JP6718586B2 - Unmanned work vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車に関する。
BACKGROUND OF THE
近年、月面や災害現場等、作業者が直接赴くことが難しい又は不可能な場所では、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車が利用される。無人作業車は、作業目的に応じて構成又は構造が大きく異なるが、例えば特許文献1又は特許文献2に見られるように、各種作業を担うマニュピュレータ(ロボットアーム)を搭載し、多数の車輪(特許文献1)又はクローラ(特許文献2)により移動自在に構成される。
2. Description of the Related Art In recent years, unmanned work vehicles that perform various tasks while moving by autonomous driving or remote control by wire or wireless are used in places where it is difficult or impossible for workers to go directly, such as the moon and disaster sites. The unmanned work vehicle has a configuration or a structure that greatly differs depending on the work purpose, but as shown in, for example,
特許文献1は、車体の前部及び後部に駆動輪を備えた無人作業車(走行ロボット)を開示する(特許文献1・[請求項1])。前部の駆動輪は、サスペンションアームに対して前後方向に揺動する(ピッチ軸回りに回動する)支持脚に支持される。サスペンションアームは、車体に対して左右方向に揺動する(ロール軸回りに回動する)。後部の駆動輪は、支持脚に対して前後方向に揺動する旋回脚に支持される。支持脚は、車体に対して前後方向に揺動する。特許文献1が開示する無人作業車は、月面探査に好適な自立駆動型(特許文献1・[0001])で、前部の駆動輪を垂直軸回りに回動させて方向転換する(特許文献1・[0025])。
特許文献2は、左右のクローラを備えた無人作業車(自走型探査及び作業ロボット)を開示する(特許文献2・[請求項1])。マニュピレータは、ロボットハンドとCCDカメラとを有し、前記ロボットハンドにより餌器を設置又は回収し、前記CCDカメラにより撮影画像を探査画像としてホストコンピュータに送る(特許文献2・[0022])。特許文献2が開示する無人作業車は、シロアリ等の駆除に利用する自立駆動型(特許文献2・[0001])で、左右のクローラを逆回転させることにより、その場で方向転換できる(特許文献1・[0014])。
無人作業車において、走行手段として車輪又はクローラのいずれを採用するのかの違いは、使用場所や要求される仕様の違いによる。ここで、走行手段としてクローラを用いた無人作業車は、左右のクローラを逆回転させて、その場で方向転換できる利点がある(特許文献2参照)。走行手段として車輪を用いた無人作業車も、全車輪が駆動輪であれば、同様に左右の車輪を逆回転させて、その場で方向転換させることができると考えられる。 In the unmanned work vehicle, the difference in whether the wheel or the crawler is adopted as the traveling means depends on the place of use and the required specifications. Here, the unmanned work vehicle using the crawler as the traveling means has an advantage that the right and left crawlers can be reversely rotated to change the direction on the spot (see Patent Document 2). It is considered that even an unmanned work vehicle using wheels as a traveling means can similarly reversely rotate the left and right wheels and change the direction on the spot if all the wheels are drive wheels.
しかし、無人作業車が、左右の車輪やクローラを逆回転させてその場で方向転換する場合、接地面の性状や凹凸又は傾斜が問題となる。例えば接地面が軟弱地盤(ぬかるみ等)や砂地(月面等)である場合、左右の車輪やクローラを逆回転させると、接地面に潜ってしまい、潜った位置からの脱出が困難で、最悪そのまま動けなくなる問題がある。また、接地面に凹凸(災害現場等)又は傾斜(法面等)がある場合、左右の車輪やクローラを逆回転させると、無人作業車の姿勢を不安定にして、最悪転倒させてしまう問題がある。 However, when the unmanned work vehicle reversely rotates the left and right wheels and crawlers and changes the direction on the spot, the property of the ground contact surface, unevenness or inclination becomes a problem. For example, if the ground contact surface is soft ground (such as muddy ground) or sandy ground (such as the moon surface), rotating the left and right wheels or crawlers in the opposite direction will cause it to dive into the ground contact surface, making it difficult to escape from the position where it dipped. There is a problem of being stuck. In addition, when the ground contact surface has unevenness (disaster site etc.) or inclination (slope etc.), rotating the left and right wheels or crawlers in reverse makes the unmanned work vehicle instable and causes the unmanned work vehicle to topple over. There is.
