JP2019198952A - 自走ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】搬送物の搬送効率を向上可能な管体を提供することを目的とする。【解決手段】走行面に対する摩擦状態を可変とし、可撓性を有するひも状の拘束手段により互いの離間する距離が拘束された一対の摩擦部と、走行面に対する摩擦状態を可変とし、前記拘束手段に沿って前記一対の摩擦部の間を移動可能に設けられた中間摩擦部と、前記一対の摩擦部の間における前記中間摩擦部の位置を変位させる駆動部と、を有する走行ユニットを備え、前記走行ユニットは、前記中間摩擦部の走行面に対する摩擦状態を大きくした状態で、前記駆動部の動作により前記中間摩擦部よりも進行方向前方の摩擦部を前方移動させて進行するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、自走ロボットに関し、特に移動時に必要とされる牽引力及び推進力の両立を可能な蠕動運動型の自走ロボットに関する。

従来、ミミズなどの蠕動運動を摸して推進力を得る自走ロボットが知られている。例えば、特許文献１には、空気の供給により径方向に膨張するととともに軸方向に収縮し、空気を排出することで径方向に収縮するとともに軸方向に伸長する伸縮ユニットを、ユニット連結体を介して複数連結して構成された管体内移動体が開示されている。
また、特許文献２には、空気の供給により径方向に膨張するととともに軸方向に収縮し、空気を排出することで径方向に収縮するとともに軸方向に伸長する第１伸縮ユニットと、空気の供給により軸方向に伸長し、空気を排出することで軸方向に収縮する第２伸縮ユニットとを交互に連結して構成された管体内移動体が開示されている。

特開２０１４−２２８６５８号公報 特開２０１８−５０７７号公報

しかしながら、引用文献１に開示される管体内移動体は、全ての伸縮ユニットを軸方向に収縮させた状態から、最後尾の伸縮ユニットのみ収縮させた状態を維持しつつ、残りの伸縮ユニットを軸方向に伸長させることで、最後尾の伸縮ユニットよりも前方を進行方向に押し出す推進力を生じさせる工程と、最後尾の伸縮ユニットを伸縮させると同時に先頭の伸縮ユニットを軸方向に収縮させることで、先頭の伸縮ユニットよりも後方を進行方向に引き寄せる牽引力を生じさせる工程とを繰り返すことで進行している。このため、引用文献１の管体内移動体の進行動作では、先頭の伸縮ユニットへの空気の供給により牽引力を得ていることから、空気の排出により得られる推進力に比べて牽引力が大きい。
また、引用文献２に開示される管体内移動体は、第２伸縮ユニットの後方に配置された第１伸縮ユニットを軸方向に収縮させて管内に固定した後に、第２伸縮ユニットを伸長させて第１伸縮ユニットよりも前方を進行方向に押し出す推進力を生じさせる工程と、第２伸縮ユニットを軸方向に収縮させることで第２伸縮ユニットよりも後方を進行方向に移動させる工程とを繰り返すことで進行している。このため、引用文献２の管体内移動体の進行動作では、第２伸縮ユニットへの空気の供給により推進力を得ていることから、第２伸縮ユニットからの空気の排出により得ている牽引力に比べて推進力が強い。
即ち、特許文献１に示す蠕動運動型の管体内移動体（ロボット）は、牽引力が大きく、推進力が小さい。また、特許文献２に示す蠕動運動型の管体内移動体（ロボット）は、牽引力が小さく、推進力が大きいという特性があり、牽引力及び推進力のバランスに偏りがあるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するため、移動時に必要とされる牽引力及び推進力の両立を可能な蠕動運動型の自走ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための自走ロボットの構成として、走行面に対する摩擦状態を可変とし、可撓性を有するひも状の拘束手段により互いの離間する距離が拘束された一対の摩擦部と、走行面に対する摩擦状態を可変とし、前記拘束手段に沿って前記一対の摩擦部の間を移動可能に設けられた中間摩擦部と、前記一対の摩擦部の間における前記中間摩擦部の位置を変位させる駆動部とを有する走行ユニットを備え、前記走行ユニットは、前記中間摩擦部の走行面に対する摩擦状態を大きくした状態で、前記駆動部の動作により前記中間摩擦部よりも進行方向前方の摩擦部を前方移動させて進行する構成とした。
本構成によれば、中間摩擦部を軸として拘束手段により拘束された一対の摩擦部が進行方向前方に能動的に移動するため、一対の摩擦部が拘束手段により拘束されているので、進行時の推進力及び牽引力のいずれも能動的に得ることができる。
自走ロボットの他の構成として、前記走行ユニットが複数連結された構成とした。
本構成によれば、より推進力及び牽引力を大きくすることができる。
また、自走ロボットの他の構成として、前記走行面は、管の内壁面であって、前記摩擦部及び前記中間摩擦部は、空気の供給により膨張して内壁面との摩擦を大きくし、空気の排出により内壁面との摩擦を小さくする構成とした。
本構成によれば、自走ロボットを軽量化できるとともに管内を効率良く進行させることができる。
また、前記駆動部は、空気の供給により伸長し、空気の排出により収縮可能に構成した。
本構成によれば、自走ロボットを軽量化できるとともに管内を効率よく進行させることができる。

自走ロボットの構成例を示す図である。 摩擦部の概略構成図である。 管に対して摩擦部の大きさを設定するときの概念図である。 駆動部の構成図である。 走行ユニットの基本動作を示す断面図である。 空気の供給経路を示す図である。 走行ユニットの動作を示す図である。 走行ユニットの他の形態の構成を示す図である。 走行ユニットの他の形態の動作を示す図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

以下、本発明の実施の形態について、各図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る自走ロボット１の一実施形態を示す概略構成図である。
自走ロボット１は、概略、移動体としての走行ユニット１０と、走行ユニット１０の動作を制御する制御手段としての制御ユニット１００とで構成される。

