JP6564903B2

JP6564903B2 - 作業ロボットシステム

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Publication number: JP6564903B2
Application number: JP2018074629A
Authority: JP
Inventors: ▲しん▼ 黎
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: CN106926253A; CN108312159A; CN108312159B; JP2018177215A

Description

本発明は、ロボット応用技術分野に属し、特に、作業能力を有する作業ロボットシステム及びその応用に関する。

現代科学技術の技術レベルが絶えず発展するにつれて、ロボットの応用が広くなってきている。公開番号がＣＮ１０４８０２８７２Ａである中国発明特許（特許文献１）には、クライミングロボットが開示される。該クライミングロボットＥは粗い作業面Ｃの表面を吸着しながら移動することができる。一般的に、クライミングロボットＥはパイプやワイヤＤを介して外部から持続的な動力が供給される。

中国特許出願公開公報第１０４８０２８７２号明細書

例えば、図１に示すように、クライミングロボットＥが鉛直面で清浄や吹き付けなどの作業を行う時、クライミングロボットＥと屋上Ｂの間の距離が１００メートルである場合、クライミングロボットＥは以下の問題がある。

（１）クライミングロボットＥ自身が貯水タンクや塗料タンクや制御部品（例えば、制御弁）を備える場合、クライミングロボットＥの重量が非常に重くなるので、大きな重力作用によりクライミングロボットＥが落ちることを招く。

（２）貯水タンクや塗料タンクなどの原料供給Ａが屋上Ｂに設けられる場合、水やペンキなどの原料がかなり長いチューブＤを介してクライミングロボットＥに輸送されなければならない。これによって、原料供給量についての制御が困難である。原料の制御部品（流量弁、圧力弁など）が屋上に設けられる場合、チューブ及びケーブルの長さ（例えば、１００メートル）により深刻な時間遅延をもたらすので、制御失効、不安定などの問題を起こす。そして、原料が長いチューブを介してクライミングロボットＥに輸送される時、長いチューブで極大のフリクションロスを生じ，延いてはロボットユニット側での圧力及び流量が不足になることを招く。また、原料の制御部品をクライミングロボットＥに設置すれば、クライミングロボットＥの重量が大幅に増加することになり、クライミングロボットＥに対して非常に不利である。

（３）動力供給Ａが屋上に設けられる場合、動力流（電流など）が非常に長いケーブルを介してロボットユニットに輸送されなければならなくなる。これによって、動力に対する制御が困難である。動力の制御部品（変圧器等）が屋上に設けられる場合、ケーブルの長さ（例えば、１００メートル）により深刻な時間遅延をもたらすので、制御不能、不安定等の問題を起こす。そして、動力流が長いケーブルを介してロボットユニットに輸送される場合、長いケーブルで極大のフリクションロスを生じ、延いてはクライミングロボットＥの動力が不足になることを招く。動力の制御部品をクライミングロボットＥに設置すれば、クライミングロボットＥの重量が大幅に増加することになり、クライミングロボットＥに対して非常に不利である。

（４）図２を例として、クライミングロボットＥを位置Ｘから位置Ｙまでに横移動すると、ケーブルＤの位置も相応に変更する。ケーブルＤの重量により横方向の引っ張り力がロボットユニットに付与される。つまり、クライミングロボットＥが位置Ｘから位置Ｙまで移動する場合、この移動に伴ってケーブルＤも移動しなければならない。ケーブルＤは非常に長いものであれば、その質量が重い。移動中のクライミングロボットＥにとって、ケーブルＤがとても大きな慣性負荷になり、クライミングロボットＥの運動性能に深刻な影響を及ぼす。そして、不測の横方向の引っ張り力を抵抗するために、クライミングロボットＥにおける吸着装置が、常に最大吸着力の状態で作業しなければならない。これにより、吸着装置のエネルギー消耗が大きすぎる。

（５）クライミングロボットＥと屋上供給設備Ａとを連結する長いケーブルＤが高空にかかる。図１に示すように、高空における激しい横風によりケーブルに作用力をかけることで、ケーブルが揺れる。そして、該作用力が、ケーブルＤによりクライミングロボットＥに直接的に作用し、クライミングロボットＥを横方向に引っ張る力を形成する（以下、横風引っ張り力という）。さらに、該横風引っ張り力が高空での横風の状態によって変更し、不安定で予測し難い作用力である。ケーブルＤが非常に長ければ（百メートル或いは百メートル以上）、該作用力がより一層大きくなり、クライミングロボットＥの安定性に深刻な影響を与える。

