JP5958759B2 - 作業ロボット及び作業ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ガレキ等が堆積した崩れやすい箇所で作業をする作業ロボット及び作業ロボットシステムに関する。

従来、地震等により倒壊した家屋及び構造物内を探索するため、遠隔操作により移動する作業用ロボットが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１５２８６３号公報

しかしながら、従来のような作業用ロボットでは、複雑に堆積したガレキ等を乗り越えなくてはならず、走行が困難であった。また、比較的走行が容易な場所であっても、堆積したガレキ上を走行するため、ロボットの重さでガレキ等が崩壊するおそれがあった。

本発明は上記課題を解決し、ガレキ等が堆積している崩れやすい場所で的確に作業をすることができ、作業時のガレキ等の崩壊を低減させる作業ロボット及び作業ロボットシステムを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決する作業ロボットであって、懸垂基体と、前記懸垂基体に取り付けられクレーンによって吊り下げられる懸垂部材と、前記懸垂基体に連結されるロボット本体と、前記懸垂基体に対して前記ロボット本体を昇降可能に連結する昇降部材と、前記懸垂基体に取り付けられ前記昇降部材を駆動する昇降駆動部と、前記ロボット本体に取り付けられる脚部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記脚部は、少なくとも３本の脚部材、前記脚部材の一方をそれぞれ前記ロボット本体に取り付ける第１関節部、前記脚部材の他方にそれぞれ取り付けられる第２関節部、及び前記第２関節部を介して前記脚部材にそれぞれ連結される接地部材を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記接地部材は、接地した際の反力を検出する反力検出部を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記第１関節部及び前記第２関節部は、関節駆動部材を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記懸垂基体に取り付けられ前記懸垂基体の姿勢を変更する姿勢変更部材を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記懸垂基体に取り付けられ着地する地点を検出する着地点検出部を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記着地点検出部及び前記反力検出部からの信号に応じて前記姿勢変更部材及び前記前記昇降駆動部を制御する制御部を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記ロボット本体は、作業時に使用するツールを着脱可能なツール着脱部を有することを特徴とする。

さらに、本発明にかかる作業ロボットシステムは、前記作業ロボットと、前記作業ロボットを操作する操作部と、前記操作部に取り付けられた操作アンテナと、前記作業ロボットを吊り下げる前記クレーンの先端に取り付けられた中継アンテナと、前記作業ロボットに取り付けられた作業アンテナと、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる作業ロボットは、懸垂基体と、前記懸垂基体に取り付けられクレーンによって吊り下げられる懸垂部材と、前記懸垂基体に連結されるロボット本体と、前記懸垂基体に対して前記ロボット本体を昇降可能に連結する昇降部材と、前記懸垂基体に取り付けられ前記昇降部材を駆動する昇降駆動部と、前記ロボット本体に取り付けられる脚部と、を備えるので、ガレキ等が堆積している崩れやすい場所であっても、クレーンに吊り下げられることで、作業箇所に的確に配置され、作業をすることが可能となると共に、ガレキ等の崩れやすい箇所にかかる荷重を低減することが可能となり、作業時のガレキ等の崩壊を低減させることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記脚部は、少なくとも３本の脚部材、前記脚部材の一方をそれぞれ前記ロボット本体に取り付ける第１関節部、前記脚部材の他方にそれぞれ取り付けられる第２関節部、及び前記第２関節部を介して前記脚部材にそれぞれ連結される接地部材を有するので、ガレキ等の崩れやすい箇所の上でも安定して作業をすることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記接地部材は、接地した際の反力を検出する反力検出部を有するので、ガレキ等の崩れやすい箇所に対する影響を考慮しながら作業をすることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記第１関節部及び前記第２関節部は、関節駆動部材を含むので、接地箇所にあわせて脚部材の角度を変更することができ、ガレキ等の崩れやすい箇所の上でも安定して作業をすることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記懸垂基体に取り付けられ前記懸垂基体の姿勢を変更する姿勢変更部材を備えるので、接地箇所にあわせて姿勢を変更することができ、より安定した位置に接地させることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記懸垂基体に取り付けられ着地する地点を検出する着地点検出部を備えるので、着地点を的確に検出することができ、さらに安定した位置に接地させることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットは、前記着地点検出部及び前記反力検出部からの信号に応じて前記姿勢変更部材及び前記前記昇降駆動部を制御する制御部を備えるので、よりよい位置に安定して接地させることが可能となる。

