JP2021160407A - Propulsion device and exploration robot equipped with propulsion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、推進装置、特に、振動作用を利用して所望の方向に推進する推進装置に関する。 The present invention relates to a propulsion device, particularly a propulsion device that propels in a desired direction by utilizing a vibration action.
配管等の狭い空間や不整地を探査するために推進ロボット(推進装置)が使用されることがある。従来の推進ロボットでは、いわゆるミミズの動作と同様の動きで前進するミミズ型ロボットや、いわゆる稲妻形に屈折したリンクの屈折部に車輪を設けて前進する車輪付きリンク型ロボットなどがある。 Propulsion robots (propulsion devices) may be used to explore narrow spaces such as pipes and rough terrain. Conventional propulsion robots include earthworm-type robots that move forward in a motion similar to that of so-called earthworms, and link-type robots with wheels that move forward by providing wheels at the refracted portion of a so-called lightning-refracted link.
しかし、ミミズ型ロボットは、拡径機構を拡径して管内に当接することで一部分を管内に保持し、この保持した部分に対して伸縮機構を伸縮させることで別の部分を移動させ、別部分の拡径機構を拡径して別部分を管内に保持する動作を繰り返す必要がある等、機構が複雑であり装置のコストが高くなる。また、車輪付きリンク型ロボットでは、リンク自体が稲妻形で幅が大きくなるうえに、さらにリンクから突出する車輪によって大型になるので狭い配管に進入させることが難しい。これらの対策として、簡単な機構で小型化された特許文献1に開示される推進装置が知られている。
However, the earthworm type robot holds a part in the pipe by expanding the diameter expansion mechanism and contacting the inside of the pipe, and moves another part by expanding and contracting the expansion and contraction mechanism with respect to the held part. The mechanism is complicated and the cost of the device is high, for example, it is necessary to repeat the operation of expanding the diameter of the diameter-expanding mechanism of the portion and holding the other portion in the pipe. Further, in the link type robot with wheels, the link itself is lightning-shaped and has a large width, and the wheels protruding from the link make the link large, so that it is difficult to enter a narrow pipe. As a countermeasure against these, a propulsion device disclosed in
特許文献1の推進装置は、ハウジングと、このハウジングの進行方向に寄った位置に設けられ振動を発生する偏心モータと、ハウジングを接地すると共に弾性を有する複数の繊毛と、を備えている。偏心モータの回転によって発生した振動を、弾性を有する繊毛に伝播させることで繊毛に微小な撓みを発生させ、繊毛が元に戻るときに床面から受ける反作用の力を利用して推進力を得るものである。
The propulsion device of
ところで、配管等の内部を詳しく探査するには、障害物を避けたり岐路で調査したい方向に進んだりする必要があるため、前進のみではなく、後退や左右への方向転換が必要になることがある。しかし、特許文献1の推進装置では、停止するか又は前進することしかできず、調査したい方向に自由に進めないため、詳しい調査を実施することが難しい。
By the way, in order to explore the inside of pipes in detail, it is necessary to avoid obstacles and proceed in the direction you want to investigate at the crossroads, so it may be necessary not only to move forward but also to move backward or change direction to the left or right. be. However, it is difficult to carry out a detailed investigation because the propulsion device of
本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成で小型であり、且つ、前進の他、後退及び左右への方向転換も可能な推進装置を提供することを課題とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a propulsion device having a simple structure, a small size, and capable of moving backward and turning left and right in addition to forward movement.
[1]ベースとなる内殻と、
前記内殻に設けられ弾性を有して前記内殻を接地する複数の繊毛と、
前記繊毛を振動させる振動体と、
前記内殻に沿って移動可能に設けられ複数の前記繊毛がそれぞれ挿通されると共に当接することで前記繊毛の延び方向を制御可能な制御貫通孔が形成された外殻と、
前記内殻に対して前記外殻を移動させる移動機構と、を備えていることを特徴とする。
[1] The base inner shell and
A plurality of cilia provided on the inner shell and having elasticity to ground the inner shell,
A vibrating body that vibrates the cilia and
An outer shell movably provided along the inner shell and formed with a control through hole capable of controlling the extending direction of the cilia by inserting and abutting each of the plurality of the cilia.
It is characterized by comprising a moving mechanism for moving the outer shell with respect to the inner shell.