（６）作業を行う過程中で、クライミングロボットＥの移動に応じてケーブルＤを繰る必要がある。理想的な状況で、ケーブルＤが繰られる長さ及び速度は、クライミングロボットＥと屋上Ｂの供給ユニットＡとの相対位置に基づいて計算してよい。しかし、クライミングロボットＥと屋上の供給ユニットＡとの間の接続ケーブルＤは、両端が固定されたフレキシブルなラインの問題に係り、ケーブルＤが重力、横風作用力などの要素の影響を受け、そして、ケーブルＤが長いほど、影響が著しくなる。そこで、上述のフレキシブルなラインの問題が複雑になって、解決することが困難であり、延いてはロボットの移動によりケーブルＤの繰られる長さ及び速度を正確に制御し難いことを招く。ケーブルＤを繰ることが適宜ではなければ、クライミングロボットＥの移動に深刻な影響を与えずにはおかない。

本発明は、以上の課題を解決し、ロボットの荷重を軽くしつつ、ケーブルＤの影響を受けることの少ない作業ロボットシステムを提供することを目的とする。

本発明の作業ロボットシステムは、以下の構成を有している。
（１）作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、動力源を供給する動力供給装置を備え、作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数のロボットユニットと、供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、供給ステーションが接続ケーブルを介してロボットユニットに接続され、動力供給装置が接続ケーブルを介してロボットユニットに動力を供給し、ロボットユニットには、作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、ロボットユニットを作業面に吸着させるロボット吸着装置と、ロボットユニットを作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記供給ステーションと前記ロボットユニットが、着脱自在に係合されていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記供給ステーションは、前記供給ステーションを移動させる供給ステーション移動装置、及び前記供給ステーションを前記作業面に吸着させる供給ステーション吸着装置を有すること、を特徴とする。
（４）（１）乃至（３）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、前記ロボットユニットが複数であること、前記供給ステーションは、複数の前記ロボットユニットの各々に動力を供給するための動力分岐部を有すること、を特徴とする。

（５）（４）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記供給ステーションは、複数の前記ロボットユニットの各々に作業用流体を供給するための作業用流体分岐部を有すること、を特徴とする。
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、前記供給ステーションは、展開可能なアプローチスパンプレートを有すること、
前記アプローチスパンプレートは、展開状態にある場合、少なくとも一端面が作業面と接触し、前記ロボットユニットが、前記アプローチスパンプレート上を移動可能であること、を特徴とする。

（７）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、前記供給ステーションは、前記ロボットユニットを収容する回収カプセルを有し、
前記ロボットユニットは作業面から回収カプセルの内に移動して回収されると共に、前記回収カプセルの中から作業面に移動可能であること、を特徴とする。
（８）（６）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記アプローチスパンプレートは、前記ロボットユニットを収容する回収カプセルを有し、前記ロボットユニットは作業面から回収カプセルの内に移動して回収されると共に、前記回収カプセルの中から作業面に移動可能であること、を特徴とする。

（９）（７）または（８）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記回収カプセルは、前記ロボットユニットの落下を防ぐための落下防止装置を有すること、を特徴とする。
（１０）（１）乃至（９）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、前記ロボットユニットが、壁面清掃用装置を有し、前記作業面が建物の鉛直壁面や傾斜壁面であり、前記牽引装置が、建物の屋上に設置される巻き上げ機であり、前記巻き上げ機は吊りロープにより、供給ステーションを吊り下げ上下に移動させること、前記供給ステーションは、前記ロボットユニットに洗浄水を供給すること、を特徴とする。

（１１）（１）乃至（１０）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、前記ロボットユニットは、ＧＰＳ装置及び無線発信装置を有し、前記ＧＰＳ装置のＧＰＳ信号を、前記無線発信装置により遠隔コントロールシステムに発信すること、前記遠隔コントロールシステムは、受信した前記ＧＰＳ信号により、前記ロボットユニットの位置を確認し、前記ロボットユニットの移動を制御すること、を特徴とする。

従来技術と比べて、本発明の作業ロボットシステムは、単独の供給ステーションを設置することで、ロボットの実行装置とその駆動装置及び供給装置とを分離させるので、供給ステーションによりロボットに原料及びエネルギーを絶えずに供給し、ロボット側の重量及び体積を低減させ、その一回の作業時間を延ばし、作業効率及びロボットユニットの安定性、制御性を向上させることができ、エネルギー消耗の低下も可能である。

また、作業面に大きな凹部が存在する場合に、供給ステーション吸着装置の吸着力が低下するため、ロボットユニットが自重により落下する恐れがあった。
本発明では、アプローチスパンプレートが凹部を塞ぐことにより、ロボットユニットは、アプローチスパンプレートの表面上を移動できるため、供給ステーション吸着装置の吸着力が低下することがなく、ロボットユニットが自重により落下する恐れがない。
また、回収カプセルを有しているので、作業を行う作業面まで、ロボットユニットを収納した状態で供給ステーションを下降させ、その後ロボットユニットを回収カプセルから送り出すことができ、また、作業終了後も、ロボットユニットを回収カプセルに収納した状態で供給ステーションを上昇できるため、安全性を確保することができる。

