JP3028607B2

JP3028607B2 - マイクロロボット

Info

Publication number: JP3028607B2
Application number: JP5508311A
Authority: JP
Inventors: 修宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JPH06505570A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は極めて小さな例えば約１立方センチメートル
程度の大きさでワイヤレス制御可能なマイクロロボット
に関する。

背景技術従来、ロポットをワイヤレス制御する場合にはラジオ
コントロールと言われる制御を行っており、電波を利用
した制御方式が用いられていた。また、方向を制御する
ためには電波に制御信号を重畳させて操舵していた。更
に、自律的に所望の方向に向かわせるためには指向性を
有するアンテナを用いたり、視覚センサ等を併用したり
していた。走行部には車輪を用いて走行抵抗を減らして
いた。また、充電するためにの端子は剛体の接点から成
り、框体の凹部に形成されていた。

ところが、前述のロボットの制御方式では電波を利用
しているため、送信側及び受信側共に多くの電気素子を
必要とし、操舵のための機構が必要なことから小型化に
は適していなかった。また、例えば電波が発信される方
向に自律的に移動させるシステムにするためには前述の
アンテナやセンサを付加する必要があり、この点におい
ても小型化には適していなかった。更に、駆動部以外の
部分を車輪で支持した場合には車輪が小さいと大きな凹
凸を乗り越える事ができず、逆に、車輪が大きいと小型
化が困難であった。充電端子も取り扱い上小さくする事
ができず、小型化の妨げになっていた。

また、そのようなロボットに何等かの作業をさせよう
としても、そのような機構がまだ開発されていない状況
にあった。

更に、小形化の要請から大容量のバッテリーを取り付
けることができず、ワイヤレス制御という観点からは非
接触で充電することが望ましいが、そのような充電機構
もまだ開発さていなという状況にあった。

発明の開示本発明の目的は、１立方センチメートル程度の大きさ
のマイクロロボットを提供することにある。

本発明の他の目的は、１立方センチメートル程度の大
きさのロポット本体に作業機構を備えたマイクロロボッ
トを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、１立方センチメートル程度
の大きさであって、且つ非接触に充電可能なマイクロロ
ボットを提供することにある。

本発明の一つの態様によるマイクロロボットは、互い
に独立して駆動するように装着され、移動方向に対し直
角方向に離れた駆動点を有する薄板状に構成された少な
くとも一対の駆動部と、検出領域が一部重複するよう
に、前記一対の駆動部に平行で離れた位置に配置され
て、検出量に応じた出力を発生する第１及び第２のセン
サと、CPUを含み、センサの出力に応じて駆動部を制御
する薄板状に構成された制御部と、充電可能な電池を含
み、センサ、駆動部及び制御部に電源電圧を供給する電
源部とを備え、制御部及び電源部が駆動部の間に配置さ
れており、そして、制御部は、第１のセンサの出力が所
定の基準値を超えたとき、その第１のセンサに対して対
角側に位置する駆動部を制御し、第２のセンサの出力が
所定の基準値を超えたとき、その第２のセンサに対して
対角側に位置する駆動部を制御し、また、第１及び第２
のセンサの出力が共に所定の基準値を超えたとき、一対
の駆動部を制御する。このように構成されたことにより
小形化が可能になっている。特にセンサの検出領域を重
複させたことにより、簡単な回路で目標に対して自律的
に移動する機能が得られる。また、駆動部がそれぞれ独
立して制御されるので、簡単な機構で複雑な動作を制御
することができる。更に、制御部及び電源部が一対の駆
動部の間に配置されているので、ロボット本体の小形化
が可能になっている。

また、本発明の他の態様に係るマイクロロボットは、
底部の前後にそれぞれ下方に突出して設けられた凸部形
状の摺動部を備え、一対の駆動部によって走行グランド
に対して駆動される２つの駆動点と、摺動部の内のいず
れか一方の摺動部の摺動点の３点により支持される。従
って、バランスがとれて安定した走行が可能になってい
る。

また、本発明の他の態様によるマイクロロボットにお
いては、２つの駆動点を結ぶ線分は、走行グランドの傾
斜によっては重心における重力の方向と鎖交し、鎖交の
前後で摺動点の位置が異なるようにしている。摺動点
は、駆動点を結ぶ線分と重心の位置関係によって変化
し、従って、登り坂では駆動点の上方にマイクロロボッ
トの重心が位置し、摩擦力が大きくなり登坂力が向上し
ている。

また、本発明の他の態様によるマイクロロボットにお
いては、筐体より突出し、電源部と導通している突起部
を有し、突起部は可撓性を有する線材により構成され
る。この突起部は摺動部として機能し、走行抵抗が減っ
て走行性や走破性が向上するばかりでなく電源部と導通
させて充電用の端子とした事により、充電の作業が容易
になったと共に、電源部に応力を集中させて破壊してし
まう事がなくなった。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいては
制御部に含まれるモータがステップモータであるため、
移動量をそのステップ数によりプログラミングできる。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて
は、制御部は、１対の駆動部の駆動開始時に加速制御を
行って駆動開始時の駆動力を高めている。また、制御部
は、一方の駆動部が駆動中に他方の駆動部の駆動を開始
する際には、他方の駆動部の駆動条件を一方の駆動部の
駆動条件と一致させて加速制御をしており、これにより
旋回移動から直進移動への移行を円滑にしている。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて
は、障害物を検出する障害物センサを有し、制御部は、
障害物センサが障害物を検出すると、１対の駆動部の少
なくとも一方を所定時間逆転駆動し、マイクロロボット
を障害物から遠ざかる方向に自動的に移動させる。その
後に定常動作に戻すことにより、マイクロロボットを障
害物から遠ざかる方向に自動的に移動させることができ
る。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて、
制御部は、駆動部にそれぞれ含まれるモータ巻線の誘起
電圧に基づいてモータの回転の有無を検出する。そし
て、例えばモータが回転していないことを検出すると、
全モータを所定時間逆転駆動した後に、回転していない
とされたモータを所定時間駆動し、その後に定常動作に
戻すことにより、マイクロロボットを障害物から遠ざか
る方向に自動的に移動させることができる。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて、
制御部は駆動部を加速しながら駆動し、起動時には駆動
パルス幅を広くし、高速時には駆動パルス幅を狭く制御
する。従って、大きな駆動力が得られ、かつエネルギー
効率がよくなるので電源部の消耗が少なくなる。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて、
制御部は駆動部にそれぞれ供給する駆動パルスの送出タ
イミングを一致させる。この場合には直進性が良くな
る。

本発明の他の態様によるマイクロロボットにおいて
は、駆動部により駆動される少なくとも２個のスクリュ
ーを有し、制御部は、駆動部にそれぞれ供給する駆動パ
ルスの送出するタイミングを相互にずらしている。この
場合には、駆動パルスの送出タイミングをずらすことに
より電源部の急速な消耗を防いでいる。

本発明の他の態様に係るマイクロロボットは、検出領
域が一部重複し、検出量に応じた出力を発生する第１及
び第２の方向制御用センサと、互いに独立して駆動する
ように装着され、、移動方向に対し直角方向に離れた駆
動点を有する薄板状に構成された少なくとも一対の駆動
部と、非接触にて操作側からの作業指令を受ける作業制
御用センサと、作業用駆動手段と、CPUを含み、方向制
御用センサの出力に応じて駆動部を制御するとともに、
作業制御用センサの出力に応じて作業用駆動手段を制御
する、薄板状に構成された制御部とを備え、制御部は、
第１の方向制御用センサの出力が所定の基準値を超えた
とき、第１の方向用制御センサに対して対角側に位置す
る駆動部を制御し、第２の方向制御用センサの出力が所
定の基準値を超えたとき、第２の方向制御用センサに対
して対角側に位置する駆動部を制御し、また、第１及び
第２の方向制御用のセンサの出力が共に所定の基準値を
超えたとき、一対の駆動部を制御する。このマイクロロ
ボットにおいては、第１及び第２の方向制御センサの出
力に基づいて進行方向を自動的に制御し、所望の位置ま
で移動させた後に、操作側からの指令により作業制御用
センサに指令を与えて作業用駆動手段を駆動して所望の
作業をさせることができる。

本発明に他の態様によるマイクロロボットは、検出領
域が一部重複する少なくとも２個のセンサと、互いに独
立して駆動され、移動方向に対し直角方向に離れた駆動
点を有する薄板状に構成された少なくとも一対の駆動部
と、センサの出力に基づいて駆動部を制御する薄板状に
構成された制御部と、非接触で充電可能であり、セン
サ、駆動部及び制御部に電源電圧を供給する電源部とを
有する。センサの検出領域を重複させたことにより、簡
単な回路で目標に対して自律的に移動する機能が得られ
る。また、駆動部がそれぞれ独立して制御されるので、
簡単な機構で複雑な動作を制御することができ、マイク
ロロボット本体の小形化を可能にしている。更に、電源
部が非接触で充電可能になっており、従って、完全なワ
イヤレス制御ができる。

