JP6418570B2 - 移動ロボットおよび画像撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、移動ロボットおよび当該移動ロボットを備える画像撮影システムに関する。

橋梁や道路などの長尺構造物の劣化や損傷を点検する技術が求められている。橋梁には、河川の上方に架設された河川橋のほか、地上に設置された高架橋が存在する。橋梁は、人や自動車などが往来する床版と、この床版を下方支持する主桁と、その他の補強構造物とで構成されることが一般的である。橋梁のうち、主要な部材が鋼製のものを鋼橋と呼び、さらに主桁の形状により鋼橋は鋼鈑桁橋と鋼箱桁橋などに区分される。主桁がＩ字状で上下にフランジを有する鋼橋を鋼鈑桁橋と呼称し、箱形のものを鋼箱桁橋と呼称する。

床版の下面や、床版と主桁との結合部などは、高位置に存在し、かつ床版の裏面側にあたるため、点検員が接近して目視点検することが困難である。このため、橋梁の下方に仮設足場を設置して点検員がこれに登って目視点検するか、または高所作業車に乗って目視点検するなどの必要がある。

また、下フランジを有する主桁に下方支持された長尺構造物は橋梁に限られず、工場や倉庫などの天井に設置される天井クレーンなど種々が存在する。

しかしながら、河川橋の場合は河川上に仮設足場や高所作業車を設置することがそもそも困難であり、また高架橋や天井クレーンなど地上に設置される高架構造物の場合もその直下に仮設足場や高所作業車を設置することが困難であることが多い。また、そもそも仮設足場や高所作業車を設置する作業には多くの時間とコスト、交通規制などを要するため、多数の高架構造物を定期的に点検することに支障を来す。

特許文献１には、橋梁等の高架構造物の主桁の下フランジに沿って移動する作業台車の発明が記載されている。特許文献１の作業台車は、概略Ｖ字状の傾斜接触面を有する鼓状のローラーを幅方向の両側に有し、このローラーの傾斜接触面を下フランジの側縁に対して側方から押し当てることにより主桁に取り付けられる。具体的には、ローラーはガススプリングによって下フランジの側縁に常時付勢されている。そして、ローラーを回転させることで作業台車は下フランジに沿って長手方向に走行する。

特許文献１の作業台車は、鼓状のローラーが支持アームの先端に設けられており、この支持アームが変形することで、垂直補剛板や接合板などの障害物が主桁や下フランジに設けられていても、これを回避することができるとされている。具体的には、支持アームが揺動してローラーが幅方向の外側に変位することで、これらの障害物を回避することができるように構成されている。

特開２００３−１１９７２１号公報

しかしながら、特許文献１の作業台車は下フランジから外れて落下しやすいという問題がある。なぜならば、鼓状のローラーの傾斜接触面には、作業台車やカメラ装置の自重の反力が下フランジから上向きのみならず外向きに負荷され、ローラーは下フランジの側縁から外れる方向に付勢されるためである。すなわち、作業台車やカメラ装置の質量が大きくなるほど支持アームやローラーは外向きに付勢されるため、ローラーが障害物を乗り越えた瞬間などに作業台車に僅かでも衝撃力が作用するとガススプリングの押圧力に抗してローラーは下フランジの側縁から脱離する。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、鋼鈑桁橋や天井クレーンなどの長尺構造物に対して安定して走行することが可能な移動ロボット、およびかかる移動ロボットを備える画像撮影システムを提供するものである。

本発明によれば、長尺構造物を下方支持する主桁が有する下フランジに沿って走行可能な移動ロボットであって、本体と、前記本体の幅方向の両側に対向して配置されて前記下フランジの上面を走行する複数式の車輪モジュールと、前記本体と前記車輪モジュールとを連結するアーム部と、前記車輪モジュールに回転力を付与するモーターと、を備え、対向する複数式の前記車輪モジュールは、互いに内向きに下り傾斜して配置され、前記アーム部は少なくとも前記幅方向に弾性的に変位して、前記上面を走行する走行位置と、前記走行位置よりも前記幅方向の外側の退避位置と、に前記車輪モジュールを遷移させることを特徴とする移動ロボットが提供される。

また、本発明によれば、上記の移動ロボットを備える画像撮影システムであって、前記移動ロボットに取り付けられ、前記移動ロボットに対して少なくとも幅方向に突出して延在するレール部材と、前記レール部材に設置されるカメラと、前記レール部材に沿って前記カメラを移動させるカメラ移動機構と、を備える画像撮影システムが提供される。

本発明の移動ロボットによれば鋼鈑桁橋や天井クレーンなど主桁が下フランジを有する長尺構造物に対して安定して走行することが可能であり、かかる移動ロボットを備える画像撮影システムによれば、長尺構造物の画像をカメラで安定して撮影することができる。

本発明の第一実施形態の移動ロボットを模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）は移動ロボットが用いられる長尺構造物および主桁の正面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の拡大図である。 第一実施形態の移動ロボットを備える画像撮影システムを示す斜視図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第一シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第二シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第三シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第四シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第五シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第六シーケンスを示す説明図である。 移動ロボットが垂直補剛材を走破する第七シーケンスを示す説明図である。 第二実施形態の移動ロボットを主桁に装着した状態を示す正面図である。 第二実施形態の移動ロボットの車輪モジュールおよびアーム部を示す斜視図である。 第二実施形態の画像撮影システムを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各図面において、対応する構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

なお、本実施の形態では、図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものであり、本発明にかかる移動ロボットの製造時や使用時の方向を必ずしも限定するものではない。すなわち、以下の説明では主桁の下フランジが水平に設置されている状態を例示するが、本発明はこれに限られるものではなく、下フランジは水平方向に対して傾斜していてもよい。