従来のクライミングロボットの作業状況を示す概略図である。図１における従来のクライミングロボットの壁面での変位前後の状態を示す概略図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例１、実施例２及び実施例７の平面概略図である。図３における清浄ロボットの側面図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例３の使用状態を示す平面概略図である。本発明の作業ロボットシステムのアプローチスパンプレートの使用状態を示す側面図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例３における供給ステーションの使用状態を示す平面概略図である。本発明の作業ロボットシステムの別のアプローチスパンプレートの使用状態を示す側面図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例５における供給ステーションの使用状態を示す断面図である。図７における供給ステーションがアプローチスパンプレートを介して凸部障害物を通る状態を示す概略図である。図７における供給ステーションの主動輪が凸部障害物を通る状態を示す概略図である。図７における回収カプセルの断面概略図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例６の使用状態を示す側断面図である。本発明の作業ロボットシステムの実施例８の使用状態を示す側面図である。

本発明の解決しようとする技術課題、技術案及び優れた効果を明らかにするために、以下、図面及び実施例を結び付けて、本発明についてさらに詳しく説明する。ここに記載の具体的な実施例は本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではないと理解されるべきである。

（実施例１）
図３及び図４を参照すると、本発明の作業ロボットシステムの好ましい実施例は、移動可能な供給ステーション１と、複数のロボットユニット２と、供給ステーション１を牽引し移動させるための牽引装置６とを備える。屋上Ｂに設置された牽引装置６が供給ステーション１を牽引し移動させる。牽引装置６がロープ７により供給ステーション１を牽引する。上記供給ステーション１は自発的に移動する能力がないので、牽引装置６の牽引により移動する。本実施例では、牽引装置６により、供給ステーション１は、上下方向に移動するのみであるが、例えば、屋上Ｂにレールを敷設して、牽引装置６をレール上に移動可能な走行車上に載置すれば、図中横方向の移動も可能である。

供給ステーション１には動力供給システムが配置される。ロボットユニット２にはロボット駆動装置と、作業実行装置８（本実施例では、清掃用ブラシ）と、ロボット吸着装置４（吸着装置は、特許文献１で本発明者が提案したシステムを使用しているので、詳細な説明を省略する。）とロボット移動装置１３（４個の車輪）が配置される。供給ステーション１が接続ケーブル３により各ロボットユニット２にそれぞれ接続される。上記ロボット駆動装置はロボット移動装置１３を回転駆動することでロボットユニット２を作業面上で移動させる。上記動力供給システムは接続ケーブル３により各ロボットユニット２に動力流をそれぞれ供給する。ここで、動力流としては電源、高圧気源、液圧源および高圧水源等を含む。ロボット吸着装置４により、ロボットユニット２はその位置している作業面５に吸着されながら、作業面５を移動することができる。

複数のロボットユニット２が、鉛直面や傾斜面で移動したり作業してもいいし、天井で移動したり作業してもよい。供給ステーション１が複数のロボットユニット２に従って移動する。複数のロボットユニット２が供給ステーション１を中心とする範囲内において走行する。例えば、複数のロボットユニット２の作業実行装置８は撮像作業をする撮像機であってもいい。例えば、複数のロボットユニット２の作業実行装置は作業表面について探傷作業を実施する超音波探傷器であってもいい。

供給ステーション１には動力供給システムが配置される。動力供給システムは輸送ケーブル１４を介して下方或いは上方から持続的動力流を得るものである。図３に示す例において、動力供給システムが輸送ケーブル１４を介して下方（例えば、地上に配置された空気圧縮機等）から持続的動力流を得る。動力供給システム自体が、動力源、例えば、バッテリー等を具備してもいい。動力流が接続ケーブル３を介して動力源からロボットユニット２に輸送される。

例えば、超音波探傷器を使用する場合、作業実行装置は超音波プローブである。通常、超音波信号増幅部品及び記録処理部品が重いので、これらの重い部品が供給ステーション１に配置される。こうして、ロボットユニット２の重量を減少し、背景技術に記載の問題（１）を解決することができる。

また、作業面５である壁面の清浄を例とする場合、作業実行装置８はブラシ装置であり、壁面清浄のための洗浄水を提供する装置が原材料供給装置（ここでの原材料は洗浄水を指す）である。原材料供給装置は通常加圧ポンプ及び制御弁等の部品を含むため、重いものである。作業実行装置８をロボットユニット２に、原材料供給装置を供給ステーション１に設けている。輸送ケーブル１４には原材料の支管路が含まれ、洗浄水が供給ステーション１における原材料供給装置に輸送される。接続ケーブル３には原材料の支管路が含まれ、当該支管路を介して洗浄水がロボットユニット２における作業実行装置８に供給される。本実施例では、接続ケーブル３の長さを十数メートルとしている。その理由は、十数メートルの接続ケーブル３により原材料流を輸送する場合、著しい時間遅れ及びフリクションロスをもたらさないので、原材料流の十分供給及び有効制御を確保することができるからである。これによって背景技術に記載の問題（２）を解決することができる。