このように、無人作業車は、走行手段が車輪又はクローラのいずれであっても、その場での方向転換させることができるものの、左右の車輪又はクローラを逆回転させてその場で方向転換すると、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまう問題を発生させる。そこで、走行手段として車輪又はクローラを問わず、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまうことなく、その場で方向転換できる無人作業車を開発するため、検討した。 As described above, the unmanned work vehicle can change the direction on the spot regardless of whether the traveling means is the wheel or the crawler, but if the left and right wheels or the crawler are reversely rotated, the direction can be changed on the spot. , Making the movement difficult or impossible, or causing a fall. Therefore, in order to develop an unmanned work vehicle which can turn on the spot without making the movement difficult or impossible or tipping over, regardless of whether the vehicle is a wheel or a crawler as a traveling means, an investigation was conducted.
検討の結果開発したものが、自律駆動又は有線若しくは無線による遠隔操作により、移動しながら各種作業をこなす無人作業車において、左右それぞれに車輪又はクローラを有する走行本体と、各種作業を担う作業本体とから構成され、作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在であり、多数の関節により屈曲自在で、接地端を接地させた際に接地しない作業アタッチメントを設けてマニュピレータを兼ねた支持脚を3本以上設けてなり、作業本体の旋回中心から走行本体の最も離れた部位を囲む走行本体の旋回範囲の外側で全支持脚の接地端を接地させ、前記全支持脚それぞれの屈曲状態を制御して作業本体を持ち上げることにより、走行本体の車輪又はクローラを接地面から離し、作業本体に対して走行本体を水平旋回させて前記走行本体を方向転換させることを特徴とする無人作業車である。 In the unmanned work vehicle, which was developed as a result of the examination, performs various work while moving by autonomous driving or remote control by wire or wireless, a running body having wheels or crawlers on each of the left and right sides, and a work body carrying various work. The work body is horizontally swingable with respect to the traveling body, is bendable by a large number of joints, and has a work attachment that does not ground when the grounding end is grounded. More than one is provided, and the grounding ends of all supporting legs are grounded outside the turning range of the traveling body that surrounds the part of the traveling body that is farthest from the center of rotation of the working body, and the bending state of each of the supporting legs is controlled The unmanned work vehicle is characterized in that the wheels or crawlers of the traveling body are moved away from the ground contact surface by lifting the working body, and the traveling body is horizontally swung with respect to the working body to change the direction of the traveling body.
走行本体が有する車輪又はクローラは、従来公知の構成に準じ、安定した走行及び停止が可能であれば数を問わず、最低限3基以上あればよい。この場合、少なくとも1基以上が駆動輪又は駆動クローラとなる。走行本体は、車輪及びクローラを両方備えていてもよい。作業本体は、各種作業を担う観測装置、計測装置又はマニュピレータ等のいずれか1以上からなる作業装置、走行本体に対する旋回装置、前記作業装置及び旋回装置や車輪又はクローラの制御装置、外部との通信装置、そしてこれらの電源となるバッテリを搭載する。作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在とするため、例えば電動モータによる回動する旋回テーブルに前記作業装置等を搭載する構成が好ましい。 The number of wheels or crawlers included in the traveling main body may be at least three, regardless of the number, as long as stable traveling and stopping are possible according to a conventionally known configuration. In this case, at least one drive wheel or drive crawler. The traveling body may include both wheels and crawlers. The work body is a work device including any one or more of an observation device, a measurement device, a manipulator, and the like for performing various works, a turning device for the traveling body, the work device and the turning device, a wheel or crawler control device, and communication with the outside. It is equipped with a device and a battery to power these devices. Since the working main body can be horizontally swung with respect to the traveling main body, it is preferable that the working device and the like are mounted on a turning table that is turned by an electric motor, for example.