また、本発明でいう平面とは、平面を目標として物理的に形成された形状を意味しており、幾何学的に完全な平面であることは要しない。すなわち、以下の説明では下フランジの上面が平面である態様を例示するが、本発明はこれに限られるものではなく、下フランジの上面に凹凸が形成されていてもよい。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態の移動ロボット９０を模式的に示す斜視図である。本体１０の下面に設けられるカメラ移動機構９６は図示を省略している。図２（ａ）は移動ロボット９０が用いられる長尺構造物１１０および主桁１２０の正面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の拡大図であり、主桁１２０や対傾構１４０などで構成される桁構造１８０の正面図である。図３は、本実施形態の移動ロボット９０を備える画像撮影システム１００を示す斜視図である。図４から図１０は、移動ロボット９０が垂直補剛材１５０を走破する第一から第七シーケンスをそれぞれ示す説明図である。

主桁１２０の下フランジ１３０の延在方向をＸ方向、下フランジ１３０の幅方向をＹ方向、主桁１２０の高さ方向をＺ方向と呼称する。移動ロボット９０の走行方向はＸ方向であり、移動ロボット９０の幅方向はＹ方向に対応している。

はじめに、本実施形態の概要について説明する。

移動ロボット９０は、長尺構造物１１０を下方支持する主桁１２０が有する下フランジ１３０に沿って走行可能である。移動ロボット９０は、本体１０、車輪モジュール２０、アーム部４０、および車輪モジュール２０に回転力を付与するモーター５０（後述する図１１参照）を備えている。車輪モジュール２０は、本体１０の幅方向（Ｙ方向）の両側に対向して配置されており、下フランジ１３０の上面１３２を走行する機構である。移動ロボット９０は複数式の車輪モジュール２０を備えている。アーム部４０は、本体１０と車輪モジュール２０とを連結する構造である。本実施形態の移動ロボット９０において、対向する複数式の車輪モジュール２０は互いに内向きに下り傾斜して配置されている。
アーム部４０は、少なくとも幅方向に弾性的に変位して、下フランジ１３０の上面１３２を走行する走行位置（図４参照）と、この走行位置よりも幅方向の外側の退避位置（図７参照）と、に車輪モジュール２０を遷移させる。

かかる移動ロボット９０によれば、アーム部４０が幅方向に弾性的に変位して、車輪モジュール２０を走行位置（図４参照）とそれよりも幅方向の外側の退避位置（図７参照）とに遷移させる。ここで、アーム部４０が弾性的に変位するとは、アーム部４０自体が弾性変形する場合のほか、アーム部４０は実質的に弾性変形せずアーム部４０に直接的または連結的に連結された弾性体が変形してアーム部４０が復位可能に変位することを含む。本実施形態の移動ロボット９０ではアーム部４０が幅方向に弾性的に変位することにより、車輪モジュール２０は垂直補剛材１５０などの障害物を回避して下フランジ１３０の上面１３２を走行する。そして、下フランジ１３０の上面１３２を走行する車輪モジュール２０が内向きに下り傾斜して対向配置されており、走行する車輪モジュール２０が下フランジ１３０の上面１３２から受ける反力は内向きの成分を有する。このため、対向する一方の車輪モジュール２０が退避位置に遷移しても、他方の車輪モジュール２０が下フランジ１３０から脱離することがない。このため、本実施形態の移動ロボット９０は、下フランジ１３０の上面１３２に障害物が有ったとしても、下フランジ１３０を安定して走行することができる。

次に、本実施形態の移動ロボット９０および画像撮影システム１００について詳細に説明する。

図２各図を参照して、移動ロボット９０を用いることが可能な長尺構造物１１０および主桁１２０について説明する。本実施形態に例示する長尺構造物１１０は橋梁（鋼鈑桁橋）の床版である。床版は、たとえば鉄筋コンクリートで作成されている。長尺構造物（床版）１１０は桁構造１８０により下方より支持されている。桁構造１８０は、長尺構造物１１０の幅方向（Ｙ方向）に互いに離間して平行に配置された複数本の主桁１２０を含む。主桁１２０は橋脚（図示せず）の上に設置されている。長尺構造物（床版）１１０の長手方向がＸ方向、複数本の主桁１２０の並び方向がＹ方向、上下方向がＺ方向にあたる。隣接する主桁１２０の間には、縦桁１６０が配置されている。縦桁１６０は、主桁１２０と同様に上下方向（Ｚ方向）に延在して長尺構造物１１０を下方支持する部材である。縦桁１６０は、橋脚に支持されるものではなく、一般に主桁１２０よりも短尺で下フランジ１３０を有していない点で主桁１２０と相違する。

主桁１２０は、厚い鋼板などで作成された腹板１２２と、この腹板１２２の上下に互いに対向して配置された長尺の上フランジ１２６および下フランジ１３０とで構成されている。主桁１２０はＩ型鋼材で作成され、図２（ｂ）に示す正面図で略Ｉ字状をなしている。

垂直補剛材１５０はＬ型鋼材などで作成され、上フランジ１２６から下フランジ１３０に亘ってＺ方向に延在するように腹板１２２に接合されて主桁１２０の曲げ（座屈）強度や上下方向の圧縮強度を補強する。垂直補剛材１５０の下端は下フランジ１３０の上面１３２に対して溶接されており、長尺構造物１１０の自重を主桁１２０の上フランジ１２６から垂直補剛材１５０を通じて下フランジ１３０に伝達することが可能である。図２（ｂ）には、垂直補剛材１５０と下フランジ１３０との溶接部１５２を図示する。主桁１２０には複数の垂直補剛材１５０が設けられることが一般的である。複数の垂直補剛材１５０は、主桁１２０の腹板１２２に対して長手方向（Ｘ方向）の異なる位置に離散的に配置される。ただし、一部の垂直補剛材１５０は、長手方向の同位置において腹板１２２の表裏両側に配置される場合もある。

下フランジ１３０の上面１３２や腹板１２２には添接板１５４、１５５が接合されている（図３参照）。添接板１５４は、隣接する下フランジ１３０の上面１３２同士の繋ぎ目に亘って接合されてこれらの繋ぎ目を補強する鋼板である。添接板１５５は、腹板１２２同士の繋ぎ目を補強する鋼板である。添接板１５４は下フランジ１３０の上面１３２から鉛直上方（＋Ｚ方向）に突出し、添接板１５５は腹板１２２から幅方向（±Ｙ方向）に突出している。すなわち、下フランジ１３０の上面１３２や腹板１２２には、添接板１５４、１５５の厚み寸法に相当する段差が形成されていることが一般的である。