かかる構成によれば、推進装置は、内殻と、複数の繊毛と、振動体と、外殻と、移動機構とからなるので、従来のミミズ型ロボットの複数の拡径機構や伸縮機構等のような複雑構成が不要で簡単な構成にすることができ、さらに従来の車輪付きリンク型ロボットのように稲妻形に車輪を設ける必要がなく小型化を図ることができる。さらに、外殻には、内殻に沿って移動可能に設けられ複数の繊毛がそれぞれ挿通されると共に当接することで繊毛の延び方向を制御可能な制御貫通孔が形成されており、移動機構により内殻に対して外殻が移動される。移動機構により外殻を移動させると制御貫通孔の縁に繊毛が当接して押され、繊毛の基端部を支点にして延び方向が変わり、繊毛を所望の方向に傾斜させることができる。このため、振動体を振動させることで繊毛の弾性を利用し、繊毛の傾斜した方向と反対方向に推進装置を進めることができる。移動機構は内殻に沿って外殻をいずれの方向にも移動させることができるので、繊毛の延び方向(傾斜方向)を自由に制御し、前進の他、後退及び左右への方向転換も可能となる。 According to this configuration, the propulsion device includes an inner shell, a plurality of cilia, a vibrating body, an outer shell, and a moving mechanism. Such a complicated configuration is not required and a simple configuration can be made, and further, unlike a conventional link-type robot with wheels, it is not necessary to provide wheels in a lightning-shaped shape, and miniaturization can be achieved. Further, the outer shell is provided with a control through hole that is movably provided along the inner shell and can control the extending direction of the cilia by inserting and contacting each of a plurality of cilia. The outer shell is moved relative to the inner shell. When the outer shell is moved by the moving mechanism, the cilia come into contact with the edge of the control through hole and are pushed, the extending direction changes with the base end portion of the cilia as a fulcrum, and the cilia can be tilted in a desired direction. Therefore, by vibrating the vibrating body, the elasticity of the cilia can be utilized to advance the propulsion device in the direction opposite to the inclined direction of the cilia. Since the movement mechanism can move the outer shell in any direction along the inner shell, it is possible to freely control the extension direction (inclination direction) of the cilia, and in addition to advancing, it is also possible to move backward and change direction to the left and right. It becomes.
[2]好ましくは、前記移動機構は、前記外殻の前記内殻に対向する面に設けられ前記対向する面の所定の第1方向に噛み合い可能な歯を有するラックと、前記ラックの前記第1方向に噛み合い可能な第1歯車と、を備えている。 [2] Preferably, the moving mechanism includes a rack provided on a surface of the outer shell facing the inner shell and having teeth that can be meshed in a predetermined first direction of the facing surface, and the first rack of the rack. It includes a first gear that can mesh in one direction.
かかる構成によれば、一方向の前進と後進が可能な、例えば、前後方向のみに移動可能な簡単な構成の推進装置とすることができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a propulsion device having a simple configuration capable of moving forward and backward in one direction, for example, moving only in the front-rear direction.
[3]好ましくは、前記移動機構は、前記内殻に設けられ前記第1歯車を回転させる第1モータを備えている。 [3] Preferably, the moving mechanism includes a first motor provided in the inner shell and rotating the first gear.
かかる構成によれば、第1歯車は第1モータによって回転されるので、例えば市販のモータを使用して部品コストを低減させることができる。 According to such a configuration, since the first gear is rotated by the first motor, for example, a commercially available motor can be used to reduce the component cost.
[4]好ましくは、前記移動機構は、前記外殻の前記内殻に対向する面に設けられ前記対抗する面の所定の第1方向及び前記第1方向に直交する第2方向に噛み合い可能な歯を有するオムニギアと、前記オムニギアの前記第1方向に噛み合い可能な第1歯車と、前記オムニギアの前記第2方向に噛み合い可能な第2歯車と、を備えている。 [4] Preferably, the moving mechanism is provided on the surface of the outer shell facing the inner shell and can mesh with a predetermined first direction of the opposing surface and a second direction orthogonal to the first direction. It includes a toothed omni gear, a first gear that can mesh with the first direction of the omni gear, and a second gear that can mesh with the second direction of the omni gear.
かかる構成によれば、移動機構は、外殻の面に設けられ所定の第1方向及び第1方向に直交する第2方向に噛み合い可能な歯を有するオムニギアを備えている。オムニギアが設けられているので、外殻を、第1歯車及び第2歯車を介して前後左右に自由な位置に移動させることができる。このため、簡単な構成で、移動機構は内殻に沿って外殻をいずれの方向にも移動させることができ、繊毛の延び方向(傾斜方向)を自由に制御し、推進装置を前進の他、後退及び左右へ方向転換させることができる。 According to such a configuration, the moving mechanism includes an omni gear provided on the surface of the outer shell and having teeth that can be meshed in a predetermined first direction and a second direction orthogonal to the first direction. Since the omni gear is provided, the outer shell can be moved to a free position in the front-rear and left-right directions via the first gear and the second gear. Therefore, with a simple configuration, the moving mechanism can move the outer shell in any direction along the inner shell, freely control the extending direction (inclination direction) of the cilia, and move the propulsion device forward. , Retreat and turn left and right.
[5]好ましくは、前記移動機構は、前記内殻に設けられ前記第1歯車を回転させる第1モータと、前記内殻に設けられ前記第2歯車を回転させる第2モータと、を備えている。 [5] Preferably, the moving mechanism includes a first motor provided in the inner shell to rotate the first gear, and a second motor provided in the inner shell to rotate the second gear. There is.