図１に示すように、本実施形態に係る走行ユニット１０は、管ｚ内の壁面を走行面として管ｚ内を移動するロボットとして構成され、管ｚ壁面との間に摩擦力を生じさせる摩擦部２０と、推進力を生じさせる駆動部４０とを主たる構成として備える。

具体的には、走行ユニット１０は、３つの摩擦部２０と、２つの駆動部４０とで構成され、駆動部４０が摩擦部２０の間に位置するように連結される。つまり、摩擦部２０と駆動部４０とが交互に配置されている。先頭の摩擦部２０と最後尾の摩擦部２０とは、後述の拘束手段５により互いの離間する距離が所定距離に維持されるように連結される。これにより、先頭の摩擦部２０の移動に伴って最後尾の摩擦部２０が追従して移動することになる。これらの摩擦部２０や駆動部４０の動作は、後述の制御ユニット１００により制御される。

図２は、摩擦部２０の一構成例を示す図である。摩擦部２０は、内筒２１と、外筒２２と、端部部材２３；２３とを備え、図２（ｂ）に示すように、二重管をなすように内筒２１の外周に外筒２２を配置し、内筒２１の外周と外筒２２の内周との間で閉空間の流体室Ｓを形成すべく内筒２１及び外筒２２の端部に端部部材２３；２３を設けることで構成される。

端部部材２３は、円形に形成された板体２６からなり、板厚方向に貫通する複数の貫通孔２７と、板体２６の各面から突出する筒部２８と、外周面に周方向に延長する外周溝２９とを備える。

図２（ａ）の拡大図に示すように、複数の貫通孔２７は、板体２６の中心と同心に設けられた中央孔２７Ａと、中央孔２７Ａの外側に複数の外側孔２７Ｂとで構成される。

筒部２８は、板体２６の中心軸に沿って各面から突出し、内周面が中央孔２７Ａの壁面と連続するように設けられる。つまり、板体２６の一方の面に設けられた筒部２８と、他方の面に設けられた筒部２８とが、板体２６に設けられた中央孔２７Ａを介して連通する一つの連通孔を形成する。この筒部２８には、内筒２１が液密に接続される。

外側孔２７Ｂは、端部部材２３；２３に固定される内筒２１と外筒２２との間に開口するように設けられる。各外側孔２７Ｂには、空気が流通する空気流通管３０が液密状態で挿入される。外側孔２７Ｂに挿入される空気流通管３０のうち一本の空気流通管３０Ａは、一方の端部が端部部材２３；２３間で終端し、他方の端部が端部部材２３から所定長さ突出するように設けられる。

また、外側孔２７Ｂに挿入される残りの空気流通管３０Ｂは、摩擦部２０の一方の端部部材２３から他方の端部部材２３へと貫通し、端部が各端部部材２３；２３から所定長さ突出するように設けられる。外側孔２７Ｂは、走行ユニット１０を構成する摩擦部２０及び駆動部４０の連結する数量に応じて設けられる。なお、外側孔２７Ｂの数量は、必ずしも連結する数量である必要はなく、必要数よりも多く形成しておき、使用しない孔については栓等の封止部材３１により閉塞すれば良い。

外周溝２９は、外筒２２の端部を、ピアノ線やナイロン繊維等の紐状の括り部材３２より端部部材２３の外周面に固定したときに、括り部材３２がずれたり脱落したりするのを防止する。

上述の空気流通管３０には、可撓性を有し、折れ曲がりにくいナイロンチューブやウレタンチューブ等が好ましい。
また、内筒２１には、気密性を有し、内周面及び外周面からの空気圧により変形しにくくいチューブが好ましい。より好ましくは、軸方向に圧縮されにくく構成されたチューブを用いると良い。素材としては、例えば、樹脂、硬質ゴム、アルミパイプ等が挙げられる。

外筒２２には、気密性及び伸縮性を有する素材で構成されたチューブが適用される。シリコンゴム等の合成ゴム、或いは、天然ラテックスゴムが適用できる。より好ましくは、伸縮性に富み、繰り返しの伸縮に耐久性を有する素材が好ましい。

摩擦部２０は、内筒２１の各端部に、端部部材２３；２３の筒部２８をそれぞれ挿入するとともに、端部部材２３；２３の外側孔２７Ｂに空気流通管３０Ｂを上述のように配置し、外筒２２の各端部を端部部材２３；２３の外周面に固定することで、内筒２１と外筒２２及び端部部材２３；２３により画成された流体室Ｓが形成される。

そして、図２（ｃ）に示すように、摩擦部２０は、流体室Ｓに空気流通管３０Ａを介して空気を供給することにより外筒２２が径方向に膨張し、外筒２２の外周面が管ｚの内壁面に押圧されることで走行面である管ｚの内壁面との摩擦が大きくなり、流体室Ｓから空気を排出することにより外筒２２が径方向に収縮し、外筒２２の外周面が管ｚの内壁面から離れる或いは押圧力が小さくなることで走行面である管ｚの内壁面との摩擦が小さくなる。つまり、摩擦部２０は、流体室Ｓへの圧縮空気の供給、又は、流体室Ｓからの排出により、管ｚの内壁面との摩擦力を可変とするアクチュエータとして機能する。
また、摩擦部２０は、流体室Ｓへの空気の供給により外筒２２が膨張するが、軸方向には収縮しないように構成することが好ましい。したがって、内筒２１には、上述のように軸方向に伸縮しない金属、非金属等の非可撓性の素材、或いは伸縮しにくい硬質の樹脂等の素材で形成されたチューブを用いると良い。これにより、摩擦部２０が膨張したときに軸方向に収縮しないことで、走行ユニット１０の進行する効率を向上させることができる。