垂直補剛材１５０や縦桁１６０にはガセットプレート１４２がボルト１２４などで接合されている。ガセットプレート１４２は、対傾構１４０を垂直補剛材１５０や腹板１２２に対して連結するとともに、当該連結部を補強して撓み変形を抑制するための部材である。対傾構１４０はＬ型鋼材などで作成され、複数のガセットプレート１４２に亘って取り付けられている。対傾構１４０には、水平方向（Ｙ方向）に延在するもの（対傾構１４０ａ）と、ＹＺ面内で斜めに傾斜しているもの（対傾構１４０ｂ）とが存在する。

ガセットプレート１４２は、平板状のもののほか、１辺または複数辺がＬ字型に垂直に折り曲げられたものなど、種々の形態をとる。ガセットプレート１４２の主面はＹＺ平面内に配置され、ガセットプレート１４２における折り曲げられたガセット底面１４４は主桁１２０の下フランジ１３０の上面１３２に対向して配置されることが一般的である。ガセット底面１４４は下フランジ１３０から離間して取り付けられる。これにより、垂直補剛材１５０の下端の溶接部１５２とガセット底面１４４とが干渉することを回避する。下フランジ１３０とガセット底面１４４との離間距離（Ｚ方向の間隔）は特に限定されないが、１５センチメートルまたはそれ以上とすることが一般的である。

このほか桁構造１８０は、横桁、分配横桁（いずれも図示せず）、水平補剛材１５６（図３参照）などを備えていてもよい。横桁は、桁構造１８０の幅方向（Ｙ方向）に延在するようにして配置されたＩ型鋼材であり、隣接する主桁１２０同士の間または主桁１２０と縦桁１６０との間に設置される。水平補剛材１５６はＬ型鋼材で作成され、略水平かつＸ方向に延在するように設置される。横桁や水平補剛材１５６は、対傾構１４０ａやガセットプレート１４２と同様に、下フランジ１３０よりも上方に設置される。

図１および図３に示すように、移動ロボット９０は車輪モジュール２０の駆動により下フランジ１３０の上面１３２を走行する自走式の移動体である。車輪モジュール２０は、１個または複数個の車輪（本実施形態では３個の車輪２６〜２８）を備え、かかる車輪の回転により本体１０を±Ｘ方向に移動させる。

車輪モジュール２０は、本体１０に対して回転する回転基板部２２を有している。回転基板部２２の回転軸２４は、移動ロボット９０の幅方向の内側に向かって斜め上方に延在している。

回転軸２４を中心にして回転基板部２２を回転することで、車輪モジュール２０は下フランジ１３０の上面１３２に斜めに当接した状態で回転する。これにより、後述するように車輪モジュール２０は、垂直補剛材１５０や添接板１５５を幅方向（Ｙ方向）に回避し、また添接板１５４を上方（Ｚ方向）に回避することが可能である。

車輪モジュール２０は、回転基板部２２に設けられた複数個の車輪２６〜２８を有している。車輪２６〜２８は、回転軸２４の周囲に多角形の頂点位置に配置されている。車輪２６〜２８の車軸３０は、回転基板部２２の回転軸２４と平行に設けられている。

具体的には、本実施形態の回転基板部２２は略三角形状をなし、３個の頂点位置に車輪２６〜２８は配置されている。これにより、３個のうちの２個の車輪（たとえば車輪２６および２８）を下フランジ１３０の上面１３２に接触させた状態で車輪モジュール２０は走行する。

以下、移動ロボット９０の用途の一例として、カメラ９４を移動させて画像を撮影する画像撮影システム１００を例示する。ただし、移動ロボット９０の用途はこれに限られず、長尺構造物１１０の主桁１２０を移動して種々の作業をする用途に広く用いられる。図３に示すように、１台または複数台の移動ロボット９０が主桁１２０の下フランジ１３０に装着され、この移動ロボット９０によりカメラ９４を移動させることにより画像撮影システム１００が構成される。主桁１２０は、橋梁や天井クレーンのほか、天井や床面を下方支持する補強体など種々の構造物に用いられている。本実施形態の移動ロボット９０は、いずれの構造物を構成する主桁１２０に対して装着して用いてもよい。

本実施形態の画像撮影システム１００は、上記の移動ロボット９０を備えるとともに、レール部材９２、カメラ９４およびカメラ移動機構９６を備えている。レール部材９２は、移動ロボット９０に取り付けられ、移動ロボット９０に対して少なくとも幅方向に突出して延在する部材である。カメラ９４はレール部材９２に対して直接的または間接的に設置される。カメラ移動機構９６は、レール部材９２に沿ってカメラ９４を移動させる機構である。

本実施形態の画像撮影システム１００は、複数台の移動ロボット９０（９０ａ、９０ｂ）を備えている。レール部材９２は、これら複数台の移動ロボット９０ａ、９０ｂに亘って架設されており、カメラ９４は複数台の移動ロボット９０ａ、９０ｂの間に配置される。

レール部材９２にはカメラ台９７が設けられ、カメラ台９７に昇降機構９５が立設されている。カメラ９４は、昇降機構９５の上端に取り付けられている。昇降機構９５は、カメラ９４を上下方向（Ｚ方向）に移動可能に保持する垂直伸延アームである。昇降機構９５の最大上昇時の高さは特に限定されないが、２メートル程度とすることができる。昇降機構９５の最大下降時には、カメラ台９７の内部にカメラ９４の一部または全部が収納されてもよい。これにより、対傾構１４０ａや縦桁１６０（図２各図参照）にカメラ９４が干渉することが回避される。