かかる構成によれば、第1歯車及び第2歯車をそれぞれ第1モータ及び第2モータで回転させる簡単な構成とすることができる。 According to such a configuration, the first gear and the second gear can be simply rotated by the first motor and the second motor, respectively.
[6]好ましくは、前記移動機構は、前記内殻の前記繊毛が設けられた面とは反対の面に前記第1モータ及び前記第2モータが設けられ、
前記内殻に前記第1歯車の一部及び前記第2歯車の一部が通過する歯車用貫通孔が形成されている。
[6] Preferably, the moving mechanism is provided with the first motor and the second motor on the surface of the inner shell opposite to the surface on which the cilia are provided.
A through hole for a gear through which a part of the first gear and a part of the second gear pass is formed in the inner shell.
かかる構成によれば、内殻と外殻を接近させて配置し、内殻に形成された歯車用貫通孔に第1歯車及び第2歯車を通過させるので、部品を密集させて装置全体をより小型にすることができる。 According to such a configuration, the inner shell and the outer shell are arranged close to each other, and the first gear and the second gear are passed through the through holes for gears formed in the inner shell. It can be made smaller.
[7]好ましくは、前記振動体は、中心軸から半径方向に離間された重りが前記中心軸を中心に円運動する偏心モータである。 [7] Preferably, the vibrating body is an eccentric motor in which a weight separated from the central axis in the radial direction moves in a circular motion about the central axis.
かかる構成によれば、振動体は偏心モータであるので、より簡単な構成で部品コストを安価にすることができる。 According to such a configuration, since the vibrating body is an eccentric motor, it is possible to reduce the component cost with a simpler configuration.
[8]好ましくは、前記振動体は、前記繊毛が電圧を印加することで振動する圧電素子である。 [8] Preferably, the vibrating body is a piezoelectric element in which the cilia vibrate when a voltage is applied.
かかる構成によれば、振動体は電圧素子で構成された繊毛そのものであるので、振動用の偏心モータが不要となり、より一層装置を小型にすることができる。 According to this configuration, since the vibrating body is the cilia themselves composed of the voltage element, the eccentric motor for vibration becomes unnecessary, and the device can be further miniaturized.
[9]好ましくは、前記内殻、前記外殻及び前記繊毛は、生分解性プラスチックで形成されている。 [9] Preferably, the inner shell, the outer shell and the cilia are formed of biodegradable plastic.
かかる構成によれば、装置の主要部品である内殻、外殻及び繊毛が生分解性プラスチックで形成されているので、配管内を推進装置で探査する際、仮に推進装置が何等かの理由で取り出せなくなっても、装置が時間経過と共に分解されるので、配管内のゴミとして邪魔にならないようにでき配管内の環境が悪くなることを防止できる。 According to this configuration, the inner shell, outer shell and cilia, which are the main parts of the device, are made of biodegradable plastic, so when exploring the inside of the pipe with the propulsion device, the propulsion device may be used for some reason. Even if it cannot be taken out, the device is disassembled over time, so that it does not get in the way as dust in the pipe and the environment inside the pipe can be prevented from deteriorating.
[10]好ましくは、前記推進装置を備えた探査ロボットである。 [10] Preferably, an exploration robot provided with the propulsion device.
かかる構成によれば、推進装置を探査ロボットに適用するので、配管内の移動に適しており、配管内の探査を良好に行うことができる。 According to such a configuration, since the propulsion device is applied to the exploration robot, it is suitable for movement in the pipe, and the exploration in the pipe can be performed satisfactorily.
簡単な構成で小型であり、且つ、前進の他、後退及び左右への方向転換も可能な推進装置を提供することができる。 It is possible to provide a propulsion device having a simple structure, a small size, and capable of moving backward and turning left and right in addition to forward movement.
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は、推進装置の概略構成を概念的(模式的)に示す図面も含むものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings shall also include drawings that conceptually (schematically) show the schematic configuration of the propulsion device.