図３は、管ｚに対して摩擦部２０の大きさを設定するときの概念図である。図３に示すように、摩擦部２０の各部の寸法を考慮することで、摩擦部２０が膨張したときに管ｚに対する摩擦を設定することができる。同図において、Ｌ′は、内筒２１の軸方向長さ寸法、ｄは、収縮状態にある外筒２２の外径寸法、Ｌは、外筒２２の実質的な膨張可能な長さ寸法（外筒２２を固定する括り部材３２；３２間の軸方向の長さ寸法に略等しい）、Ｄは、管ｚの内径である。図３に示すように、膨張した摩擦部２０の外筒２２が管ｚの内壁面に到達し、十分な摩擦力を得るためには、収縮状態の外筒２２の外径ｄに括り部材３２；３２間の軸方向の長さ寸法Ｌを足した数値以上となるように、外径ｄ、若しくは括り部材３２；３２間の軸方向の長さ寸法Ｌを大きく設定すれば良い。

図４は、駆動部４０の一構成例を示す図であり、具体的には、図１に示す走行ユニット１０の駆動部４０Ｂに対応する。図４に示すように、駆動部４０は、筒体４２と、筒体４２の端部を閉塞する端部部材２３；２３と、スリーブ４４と、を備える。なお、端部部材２３については、摩擦部２０のものと同一のものを適用したので説明を省略する。

筒体４２は、気密性及び可撓性を有する素材を筒状に形成して構成される。筒体４２の性質として、より好ましくは非伸縮性であるものが好ましい。本実施形態では、筒体４２には、ビニールを筒状に形成したものを適用したが、これに限定されず、前述の性能を有するものであれば良い。

筒体４２の端部を閉塞する端部部材２３の筒部２８には、スリーブ４４が設けられる。スリーブ４４は、一端側の外径が筒部２８の内周側に嵌着可能な寸法に、他端側の外径が一端側の外径よりも大径となるように、外周が階段状に形成された円柱体であって、軸線に沿って貫通する貫通孔４５が形成される。貫通孔４５は、後述の拘束手段５が挿通可能な大きさに形成される。貫通孔４５の大きさは、拘束手段５の外径よりもやや大きく、拘束手段５の外周が摺動する程度の大きさとすることが好ましい。スリーブ４４の素材は、特に限定されないが、拘束手段５との摺動抵抗を小さくするようなもの、例えば、ＰＴＦＥ等の固体潤滑としての性能を有するものが好ましい。本実施形態では、図４に示すように、スリーブ４４は、筒部２８の端部それぞれに設けられているが、一方のみに設けても良い。

端部部材２３；２３の外側孔２７Ｂには、空気が流通する空気流通管３４が液密状態で挿入される。外側孔２７Ｂに挿入される空気流通管３４のうち一本の空気流通管３４Ａは、一方の端部が端部部材２３；２３間で終端し、他方の端部が端部部材２３から所定長さ突出する。空気流通管３４Ｂは、摩擦部２０の一方の端部部材２３から他方の端部部材２３へと貫通し、各端部が各端部部材２３から所定長さ突出するように設けられる。図４に示すように、この空気流通管３４Ｂは、駆動部４０の軸方向への伸縮を許容すべく、端部部材２３；２３の間において軸方向の長さの変化を可能に形成されたスパイラルチューブが適用される。

駆動部４０Ｂでは、図４に示すように、駆動部４０Ｂよりも進行方向前方に位置する２つの摩擦部２０Ａ；２０Ｂと駆動部４０Ａへの空気の供給を可能とする３条のスパイラルチューブを適用した。なお、３条のスパイラルチューブとは、一つの軸周りに３つの独立した螺旋状の流路を形成するように、１条のスパイラルチューブを３つ重ねたものである。また、駆動部４０Ａには、摩擦部２０Ａに空気を供給するために、１条のスパイラルチューブが外側孔２７Ｂに挿入される。駆動部４０Ａにおいて空気流通管３４Ａ；３４Ｂの挿入されない外側孔２７Ｂには、封止部材３１を挿入することで閉塞される。

したがって、駆動部４０は、筒体４２の各端部の内周側に端部部材２３を配置し、筒体４２の外周側から括り部材３２等により端部部材２３の外周面に筒体４２を液密状態で固することで、筒体４２の内周側に実質的に閉空間として機能する流体室Ｖが形成される。

そして、図４（ｃ）に示すように、駆動部４０は、流体室Ｖに空気流通管３４Ａを介して圧縮空気を供給することにより流体室Ｖに充填される空気によって端部部材２３；２３が押圧されて軸方向に伸長する。また、流体室Ｖから空気を排出することにより軸方向に収縮可能な状態となる。つまり、駆動部４０は、流体室Ｖへの圧縮空気の供給、又は、流体室Ｖからの排出により、軸方向に伸縮するアクチュエータとして機能する。流体室Ｖからの空気の排出は、大気圧と均衡するまでの圧力差による自然な流出によるものであるが、走行ユニット１０の進行動作の中でさらに強制的になされることになる。つまり、駆動部４０は、空気の排出状態において外力によって従動的に収縮可能な状態にある。なお、駆動部４０には、拘束手段５が挿通される貫通孔４５がスリーブ４４に設けられているため、貫通孔４５からの空気の漏れが懸念されるが、貫通孔４５への拘束手段５の挿通により、貫通孔４５を介して流体室Ｖから漏れ出る空気は流体室Ｖに供給される空気の流量に比べてわずかなものであり、動作上に支障はない。

図５は、摩擦部２０及び駆動部４０を連結して構成された走行ユニット１０の断面図である。なお、図５では配管を省略してある。図６は、走行ユニット１０の配管を示す図である。
図５に示すように、摩擦部２０及び駆動部４０は、互いに対向する摩擦部２０の筒部２８及び駆動部４０の筒部２８を連結管３６で接続することで連結される。また、図６に示すように、摩擦部２０から露出する空気流通管３０及び駆動部４０から露出する空気流通管３４は、端部同士がジョイント３５により連結される。ジョイント３５及び連結管３６は、例えば、樹脂や硬質のゴムなどにより構成される。ジョイント３５については、内部を流通する空気の圧力に応じて形状が変化しないものが好ましい。

具体的には、図５，図６に示すように、摩擦部２０Ａ〜２０Ｃ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂは、ジョイント３５及び連結管３６により接続される。
最後尾となる摩擦部２０Ｃには、弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２Ｂから延長する分配管１１８Ａ〜１１８Ｃ及び分配管１１９Ａ；１１９Ｂがジョイント３５を介して接続される。