カメラ９４は、可視光線または赤外線を集光して長尺構造物（床版）１１０の下面や桁構造１８０の静止画像または動画像を撮影するデジタルカメラである。カメラ９４の視野角は特に限定されないが、Ｘ軸またはＹ軸の一方または両方、およびＺ軸まわりに回転可能に構成されている。これにより、長尺構造物（床版）１１０の下面や桁構造１８０の全体を死角なく撮影可能である。これにより、長尺構造物１１０や桁構造１８０の劣化や損傷を画像により検知することが可能になる。すなわち、本実施形態の画像撮影システム１００は、自走式で長尺構造物１１０を撮像する検査システムである。

カメラ移動機構９６は、レール部材９２を駆動してカメラ９４をＹ方向に移動させる。カメラ移動機構９６の具体的な構造は特に限定されないが、たとえばボールネジを例示することができる。カメラ移動機構９６は移動ロボット９０ａ、９０ｂの本体１０の下面などに設けられている。レール部材９２は１本または複数本のレールを含んで構成され、複数台の移動ロボット９０ａ、９０ｂの設置間隔、すなわち隣接する主桁１２０の配置間隔と同等またはこれよりも長く形成されている。カメラ移動機構９６としては、ボールネジのほか、ラックピニオンギアやワイヤドライブなどを用いてもよい。

図４から図１０を参照して、移動ロボット９０の車輪モジュール２０が垂直補剛材１５０などの障害物を退避する原理を説明する。

図４に示すように、移動ロボット９０は、幅方向（Ｙ方向）に対向する車輪モジュール２０ａ、２０ｄが主桁１２０の腹板１２２を挟む両側に設置される。かかる車輪モジュール２０ａ、２０ｄの位置を走行位置と呼称する。車輪モジュール２０ａ、２０ｄは、それぞれアーム部４０を介して本体１０に取り付けられている。車輪モジュール２０ａ、２０ｄは、アーム部４０に対して回転する回転基板部２２と、この回転基板部２２に取り付けられた車輪２６〜２８と、を備えている。車輪２６〜２８はモーター（図示せず）により同方向に回転駆動される。車輪２６〜２８は、共通のモーターのトルクを分配して付与されて回転駆動されてもよく、または個別にモーターを具備していてもよい。車輪２６〜２８はゴム材料などで作成され、下フランジ１３０の上面１３２に対して高いグリップ力（摩擦力）で接触する。

回転基板部２２は、アーム部４０に対して正逆両方向に回転自在に取り付けられている。すなわち、回転基板部２２はアーム部４０に対してフリーに回転する。車輪２６〜２８の車軸３０は、略三角形状の回転基板部２２の頂点位置の近傍にそれぞれ固定されている。このため、車輪モジュール２０ａ、２０ｄは、それぞれ車輪２６〜２８のうちの２個（たとえば車輪２６および２８）を下フランジ１３０の上面１３２に接触させた状態で安定する。この状態で車輪２６〜２８をモーターで回転駆動することで、移動ロボット９０は下フランジ１３０の上面１３２を走行する。ここでは、＋Ｘ方向に走行するものとする。

本実施形態の移動ロボット９０は、３式以上の車輪モジュール２０（２０ａ〜２０ｄ）を備えている（図１参照）。これらの３式以上の車輪モジュール２０（２０ａ〜２０ｄ）は、移動ロボット９０の走行方向の互いに異なる位置に配置されている。具体的には、図４に示すように、車輪モジュール２０ａは車輪モジュール２０ｄよりも走行方向の前方（＋Ｘ方向）に配置されている。

移動ロボット９０が＋Ｘ方向に前進すると、最初に車輪モジュール２０ａの車輪２６が垂直補剛材１５０に衝突する。移動ロボット９０は、以下のように垂直補剛材１５０を走破する。

図４で、車輪モジュール２０ａの車輪２６は垂直補剛材１５０に衝突してＸ方向への前進が規制され、上面１３２と垂直補剛材１５０の２点に接触した状態となって回転が一旦停止する（第一シーケンス）。かかる状態で、車輪２６および車輪２８が引き続きモーターから回転駆動力を受けることで、回転基板部２２がアーム部４０のまわりに回転する。

後述するように、車輪モジュール２０ａ、２０ｄの高さＨ（図１１参照）は下フランジ１３０の上面１３２から１５センチメートル以下であり、すなわち車輪モジュール２０ａがガセット底面１４４と干渉することなく回転基板部２２は回転軸２４まわりに回転する。これにより、図５に示す状態（第二シーケンス）となる。

図５に示す第二シーケンスでは、車輪２６および２７が垂直補剛材１５０の−Ｘ側の面に接触する。ここで、車輪モジュール２０ａは内向き（図４における＋Ｙ方向）に下り傾斜していることから、車輪２６および２７が回転駆動されることで車輪モジュール２０ａは垂直補剛材１５０に対して−Ｙ方向および＋Ｚ方向に変位して図６に示す状態（第三シーケンス）となる。

図６に示す第三シーケンスで、アーム部４０は少なくとも幅方向（−Ｙ方向）に弾性的に変位する。本実施形態のアーム部４０はバネ性を有する鋼材（板バネ）であり、アーム部４０自体が±Ｙ方向および±Ｚ方向に弾性変形する。これにより、車輪モジュール２０ａの車輪２７が垂直補剛材１５０を−Ｙ側に乗り越える。

図７に示す第四シーケンスでは、車輪２６および２７は垂直補剛材１５０を乗り越えた退避位置に遷移している。退避位置とは、車輪モジュール２０が垂直補剛材１５０や添接板１５４、１５５（図３参照）などの障害物を回避した位置であり、かつ移動ロボット９０が全体として走行可能な状態にあるときの車輪モジュール２０の位置である。

車輪モジュール２０ａが図７に示す退避位置にあるとき、他の車輪モジュール２０ｂ〜２０ｄ（図１参照）は下フランジ１３０の上面１３２に接しているため、移動ロボット９０は前進力を維持する。移動ロボット９０がさらに前進すると、回転基板部２２はさらに回転し、車輪２７および２８に続けて車輪２６が垂直補剛材１５０を−Ｙ側から乗り越えて、図８に示す（第五シーケンス）となる。