本実施例では、供給ステーション１の動力供給システムが接続ケーブル３によりロボットユニット２に動力流を提供する。接続ケーブル３の長さが通常十数メートルしかないので、十数メートルの接続ケーブルで動力流を輸送する場合、著しい時間遅れ及びフリクションロスをもたらさないので、動力流の十分供給及び有効制御を確保することができる。これによって背景技術に記載の問題（３）を解決することができる。

そして、ロボットユニット２は移動の際に十数メートルの接続ケーブル３だけを牽引すればいい。これは、ロボットユニット２にとって軽い慣性負荷に過ぎず、ロボットユニット２の移動性に影響を与えない。よって、背景技術に記載の問題（４）を解決することができる。

（実施例２）
図３及び図４を参照すると、実施例１の変形例として、供給ステーション１に供給ステーション吸着装置及び供給ステーション移動装置（図３に示されていない）が更に配置される。高空作業の場合、供給ステーション１を吊るすためのロープ７は数十メートル、乃至百メートルの長さに達する場合がある。高空における激しい横風によりロープ７に作用力が付加された結果、ロープ７が揺れ、延いては供給ステーション１が揺れることになる。揺れている供給ステーション１が接続ケーブル３によりロボットユニット２を引っ張るので、ロボットユニット２の安定性に深刻な影響を与える場合がある。
上記供給ステーション移動装置は複数の車輪を含む。供給ステーション吸着装置（ロボットユニット２の吸着装置と原理は同じであるが大型で強力な吸着力を有する。）により供給ステーション１を作業面に吸着することで、供給ステーション移動装置の車輪と作業面との間に接触及び摩擦力が発生する。この追加された摩擦力によりロープ７による横風引っ張り力に抗するため、想定外の強い横風が吹いても、引っ張り力が接続ケーブル３に伝達されず、ロボットユニット２にも伝達されない。これによって、予測できない横風引っ張り力による影響を解消し、ロボットユニット２の安定性を確保することできる。予測できない横風引っ張り力による影響が解消されたので、ロボットユニット２の吸着装置４が常に最大吸着力の状態で作業する必要はないので、吸着装置４のエネルギー消耗が小さくなる。これにより、背景技術に記載の問題（５）がよく解消される。

本実施例では、上記供給ステーション吸着装置により供給ステーション１が作業面において吸着されるので、横風引っ張り力等のランダム変化する外力が供給ステーション１と作業面との間の摩擦力により相殺される。このため、ロボットユニット２と供給ステーション１と接続ケーブル３とからなる両端が固定されたフレキシブルなラインの問題が簡単になり、ロボットユニット２が接続ケーブル３の長さ範囲内において自由に移動できる。これにより、背景技術に記載の問題（６）がよく解消される。

（実施例３）
図５は、実施例２の変形例である。上記供給ステーション１には供給ステーション移動装置及び供給ステーション吸着装置（図には示されていない）が配置される。上記供給ステーション移動装置は複数の車輪を含む。上記供給ステーション１に一つのアプローチスパンプレート１５が設置されている。アプローチスパンプレート１５は、その少なくとも一部が収納展開可能（回転軸１５ｃを中心に回転可能である。）に供給ステーション１に設置されている。本実施例では、図６に示すように、アプローチスパンプレート１５は、折り曲げ部分により側面部１５ｂと底面部１５ａに分かれている。回転軸１５ｃには、回転駆動用のモータが取り付けられている。折り曲げられた底面部１５ａは、作業面５にほぼ全面接触している。
アプローチスパンプレート１５が展開状態にある場合、アプローチスパンプレート１５の少なくとも一方の側辺（底面部１５ａ）が作業面に置かれ、当該一方の側辺から上記ロボットユニット２がアプローチスパンプレート１５に移動し、他方の側辺からアプローチスパンプレート１５に移出する。図６に示すように、供給ステーション１には一つのアプローチスパンプレート１５が設置される。アプローチスパンプレート１５は一方の側辺が供給ステーション１に回転軸１５ｃを中心にして回動可能に取り付けられ、当該側辺を軸線にして収納展開可能に回動する。アプローチスパンプレート１５が展開状態にある場合、アプローチスパンプレート１５の折り曲げられた平面部は、作業面５に存在する凹部である溝Ｆを跨いで位置している。