図1に示すように、推進装置10は、ハウジング11と、このハウジング11の内部から外方に向かって延びるように設けられた複数の繊毛21と、この推進装置10に給電すると共に制御信号を送るケーブル12と、を備えている。推進装置10は、ケーブル12を介して複数連結されている。繊毛21は、弾性を有し、推進装置10の前後方向を軸にしてハウジング11の全周囲から放射状に延び、且つ前後方向に複数列配置されている。なお、推進装置10の大きさの比較対象として市販の乾電池19(単3形電池)を配置している。
As shown in FIG. 1, the
次に推進装置10を前進方向に推進させるための基本原理について説明する。
Next, the basic principle for propelling the
図2は、推進装置10を概念的に示したモデルである。推進装置10は、ハウジング11と、このハウジング11の内部に設けられた駆動部材としての偏心モータ13と、ハウジング11の外周面に設けられた接地部材としての複数の繊毛21と、を備えている。
FIG. 2 is a model conceptually showing the
偏心モータ13は、例えば、おもちゃのプラモデルに使用される市販の小型モータであってもよい。偏心モータ13を駆動させるための電力は、ハウジング11内部に設けた電池(不図示)から供給してもよく、その場合は給電用のケーブル12(図1参照)が不要となる。
The
複数の繊毛21は、ハウジング11と接面50との距離を変化させる弾性を有しており、進行方向とは逆方向に傾斜して延びている。これらの複数の繊毛21により、ハウジング11は接面50に接地される。なお、接地部材としての繊毛21は、偏心モータ13による偏心作用を受けたときに所定の推進力を発生させる弾性を有するものであればよく、図2のような、進行方向と逆方向に傾斜すると共に先端部が若干曲がった繊毛21に限定されるものではなく、直線状に延びる繊毛21や、断面が矩形状の繊毛、長さ方向に太さ・断面形状が変化する繊毛等であってもよい。また、繊毛21の材質は、偏心モータ13の回転数に対応して適切な推進力が発揮されるよう粘弾性が調整されたゴムや合成樹脂とすることができる。
The plurality of
偏心モータ13の中心軸14には、中心軸14から半径方向において所定の距離だけ離間された位置に重り15が設けられている。重り15は、偏心モータ13によって、中心軸14を中心に回転運動を行うようになっており、このため、ハウジング11全体の重心位置が動き、ハウジング11が振動する。この重心位置の高周波の揺動によるハウジング11の振動を通じて、ハウジング11には、少なくとも上下方向に運動成分が発生する。
A
上下方向における運動成分によって、弾性を有する複数の繊毛21は、スタート位置における状態(図左側の想像線の位置)、すなわち、実質的に曲がりを有しない状態から、矢印(1)のように沈み込んで前のめりに傾斜した状態(図真ん中の想像線の位置)、すなわち、曲がりを有する状態に変化する。このため、複数の繊毛21は、矢印(2)のように、接面50から所定の反作用を受ける。この結果、繊毛21には、所定の力、すなわち、弾性力による推進力が働き、矢印(3)のように微小に前方へ移動して姿勢が元の状態(図右側の実線の位置)になる。なお、図2の真ん中の想像線の状態は、説明を分かりやすくするため、ハウジング11及び繊毛21の傾斜をやや過剰に描いているが、実際には繊毛21の弾性にも依存するものの傾斜角度は通常わずかである。
Due to the movement component in the vertical direction, the plurality of
このように、偏心モータ13からの振動により上述した動作を繰り返すことで、推進装置10は、繊毛21が傾斜した方向と反対方向である前進方向に進む。
By repeating the above-mentioned operation by the vibration from the
次に本発明の実施例に係るオムニギア31及び繊毛21について説明する。
Next, the omni-
図3の(a)に示すように、オムニギア31は、例えばパネル状の外殻30の歯底となる面32に、この面32に沿った所定の第1方向X及びこの第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な複数の歯33が設けられた、いわゆる全方向駆動歯車である。
As shown in FIG. 3A, the omni-
オムニギア31の第1方向Xに噛み合う第1歯車41と第2方向Yに噛み合う第2歯車42とにより、オムニギア31は1つの面で2方向へ出力が可能となり、小型で軽量なアクチュエータとしての機能を有することができる。
The
図3の(b)に示すように、繊毛21は、例えば筒状の内殻20に設けられて、この内殻20を接地するように、筒状の内殻20の中心軸から外方に向かって放射状に複数延び、内殻20の前後方向に複数列配置されている。繊毛21は、例えばゴムや合成樹脂等、弾性を有する材質で形成されており、内殻20を進ませたい方向と逆方向に傾斜させ、振動を与えることで反力を利用して進むことができる。
As shown in FIG. 3B, the
繊毛21をこのような態様にすることで、簡単な機構で推進させることができ、小型で軽量とし、且つ高い防水性及び防塵性を有することができる。
By making the
次に本発明の実施例に係る推進機構10の基本構成について説明する。
Next, the basic configuration of the
図4の(a)、(b)及び図5に示すように、基本構成に係る推進機構10は、ハウジング11と、このハウジング11に移動可能に設けられたベースとなる内殻20と、この内殻20に設けられ弾性を有して内殻20を接地する複数の繊毛21と、内殻20に設けられ繊毛21を振動させる振動体22と、を備えている。
As shown in FIGS. 4A, 4B, and 5A, the
また、推進機構10は、ハウジング11に一体的に設けられ且つ内殻20に沿って相対的に移動可能に設けられた外殻30と、内殻20に設けられ内殻20に対して外殻30を移動させる移動機構40と、を備えている。外殻30には、複数の繊毛21がそれぞれ挿通されると共に当接することで繊毛21の延び方向を制御可能な制御貫通孔34が形成されている。内殻20の繊毛21が設けられた面23に対して、繊毛21が垂直方向に延びている状態では、外殻30が基準位置にあり、制御貫通孔34の中心は繊毛21の基端部(根本)の中心から垂直方向に延びる中心軸上に位置する。
