JP2023543977A - ロボットの移動のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

構造物を検査するためのロボット装置３００であって、ロボット装置３００の長手方向に延びる胴体３０２あって、前記胴体３０２は前端３０４、後端３０６、及び前端３０４と後端３０６の間に延びる対向する側面３１２、３１４を有する胴体と、胴体３０２の対向する側面３１２、３１４のそれぞれに配置された複数の脚３１６であって、各脚３１６が１つ以上の関節を備える複数の脚と、複数のキャリッジ３１５であって、各キャリッジ３１５は、脚３１６を前記胴体３０２に接続させ、各脚３１６胴体の側面に対して長手方向に移動できるように構成されている、複数のキャリッジと、を具備し、各キャリッジ３１５は、脚の間隔を変更できるように、他のキャリッジのそれぞれとは独立して移動するように構成されており、ここで、脚の間隔とは、胴体の一つの側面にある隣接する２つの脚の間の距離である。【選択図】図３

Description

本明細書は、ロボット、特に構造物を横切って移動して検査及び／又は保守操作を実行するように構成されたロボット装置の移動のシステム及び方法に関するが、これに限定されない。

風力タービン、超高層ビル、橋、及び原子力発電所の冷却塔のような大型構造物を横断するように構成されたロボットが知られている。そのようなロボットの一例がＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０３６３に開示されている。

オフショアタービンは、北海などの過酷で非常に厳しい環境で動作する。風力タービンブレードが大型化するにつれて、その先端速度は１００ｍ／ｓを超えることがある。この速度では、雨、ほこり、塩、虫のような空気中の粒子によって、ブレードの前縁の表面がすり減る可能性があり、これは、前縁浸食（ＬＥＥ）として知られる現象である。これにより、ブレードの空気力学的形状が変化し、効率に影響を与え、ブレードをさらに深刻な損傷にさらす可能性があり、それによってブレードの寿命が短くなる。

ＬＥＥは、他の理由からも洋上風力発電部門の運用とメンテナンスにとって重要な問題である。風力タービンによって生成されたエネルギーのそれによる損失に加えて、浸食がより深刻になった場合の予定外のメンテナンスダウンタイムのコスト、生成される電力のコスト、他の場所での化石燃料の使用の削減によって節約できるはずの排出量、及び顧客への供給保証に直接影響する。

したがって、風力タービンは、バードストライクやその他の物体の衝突などによる損傷をチェックするため、及び砂や砂などの粒子のみならず雨や塩水の水滴によって引き起こされることがあるＬＥＥなどの侵食を監視するために、定期的な検査が必要である。実際に、このことは洋上風力発電部門にとって重要な問題になって来ている。風力タービンブレードは一般に複合材料で作られているため、浸食が過度になると、コアに水分が侵入し、それにより剥離する可能性がある。

さらに、ＬＥＥの原因となるメカニズムはまだ完全にはわかっていないが、稼働中のある時点で、すべての風力タービンブレードは、何らかの形で又はある程度のＬＥＥを受けると言え、これにたいする対処が必要である。

加えて、風力タービンは多くの場合、多数の昆虫が生息する遠隔地に設置されている。その結果、ほこりや微粒子、昆虫などの破片が蓄積する可能性があり、時間の経過とともに風力タービンの効率に影響を与える可能性がある。定期的なクリーニングを行うことは、これらの蓄積を減らし、ブレードの効率を維持するのに役立つ。

風力タービンのＬＥＥと同様の問題が他の構造物にも存在するので、定期的なメンテナンスが必要であり、人間のオペレーターが到達するのが困難で危険な場所での構造物の表面検査と修復が必要となる。

図１に示されている例のような風力タービン１は、景観として見慣れた光景になりつつある。それらは、陸上の風力タービンである場合もあれば、例えば発電用の浮体式風力発電所の一部として洋上にある場合もある。２０３０年までに浮体式風力発電所が標準となり、現在の７ＭＷのドライブトレインと比較して、非常に大きな１５ＭＷを超えるエネルギーを生成する風力タービンが使用されると予測されている。風力タービンで使用されるブレード２が大きくなるにつれて、より軽量な材料への依存度が高まっている。これらの材料の性質及び相対的に高いブレード先端速度により、前縁が損傷を受けやすくなる。

従来、風力タービンブレードの検査、サービス、及びメンテナンスは事後対応型であった。例えば、地上で写真撮影を行い、ロープアクセス技術者を使用して写真で特定された欠陥を追跡するような形をとることができる。これらの技術者は、ロープを介して、又は最近ではブレードの周りに設置された作業プラットフォームを使用して、必要な修復作業を行う。最近、ドローンが地上での写真撮影に取って代わって、初期検査画像を取得し始めており、ブレードの定期検査の正しい方向への一段階であることが証明されつつある。

ＢｌａｄｅＢＵＧの以前のロボット装置１０を図２に示す。ロボット装置を使用して、他のサービスのダウンタイムの間に風力タービンブレード２を積極的に検査することができる。そのようなロボット装置１０は、風力タービンブレード２の前縁３に沿って移動することが図２に示されている。

コスト及び修復作業を実施する際にロープアクセス技術者がさらされる危険性は、沖合いでは依然として大きく増加している。人間の介入の度合いを下げるために、ロボット工学の進歩を利用してこれらのフォローアップを実行できるようにすることが望ましい。このようにして、限られた数の熟練した技術者をより有効に利用することができ、より多くの風車ブレード２を整備することが可能になる。

ロボット装置１０は、ブレード２上で検出されたＬＥＥその他のあらゆる欠陥に関する詳細な情報の記録を可能にする。収集されたデータは、(他の多数のフォローアップ検査からのデータと共に)処理し、必要な修復作業を決定するために、陸上の専門技術者に送信される。早期の発見と修復は、より安価で迅速に行うことができ、ブレードへの追加の損傷を最小限に抑えることができる。

構造物検査には、他にもさまざまな手法が存在する。現在、風力タービンの場合、カメラその他の検出器を搭載したドローンを使用して、マストなどの支持構造物だけでなく、ブレードの損傷も特定するシステムが導入されている。上述のような最近の試みでは、検査と保守のために風力タービンのマストをスケーリングできるロボットを作成する試みも行われている。これらのいくつかは、電磁石又は吸引装置を使用して、ロボットがマストにしがみつくことを可能にする。また、同様の解決策は他の大きな構造にも存在する。

しかしながら、現在利用可能なロボット装置とその移動方法は、いくつかの平らでない面又は薄片のエッジに対処する能力が限られている場合がある。したがって、改善されたロボット装置及び移動方法が必要であり、例えば、以前は確実には到達できなかった場所の検査及び保守のために、ロボット装置が構造物のその場所に到達できるようにする必要がある。

第１の態様では、本発明は、構造物を検査及び／又は維持するためのロボット装置であって、ロボット装置の長手方向に延びる胴体であって、前記胴体は前端、後端、及び前端と後端の間に延びる対向する側面を有する胴体と、胴体の対向する側面のそれぞれに配置された複数の脚であって、各脚が１つ以上の関節を備える複数の脚と、複数のキャリッジであって、各キャリッジは、脚を前記胴体に接続させ、各脚が胴体の側面に対して長手方向に移動できるように構成されている、複数のキャリッジと、を具備することを特徴とするロボット装置を提供し、ここで、各キャリッジは、脚の間隔を変更できるように、他のキャリッジのそれぞれとは独立して移動するように構成されており、脚の間隔は、胴体の一方の側にある隣接する２つの脚の間の（胴体に隣接して測定したときの）距離である。

第１の態様の利点は、ロボット装置が、胴体の同じ側面にある隣接する脚との間隔を変えることができるようにすることで、各脚を胴体の側面の１つに沿って長手方向に移動させるキャリッジの使用により、各脚に付加的な直線的自由度をもたせていることである。これにより、ロボット装置は、既存のロボット装置と比較して、より速く移動し、平らでない面により適切に対処できるようになる。

特に、ロボット装置の脚がその足元の表面に（例えば、吸引によって）所定の位置で固定されており、表面が鋭い凸状の湾曲を伴う場合、又は表面構造がロボット装置と幅が類似する平行又は実質的に平行な表面を含む場合、例えば、ビーム又はビームのエッジ、床又はプレートのエッジプロファイル、支柱、又はこれらの任意の組み合わせのような表面構造の場合、自由度を付加することによって可動範囲と有用性の改善が可能になることが分かっている。

これらの状況では、ロボット装置の片側にある１つ以上の下肢セグメント(足に最も近い肢セグメント)は、胴体の反対側にある脚の対応する下肢セグメントに対して９０～１８０度の角度にすることができる。その結果、上記のように薄い部分にまたがる場合、上肢セグメントは、股関節（ｃｏｘａ）を連結するために比較的急な角度で胴体に対して下向きに伸び、そこから股関節は胴体の側面から離れてほぼ水平に脚の下肢セグメントへと伸びる。

各キャリッジが胴体の側面に対して長手方向に移動する能力に関して、これは、各キャリッジがロボット装置の側面に沿って前後方向に移動できることを意味する。この動きは、ロボット装置の形状や、側面が平らであるか湾曲しているかに関係ない。したがって、キャリッジの移動の主要な方向成分は、ロボット装置の長手方向になる（例えば、キャリッジが胴体の湾曲に追従するため）。キャリッジのうちの１つ以上は、ロボット装置の胴体に対して垂直方向、及び長手方向の成分を有する方向に移動するように構成することができる。