また、本発明にかかる作業ロボットでは、前記ロボット本体は、作業時に使用するツールを着脱可能なツール着脱部を有するので、様々な作業に対応することが可能となる。

さらに、本発明にかかる作業ロボットシステムは、前記作業ロボットと、前記作業ロボットを操作する操作部と、前記操作部に取り付けられた操作アンテナと、前記作業ロボットを吊り下げる前記クレーンの先端に取り付けられた中継アンテナと、前記作業ロボットに取り付けられた作業アンテナと、を備えるので、危険な区域に近寄ることなく、前記作業ロボットを操作することが可能となる。また、前記作業ロボットを前記クレーンで懸垂しているため、前記作業ロボットがトラブル等で作動不可能となった場合であっても、前記クレーンによって容易に回収することが可能となる。さらに、前記クレーンの先端に前記中継アンテナを取り付けることで、前記操作アンテナ及び前記作業アンテナから前記中継アンテナの見通しがよくなり、障害物を回避することができ、信号を安定に送受信することが可能となる。

第１実施形態の作業ロボットシステム１００を示す図である。 第１実施形態の作業ロボットシステム１００の作業状態を示す図である。 第１実施形態の作業ロボット１を示す図である。 第１実施形態の作業ロボット１の本体部を上方から見た図である。 他の実施形態の作業ロボット１の脚部を示す図である。 第１実施形態の作業ロボット１の制御ブロックを示す図である。 第１実施形態の作業ロボット１の制御フローチャートを示す図である。 ガレキ１０３の下を探査する作業ツールを示す図である。 探査ツール４０の筒部４２の先端を示す図である。 探査ツール４０の筒部４２の先端の作動状態を示す図である。 ガレキ１０３に孔をあける作業ツールを示す図である。

以下、図面を参照して本発明にかかる作業ロボットの実施形態を説明する。

図１は、第１実施形態の作業ロボットシステムを示す図である。図２は、第１実施形態の作業ロボットシステムの作業状態を示す図である。

図１に示すように、第１実施形態の作業ロボットシステム１００では、作業ロボット１は、クレーン１０１に懸垂される。クレーン１０１は、操縦者に操縦されて、構造物１０２のガレキ１０３の上方に懸垂される。

その後、図２に示すように、作業ロボット１は、ガレキ１０３の上に接地される。この時、作業ロボット１は、クレーン１０１によって懸垂されているので、ガレキ１０３にかかる作業ロボット１の荷重を減らすことが可能となる。

作業ロボット１は、リモートコントローラ等の操作部２によって画面２ｂを見ながら操作される。操作部２の操作アンテナ２ａから送信される信号は、クレーン１０１の上方に取り付けられた中継アンテナ３を経由して、作業ロボット１の作業アンテナ４が受信する。また、作業ロボット１から送信される信号は、クレーン１０１の上方に取り付けられた中継アンテナ３を経由して、操作部２の操作アンテナ２ａが受信する。

このように無線によって操作可能なので、危険な区域に近寄ることなく、作業ロボット１を操作することが可能となる。また、作業ロボット１をクレーン１０１で懸垂しているため、作業ロボット１がトラブル等で作動不可能となった場合であっても、クレーン１０１によって容易に回収することが可能となる。

さらに、クレーン１０１のジブ先端に中継アンテナ３を取り付けることで、操作アンテナ２ａ及び作業アンテナ４から中継アンテナ３の見通しがよくなり、障害物を回避することができ、信号を安定に送受信することが可能となる。

次に、作業ロボット１の構造について説明する。

図３は、第１実施形態の作業ロボットを示す図である。図４は、第１実施形態の作業ロボットの本体部を上方から見た図である。

第１実施形態の作業ロボット１は、懸垂部１０と、本体部２０と、脚部３０と、を備える。

懸垂部１０は、懸垂基体１１と、懸垂部材としての懸垂ワイヤ１２と、制御部１３と、着地点検出部としてのカメラ１４と、姿勢変更部材としてのファン１５と、昇降駆動部としてのワイヤ駆動部１６と、昇降部材としての昇降ワイヤ１７と、を有する。

懸垂基体１１は、懸垂ワイヤ１２、制御部１３、着地点検出部１４、ファン１５、ワイヤ駆動部１６、及び昇降ワイヤ１７がそれぞれ取り付けられる。懸垂基体１１は、中心軸１ａに対して対称な形状が好ましい。

