JP3191717B2

JP3191717B2 - マイクロロボット

Info

Publication number: JP3191717B2
Application number: JP07430197A
Authority: JP
Inventors: 修宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH1023610A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボ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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００４】本発明は、このような状況のもとでなされ
たものであり、液が入っている管内等で移動可能な、極
めて小型化されたマイクロロボットを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロロ
ボットは、フィンを回転駆動するためのモータを備えた
駆動部と、制御部と、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、液体が流れる管内で動作するマ
イクロロボットであって、ロボット本体に取り付けられ
たアームを備え、動作するとアームを外側に開いてその
端部を管内壁に押し当てる停留手段を有し、制御部は電
源部の電圧を検出し、これが所定値以下になると、モー
タの駆動を停止すると共に、停留手段を動作させてアー
ムを外側に開いてその端部を管内壁に押し当てて液体中
に停留させ、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発生する誘起電圧を電源部に充電す
るものである。また、制御部は、電源部の電圧が所定値
よりも大きい場合にはモータを駆動しフィンを回転して
マイクロロボットを前進させる。従って、本発明におい
ては、液体が入っている管内を移動することができるこ
とに加えて、停留中に液体の流れにより電源部を充電す
ることができるので、液体中にて充電を自動的に行うこ
とが可能になっている。

【０００６】

【発明の実施の形態】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１
４も検出領域としての視野Ａ２を有しており、両視野Ａ
１，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，
１４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。

【０００７】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−ＩＣ２
４、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。

【０００８】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２２は一対の駆動部２８，３
０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
ちから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。

【０００９】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に対し重心Ｇが鎖交する位置関係に
ある事が好ましい。

【００１０】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。

【００１１】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１
８ａ，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
側には曲げ部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。

【００１２】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。

【００１３】図７は本発明のマイクロロボットの車輪３
４，３６の側面の部分拡大図である。外周部に凹部３
５、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。

【００１４】図８は回路部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ＣＰ
Ｕコア４０には、プログラムが格納されているＲＯＭ４
２、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。

【００１５】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２
８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。

【００１６】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１２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。

【００１７】図１０は駆動部３０の平面図であり、図１
１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はギヤを介してピニオ
ン７６を駆動し、このようにして減速されたピニオン７
６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
置に設けられいるので、この点においても駆動部３０，
２８の薄形化・小形化が図られている。

【００１８】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１
２，１４が受光している区間Ｗではステップモータ６
４，６６が駆動し、車輪３８，３６が回転駆動される。

【００１９】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１
０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。

【００２０】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。

【００２１】ところで、上記の動作説明においては受光
センサ１２，１４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。

【００２２】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、ＣＰ
Ｕ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。

【００２３】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)。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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６４の駆動パルスのクロック周波数Ｒ
ｃを１６Ｈｚに設定し(S1)、次にその駆動パルスの数を
計数するカウンタの値Ｒｃをリセットする(S2)。次に、
もう一方の側のセンサ１４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。

【００２７】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。

【００２８】図１５は駆動パルスの波形図である。図１
３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。

【００２９】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１
０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。

【００３０】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。

【００３１】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６
６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(S24) 。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。

【００３２】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。

【００３３】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６４，６６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(S
23) 、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(S33) 、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。

【００３４】以上のようにしてステップモータ６４，６
６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。

【００３５】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) 〜(S2
9) 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。

【００３６】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〜８４
ｄ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〜８４ｄ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を左右方向に制御ができるの
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。

【００３７】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９４〜１０
０の位相調整角を異ならせて、モータ駆動回路６０，６
２，８６，８８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。

【００３８】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１
２，１４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。

【００３９】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、例えば移動軌跡を予めプロ
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。

【００４０】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。

【００４１】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５
２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１
２，１４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６
４，６６を制御すると共に、アクチュエータ駆動回路６
３を介して作業用アクチュエータ６７を制御する。

【００４２】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２
８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。

【００４３】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。

【００４４】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(S4
1) 、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(S42) 。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
なっていなけばステップモータ６６の駆動を停止する(S
45) 。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(S44) 、ステップモータ６６を駆動する(S
47) 。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(S
48) 。

【００４５】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、Ｃ
ＰＵ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１２がオフになっていれば(S5
1) 、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１４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１０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) 。

【００４６】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。

【００４７】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１０２、発信素子１０４及び検出素子１
０６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１０
６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１
０４を用いて操作側に伝えられる。

【００４８】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(S64) 。受信センサ１０
２が左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(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(S67) 、ステ
ップモータ６４，６６を逆回転駆動してロボット本体１
０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
(S71) 。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１
０６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。

【００４９】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（例えばパーツ等の運搬）。 (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。

【００５０】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１１２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１
１８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、ステッッ
プモータ６４，６６等の部材が不要になっている。

【００５１】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１
２０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１２
０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。

【００５２】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(S4
8)、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。

【００５３】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１４２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の下部に下モータユニット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。

【００５４】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１
６２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。