図６に示すように、アプローチスパンプレート１５の複数の側辺が作業面５に接触する。図５における２本の点線Ｇに示す移動路線の通り、ロボットユニット２がアプローチスパンプレート１５の一方の側辺からアプローチスパンプレート１５に移動し、他方の一つの側辺からアプローチスパンプレート１５に移出する。これにより、ロボットユニット２は、落下することなく、溝Ｆを乗り越えることができる。
ロボットユニット２が溝Ｆを乗り越えた後、アプローチスパンプレート１５がある角度回動して収納状態になり、アプローチスパンプレート１５の側辺が作業面５から離れて、供給ステーション１が移動する場合にアプローチスパンプレート１５の側辺と作業面５に摩擦を発生することを避ける。

本実施例は、作業面に深くて幅広い溝Ｆや段差（例えば、多くのビルにある内陥の装飾溝）がある場合に適用する。なぜなら、作業面５が溝Ｆや段差部により不連続になる場合、実施例１及び実施例２のロボットユニット２が溝Ｆや段差部を乗り越えることができず、作業を行うことができないからである。これに対して、本実施例では、アプローチスパンプレート１５の橋渡し作用により、ロボットユニット２を溝Ｆや段差部の他方側の作業面５に移動することで、ロボットユニット２の連続作業を実現することができる。

（実施例４）
実施例４は実施例３の変形例であり、具体的に図７及び図８を参照する。図７における供給ステーション１には左右方向及び下方向に３個のアプローチスパンプレート１５が設置されている。アプローチスパンプレート１５はその一方側が供給ステーション１に回転軸１５ｃを中心として回転可能に取り付けられ、回転軸１５ｃを中心に回転することで、収納及び展開をすることができる。実施例３と相違するのは、アプローチスパンプレート１５が折り曲げ部を有していない点である。この場合には、ロボットユニット２は、１個のアプローチスパンプレート１５により供給ステーション１の上面に乗り上げ、その後他のアプローチスパンプレート１５により供給ステーション１から降りることになる。
アプローチスパンプレート１５が展開状態にある場合、アプローチスパンプレート１５の他方側が作業面５と接触する。図７における点線に示す移動路線の通り、ロボットユニット２が一つのアプローチスパンプレート１５に移動し、そしてもう一つのアプローチスパンプレートから移出する。ロボットユニット２が溝Ｆを乗り越えた後、アプローチスパンプレート１５がある角度回動して収納状態になることで、アプローチスパンプレート１５の側辺が作業面５から離れ、これによって、供給ステーション１が移動する場合にアプローチスパンプレート１５の側辺と作業面５との間に摩擦を生じることを避ける。

本実施例では、アプローチスパンプレート１５による橋渡し作用により、ロボットユニット２を作業面に存在する溝Ｆや段差部の他方の側の作業面に移動することができるため、ロボットユニット２の連続作業を達成でき、作業時間を短縮することができる。

（実施例５）
図９に示すように、実施例５は、実施例２のもう一つの変形例である。図９は、供給ステーション１の断面図である。上記供給ステーション１には供給ステーション移動装置及び供給ステーション吸着装置が配置される。上記供給ステーション移動装置が複数の車輪１７を備える。上記供給ステーション１には、少なくとも一つのロボットユニット２を収納する回収カプセル１６が配置され、上記ロボットユニット２が作業面５から回収カプセル１６内に移動して回収され、或いは回収カプセル１６の中から作業面５に移動することができる。上記回収カプセル１６の外側部に、収納・展開可能に構成されるアプローチスパンプレート１５が設置される。展開状態にある場合、アプローチスパンプレート１５の少なくとも一方の側辺が作業面５上に置かれ、作業面５と接触する。上記ロボットユニット２がアプローチスパンプレート１５により回収カプセル１６内に移動する。回収カプセル１６が作業面に非常に近くするように設置される場合、アプローチスパンプレート１５が必要なく、ロボットユニット２が直接的に回収カプセル１６に入ることができる。

本実施例は、作業面に深くて幅広い溝Ｆがある場合だけでなく、作業面に凸部Ｇがある場合にも適当である。本実施例における障害物を越える作業原理は具体的に以下の通りである。
回収カプセル１６のアプローチスパンプレート１５が展開状態にあり、アプローチスパンプレート１５の一方の側辺が作業表面と接触する。ロボットユニット２がアプローチスパンプレート１５により供給ステーション１の回収カプセル１６に移動した後、アプローチスパンプレート１５が収納され、収納状態になる。ロボットユニット２を載せている供給ステーション１は、牽引装置及び供給ステーション移動装置により、溝Ｆや凸部Ｇ等の障害物を乗り越える作業を完成する。
図１０に示すように、凸部Ｈである障害物の高さが供給ステーション移動装置の車輪１７の半径よりも小さい場合、車輪１７が非駆動輪である従動輪であってもよい。凸部Ｇである障害物の高さが供給ステーション移動装置の車輪１７の半径よりも大きい場合、車輪１７が駆動可能な主動輪でなければならない。図１１に示すように、主動輪と凸部Ｇとの間に摩擦力を発生することで、供給ステーション１に凸部Ｇである障害物を乗り越えさせることができる。供給ステーション１が凸部Ｇである障害物を乗り越えた後、アプローチスパンプレート１５が再び展開して、ロボットユニット２が作業表面に移動し、引き続き作業する。