移動ロボット９０がさらに前進すると、垂直補剛材１５０を乗り越えた車輪２７が下フランジ１３０の上面１３２に当接する（図９：第六シーケンス）。そして、回転基板部２２がさらに回転して車輪２８が下フランジ１３０の上面１３２に接触し、以降は車輪２７および２８が回転して移動ロボット９０は走行する（図１０：第七シーケンス）。

以上説明した第一から第七シーケンスにおいて、車輪モジュール２０ａに対向する車輪モジュール２０ｄ、および他の車輪モジュール２０ｂ、２０ｃ（図１参照）は、下フランジ１３０の上面１３２に接触した状態を維持する。このため、移動ロボット９０は常に複数式（３式）の車輪モジュール２０で下フランジ１３０の上面１３２に接触しており、車輪モジュール２０ａが退避位置（図７）に遷移しても移動ロボット９０が下フランジ１３０から落下することはない。なお、本実施形態では、垂直補剛材１５０が下フランジ１３０の一方側（−Ｙ側）にのみ突出している態様を例示しているが、垂直補剛材１５０は下フランジ１３０の長手方向（Ｘ方向）の同位置において±Ｙ方向の両側に突出して設けられていてもよい。本実施形態の移動ロボット９０においては、車輪モジュール２０ａ〜２０ｄが走行方向の互いに異なる位置に配置されているため、複数式の車輪モジュール２０ａ〜２０ｄが同時に退避位置に遷移することがない。車輪モジュール２０ａと車輪モジュール２０ｄとの走行方向（Ｘ方向）の設置間隔は特に限定されないが、１０センチメートルから数十センチメートル程度とすることができる。垂直補剛材１５０が主桁１２０の腹板１２２の両側に、かつこの程度の間隔で互いにずれた位置に配置されていることは一般的にない。このため、腹板１２２の両側に立設された垂直補剛材１５０を車輪モジュール２０ａ、２０ｄが同時に乗り越えることは避けられる。

以上の説明では、車輪モジュール２０が垂直補剛材１５０を幅方向（Ｙ方向）の外側に回避する態様を説明したが、本実施形態の移動ロボット９０は腹板１２２に設けられた添接板１５５（図３参照）も容易に走破することができる。この場合、回転基板部２２を回転させることなく揺動させるだけで、車輪２６〜２８が添接板１５５の厚み分の段差を乗り越えることができる。また、本実施形態の移動ロボット９０は、下フランジ１３０の上面に設置された添接板１５４（図３参照）も同様に乗り越えることができる。すなわち、車輪モジュール２０は下フランジ１３０の上面１３２に対して斜めに傾斜しているため、幅方向のみならず上方（＋Ｚ方向）にも変位可能である。これにより、車輪モジュール２０の車輪２６〜２８は、走行位置（図４参照）から幅方向の外側に退避することなく添接板１５４を上方に乗り越えて走破することができる。

＜第二実施形態＞
図１１は、第二実施形態の移動ロボット９０を主桁１２０に装着した状態を示す正面図である。図１２は、第二実施形態の移動ロボット９０の車輪モジュール２０ａ、２０ｂおよびアーム部４０を示す斜視図である。車輪モジュール２０ｃ、２０ｄ（図１１参照）は、ＺＸ平面に関して対象である点を除き車輪モジュール２０ａ、２０ｂと共通する。

車輪モジュール２０ａ、２０ｂは主桁１２０の腹板１２２の一方側（−Ｙ側）に装着され、車輪モジュール２０ｃ、２０ｄは他方側（＋Ｙ側）に装着されている。車輪モジュール２０ａ、２０ｂと車輪モジュール２０ｃ、２０ｄとは互いに対向し、内向きに下り傾斜して配置されている。

回転基板部２２の回転軸２４は、移動ロボット９０の幅方向（±Ｙ方向）の内側に向かって斜め上方に延在しており、車輪２６〜２８の車軸３０は回転軸２４と平行である。以下、第一実施形態と共通する説明は適宜省略する。

車輪モジュール２０（２０ａ〜２０ｄ）は、下フランジ１３０の上面１３２に対して、３０度以上７５度以下の傾斜角度θにて傾斜して配置されている。車輪モジュール２０の高さＨは、下フランジ１３０の上面１３２から１５センチメートル以下である。これにより、車輪モジュール２０はガセットプレート１４２のガセット底面１４４よりも低位に設置される。なお、傾斜角度θとは、図１１に示す正面視における、上面１３２の法線と回転基板部２２との為す角であり、言い換えると回転基板部２２の回転軸２４と上面１３２との為す角である。傾斜角度θは、４５度を超えて６０度以下であることがさらに好ましい。これにより、移動ロボット９０の走行性能を過度に低下させることなく車輪モジュール２０が障害物を幅方向（Ｙ方向）の外側に変位して容易に退避することができる。

本実施形態の移動ロボット９０は、下フランジ１３０の側端面１３３に対して外方から当接するローラー１４を備えている。ローラー１４はＺ方向を回転軸として回動自在に保持されており、移動ロボット９０が下フランジ１３０に沿って走行することに伴って側端面１３３に接して回転する。ローラー１４は、本体１０の幅方向の両側に設けられたホルダ１２に保持されている。ローラー１４により下フランジ１３０の側方の両側に本体１０が支持されることで、移動ロボット９０は安定して走行することができる。また、車輪モジュール２０が退避位置（図７参照）に遷移する際に本体１０が幅方向に位置ずれすることがローラー１４により規制され、移動ロボット９０が下フランジ１３０から落下することが防止される。

本体１０には制御部７０および電源部７２が搭載されている。電源部７２は電池であり、制御部７０、モーター５０およびカメラ移動機構９６に給電する。制御部７０は、車輪モジュール２０ａ〜２０ｄがそれぞれ備える車輪２６〜２８の回転速度を調整して、車輪モジュール２０ａ、２０ｂと車輪モジュール２０ｃ、２０ｄが等速で走行するように制御する。これにより、本体１０がＺ軸まわりに回転することが防止される。また、上述したローラー１４が下フランジ１３０の両側の側端面１３３に当接していることで、本体１０がＺ軸まわりに回転することがさらに好適に防止される。