摩擦部２０Ｃの空気流通管３０Ａには、弁１２０Ｃから延長する分配管１１８Ｃが接続される。残りの空気流通管３０Ｂには、例えば、端部部材２３に向かって反時計回りに、最後尾から先頭に向かう連結順に、分配管１１９Ｂ，１１８Ｂ，１１９Ａ，１１８Ａに連結される。

駆動部４０Ｂの空気流通管３４Ａには、駆動部４０Ｂに対応する分配管１１９Ｂが接続された空気流通管３０Ｂに連結される。残りの空気流通管３４Ｂには、例えば、端部部材２３に向かって反時計回りに、分配管１１８Ｂ、分配管１１９Ａ、分配管１１８Ａが順次連結される。

摩擦部２０Ｂの空気流通管３０Ａには、摩擦部２０Ｃの空気流通管３０Ｂを介して、摩擦部２０Ｂに対応する分配管１１８Ｂに接続された空気流通管３４Ｂが連結される。残りの空気流通管３０Ｂには、例えば、端部部材２３に向かって反時計回りに分配管１１９Ａ、分配管１１８Ａに連結される。

駆動部４０Ａの空気流通管３４Ａには、摩擦部２０Ｃの空気流通管３０Ｂ、駆動部４０Ｂの空気流通管３４Ｂ、摩擦部２０Ｂの空気流通管３０Ｂを介して、駆動部４０Ｂに対応する分配管１１９Ａに接続された空気流通管３０Ｂが連結される。残りの空気流通管３４Ｂには、例えば、端部部材２３に向かって反時計回りに分配管１１８Ａに連通する空気流通管３０Ｂ；３０Ｂが順次連結される。

摩擦部２０Ａの空気流通管３０Ａには、摩擦部２０Ｃに接続された分配管１１８Ａに連通する駆動部４０Ａの空気流通管３４Ｂが連結される。

そして、制御ユニット１００のコントロール部１３０が、弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２Ｂの動作を制御し、走行ユニット１０の摩擦部２０Ａ〜２０Ｃ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂに接続された分配管１１８Ａ〜１１８Ｃ及び分配管１１９Ａ；１１９Ｂを介して圧縮空気の供給や排出を制御することにより、摩擦部２０Ａ〜２０Ｃ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂの動作を個別に制御することができる。

拘束手段５は、例えば、一端が先頭の摩擦部２０Ａに固定され、摩擦部２０Ａの内筒２１の内周側、連結管３６の内周側、駆動部４０Ａのスリーブ４４の貫通孔４５を貫通して駆動部４０Ａの内部、連結管３６の内周側、摩擦部２０Ｂの内筒２１の内周側、連結管３６の内周側、駆動部４０Ｂのスリーブ４４の貫通孔４５を貫通して駆動部４０Ｂの内部、摩擦部２０Ｃの内筒２１の内周側等を貫通し、他端が摩擦部２０Ｃに固定手段５２により固定される。したがって、拘束手段５は、摩擦部２０Ａ及び摩擦部２０Ｃの間にある駆動部４０Ａ，摩擦部２０Ｂ、駆動部４０Ｂは、拘束手段５と独立して移動することができる。
拘束手段５を摩擦部２０Ａ及び摩擦部２０Ｃに固定する方法としては、摩擦部２０Ａ及び摩擦部２０Ｃに直接的、或いは間接的のいずれであっても良い。間接的に固定するとは、例えば、先頭の摩擦部２０Ａを貫通し、摩擦部２０Ａから突き出た拘束手段５の端部に、摩擦部２０Ａの内筒２１から抜け出さないようにするための抜け止め具等の固定手段を設け、拘束手段５が摩擦部２０Ａよりも前方には移動可能であるが、後方には移動が拘束される状態をいう。

拘束手段５の長さは、摩擦部２０Ａ〜２０Ｃの軸方向の長さ、及び、駆動部４０Ａ；４０Ｂに設定された軸方向への伸縮量に基づいて設定すると良い。
拘束手段５には、例えば、金属製、化繊の糸等の可撓性を有するひも状のものであれば良い。さらに、延長方向に非伸縮性を有するものが好ましい。なお、拘束手段５の本数は１本に限定されず、複数であっても良い。この場合、本数に応じた数量の貫通孔４５をスリーブ４４に設ければ良い。

制御ユニット１００は、摩擦部２０及び駆動部４０に供給する圧縮空気を生成する空気供給手段１１０と、空気供給手段１１０から摩擦部２０や駆動部４０への圧縮空気の供給を制御するための弁１２０；１２２と、弁１２０；１２２の動作を制御し、走行ユニット１０に推進動作をさせるためのコントロール部１３０と、操作部１４０とを備える。

図１に示すように、空気供給手段１１０は、圧縮空気を生成するコンプレッサ１１１と、コンプレッサ１１１で加圧された圧縮空気を所定の圧力に整圧するレギュレータ１１２とを備え、空気流通管１１３を介してレギュレータ１１２により整圧した圧縮空気を走行ユニット１０に供給する。レギュレータ１１２による整圧は、例えば、後述の弁１２０；１２２の開閉制御に許容される最大の圧力に調整される。空気流通管１１３は、レギュレータ１１２及び弁１２０；１２２等と着脱自在に接続される可撓性を有するホースである。

空気流通管１１３は、分配器１１５に接続される。分配器１１５には、空気流通管１１から流入した空気を分流する分配管１１６Ａ〜１１６Ｃ；１１７Ａ；１１７Ｂが接続される。分配器１１５から延長する分配管１１６Ａ〜１１６Ｃ；１１７Ａ；１１７Ｂには、摩擦部２０及び駆動部４０における空気の給排を制御するための弁１２０Ａ〜１２０Ｃ；１２２Ａ；１２２Ｂが設けられる。弁１２０Ａ〜１２０Ｃ；１２２Ａ；１２２Ｂは、コントロール部１３０から出力される制御信号に応じて弁１２０Ａ〜１２０Ｃ；１２２Ａ；１２２Ｂが所定の動作をすることで、各摩擦部２０Ａ〜２０Ｃ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂに対して独立して圧縮空気を供給することが可能である。