「脚の間隔」という用語は、胴体の同じ側にある任意の２つの隣接する脚又は隣接するキャリッジ間の距離を指すことができる。つまり、隣接する脚又はキャリッジ間の物理的な距離が異なることができる。「脚の間隔」は、ロボット装置の胴体に近い位置で測定されるように、脚がキャリッジに接続される場所、例えば股関節で測定してもよい。

以下は、第１の態様のロボット装置と組み合わせることができるオプション機能を説明するものである。

ロボット装置は、風力タービン、より具体的には風力タービンブレードで動作するように構成することができる。特に、ロボット装置は、風力タービンブレードの前縁の検査及び／又はメンテナンスを行うために、風力タービンブレードの前縁に沿って歩く／クロールするように構成することができる。例えば、脚の構成(輪郭と寸法を含む場合がある)は、ロボット装置が前縁に沿って歩く/クロールできるようにするのに適している必要がある。さらに、ロボット装置は、風力タービンブレードの前縁を自動的に認識し、検査及び／又はメンテナンス行為を実行するために先端方向又は根元方向に前縁に沿って歩く／クロールするように、脚の動きを自律的に制御するようにプログラムすることができる。

ロボット装置は、マルチポッド（特に、以下で明らかになるように、ヘキサポッド）であってもよく、胴体と各側面から延びる複数の脚とを備えることにより、ロボットクリーチャーに似ている。

胴体は、その長さに沿って縦軸を画定することができ、胴体の長さを含むことができる。胴体は、前端、後端、左側、及び右側に加えて、上面及び下面を備えて、左側と右側が互いに対向する実質的に箱形の胴体を画定することができる。左側と右側は、胴体の平らな側面を画定することができる。しかしながら、本発明は、このような箱状体に限定されない。ロボット装置の胴体はまた、湾曲した側面及び／又は丸みを帯びた前端又は後端及び／又は丸みを帯びた上面又は下面、又はこれらの任意の組み合わせを備えてもよい。

ロボット装置は、１対以上の脚を備え、１対の脚の一方の脚は、胴体の幅方向で他方の側とは反対側に配置される。そのような脚は、胴体の反対側の脚とは独立して動かすことができる。各脚は、２つ以上の関節でつながった肢セグメントを備えることができる。各脚の股関節及び膝関節にピボットを提供することができる。各脚は、１以上の回転自由度、及び随意的に３の回転自由度を備えることができる。これらの回転自由度は、四肢セグメント間の関節のうちの１つ以上によってもたらすことができる。

各脚は、足も含み、各脚の足は、例えば足首接合部によって関節形式とすることもできる。このように、足は、構造物の表面に対して実質的に垂直に、風力タービンブレード又は他の構造物の表面に載るように構成することができる。

各脚の股関節は、各股関節がロボット装置の側面に沿って移動できるように、キャリッジの1つによって(少なくとも部分的に)提供されてもよい。キャリッジは、胴体に設けられたガイドとの相互作用によって案内することができる。

各キャリッジは、脚をガイドに連結するように構成された摺動インターフェースを備えてもよく、キャリッジは、股関節の一部を提供し、股関節を介してキャリッジを脚の上肢セグメントに接合するように構成された関節をさらに備えてもよい。

表面は、ロボット装置が達成できるように構成されたどのような表面であってもよい。風力タービンの例では、これは、風力タービンの任意の外部部品及び／又はタービンブレードの内面を含む任意の内面を含むことができる。より具体的には、表面は、表面領域が構造物の反対側で互いにほぼ対向する２つの表面領域を含むことができ、例えば、ロボット装置が、１つの表面領域に一方の列の足を置き、他の面領域に他方の列の足を置いて表面領域にまたがって歩く必要に応じることができる。

ロボット装置は、自動的に歩き、変化する表面形状に適応するように構成することができる。風力タービンブレードの例では、ブレードの形状は、ブレードの付け根で大きな円筒形から変化し、ブレードの長さに沿ってブレード先端までサイズと形状が変化する可能性がある翼型に移行する。曲率は、風力タービンブレードの前縁での高い凸曲率から、ロボットデバイスが後縁まで歩くときのより低い曲率まで変化する場合がある。

他のタイプの構造物では、ロボットデバイスが歩かなければならない下の面は、はるかに角度がついている場合や、平面で構成されている場合がある。例えば、その構造物は、ロボット装置が（吸引を使用して）掴むことができる対向する表面が平行な平面（又は実質的に平行な、又は実質的に平らな面）である梁の縁又は床又はプレートの縁を含むことができる。そのような表面は、ロボット装置の幅にほぼ対応し得る距離（例えば、ロボット装置の対向する股関節／ｃｏｘａ関節間の幅にほぼ対応する、例えば±５０％の幅）だけ離れて配置することができる。同様の環境は、支柱を上り下りするとき、又は構造物の下面の構造リブで作業するときに生じるする可能性がある。そのような領域を歩く能力を持つことより、ロボット装置が以前は不可能だった他のタイプの構造物で動作する可能性が開ける。

上述のように、ロボット装置の各脚の遠位端は、足を含んでもよく、いくつかの実施形態では、セグメント又は四肢の平らな、湾曲した、又は尖った端であってもよく、又は、より好ましくは、ロボット装置が構造物の表面をつかんだり、構造物に自身を保持したりするのを支援するための何らかの形態のツールを含んでもよい。

各脚の足（例えば、エンドエフェクタ）は、ロボット装置を風力タービンブレード又は他の構造の表面に固定するための吸引装置を備えることができる。例えば、各脚の足は吸盤を備えていてもよい。吸盤は、例えば、高さに対する半径の比が１より大きい凹状の吸盤の形態であってもよい。あるいは、吸盤はベローズ構造を備えてもよい。そのような構造は、風力タービンブレードの湾曲により適合することができる。吸盤は、ポリマーベースの材料など、比較的柔軟な材料で作成する必要がある。

脚は、好ましくは、使用時に、ロボット装置がその上を９０°の角度で歩行している表面に足が近づくように構成されている（そのようにロボット装置のコントローラをプログラムすることができる）。つまり、足は、その表面に対して垂直な方向(又は可能な限り垂直に近い方向)にその表面に近づく。曲面の場合、垂直方向は、足の真下の表面に接する平面により定義することができる。

各脚は、吸盤内に吸引力を発生させるための吸引力発生装置を備えることができる。例えば、これは、カップの内部容積を増加させ、それによって内部の圧力を下げて吸引力を生み出すピストンを備える装置とすることができる。表面に対して。吸引力発生装置は、足に配置するか、又は下肢セグメント又は脚の他の部分の内側又は外側に取り付けることができる。この装置は、サーボモータ、油圧アクチュエータ及び／又は空気圧アクチュエータを備えることができる。

別の構成では、吸盤はチューブによって空気圧又は油圧供給源に接続することができる。空気圧装置又は油圧装置は、ロボット装置の胴体内又は胴体上に配置することができ、又は代替的に、ロボット装置から離れた場所配置することができる。すなわち、空気圧源又は油圧源を、アンビリカルを介してロボット装置に供給することができる。アンビリカルを使用して、電力、空気圧源又は油圧源、又はリモートで提供される可能性のあるその他の供給源などのユーティリティを提供することの利点は、ロボット装置自体が軽量になり、よりコンパクトな設計になる可能性があることである。アンビリカルを使用するロボット装置の構成に関する追加の詳細を、以下に提示する。

足はまた、表面から足を解放するのを補助するために、正圧を働かせるためのブローオフ装置又は機能を備えることもできる。

ロボットが表面に取り付いていないとき、真空カップがロボットの下肢に対して基本的に垂直のままであるように、各脚の足を跳ね上げることもできる。言い換えれば、ロボット装置が歩いているとき、足首接合部は自重や加速／減速による力(又は風荷重などの外力)によって動かないため、真空カップを各ステップでブレードの表面に比較的直角に配置することができる。ばね力は、吸盤の伸展性、金属又は複合コイルばね、又はベルビルワッシャ／円錐ばね構成によって提供される。ばね力はまた、ゴム又は弾性ポリマーの圧縮ディスク及び／又はチューブ装置によって提供されてもよく、これは足を脚の下部と実質的に垂直な位置に復元するように構成されている。

各脚は、上肢セグメント（大腿骨）及び下肢セグメント（脛骨）を備えることができる。上肢セグメントは、下部関節（膝関節）接合部によって下肢セグメントに接続され、上肢セグメントは、上部関節（股関節又は基節）によって胴体に結合されるようにすることもできる。上部関節接合部は、脚がこの接合部で前後及び上下に移動できるように、１又は２の自由度を提供することができる。同様に、下部関節接合部又はさらに先の関節接合部は、脚が他の方法で動くことを可能にするために、１又は２の自由度を提供することができる。

脚の各関節肢セグメントは、個別に作動する関節接合部によって、隣接する肢セグメント又は胴体に接続することができる。例えば、各脚は、胴体の縦軸に実質的に平行な方向に配置された軸を有する２つの関節接合部（例えば、肢が上から見て胴体から垂直に延びるように配置されている場合）、及び胴体の縦軸に対して実質的に垂直な方向に配置されたさらなる関節接合部をを備えることができる。ここで説明する関節接合部は、上で説明した上関節接合部と下関節接合部であってもよい。