カメラ移動機構９６は本体１０の下面に取り付けられている。カメラ移動機構９６はボールネジおよびその駆動機構を含み、制御部７０により制御される。

車輪モジュール２０ａ〜２０ｄは、本体１０の取付部１１に取り付けられている。取付部１１の形状は特に限定されないが、本実施形態では取付部１１として回転基板部２２と平行に延在する傾斜面を例示する。

アーム部４０と本体１０とは弾性体（バネ）６０により連結されており、アーム部４０は本体１０に対して幅方向および上下方向に弾性的に変位可能に構成されている。アーム部４０自体は実質的に弾性変形せず、バネ６０が弾性変形することによりアーム部４０は本体１０に対して弾性的に変位する。弾性体（バネ）６０は、退避位置（図７参照）に遷移した車輪モジュール２０を走行位置（図４参照）に復位させる。

バネ６０の設置位置は特に限定されないが、本体１０（取付部１１）とアーム部４０との間に設けることができる。車輪モジュール２０ａ〜２０ｄを本体１０に対して個別にバネ６０で連結してもよい。バネ６０は、コイルバネでも空気バネでもよい。コイルバネを用いる場合、圧縮バネでも引張バネでもよい。本実施形態では車輪モジュール２０の自重により圧縮されて釣り合う圧縮バネをバネ６０として図示しているが、本発明はこれに限られない。本体１０とアーム部４０との間に架設された引張バネをバネ６０として用いてもよい。

本体１０（取付部１１）にはモーター５０が取り付けられている。モーター５０のモーターシャフト５１は車輪モジュール２０ａに向かって突出している。

移動ロボット９０は、幅方向の一方側の車輪モジュール２０ａ、２０ｂに回転力を付与する第一のモーター５０ａと、幅方向の他方側の車輪モジュール２０ｃ、２０ｄに回転力を付与する第二のモーター５０ｂとを備えている。制御部７０は、第一のモーター５０ａと第二のモーター５０ｂとを同期して駆動する。

上述したように、車輪モジュール２０ａ〜２０ｄは、移動ロボット９０の走行方向の互いに異なる位置に配置されている。本実施形態では、第一のモーター５０ａおよび第二のモーター５０ｂは本体１０に対して前後方向（Ｘ方向）の異なる位置に取り付けられ、具体的には＋Ｘ側から車輪モジュール２０ａ、２０ｄ、２０ｂ、２０ｃの順に配置されている。

図１２に示すように、車輪モジュール２０ａおよび２０ｂは、共通の第一ギア５２からトルクがドライブシャフト４２に分配されて車輪２６〜２８がそれぞれ駆動される。車輪モジュール２０ａ〜２０ｄは、第二ギア５３〜第四ギア５５をそれぞれ有している。第一ギア５２〜第四ギア５５はベベルギアである。第一ギア５２にはモーター５０のモーターシャフト５１（図１１参照）が装着されている。第二ギア５３は、車輪モジュール２０ａ、２０ｂのドライブシャフト４２の基端部にそれぞれ対向して設けられており、第一ギア５２と咬合して回転する。ドライブシャフト４２はアーム部４０の内部を延在しており、第二ギア５３の他端側に第三ギア５４（図１１参照）が形成されている。第四ギア５５は第三ギア５４と咬合し、回転基板部２２の回転軸２４と同軸で回転する。

車輪モジュール２０ａ〜２０ｄは、モーター５０のトルクを複数個の車輪２６〜２８に分配する複数個のギア５６（図１１参照）を有している。以上により、１個のモーター５０によって、車輪モジュール２０ａ、２０ｂの車輪２６〜２８を同時に駆動することができる。また、モーター５０の回転方向を逆転させることで車輪２６〜２８の回転方向は逆転するため、移動ロボット９０を前後両方向に任意に走行させることができる。

車輪２６〜２８は、回転基板部２２を挟む両側に配置されている。背面板２３は回転基板部２２と平行に離間して設置された任意形状の板材である。回転基板部２２と背面板２３とは支柱２５により複数箇所で連結されている。回転基板部２２と背面板２３は回転軸２４まわりに一体に回転する。車輪モジュール２０ａ〜２０ｄが下フランジ１３０の上面１３２に対して斜めに当接することで、車輪２６〜２８が上面１３２から受ける垂直抗力は回転基板部２２を面外変形させる向きに作用する。これに対し、回転基板部２２が背面板２３で補強されていることで回転基板部２２が撓むことが防止される。

アーム部４０は、第一ギア５２を中心に±Ｘ方向の両側に延在している。アーム部４０は、対向する２枚の長尺の板材であり、対向する内側に補強材４４が設けられている。補強材４４はアーム部４０のうち第一ギア５２に近接する基端側に配置されている。車輪モジュール２０ａ、２０ｂのアーム部４０は、ヒンジ４６によりＺＸ面内で互いに回転可能に連結されている。

ヒンジ４６の回転方向を捩り方向とする捩りバネを車輪モジュール２０ａ、２０ｂのアーム部４０同士の間に介挿してもよい。これにより、退避位置（図７参照）に遷移した一方の車輪モジュール２０（たとえば車輪モジュール２０ａ）を走行位置（図４参照）に弾性復元することができ、また当該一方の車輪モジュール２０（車輪モジュール２０ａ）が退避位置にあるときに他方の車輪モジュール２０（車輪モジュール２０ｂ）が下フランジ１３０に付勢されてグリップ力が増大する。このため、一部の車輪モジュール２０が下フランジ１３０の上面１３２から離間したときにも移動ロボット９０の前進力が低下することが抑制される。

図１３は、第二実施形態の画像撮影システム１０１を示す斜視図である。

本実施形態の画像撮影システム１０１は、１台の移動ロボット９０によりカメラ９４が駆動される点で第一実施形態の画像撮影システム１００（図３参照）と相違する。本実施形態の画像撮影システム１０１は、カメラ９４の自重に起因して移動ロボット９０に負荷されるモーメント荷重を相殺するカウンターウェイト９８を有している。カウンターウェイト９８は、移動ロボット９０を挟んでカメラ９４の反対側に設けられている。

