンタムホイールと、
前記無線通信装置の出力信号及び前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、前記ダクテッドファンを動かして当該ホッパーロボットの飛翔力を作り出すとともに、前記ラダー及び前記モメンタムホイールを動かして当該ホッパーロボットの姿勢及び方向を制御する制御装置と
を具備し、
前記ダクテッドファンの回転軸と前記モメンタムホイールの回転軸が平行であり、且つ前記ダクテッドファンの回転方向と前記モメンタムホイールの回転方向が逆方向であることを特徴とするホッパーロボット。 A duct having an air intake and extending in one direction;
A ducted fan rotatably supported in the duct;
A robot structure that supports the duct;
A wireless communication device for receiving an operation signal transmitted from an external computer device;
An inertial measurement device;
A ladder provided in an air flow path created by the duct duct fan;
Momentum wheel supported rotatably,
Based on the output signal of the wireless communication device and the output signal of the inertial measurement device, the ducted fan is moved to create the flying force of the hopper robot, and the ladder and the momentum wheel are moved to move the attitude and direction of the hopper robot. And a control device for controlling
A hopper robot characterized in that a rotation axis of the ducted fan and a rotation axis of the momentum wheel are parallel, and a rotation direction of the ducted fan and a rotation direction of the momentum wheel are opposite to each other.
前記制御装置は、
当該ホッパーロボットの着地の際に、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地するまでは前記所定個数の伸縮脚の何れの伸縮のロックもせずに、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地したときに前記所定個数の伸縮脚の全ての伸縮をロックする制御を不整地着地制御として行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のホッパーロボット。 The robot structure includes three or more predetermined number of extendable legs extending along an extending direction of the duct, a lock mechanism that locks expansion / contraction of each of the predetermined number of extendable legs, and the predetermined number of A sensor for detecting whether or not the lower end of each of the telescopic legs has landed on the ground,
The controller is
When the hopper robot is landed, all of the predetermined number of extendable legs are locked without locking any expansion or contraction of the predetermined number of extendable legs until all lower ends of the predetermined number of extendable legs have landed on the ground. 3. The hopper robot according to claim 1, wherein control for locking all expansion and contraction of the predetermined number of extendable legs when the lower end of the robot lands on the ground is performed as irregular ground landing control. 4.
前記Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ軸方向とし、
前記Ｚ軸方向及び前記Ｘ方向の両方と直交する方向をＹ軸方向として右手直交系を構成し、
前記Ｚ軸方向における前記タグデットファンの回転軸の真下に前記モメンタムホイールの回転軸があることを特徴とする請求項３に記載のホッパーロボット。 The extending direction of the duct is the Z-axis direction,
One direction orthogonal to the Z-axis direction is the X-axis direction,
A right-hand orthogonal system is configured with the direction perpendicular to both the Z-axis direction and the X-direction as the Y-axis direction,
The hopper robot according to claim 3, wherein the rotation axis of the momentum wheel is directly below the rotation axis of the tag debt fan in the Z-axis direction.
前記第１のラダー及び第２のラダーは前記Ｘ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記第３のラダー及び第４のラダーは前記Ｙ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、
前記制御装置は、当該ホッパーロボットの飛翔中において、前記第１のラダー及び第２のラダーの回動と前記第３のラダー及び第４のラダーの回動を個別に制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のホッパーロボット。 A first ladder and a second ladder facing in the X-axis direction across the rotation axis of the ducted fan, and a third ladder and a fourth ladder facing in the Y-axis direction across the rotation axis of the ducted fan And
The first ladder and the second ladder are supported so as to be rotatable about the axis of the X axis, and the third ladder and the fourth ladder are rotated about the axis of the Y axis. Is supported to get and
The control device individually controls the rotation of the first ladder and the second ladder and the rotation of the third ladder and the fourth ladder during the flight of the hopper robot. The hopper robot according to claim 5.
前記Ｘ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号、前記Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号、前記Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号、前記Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号を出力し、
前記制御装置は、
前記操作信号と、前記Ｘ軸加速度信号、前記Ｙ軸加速度信号、前記Ｚ軸加速度信号、前記Ｘ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回り角度信号との関係に基づいて、前記第１のラダー、前記第２のラダー、前記第３のラダー、及び前記第４のラダーの回転角度を決定し、
前記１のラダー及び前記第２のラダーは共通の回転角度に制御されるようになっており、前記第３のラダー及び前記第４のラダーは個別の回転角度に制御されるようになっている
ことを特徴とする請求項６に記載のホッパーロボット。
The inertial measurement device includes:
X-axis acceleration signal indicating acceleration in the X-axis direction, Y-axis acceleration signal indicating acceleration in the Y-axis direction, Z-axis acceleration signal indicating acceleration in the Z-axis direction, and X-axis rotation indicating angular velocity around the X-axis An angular velocity signal, an X-axis angle signal indicating an angle around the X-axis, a Y-axis angular velocity signal indicating an angular velocity around the Y-axis, a Y-axis angle signal indicating an angle around the Y-axis, and a Z-axis angle signal An angular velocity signal around the Z axis indicating the angular velocity and a Z axis angle signal indicating the angle around the Z axis;
The controller is
The operation signal, the X-axis acceleration signal, the Y-axis acceleration signal, the Z-axis acceleration signal, the X-axis rotation angular velocity signal, the X-axis rotation angle signal, the Y-axis rotation angular velocity signal, and the Y-axis rotation angle signal. Based on the relationship between the Z-axis rotation angular velocity signal and the Z-axis rotation angle signal, rotation angles of the first ladder, the second ladder, the third ladder, and the fourth ladder are determined. Decide
The first ladder and the second ladder are controlled at a common rotation angle, and the third ladder and the fourth ladder are controlled at individual rotation angles. The hopper robot according to claim 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017022846A JP2018127151A (en) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | Hopper robot |
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| JP2017022846A JP2018127151A (en) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | Hopper robot |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018127151A true JP2018127151A (en) | 2018-08-16 |
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ID=63171892
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2017022846A Pending JP2018127151A (en) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | Hopper robot |
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| JP (1) | JP2018127151A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110406655A (en) * | 2019-08-20 | 2019-11-05 | 哈尔滨工业大学（深圳） | Hopping robot with aerial statue adjustment function |
| JP2020082820A (en) * | 2018-11-16 | 2020-06-04 | 有限会社渥美不動産アンドコーポレーション | Flight vehicle |
-
2017
- 2017-02-10 JP JP2017022846A patent/JP2018127151A/en active Pending
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