本発明の他の態様によるマイクロロボットは、駆動部
にはモータを内蔵し、外部に設けられた充電用コイルの
磁界によりモータの巻線に誘起電圧が発生し、その誘起
電圧を整流して電源部を充電する。そして、このロボッ
トは、充電用コイルが設置されている充電用スタンドに
向かって自動的に移動する機構を有する。従って、電源
部の電圧が低くなると自動的に充電用スタンドに向かっ
て移動し、電源部が自動的に充電される。

本発明の他の態様によるマイクロロボットは、電源部
に光起電素子又は熱発電素子が接続され、光又は外部に
設けられた吸発熱体の吸熱及び発熱に応答して発電して
電源部を充電するようにしたので、電源部が自動的に充
電される。

更に電源部に昇圧回路が接続され、電源部の電圧に応
じて自動的に昇圧動作をするようにしたので、電源部の
電圧が低下しても回路を正常に動作させることができ
る。

更に、本発明の他の態様によるマイクロロボットは、
モータを内蔵し、フィンを回転駆動する駆動部と、外側
に開き、管内壁と係合するアームと、非接触で充電可能
であり、センサ及び駆動部に電源電圧を供給する電源部
と、電源部の電圧が所定の基準電圧値以下になると、モ
ータの駆動を停止すると共にアームを開いて液体中にて
停留させる制御部とを有する。停留中に液体の流れによ
りフィンが回転するとモータの巻線に誘起電圧が発生
し、その誘起電圧を整流して電源部を充電する。従っ
て、液体中にて自動的に充電が可能になっている。

図面の簡単な説明図１は本発明の一実施例のマイクロロボットの側面図
である。

図２は図１の上面図である。

図３は図１の底面図である。

図４は傾斜した走行グランドをロボット本体が登る場
合の説明図である。

図５は本発明の他の実施例のマイクロロボットの側面
図である。

図６は図５の底面図である。

図７は上記マイクロロボットの車輪の側面拡大図であ
る。

図８は回路部の詳細を示したブロック図である。図９
はセンサの回路図である。

図10は駆動部の平面図である。

図11は図10の駆動部の展開図である。

図12は図１又は図５の実施例のロボットの基本動作例
を示すタイミングチャートである。

図13は図５の実施例のロボットの駆動開始時の基本動
作を示すタイミングチャートである。

図14は図５の実施例のロボットの駆動開始時の動作を
示すタイミングチャートである。

図15図５の実施例のロボットの駆動パルスの波形図で
ある。

図16は障害物を回避する場合の処理（その１）を示す
フローチャートである。

図17はその回避動作の説明図である。

図18は障害物を回避する場合の処理（その２）を示す
フローチャートである。

図19はその回避動作の説明図である。

図20はステップモータの回転の有無を検出する方法を
示したタイミングチャートである。

図21、図22及び図23は本発明の他の実施例に係るマイ
クロロボットの正面、側面及び背面をそれぞれ示した図
である。

図24は図21〜図23の実施例のモータ駆動回路の周辺の
回路を示したブロック図である。

図25は本発明の他の実施例のマイクロロボットの上面
図である。

図26は図25の実施例の回路部の詳細を示したブロック
図である。

図27は図26の回路部の制御動作を示すフローチャート
である。

図28は図25及び図26において作業制御用センサを装備
しなかった場合の動作を示すフローチャートである。

図29は回路部の他の実施例の詳細を示すブロック図で
ある。

図30は本発明の他の実施例のロボット本体の上面図で
ある。

図31は図29の回路部の制御動作を示すフローチャート
である。

図32は本発明のマイクロロボットを内視鏡に適用した
例を示す断面図である。

図33は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
底面図である。

図34は図33のマイクロロボットの側面図である。

図35は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
側面図である。

図36は図35のマイクロロボットの底面図である。

図37は図35及び図36のマイクロロボットの回路部の詳
細を示したブロック図である。

図38は図35〜図37のマクロロボットの制御動作を示し
たフローチャートである。

図39は図35のマイクロロボットがハンドを上げたとき
の状態を示す図である。

図40は図35のマイクロロボットがハンドを開いたとき
の状態を示す図である。

図41は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
概念図である。

図42は図41の側面図である。

図43は作業用モータの詳細を示した図である。

図44、図45及び図46は作業モータの動作原理を示した
図である。

図47は回路部に電磁誘導による充電機構を付加した回
路部の詳細を示したブロック図である。

図48は図47の実施例のモータ駆動回路の詳細を示すブ
ロック図である。

図49は電源部を構成している電気二重層コンデンサの
放電特性図である。

図50は電圧調整器の詳細を示す回路説明図である。

図51、図52及び図53は昇圧手段の動作説明図である。

図54は充電スタンドの斜視図である。

図55はエネルギー供給装置の構成を示すブロック図で
ある。

図56は自動充電時の動作を示すフローチャートであ
る。

図57は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
正面図である。

図58は図57のマイクロロボットの背面図である。

図59は図59の58−59断面図である。

図60は図57のアームの機能を説明する図である。

図61は光起電力素子により充電する場合の制御部の構
成を示すブロック図である。

図62は図61の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

図63は充電、障害回避、作業及び帰投を組み合わせた
制御をする場合の動作を示すフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態図１は本発明の一実施例のマイクロロボットの側面図
であり、図２はその上面図である。ロボット本体10の正
面部には図示のように１対のセンサ12,14が設けられて
いる。このセンサ12,14には例えばフォトダイオード、
フォトトランジスタ等からなる光センサや、音波を圧電
素子により電圧に変換する超音波センサ等が用いられる
が、この実施例においてはフォトトランジスタを用いる
ものとする。そして、センサ12は検出領域としての視野
A1を有し、センサ14も検出領域としての視野A2を有して
おり、両視野A1,A2はその中央部で重複しており、両セ
ンサ12,14は重複した視野A3を有する。従って、光源か
らの光が正面即ち視野A3にあるときには、両センサ12,1
4がその光を検出することになる。なお、センサ12はロ
ボット本体10の左側に配置されているので後述する図面
のフローチャートにおいてはＬセンサと記述し、また、
センサ14はロボット本体10の右側に配置されているので
同様にしてＲセンサと記述する。

図３は図１の底面図である。電源部16が中央部分に配
置されており、これは例えば電気二重層コンデンサ、ニ
ッケルカドニウム電池等からなる。この電源部16に近接
して回路部22が設けられている。この回路部22は回路基
板23に実装したCMOS−IC24、プルダウン用のチップ抵抗
26等を含んでおり、その詳細は後述する。駆動部28,30
はそれぞれステップモータ及び減速機構を内蔵し、回路
部22により制御され、これらのステップモータ及び減速
機構を介して、出力軸32,34と嵌合した車輪36,38を回転
駆動する。車輪36,38は外周にゴムが取り付けられてい
る。なお、車輪36,38の形状は円形に限られず、その用
途に応じて三角形、四角形等の種々の形状を取り得る。

スペーサ39は、框体39aに対して電源部16、回路部22
及び駆動部28,30を支持している。電源部16及び回路部2
2は一対の駆動部28,30の間であって、両者が重なるよう
に配置されている。従って、電源部16及び回路部22は全
体の体積の割には面積を広くとれる。このため、電源部
16においてはコンデンサや二次電池の内部抵抗を小さく
できるので大電流が効率良く取り出せ、回路部22におい
ては複雑な機能を有する大型のICチップの実装に有利で
ある。更に、駆動部28,30は相互に離れた位置に配置さ
れているので磁気的な干渉等がなくなる。

マイクロロボット本体10の底部には摺動部1,2が設け
られており、どちらか一方が走行グランド３に接してい
る。図１の実施例においてはマイクロロボット本体10の
重心Ｇは、車輪36が走行グランド３と接する駆動点36a
の鉛直方向４に対して、わずかに図の左方（以後前方と
呼ぶ）にある為、摺動部１が走行グランドに接してい
る。

図４は走行グランド３が傾斜しておりロボット本体10
がその斜面を登る場合を示す説明図である。ここでは、
駆動部の登坂能力が限界に近いものとする。このような
状況において、重心Ｇは鉛直方向３に対して図右側（以
下後方と呼ぶ）に位置し摺動部２が走行グランド３に接
している。ここで、登坂能力を向上させるには、駆動部
のトルクを増すばかりでなく、摺動部の摩擦抵抗を減ら
し、駆動点36aの摩擦力を増す必要がある。即ち、最も
駆動力を必要とする登坂においては駆動部の駆動力の反
作用によりマイクロロボット本体10の前方が持ち上がろ
うとする力と、重心と鉛直方向の関係によると力を合わ
せた状態で、駆動点36aに全ての重量がかかる重心の位
置が良い。換言すれば、走行グランドが平らか下り坂で
ある場合には、重心Ｇは鉛直方向より前にあり、登坂能
力の限界近傍で重心Ｇが鉛直方向より後方にある構成、
即ち、走行グランド３によっては駆動点の鉛直方向３に
対して重心Ｇが鎖交する位置関係にある事が好ましい。