各脚の足は、足を下肢セクションに接続する足首接合部を備えることができる。足首接合部は、足首接合部における少なくとも２度又はオプションとして３度の運動を可能にするような関節を形成することができる。足首接合部は、関節を形成し合金により準自由度を得ることができる。つまり、関節は、少しの付加的な回転運動を可能にする弾性材料を備えるか、又は直線方向にわずかに動くことができるメカニズムを備えることができ、これらの手段は、ロボット装置が脚の足を置く際に表面の凹凸を吸収する手助けとなる。

旋回運動に加えて、又は代替として、足首接合部により、脚の残りの部分に対して相対的に足の軸方向及び回転運動が可能となる。これにより、足によるブレード表面の平面に対して相対的に脚のねじれ運動が可能になる。回転運動に加えて、脚に対して相対的に足の軸方向の動きを提供することの利点は、足が風力タービンブレードの表面に実質的に垂直に載り（そして表面にしっかりと固定され）、回転させて、足が静止しブレードに固定された状態でロボットの脚と胴体を必要に応じて動かせるようにすることである。

ロボット装置はヘキサポッドであってもよい。すなわち、ロボット装置は、３対の脚、すなわち、胴体の左側及び右側のそれぞれに３本の脚を備えることができる。あるいは、ロボット装置は、四足歩行、八足歩行、又はロボット装置の用途に適した任意の数の脚（奇数の脚を含む）を備えることができる。脚は、必ずしもすべて同じ長さである必要はなく、及び／又は同じ高さで胴体に接続されている必要はない。ロボット装置の側面は平行でない場合があり、それに応じて脚の位置及び／又は形状が調整される場合がある。

キャリッジの位置は、ロボット装置を横から見たときに直線となる線を定義することができる。換言すれば、キャリッジはすべて、一定の高さで胴体の側面に沿って移動できる場合がある。横から見ると、キャリッジが直線的に移動いているように見える場合がある。

上から見ると、各側部のキャリッジが直線的に移動しているように見える場合がある。これを容易にするために、胴体の側面を平面にすることができる。例えば、キャリッジは、胴体の側面に設けられた直線状のレールに沿って移動することができる。

代替的実施形態では、胴体の側部を湾曲させることができ、キャリッジの移動は、長手方向又はほぼ長手方向の湾曲した経路をたどることができる。

胴体の両側にガイドを設けることができる。各ガイドは、レール又は一対のレール、例えば上部レール及び下部レールの形態であってもよい。上部レールと下部レールを設置することにより、例えば摺動インターフェースを介して各脚を垂直に離間した点に取り付けることができ、これにより、胴体から脚への荷重の伝達が向上し、より安定した構成となる。摺動インターフェースは、ガイドのうちの１つのレールと係合するための１対のリニアベアリングを備えることができる。

胴体は、胴体の左側に関連付けられた左手ガイドと、胴体の右側に関連付けられた右手ガイドとを備えることができる。各ガイドは、胴体に沿って長手方向に延在する少なくとも１つのレールを備えることができ、オプションとして、上述したように上部レール及び下部レールを備える。これらのレールは、長手方向に平行に延びてもよく、同じ構造要素によって設置されてもよい。実施形態では、胴体は湾曲した形状を有することができ、これは、レールが胴体の形状に従うように湾曲することができることを意味する。胴体の所与の側面にある複数のキャリッジは、キャリッジが胴体の側面に沿って移動するときに、各キャリッジの動きを案内するためにレールに接続されてもよい。

胴体の両側のレールは、直線状のレールであってもよい。このレールは、胴体の前端に近接する点から胴体の後端に近接する点まで、ロボット装置の実質的に全長にわたって延びることができる。各レールは、キャリッジの移動を案内するために、摺動インターフェースが係合できる突起又は凹部を備えることもできる。

左側及び右側は平らな側であり、左手及び右手のガイドは、胴体のこれらの平らな、左側及び右側にそれぞれ設けられ、それに沿って延在することができる。このようにすることで、摺動インターフェースの構成を比較的単純に保つことができ、上面と下面には自由に他のコンポーネントを取り付けることができることになる。

他の実施形態では、各脚のキャリッジは、脚が胴体の側面に沿って移動するときに上面及び下面のレールによって案内されるように、胴体の左側又は右側の周辺で胴体の上面から下面まで延びる摺動インターフェースとなるＵ字型ブラケットを備えることができる。各脚のキャリッジは、脚が胴体の側面に沿って移動するときに上面又は下面のいずれか及び左側又は右側のレールによって案内されるように、胴体の上面又は下面の一方から左側又は右側に延びるＬ字型のブラケットを備えることもできる。ロボット装置はまた、そのような取り付け構成及び案内構成の組み合わせを備えることができ、いくつかの脚はいずれかの構成を使用し、他の脚は別の構成を使用する。

胴体の左側及び右側のそれぞれには、ロボット装置の胴体の側面に沿って各脚を移動させるための機構又は機構の一部を設けることができる。例えば、胴体は、所与の脚を胴体に沿って動かすように構成されたアクチュエータ形式の機構を備えることができる。より好ましくは、各脚には、胴体の一部と相互作用して脚を胴体に沿って移動させ、並進運動を形成し、付加的な直線運動度を提供するアクチュエータが設けられる。したがって、各キャリッジは、独自の動力源及び駆動源を有する動力付きキャリッジの形態であってもよい。

胴体の左側及び右側のそれぞれは、ロボット装置の長さ方向沿って延びる歯車ラック、例えばリニア歯車ラックを備えることができる。歯車ラックは、例えばロボット装置が水平面上にあるときに見られるように、その歯車の歯が胴体に対して実質的に垂直方向を向くように方向付けることができる。歯車の歯は、歯車ラック上で上向き又は下向きの場合がある。歯車ラックはまた、歯車のスプロケットの歯と係合するために、歯車の歯ではなく、凹部又は穴を備えていてもよい。胴体の両側に設けられた歯車ラックは、同じ方向を向いていることが好ましい。各々の側には、一方が他方の上に配置された２つの歯車ラックを備えることができる。

１つ以上の脚に直線運動を行わせるための他の構成には、ベルト駆動の使用又はリードスクリューの使用を備えることができる。

このような構成では、キャリッジはすべてが実質的に平面（ほぼ水平面）内に延在しているように見える場合があり、歯車ラックの歯車の歯は、その平面に対してほぼ直角に（及び／又は胴体の軸に垂直に）延在することができる。

キャリッジのうちの１つ以上は、モーター及び歯車を備えることができる。歯車は、モーターのモーター軸に取り付けられ、モーターによって直接駆動することができる。あるいは、歯車は、ハブモーターのローターの一部に装備されていてもよい。歯車は、平歯車を備えることができる。歯車は、歯車ラックと係合するように構成することができ、例えば、歯車の平面は実質的に垂直であり、歯車の歯は歯車ラックの歯と組み合わせることができる。モーターは、使用時に歯車が歯車ラックに沿って直線的に、したがって胴体の左側又は右側の一方に沿って直線的に移動するように、歯車を回転させるように構成することができる。このようにして、キャリッジは、ロボット装置の胴体の長さに沿って、又は少なくとも歯車ラックが許す限り、（直線的に）移動することができる。歯車ラックは、好ましくは、ロボット装置の胴体の長さの７５％を超えて延び、より好ましくは、胴体の長さの９０％を超えて延びる。他の脚とキャリッジが存在する場合でも、所与のキャリッジは、ロボット装置の胴体の長さの６０％を移動できる場合がある。

モーターは、胴体の長さに沿って、関連する脚又はキャリッジの位置を決定するために、エンコーダのような位置制御を備えることができる。キャリッジを移動させるためのモーターは、キャリッジ内に収容することができる。

ヘキサポッドロボット装置の場合、６本の脚のそれぞれが関連するキャリッジに接続され、各キャリッジは、上述のモーター及び歯車構成を有することができる。６つのキャリッジのそれぞれは、胴体に接続され、歯車ラックの上下に配置されたレール、好ましくは２つのレールのようなガイドによってその移動が案内される場合がある。６つのキャリッジのそれぞれは、互いに独立して移動するように構成することができる。すなわち、各キャリッジは独立して、歯車ラックの長さに沿って移動する余地のある範囲まで移動することができる。他の脚及びキャリッジ構成も考えられ、特に、６本を超える脚及びキャリッジを備えるロボット装置も考えられる。

胴体は、各キャリッジが対応する歯車ラックの全長に沿って移動できるように、各キャリッジに歯車ラック及び／又はレールを備えることができるが、オプションとして、胴体の片側のキャリッジは、共通の歯車ラックと共通のレール又はレールセットを共有することができる。４つを超える脚とキャリッジが存在する場合、つまり、側部ごとに２つを超える脚とキャリッジが存在する場合、所与の側部のキャリッジの一部が１つのレール及び／又はラックの構成を使用し、他のキャリッジが別のレール及び／又はラックの構成を使用する場合がある。

胴体又はキャリッジの１つは、共通の歯車ラック上のいずれの２つのキャリッジの衝突をも防止するように構成された１つ以上のリミットスイッチを備えることができる。リミットスイッチのうちの１つ以上は、胴体の側面に沿ってキャリッジのそれぞれの位置を特定するように構成さすることができる。キャリッジの位置は、胴体に対する、又は隣接するキャリッジに対する、あるいはその両方に対する相対位置として判断することができる。