Further, the
移動機構40は、外殻30の内殻20に対向する面32(図6参照)に設けられ対抗する面32の所定の第1方向X及び第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な歯33を有するオムニギア31と、内殻20に設けられた第1モータ43と、この第1モータ43に回転可能に設けられオムニギア31の第1方向Xに噛み合う第1歯車41と、内殻20に設けられた第2モータ44と、この第2モータ44に回転可能に設けられオムニギア31の第2方向Yに噛み合う第2歯車42と、を備えている。
The moving
移動機構40には、内殻20の繊毛21が設けられた面23とは反対の面24に第1モータ43及び第2モータ44が設けられている。内殻20には、第1歯車41の一部及び第2歯車42の一部が通過する歯車用貫通孔25が形成されている。
The moving
振動体22は、中心軸26から半径方向に離間された重り27が中心軸26を中心に円運動する偏心モータである。
The vibrating
また、ハウジング11、内殻20、繊毛21、外殻30、移動機構40等は、生分解性プラスチックで形成されている。なお、実施例では、ハウジング11、内殻20、繊毛21、外殻30、移動機構40等の材質を生分解性プラスチックとしたが、これに限定されず、生分解性ではない構成樹脂製、金属製、木製等、材質は問わない。また、推進装置10の電気部品以外を生分解性プラスチックとしてもよく、さらには、一部の部品のみを生分解性プラスチックとしてもよい。
The
次に以上に述べた基本構成に係る推進装置10の作用を説明する。
Next, the operation of the
図6の(a)に示すように、推進装置10を前後方向に見た状態である。内殻20に対して外殻30は基準位置にあり、繊毛21は推進装置10(内殻20の面23)に対して垂直方向に延びている。
As shown in FIG. 6A, the
図6の(b)に示すように、移動機構40の第1モータ43を駆動させて第1歯車41を矢印(4)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(5)のように図右方向に傾斜する。ここで振動体22(図4参照)を振動させると、推進装置10は矢印(6)のように図左方向に移動する。
As shown in FIG. 6B, when the
図6の(c)に示すように、移動機構40の第1モータ43を駆動させて第1歯車41を矢印(7)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(8)のように図左方向に傾斜する。ここで振動体22(図4参照)を振動させると、推進装置10は矢印(9)のように図右方向に移動する。
As shown in FIG. 6 (c), when the
図7の(a)は、推進装置10を横方向から見た状態を示している。内殻20に対して外殻30は基準位置にあり、繊毛21は推進装置10(内殻20の面23)に対して垂直方向に延びている。
FIG. 7A shows a state in which the
図7の(b)に示すように、移動機構40の第2モータ44を駆動させて第2歯車42を矢印(10)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(11)のように後方向(図右方向)に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(12)のように前方向(図左方向)に移動する。
As shown in FIG. 7B, when the
図7の(c)に示すように、移動機構40の第2モータ44を駆動させて第2歯車42を矢印(13)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(14)のように前方向(図左方向)に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(15)のように後方向(図右方向)に移動する。
As shown in FIG. 7 (c), when the
次に本発明の実施例に係る探査ロボットとしての推進機構10の要部について説明する。
Next, a main part of the
図8の(a)、(b)、図10(a)に示すように、推進機構10は探査ロボットに適用されている。ベースとなる円筒状の内殻20と、この内殻20に設けられ弾性を有して内殻20を接地する複数の繊毛21と、内殻20に設けられ繊毛21を振動させる振動体22と、を備えている。繊毛21は、円筒状の内殻20の中心軸から外方に向かって放射状に複数延び、内殻20の前後方向に複数列配置されている。
As shown in FIGS. 8A, 8B, and 10A, the
また、内殻20の外径方向側には、円筒状の外殻30が内殻20に沿って相対的に移動可能に設けられている。内殻20には、内殻20に対して外殻30を移動させる移動機構40が設けられている。外殻30には、複数の繊毛21がそれぞれ挿通されると共に当接することで繊毛21の延び方向を制御可能な制御貫通孔34が形成されている。内殻20の繊毛21が設けられた面23に対して、繊毛21が垂直方向に延びている状態では、外殻30が基準位置にあり、制御貫通孔34の中心は繊毛21の基端部(根本)の中心から垂直方向に延びる中心軸上に位置する。
Further, on the outer radial side of the
移動機構40は、外殻30の内殻20に対向する面32に設けられ対抗する面32の所定の第1方向X及び第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な歯を有するオムニギア31と、内殻20に設けられた第1モータ43と、この第1モータ43に回転可能に設けられオムニギア31の第1方向Xに噛み合う第1歯車41と、内殻20に設けられた第2モータ44と、この第2モータ44に回転可能に設けられオムニギア31の第2方向Yに噛み合う第2歯車42と、を備えている。オムニギア31は、円筒状の外殻30の内面に沿って形成されている。
The moving
移動機構40には、内殻20の繊毛21が設けられた面23とは反対の面24に第1モータ43及び第2モータ44が設けられている。内殻20には、第1歯車41の一部及び第2歯車42の一部が通過する歯車用貫通孔25が形成されている。第1歯車41及び第2歯車42は、歯車用貫通孔25を通過し、想像線で示す外殻30に設けられたオムニギア(不図示)に噛み合っている。
