JP2625319B2 - 組織型群制御ロボット - Google Patents

組織型群制御ロボット

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JP2625319B2 JP4172182A JP17218292A JP2625319B2 JP 2625319 B2 JP2625319 B2 JP 2625319B2 JP 4172182 A JP4172182 A JP 4172182A JP 17218292 A JP17218292 A JP 17218292A JP 2625319 B2 JP2625319 B2 JP 2625319B2
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武生 大道
豊 小澤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機能要素を多数連結あ
るいは組合せてなる組織型群制御ロボットに関し、特に
小型化してマイクロロボットとし、発電プラント等の機
器や配管の検査、補修などに適用して極めて有効なもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来のロボットは、特定の作業対象や作
業目的、作業環境に応じて専用化されたものがほとんど
である。したがって、作業目的等が変わると全く適用不
可能であったり、ハードウェアのかなりの部分を新しく
設計し直す必要があったりした。また、機能も専用化さ
れていることが多く、対象が同一でも作業目的や要求を
変えると、ソフトウェアのみならず、ハードウェアも変
更しなければならず、全体システムの作り直しを余儀な
くされる場合もあった。このように、従来のロボット
は、適用対象や環境、作業目的の変化に対するフレキシ
ビリティが極めて不足しているのが実情であった。
【0003】ところで、一般に機械は微小化すると必然
的にその機能が大幅に低下する傾向にある。一方、発電
プラント等のメンテナンスに使用するロボットは、狭隘
箇所等の点検等のため、超小型化が要求されると同時
に、そのアクセス対象までの様々な移動環境の形態や寸
法等の制約の中での移動機能やアクセス対象の検査をす
るための運動機能を備えていることが要求される。つま
り、超小型化に伴って起こる機能の制約と、ニーズ側か
らの高い機能要求という相互の矛盾した問題を解決でき
るロボットが必要なのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決し得る
ロボットの開発に当り、動き、機能の参考となる生物や
生体を考察してみると、生物や生体が群を形成している
場合、その群を形成する形態としては、ロボットとの対
比の観点でみると、大別して二種類あると考えられる。
一つは、「ありの群れ」に代表されるように固体が分離
独立した形で群を形成する場合であり、もう一つは、生
体のサンゴや筋肉のように固体が組織化されて強く相互
に結合した形で群を形成している場合である。
【0005】本発明は、上記後者の分類をなす形態に着
目し、固体(要素)を組織化して群とし、全体が一つの
ロボットを構成するようにすることにより、前述の相互
矛盾を解決しようというものである。
【0006】なお、同様の目的を達成し得るロボットと
して、動的再構成可能ロボットシステム(第6回ロボッ
ト学会学術講演会(昭和63年10月20〜22日)3
501「動的再構成可能ロボットシステムに関する研
究」)が提案されている。これは、ロボットシステムを
自律的機能を有するセル(運動セル、屈曲セル、回転セ
ル、スライドセルなど)に分割し、これらのセルを、シ
ステム作業目的や作業環境に応じて最適な形に再構成す
るというものである。
【0007】本発明は、主に同一又は同種の機能を持つ
要素を多数連結することで、様々な目的、環境に応じて
必要となるロボットの機能を、上記提案のものとは異な
り要素を組替えることなく実現しようとするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、同一又は同種の機能を持った機能要素
多数直列に連結してなる機能要素列を複数並列に連結
し、各機能要素列の先端から二番目の機能要素に電磁石
による吸着機能(クランプ機能)を持たせて組織型群制
御ロボットを構成したのである。
【0009】
【作用】このロボットは、同一または同種の機能を持つ
機能要素を多数連結して構成され、各機能要素が回転ま
たは屈折の機能を持っているので、その全体を大きく変
えること(変態)ができ、様々な作業対象や環境の変化
に対応することができる。また、一部の機能要素にクラ
ンプ機能を発揮させることにより、重心の移動によりロ