図５及び図６は本発明の他の実施例に係るロボット本
体の側面図及び底面図である。この実施例においては充
電とバランサのために触覚部18及び尾20が設けられてい
る。

この触覚部18及び尾20にはそれぞれ摺動部18a,20aが
設けられ前述の摺動部1,2と同等の機能を有している
が、走行グランド３と接する位置がロボット本体10の外
部にある。このため、摺動部18a,18aにかかる力が少な
く、摩擦抵抗が少ない為、走行のロスが少ない。触覚部
18及び尾20の端部側には曲け部18b,20bが設けられてお
り、走行グランドに対し滑らかに湾曲している。このよ
うな構成においては、走行グランド３に大きな凹凸があ
っても摺動しながら容易に走破することができる。

この触覚部18及び尾20は可撓性のみならず導電性をも
備えており、少なくとも一方は、電気二重層コンデンサ
や二次電池等からなる電源部16に導通している。この様
な構成においては、触覚部18又は尾20の突起部を介して
電源部16を充電できるため、取り扱いが容易であるばか
りでなく、可撓性があるので、応力が集中することがな
く破壊されにくい。

図７は本発明のマイクロロボットの車輪34,36の側面
の部分拡大図である。外周部に凹部35、凸部37を設け、
ゴムやプラスチックなどの高摩擦剤35a,37aを添付して
いる。この様な構成においてては、高摩擦剤35a,37aが
硬化性を有する液状であれば、表面張力により図示の形
状で硬化するため、走行グランドに対し、高摩擦剤37a
の部分のみが接する。従って、マイクロロボットの荷重
が集中し高摩擦剤37aが弾性変化し易くなり、大きな摩
擦抵抗が得られ、登坂能力が向上する。なお、凹凸の形
状は本実施例に限定するものではなく、車輪に替えてア
ーム等を用いた場合においても同様に接触部に高摩擦剤
を添付すれば良い。

図８は回路部22の詳細を示したブロック図である。AL
U、各種のレジスタ等で構成されたCPUコア40には、プロ
グラムが格納されているROM42、そのROM42のアドレスデ
コーダ44、各種データが格納されるRAM46、及びそのRAM
46のアドレスデコーダ48が接続されている。水晶振動子
50は発振器52に接続され、発振器52の発振信号はCPUコ
ア40にクロック信号として供給される。入出力制御回路
54にはセンサ12,14の出力が入力し、それはCPUコア40に
出力される。電圧調整器56は電源部16の電圧を回路部22
に安定して供給するためのものである。モータ駆動制御
回路58はCPUコア40との間で制御信号の授受を行い、モ
ータ駆動回路60,62を介してステップモータ64,66を制御
する。以上の各回路等の電源電圧は電源部16から供給さ
れている。

なお、ステップモータ64は駆動部30に内蔵されてお
り、ロボット本体10の右側に配置されているので、後述
する図面のフローチャートにおいてはＲモータと記述
し、また、ステップモータ66は駆動部28に内蔵されてお
り、ロボット本体10の左側に配置されているので同様に
してＬモータと記述する。

図９はセンサ12の回路図である。センサ12はホトトラ
ンジスタ12aから構成されており、このホトトランジス
タ12aのエミッタに直列にプルダウン抵抗26が接続され
ている。ホトトランジスタ12bのエミッタから受光出力
が取り出され、受光出力は入出力制御回路54にて波形整
形されてCPUコア40に出力される。この回路図はセンサ1
2の例であるが、センサ14も全く同一の構成からなって
いる。

図10は駆動部30の平面図であり、図11はその展開図で
ある。ステップモータ64は励磁コイル68及び、マグネッ
トからなるロータ70を有し、電子時計において用いられ
る電磁式２極ステップモータがこの実施例においては用
いられている。ロータ70はピニオン72を駆動し、ピニオ
ン72はギヤを介してピニオン74を駆動し、ピニオン74は
ギヤを介いてピニオン76を駆動し、このようにして減速
されたピニオン76は車輪38を回転駆動する。この図６及
び図７の機構は電子時計の機構を適用したものである。
駆動部28の機構も図６及び図７に示された機構と同一で
ある。ステップモータ64,66は、図６及び図７に示すよ
うに、高速回転させたものを減速させて車輪を回転駆動
するようにしているので、駆動部30,28の小形化が図ら
れている。更に、励磁コイル68がロータ70から離れた位
置に設けられているので、この点においても駆動部30,2
8の薄形化・小形化が図られている。

図12は上述の実施例のロボットの基本動作例を示した
タイミングチャートである。センサ12,14に光が入射し
ないとその出力は0Vであるが、入射するとその光量に応
じた電圧を出力する。その電圧は入出力制御回路54にお
いて所望のスレッショルド電圧で波形成形され、CPUコ
ア40に入力し、モータ駆動制御回路58は駆動回路64,66
を介してステップモータ64,66に正、逆に交互に駆動パ
ルスを供給する。従って、センサ12が受光している区間
S₁はステップモータ64が駆動し、車輪38が回転駆動され
る。センサ14が受光している区間S₂はステップモータ66
が駆動し、車輪36が回転駆動される。双方のセンサ12,1
4が受光している区間Ｗではステップモータ64,66が駆動
し、車輪38,36が回転駆動される。

従って、最も単純な駆動例として、光源からの光が視
野A1にあると（但し視野A3を除く）光センサ12はそれを
受光し、ステップモータ64がその受光出力に応じてが車
輪38をに回転させる。このとき、車輪36は停止状態にな
っているので、ロボット本体10は全体が左の方向に向か
って旋回移動することになる。また、光源からの光が視
野A2にあると（但し視野A3を除く）光センサ14はそれを
受光し、ステップモータ66はその受光出力に応じて車輪
36を回転させる。このとき、車輪38は停止状態になって
いるので、ロボット本体10は全体が右方向に向かって旋
回移動することになる。更に、光源からの光が視野A3に
あると光センサ12,14はそれを受光し、ステップモータ6
4,66はその受光出力に応じて車輪38,36を回転駆動さ
せ、ロボット本体10は真っ直ぐ移動することになる。ロ
ボット本体10はこのようにして制御されることにより光
源に向かって移動することになる。

尚、本実施例においては、センサの位置と視野の方向
に対して動く駆動部の配置は一つの組み合わせを示した
本実施例に限定するものではない。

ところで、上記の動作説明においては受光センサ12,1
4が受光したときには一定の速度で駆動する場合の例に
ついて説明したが、駆動開始時には加速度をつけて駆動
した方が駆動力が高まる。

図13は駆動開始時に加速制御する場合の基本動作を示
すフローチャートであるある。まず、CPUコア40はステ
ップモータ64の駆動パルスのクロック周波数Rcを16Hzに
設定し（S1）、次にそ駆動パルスを計数するカウンタの
値Rcをリセットする（S2）。次に、センサ12からの受光
出力があるかどうかを判断し（S3）、受光出力があった
場合には、上記のクロック周波数Rcの駆動パルスを１パ
ルス供給してステップモータ64を駆動し、そのときのパ
ルスを計数する（S4）。その計数値Rnが所定値例えば15
であるかどうかを判断し（S5）、15になっていなければ
上述の処理（S3），（S4）を繰り返す。

クロック周波数Rc（＝16Hz）の駆動パルスで15パルス
分駆動すると、次に、駆動パルスのクロック周波数Rcが
128Hz（最大値）に達しているかどうかを判断し、その
値に達していない場合には、駆動パルスのクロック周波
数Rcを例えば32Hzに設定して（S7）、上述の処理を同様
に繰り返す。そして、駆動パルスのクロック周波数Rcが
128Hz（最大値）に達すると（S6）、それ以後はその周
波数の駆動パルスで駆動する。センサ12の受光出力がな
くなると（S3）、ステップモータ64を停止する（S8）。

このフローチャートはセンサ12（Ｌセンサ）とステッ
プモータ64（Ｒモータ）との関係を示したものである
が、センサ14（Ｒセンサ）とステップモータ66（Ｌモー
タ）との関係も全く同様である。

ところで、図13のフローチャートは理解を容易にする
ために、センサ12とセンサ14と関係を述べなかったが、
例えばセンサ14が受光状態にあってステップモータ66が
駆動され、ロボット本体10が光源の方に向ていくと、セ
ンサ12も受光状態になる。このように場合にはセンサ12
によって駆動されるステップモータ64の駆動状態をステ
ップモータ66の駆動状態に一致させる必要がある。この
ように駆動状態を位置させなければ、ロボット本体10が
光源の方に向いた時点で直線移動ができなくなる。つま
り旋回移動から直線移動への移行が円滑に行われなくな
る。