懸垂ワイヤ１２は、懸垂基体１１に取り付けられ、クレーン１０１のフックによって引っ掛けられ、吊り下げられる部分である。懸垂ワイヤ１２は、クレーン１０１に吊り下げられた際に、懸垂基体１１が水平になるように調節されることが好ましい。なお、懸垂部材としては、懸垂ワイヤ１２に限らず、チェーン等の作業ロボット１を吊り下げ可能な部材であればよい。

制御部１３は、発電機を内蔵し、懸垂基体１１に取り付けられ、作業ロボット１を制御する。作業ロボット１の制御に関しては、後述する。

カメラ１４は、制御部１３の下方に取り付けられ、着地する地点、例えばガレキ１０３の状態を検出する。なお、カメラ１４は、懸垂部１０に限らず、本体部２０の下方に取り付けてもよい。また、着地点検出部としては、カメラ１４に限らず、例えば、光学式センサ等の測距センサでもよい。

ファン１５は、懸垂基体１１に取り付けられる第１ファン１５ａと、中心軸１ａに対して第１ファンと対称な位置に、周方向で逆向きに取り付けられる第２ファン１５ｂと、を有する。ファン１５は、羽根を回転駆動することで作業ロボット１の姿勢を変更する。したがって、第１ファン１５ａが回転駆動した場合と第２ファン１５ｂが回転駆動した場合では回転方向が異なる。

なお、ファン１５は、懸垂基体１１の中心軸１ａに対して対称な位置に、周方向で同じ向きに取り付けられる少なくとも１組の第１ファンと、懸垂基体１１の中心軸１ａに対して対称な位置に、第１ファンとは逆向きであって周方向で同じ向きに取り付けられる少なくとも１組の第２ファンと、を、懸垂基体１１の中心軸１ａから同心の円周位置に等間隔で配置してもよい。また、姿勢変更部材としては、ファン１５に限らず、懸垂基体１１を回転又は推進できるものであればよい。

ワイヤ駆動部１６は、懸垂基体１１に取り付けられ、モータ等によってドラム等を作動させ、昇降ワイヤ１７を巻き取り及び送り出しすることによって、本体部２０を昇降させる。なお、昇降駆動部としては、モータ等によってドラム等を作動させ、昇降ワイヤ１７を巻き取り及び送り出しする構造に限らず、本体部２０を昇降させることが可能な構造であればよい。

昇降ワイヤ１７は、一方でワイヤ駆動部１６に取り付けられ、他方で本体部２０に取り付けられる。昇降部材としては、昇降ワイヤ１７に限らず、チェーン等の本体部２０を昇降させることが可能な部材であればよい。

本体部２０は、ロボット本体２１と、昇降部材支持部としての昇降ワイヤ支持部２２と、ツール着脱部２３と、ツール挿入部２４と、を有する。

ロボット本体２１は、昇降ワイヤ支持部２２、ツール着脱部２３及び脚部３０が取り付けられている。また、ロボット本体２１及びツール着脱部２３には、ツール挿入部２４としての挿入孔が設けられている。

昇降ワイヤ支持部２２は、昇降ワイヤ１７の他方を取り付ける部分である。ツール着脱部２３は、後述するツールを着脱する部分である。ツール挿入部２４は、後述するツールを挿入する部分である。

脚部３０は、第１脚３０₁、第２脚３０₂、及び第３脚３０₃を有する。脚部３０は、少なくとも３脚を有すればよく、４脚又はそれ以上の数を有してもよい。なお、第１脚３０₁、第２脚３０₂、及び第３脚３０₃は、それぞれ同一の構造なので、第１脚３０₁に対して説明し、第２脚３０₂及び第３脚３０₃の説明は、省略する。

第１脚３０₁は、脚部材としての第１脚部材３１₁、脚部材としての第２脚部材３２₁、接地部材３３₁、関節部としての第１関節部３４₁、関節部としての第２関節部３５₁、及び関節部としての第３関節部３６₁を有する。

第１脚部材３１₁は、第１関節部３４₁を介してロボット本体２１に連結される。第２脚部材３２₁は、第２関節部３５₁を介して第１脚部材３１₁に連結され、第３関節部３６₁を介して接地部材３３₁に連結される。