The moving
次に繊毛21の特性について説明する。なお、図9においては、便宜上、内殻20を略円柱形状として示し、予め所定方向に傾斜させた繊毛21について説明する。
Next, the characteristics of the
図9の(a)、(b)、(c)に示すように、繊毛21の繊毛長をLとし、繊毛径をDとし、前後方向の軸に対する繊毛角度をθとする。繊毛21は、繊毛長Lが大きいと進行方向が変化し易くなり、反面、自重を支え難くなる。また、繊毛21は、繊毛径Dが大きいと推力が増加し、反面、進行方向が変化し難くなる。なお、実施例では、繊毛角度θを基準位置において90度としているが、これに限定されず、80度、100度等に設定してもよい。
As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the cilia length of the
次に以上に述べた実施例に係る探査ロボットとしての推進装置10の作用を説明する。
Next, the operation of the
図10の(a)は、探査ロボットとしての推進装置10を前後方向に見た状態を示している。円筒状の内殻20に対して外殻30は基準位置にあり、繊毛21は推進装置10(内殻20の面23)に対して垂直方向に延びて、全体として放射状となっている。
FIG. 10A shows a state in which the
図10の(b)に示すように、移動機構40の第1モータ43を駆動させて第1歯車41を矢印(16)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(17)のように図左回り方向に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(18)のように図左方向に移動する。
As shown in FIG. 10B, when the
図10の(c)に示すように、移動機構40の第1モータ43を駆動させて第1歯車41を矢印(19)のように回転させると、内殻20が移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(20)のように図右回り方向に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(21)のように図右方向に移動する。
As shown in FIG. 10 (c), when the
図11の(a)は、探査ロボットとしての推進装置10を横方向から見た状態を示している。内殻20に対して外殻30は基準位置にあり、繊毛21は推進装置10(内殻20の面23)に対して垂直方向に延びている。
FIG. 11A shows a state in which the
図11の(b)に示すように、移動機構40の第2モータ44(図10参照)を駆動させて第2歯車42を回転させると、内殻20が矢印(22)のように移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(23)のように後方向(図右方向)に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(24)のように前方向(図左方向)に移動する。
As shown in FIG. 11B, when the second motor 44 (see FIG. 10) of the moving
図11の(c)に示すように、移動機構40の第2モータ44(図10参照)を駆動させて第2歯車42を回転させると、内殻20が矢印(25)のように移動し(内殻20に対して外殻30が移動し)、繊毛21が矢印(26)のように前方向(図左方向)に傾斜する。ここで振動体22を振動させると、推進装置10は矢印(27)のように後方向(図右方向)に移動する。
As shown in FIG. 11 (c), when the second motor 44 (see FIG. 10) of the moving
次に別態様のオムニギア31について説明する。
Next, another aspect of the
図12の(a)、(b)に示すように、外殻30を自由曲面として、歯底となる面32に沿った所定の第1方向X及びこの第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な複数の歯33を設けることで、オムニギア31も自由曲面に沿った形状にすることができる。さらには、外殻30を柔軟性のある材質とし、この柔軟な外殻30にオムニギア31を設けることで、推進装置10全体に柔軟性を持たせ、探査時に仮に段差等の障害物にぶつかっても推進装置10が柔軟に変形して、障害物を乗り越えることできる。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the
次に、以上に述べた推進装置10の作用、効果について説明する。
Next, the actions and effects of the
本発明の構成において、推進装置10は、内殻20と、複数の繊毛21と、振動体22と、外殻30と、移動機構40とからなるので、従来のミミズ型ロボットの複数の拡径機構や伸縮機構等のような複雑構成が不要で簡単な構成にすることができ、さらに従来の車輪付きリンク型ロボットのように稲妻形に車輪を設ける必要がなく小型化を図ることができる。さらに、外殻30が内殻20に沿って移動可能に設けられ、その外殻30には複数の繊毛21がそれぞれ挿通されると共に当接することで繊毛21の延び方向を制御可能な制御貫通孔34が形成されており、移動機構40により内殻20に対して外殻30が相対移動される。移動機構40により外殻30を移動させると制御貫通孔34の縁に繊毛21が当接して押され、繊毛21の基端部を支点にして延び方向が変わり、繊毛21を所望の方向に傾斜させることができる。このため、振動体22を振動させることで繊毛21の弾性を利用し、繊毛21の傾斜した方向と反対方向に推進装置10を進めることができる。移動機構40は内殻20に沿って外殻30をいずれの方向にも移動させることができるので、繊毛21の延び方向(傾斜方向)を自由に制御し、前進の他、後退及び左右への方向転換も可能となる。
In the configuration of the present invention, the