図14は上記の点を考慮した制御のフローチャートであ
る。上述の場合と同様に、CPUコア40はステップモータ6
4の駆動パルスのクロック周波数Rcを16Hzに設定し（S
1）、次にその駆動パルスの数を計数するカウンタの値R
cをリセットする（S2）。次に、もう一方の側のセンサ1
4の受光出力があるかどうかを判断する（S2a）。センサ
14の受光出力があった場合には、センサ14の側の制御系
の駆動パルスのクロック周波数Lc及びカウンタの値Lnを
センサ12側の駆動パルスのクロック周波数Rc及びカウン
タの値Rnとして初期設定する（S2b）。このようにして
設定した後には、図９のフローチャートと同様に処理さ
れる。なお、このフローチャートもセンサ12の制御系に
ついての動作を示すものであるが、センサ14の制御系に
おいても同様である。

つまり、駆動開始時に他のセンサの制御系が駆動状態
にあるとその状態を初期値として取り込んで始動するよ
うにしたので、一方のセンサにのみが受光した場合には
加速しながら方向を変え、そして両方のセンサが受光す
るようになるとその瞬間に両制御系を同じ駆動状態にさ
せて直進させる。従って、旋回移動から直線移動への移
行が円滑に行われ、光に対する応答性が向上する。

図15は駆動パルスの波形図である。図13及び図14のフ
ローチャートにおいて示したように駆動開始時に加速す
る場合に駆動力を増すためには、例えば16Hzのクロック
周波数の場合にはそのパルス幅を7.8msecとしそのパル
ス幅を大きくとり、周波数が高くなるに従ってそのパル
ス幅は小さくてすむので、32Hzのクロック周波数の場合
にはそのパルス幅を6.3msec、64Hzのクロック周波数の
場合にはそのパルス幅を5.9msec、128Hzのクロック周波
数の場合にはそのパルス幅を3.9msecとする。このよう
にすることにより必要な駆動力に応じた駆動パルスを供
給することができ、合理的な駆動が可能になる。

図16は障害物を回避する場合の処理を示すフローチャ
ートであり、図17はその回避動作の説明図である。ここ
では図示を省略するが、ロボット本体10の前部に、超音
波センサ、渦電流センサ、若しくは接触センサ又はこれ
らの組み合わせからなる障害物センサを設けるものとす
る。

まず、その障害物センサにより障害物があるかどうか
を判断する（S11）。障害物がなければそのまま作業を
続ける（又はそのまま進む）（S12）、障害物があれ
ば、ステップモータ64又は66を逆転する（S13）。その
状態を所定時間例えば５秒間続ける（S14）。この時間
は方向変換するに必要な時間であればよいのでこの時間
に限定されるものではなく、また、移動距離を設定して
もよい。その後再びその障害物センサにより障害物があ
るかどうかを判断する（S11）。このような処理を繰り
返すことにより障害物があった場合には方向を変換して
回避するようにしている。

図18は衝突をステップモータの誘起電圧により検出
し、そして障害物を回避する場合の処理を示すフローチ
ャートであり、図19はその回避動作の説明図である。ス
テップモータ64,66を駆動し（S21）、その状態でステッ
プモータ64が回転しているかどうかを検出し（S22）、
回転していれば次にステップモータ66が回転しているか
どうかを検出する（S23）。ステップモータ66も回転し
ていれば障害物はないものとして作業を続ける（S2
4）。なお、ステップモータ64,66の回転の有無の検出方
法はモータが回転すると励磁コイル68に誘起する電圧は
大きいが、回転していないと小さいことを利用する。

図20はステップモータの回転の有無を検出する方法を
示したタイミングチャートである。図示のように、ステ
ップモータが回転状態にあるときは、駆動パルスが印加
された後にロータ70が回転すると、ロータ70の回転に伴
って誘起電圧が励磁コイル68に誘起され、誘起電流が流
れる。その誘起電流の大きさを例えばコンパレータによ
り検出することにより回転状態を把握することができ
る。ステップモータが回転状態にないときは、駆動パル
スが印加された後にロータ70が回転せず、従って誘起電
圧が励磁コイル68に誘起されず、誘起電流が流れない。
これにより回転状態にないことを把握することができ
る。

ステップモータ64の回転を検出した際に回転していな
いものと判断された場合には（S22）、ステップモータ6
4,66の駆動を停止し（S25）、ステップモータ64,66を逆
転する（S26）。その逆転駆動状態を例えば５秒間継続
し（S27）、次に回転されていないと判断されたステッ
プモータ64を再び駆動し（S28）、その状態を例えば５
秒間継続する（S29）。その後最初の処理（S21）に戻
る。また、ステップモータ66の回転を検出した際に回転
していないものと判断された場合には（S23）、ステッ
プモータ64,66の駆動を停止し（S30）、ステップモータ
64,66を逆転する（S31）。その逆転駆動状態を例えば５
秒間継続し（S32）、再びステップモータ66を駆動し（S
33）、その状態を５秒間継続する（S29）。その後最初
の処理（S21）に戻る。

以上のようにしてステップモータ64,66の回転の有無
を検出して回転していなければその駆動を一旦停止した
後に逆転し、次に、回転していないと判断されたステッ
プモータを再び回転させるようにしている。例えばロボ
ット本体10が壁に衝突してステップモータ66が回転して
いない状態が発生すると、ステップモータ64,66の駆動
を一旦停止した後に逆転して後退させ、その後ステップ
モータ66を駆動して方向を変換する。その後ステップモ
ータ64,66を駆動して直進させるようにしているので、
障害物を回避して進むことができる。

なお、図18のフローチャートにおいてはステップモー
タ64,66の双方を駆動している状態下における障害物の
回避について説明したが、いずれか一方のみを駆動して
いる場合についても同様に処理される。例えばステップ
モータ64が駆動している場合には、図18において処理
（S21）においてステップモータ64を駆動し、その後は
処理（S22）、処理（S25）〜（S29）を行うことにより
対処できる。ステップモータ66を駆動している場合も同
様であり、図18において処理（S21）においてステップ
モータ66を駆動し、その後は処理（S23）、処理（S30）
〜（S33），（S29）を行うことにより対処できる。

図22〜図23は本発明の他の実施例に係るマイクロロボ
ットの正面、側面及び背面をそれぞれ示した図である。
ロボット本体の前部にはセンサ82a〜82dが設けられ、後
部にはスクリューが84a〜84dが設けられており、液体中
で駆動できるように構成されている。スクリュー84a〜8
4dが左右上下に４個設けられておりそれぞれステップモ
ータにより駆動されるので、ロボット本体80を左右方向
に制御できるのは勿論、上下方向にも制御できる。な
お、図１又は図５のロボットはモータが２個しかないの
で同一のタイミングで各モータに駆動パルスを供給する
が、この実施例においてはスクリュー84a〜84dが４個設
けられているのでそれを駆動するステップモータも４個
必要になり、これらを同一のタイミングの駆動パルスで
駆動したのでは電源部16の消耗が激しくなるので図24に
示す回路によりそのタイミングをずらしている。

図24はモータ駆動回路の周辺の回路を示したブロック
図である。この回路図においては、図８のモータ駆動回
路60,62の他にモータ駆動回路86,88を設け、これらの駆
動回路はステップモータ64,66,90,92を駆動する。そし
て、ステップモータ64,66,90,92はスクリュー84a〜84d
を回転駆動する。この実施例においては、更にモータ駆
動回路60,62,86,88の位相を制御する位相差回路94〜100
を設けており、各位相差回路94〜100の位相調整角を異
ならせて、モータ駆動回路60,62,86,88から同一のタイ
ミングで駆動パルスが出力しないようにしている。

なお、上述の実施例においてはセンサにより光を検出
してその方向に進む例について説明したが、検出の対象
は光だけでなく、磁気、熱（赤外線）、音、電磁波等で
あってもよい。また、検出対象物に進むのではなくそれ
から逃げるように制御することもできる。その場合には
図１又は図５の実施例においてはセンサ12のオフにより
ステップモータ64を駆動し、そして車輪38を駆動する。
センサ14のオフによりステップモータ66を駆動し、そし
て車輪36を駆動する。センサ12,14の双方がオンのとき
にはステップモータ64,66を逆転駆動し、そして車輪38,
36を反転駆動することににより、ロボット本体10を後退
又は退避させる。更に、２種類以上の検出対象物を用意
し、一方の検出対象物に対してはそれに向かって制御
し、他方の検出対象物に対してはそれから逃げるように
制御すれば、きめ細かな制御が可能になる。この制御は
図21〜図23のロボット本体100にも勿論適用できる。