【００５５】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、ＣＰ
Ｕコア４０はその指令がア−ムを上げる指令であるかど
うかを判断する(S81) 。その指令がア−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１４６及び下アーム１
５４を共に時計方向に回転させることによりハンド１５
６は図３９に示されるように上がる。

【００５６】また、ＣＰＵコア４０がア−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１６４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１６２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。

【００５７】また、ＣＰＵコア４０がア−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１６２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。

【００５８】また、ＣＰＵコア４０がア−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１６４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１６２により下モータ１６６を反
時計方向に回転させる(S92) 。これにより下アーム１５
４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。

【００５９】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２０
０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２０６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。

【００６０】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２
０２ｂ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。

【００６１】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２０
４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２
０４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２
０４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。

【００６２】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２０８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。

【００６３】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−タ２０２等もそれに対応した構成にする。

【００６４】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５
６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。

【００６５】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３０４，３
０６，３０８，３１０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３１２，３１４，３１６，３１８
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６８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３２４，３
２６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３
０４，３１０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３
０４，３０６，３０８，３１０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３１２，３１
４，３１６，３１８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。

【００６６】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３３４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１
３５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３３
５はコンデンサ３４０，３５０とスイッチ３３６，３３
８，３４２，３４４，３４６，３４８，３５２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３３２はコンデン
サ３３４の電圧を検出する。

【００６７】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３６
０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４
９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
３３５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。

【００６８】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３６
０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。

【００６９】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３４
０，３５０に充電しそれからコンデンサ３３４，３４
０，３５０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。

【００７０】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。

【００７１】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らか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。

【００７２】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。

【００７３】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３７２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。

【００７４】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(S11
2)。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がオンなっているかどうかを判断し(S113)、オンな
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６４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
がオンなっているかどうかを判断し(S115)、オンなって
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１
２，１４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３７０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。

【００７５】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１
７４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３１２，３１８，３１
６，３０６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(S112)。

【００７６】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。

【００７７】更に、エネルギー供給装置３７２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。

【００７８】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５
９−５９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が取り付け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４０
６により覆われている。フィン４０２はピニオン４０８
を介してステップモータ６６に連結されている。アーム
４００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。

【００７９】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４００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。

【００８０】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。

【００８１】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(S12
2)、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(S123)，(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(S12
5)。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１
０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。

【００８２】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２１２の代わりに設けてそれによって電源部１
６を充電する場合にも整流回路が必要になる。

【００８３】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。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(S131)。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、次に障害
物があるかどうかを判断する(S133)。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。

【００８４】障害物があると判断されたときには(S13
3)、回避動作をする(S134)。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(S13
4)。次に、帰投指令あるかどうかを判断し(S135)、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(S135)。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】図１の上面図である。

【図３】図１の底面図である。

【図４】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】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】図５の底面図である。

【図７】上記マイクロロボットの車輪の側面拡大図であ
る。

【図８】回路部の詳細を示したブロック図である。

【図９】センサの回路図である。

【図１０】駆動部の平面図である。

【図１１】図１０の駆動部の展開図である。

【図１２】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】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】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】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】その回避動作の説明図である。

【図１８】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】その回避動作の説明図である。

【図２０】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】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２２】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２３】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図３３のマイクロロボットの側面図である。

【図３５】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】図３５のマイクロロボットの底面図である。

【図３７】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】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】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】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】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】図４１の側面図である。

【図４３】作業用モータの詳細を示した図である。

【図４４】作業モータの動作原理を示した図である。

【図４５】作業モータの動作原理を示した図である。

【図４６】作業モータの動作原理を示した図である。

【図４７】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】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】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】電圧調整器の詳細を示す回路説明図である。

【図５１】昇圧手段の動作説明図である。

【図５２】昇圧手段の動作説明図である。

【図５３】昇圧手段の動作説明図である。

【図５４】充電スタンドの斜視図である。

【図５５】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】自動充電時の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５７】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】図５７のマイクロロボットの背面図である。

【図５９】図５８の５９−５９断面図である。

【図６０】図５７のアームの機能を説明する図である。

【図６１】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】図６１の実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図６３】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。

───────────────────────────────────────────────────── 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) B81B 7/00 - 7/04 B25J 5/00 - 7/00 B63C 11/00 B63G 8/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フィンを回転駆動するためのモータを備
えた駆動部と、制御部と、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、液体が流れる管内
で動作するマイクロロボットであって、ロボット本体に取り付けられたアームを備え、動作する
と前記アームを外側に開いてその端部を管内壁に押し当
てる停留手段を有し、前記制御部は前記電源部の電圧を検出し、これが所定値
以下になると、前記モータの駆動を停止すると共に、前
記停留手段を動作させて前記アームを外側に開いてその
端部を管内壁に押し当てて液体中に停留させ、停留中に液体の流れにより前記フィンが回転すると前記
モータの巻線に発生する誘起電圧を前記電源部に充電す
ることを特徴とするマイクロロボット。
【請求項２】前記制御部は、前記電源部の電圧が所定
値より大きい場合には前記モータを駆動し前記フィンを
回転して前進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。