さらに、移動機構40は、外殻30の面32に設けられ所定の第1方向X及び第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な歯を有するオムニギア31を備えている。オムニギア31が設けられているので、外殻30を、第1歯車41及び第2歯車42を介して前後左右に自由な位置に移動させることができる。このため、簡単な構成で、移動機構40は内殻20に沿って外殻30をいずれの方向にも移動させることができ、繊毛21の延び方向(傾斜方向)を自由に制御し、推進装置10を前進の他、後退及び左右へ方向転換させることができる。
Further, the moving
さらに、第1歯車41及び第2歯車42をそれぞれ第1モータ43及び第2モータ44で回転させる簡単な構成とすることができる。
Further, the
さらに、内殻20と外殻30を接近させて配置し、内殻20に形成された歯車用貫通孔25に第1歯車41及び第2歯車42を通過させるので、部品を密集させて装置全体をより小型にすることができる。
Further, the
さらに、振動体22は偏心モータであるので、より簡単な構成で部品コストを安価にすることができる。
Further, since the vibrating
さらに、装置の主要部品である内殻20、外殻30及び繊毛21が生分解性プラスチックで形成されているので、配管内を推進装置10で探査する際、仮に推進装置10が何等かの理由で取り出せなくなっても、装置が時間経過と共に分解されるので、配管内のゴミとして邪魔にならないようにでき配管内の環境が悪くなることを防止できる。
Further, since the
さらに、推進装置10を探査ロボットに適用するので、配管内の移動に適しており、配管内の探査を良好に行うことができる。
Further, since the
なお、実施例では、振動体22を内殻20に設けたが、これに限定されず、振動体22を外殻30やその他の部分に設けてもよく、推進装置10自体が振動して推進できれば振動体22の設置場所はいずれであってもよい。さらに、振動体22を偏心モータとしたが、これに限定されず、繊毛21を振動させることができれば、振動体22は、繊毛21が電圧を印加することで振動する圧電素子であってもよい。この場合、振動体22は電圧素子で構成された繊毛21そのものであるので、振動用の偏心モータが不要となり、より一層装置を小型にすることができる。
In the embodiment, the vibrating
また、実施例では、移動機構40が、外殻30の面32に設けられ所定の第1方向X及び第1方向Xに直交する第2方向Yに噛み合い可能な歯を有するオムニギア31を備えていたが、これに限定されるものではなく、推進装置10の具体的な用途に応じて移動機構40の構成を適宜簡略化してもよい。例えば、外殻30の面32に、所定の第1方向Xのみに噛み合い可能な歯を有するギア(ラック)を設け、第2方向Yに噛み合い可能な歯を有するギアを省略することができる。この場合、外殻30を、第1歯車41を介して第1モータ43で前後(もしくは左右)の自由な位置に移動させることができる。これにより、繊毛21の延び方向(傾斜方向)を制御し、推進装置10を前進及び後退方向(もしくは左右方向)へ方向転換させることができる。
Further, in the embodiment, the moving
さらに、実施例では、第1モータ43及び第2モータ44を備え、これらのモータにより、第1歯車41及び第2歯車を介して外殻30を自由な位置に移動させていたが、移動機構40の構成はこれに限定されるものではない。例えば、外殻30の面32にギアが備えられ、モータに代えて、機械的な機構によりギアを所定角度だけ回転させることにより内殻20と外殻30の相対位置をずらしてもよい。あるいは、電磁石や永久磁石を設け、これらの磁石同士の引き合い、反発をスイッチングにより切り替えることで、内殻20と外殻30の相対位置を所定の状態に設定し、推進装置10の進む方向を制御してもよい。
Further, in the embodiment, the
即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。 That is, the present invention is not limited to the examples as long as the actions and effects of the present invention are exhibited.
本発明は、配管内を探査する探査ロボットに好適である。本発明に係る推進装置10を備えた探査ロボットは、従来の探査ロボットと同様に、必要に応じて、各種センサー、撮像装置、照明、送受信装置、制御装置、電源等を搭載することができる。
The present invention is suitable for an exploration robot that explores the inside of a pipe. The exploration robot provided with the
10…推進装置、20…内殻、21…繊毛(接地部材、圧電素子)、22…振動体(偏心モータ、圧電素子)、23…繊毛が設けられた面、24…反対の面、25…歯車用貫通孔、26…中心軸、27…重り、30…外殻、31…オムニギア、32…対抗する面、33…歯、34…制御貫通孔、40…移動機構、41…第1歯車、42…第2歯車、43…第1モータ、44…第2モータ、X…第1方向、Y…第2方向。 10 ... Propulsion device, 20 ... Inner shell, 21 ... Gears (grounding member, piezoelectric element), 22 ... Vibrating body (eccentric motor, piezoelectric element), 23 ... Surface provided with gears, 24 ... Opposite surface, 25 ... Through hole for gear, 26 ... central shaft, 27 ... weight, 30 ... outer shell, 31 ... omni gear, 32 ... opposing surface, 33 ... tooth, 34 ... control through hole, 40 ... moving mechanism, 41 ... first gear, 42 ... 2nd gear, 43 ... 1st motor, 44 ... 2nd motor, X ... 1st direction, Y ... 2nd direction.