ロボット本体の移動方向は光等の検出対象物を基準と
するだけでなく、例えば移動奇跡を予めプログラムして
おいて、それに従って制御するようにしてもよい。ま
た、外部から司令を与えてその移動軌跡を制御してもよ
い。更に、上述の各制御を適宜組み合わせつつ、且つ学
習機能を持たせて制御するようにしてもよい。

図25は本発明の他の実施例のマイクロロボットの上面
図である。ロボット本体10の正面部には図示のように１
対の方向制御センサ12,14が設けられているが、この他
にロボット本体10の上部には図示のように作業制御用セ
ンサ15が設けられており、後述するように、この作業制
御用センサ15を介して外部からの作業指令を受ける。な
お、このロボット本体10の底面図は図６の実施例と同様
である。

図26は図25の実施例の回路部22の詳細を示したブロッ
ク図である。ALU、各種のレジスタ等で構成されたCPUコ
ア40には、プログラムが格納されているROM42、そのROM
42のアドレスデコーダ44、各種データが格納されるRAM4
6、及びそのRAM46のアドレスデコーダ48が接続されてい
る。水晶振動子50は発振器52に接続され、発振器52の発
振信号はCPUコア40にクロック信号として供給される。
入出力制御回路54には方向制御用センサ12,14及び作業
制御用センサ15の出力が入力し、それはCPUコア40に出
力される。モータ駆動制御回路58はCPUコア40との間で
制御信号の授受を行い、モータ駆動回路60,62を介して
ステップモータ64,66を制御すると共に、アクチュエー
タ駆動回路63を介して作業用アクチュエータ67を制御す
る。

図27は図26の回路部の制御動作を示すフローチャート
である。方向制御用センサ12,14により発光しているタ
ーゲットに向って移動し、操作者の指示により作業用セ
ンサ15がその指示を受信して所定の作業をする。

まず、CPUコア40は方向制御用センサ12が受光してオ
ンになっているかどうかを判断し（S41）、オンになっ
ていれば光源は左側にあるものとしてステップモータ64
を駆動して車輪38を回転駆動し、左側に旋回する（S4
2）。また、方向制御用センサ12がオフになっていれば
（S41）、ステップモータ64の駆動を停止する（S43）。
次に、方向制御用センサ14が受光してオンになっている
かどうかを判断し（S44）、オンになっていなければス
テップモータ66の駆動を停止する（S45）。以上の処理
を繰り返して方向制御用センサ14がオンになると（S4
4）、ステップモータ66を駆動する（S47）。このように
動作することによりロボット本体10は光源に向かって移
動し、次に、作業制御用センサ15が受光しているかどう
かを判断し（S47）、作業制御用センサ15が受光してい
ない状態では上述の動作を繰り返して前進する。作業制
御用センサ15が受光してオンになっていると、アクチュ
エータ駆動動回路63により作業用アクチュエータ67を制
御して所望の作業をする（S48）。

図28は図25及び図26において作業制御用センサ15を装
備しなかった場合のの動作を示すフローチャートであ
る。この実施例においても、まず、CPUコア40は方向制
御用センサ12が受光してオンになっているかどうかを判
断し（S51）、オンになっていれば光源は左側にあるも
のとしてステップモータ64を駆動して車輪38を回転駆動
し、左側に旋回する（S52）。また、方向制御用センサ1
2がオフになっていれば（S51）、ステップモータ64の駆
動を停止する（S53）。次に、方向制御用センサ14が受
光してオンになっているかどうかを判断し（S54）、オ
ンになっていなければステップモータ66の駆動を停止す
る（S55）。以上の処理を繰り返して方向制御用センサ1
4がオンなると（S54）、ステップモータ66を駆動する
（S57）。このように動作することによりロボット本体1
0は光源に向かって移動し、次に、ステップモータ64,66
が回転しているかどうかを判断し（S57）、ステップモ
ータ64,66が回転している状態では上述の動作を繰り返
して前進する。ロボット本体10が所定の個所に到達して
衝突するとステップモータ64,66がその瞬間回転しなく
なるので、その回転しないことをもって所定の位置に到
達したものと見なして、次に、アクチュエータ駆動動回
路63により作業用アクチュエータ67を制御して所望の作
業をする（S58）。

なお、ステップモータ64,66が回転しているかどうか
の判断は次のようにしてなされる。ステップモータが回
転状態にあるときには駆動パルスが励磁コイル68に供給
された後にロータ70が回転し、そのロータ70の回転に伴
って誘起電圧が励磁コイル68に誘起され、誘導電流が流
れる。その誘導電流の大きさをコンパレータ等により検
出することにより回転状態にあることが検出される。ス
テップモータが回転状態にないときには、駆動パルスが
供給された後にロータ70が回転せず、従って誘起電圧が
励磁コイル68に誘起されない。これにより回転状態にな
いことが検出される。

図29は回路部22の他の実施例の詳細をブロック図であ
る。この実施例においてはセンサとして、受信センサ10
2、発信素子104及び検出素子106を入出力制御回路54に
接続している。図30はそのロボット本体10の上面図であ
り、受信センサ102及び発信素子104が図示の位置に配置
されている。この実施例においては受信センサ102によ
り移動の指令と作業の指令とを受けるようにしており、
例えば赤外線を利用してその指令（直進指令、右折指
令、左折指令、後退指令、作業指令等）に応じたパター
ンのパルス信号等を受光センサ102に向けて出力する。
検出素子106は例えばイメージセンサ、触覚センサ等か
ら構成されており、検出素子106で検出された情報は発
信素子104を用いて操作側に伝えられる。

図31は図29の回路部の制御動作を示すフローチャート
である。まず、受信センサ102が直進指令を操作側から
受けるとCPUコア40はそれを判断して（S61）、ステップ
モータ64,66を駆動し直進する（S62）。受信センサ102
が右折指令を操作側から受けるとCPUコア40はそれを判
断して（S63）、ステップモータ66を駆動し右折する（S
64）。受信センサ102が左折指令を操作側から受けるとC
PUコア40はそれを判断して（S65）、ステップモータ64
を駆動し左折する（S66）。受信センサ102が後退指令を
操作側から受けるとCPUコア40はそれを判断して（S6
7）、ステップモータ64,66を逆回転駆動してロボット本
体10を後退させる（S68）。いずれの移動制御指令もな
かった場合にはステップモータ64,66の駆動を停止させ
る（S69）。次に、CPUコア40は作業指令が入力されてい
るかどうかを判断する（S70）。作業指令が入力されて
いない場合にはそのまま終了するが、作業指令が入力さ
れている場合にはアクチュエータ駆動回路63により作業
用アクチュエータ67を制御して所望の作業を行う（S7
1）。その後、CPUコア40は受信センサ102を介して発信
指令が入力しているかどうかを判断し（S72）、発信指
令が入力している場合には例えば検出素子106により検
出された情報を符号化して発信素子104を介して操作側
に送信する（S73）。以上の処理がサイクリックに繰り
返される。

ところで、上述の作業としては各種の作業が挙げられ
るが、その例を示すと次のとおりである。

（１）マイクロポンプにより薬液の吐出。

（２）温度、圧力、成分、画像等のセンシング。

（３）ハンドによる作業（例えばパーツ等と運搬）。

（４）データの記憶・送信。

（５）マイクロロボット自体の作用（例えば穴埋め、自
爆による加工、種々の機能をもったロボットが集積して
働く）。

（６）サンプルの摂取、投棄。

図32は本発明のマイクロロボットを内視鏡に適用した
例を示す断面図である。この装置においては、回路部22
により制御されるプランジャ110を有し、このプランジ
ャ110はその先端部に設けられたピストン112を駆動す
る。マイクロポンプ114はプランジャ110及びピストン11
2から構成されており、このピストン112の移動により薬
液116はノズル118を介して管内に吐出される。このロボ
ットの外周側には光起電力素子120が取り付けられてい
る。発光部からの光が光ファイバ122により導かれミラ
ー124で反射し、それは更に管内壁126で反射して今まで
とは逆の経路で受光部に導かれ、内視鏡としての機能を
果たす。この管内壁126で反射した光の一部は光起電素
子120にも入力し、回路部22の電源部（図示せず）を充
電する。なお、この実施例の構成は、図25及び図26に記
載された実施例とその基本的な考え方は同一であるが、
センサ12,14、車輪36,38、ステップモータ64,66等の部
材が不要になっている。

この実施例においては、回路部22にはデコーダを内蔵
しており、そのデコーダは光起電力素子120の出力が接
続される電源部に並列接続され、充電電流に含まれる制
御信号を取り出して解析する。従って、この実施例にお
いては、内視鏡として管内を観察しながら所望の位置
で、作業指令を光ファイバ122を介して操作側から供給
し、回路部22はそれを光起電素子120を介して取り込
み、プランジャ110を駆動して薬液124をノズル118から
吐出する。