本実施形態では、レール部材９２の一端側（−Ｙ側）にカメラ台９７、昇降機構９５およびカメラ９４が設けられ、他端側にカウンターウェイト９８が設けられている態様を例示する。ただし、カウンターウェイト９８は、レール部材９２とは異なる部材を介して本体１０に取り付けられていてもよい。

本実施形態のカメラ移動機構９６は、カメラ台９７を本体１０に対して±Ｙ方向に接離自在に駆動する。カメラ移動機構９６は、カメラ台９７を本体１０に近接駆動するのに伴ってカウンターウェイト９８を本体１０に接近させ、逆にカメラ台９７を本体１０から離間駆動するのに伴ってカウンターウェイト９８を本体１０から離間させる。これにより、レール部材９２を介して本体１０に負荷されるカメラ台９７、昇降機構９５およびカメラ９４のモーメント荷重をカウンターウェイト９８によって相殺する。

このように、移動ロボット９０は、第一実施形態の画像撮影システム１００（図３参照）のように複数台で対にして用いられてもよく、または第二実施形態の画像撮影システム１０１のように１台で用いられてもよい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。

たとえば上記実施形態では回転基板部２２がアーム部４０に対して回転自在であり、車輪２６が垂直補剛材１５０などの障害物に当接して前進が規制されることで回転基板部２２が自動的に回転する態様を例示したが、本発明はこれに限られない。車輪２６〜２８の走行方向（Ｘ方向）の前方に位置する障害物を検出する障害物センサを任意で備えてもよい。また、車輪２６〜２８の車軸３０の回転数を検知するセンサを設け、いずれかの車軸３０の回転が規制されたことを検知して回転基板部２２を回転させるように制御してもよい。

また、上記実施形態では車輪モジュール２０がそれぞれ複数個の車輪２６〜２８を備える態様を例示したが、本発明はこれに限られない。車輪モジュール２０は各１個の車輪で構成されてもよい。また、上記実施形態では４式の車輪モジュール２０（２０ａ〜２０ｄ）を設けることを例示したが、車輪モジュール２０は二式以上であればよく、これに限られない。

本発明の移動ロボット９０および画像撮影システム１００、１０１の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はない。複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）長尺構造物を下方支持する主桁が有する下フランジに沿って走行可能な移動ロボットであって、本体と、前記本体の幅方向の両側に対向して配置されて前記下フランジの上面を走行する複数式の車輪モジュールと、前記本体と前記車輪モジュールとを連結するアーム部と、前記車輪モジュールに回転力を付与するモーターと、を備え、対向する複数式の前記車輪モジュールは互いに内向きに下り傾斜して配置され、前記アーム部は少なくとも前記幅方向に弾性的に変位して、前記上面を走行する走行位置と、前記走行位置よりも前記幅方向の外側の退避位置と、に前記車輪モジュールを遷移させることを特徴とする移動ロボット。
（２）前記車輪モジュールが前記下フランジの前記上面に対して３０度以上７５度以下の角度で傾斜して配置され、前記車輪モジュールの高さが前記上面から１５センチメートル以下である上記（１）に記載の移動ロボット。
（３）３式以上の前記車輪モジュールを備え、前記３式以上の前記車輪モジュールが、走行方向の互いに異なる位置に配置されている上記（１）または（２）に記載の移動ロボット。
（４）前記アーム部と前記本体とが弾性体により連結されて前記アーム部が前記本体に対して前記幅方向および上下方向に弾性的に変位可能に構成されており、前記退避位置に遷移した前記車輪モジュールを前記走行位置に復位させる上記（１）から（３）のいずれか一項に記載の移動ロボット。
（５）幅方向の一方側の前記車輪モジュールに回転力を付与する第一の前記モーターと、幅方向の他方側の前記車輪モジュールに回転力を付与する第二の前記モーターと、第一の前記モーターと第二の前記モーターとを同期して駆動する制御部と、を備える上記（１）から（４）のいずれか一項に記載の移動ロボット。
（６）前記車輪モジュールが、前記本体に対して回転する回転基板部を有し、前記回転基板部の回転軸が前記幅方向の内側に向かって斜め上方に延在している上記（１）から（５）のいずれか一項に記載の移動ロボット。
（７）前記回転基板部が前記アーム部に対して正逆両方向に回転自在に取り付けられている上記（６）に記載の移動ロボット。
（８）前記車輪モジュールが、前記回転基板部に設けられた複数個の車輪を有し、前記車輪は、前記回転軸の周囲に多角形の頂点位置に配置され、前記車輪の車軸が前記回転基板部の回転軸と平行に設けられている上記（６）または（７）に記載の移動ロボット。
（９）前記車輪モジュールが、前記モーターのトルクを複数個の前記車輪に分配する複数個のギアを有する上記（８）に記載の移動ロボット。
（１０）上記（１）から（９）のいずれか一項に記載の移動ロボットを備える画像撮影システムであって、前記移動ロボットに取り付けられ、前記移動ロボットに対して少なくとも幅方向に突出して延在するレール部材と、前記レール部材に設置されるカメラと、前記レール部材に沿って前記カメラを移動させるカメラ移動機構と、を備える画像撮影システム。
（１１）複数台の前記移動ロボットを備え、前記レール部材が複数台の前記移動ロボットに亘って架設され、前記カメラが複数台の前記移動ロボットの間に配置される上記（１０）に記載の画像撮影システム。
（１２）前記移動ロボットを挟んで前記カメラの反対側に設けられて、前記カメラの自重に起因して前記移動ロボットに負荷されるモーメント荷重を相殺するカウンターウェイトを有する上記（１０）に記載の画像撮影システム。