第１関節部３４₁、第２関節部３５₁、及び第３関節部３６₁は、それぞれモータ等の関節駆動部材を有している。第１関節部３４₁の関節駆動部材を作動させることによって第１脚部材３１₁、第２関節部３５₁、第２脚部材３２₁、第３関節部３６₁、及び接地部材３３₁が第１関節部３４₁を中心に回転する。第２関節部３５₁、の関節駆動部材を作動させることによって第２脚部材３２₁、第３関節部３６₁、及び接地部材３３₁が第２関節部３５₁を中心に回転する。第３関節部３６₁の関節駆動部材を作動させることによって接地部材３３₁が第３関節部３６₁を中心に回転する。

なお、本実施形態では、第１脚３０₁、第２脚３０₂、及び第３脚３０₃は、それぞれ２つの脚部材３１，３２と３つの関節部３４，３５，３６を有するものであるが、これに限らず、脚部材は少なくとも１つあればよく、関節部は少なくとも２つあればよい。

接地部材３３₁は、反力検出部３３₁ａを有する。反力検出部３３₁ａは、接地部材３３₁が接地した際の反力を検出するものである。

図５は、他の実施形態の作業ロボット１の脚部を示す図である。

他の実施形態では、脚部１３０は、全てを図示してはいないが、第１脚１３０₁、第２脚１３０₂、及び第３脚１３０₃を有する。脚部１３０は、少なくとも３脚を有すればよく、４脚又はそれ以上の数を有してもよい。なお、第１脚１３０₁、第２脚１３０₂、及び第３脚１３０₃は、それぞれ同一の構造なので、第１脚１３０₁に対して説明し、第２脚１３０₂及び第３脚１３０₃の説明は、省略する。

第１脚１３０₁は、脚部材としての第１脚部材１３１₁、脚部材としての第２脚部材１３２₁、脚部材としての第３脚部材１３３₁、接地部材１３４₁、関節部としての第１関節部１３５₁、及び関節部としての第２関節部１３６₁を有する。

第１脚部材１３１₁は、第１関節部１３５₁を介してロボット本体２１に連結される。第２脚部材１３２₁は、第１脚部材１３１₁に伸縮可能に連結される。第３脚部材１３３₁は、第２脚部材１３２₁に伸縮可能に連結される。第３脚部材１３３₁は、第２関節部１３６₁を介して接地部材１３４₁に連結される。

第１関節部１３５₁及び第２関節部１３６₁は、それぞれモータ等の関節駆動部材を有している。第１関節部１３５₁の関節駆動部材を作動させることによって第１脚部材１３１₁、第２脚部材１３２₁、第３脚部材１３３₁、第２関節部１３６₁、及び接地部材３４₁が第１関節部１３５₁を中心に回転する。第２関節部１３６₁の関節駆動部材を作動させることによって接地部材１３４₁が第２関節部１３６₁を中心に回転する。

第１脚部材１３１₁及び第２脚部材１３２₁は、それぞれアクチュエータ等の脚駆動部材を有している。第１脚部材１３１₁の脚駆動部材を作動させることによって、第１脚部材１３１₁に対して第２脚部材１３２₁が伸縮し、第２脚部材１３２₁の脚駆動部材を作動させることによって、第２脚部材１３２₁に対して第３脚部材１３３₁が伸縮する。脚駆動部材は、第２脚部材１３２₁と第３脚部材１３３₁に設置してもよい。

なお、本実施形態では、第１脚１３０₁、第２脚１３０₂、及び第３脚１３０₃は、それぞれ３つの脚部材１３１，１３２，１３３と、２つの関節部１３５，１３６と、を有するものであるが、これに限らず、脚部材は少なくとも１つあればよく、関節部は少なくとも２つあればよい。

接地部材１３４₁は、反力検出部１３４₁ａを有する。反力検出部１３４₁ａは、接地部材１３４₁が接地した際の反力を検出するものである。

作業ロボット１は、このような構造によって、クレーンに吊り下げられて作業箇所に的確に配置され、作業をすることが可能となると共に、クレーンに吊り下げられながら作業することができ、ガレキ等の崩れやすい箇所にかかる荷重を低減することが可能となり、作業時のガレキ等の崩壊を低減させることが可能となる。

次に、作業ロボット１の接地時の制御について説明する。

図６は、第１実施形態の作業ロボット１の制御ブロックを示す図である。

図６に示すように、制御部１３は、操作部２、着地点検出部１４、第１反力検出部３３₁ａ、第２反力検出部３３₂ａ、及び第３反力検出部３３₃ａを入力部として用い、ワイヤ駆動部１６、ファン１５、第１関節部３４、第２関節部３５、及び第３関節部３６を出力部として制御する。ここで、第１関節部３４、第２関節部３５、及び第３関節部３６は、第１脚３０₁、第２脚３０₂、及び第３脚３０₃それぞれの関節部を示している。