図33は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
底面図であり、図34はその側面図である。この実施例の
マイクロロボットは、図25に示されるロボット本体にマ
イクロポンプ130を内蔵させ、前面部にノズル132を設け
たものである。この実施例においては、例えば図27のフ
ローチャートの作業（S48）、図28のフローチャートの
作業（S58）及び図31のフローチャートの作業（S71）に
おいて、マイクロポンプ130を駆動してノズル132から薬
液を吐出する。

図35は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
側面図であり、図36はその底面図である。この実施例の
マイクロロボットは、図25に示されるロボット本体10に
ハンド機構を設けたものである。ロボット本体10の上部
に上モータユニット140が設けられ、それは上ピニオン1
42を回転させ、上ピニオン142は上ギヤ144と係合して、
軸152に回転自在に支持されている上アーム146を駆動す
る。ロボット本体10の下部に上モータユニット148が設
けられ、それは下ピニオン149を回転させ、下ピニオン1
49は下ギヤ150と係合し、軸152に回転自在に支持されて
いる下アーム154を駆動する。この上アーム146及び下ア
ーム154はハンド156を構成している。

図37は図35及び図36の実施例のマイクロロボットの回
路部22の詳細を示したブロック図である。この実施例は
図26の回路図と基本的に同一であるが、上モータ駆動回
路160及び下モータ駆動回路162が設けられている。上モ
ータ駆動回路160は上モータユニット140に内蔵している
上モータ164を駆動制御し、下モータ駆動回路162は下モ
ータユニット148に内蔵している下モータ166を駆動制御
する。なお、上モータ164及び下モータ166はステップモ
ータで構成されいるのが望ましく、そのようにした場合
には上モータ164と下モータ166とを同期して駆動するの
が容易になる。

図38は図35〜図37の実施例のマイクロロボットの制御
動作を示すフローチャートである。まず、作業制御用セ
ンサ15が制御指令を受けると、CPUコア40はその指令が
アームを上げる指令であるかどうかを判断する（S8
1）。その指令がアームを上げる指令であった場合には
上モータ駆動回路160により上モータ164を反時計方向に
回転させる（S82）。これにより上アーム146は時計方向
に回動する。次に、下モータ駆動回路162により下モー
タ166を反時計方向に回転させる（S83）。これにより下
アーム154は時計方向に回動する。このように上アーム1
46及び下アーム154を共に時計方向に回転させることに
よりハンド156は図39に示されるように上がる。

また、CPUコア40がアームを下げるという指令を受け
取ると（S84）、上モータ駆動回路160により上モータ16
4を時計方向に回転させる（S85）。これにより上アーム
146は反時計方向に回動する。次に、下モータ駆動回路1
62により下モータ166を時計方向に回転させる（S86）。
これにより下アーム154は反時計方向に回動する。この
ように上アーム146及び下アーム154を共に反時計方向に
回転させることによりハンド156は下がる。

また、CPUコア40がアームを開くという指令を受け取
ると（S87）、上モータ駆動回路160により上モータ164
を反時計方向に回転させる（S88）。これにより上アー
ム146は時計方向に回動する。次に、下モータ駆動回路1
62により下モータ166を時計方向に回転させる（S86）。
これにより下アーム154は反時計方向に回動する。この
ように上アーム146を時計方向に回転させ、下アーム154
を反時計方向に回転させることにより、上アーム146と
下アーム154とは図40に示されるように開く。

また、CPUコア40がアームを閉じるという指令を受け
取ると（S90）、上モータ駆動回路160により上モータ16
4を時計方向に回転させる（S91）。これにより上アーム
146は反時計方向に回動する。次に、下モータ駆動回路1
62により下モータ166を反時計方向に回転させる（S9
2）。これにより下アーム154は時計方向に回動する。こ
のように上アーム146と下アーム154とを互いに接近する
ように制御することにより、上アーム146と下アーム154
とは閉じる。

図41は本発明の他の実施例に係るマイクロロボットの
概念図であり、図42はその側面図である。ロボット本体
10は図示のように作業用モータ200を内蔵しており、こ
の作業用モータ200はモータステータ202とロータ204と
から構成されている。このロボット本体10は非磁性管20
6内に配置されており、この非磁性管206には液が入って
いるものとする。非磁性管206の外側にはコイルステー
タ208が配置され、コイルステータ208にはコイル210が
巻回されている。

図43は作業モータ200の詳細を示した図である。モー
タステータ202には内周部に一対の内ノッチ202aが設け
られ、外周部に一対の外ノッチ202bが設けられており、
内ノッチ202aの位置と外ノッチ202bの位置とは図示のよ
うに周方向にずれている。ロータ204はマグネットから
構成されており、Ｎ極とＳ極の２極に着磁されている。
外部からの磁界がかけられると、図示のように磁束212
がモータステータ202内を通る。

図43〜46は作業モータ200の動作原理を示す図であ
る。図44は磁界が外部から加えられていない状態を示し
た図である。この状態ではロータ204のＮ極とＳ極との
境界点が内ノッチ202aに対向して安定している。次に、
磁界を図45のようにかけると、ロータ204は回転する
が、外ノッチ202bの部分のモータステータ202の部分は
狭くなっているので、強い磁界が加わると磁気飽和し、
この部分での磁界は弱くなるので、ロータ204の前記の
境界点は外ノッチ202bの部分で安定する。その後、磁界
を外部から加えるのを停止すると、図46に示すように、
ロータ204の前記境界点が内ノッチ202aに対向して安定
する。このようにして図44から図46にかけてロータ204
は半回転していることが分かる。次に、磁界を反対方向
から供給すると、ロータ204は更に半回転する。このよ
うに磁界を交互に加えることによりロータ204は連続的
に回転することになる。なお、上記の説明は半時計方向
に回転させる場合の例であるが、時計方向にも同様にし
て回転させることができる。また、このモータの動作原
理自体は上述の実施例のステップモータ64,66等にも適
用される。

作業用モータ200の動作原理が明らかになったところ
で、次に図41及び図42の装置の動作説明をする。コイル
210に正・負の励磁電流を供給すると、コイルステータ2
08にそれに対応した磁束が発生し、その磁束は非磁性管
206を通ってモータステータ202に至り、上述の動作原理
によりロータ204が回転する。そのロータ204の回転によ
りマイクロポンプとして機能させたり、図示しないスク
リューを回転させて推進したり或いは液体の流れを作っ
たりすることができる。或いは図示しないカッターを回
転させて目的とする部分を削除したりすることもでき
る。

特にこの実施例においてはコイルステータ208を非磁
性管206の長さ方向に移動すると、その磁界による磁力
により作業用モータ200それ自体もその移動に沿って移
動する。従って、外部から磁界を加えることによりマイ
クロロボット本体10の位置を制御することができる。更
に、外部から磁界を加えることにより作業用モータ200
を駆動することができるので、マイクロロボット本体10
には作業用モータ200を駆動するエネルギーを保存する
手段（蓄電池）を必要としない。なお、コイルステータ
208は１個ではなく、非磁性管206の長さ方向に沿って複
数個設けて、複数のロボット本体10を順次駆動させるよ
うにしてもよい。また、コイル210は単相である必要は
なく、３相等の多相コイルによって構成してもよい。そ
の場合にはモータステータ202等もそれに対応した構成
にする。

なお、上述の実施例のステップモータは図41の実施例
を除いて、超音波モータ等によってもよい。また、必要
に応じて上述の各実施例の要素を適宜組み合わせてマイ
クロロボットを構成してもよい。

次に、電源16に対する充電機構について説明する。

図47は電磁誘導による充電機構を付加した回路部22の
詳細を示したブロック図である。モータ駆動回路62の充
電回路の出力が電源部16に接続され、この電源部16には
電圧調整器56が接続されている。この電圧調整器56は昇
圧回路300と電圧リミッター302とから構成されている。

図48はこの実施例のモータ駆動回路62の詳細を示す回
路図である。モータドライバ304,306,308,310は励磁コ
イル68に対して図示のようにＨ接続され、そして、各ド
ライバには並列に、且つ逆方向にダイオード312,314,31
6,318が接続さている。また、交流磁界を検出するため
のスイッチ320,322が励磁コイル68の両端に接続され、
これらのスイッチ320,322が閉成されると、励磁コイル6
8に対して閉回路が形成される。また、励磁コイル68の
両端は磁界検出用インバータ324,326に導かれ、その出
力はオア回路328を介してモータ駆動制御回路58に導か
れる。定常的にはドライバ304,310とドライバ308,306と
が交互に駆動され励磁コイル68に励磁電流が供給されて
ステップモータ66が駆動されるが、充電動作時には全ド
ライバ304,306,308,310をオフにして、後述する充電ス
タンドの充電コイルからの電磁誘導を励磁コイル68が受
けると、誘起電圧がダイオード312,314,316,318により
整流されて電源部16に導かれて充電動作をする。なお、
ドライバ304,306,308,310が図示のようにFETにより構成
されていてそれに等価的に含まれるダイオードが十分機
能する場合には外付けのダイオード312,314,316,318を
省略することもできる。