Claims (10)
前記内殻に設けられ弾性を有して前記内殻を接地する複数の繊毛と、
前記繊毛を振動させる振動体と、
前記内殻に沿って移動可能に設けられ複数の前記繊毛がそれぞれ挿通されると共に当接することで前記繊毛の延び方向を制御可能な制御貫通孔が形成された外殻と、
前記内殻に対して前記外殻を移動させる移動機構と、を備えていることを特徴とする推進装置。 The base inner shell and
A plurality of cilia provided on the inner shell and having elasticity to ground the inner shell,
A vibrating body that vibrates the cilia and
An outer shell movably provided along the inner shell and formed with a control through hole capable of controlling the extending direction of the cilia by inserting and abutting each of the plurality of the cilia.
A propulsion device including a moving mechanism for moving the outer shell with respect to the inner shell.
前記移動機構は、前記外殻の前記内殻に対向する面に設けられ前記対向する面の所定の第1方向に噛み合い可能な歯を有するラックと、前記ラックの前記第1方向に噛み合い可能な第1歯車と、を備えている推進装置。 The propulsion device according to claim 1.
The moving mechanism is capable of meshing with a rack having teeth provided on a surface of the outer shell facing the inner shell and having teeth that can mesh in a predetermined first direction of the facing surface and the rack in the first direction. A propulsion device equipped with a first gear.
前記移動機構は、前記内殻に設けられ前記第1歯車を回転させる第1モータを備えている推進装置。 The propulsion device of claim 2.
The moving mechanism is a propulsion device provided in the inner shell and including a first motor for rotating the first gear.
前記移動機構は、前記外殻の前記内殻に対向する面に設けられ前記対抗する面の所定の第1方向及び前記第1方向に直交する第2方向に噛み合い可能な歯を有するオムニギアと、前記オムニギアの前記第1方向に噛み合い可能な第1歯車と、前記オムニギアの前記第2方向に噛み合い可能な第2歯車と、を備えている推進装置。 The propulsion device according to claim 1.
The moving mechanism includes an omni gear provided on a surface of the outer shell facing the inner shell and having teeth that can mesh with a predetermined first direction of the opposing surface and a second direction orthogonal to the first direction. A propulsion device including a first gear that can mesh with the first direction of the omni gear and a second gear that can mesh with the second direction of the omni gear.
前記移動機構は、前記内殻に設けられ前記第1歯車を回転させる第1モータと、前記内殻に設けられ前記第2歯車を回転させる第2モータと、を備えている推進装置。 The propulsion device according to claim 4.
The moving mechanism is a propulsion device including a first motor provided in the inner shell to rotate the first gear and a second motor provided in the inner shell to rotate the second gear.
前記移動機構は、前記内殻の前記繊毛が設けられた面とは反対の面に前記第1モータ及び前記第2モータが設けられ、
前記内殻に前記第1歯車の一部及び前記第2歯車の一部が通過する歯車用貫通孔が形成されている推進装置。 The propulsion device according to claim 5.
In the moving mechanism, the first motor and the second motor are provided on a surface of the inner shell opposite to the surface on which the cilia are provided.
A propulsion device in which a through hole for a gear through which a part of the first gear and a part of the second gear pass is formed in the inner shell.
前記振動体は、中心軸から半径方向に離間された重りが前記中心軸を中心に円運動する偏心モータである推進装置。 The propulsion device according to any one of claims 1 to 6.
The vibrating body is a propulsion device that is an eccentric motor in which a weight separated from the central axis in a radial direction moves in a circular motion around the central axis.
前記振動体は、前記繊毛が電圧を印加することで振動する圧電素子である推進装置。 The propulsion device according to any one of claims 1 to 6.
The vibrating body is a propulsion device that is a piezoelectric element in which the cilia vibrate when a voltage is applied.
前記内殻、前記外殻及び前記繊毛は、生分解性プラスチックで形成されている推進装置。 The propulsion device according to any one of claims 1 to 8.
A propulsion device in which the inner shell, the outer shell, and the cilia are made of biodegradable plastic.
前記推進装置を備えた探査ロボット。 The propulsion device according to any one of claims 1 to 9.
An exploration robot equipped with the propulsion device.
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