上部関節接合部は、脚が垂直面内で回転して表面から上げたり、表面上に下げたりするようにすることができるように、２の自由度を有するように構成することができ、例えば、歩行中又は操縦中に、ロボット装置の脚を振らせるために脚を回転させるよう水平面内で回転するように構成することもできる。

上述のように胴体の側面に沿ってキャリッジを並進させる利点は、脚の移動、特に直線的な移動により、曲面に沿って移動する際により適切なストライドスタイルが可能になることであり、特に風力タービンブレードの前縁のような凸曲面において、動きが風力タービンブレードの半径方向となる場合があり、脚はブレードの両側で係合することができる。その結果、さらにロボット装置の足元をしっかりさせて、そのような表面に沿ってロボット装置をより速く移動させることができる。そのような移動方法はまた、ロボット装置の脚が対向する平行又は実質的に平行な面に係合するような、床、板又は梁、又は他の同様の比較的狭い構造の縁に沿ってロボット装置が歩くのを助けることができる。

いくつかの歩行スタイル／クローリングスタイルは、より平らな表面に適している場合があり、一部は曲率の大きい表面に適している場合や、ロボット装置が構造の反対側を把持する必要がある場合に適している場合があり、例えば、風力タービンブレードの前縁、又はロボット装置がビームの端、プレート又は床の端、のようなところを歩行／クローリング又は支柱をアップ／ダウンしなければならなくなるような、平面的な２つの側部を有するため、大きな曲率を持ち厚みを有する構造物に適している場合がある。脚にキャリッジを設けることで可動域を追加することの利点は、進行中の状況に応じたロボット装置の歩行スタイルを最適化するための柔軟性がもたらされることである。また、歩行中又はその他のアクションを実行している間、構造物の表面にロボット装置自体を保持するために、ロボット装置によってより優れた吸引力、したがってより優れたグリップ力が発揮されるようにすることもできる。

この構成の別の利点は、ロボット装置の脚が足元の表面に固定されている間に、ロボット装置の胴体が脚及び／又は足に対して前後に移動できることである。これは、表面が滑りやすい場合や気象条件が危険な場合に特に有利であり、これにより、足を下の表面によりしっかりと固定できると同時に、胴体のセンサーが表面又は下の構造物の一部を移動することなくスキャンできるようになるためであり、例えば、表面をラスターすることで、ロボット装置が滑って表面から落下するリスクを軽減する。別の状況としては、ロボット装置が胴体に沿った脚の移動を使用して、入って行くには小さすぎるスペース内に胴体を拡張し、以前は他のロボット構成ではアクセスできなかった領域の検査が可能になる場合がある。

移動動作は、平らな表面上を歩くことができるのみならず、高度に湾曲した表面上での前進運動の場合と同じ結果を達成するために、上記の歯車及び歯車ラックシステムによる方法とは異なる多くの方法で達成することができる。その他の方法として、歯車ラックを交換するための従動リードスクリュー、プッシュロッド又はボーデンケーブル、空気圧又は油圧で駆動されるリニアレール及び／又はアクチュエータ、歯車ラックを交換するためのベルト駆動キャリッジの使用がある。当業者であれば、これ以外の構成も想定することができる。

ガイドは、キャリッジが胴体に沿って移動するときに、キャリッジの動きをガイドできるどのような物理的構成とすることもできる。ガイドは、胴体の側部から突出した、又は胴体の側部に埋め込まれている形態とすることもできる。各キャリッジの移動をガイドするためにリニアベアリングが機能できることが好ましい特徴である。ガイドはまた、歯車ラックを含み、ガイドと移動の２つの機能を提供することができる。

各脚は自己完結型のユニットとすることができる。すなわち、各脚は、それ自体の動力ユニットを備えることができ、胴体から取り外し可能にすることもできる。脚に必要な油圧又は空気圧は、脚内に含まれるか又は、油圧又は空気圧チューブを胴体からの供給に接続するための接続ポイントを有することもできる。同様に、脚は、電気を脚に供給するために胴体に接続する電力ケーブルを備えることができる。

脚はモジュール式であり、同じ列の脚又は胴体の反対側で使用される同一の構成要素を備えることができる。

モジュール脚設計の利点は、ロボット装置のメンテナンスの容易性を改善することである。取り外し可能な脚を持つことで、エンジニアは各脚と体を別々に整備することができる。モジュラー配置のさらなる利点は、脚又は胴体のいずれかが損傷した場合、その部分を交換するか、交換のために送る必要があるだけであり、バックアップの胴体又は脚の部品を使用できることである。これには、ユーザーがスペアパーツを購入して保管し、例えば各脚が同じ場合など、比較的簡単なユニット交換を自分で実行できるようにするという別の経済的利点がある。

各脚にパワーユニットを収納する利点は、胴体への電力が遮断されても脚が機能できることである。これにより、胴体への停電が検出された場合に、ロボットデバイスが安全な場所に移動できるようになる。さらに、脚のいずれかへの電力が失われた場合、又は脚に他の機能不全が観測された場合、ロボット装置は残りの脚の力で機能し続けることができる。

脚を空洞にすることもできる。すなわち、脚は、脚の内部に動力ケーブル及び／又は油圧又は空気圧ケーブルを収容できるように、その上脚及び下脚のそれぞれに内部空洞を有することができる。この機能の利点は、脚の内側のケーブル配線を保護しながら、ロボット装置が横断する構造物にケーブルが引っかかるリスクを軽減することである。また、歩行時にケーブルが曲がる角度を減らすのにも役立つ。

ロボット装置は、バッテリーを胴体に収容してもよい。バッテリーは、ロボット装置に一次電力を供給するように構成することができ、及び／又はロボット装置がアンビリカルを介して電力を受け取り、電源が切断される構成においてバックアップ電源として使用することができる。脚は、脚内のユーティリティに電力を供給するための内部電源を備えることができる。

ロボット装置は、１つ以上のカメラを備えることができる。カメラは、胴体の前面、上部、又は側部領域、胴体の下面、又は脚のいずれかに配置することができます。１つ以上のカメラは、検査カメラ、例えば、風力タービンブレード又は他の構造物の表面の状態を示すデータを取得するという主な機能を備えた高解像度カメラであってもよい。これに加えて、または代替的に、同じカメラ又は別のカメラが、風力タービンブレードの表面を横切る、特に風力タービンブレードの前縁に沿った動きにおいてロボット装置を支援するナビゲーションカメラであってもよい。カメラのうちの１つ以上は、サーモグラフィックセンサー、レーザスキャナ、可視光カメラ、暗視用のハイパースペクトルカメラ、及び／又はＬＩＤＡＲセンサーであってもよい。

ロボット装置は、センサーアレイを備えることができる。センサーアレイは胴体に取り付けられてもよい。ロボットは、例えば、胴体の上、下、前、後、又は左右、さらには脚など、胴体の異なる点に取り付けられた複数のセンサーアレイを備えてもよい。センサーアレイは、構造の内部状態を画像化するための超音波スキャナを備えることができる。１つ以上のセンサーアレイは、構造の表面をスキャンするように構成することができる。１つ以上のセンサーアレイを装備する利点は、ロボット装置の周囲の表面のマッピングを改善できることであり、これにより、ユーザーはロボット装置を構造全体にわたってより確実にナビゲートできるようになる。構造物又は表面の特定の領域をナビゲートするロボット装置の能力を支援するために、表面状態、欠陥、及びロボット装置の環境に関する情報を含む、構造物に関する改善された情報レベル及び詳細をセンサーアレイはもたらすことができる。

ロボット装置は、風力タービンブレード又は任意の他の複合構造物に見られる損傷を修復するための装置を備えることができる。例えば、ロボット装置は、樹脂をコーティングとして風力タービンブレードの損傷領域に塗布するための装置を備えた樹脂チャンバーを備えることができる。樹脂は２つの成分を含んでもよく、ロボット装置は２つのチャンバーを含んでもよく、一方は第１の成分を含み、他方は第１の成分とは異なる第２の成分を含み、コーティング処理においてこれらの成分を混合することで樹脂を硬化させる。樹脂は、例えば、エポキシ又はポリエステルベースの樹脂、又は任意の他の適切な樹脂とすることができる。あるいは、樹脂はＵＶ硬化樹脂であってもよい。ロボット装置は、樹脂を硬化させるように構成され得るＵＶランプをさらに備えることができる。

樹脂タンクの代りに、又は樹脂タンクに加えて、ロボット装置は、横切っている構造物を修復するのに適した材料を運ぶタンクを備えることができる。修理材料の一例として、スタッコ又はコンクリートの外装を有する建物の修復のためのスタッコ又はコンクリートであってもよい。ロボット装置は、疎水性コーティング、犠牲被膜、塗料、ラッカー、及び他のそのような材料などのコーティング材料を輸送及び展開するためにも使用することができる。

樹脂、スタッコ、又は他の修復材料を塗布するために、ロボット装置はノズルを備えることができる。ノズルは、胴体から延在することができ、コンピュータプログラム又はリモートユーザのいずれかによって案内されて、修復材料を構造物に塗布することができる。