弁１２０；１２２は、例えば、電気的な信号の入力により動作が制御される電磁弁が適用される。弁１２０；１２２は、それぞれ、分配器１１５から延長する分配管１１６Ａ〜１１６Ｃ；１１７Ａ；１１７Ｂが接続される流入ポートと、摩擦部２０及び駆動部４０から延長する空気流通管１１８；１１９が接続される流出ポートと、摩擦部２０の流体室Ｓ及び駆動部４０の流体室Ｖ内の空気を排気するための排出ポートと、摩擦部２０の流体室Ｓ及び駆動部４０の流体室Ｖにおける空気の給排を制御するための電気的な信号が入力される信号入力部とを備える。信号入力部にはコントロール部１３０から延長する配線が接続される。

コントロール部１３０は、演算処理手段としてのＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶手段、入出力ポート等の入出力手段などのハードウェアを備えるコンピュータであって、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＣＰＵで演算処理することでプログラムに書かれた制御信号を図示しない出力ポートから摩擦部２０Ａ〜２０Ｃに対応する弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂに対応する弁１２２Ａ；１２２Ｂに個別に出力することにより、管ｚ内において走行ユニット１０を進行させるための駆動を制御する。

コントロール部１３０は、弁１２０Ａ〜１２０Ｃに対して膨張信号ｓ１、膨張維持信号ｓ２、収縮信号ｓ３を出力することにより弁１２０Ａ〜１２０Ｃの動作を制御する。
膨張信号ｓ１とは、弁１２０Ａ〜１２０Ｃに供給された圧縮空気を最大の圧力で流体室Ｓに供給するように弁１２０Ａ〜１２０Ｃを制御する信号であって、本実施例では、弁１２０Ａ〜１２０Ｃの許容する最大の圧力で圧縮空気を流体室Ｓに供給するように弁１２０Ａ〜１２０Ｃを制御する信号である。
膨張維持信号ｓ２とは、弁１２０Ａ〜１２０Ｃの許容する最大の圧力よりも低い圧力で流体室Ｓに空気を供給するように弁１２０Ａ〜１２０Ｃを制御する信号である。
収縮信号ｓ３とは、膨張信号ｓ１、膨張維持信号ｓ２に対する便宜上の信号であって、弁１２０Ａ〜１２０Ｃに出力されている膨張信号ｓ１や膨張維持信号ｓ２を停止させる信号であり、実質的には出力されない信号である。即ち、弁１２０Ａ〜１２０Ｃは、膨張信号ｓ１、膨張維持信号ｓ２が入力されていない状態では流体室Ｓを大気解放した状態にある。

また、コントロール部１３０は、弁１２２Ａ；１２２Ｂに対して伸長信号ｓ５、伸長維持信号ｓ６、収縮信号ｓ７を出力することにより弁１２２Ａ；１２２Ｂの動作を制御する。
伸長信号ｓ５とは、弁１２２Ａ；１２２Ｂに供給された圧縮空気を最大の圧力で流体室Ｖに供給するように弁１２２Ａ；１２２Ｂを制御する信号であって、本実施例では、弁１２２Ａ；１２２Ｂの許容する最大の圧力で圧縮空気を流体室Ｖに供給するように弁１２２Ａ；１２２Ｂを制御する信号である。
伸長維持信号ｓ６とは、弁１２２Ａ；１２２Ｂの許容する最大の圧力よりも低い圧力で流体室Ｖに空気を供給するように弁１２２Ａ；１２２Ｂを制御する信号である。
収縮信号ｓ７とは、伸長信号ｓ５、伸長維持信号ｓ６に対する便宜上の信号であって、弁１２２Ａ；１２２Ｂに出力されている伸長信号ｓ５や伸長維持信号ｓ６を停止させる信号であり、実質的には出力されない信号である。即ち、弁１２２Ａ；１２２Ｂは、伸長信号ｓ５、伸長維持信号ｓ６が入力されていない状態では流体室Ｖを大気解放した状態にある。

本実施例では、弁１２０Ａ〜１２０Ｃに出力される膨張信号ｓ１、膨張維持信号ｓ２、収縮信号ｓ３及び弁１２２Ａ；１２２Ｂに出力される伸長信号ｓ５、伸長維持信号ｓ６、収縮信号ｓ７は、ＰＷＭ制御に基づいてコントロール部１３０から出力される信号である。
即ち、摩擦部２０を収縮状態から膨張状態に移行させるときに必要とされる流体室Ｓへの圧縮空気の供給量、摩擦部２０の膨張状態を維持するときに必要とされる流体室Ｓへの空気の供給量、また、駆動部４０の収縮状態から伸長状態へと移行させるときに必要とされる流体室Ｖへの圧縮空気の供給量、駆動部４０の伸長状態を維持するときに必要とされる流体室Ｖへの空気の供給量が得られるように、周期的な信号を弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２Ｂに出力し、弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２Ｂを周期的に開閉させることにより、各摩擦部２０及び各駆動部４０の動作が制御される。
このように、電気的に弁の開閉が可能となる弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２ＢをＰＷＭ制御で周期的に開閉させることにより、弁の小型化が可能となる。
なお、弁１２０Ａ〜１２０Ｃ及び弁１２２Ａ；１２２Ｂの制御は、ＰＷＭ制御に限らず、その他の制御方法でも良く、流体室Ｓ及び流体室Ｖへの空気の供給圧力を時間的に変える制御が可能であればさらによい。

コントロール部１３０は、例えば、上記演算処理手段、記憶手段、入出力手段を１チップに収容したＰＩＣ（Peripheral Interface Controller（ペリフェラル インターフェース コントローラ））により実現することができる。