図49は電源部16を構成している電気二重層コンデンサ
334の放電特性であり、図50は電圧調整器56の詳細を示
す回路説明図である。図50においては、高容量コンデン
サ334及びリミッタースイッチ330を有し、更にもう１つ
の電源としてコンデンサ360を有している。コンデンサ3
34からコンデンサ360へその電圧を昇圧しながら充電す
る手段が破線135で囲まれた部分に示されている。コン
デンサ334からコンデンサ360へ昇圧しながら充電する手
段335はコンデンサ340,350とスイッチ336,338,342,344,
346,348,352とから構成されている。コンデンサ360から
制御部22の各部に電源電圧が供給されている。検出器33
2はコンデンサ334の電圧を検出する。

次に図50の回路の動作を説明する。

大容量コンデンサ334がフル充電された後にその電圧
が1.2V以上の時はコンデンサ334とコンデンサ360とは同
じ電圧である。コンデンサ334の電圧が1.2V〜0.8Vの時
は昇圧手段335により1.5倍に昇圧してコンデンサ360へ
充電する。この動作は図49のt₁〜t₃の区間である。従っ
て、この時のコンデンサ360の電圧は1.8V〜1.2Vとな
る。コンデンサ334の電圧が0.8V〜0.6Vの時は昇圧手段3
35により２倍に昇圧されコンデンサ360に充電される。
この動作図49のt₃〜t₄の区間である。この時のコンデン
サ360の電圧は1.6V〜1.2Vとなる。

コンデンサ334の電圧が0.6以下の時は昇圧手段335に
より３倍に昇圧してコンデンサ360に充電する。この動
作は図49のt₄以降である。この状態を示したのが図49で
ある。実線で示した電圧が図50のコンデンサ360の電圧
であり破線で示した電圧がコンデンサ334の電圧であ
る。

次に昇圧手段335の動作を説明する。

昇圧する時、まずコンデンサ334からコンデンサ340,3
50に充電しそれからコンデンサ334,340,350によりコン
デンサ360を充電する。即ち図51〜図53に示す動作をく
り返す事により昇圧充電が可能となる。

1.5倍昇圧の時は図51の（Ａ）、（Ｂ） 2.0倍昇圧の時は図52の（Ａ）、（Ｂ） 3.0倍昇圧の時は図53の（Ａ）、（Ｂ）に示してい
る。

これらの切換は図50のスイッチ336,338,342,344,346,
348,352のスイッチングにより実行される。

以上述べたようにこの実施例によれば動作可能な時間
を、図49において、t₂時間からt₅時間まで伸ばしてい
る。また、コンデンサ334の電圧で言えば従来0.9Vから
1.8Vの間でしか使えなかったものが、本実施例によれば
0.3Vから1.8Vまで使うことができ、コンデンサ334に蓄
えられたエネルギーが有効に使われていることが分る。

また、この実施例では昇圧手段335が1.5倍、2.0倍、
3.0倍の３種類の昇圧手段を有し、それを電圧検出部332
による電圧信号により切換えて使っているが、本発明は
この３種に限定されるものではなく、１種類でも又多種
類用意してもよく又倍率もさまざま考えられる。また、
電圧の検出を本実施例ではコンデンサ334の電圧を検出
している（1.8,1.2,0.8,0.6V）がコンデンサ360の電圧
を検出して（1.8V,1.2V）、昇圧手段335の内容と比較し
て昇圧状態を決めることも勿論可能である。この方法は
検出電圧が少なくて良いという利点がある。

図54は上述のマイクロロボットに適用される充電スタ
ンドの斜視図である。図示のように、例えば赤外線を放
射する信号発生装置370の近傍にはエネルギー供給装置3
72が設置されており、エネルギー供給装置372の上部に
は充電エリア374が形成されている。

図55はエネルギー供給装置372の構成を示すブロック
図である。発振器376の出力は増幅器378により増幅され
て充電コイル380を励磁する。この充電コイル380の励磁
電流の周波数はステップモータの追随可能な周波数より
も高い周波数に設定しておく。

図56は自動充電時の動作を示すフローチャートであ
る。CPUコア40は電源部16の電圧値を取り込み、それが
所定の基準電圧より高いかどうかを判断し（S111）、高
い場合には通常の動作を継続する（S112）。電源部16の
電圧が所定の基準電圧ＶLより低い場合には充電動作を
開始する。まず、ロボット本体10はその場で一回転す
る。例えば左側に旋回し始め、センサ12がオンになって
いるかどうかを判断し（S113）、オンになっていれば信
号発生装置170は左側にあるものとし、ステップモータ6
4を駆動する（S114）。これにより車輪38が回転駆動し
て左側に旋回する。また、センサ14がオンになっている
かどうかを判断し（S115）、オンになっていれば信号発
生装置170は右側にあるものとし、ステップモータ66を
駆動する（S116）。これにより車輪36が回転駆動して右
側に旋回する。なお、このセンサ12,14はそれぞれ２個
の素子を内蔵し、一方の素子は例えば通常の光に応答し
てガイド用いられ、他方の素子は例えば信号発生装置37
0からの赤外線にのみ反応して充電エリア374をサーチす
るのに用いられるものとする。

次に、図48のスイッチ320,322を閉成し、仮にロボッ
ト本体10が充電エリア374に到達すると、励磁コイル68
は充電コイル380によって発生する磁界を受けて誘起電
圧を発生する。この誘起電圧はインバータ324,326及び
オア回路328を介してCPUコア40に取り込まれ、そこで交
流磁界が検出されたことが検出される（S117）。このよ
うにして交流磁界が検出されると、ロボット本体10は充
電エリア174の上にいることになるので、ステップモー
タ64,66の駆動を停止する（S118）。励磁コイル68は充
電コイル380によって発生する磁界を受けて誘起電圧を
発生し、その誘起電圧はダイオード312,318,316,306に
より整流されて電源部16に導かれ、電源部16には充電電
流が供給される。そして、CPUコア40は電源部16の電圧
を取り込んでそれが基準値ＶHより高いかどうかを判断
し（S119）、高くなると再び通常の動作に移る（S11
2）。

なお、充電スタンドの信号発生装置370は超音波、磁
気等を発生するものでもよい。その場合にはロボット本
体側にはそれを検出するセンサを装備する必要がある。
また、エネルギー供給装置372から発生する磁気、光、
熱等を検出して移動するようにしてもよい。その場合に
は信号発生装置370は不要になる。

更に、エネルギー供給装置370はロボット本体10が充
電エリア374に到達してから作動させるようにしてもよ
く、その場合には省エネルギー化が図られる。

図57〜図60は本発明の他の実施例に係るマイクロロボ
ットを示す図であり、図57は前方から見た図、図58は後
方から見た図、図59は図58の59−59断面図、図60はアー
ムの機能を説明する図である。この実施例のマイクロロ
ボットは、管内を流れる液体中でフィンを回転すること
により推進すると共に、充電時には液体の流れを利用し
て発電しそれにより充電するようにしたものである。ロ
ボット本体10の前部には４本のアーム400が取り付けら
れており、後部にはフィン402が取り付れられその外周
部には外歯404が設けられている。また、フィン402はカ
バー部406により覆われている。フィン402はピニオン40
8を介してステップモータ66に連結されている。アーム4
00はその一方の端部がプランジャ410により駆動される
ように構成されており、プランジャ410が引かれるとア
ーム400が拡がり、アーム400の端部が管の内壁に押し当
てられるとロボット本体10は液中に停留する。

この実施例の回路22の構成は図47に示されているもの
と基本的には同一であり、図47のステップモータ64をプ
ランジャ410に置き換えればよい。通常の動作状態にお
いては、ステップモータ66よりフィン402が回転駆動さ
れロボット本体10は液中を前進する。そして、電源部16
の電圧が所定の基準値ＶLより低くなると、ステップモ
ータ66の駆動を停止し、プランジャ410を引いてアーム4
00を拡げる。これによりロボット本体10が液体中にて停
止することになる。その停留状態にて管内に液が流れて
いると、フィン402が回転しその結果ステップモータ66
のロータ70が回転し、励磁コイル68に誘起電圧が発生
し、その誘起電圧は上述の実施例の場合と同様に整流さ
れて電源部16に導かれ、電源部16に充電電流が供給され
る。このようにして充電され所定の基準電圧ＶH以上に
なると、プランジャ410を復帰させてアーム400を閉じて
ロボット本体10の停留状態を解き、ステップモータ66を
駆動することにより再び前進を開始する。

図61は光起電力素子により充電する場合の制御部の構
成を示すブロック図である。光起電力素子として例えば
ソーラーセル412を有し、このソーラーセル412の出力は
電圧調整器56のリミッタ302（図47参照）を介して電源
部16に供給されると共に、デコーダ416を介してCPUコア
40に供給される。