１０ 本体
１１ 取付部
１２ ホルダ
１４ ローラー
２０、２０ａ〜２０ｄ 車輪モジュール
２２ 回転基板部
２３ 背面板
２４ 回転軸
２５ 支柱
２６〜２８ 車輪
３０ 車軸
４０ アーム部
４２ ドライブシャフト
４４ 補強材
４６ ヒンジ
５０、５０ａ、５０ｂ モーター
５１ モーターシャフト
５２ 第一ギア
５３ 第二ギア
５４ 第三ギア
５５ 第四ギア
５６ ギア
６０ バネ
７０ 制御部
７２ 電源部
９０、９０ａ、９０ｂ 移動ロボット
９２ レール部材
９４ カメラ
９５ 昇降機構
９６ カメラ移動機構
９７ カメラ台
９８ カウンターウェイト
１００、１０１ 画像撮影システム
１１０ 長尺構造物
１２０ 主桁
１２２ 腹板
１２４ ボルト
１２６ 上フランジ
１３０ 下フランジ
１３２ 上面
１３３ 側端面
１４０、１４０ａ、１４０ｂ 対傾構
１４２ ガセットプレート
１４４ ガセット底面
１５０ 垂直補剛材
１５２ 溶接部
１５４、１５５ 添接板
１５６ 水平補剛材
１６０ 縦桁
１８０ 桁構造
θ 傾斜角度
Ｈ 高さ

Claims (11)

1. 長尺構造物を下方支持する主桁が有する下フランジに沿って走行可能な移動ロボットであって、
   本体と、前記本体の幅方向の両側に対向して配置されて前記下フランジの上面を走行する複数式の車輪モジュールと、前記本体と前記車輪モジュールとを連結するアーム部と、前記車輪モジュールに回転力を付与するモーターと、を備え、
   対向する複数式の前記車輪モジュールは互いに内向きに下り傾斜して配置され、
   前記アーム部は少なくとも前記幅方向に弾性的に変位して、前記上面を走行する走行位置と、前記走行位置よりも前記幅方向の外側の退避位置と、に前記車輪モジュールを遷移させ、かつ、前記アーム部と前記本体とが弾性体により連結されて前記アーム部が前記本体に対して前記幅方向および上下方向に弾性的に変位可能に構成されており、前記退避位置に遷移した前記車輪モジュールを前記走行位置に復位させることを特徴とする移動ロボット。
2. 長尺構造物を下方支持する主桁が有する下フランジに沿って走行可能な移動ロボットであって、
   本体と、前記本体の幅方向の両側に対向して配置されて前記下フランジの上面を走行する複数式の車輪モジュールと、前記本体と前記車輪モジュールとを連結するアーム部と、前記車輪モジュールに回転力を付与するモーターと、を備え、
   対向する複数式の前記車輪モジュールは互いに内向きに下り傾斜して配置され、
   前記アーム部は少なくとも前記幅方向に弾性的に変位して、前記上面を走行する走行位置と、前記走行位置よりも前記幅方向の外側の退避位置と、に前記車輪モジュールを遷移させ、かつ、前記車輪モジュールが、前記本体に対して回転する回転基板部を有し、
   前記回転基板部の回転軸が前記幅方向の内側に向かって斜め上方に延在していることを特徴とする移動ロボット。
3. 前記回転基板部が前記アーム部に対して正逆両方向に回転自在に取り付けられている請求項２に記載の移動ロボット。
4. 前記車輪モジュールが、前記回転基板部に設けられた複数個の車輪を有し、
   前記車輪は、前記回転軸の周囲に多角形の頂点位置に配置され、前記車輪の車軸が前記回転基板部の回転軸と平行に設けられている請求項２または３に記載の移動ロボット。
5. 前記車輪モジュールが、前記モーターのトルクを複数個の前記車輪に分配する複数個のギアを有する請求項４に記載の移動ロボット。
6. 長尺構造物を下方支持する主桁が有する下フランジに沿って走行可能な移動ロボットであって、
   本体と、前記本体の幅方向の両側に配置されて前記下フランジの上面を走行する３式以上の車輪モジュールと、前記本体と３式以上の前記車輪モジュールとをそれぞれ連結するアーム部と、前記車輪モジュールに回転力を付与するモーターと、を備え、
   ３式以上の前記車輪モジュールは互いに内向きに下り傾斜して配置され、
   前記アーム部は少なくとも前記幅方向に弾性的に変位して、前記上面を走行する走行位置と、前記走行位置よりも前記幅方向の外側の退避位置と、に前記車輪モジュールを遷移させ、かつ
   ３式以上の前記車輪モジュールが、走行方向の互いに異なる３以上の位置にそれぞれ配置されており、１式の前記車輪モジュールが前記退避位置に遷移しているときに他の２式以上の前記車輪モジュールは前記走行位置にあって前記下フランジの前記上面に接していることを特徴とする移動ロボット。
7. 前記車輪モジュールが前記下フランジの前記上面に対して３０度以上７５度以下の角度で傾斜して配置され、前記車輪モジュールの高さが前記上面から１５センチメートル以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の移動ロボット。
8. 幅方向の一方側の前記車輪モジュールに回転力を付与する第一の前記モーターと、
   幅方向の他方側の前記車輪モジュールに回転力を付与する第二の前記モーターと、
   第一の前記モーターと第二の前記モーターとを同期して駆動する制御部と、を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の移動ロボット。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の移動ロボットを備える画像撮影システムであって、
   前記移動ロボットに取り付けられ、前記移動ロボットに対して少なくとも幅方向に突出して延在するレール部材と、
   前記レール部材に設置されるカメラと、
   前記レール部材に沿って前記カメラを移動させるカメラ移動機構と、を備える画像撮影システム。
10. 複数台の前記移動ロボットを備え、
    前記レール部材が複数台の前記移動ロボットに亘って架設され、前記カメラが複数台の前記移動ロボットの間に配置される請求項９に記載の画像撮影システム。
11. 前記移動ロボットを挟んで前記カメラの反対側に設けられて、前記カメラの自重に起因して前記移動ロボットに負荷されるモーメント荷重を相殺するカウンターウェイトを有する請求項９に記載の画像撮影システム。

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