図７は、第１実施形態の作業ロボット１の制御フローチャートを示す図である。

はじめに、作業ロボット１は、図１に示すようにクレーン１０１で懸垂され、構造物１０２のガレキ１０３の上方に配置した状態とする。

まず、ステップ１で、ガレキ１０３の状態をカメラ１４で写し、着地点を探索する（ＳＴ１）。着地点は、図１に示した操作部２の画面２ｂや図示しないコントロールルーム等の画面で探索することが好ましい。なお、着地点は、あらかじめ決められた位置を制御部１４に内蔵された記憶部に記憶させておき、カメラ１４によってその位置を検出する仕様であってもよい。

続いて、ステップ２で、制御部１３は、着地点が決定したか否かを判定する（ＳＴ２）。

ステップ２において、着地点が決定していない場合、ステップ１に戻る。

ステップ２において、着地点が決定した場合、ステップ３で、制御部１３は、ファン１５を作動させる（ＳＴ３）。ファン１５が作動すると、作業ロボット１は、図３に示した中心軸１ａを中心に回転し姿勢を変更する。

続いてステップ４で、旋回姿勢が完了したか否かを判定する（ＳＴ４）。旋回姿勢が完了したか否かの判定は、カメラ１４が検出した着地点の画像等により、制御部１３によって判定されることが好ましい。

ステップ４において、旋回姿勢が完了していない場合、ステップ３に戻る。

ステップ４において、旋回姿勢が完了した場合、ステップ５で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する（ＳＴ５）。ここでは、作業ロボット１が下降するように昇降ワイヤ１７を制御すると共に、所定の位置となるように関節部３４，３５，３６を制御する。

次に、ステップ６で、第１脚反力を検出したか否かを判定する（ＳＴ６）。第１脚反力とは、昇降ワイヤ１７の作動によって下降している作業ロボット１において、最初に接地した接地部材３３の反力検出部３３ａから送信された脚の反力をいう。

ステップ６において、第１脚反力を検出しなかった場合、ステップ５に戻る。ステップ６において、第１脚反力を検出した場合、ステップ７で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６の制御を停止する（ＳＴ７）。ここで、本実施形態では、理解を容易にするため、最初に接地した脚を第１脚３０₁とする。

次に、ステップ８で、第１脚反力が以下の式（１）を満足するか否かを判定する（ＳＴ８）。
第１下限値 ≦ 第１脚反力 ≦ 第１上限値 （１）

式（１）の第１下限値は、予め設定された値であって、作業ロボット１が作業する際に必要な荷重値を設定することが好ましい。式（１）の第１上限値は、予め設定された値であって、作業ロボット１を接地することによって、ガレキ１０３が崩壊するおそれがある荷重値を設定することが好ましい。

ステップ８において、第１脚反力が式（１）を満足しない場合、ステップ５に戻り、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する。例えば、第１脚反力が第１下限値を下回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を下降させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が大きくなるように制御することが好ましい。第１脚反力が第１上限値を上回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を上昇させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が小さくなるように制御することが好ましい。

ステップ８において、第１脚反力が式（１）を満足している場合、ステップ９で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する（ＳＴ９）。ステップ９では、接地していない脚の関節部３４，３５，３６を制御することが好ましい。

次に、ステップ１０で、第２脚反力を検出したか否かを判定する（ＳＴ１０）。第２脚反力とは、２番目に接地した接地部材３３の反力検出部３３ａから送信された脚の反力をいう。

ステップ１０において、第２脚反力を検出しなかった場合、ステップ９に戻る。ステップ１０において、第２脚反力を検出した場合、ステップ１１で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６の制御を停止する（ＳＴ１１）。ここで、本実施形態では、理解を容易にするため、２番目に接地した脚を第２脚３０₂とする。

次に、ステップ１２で、第２脚反力が以下の式（２）を満足するか否かを判定する（ＳＴ１２）。
第１下限値 ≦ 第２脚反力 ≦ 第１上限値 （２）

式（２）の第１下限値及び第１上限値は、式（１）と同じ値が好ましい。

ステップ１２において、第２脚反力が式（２）を満足しない場合、ステップ９に戻り、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する。例えば、第２脚反力が第１下限値を下回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を下降させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が大きくなるように制御することが好ましい。第２脚反力が第１上限値を上回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を上昇させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が小さくなるように制御することが好ましい。