実施例３及び実施例４における橋渡し案は、ロボットユニット２に凹陷溝Ｆである障害物を乗り越えさせることができる一方、以下の二つの場合において効果を出せない。（１）溝Ｆがかなり幅広い場合（例えば、幅５メートルの溝）、橋渡し案は少なくとも５メートル長さのアプローチスパンプレート１５が必要である。しかし、長さ５メートルのアプローチスパンプレート１５が供給ステーション１にとって大きすぎ、供給ステーション１のサイズ及び重量を大幅に増加せずにはおかない。（２）ロボットシステムがかなり高い凸部Ｈである障害物を乗り越えようとすると、図１０に示すように、橋渡し案におけるアプローチスパンプレート１５が凸部Ｈ障害物により上げられてしまって、アプローチスパンプレート１５の側辺が作業表面と接触することができず、よって、ロボットユニット２がアプローチスパンプレート１５に移入・移出することができない。本実施例に係る上記方案により上述の二つの問題をよく解決することができる。

また、回収カプセル１６には、さらに制御可能な位置決め装置（図面に示さない）が配置されてもよい。ロボットユニット２が回収カプセル１６に入った後、位置決め装置をオンにして、ロボットユニット２が回収カプセルの内に制限される。そうすると、供給ステーション１の移動過程中で、ロボットユニット２が回収カプセル１６から落ちてしまうことがなく、ロボットユニット２の安全を確保することができる。例えば、図１２に示すように、位置決め装置２０はソレノイド２１により駆動された一つのノックピン２２であってもよく、ノックピン２２が伸出することにより位置制限を実現する。

（実施例６）
図１３に示す実施例は、実施例５の変形例である。図１３は、供給ステーション１の平面断面図である。回収カプセル１６がアプローチスパンプレート１５の上に設置される。ロボットユニット２を回収する時、アプローチスパンプレート１５及び回収カプセル１６を一緒に展開し、アプローチスパンプレート１５の一端を作業表面と接触させる。

（実施例７）
図３と図４を同時に参照すると、本発明の一つの特別な応用として、ロボットシステムを建物壁面清掃分野に応用する。複数のロボットユニット２が壁面清掃ロボットとして、作業実行装置８が壁面清掃装置として用いられる。複数のロボットユニット２の走行作業面５は鉛直或いは傾斜の建物壁面であり、牽引装置６は巻き上げ機を含む。本実施例では、供給ステーション１及び複数のロボットユニット２の走行表面は建物壁面である作業面５である。上記建物トップ部Ｂに配置される巻き上げ機は、吊りロープ７により、供給ステーション１を作業面５に沿って上下に移動するように牽引する。複数のロボットユニット２が、建物壁面である作業面５に対して洗浄作業を行う壁面清掃ロボットであり、該壁面清掃ロボットに清掃用ブラシ８が設置される。複数のロボットユニット２がその吸着装置４により作業面５に吸着されながら走行する。供給ステーション１には給水源（図には示さず）が設置される。給水源は、供給ステーション１に設置される貯水タンクや加圧水ポンプであってもよく、加圧水ポンプにより貯水タンク中の水が加圧されてロボットユニット２に輸送される。また、給水源は、原材料輸送管路により外部（例えば、屋上）から加圧水源を持続的に得た後、供給ステーション１における原材料中継管路を介して該水源をロボットユニット２に輸送するように構成されてもよい。接続ケーブル３は、分岐路動力ケーブル及び分岐路水管を含み、供給ステーション１が分岐路水管を介してそれぞれのロボットユニット２に清潔水を供給する。

複数のロボットユニット２には、さらに撮像装置９及びロボット無線測距信号ステーション１０が配置される。上記撮像装置９が撮った映像は無線発信装置により遠隔コントロールシステムに発信され、操作員の監視とコントロールを補助的に用いられる。上記建物には、ロボット無線測距信号ステーション１０と通信する若干の無線定位装置（ＧＰＳ装置）１１が設置され、無線定位装置１１のＧＰＳ信号によりロボットユニット２の位置の取得に用いられる。
ロボットユニット２は、ＧＰＳ装置及び無線発信装置を有し、ＧＰＳ装置のＧＰＳ信号を、無線発信装置により遠隔コントロールシステムに発信すること、遠隔コントロールシステムは、受信したＧＰＳ信号により、ロボットユニット２の位置を確認し、ロボットユニット２の移動を制御することができる。