ロボット装置は、加えて、又は代替として、構造物を洗浄するための装置を備えることができる。例えば、風力タービンの場合、破片の蓄積、特に風力タービンの前縁に沿った昆虫は、風力タービンブレードの動作効率に関して問題となる可能性がある。ロボット装置には、チャンバー洗浄液と、洗浄液を表面の破片蓄積部に噴霧するためのノズルを取り付けることができる。ロボット装置は、風力タービンブレードの表面から破片を除去するためのブラシ又はスクレーパをさらに備えることができる。

ロボット装置には補助装置がなくてもよい。あるいは、上述のように、アンビリカルを使用して、動力、空気圧、油圧、データ、その他のラインなどの必須アイテムをロボット装置に接続することができる。したがって、ロボット装置の胴体にアンビリカル用の接続を設けることができ、この接続は、ロボット装置に電力、空気圧ライン、データ及び／又は油圧流体を供給するための接点又はポートを備える。空気圧ラインが存在する場合は、足での吸引源及び／又は高圧空気の供給源を提供することができる。データ接続により、操作命令をロボット装置に伝達できるだけでなく、データを分析することができる遠隔ステーションに送信するために、検査データをコントローラに戻すこともできる。

アンビリカルはまた、上述のその他のラインに加えて、又はそれに代わって、洗浄液又は修復材料を提供するように構成することもできる。アンビリカルが複数の場合もある。

このようなアンビリカルは、重量又は風荷重による胴体への回転力付加を最小限に抑えるために、胴体の縦軸と整列した位置で胴体に接続することができる。選択的に、アンビリカルは、ロボット装置の胴体の下部又は下面部分に接続する。アンビリカルは、ロボット装置への逆方向の力の伝達を最小限に抑えるために、フレキシブル部分又はピボット接続を含むことができる。

アンビリカルを持つ利点は、レジンタンク、バッテリー、油圧ユニット又は空気圧ユニット、その他アンビリカルを介して外部貯蔵ユニットから供給することができるコンテナをロボット装置が持ち運ぶ必要がない場合、ロボット装置自体が軽量になり、よりコンパクトな設計にすることができることである。

ロボット装置は、静止した足に対する胴体の位置を制御するように構成されたコントローラをさらに備えることができ、それにより、検査及び／又はメンテナンス作業を正確に実行できるようにする安定したプラットフォームが得られる。コントローラ及びアクチュエータは、ブレード面に対して胴体の５軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）を有する能力を提供し得る。

表面グラインダーなどのツールを胴体に取り付けて、損傷した材料を事前に定めた形状とプロファイルになるよう損傷した材料を正確に削り取ることができる。このような修復は、ロープアクセス技術者の作業を容易にし、風力タービンブレードの表面にさらされる時間を最小限に抑える。ロボット装置は、例えば、目視検査技法及び超音波検査を使用して、下にある表面の検査及び／又は下のバルク材料の検査を行うことができる。ロボット装置は、表面の洗浄、コーティング、シーリング、及び／又は塗装などの一般的な定期保守も実行できる。ロボット装置は、表面に生じた亀裂及び／又は損傷を修復すること、前縁に浸食が生じた後に前縁のプロファイルを設計及び製造されたプロファイルに戻すことなど、それ自体で修復を実行することもできる。

ロボット装置は、タービンのつりかごから人又は小型クレーンによってつり上げブレードの付け根に配置し、風力タービンのブレードの任意の部分を関心のある領域、又はドローン検査で破壊されていると特定された領域へと移すことができる。また、ドローンを使用して構造物上に降ろすこともできる。

ロボット装置を使用して、風力タービンブレードの内側を這い回り、ブレードの構造物内の狭い限られたスペースで検査と修福を実行することができる。ロボット装置は、雷保護システムが正しく動作していることを確認するために、避雷設備の連続性と抵抗のテストを実行することができる。

ロボット装置は、ブレード表面を保護し、汚れや水の付着を最小限に抑えるために、超疎水性コーティングなどの表面コーティングをスプレーすることもできる。超疎水性コーティングの適用は、寒冷地でのタービンブレードへの氷の蓄積を減らす方法となる可能性がある。

ロボット装置はまた、樹脂を注入／噴霧／塗布して、ブレード構造物へのさらなる周囲からの侵入を防止することができる。

第２の態様から見ると、本発明は、第１の態様のロボット装置の移動方法を提供し、ロボット装置の胴体を構造物に対して一歩ずつ移動させるために、脚を表面から上げ下げするステップを含み、移動方法は、各脚が上げられた位置にあるときに、胴体の側面に沿って長手方向に、各脚を移動させることをさらに備える。

第２の態様の利点は、この種の移動システムの方法を使用するロボット装置が、既存のシステムと比較して、高い凸曲率を示す表面上をより制御可能に動くことができることであり、また、可動域と実用性を改善することができることである。

移動方法は、脚が上げられた位置にあるとき、ロボット装置の胴体の長さの６０％以上に相当する距離だけ各キャリッジを移動させることを備えることができる。

一実施形態では、移動方法は、第１の脚セットを表面から上位置に持ち上げ、第１の脚セットは、第１の脚ペアの左脚と第２の脚ペアの右脚とを含み、ここで、第１の脚ペアは、第２の脚ペアに隣接し、第１の脚セットを長手方向に移動させ、第１の脚セットと共に、胴体を長手方向に移動させ、第１の脚セットを表面上へ下げる、第２の脚セットのこの表面から上位置に持ち上げ、この第２の脚セットは、第１の脚ペアの右脚と第２の脚ペアの左脚とを含み、第２の脚セットを長手方向に移動させ、第２の脚セットと共に、胴体を長手方向に移動させ、第２の脚セットを表面上の下位置へと下げる。

脚は、脚が取り付けられているそれぞれのキャリッジの直線（又は直線に近い）移動によって移動することができる。移動は、直線経路をたどることも、曲線経路をたどることもできる。

別の実施形態では、移動方法は、第１の脚ペアを表面から上位置に持ち上げ、第１の脚ペアを長手方向に移動させ、第１の脚ペアを表面上の下位置へと下げ、第２の脚ペアを表面から上位置に持ち上げ、この第２の脚ペアは、第１の脚ペアに隣接し、第２の脚ペアを長手方向に移動させ、第２の脚セットを表面上の下位置へと下げ、胴体を長手方向に移動させる、ことを備える。

この方法は、ロボット装置の足が風力タービンブレードの表面と接触する接触点で吸引を行うことを含むことができる。吸引は、表面と接触しているロボット装置の２つ以上の足に適用される場合がある。

この方法は、ロボット装置が風力タービンブレードの前縁に沿って歩く（クロールする）ように、ロボット装置の脚を操作することを含むことができる。ロボット装置は、風力タービンブレードの根元（又は根元の近く）から前縁に沿って風力タービンブレードの先端に向かって歩くことができる。風力タービンブレードの先端以外の表面だけでなく、風力タービンブレードの先端の周りを歩くこともできる。

この方法は、梁又は梁の縁に沿って歩くことを含むことができる。この方法は、プレート又は床の端に沿って歩くことを含むことができる。この方法は、そのようなエッジ又は支柱を上り下りするステップを含むことができる。

ここで、本発明の特定の実施形態を、添付の図面を、単に例として参照してより詳細に説明する。
マスト上に取り付けられた風力タービンブレードを備える風力タービンの一例の概略図である。 例示的なロボット装置が風力タービンブレードに沿ってブレードの先端に向かってクロールするのが示されている、風力タービンブレードの１つの拡大図である。 風力タービンの前縁にまたがるロボット装置の斜視図を示す。 ロボット装置の側面図である。 いくつかの脚が上位置に持ち上げられたロボット装置の正面図を示す。 いくつかの脚が上位置に持ち上げられたロボット装置の斜視図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の上面図を示す。 図７のロボット装置の斜視図を示す。 いくつかの脚が上位置に持ち上げられたロボット装置の上面図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の上面図を示す。 図１０のロボット装置の斜視図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の上面図を示す。 平らな面を横切って移動するロボット装置の斜視図を示す。 図１３のロボット装置の上面図を示す。 第１の脚ペアが上昇位置に持ち上げられたロボット装置の斜視図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の第１の脚ペアの上面図を示す。 第２の脚ペアが上昇位置に持ち上げられたロボット装置の斜視図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の第２の脚ペアの上面図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の第３の脚ペアの上面図を示す。 第３の脚ペアが移動を完了した後のロボット装置の斜視図を示す。 長手方向に移動するロボット装置の胴体の上面図を示す。 図２１に示した移動ステップ終了後のロボット装置の斜視図を示す。

以下の説明は、特許請求されたロボット装置が風力タービンを検査するために使用される状況について言及するものである。しかしながら、当業者は、以下の開示が、超高層ビル、橋、原子力発電設備その他の冷却塔のような他の構造物、ならびに人間の作業者には到達できない又は危険な領域を有するか、又は人間の作業者がアクセスできない領域とみなされるような領域を有するような他の構造物にも適用可能であることが理解できるであろう。したがって、ここに記載されたロボット装置は、検査又はメンテナンスを必要とするあらゆる構造物に関連するものである。

図３は、ロボット装置３００の斜視図を示す。ロボット装置３００は、風力タービンブレード３５０の前縁にまたがっている。ロボット装置３００は、長手方向方向に延びる胴体３０２を有する。胴体は、前端３０４、後端３０６、上面３０８、下面３１０、左側３１２、及び右側３１４を有する。左側３１２と右側３１４は互いに反対側にある。胴体３０２は、図示のように長方形の箱形を構成することができる。