操作部１４０は、コントロール部１３０の入力ポートと通信可能に接続される入力手段であって、コントロール部１３０に記憶させたプログラムの実行を制御するためのコマンドをコントロール部１３０に出力する。そして、人が操作部１４０に所定のコマンドを入力することにより、走行ユニット１０が入力に応じた動作をするように、コントロール部１３０が走行ユニット１０に信号を出力することで、走行ユニット１０が、前進、後進、停止等の動作が実行される。
なお、コントロール部１３０と、操作部１４０とは、無線通信により互いに通信可能に接続しても良い。

以下の説明では、矢印に沿う方向を自走ロボット１の進行方向とし、この進行方向に沿って前側、逆を後側としてその前後方向を特定する。
なお、以下の説明において摩擦部２０の位置を特定する場合には、進行方向前側から後側に向かって順に、前方摩擦部２０Ａ、中間摩擦部２０Ｂ、後方摩擦部２０Ｃ等として示し、駆動部４０についても同様に、進行方向前側から後側に向かって順に、前方駆動部４０Ａ、後方駆動部４０Ｂ等として示す。

図７は、走行ユニット１０の動作を示す図である。以下、図７を用いて走行ユニット１０の動作を説明するが、以下の説明において、前方摩擦部２０Ａ、中間摩擦部２０Ｂ及び後方摩擦部２０Ｃが膨張するとは、各摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃを構成する外筒の外周面が、管ｚの内壁に到達し、所定の摩擦力が得られるまで膨張した状態をいう。また、所定の摩擦力とは、走行ユニット１０の推進動作において膨張状態にある摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃが、管ｚの内壁に対して移動しない力以上を意味するものとする。

図７（ａ）は、管ｚ内に走行ユニット１０を配置した状態を示している。この状態では、各摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃ及び各駆動部４０Ａ；４０Ｂは、それぞれ収縮状態にあり、中間摩擦部２０Ｂは、前方摩擦部２０Ａ及び後方摩擦部２０Ｃの間において任意の位置にある。

走行ユニット１０の管ｚへの配置後、図７（ｂ）に示すように、まず後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに膨張信号ｓ１を出力し、後方摩擦部２０Ｃの流体室Ｓに圧縮空気を供給して外筒２２を膨張させる。これにより、走行ユニット１０は、後方摩擦部２０Ｃを基点として走行ユニット１０が管ｚに固定される。

次に、図７（ｃ）に示すように、後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに膨張維持信号ｓ２、後方駆動部４０Ｂに対応する弁１２２Ｂに伸長信号ｓ５を出力し、後方摩擦部２０Ｃの膨張状態を維持したまま、後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖに圧縮空気を供給して軸方向に伸長させる。これにより、中間摩擦部２０Ｂが後方駆動部４０Ｂに押圧されて前方に移動する。

次に、図７（ｄ）に示すように、中間摩擦部２０Ｂに対応する弁１２０Ｂに膨張信号ｓ１、後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに収縮信号ｓ３、後方駆動部４０Ｂに対応する弁１２２Ｂに収縮信号ｓ７を出力し、中間摩擦部２０Ｂの流体室Ｓに圧縮空気を供給して外筒２２を膨張させるとともに、後方摩擦部２０Ｃの流体室Ｓ及び後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖから圧縮空気を排出して収縮させる。

次に、図７（ｅ）に示すように、中間摩擦部２０Ｂに対応する弁１２０Ｂに膨張維持信号ｓ２、前方駆動部４０Ａに対応する弁１２２Ａに伸長信号ｓ５を出力し、中間摩擦部２０Ｂの膨張状態及び前方摩擦部２０Ａの収縮状態を維持したまま、前方駆動部４０Ａの流体室Ｖに圧縮空気を供給して伸長させる。これにより、前方摩擦部２０Ａが、前方に押し出されるように移動するとともに、前方摩擦部２０Ａと拘束手段５で連結された収縮状態にある後方摩擦部２０Ｃも同時に前方に移動する。後方摩擦部２０Ｃの前方への移動に伴ない後方駆動部４０Ｂが軸方向に押し縮められることになる。この結果、走行ユニット１０の全体としての位置が、進行方向に距離Ｘ進行することになる。
したがって、前方摩擦部２０Ａ及び後方摩擦部２０Ｃを連結する拘束手段５の長さは、前方駆動部４０Ａが軸方向に最も伸長したときに、後方摩擦部２０Ｃが前方に移動し、後方駆動部４０Ｂを軸方向に最も収縮するように設定すると効率良く走行ユニット１０を前進させることができる。

次に、図７（ｆ）に示すように、中間摩擦部２０Ｂに対応する弁１２０Ｂに膨張維持信号ｓ２、前方駆動部４０Ａに伸長維持信号ｓ６、前方摩擦部２０Ａに対応する弁１２０Ａに膨張信号ｓ１を出力し、中間摩擦部２０Ｂの流体室Ｓの膨張状態、及び、前方駆動部４０Ａの伸長状態を維持したまま、前方摩擦部２０Ａの流体室Ｓに圧縮空気を供給して外筒２２を膨張させる。

次に、図７（ｇ）に示すように、前方摩擦部２０Ａに対応する弁１２０Ａに膨張維持信号ｓ２、前方駆動部４０Ａに対応する弁１２２Ａに伸長維持信号ｓ６、中間摩擦部２０Ｂに対応する弁１２０Ｂに収縮信号ｓ３、後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに膨張信号ｓ１を出力し、前方摩擦部２０Ａの膨張状態及び前方駆動部４０Ａの伸長状態を維持したまま、中間摩擦部２０Ｂを収縮させるとともに後方摩擦部２０Ｃの流体室Ｓに圧縮空気を供給して外筒２２を膨張させる。