ステップ１２において、第２脚反力が式（２）を満足している場合、ステップ１３で、第１脚反力及び第２脚反力の和が以下の式（３）を満足するか否かを判定する（ＳＴ１３）。
第２下限値 ≦ 第１脚反力＋第２脚反力 ≦ 第２上限値 （３）

式（２）の第２下限値は、予め設定された値であって、作業ロボット１が作業する際に必要な荷重値を設定することが好ましい。式（２）の第２上限値は、予め設定された値であって、作業ロボット１を接地することによって、ガレキ１０３が崩壊するおそれがある荷重値を設定することが好ましい。

ステップ１３において、第１脚反力及び第２脚反力の和が式（３）を満足しない場合、ステップ９に戻り、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する。例えば、第１脚反力及び第２脚反力の和が第２下限値を下回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を下降させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が大きくなるように制御することが好ましい。第１脚反力及び第２脚反力の和が第２上限値を上回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を上昇させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が小さくなるように制御することが好ましい。

ステップ１３において、第２脚反力が式（３）を満足している場合、ステップ１４で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する（ＳＴ１４）。ステップ１４では、接地していない脚の関節部３４，３５，３６を制御することが好ましい。

次に、ステップ１５で、第３脚反力を検出したか否かを判定する（ＳＴ１５）。第３脚反力とは、３番目に接地した接地部材３３の反力検出部３３ａから送信された脚の反力をいう。

ステップ１５において、第３脚反力を検出しなかった場合、ステップ１４に戻る。ステップ１５において、第３脚反力を検出した場合、ステップ１６で、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６の制御を停止する（ＳＴ１６）。ここで、本実施形態では、理解を容易にするため、３番目に接地した脚を第３脚３０₃とする。

次に、ステップ１７で、第３脚反力が以下の式（４）を満足するか否かを判定する（ＳＴ１７）。
第１下限値 ≦ 第３脚反力 ≦ 第１上限値 （４）

式（４）の第１下限値及び第１上限値は、式（１）と同じ値が好ましい。

ステップ１７において、第３脚反力が式（４）を満足しない場合、ステップ１４に戻り、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する。例えば、第３脚反力が第１下限値を下回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を下降させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が大きくなるように制御することが好ましい。第３脚反力が第１上限値を上回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を上昇させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が小さくなるように制御することが好ましい。

ステップ１７において、第３脚反力が式（４）を満足している場合、ステップ１８で、全脚反力の和が以下の式（５）を満足するか否かを判定する（ＳＴ１８）。
第２下限値 ≦ 全脚反力の和 ≦ 第２上限値 （５）

式（５）の第２下限値及び第２上限値は、式（３）と同じ値が好ましい。

ステップ１８において、全脚反力の和が式（５）を満足しない場合、ステップ１４に戻り、制御部１３は、昇降ワイヤ１７及び関節部３４，３５，３６を制御する。例えば、全脚反力の和が第２下限値を下回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を下降させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が大きくなるように制御することが好ましい。全脚反力の和が第２上限値を上回っている場合には、制御部１３は、作業ロボット１を上昇させるように昇降ワイヤ１７を制御するか、関節部３４，３５，３６を脚反力が小さくなるように制御することが好ましい。

ステップ１８において、全脚反力の和が式（５）を満足している場合、制御を終了する。

なお、本実施形態では、３本の脚部材を有する作業ロボット１の制御について説明したが、脚部材が３本より多い場合には、各脚部材についてステップ１４〜ステップ１８を繰り返せばよい。

このように、接地時に作業ロボット１を制御することによって、作業ロボット１の荷重によってガレキ１０３が崩壊するおそれを低減させることが可能となるとともに、作業に必要な荷重を保持することが可能となる。

次に、作業ロボット１の作業ツールについて説明する。

図８は、ガレキ１０３の下を探査する作業ツールを示す図である。

図８に示す作業ツールとしての探査ツール４０は、保持部４１と、筒部４２と、ファイバー部材４３と、レンズ４４と、を有する。

保持部４１は、作業ロボット１の本体部２０のツール挿入部２４に挿入され、ツール着脱部２３に取り付けられる。筒部４２は、保持部４１から伸縮自在に延び、内部にファイバー部材４３及びレンズ４４を収納したガイドパイプである。ファイバー部材４３は、筒部４２に収納され、一端を保持部４１に保持され、他端にレンズ４４を取付けたものである。レンズ４４は、ファイバー部材４３の一端に取り付けられる。