（実施例８）
実施例５と実施例６では、ロボットユニットを供給ステーションに収納して一体になるように構成されている。しかし、回収カプセルとアプローチスパンプレートの設計により供給ステーションの構造が複雑になり、重量が増えてしまう。本実施例は変形の実施形態を提供する。供給ステーションとロボットユニットに互いに接続する機構が設置されている。互いに接続する機構によって供給ステーション１とロボットユニット２５を互いに接続・脱離させることができる。図１４は設計の一例である。供給ステーション１に回動可能なフック１８が設置され、ロボットユニット２５にフックリング２６が設置されている。ロボットユニット２５が供給ステーションに近接した時、フック１８が回動してフックリング２６に掛けて、供給ステーション１とロボットユニット２５を互いに接続させる。互いに接続している状態では、供給ステーション１がロボットユニット２５を連れて窪んだ溝Ｆを通ることができ、ロボットユニット２５が動力を失う場合又は故障があった場合においてもロボットユニット２５を落とさないように確保することができる。互いに接続する機構は様々な設計形態がある。もう１つの例を挙げると、ロボットユニット２５にフックが設置されていると共に、供給ステーション１にフックリングが設置されている。更に例を挙げると、供給ステーション１とロボットユニット２５とのそれぞれに磁性吸着部材が設置されており、磁性吸着により互いに接続させる。この実施例によれば、ロボットユニット２５を供給ステーション１に搭載する必要がないため、供給ステーション１の構造を簡略化できると共に、軽量化することができる。

第１から第７実施例によれば、次のような作用・効果を奏する。
（１）作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、動力源を供給する動力供給装置を備え、作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数のロボットユニットと、供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、供給ステーションが接続ケーブルを介してロボットユニットに接続され、動力供給装置が接続ケーブルを介してロボットユニットに動力を供給し、ロボットユニットには、作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、ロボットユニットを作業面に吸着させるロボット吸着装置と、ロボットユニットを作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、を特徴とするので、単独の供給ステーション１を設置することで、ロボットユニット２の実行装置とその駆動装置及び供給装置とを分離させるので、供給ステーション１によりロボットユニット２に原料及びエネルギーを絶えずに供給し、ロボット側の重量及び体積を低減させ、その一回の作業時間を延ばし、作業効率及びロボットユニットの安定性、制御性を向上させることができ、エネルギー消耗の低下も可能である。

（２）（１）に記載する作業ロボットシステムにおいて、供給ステーション１とロボットユニット２５が、着脱自在に係合されていること、を特徴とするので、ロボットユニット２５を供給ステーション１に搭載する必要がないため、供給ステーション１の構造を簡略化でき、かつ供給ステーション１を軽量化できる。

（３）（１）または（２）に記載する作業ロボットシステムにおいて、供給ステーション１は、供給ステーション１を移動させる供給ステーション移動装置、及び供給ステーション１を作業面に吸着させる供給ステーション吸着装置を有すること、を特徴とするので、強い横風が吹いた場合でも、供給ステーション１自体が壁面に吸着しているため、ロボットユニット２が安定して作業することができる。

（４）（１）乃至（３）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、ロボットユニット２が複数であること、供給ステーション１は、複数のロボットユニット２の各々に動力を供給するための動力分岐部を有すること、を特徴とするので、作業面積に対するロボットユニット２の個数を増加できるため、作業時間を大幅に短縮することができる。

（５）（４）に記載する作業ロボットシステムにおいて、供給ステーション１は、複数のロボットユニット２の各々に作業用流体を供給するための作業用流体分岐部を有すること、を特徴とするので、複数のロボットユニット２に対する作業用流体の供給を効率よくでき、余分な配管等を減らすことができるため、全体の構成を単純化してコストを低減することができる。

（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、供給ステーション１は、展開可能なアプローチスパンプレート１５を有すること、アプローチスパンプレート１５は、展開状態にある場合、少なくとも一端面が作業面と接触し、ロボットユニット２が、アプローチスパンプレート１５上を移動可能であること、を特徴とするので、作業面５に溝Ｆが存在する場合でも、落下することなくロボットユニット２を溝Ｆの反対側に移動させることができる。

（７）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、供給ステーション１は、ロボットユニット２を収容する回収カプセル１６を有し、ロボットユニット２は作業面から回収カプセル１６の内に移動して回収されると共に、回収カプセル１６の中から作業面に移動可能であること、を特徴とするので、ロボットユニット２を長い距離移動させる場合等に、短時間で安全に移動させることができる。

（８）（６）に記載する作業ロボットシステムにおいて、前記アプローチスパンプレートは、前記ロボットユニットを収容する回収カプセルを有し、前記ロボットユニットは作業面から回収カプセルの内に移動して回収されると共に、前記回収カプセルの中から作業面に移動可能であること、を特徴とするので、ロボットユニット２の移動を容易に行うことができる。