本明細書における特定の向き及び相対位置への言及では、特段の記載がない限り、水平面上で脚の上に立って見たロボット装置３００を指すものとして解釈されるべきである。もちろん、使用中、ロボット装置３００は水平面上を歩いたり、検査したり、維持したりする可能性は低いので、説明はそれに応じて判断すべきである。実際、利点の多くは、新しいロボット装置３００が、以前のロボット装置よりも、でこぼこ、大きな湾曲、又はエッジの輪郭にうまく対処できることにある。また、ロボット装置３００は、方向に関して限定されないので、実行中のタスクと移動方向に応じて、前端は後端となり、後端は前端となる可能性がある。

胴体３０２は、ロボット装置３００の長手方向に延びて、胴体の長さを画定する。図示のように胴体３０２が実質的に長方形の箱形の胴体を備える構成では、胴体の長さは、平らで長手方向に延びる左右の側面３１２、３１４のそれぞれの長さによって表される。

図示のロボット装置３００はヘキサポッドであり、左側３１２に取り付けられた３つのキャリッジ３１５と、右側３１４に取り付けられた３つのキャリッジ３１５とを備える。各キャリッジ３１５には脚が取り付けられている。他の、脚とキャリッジの構成も可能である。図示の通り、脚３１６及びキャリッジ３１５は、それらの寸法及び形式に関して同一であってもよく、唯一の違いは、左脚３１６が右脚３１６に対して鏡像関係にあることである。

ロボット装置３００のキャリッジ３１５にはそれぞれ、各脚３１５がロボット装置３００の胴体３０２の側面に沿って平行移動できるように、付加的な直線的自由度が与えられる。これにより、キャリッジ３１５は、独立して、胴体３０２の側面３１２、３１４のうちの１つに沿って長手方向に平行移動することができる。このようにして、胴体３０２の同じ側３１２、３１４にある隣接する脚３１６又はキャリッジ３１５に対する脚の間隔を変えることができる。これにより、ロボット装置３００は、胴体３０２の端部３０４、３０６に近づく方向又は離れる方向へ、キャリッジ３１５をそれぞれ独立に、胴体３０２の側面３１２、３１４に沿って長手方向に平行移動させることによって、従来のヘキサポッドロボット又は他の同様の多脚ロボットとは異なる方法で歩くことができる。したがって、このようなキャリッジ３１５の平行移動により、胴体３０２の長さに沿って前記キャリッジ３１５に取り付けられた脚３１６の平行移動が可能になる。

図３の構成では、各脚３１６は股関節３２６（又は股関節３２６の一部）を含み、各脚はそれぞれのキャリッジ３１５に接続する。各キャリッジ３１５は、それが取り付けられたロボット装置３００の側面３１２、３１４に沿って平行移動するように構成されており、胴体３０２に設けられたガイド、例えばレール又はレール対３２２との相互作用を通じて、胴体３０２の前端３０４又は後端３０６へと導かれる。

レール又はレールのペア３２２は、ロボット装置３００の構成に応じて、胴体３０２の左右の各側面３１２、３１４に沿って、前端３０４から後端３０６まで延びるように配置される。レールは、好ましくは、ロボット装置３００の胴体の長さ全体、又は可能な限り長い脚３１６の歩幅を与えるため可能な限り長くする。脚部３１６の取り付けはまた、必要に応じて各側に３つ以上のレール３２２、例えば第３又は第４のレールを備えてもよい。

レール３２２は、好ましくは、左右の側面３１２、３１４のそれぞれに設けられ（例えば、取り付けられるか、又は側面の一部として形成され）、上面３０８及び下面３１０を他の構成要素のために解放する。しかし、左側又は右側のレール３２２を胴体３０２の上面３０８又は下面３１０に（例えば、長手方向の中心線の両側に）取り付けて、キャリッジ３１５を、胴体３０２の側面に沿って移動するときにガイドすることも可能である。例えば、キャリッジ３１５は、胴体３０２の左側又は右側３１２、３１４の周りで上面３０８から下面３１０までのびるＵ字型ブラケットを備えることができ、キャリッジ３１６は、胴体３０２の側面３１２、３１４に沿って移動するとき、上面３０８及び下面３１０のレールによって案内される。キャリッジ３１５はまた、胴体３０２の上面３０８及び下面３１０のうちの１つから左側又は右側３１２、３１４まで延在するＬ字型ブラケットを備えることができ、キャリッジ３１５は、胴体３０２の側面３１２、３１４に沿って移動するとき、上面３０８又は下面３１０の左側又は右側３１２、３１４にあるレールによって案内される。ロボット装置３００は、そのような取り付け構成及び案内構成の組み合わせを備えることができる。

１つ以上のレール３２２の形態であることが好ましいガイドは、胴体の長さの５０％を超えて、好ましくは胴体の長さの７５％を超えて、より好ましくは胴体の長さの８５％を超えて延在することができる。図示の構成のような構成では、ガイドは、ロボット装置３０２のほぼ全長（すなわち、胴体の長さの９０％から１００％の間）にわたって延在し、可能な限り大きな移動を可能にする。

各キャリッジ３１５は、キャリッジ３１５をガイド（例えば、レール）に結合させるための、キャリッジの胴体３０２に最も近い端にある摺動インターフェースと、キャリッジ３１５の反対側の端に設けられた股関節であって、この股関節３２６を介して脚の上肢セグメント３２８にキャリッジ３１５を連結するよう構成された股関節とを具備する。

したがって、各脚３１６は、キャリッジ３１５が胴体３０２の側面に沿って移動するときに、各脚３１６及びキャリッジ３１５の動きを案内することを可能にするような方法で、キャリッジ３１５を介して胴体３０２に接続される。各キャリッジ３１５はまた、キャリッジ３１５を胴体３０２に対して平行移動させるために使用される何らかの形態のアクチュエータを具備してもよい。

図３では、胴体３０２の左側３１２及び右側３１４はそれぞれ歯車ラック３１８を備える。キャリッジ３１５の各々は、歯車（例えば、平歯車、図３には示されていない）を備え、その歯は、歯車ラック３１８の歯と噛み合う。各キャリッジ３１５は、歯車を駆動するように構成されたモーター３２０も備える。歯車の回転により、歯車が歯車ラック３１８に沿って移動し、それにより、キャリッジ３１５及びそのそれぞれの脚３１６の直線移動が生じる。

したがって、この構成では、各脚３１６に直線的自由度をもたらし、脚３１６は、胴体３０２の側面に沿って、キャリッジ３１５を介して独立して移動することができる。

同じ側で互いに直接隣り合っている脚３１６は、隣接していると見なされる。

左右の側３１２、３１４は、胴体３０２に最も近いキャリッジ３１５の端部にあるリニアベアリング３２４（例えば、ホイール、ボールベアリングなど）が取り付けられるリニアレール３２２の形状のガイドを備える。これらのリニアベアリング３２４は、キャリッジ３１５の各々を案内及び支持することができ、キャリッジ３１５のそれぞれが、他のすべてのキャリッジ３１５とは独立して、胴体３０２の長さに沿って長手方向に滑らかに移動できるようにする。

各キャリッジ３１５又は脚３１６は、位置ロケータを備えることができる。図３において、モーター３２０は、胴体３０２の長さに沿った各キャリッジ３１５又は脚３１６の位置がわかり、制御できるように、エンコーダの形態の位置ロケータを備える。ロボット装置３００はまた、隣接する台車３１５又は脚３１６が直線的に移動するときに互いに衝突するのを防止するためのリミットスイッチを備える。リミットスイッチはまた、胴体３０２に対する、及び／又は他のキャリッジ３１５又は脚３１６に対する、キャリッジ３１５又は脚３１６のそれぞれの位置を決定するように構成さすることができる。

各脚３１６は、少なくとも上関節３２６（股関節又は基節）、上関節肢３２８（上肢セグメント）、下関節接合部３３０（膝）、下関節肢３３２（下肢セグメント）、足首接合部３３４、及び足３３６を備えることができる。足３３６は、足首によって下関節肢３３２に接続され、関節３３４と下関節肢３３２は、下関節接合部３３０によって上関節肢３２８に接続される。上部関節肢３２８は、上部関節接合部３２６によってキャリッジ３１５に接続される。上部関節接合部３２６はまた、各脚３１６を胴体３０２に連結するモーター３２０及びリニアベアリング３２４を収容することができる。

図３の胴体３０２は、４つのセンサー３３８をさらに含み、２つのセンサー３３８は、前端３０４と上面３０８が交わる縁（例えば、胴体３０２の前方を見ている上部の角）に配置され、２つのセンサーは、３３８は、後端３０６と上面３０８が交わる縁（例えば、胴体３０２の後方を見ている他の上部の角）に配置される。これらのセンサー３３８は、カメラ及び他のセンサーを含み、ロボット装置３００にナビゲーション支援を行うよう構成されている。センサー３３８はまた、ロボット装置３００がその上を移動する構造物の表面をスキャンするように構成されている。センサー３３８は、コントローラに、各脚３１６の足３３６の操作を助けるための情報を提供することができる。