図62は図61の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。この実施例においては通常の作業時もソーラーセル
412により充電をしている。ところが、電源部16の電圧
が所定の基準電圧ＶLより低くなると（S121）、ステッ
プモータ64,66を駆動し（S122）、その状態をこれらの
モータの回転が検出できなくなるまで継続する（S12
3），（S124）。つまり、ステップモータ64,66をロボッ
ト本体10が壁等に衝突するまで駆動することによりロボ
ット本体10を隅の方に退避させ、その状態で例えば100
秒程度の間充電する（S125）。そして、電源部16の電圧
が所定の基準電圧ＶLより高くなると（S121）、再び通
常の作業時に戻る（S122）。なお、この実施例において
は発光側の発光素子を制御することにより、発光素子か
らエネルギーを供給するだけでなく、制御信号を発光エ
ネルギーに重畳させることにより制御信号を供給するこ
ともできる。ロボット本体10側ではソーラーセル212の
出力をデコーダ416により解析してCPUコア40に取り込
む。

ところで、図61の実施例においてはソーラーセル412
による例について説明したが、これを熱発電素子に置き
換えてもよい。熱発電素子は温度差により発電するの
で、エネルギー供給側においては吸熱及び発熱を交互に
繰り返せば（充電スタンドにて吸発熱素子を駆動す
る）、熱発電素子は継続的に発電できる。但し、その場
合には、熱発電素子の出力は交互に正、負を繰り返すの
で、充電回路214には整流回路が必要となる。この場合
だけでなく、電磁誘導により充電する場合において、励
磁コイル68によらず、充電用のコイルをソーラーセル21
2の代わりに設けそれによって電源部16を充電する場合
にも整流回路が必要になる。

CPUコア40は電源部16の電圧を取り込んでその値が所
定の基準電圧ＶLより高いかどうかを判断する（S13
1）。電源部16の電圧が所定の基準電圧ＶLよりも低けれ
ば充電動作に移る（S132）。この充電動作は上述の各実
施例における動作と同一である。電源部16の電圧が所定
の基準電圧ＶLよりも高ければ移動し（S133）、次に障
害物があるかどうかを判断する（S134）。障害物の有無
の検出は、例えば障害物検出用のセンサを取り付けてそ
れにより検出したり、ステップモータが回転していない
状態を検出することにより行う。後者の場合の検出は次
のようにして行なう。回転状態にあるときにはステップ
モータの励磁コイルに駆動パルスを供給した後に、誘起
電圧が大となり、回転していない状態においては誘起電
圧が小となるので、誘起電圧の大きさを検出することに
よりその判断がなされる。

障害物があると判断されたときには（S134）、回避動
作をする（S135）。回避動作としては、停止、後退等の
制御処理を行うことによりなされる。障害物がないと判
断されると、所望の作業（前進等）を行う（S136）。次
に、帰投指令あるかどうかを判断し（S137）、帰投指令
がなければ上述の処理を繰り返し、帰投指令があった場
合には帰投する（S138）。この実施例においては帰投指
令が外部からあるまでの作業を続けているが、作業が終
わったら自動的に帰投するようにしてもよい。帰投の方
法は充電スタンドへの移動と同様になされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平4−71698 (32)優先日平成４年３月27日(1992．3．27) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに独立して駆動するように装着され、
移動方向に対し直角方向に離れた駆動点を有する薄板状
に構成された少なくとも一対の駆動部と、検出領域が一部重複するように、前記一対の駆動部に平
行で離れた位置に配置されて、検出量に応じた出力を発
生する第１及び第２のセンサと、 CPUを含む、前記センサの出力に応じて前記駆動部を制
御する薄板状に構成された制御部と、充電可能な電池を含み、前記センサ、前記駆動部及び前
記制御部に電源電圧を供給する電源部とを備え、、前記制御部及び前記電源部が前記駆動部の間に配置され
ており、そして、前記制御部は、前記第１のセンサの出力が所定の基準値
を超えたとき、前記第１のセンサに対して対角側に位置
する前記駆動部を制御し、前記第２のセンサの出力が所
定の基準値を超えたとき、前記第２のセンサに対して対
角側に位置する前記駆動部を制御し、また、前記第１及
び第２のセンサの出力が共に所定の基準値を超えたと
き、前記一対の駆動部を制御することを特徴とするマイ
クロロボット。
【請求項２】底部の前後にそれぞれ下方に突出して設け
られた凸部形状の摺動部を備え、前記１対の駆動部によ
って走行グランドに対して駆動される２つの駆動点と、
前記摺動部の内のいずれか一方の摺動部の摺動点の３点
により支持されることを特徴とする請求項１記載のマイ
クロロボット。
【請求項３】２つの駆動点を結ぶ線分は、走行グランド
の傾斜によっては重心における重力の方向と鎖交し、鎖
交の前後で摺動点の位置が異なることを特徴とする請求
項２記載のマイクロロボット。
【請求項４】筐体より突出し、電源部と導通している突
起部を有し、前記突起部は可撓性を有する線材により構
成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロロボ
ット。
【請求項５】前記駆動部に含まれるモータはステップモ
ータであることを特徴とする請求項１記載のマイクロロ
ボット。
【請求項６】前記制御部は、前記駆動部の駆動開始時に
加速制御を行い、一方の駆動部が駆動中に他方の駆動部
の駆動を開始する際には、他方の駆動部の駆動条件を一
方の駆動部の駆動条件と一致させることを特徴とする請
求項１記載のマイクロロボット。
【請求項７】障害物を検出する障害物センサを有し、前
記制御部は、前記障害物センサが障害物を検出すると、
前記駆動部の少なくとも一つの駆動部を所定時間逆転駆
動し、その後定常動作に戻すことを特徴とする請求項６
記載のマイクロロボット。
【請求項８】前記制御部は、前記駆動部にそれぞれ含ま
れるモータ巻線の誘起電圧に基づいてモータの回転の有
無を検出することを特徴とする請求項６記載のマイクロ
ロボット。
【請求項９】前記制御部は、前記駆動部を加速しながら
駆動し、起動時には駆動パルス幅を広くし、高速時には
駆動パルス幅を狭く制御することを特徴とする請求項１
記載のマイクロロボット。
【請求項１０】前記制御部は、前記駆動部にそれぞれ供
給する駆動パルスの送出タイミングを一致させることを
特徴とする請求項１記載のマイクロロボット。
【請求項１１】前記駆動部により駆動される少なくとも
２個のスクリューを有し、前記制御部は、前記駆動部に
それぞれ供給する駆動パルスの送出タイミングを相互に
ずらすことを特徴とする請求項６記載のマイクロロボッ
ト。
【請求項１２】検出領域が一部重複し、検出量に応じた
出力を発生する第１及び第２の方向制御用センサと、互いに独立して駆動するように装着され、、移動方向に
対し直角方向に離れた駆動点を有する薄板状に構成され
た少なくとも一対の駆動部と、非接触にて操作側からの作業指令を受ける作業制御用セ
ンサと、作業用駆動手段と、 CPUを含み、前記方向制御用センサの出力に応じて前記
駆動部を制御するとともに、作業制御用センサの出力に
応じて前記作業用駆動手段を制御する、薄板状に構成さ
れた制御部とを備え、前記制御部は、前記第１の方向制御用センサの出力が所
定の基準値を超えたとき、前記第１の方向用制御センサ
に対して対角側に位置する前記駆動部を制御し、前記第
２の方向制御用センサの出力が所定の基準値を超えたと
き、前記第２の方向制御用センサに対して対角側に位置
する前記駆動部を制御し、また、前記第１及び第２の方
向制御用のセンサの出力が共に所定の基準値を超えたと
き、前記一対の駆動部を制御することを特徴とするマイ
クロロボット。
【請求項１３】前記電源部は非接触で充電可能である請
求項１記載のマイクロロボット。
【請求項１４】前記駆動部にはモータを内蔵し、外部に
設けられた充電用コイルの磁界により誘起電圧が該モー
タの巻線に発生し、その誘起電圧を整流して前記電源部
を充電する請求項13記載のマイクロロボット。
【請求項１５】前記充電用コイルが設置されている充電
用スタンドに向かって自動的に移動する機構を有する請
求項13記載のマイクロロボット。
【請求項１６】前記電源部に光起電素子が接続され、光
起電素子の出力により前記電源部を充電する請求項13記
載のマイクロロボット。
【請求項１７】前記電源部に熱発電素子が接続され、外
部に設けられた吸発熱体の吸熱及び発熱に応答して発電
して前記電源部を充電する請求項13記載のマイクロロボ
ット。
【請求項１８】前記電源部に昇圧回路が接続され、前記
電源部の電圧に応じて自動的に昇圧動作をする請求項13
記載のマイクロロボット。