（９）（７）または（８）に記載する作業ロボットシステムにおいて、回収カプセル１６は、ロボットユニット２の落下を防ぐための落下防止装置を有すること、を特徴とするので、供給ステーションを移動させている途中で、ロボットユニット２が回収カプセル１６から脱落することがなく、安全に供給ステーション１を移動することができる。

（１０）（１）乃至（９）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、ロボットユニット２が、壁面清掃用装置を有し、作業面５が建物の鉛直壁面や傾斜壁面であり、牽引装置６が、建物の屋上に設置される巻き上げ機であり、巻き上げ機は吊りロープにより、供給ステーション１を吊り下げ上下に移動させること、供給ステーション１は、ロボットユニット２に洗浄水を供給すること、を特徴とするので、ビル等の外壁を効率的に清掃、洗浄することができる。

（１１）（１）乃至（１０）に記載するいずれか１つの作業ロボットシステムにおいて、ロボットユニット２は、ＧＰＳ装置及び無線発信装置を有し、ＧＰＳ装置のＧＰＳ信号を、無線発信装置により遠隔コントロールシステムに発信すること、遠隔コントロールシステムは、受信した前記ＧＰＳ信号により、ロボットユニットの位置を確認し、ロボットユニットの移動を制御すること、を特徴とするので、常時監視していなくても、作業対処の区画を指定しておけば、供給ステーション１及びロボットユニット２を自動的に移動して指定区画内の作業を行うことができる。

上記の内容は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではない。本発明の主旨及び原則の範囲内で修改、等同置換や改良等を行って得たものは、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。

Claims

作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記供給ステーションと前記ロボットユニットが、着脱自在に係合されていること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記供給ステーションは、前記供給ステーションを移動させる供給ステーション移動装置、及び前記供給ステーションを前記作業面に吸着させる供給ステーション吸着装置を有すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
請求項１または請求項２に記載する作業ロボットシステムにおいて、
前記ロボットユニットが複数であること、
前記供給ステーションは、複数の前記ロボットユニットの各々に動力を供給するための動力分岐部を有すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記ロボットユニットが複数であること、
前記供給ステーションは、複数の前記ロボットユニットの各々に動力を供給するための動力分岐部を有すること、
前記供給ステーションは、複数の前記ロボットユニットの各々に作業用流体を供給するための作業用流体分岐部を有すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記供給ステーションは、展開可能なアプローチスパンプレートを有すること、
前記アプローチスパンプレートは、展開状態にある場合、少なくとも一端面が作業面と接触し、前記ロボットユニットが、前記アプローチスパンプレート上を移動可能であること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
請求項５に記載する作業ロボットシステムにおいて、
前記アプローチスパンプレートは、前記ロボットユニットを収容する回収カプセルを有
し、
前記ロボットユニットは作業面から回収カプセルの内に移動して回収されると共に、前記回収カプセルの中から作業面に移動可能であること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記供給ステーションは、前記ロボットユニットを収容する回収カプセルを有し、
前記ロボットユニットは作業面から回収カプセルの内に移動して回収されると共に、前記回収カプセルの中から作業面に移動可能であること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
請求項６または請求項７に記載する作業ロボットシステムにおいて、
前記回収カプセルは、前記ロボットユニットの落下を防ぐための落下防止装置を有すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記ロボットユニットが、壁面清掃用装置を有し、
前記作業面が建物の鉛直壁面や傾斜壁面であり、前記牽引装置が、建物の屋上に設置される巻き上げ機であり、前記巻き上げ機は吊りロープにより、供給ステーションを吊り下げ上下に移動させること、
前記供給ステーションは、前記ロボットユニットに洗浄水を供給すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。
作業面上を移動して、前記作業面に対して所定の作業を行うロボットユニットを有する作業ロボットシステムにおいて、
動力源を供給する動力供給装置を備え、前記作業面上を移動可能な供給ステーションと、１台または複数の前記ロボットユニットと、前記供給ステーションを牽引して移動させる牽引装置を有すること、
前記供給ステーションが接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに接続され、前記動力供給装置が前記接続ケーブルを介して前記ロボットユニットに動力を供給し、前記ロボットユニットには、前記作業面に対して所定の作業を行う作業実行装置と、前記ロボットユニットを前記作業面に吸着させるロボット吸着装置と、前記ロボットユニットを前記作業面上を移動させるロボット移動装置を有すること、
前記ロボットユニットは、ＧＰＳ装置及び無線発信装置を有し、
前記ＧＰＳ装置のＧＰＳ信号を、前記無線発信装置により遠隔コントロールシステムに発信すること、
前記遠隔コントロールシステムは、受信した前記ＧＰＳ信号により、前記ロボットユニットの位置を確認し、前記ロボットユニットの移動を制御すること、
を特徴とする作業ロボットシステム。