図４は、ロボット装置３００の側面図を示す。左側３１２及び右側３１４は、それらの配置において実質的に対称となっている。

各脚３１６の足３３６は、ロボット装置３００を風力タービンブレード３５０の表面に固定するための吸引装置を備える。各脚３１６の足３３６は、吸盤３４０を備える。図４に示された吸盤３４０は、例えば、高さに対する半径の比が１より大きい凹状の吸盤３４０の形状となっている。吸盤３４０は、伸展性を持たせるためにポリマーベースの材料で作ることができる。

各脚３１６は、吸盤３４０内に吸引力を発生させる吸引力発生装置を備える。吸引発生装置は、吸盤３４０の内部容積を増加させ、それによって内部の圧力を低下させて表面に対して吸引力を生じさせるピストンを備えることができる。吸引発生装置は、サーボモータ、及び油圧アクチュエータ又は空気圧アクチュエータを備えることができる。これらの部品は、下肢セグメント３３２の外面を形成するフレームワーク（骨格）内に収容してもよい。

脚３１６の各々は、３の回転自由度を有する。ここに描かれているロボット装置３００の場合、上部関節接合部３２６（股関節）は、脚３１６の残りの部分に３の回転自由度をもたらすように構成されている。下部関節接合部３３０（膝関節）は、上関節肢３２８に対して下関節肢３３２に少なくとも１つの回転自由度をもたらすように構成される。

足首接合部３３４は、下関節肢３３２に対して足３３６に３度の動きができるように構成することができる。すなわち、足首接合部は、脚３１６の残りの部分に対して足３３６の軸方向運動及び回転運動をもたらす。これにより、足３３６は、表面の平面に対する脚３１６のねじれ運動が可能になる。脚に対して足を軸方向に動かすことの利点は、足を風力タービンブレードの表面に実質的に垂直に載せることができ（そして表面にしっかりと固定し）、回転を可能にして、足をブレードに固定し静止させたまま、ロボットの脚と胴体を必要に応じて動かすことができる。

脚３１６の各々は、脚３１６の構成要素に電気を供給するための電力ユニットを備える。脚部３１６はまた、関節式肢部３２８、３３２の各々の空洞を通り、上下の関節接合部３２６、３３０を通って延びるケーブルを備える。

脚３１６は、胴体３０２から取り外し可能なモジュール式のスタンドアロンユニットであってもよい。これは、動作上の問題が発生した場合でも、ロボット装置３００は、残りの脚３１６で動きそしてアクションを実行できるという点で利点を有することができる。また、メンテナンスや交換が容易になる。

図５は、いくつかの脚４０２が上位置に持ち上げられたロボット装置４００の正面図を示す。ロボット装置４００は、風力タービンブレード４５０の前縁にまたがっている。ロボット装置４００は、上述のロボット装置３００と共通する多くの特徴を有し、したがって、上記の特徴の議論は、この実施形態に等しく当てはまる。風力タービンブレードの前縁における大きな凸曲率、及び風力タービンブレードの幅に対するロボット装置の相対的なスケール（風力タービンブレードの幅は、またがったロボット装置３００の股関節と股関節との間の幅と同様のスケールである）により、ロボット装置３００の足が互いに向き合って、又は実質的に互いに向き合って（例えば、９０～１８０度の間で）配置されることがあることを意味する。風力タービンブレードの代わりに、ロボット装置３００がビーム、床又はプレートのエッジ、又は支柱にまたがっていた場合にも、同様の状況が発生する。その状況では、構造物互いに反対側に位置する平行な２つの平面に足が配置される。２つの平面が平行でない場合（例えば、一つの面が他面より±３０°上がっている場合）又は（例えば、ベースレベルから最大１０ｍｍの粗さ又は起伏が含まれるような）平面のような他の状況も生じる。

図６～２２は、上述のロボット装置３００、４００の移動方法の重要なステップを示している。ロボット装置３００、４００は、上述したように、さまざまな表面及び表面形状を横断するように構成されている。直線的自由度を有することでは、サーフェスを横断する方法の追加オプションがもたらされる。

図６～１４は、ロボット装置５００の三脚移動方法に関する移動方法のステップを示す。ロボット装置５００の三脚による移動方法は、いくつかのステップを備える。

第１のステップは図６に示されており、第１の脚セット５０２を表面５５０から上位置に持ち上げることを含む。すなわち、第１の脚セット５０２の足５０４が表面５５０と接触しないように、第１の脚セット５０２が持ち上げられる。第１の脚セット５０２に属しない脚は、ロボット装置５００に安定性を維持させるために、足が表面５５０に付着した状態で下位置に留まる。

第１の脚セット５０２は、第１の脚ペア５０８の左脚５０６、第２の脚ペア５１２の右脚５１０、及び第３の脚ペア５１６の左脚５１４を備える。第１の脚ペア５０８は第２の脚ペア５１２に隣接し、第３の脚ペア５１６も第２の脚ペア５１２に隣接するが、第１の脚ペア５０８は第３の脚ペア５１６に隣接しない。したがって、第２の脚ペア５１２は、第１の脚ペア５０８と第３の脚ペア５１６との間に配置される。

図７及び８は、第１の脚セット５０２の各脚のキャリッジを平行移動させることによって、第１の脚セット５０２を長手方向に移動させる第２のステップを示す。このステップでは、胴体５１８はまた、第１の脚セット５０２と同じ長手方向に第１の脚セット５０２と共に移動するように構成される。

胴体５１８を脚に対して移動させるために、表面５５０に固定された各脚は、胴体５１８を固定された脚に対して直線方向に移動させるように歯車を回転させるように構成される。

キャリッジ３１５のそれぞれは、胴体の長さの５０％を超えて、好ましくは胴体の長さの６０％を超えて移動することができる。各キャリッジ３１５は、胴体の長さの７０％以上を移動できることが好ましい。

第１の脚セット５０２は、固定された脚に対する胴体５１８の直線運動と同時に、胴体５１８に対して直線的に動くように構成される。このようにして、ロボット装置５００は、表面５５０に沿ってかなりの距離をカバーすることができる。

図示されていない第３のステップは、第１の脚セット５０２を表面５５０上へ下位置に下げることである。すなわち、第１の脚セット５０２及び胴体５１８が第２ステップで移動を完了すると、第１の脚セット５０２はその足５０４を表面５５０まで下げて、第１の脚セット５０２が表面５５０に固定されるようにする。

図８及び９は、第２の脚セット５２０を表面５５０から上位置に持ち上げる第４のステップを示す。第２の脚セット５２０は、第１の脚セット５０２になかった脚を備える。すなわち、第２の脚セット５２０の足５２２が表面５５０と接触しないように、第２の脚セット５２０が持ち上げられる。第１の脚セット５０２は、ロボット装置５００に安定性を維持させるために、足５０４が表面５５０に付着した状態で下位置に留まる。

第２の脚セット５２０は、第１の脚ペア５０８の右脚５２４、第２の脚ペア５１２の左脚５２６、及び第３の脚ペア５１６の右脚５２８を備える。

図１０及び１１は、第１の脚セット５２０の各脚のキャリッジを移動させることによって、第２の脚セット５２０を長手方向に移動させる第５のステップを示す。このステップでは、胴体５１８はまた、第２の脚セット５２０と同じ長手方向に、第２の脚セット５２０と共に移動するように構成される。

図示されていない第６のステップは、第２の脚セット５２０を表面５５０上へ下位置に下げることである。すなわち、第２の脚セット５２０及び胴体５１８が第２ステップで移動を完了すると、第２の脚セット５２０はその足５２２を表面５５０まで下げて、第２の脚セット５２０が表面に固定されるようにする。

上記の手順を繰り返して表面を横断する。ロボット装置５００は、横断する表面の形状に適合するように構成され、適切な角度で脚を動かして、ロボット装置５００が確実に移動できるようにする。

図１２は、上述の第５ステップの変形を示す。この図では、第２の脚セット５２０もまた、各脚の上部関節接合部で回転するように構成されている。すなわち、第２の脚セット５２０の各脚は、胴体５１８に対して回転するように構成される。横方向の動きに加えて、この回転により、さらなる到達範囲が脚にもたらされ、ロボット装置５００が表面５５０を横切ってさらに移動することを可能にする。

第１の脚セット５０２は、ロボット装置５００にさらなる到達範囲が脚にもたらすために、第２のステップで同様に回転することができる。第１の脚セット５０２又は第２の脚セット５２０のいずれかにおける上部関節接合部の回転は、第２ステップ及び第５ステップに限定されない。つまり、いずれの移動ステップ中であっても脚が回転することができる。

図１３及び１４は、上述の三脚法を使用して実質的に平坦な表面を横断する構成のロボット装置５００を示す。

図１５～２２は、運動のリップル方法に関する移動方法のステップを示す。ロボット装置５００の移動のリップル方法は、いくつかのステップを含む。これらの特徴で使用される参照番号は、上記で参照したものと同じ要素を指すことができる。

図１５に示す第１のステップは、第１の脚ペア５０８を表面５５０から上位置に持ち上げることを含む。

図１６は、第１の脚ペア５０８の各脚のキャリッジを移動させることによって、第１の脚ペア５０８を長手方向に移動させる第２のステップを示す。

第３のステップは、第１の脚ペア５０８を表面５５０上の下位置に下げることを含む。

図１７に示す第４のステップは、第２の脚ペア５１２を表面５５０から上位置に持ち上げることを含む。

図１８は、第２の脚ペア５１２の各脚のキャリッジを移動させることによって、第１の脚セット５０８に向かって長手方向に第２の脚ペア５１２を移動させる第５のステップを示す。