ボットが転倒してしまったり、流体中の作業でロボット
が流されてしまったりすることがない。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例に係る組織型群制御ロボッ
トの外観を図1に示す。このロボット20は、機能要素
としての関節ホロンを多数直列に連結してなる連結体
(ホロニックメカニズム)1を8本、その一端側で環状
に並列に連結して構成されている。図2には平面的に表
した様子を示す。
【0011】各連結体1は、大型の関節ホロン2に多数
の小型の関節ホロン3を直列に連結してなっている。関
節ホロン2,3は同様の機能を有している。各連結体1
の大型の関節ホロン2の隣り合うもの同士が直接あるい
はエネルギホロン4を介して連結され、根元部が構成さ
れている。根元側に大型の関節ホロン2を配するのは、
根元部では先端部に比べて、駆動力の大きいものが必要
となるからである。
【0012】各関節ホロン2,3は、インテリジェント
コネクタ2a、制御通信回路2b、ドライブ機構2cな
どを備えており、他のホロンと自由度をもって結合さ
れ、かつ制御されて、駆動する機能を有している。ドラ
イブ機構としては、例えば、一方をステータ、他方をロ
ータとして回転させるアクチュエータが採用される。ア
クチュエータの駆動型式としては、電磁型、静電型、超
音波型などが考えられる
【0013】根元部の大型関節ホロン2の内側には、ロ
ボット全体の制御に係わる知能回路の入った知能ホロン
5が設けられる。また、検査のためのUTセンサの入っ
たUTホロン6、その格納のためのセンサボックス7、
作業のためのツールの入ったツールボックス8なども設
けられる。さらに、経路や環境認識のための視覚センサ
の入った視覚ホロン9を先端に備える連結体10がつな
がる通信ホロン11が設けられる。通信ホロン11は、
視覚ホロン9による検出結果等に基づき、他のロボット
や上位の制御装置との通信を行うものである。
【0014】したがって、連結体1の先端に、必要に応
じ前記センサやツールを装着し、被検体12の検査監視
などが行われるのである。図1中、13は連結体1の先
端に装着されたITVカメラ、14はUTセンサであ
る。なお、各ホロンの動き等に必要なエネルギは前述の
エネルギホロン4のバッテリーより供給される。
【0015】この実施例に係るロボットは、8本の直列
の連結体1が中央部で並列に連結されて、中央部から放
射状に伸びた構成となっていることから、図2に示した
形態を基本形として形態を制御することで、8本のメカ
ニズムである連結体1は、対象や環境に応じてロボット
の脚にもなり、アームにもなり得る。
【0016】このロボット20は、種々形態を変えて、
例えば図3に示す如く円筒状となり、かつ重心を移動さ
せることによってころがり移動することができるのであ
るが、変態動作等の際、重心の移動によってロボット自
体が転倒しないことが必要である。また、当該ロボット
20は、流体中でも使われるが、小型軽量であるがゆえ
に流体によって流されてしまうことがないようにしてお
く必要もある。そこで、関節ホロン3の一部をクランプ
機能を持ったクランプホロン15としてある。本実施例
では、各連結体1の先端から二番目のホロンをクランプ
ホロン15としてある。
【0017】クランプホロン15の具体的な構成を図4
から図7に示す。床面や壁面が磁性体であることが多い
ことから、ここでは、クランプ手段として電磁石を採用
している。つまり、略立方形をなすホロン本体15aの
周囲四面にそれぞれ電磁石16を設けた構造となってい
るのである。電磁石16は、図7に示すように鉄心17
にコイル18を巻いて一方向に電磁力を発生するように
構成される。4面の電磁石16は選択的に作動させるこ
とができる。クランプ機能を発揮させたい面の電磁石1
6のコイル18に選択的に電流を流し、電磁力を発生さ
せるのである。給電はエネルギホロン4よりコネクタを
通してなされる。電磁石16を設ける面の数は、4面に
限られるものではなく、それより多くても少なくてもよ
い。なお、図中、19はコイル18をカバーするための
磁性体であり、15bはホロン同士の接属部である。
【0018】次に、上記のようなクランプホロン15を
備えた当該ロボット20の動作例を示す。図8には平ら
な床面21上でロボット20が起き上がろうとしている
状態を示す。複数の連結体1の各先端から二つ目のクラ
ンプホロン15がその電磁力により床面21に吸着して
他の部分の反力受となり、ロボット20の変態により重
心が接地領域外に移動しても転倒することはない。な
お、図では、クランプホロン15を略図的に球形で示し
てあるが、実際には電磁石を備えた面を有する。また、
床面に吸着しているクランプホロンを符号「15」にア