探査ツール４０を用いる際には、まず、図７に示したフローチャートのような工程で作業ロボット１をガレキ１０３の上に接地する。作業ロボット１を接地する際には、カメラ１４で探査ツール４０の筒部４２をガレキ１０３内に送り込めるような位置を検出する。作業ロボット１の本体部２０は、図８に示すように、昇降ワイヤ１７の巻き取りと送り出しを調節することで、傾斜して接地されてもよい。

図９は、探査ツール４０の筒部４２の先端を示す図である。図１０は、探査ツール４０の筒部４２の先端の作動状態を示す図である。

図９に示すように、探査ツール４０のファイバー部材４３及びレンズ４４は、通常、筒部４２の内部に収納されている。筒部４２は、内側にインサートパイプ４５を有し、インサートパイプ４５内にファイバー部材４３及びレンズ４４が収納されている。また、筒部４２の内部には、加力ライナー４６が取り付けられている。

作動時の探査ツール４０は、図１０に示すように、保持部４１に内蔵されたモータ等によってインサートパイプ４５を伸ばし、加力ライナー４６を押圧することによって、筒部４２を拡開する。その後、ファイバー部材４３を延伸してレンズ４４を探査位置まで引き出す。

なお、筒部４２を削孔可能なドリル等の機構で構成してもよい。

このように、探査ツール４０を用いることによって、ガレキ１０３を崩壊させることなく、ガレキ１０３の内部及びガレキ１０３の下方の空間の様子を探査することが可能となる。

図１１は、ガレキ１０３に孔をあける作業ツールを示す図である。

作業ツールの他の例として、削孔ツール５０を用いてもよい。削孔ツール５０は、保持部５１と、削孔部５２と、を有する。

保持部５１は、作業ロボット１の本体部２０のツール挿入部２４に挿入され、ツール着脱部２３に取り付けられる。削孔部５２は、先端に刃を有するドリル等から形成される。削孔時には、保持部５１に取り付けられるモータ等によって削孔部５２を回転させる。

削孔時、ガレキ１０３に作業ロボット１の荷重がかかり、反力検出部３３ａが脚反力を検出するが、ガレキ１０３にかかる荷重、すなわち脚反力は、式（５）に示した範囲内とする。

式（５）の第２下限値を下回ると、削孔時に作業ロボット１が反作用で回転してしまい好ましくない。式（５）の第２上限値を上回ると、ガレキ１０３が崩壊してしまうおそれがある。

このように、作業ロボット１は、クレーン１０１によって懸垂されるので、ガレキ１０３にかかる荷重を最小限にすることができる。そして、削孔ツール５０を用いることによって、ガレキ１０３を崩壊させることなく、ガレキ１０３に孔をあけることが可能となる。

本実施形態の作業ロボット１は、懸垂基体１１と、懸垂基体１１に取り付けられクレーン１０１によって吊り下げられる懸垂ワイヤ１２と、懸垂基体１１に連結されるロボット本体２１と、懸垂基体１１に対してロボット本体２１を昇降可能に連結する昇降ワイヤ１７と、懸垂基体１１に取り付けられ昇降ワイヤ１７を駆動するワイヤ駆動部１６と、ロボット本体２１に取り付けられる脚部３０と、を備えるので、ガレキ等が堆積している崩れやすい場所であっても、クレーン１０１に吊り下げられることで、作業箇所に的確に配置され、作業をすることが可能となると共に、ガレキ等の崩れやすい箇所にかかる荷重を低減することが可能となり、作業時のガレキ等の崩壊を低減させることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１では、脚部３０は、少なくとも３本の脚部材３１、脚部材３１の一方をそれぞれロボット本体２１に取り付ける第１関節部３４、脚部材３１の他方にそれぞれ取り付けられる第２関節部３５、及び第２関節部３５を介して脚部材３１にそれぞれ連結される接地部材３３を有するので、ガレキ等の崩れやすい箇所の上でも安定して作業をすることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１では、接地部材３３は、接地した際の反力を検出する反力検出部３３ａを有するので、ガレキ等の崩れやすい箇所に対する影響を考慮しながら作業をすることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボットでは、第１関節部３４及び第２関節部３５は、関節駆動部材を含むので、接地箇所にあわせて脚部材３１の角度を変更することができ、ガレキ等の崩れやすい箇所の上でも安定して作業をすることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１は、懸垂基体１１に取り付けられ懸垂基体１１の姿勢を変更するファン１５を備えるので、接地箇所にあわせて姿勢を変更することができ、より安定した位置に接地させることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１は、懸垂基体１１に取り付けられ着地する地点を検出するカメラ１４を備えるので、着地点を的確に検出することができ、さらに安定した位置に接地させることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１は、カメラ１４及び反力検出部３３ａからの信号に応じてファン１５及びワイヤ駆動部１６を制御する制御部１３を備えるので、よりよい位置に安定して接地させることが可能となる。