第６のステップは、第２の脚ペア５１２を表面５５０上の下位置に下げることを含む。

第７のステップは、第３の脚ペア５１６を表面５５０から上位置に持ち上げることを含む。

図１９は、第３の脚ペア５１６の各脚のキャリッジを移動させることによって、第２の脚セット５１２に向かって長手方向に第３の脚ペア５１６を移動させる第８のステップを示す。

図２０に示される第９のステップは、第３の脚ペア５１６を表面５５０上の下位置に下げることを含む。

図２１に示される第１０のステップは、胴体５１８を長手方向に移動させることを含む。このようにして、ロボット装置５００は、開始したときの態勢と同じである、図２２に示された態勢に至る。

したがって、上記の例示的な実施形態から示されるように、本発明は、ロボット装置が各脚に付加的な直線的自由度をもたらすことで胴体の同じ側にある隣接する脚との脚の間隔を変化させるために他の脚とは独立して、ロボット装置の胴体の側面に対して長手方向に動かすことができるように適合された多脚ロボット装置を提供することも理解できる。脚は股関節を含むことができ、脚の間隔の変化は、隣接する脚に対して脚の股関節を移動させる結果であるということができる。股関節の平行移動は、ロボット装置の胴体に対するキャリッジの平行移動によって達成することができ、キャリッジは、脚が胴体の側面に沿って平行移動するときに股関節及び脚を運ぶように配置される。

Claims (26)

1. 構造物を検査するためのロボット装置であって、
   前記ロボット装置の長手方向に延びる胴体であって、前記胴体は前端、後端、及び前記前端と前記後端の間に延びる対向する側面を有する胴体と、
   前記胴体の前記対向する側面のそれぞれに配置された複数の脚であって、各脚が１つ以上の関節を備える複数の脚と、
   複数のキャリッジであって、各キャリッジは、脚を前記胴体に接続させ、各脚が前記胴体の前記側面に対して長手方向に移動できるように構成されている、複数のキャリッジと、
   を具備し、
   前記キャリッジの各々は、脚の間隔を変更できるように、他のキャリッジの各々とは独立して移動するように構成されており、ここで、前記脚の間隔とは、前記胴体の一方の側面にある隣接する２つの脚の間の距離であることを特徴とする、
   ロボット装置。
2. 各脚は、１以上の回転自由度を有し、オプションとして３の回転自由度を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記脚の各々は、股関節の第１の部分を備え、各脚がそれぞれのキャリッジに接続され、前記胴体はさらにガイドを備え、前記複数のキャリッジの各々は、前記胴体の前記前端又は前記後端に向かって、前記ガイドとの相互作用に導かれて、前記ロボット装置の前記側面に沿って移動するような構成となるように、前記ガイドに接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット装置。
4. 各キャリッジは、前記キャリッジを前記ガイドに連結させるよう構成された摺動インターフェースを備え、前記キャリッジは、前記股関節の第２の部分を提供し前記股関節を介して前記キャリッジを前記脚の上肢セグメントに接合するよう構成された関節をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
5. 前記胴体は、前記胴体の左側に関連付けられた左手ガイドと前記胴体の右側に関連付けられた右手ガイドとを備え、各ガイドは前記胴体に沿って長手方向に延びるレール、オプションとして上部レール及び下部レールを備え、前記胴体の所与の側面にある前記複数の脚は、前記脚が前記胴体の側面に沿って移動するときに各脚の動きを案内する前記レールに接続されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のロボット装置。
6. 前記胴体の各側面にある前記レールは、オプションとして前記胴体の前記前端の直近から前記胴体の前記後端の直近まで延びていることを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
7. 前記左側及び前記右側は平らな側面であり、前記ガイドは前記胴体の左右の前記平らな側面に取り付けられこの側面に沿って延びていることを特徴とする請求項５又は６に記載のロボット装置。
8. 前記左側及び前記右側は湾曲した側面であり、前記ガイドは前記胴体の左右の前記湾曲した側面に取り付けられこの側面に沿って延びていることを特徴とする請求項５又は６に記載のロボット装置。
9. 前記胴体は、各側面に歯車ラックを備え、各キャリッジは、モーターと前記モーターによって駆動される歯車とを備え、前記歯車は、使用時、前記歯車の回転により対応する脚が前記長手方向に移動するように、前記歯車ラックと組み合わされていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット装置。
10. 各キャリッジ内の前記モーター又は前記歯車は、オプションとして位置制御センサーを備え、前記位置制御センサーは、エンコーダであることを特徴とする請求項９に記載のロボット装置。
11. 各歯車ラックはリニア歯車ラックであり、及び／又は前記胴体の所与の側面の前記複数のキャリッジは、各々取り付けられて、同じ歯車ラックを共有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のロボット装置。
12. 各脚は、下肢セグメントをさらに備え、前記下肢セグメントは、下部の関節により前記上肢セグメントと接続されていることを特徴とする請求項４～１１のいずれか１項に記載のロボット装置。
13. 足が足首接合部により前記脚の前記下肢セグメントに接続されて、前記下肢セグメントに対して前記足の回転運動を可能にし、オプションとして前記下肢セグメントに対して前記足の直線運動を可能にすることを特徴とする請求項１２に記載のロボット装置。
14. 各足が表面に位置するとき、前記各足に対する前記胴体の位置を制御するために構成されたコントローラを備え、オプションとして前記コントローラは、前記表面に対して前記胴体の５軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のロボット装置。
15. 前記ロボット装置は、隣接するキャリッジ同士及び／又は脚同士の衝突を防止するように構成されたリミットスイッチをさらに備え、オプションとして１つ以上の前記リミットスイッチは、前記キャリッジの各々を前記胴体の側面に沿って配置するように構成されていることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載のロボット装置。
16. 前記胴体は、前記胴体の各側面にネジ機構を備え、各キャリッジはナットを備え、モーターは前記ネジ又はナットの一方を他方に対して相対的に動かすために取り付けられ、前記ナットと前記ネジの相互作用により、対応する脚が前記胴体の前記長手方向に移動することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット装置。
17. 前記ロボット装置は、キャリッジの移動により各脚を前記長手方向にスライドさせて移動が可能なように構成されたプッシュロッドを備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット装置。
18. 前記胴体は、キャリッジの移動によって各脚を前記長手方向に移動させるように構成された流体駆動のリニアレール及び／又はアクチュエータを備え、オプションとして前記流体駆動のリニアレール及び／又はアクチュエータは、空気圧または油圧で駆動されることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット装置。
19. 前記キャリッジは、ベルト駆動により各脚を長手方向に移動させることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット装置。
20. 前記ロボット装置はヘキサポッドを備え、各脚は、前記ロボット装置の前記胴体に対して、股関節において、前記胴体の前記長手方向に移動することができることを特徴とする請求項１～１９のいずれか１項に記載のロボット装置。
21. 各脚は、前記脚の制御および操作のためのユーティリティを備え、オプションとして各脚は、吸盤に吸引力を発生させるための吸引発生装置及び／又は電源を備えることを特徴とする請求項１～２０のいずれか１項に記載のロボット装置。
22. 電力、空気圧、及び／又は油圧を含むユーティリティのケーブルが、前記脚内の１つ以上の空洞に収容されることを特徴とする請求項１～２１のいずれか１項に記載のロボット装置。
23. 前記構造物に対して前記ロボット装置の前記胴体を移動させるために一歩ずつ表面から脚を上げ下げするステップを含む前記ロボット装置の移動方法であって、前記移動方法は、各脚が上げられた位置にあるときに、前記胴体の側面に沿って長手方向に各脚を移動させることを含む、請求項１～２２のいずれか１項に記載のロボット装置の移動方法。
24. 第１の脚セットを表面から上位置に持ち上げるステップであって、前記第１の脚セットは第１の脚ペアの左脚と、第２の脚ペアの右脚とを備え、前記第１の脚ペアは前記第２の脚ペアに隣接している、ステップと、
    前記第１の脚セットを前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第１の脚セットと共に前記胴体を前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第１の脚セットを前記表面上の下位置へと下げるステップと、
    第２の脚セットを前記表面から上位置に持ち上げるステップであって、前記第２の脚セットは前記第１の脚ペアの右脚と、前記第２の脚ペアの左脚とを備えている、ステップと、
    前記第２の脚セットを前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第２の脚セットと共に前記胴体を前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第２の脚セットを前記表面上の下位置へと下げるステップと、
    を備えることを特徴とする請求項２３に記載の移動方法。
25. 前記第１の脚セット及び前記第２の脚セットの少なくとも１つを前記胴体に対して回転させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 第１の脚ペアを表面から上位置に持ち上げるステップと、
    前記第１の脚ペアを前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第１の脚ペアを前記表面上の下位置へと下げるステップと、
    第２の脚ペアを前記表面から上位置に持ち上げるステップであって、前記第２の脚ペアは前記第１の脚ペアに隣接している、ステップと、
    前記第２の脚ペアを前記長手方向に移動させるステップと、
    前記第２の脚セットを前記表面上の下位置へと下げるステップと、
    前記胴体を前記長手方向に移動させるステップと、
    を備えることを特徴とする請求項２３に記載の移動方法。

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