次に、図７（ｈ）に示すように、前方摩擦部２０Ａに対応する弁１２０Ａ及び後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに膨張維持信号ｓ２、前方駆動部４０Ａに対応する弁１２２Ａに収縮信号ｓ７、後方駆動部４０Ｂに対応する弁１２２Ｂに伸長信号ｓ５を出力し、前方摩擦部２０Ａ及び後方摩擦部２０Ｃの膨張状態を維持したまま、前方駆動部４０Ａの流体室Ｖから圧縮空気を排出して収縮させるとともに、後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖに圧縮空気を供給して伸長させる。これにより、中間摩擦部２０Ｂが前方に移動する。

次に、図７（ｉ）に示すように、前方摩擦部２０Ａに対応する弁１２０Ａに収縮信号ｓ３、後方駆動部４０Ｂに対応する弁１２２Ｂに伸長維持信号ｓ６、後方摩擦部２０Ｃに対応する弁１２０Ｃに膨張維持信号ｓ２を出力し、後方駆動部４０Ｂの伸長状態及び後方摩擦部２０Ｃの膨張状態を維持したまま、前方摩擦部２０Ａの流体室Ｓから圧縮空気を排出して前方摩擦部２０Ａを収縮させることにより、図７（ｃ）に示す状態に戻る。
したがって、走行ユニット１０は、上記図７（ｄ）〜図７（ｉ）までの工程を繰り返すことにより、管ｚ内を進行する。

なお、上述の説明では、図７（ｃ）から図７（ｄ）へと移行する場合の動作として、中間摩擦部２０Ｂの流体室Ｓに圧縮空気を供給するとともに、後方摩擦部２０Ｃの流体室Ｓ及び後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖから圧縮空気を排出する、として説明したが、これに限定されない。例えば、中間摩擦部２０Ｂの流体室Ｓに圧縮空気を供給し、中間摩擦部２０Ｂを膨張させた後に、後方摩擦部２０Ｃの流体室Ｓ及び後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖから圧縮空気を排出してそれぞれ収縮させるようにしても良い。

以上説明したように、走行ユニット１０は、中間摩擦部２０Ｂを軸として、拘束手段５で連結された前方摩擦部２０Ａ及び後方摩擦部２０Ｃを前方に移動させるように、前方駆動部４０Ａ及び後方駆動部４０Ｂの駆動を制御することにより、走行ユニット１０の全体の位置が、前方に移動する。
走行ユニット１０の進行は、前方駆動部４０Ａへの圧縮空気の供給により、前方摩擦部２０Ａが前方に押し出されるため、管ｚに曲がりがあっても、容易に進行することができる。また、前方摩擦部２０Ａには、走行ユニット１０の後端部を形成する後方摩擦部２０Ｃが拘束手段５により連結されているため、推進力と同じ牽引力を能動的に得ることができる。したがって、従来のものに比べてより進行速度を向上させることができる。

図８は、走行ユニット１０の他の形態を示す図である。なお、図８では、各ユニットに供給する配管を省略してある。
上記実施形態では、３つの摩擦部２０と２つの駆動部４０とで走行ユニット１０を構成したがこれに限定されない。
例えば、３つの摩擦部２０と２つの駆動部４０とで構成した走行ユニット１０を単位ユニットみなし、この単位ユニットを複数連結しても良い。進行方向前側を前方ユニット１Ａ、後側を後方ユニット１０Ｂとする。なお、前方ユニット１０Ａ及び後方ユニット１０Ｂとは、見かけ上の単位を意味し、前方ユニット１０Ａの最後尾の摩擦部２０は、後方ユニット１０Ｂの先頭の摩擦部２０と共通化される。
この場合、後方ユニット１０Ｂを構成する拘束手段５Ｂの先端側は、前方ユニット１０Ａの摩擦部２０Ｃに拘束手段５Ａの後端側とともに固定される。

上述のように連結された走行ユニット１０は、次にように動作させることができる。
図８に示す状態から図９（ａ）に示すように管ｚ内に配置された走行ユニット１０の前方ユニット１０Ａの中間摩擦部２０Ｂ及び後方ユニット１０Ｂの中間摩擦部２０Ｄを膨張させる。次に図９（ｂ）に示すように、中間摩擦部２０Ｂ；２０Ｄの膨張状態を維持したまま前方ユニット１０Ａの前方駆動部４０Ａ及び後方ユニット１０Ｂの前方駆動部４０Ｃを伸長させることで、走行ユニット１０全体を前方に移動させることができる。なお、図９では、各ユニットに供給する配管を省略してある。

このように走行ユニット１０を構成することにより、２つの中間摩擦部２０Ｂ；２０Ｄで管ｚ内に走行ユニット１０をしっかりと固定することができる。そして、この膨張状態にある２つの中間摩擦部２０Ｂ；２０Ｄを足掛かりとして、２つの駆動部４０Ａ及び駆動部４０Ｃを伸長させる圧縮空気の力によって、拘束手段５Ａにより拘束された摩擦部２０Ａ；２０Ｃを前方に移動させる推進力とともに、拘束手段５Ｂにより拘束された最後尾の摩擦部２０Ｅを前方に移動させる牽引力を強力に得ることができる。

したがって、走行ユニット１０を構成する単位ユニットの連結数を多くすることによりより大きく、同じ力の推進力と牽引力とで走行ユニットを移動させることが可能となる。

なお、後方ユニット１０Ｂを構成する拘束手段５Ｂの先端側を前方ユニット１０Ａの摩擦部２０Ｃに固定するものとして説明したが、これに限定されず摩擦部２０Ａや摩擦部２０Ｂ或いは駆動部４０Ａ；４０Ｂのいずれに固定するようにしても良い。好ましくは、前方ユニット１０Ａにおける進行動作の中心となる摩擦部２０Ｂに固定すると良い。