また、本実施形態の作業ロボット１では、ロボット本体２１は、作業時に使用するツールを着脱可能なツール着脱部２３を有するので、様々な作業に対応することが可能となる。

さらに、本発明にかかる作業ロボットシステム１００は、作業ロボット１と、作業ロボット１を操作する操作部２と、操作部２に取り付けられた操作アンテナ２ａと、作業ロボット１を吊り下げるクレーン１０１の先端に取り付けられた中継アンテナ３と、作業ロボット１に取り付けられた作業アンテナ４と、を備えるので、危険な区域に近寄ることなく、作業ロボット１を操作することが可能となる。また、作業ロボット１をクレーン１０１で懸垂しているため、作業ロボット１がトラブル等で作動不可能となった場合であっても、クレーン１０１によって容易に回収することが可能となる。さらに、クレーン１０１の先端に中継アンテナ３を取り付けることで、操作アンテナ２ａ及び作業アンテナ４から中継アンテナ３の見通しがよくなり、障害物を回避することができ、信号を安定に送受信することが可能となる。

なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。

１…作業ロボット、２…操作部、２ａ…操作アンテナ、３…中継アンテナ、４…作業アンテナ
１０…懸垂部
１１…懸垂基体、１２…懸垂ワイヤ（懸垂部材）、１３…制御部、１４…カメラ（着地点検出部）、１５…ファン（姿勢変更部材）、１６…ワイヤ駆動部（昇降駆動部）、１７…昇降ワイヤ（昇降部材）
２０…本体部
２１…ロボット本体、２２…昇降ワイヤ支持部（昇降部材支持部）、２３…ツール着脱部、２４…ツール挿入部
３０…脚部
３０₁…第１脚、３０₂…第２脚、３０₃…第３脚
３１…第１脚部材、３２…第２脚部材、３３…接地部材、３４…第１関節部、３５…第２関節部、３６…及び第３関節部
１００…作業ロボットシステム、１０１…クレーン、１０２…構造物、１０３…ガレキ

Claims (9)

1. 懸垂基体と、
   前記懸垂基体に取り付けられクレーンによって吊り下げられる懸垂部材と、
   前記懸垂基体に連結されるロボット本体と、
   前記懸垂基体に対して前記ロボット本体を昇降可能に連結する昇降部材と、
   前記懸垂基体に取り付けられ前記昇降部材を駆動する昇降駆動部と、
   前記ロボット本体に取り付けられる脚部と、
   を備える
   ことを特徴とする作業ロボット。
2. 前記脚部は、
   少なくとも３本の脚部材、
   前記脚部材の一方をそれぞれ前記ロボット本体に取り付ける第１関節部、
   前記脚部材の他方にそれぞれ取り付けられる第２関節部、
   及び
   前記第２関節部を介して前記脚部材にそれぞれ連結される接地部材
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
3. 前記接地部材は、接地した際の反力を検出する反力検出部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の作業ロボット。
4. 前記第１関節部及び前記第２関節部は、関節駆動部材を含む
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の作業ロボット。
5. 前記懸垂基体に取り付けられ前記懸垂基体の姿勢を変更する姿勢変更部材
   を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の作業ロボット。
6. 前記懸垂基体に取り付けられ着地する地点を検出する着地点検出部
   を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の作業ロボット。
7. 前記着地点検出部及び前記反力検出部からの信号に応じて前記姿勢変更部材及び前記前記昇降駆動部を制御する制御部
   を備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の作業ロボット。
8. 前記ロボット本体は、作業時に使用するツールを着脱可能なツール着脱部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の作業ロボット。
9. 請求項１乃至８に記載の作業ロボットと、
   前記作業ロボットを操作する操作部と、
   前記操作部に取り付けられた操作アンテナと、
   前記作業ロボットを吊り下げる前記クレーンの先端に取り付けられた中継アンテナと、
   前記作業ロボットに取り付けられた作業アンテナと、
   を備える
   ことを特徴とする作業ロボットシステム。

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