ンダラインを付して示してある。
【0019】図9ないし11には当該ロボット20の他
の動作例を示す。図9に示すものは、クランプホロン1
5が壁面22に吸着し、ロボット20が壁面22を昇降
する場合のものである。壁面22に吸着させるクランプ
ホロン15を順次交替して行くことにより壁面22を昇
降する。
【0020】図10に示すものは、ロボット20が、管
23内の流体中で位置姿勢の保持を行っている場合を示
す。クランプホロン15が管23内面に吸着することに
より、流体に流されることなく姿勢を保持する。ロボッ
ト20の移動は、ロボット20全体を保持するのに十分
なクランプホロン数を残して他のクランプホロン15を
解放し、次のクランプ位置に連結体1を伸ばして再びク
ランプする。すべての連結体1の先端部がクランプされ
た状態で、連結体1を屈伸させることにより移動するこ
とができる。次に、前回とは異なるクランプホロン15
を解除し、同様の動作を行う。なお、管23の内径が大
きいときには、壁面の移動と同じ要領で移動すればよ
い。
【0021】図11は、連結体1の先端の検査用ホロン
24の姿勢決めの補助にクランプホロン15を使用した
例である。連結体1における先端から3番目のホロンを
クランプホロン15とし、このホロン15を管25の内
面に吸着固定させ、ここを中心として検査用ホロン24
を移動することができ、しかもクランプホロン15が固
定されているので、被検部に対し正確に位置決めするこ
とができる。
【0022】以上あげた実施例は例示であり、ホロンの
連結個数や連結方法を変えることにより、さらに種々の
組合せが可能である。なお、以上の実施例では、知能ホ
ロン、エネルギーホロン等を備えたケーブルレスの自律
型のものであるが、有索式として遠隔操作するものとし
てもよい。その場合には、知能ホロン、エネルギーホロ
ン等をロボット自体に組み込む必要はなくなる。また、
クランプホロンを設ける箇所や個数も実施例のものに限
られるものではない。さらに、クランプホロンの形状も
他の形状でもよく、クランプ手段も他の形式のものでも
よい。
【0023】
【発明の効果】本発明に係る組織型群制御ロボットによ
れば、連結されている各機能要素の運動を制御すること
で、移動や検査のために必要な様々の形態や機能をロボ
ットを組み替えることなく実現できる。したがって、小
型マイクロロボットとして具体化した場合には、各種プ
ラント等における機器配管の検査や補修などに極めて有
効となる。また、各機能要素列の先端から二番目の機能
要素を電磁石によるクランプ機能を有するものとしたの
で、変態の際に転倒したりすることがなく、クランプ機
能を利用して壁面や天井面なども移動できるようにな
る。また、流体中で流されたりすることがないだけでな
く、流体中においても目的物等に対する確実な移動が実
現できる。さらに、各機能要素列の先端から二番目の機
能要素を電磁石によるクランプ機能を有するものとした
ので、これらの機能要素を固定することにより、検出や
作業を行なう先端の機能要素等の位置決めが確実に行え
るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に係る組織型群制御ロボットの外観図
である。
【図2】一実施例ロボットの概略平面図である。
【図3】実施例ロボットを円筒状に変態させた場合の概
略平面図である。
【図4】クランプホロンの正面図である。
【図5】クランプホロンの側面図である。
【図6】クランプホロンの外観図である。
【図7】クランプホロンの電磁石を示す破砕断面図であ
る。
【図8】ロボットの立ち上がり動作状態の斜視図であ
る。
【図9】ロボットの壁面昇降動作状態の斜視図である。
【図10】ロボットの管内動作状態の側面図である。
【図11】連結体による管内検査状態の概略図である。
【符号の説明】
1 連結体 2,3 関節ホロン 4 エネルギホロン 5 知能ホロン 15 クランプホロン 16 電磁石 20 ロボット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 拓 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−219173(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一又は同種の機能を持った機能要素を
    多数直列に連結してなる機能要素列を複数並列に連結
    し、各機能要素列の先端から二番目の機能要素に電磁石
    による吸着機能を持たせたことを特徴とする組織型群制
    御ロボット。
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