また、本実施形態では、駆動部４０Ａ；４０Ｂに拘束手段５が貫通するスリーブ４４を設けて、駆動部４０Ａ；４０Ｂが拘束手段５に対して移動可能に構成したが、拘束手段５が駆動部４０Ａ；４０Ｂを貫通し、駆動部４０Ａ；４０Ｂに対して移動可能にする構成はこれに限定されない。例えば、駆動部４０の互いに対向する筒部２８；２８を、気密性を有するチューブで連結し、このチューブの内周側を拘束手段５が貫通するように構成すれば良い。さらに、チューブには、伸縮性や可撓性、或いは伸縮性及び可撓性を有するものを用いると好適である。
このように、スリーブ４４に代えてチューブを用いることにより、拘束手段５が貫通する空間としてだけでなく、例えば、走行ユニット１０の先端に管ｚ内を検査するためのカメラなどを取り付け、自走ロボットを管内検査装置として構成したときに、カメラから延長する配線を貫通させるための空間として用いることもできる。

なお、上述の説明では、自走ロボットは、管ｚの内周壁を走行面として進行するものとして説明したが、ミミズ等の蠕動運動を模して推進力を得る駆動方式は、管内に限定されず、二つの壁面間、或いは地面などの一平面上を走行面として移動することができる。

上記実施形態では、管ｚの内壁面を走行面とし、管ｚの延長方向に沿って進行するものとしたがこれに限定されない。例えば、２つの面によって挟まれた２つの面を走行面として進行させることができる。この場合２つの面の向きは水平に限定されず鉛直などその向きに関係なく進行させることができる。

また、上記実施形態では、摩擦部２０Ａ〜２０Ｃの流体室Ｓ及び駆動部４０Ａ；４０Ｂの流体室Ｖから空気を排出する際に、流体室Ｓ及び流体室Ｖを大気に開放して空気を排出するものとして説明したが、流体室Ｓ及び流体室Ｖから強制的に空気を排出するように負圧発生手段をを設けても良い。この場合、例えば、制御ユニット１００の構成として、バキュームポンプ、或いはバキュームポンプに負圧を蓄圧するアキュームレータとを組み合わせた負圧発生手段等を設定する。そして、負圧発生手段から延長するチューブなどの管を、各摩擦部２０Ａ〜２０Ｃの流体室Ｓと、駆動部４０Ａ；４０Ｂの流体室Ｖとに連通する分配管１１８Ａ〜１１８Ｃ，１１９Ａ；１１９Ｂに個別に割り込むように配管する。さらに、負圧発生手段から延長する管毎に、コントロール部１３０により制御可能なバルブを設け、コントロール部１３０が個別にバルブを制御可能に構成すれば良い。
このような負圧発生手段を用いることにより、例えば、図７（ｅ）に示す進行動作において、後方駆動部４０Ｂの流体室Ｖに負圧を印加し、前方駆動部４０Ｂの流体室Ｖに圧縮空気を供給することにより、前方摩擦部２０Ａを管ｚ奥に押し込む押し込み力、及び後方摩擦部２０Ｃを前方に牽引する牽引力を大きくすることができ、走行ユニット１０の進行速度をより向上させることができる。
また、上記実施形態では、摩擦部２０や駆動部４０を動作させる作動流体に圧縮空気を用いるものとして説明したが、空気に限定されず他の気体や液体などの流体であっても良い。

上記実施形態では、各摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃの膨張により管ｚの壁面を把持するとしたが、摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃの構成は、これに限定されず、摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃの構成を変更することにより、一つの面上を進行させることができる。この場合、走行面の表面が滑らかであり、吸盤による吸着が可能な場合には、例えば、摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃに、空気の排出により吸着し、空気の供給或いは大気解放により吸着が解放される吸盤等を採用し、吸盤を走行面に吸着・解放させることで走行面との摩擦を大きくしたり、小さくするように構成し、上記説明のように走行ユニット１０を動作させることで走行ユニット１０を進行させることができる。

また、上記一つの面が磁気吸着可能な場合には、通電により磁化し、通電の停止により磁化を喪失する電磁石を摩擦部２０Ａ乃至２０Ｃに採用し、電磁石を走行面に吸着・解放させることにより、走行面との摩擦を大きくしたり、小さくするように構成しても良い。

また、上記実施例では管ｚが進行方向が規定されるが、上述のように２平面間や一つの面を移動させる場合、走行ユニット１０の進行方向を制御する必要がある。この場合、拘束手段５に、電圧の印加により湾曲するものを用いることにより、進行方向の向きを自在に変えることができる。

上述した自走ロボットは、周囲に接触しながら移動するため、移動に必要とされる空間が狭い場合に特に好適である。例えば、駆動部４０の周囲にブラシ等の清掃用具を取り付け、ガス管、水道管やダクト等の管内を移動させることにより、管内を清掃する清掃装置を構成することができる。

１ 自走ロボット、５ 拘束手段、１０ 走行ユニット、
２０；２０Ａ〜２０Ｃ 摩擦部、４０；４０Ａ；４０Ｂ 駆動部、
１２０；１２０Ａ〜１２０Ｃ；１２２；１２２Ａ；１２２Ｂ 弁、
１００ 制御ユニット、１１０ 空気供給手段、１３０ コントロール部、ｚ 管。

Claims (4)

1. 走行面に対する摩擦状態を可変とし、可撓性を有するひも状の拘束手段により互いの距離が拘束された一対の摩擦部と、
   走行面に対する摩擦状態を可変とし、前記拘束手段に沿って前記一対の摩擦部の間を移動可能に設けられた中間摩擦部と、
   前記一対の摩擦部の間における前記中間摩擦部の位置を移動させる駆動部と、
   を有する走行ユニットを備え、
   前記走行ユニットは、前記中間摩擦部の走行面に対する摩擦状態を大きくした状態で、前記駆動部の動作により前記中間摩擦部よりも進行方向前方の摩擦部を前方移動させて進行する自走ロボット。
2. 前記走行ユニットが複数連結された請求項１記載の自走ロボット。
3. 前記走行面は、管の内壁面であって、
   前記摩擦部及び前記中間摩擦部は、空気の供給により膨張して内壁面との摩擦を大きくし、空気の排出により内壁面との摩擦を小さくする請求項１又は請求項２記載の自走ロボット。
4. 前記駆動部は、空気の供給により伸長し、空気の排出により収縮可能に構成される請求項１乃至請求項３いずれかに記載の自走ロボット。

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