本発明の無人作業車は、走行本体が有する車輪又はクローラを利用するのではなく、支持脚で作業本体及び走行本体を持ち上げた状態で、作業本体に対して走行本体を水平旋回させることにより、その場で走行本体を方向転換させる。支持脚は、作業本体及び走行本体を持ち上げた状態で屈曲状態を固定してもよいし、作業本体に対する走行本体の水平旋回に合わせて作業本体及び走行本体の水平状態を維持するため、前記作業本体及び走行本体の昇降に応じて屈曲状態を制御してもよい。支持脚の関節は、作業本体及び走行本体を持ち上げて屈曲状態を保持したり、制御したりできるものであればよい。支持脚の関節は、例えば比較的小型な無人作業車はサーボモータが、比較的大型な無人作業車は屈曲軸にシリンダを架け渡し、屈曲角度を屈曲軸の角度センサやシリンダのストロークセンサで制御する構成が適している。 The unmanned work vehicle of the present invention does not use the wheels or crawlers that the traveling body has, but in a state where the working body and the traveling body are lifted by the support legs, by horizontally swiveling the traveling body with respect to the working body, Turn the traveling body on the spot. The support leg may be fixed in a bent state in a state where the work body and the traveling body are lifted, and the work leg and the traveling body are maintained in a horizontal state in accordance with horizontal turning of the traveling body with respect to the work body. The bending state may be controlled according to the elevation of the main body and the traveling main body. The joints of the supporting legs may be those capable of lifting the work body and the traveling body to maintain the bent state and controlling the bent state. The joint of the support leg is, for example, a servo motor for a relatively small unmanned work vehicle, and a cylinder for a relatively large unmanned work vehicle, and the bending angle is controlled by an angle sensor of the bending axis or a stroke sensor of the cylinder. The configuration is suitable.
本発明の無人作業車は、作業本体にマニュピレータを設けることなく、支持脚のみを設けた構成でもよい。また、マニュピレータを作業本体に設ける場合、支持脚と別に設けてもよい。しかし、支持脚とマニュピレータとは、一方を使用する際、他方を使用しない関係=排他的使用関係にあるが、多関節を有する点で共通の構造を有する場合が多い。そこで、支持脚は、接地端を接地させた際に接地しない作業アタッチメントを設けて、マニュピレータを兼ねるとよい。好ましくは、支持脚は、接地端直近の関節を挟んで、前記接地端と逆向きに作業アタッチメントを突出させて、マニュピレータを兼ねるとよい。 The unmanned work vehicle of the present invention may have a configuration in which only the support legs are provided without providing the manipulator on the work body. Further, when the manipulator is provided on the work body, it may be provided separately from the support legs. However, when one of the support leg and the manipulator is used, the other is not used = the exclusive use relationship, but the support leg and the manipulator often have a common structure in that they have multiple joints. Therefore, the support leg may serve as a manipulator by providing a work attachment that does not ground when the ground end is grounded. Preferably, the support leg may also serve as a manipulator by sandwiching a joint near the ground contact end and projecting the work attachment in a direction opposite to the ground contact end.
本発明により、走行手段として車輪又はクローラを問わず、移動を困難又は不能にしたり、転倒してしまうことなく、その場で走行本体を方向転換できる無人作業車が提供できる。これは、支持脚が作業本体及び走行本体を持ち上げて、接地面から車輪又はクローラが離れた走行本体を水平旋回させて方向転換することの効果である。走行本体の車輪又はクローラが接地面から離れているので、そもそも接地面に埋没する虞がない。また、支持脚は、接地端を接地させるだけで、走行本体の方向転換中に動くことがないため、無人作業車の姿勢を不安定にして転倒させる虞がない。 According to the present invention, it is possible to provide an unmanned work vehicle capable of changing the direction of the traveling main body on the spot without making the movement difficult or impossible or tipping over, regardless of whether the vehicle is a wheel or a crawler as a traveling means. This is an effect that the support leg lifts the working body and the traveling body, and horizontally orients the traveling body in which the wheels or the crawlers are separated from the ground contact surface. Since the wheels or the crawlers of the traveling main body are separated from the ground contact surface, there is no possibility of being buried in the ground contact surface in the first place. Further, since the support leg does not move during the direction change of the traveling main body only by grounding the ground contact end, there is no fear that the unmanned work vehicle will have an unstable posture and will fall.
本発明の無人探査車は、比較的小型な月面探査車にも、また比較的大型な建設機械にも利用できる。ここで、支持脚とマニュピレータとを兼ねた構成は、排他的使用関係にある支持脚とマニュピレータとをまとめ、作業本体の設置スペースを無駄なく利用できる利点があり、特に比較的小型な無人作業車に好ましい構成にできる。また、設置端と逆向きに作業アタッチメントを突出させた構成は、接地端を接地させた際、作業アタッチメントが接地する虞がなくなり、安全に作業本体及び走行本体を持ち上げることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The unmanned explorer vehicle of the present invention can be used for a relatively small lunar explorer vehicle and a relatively large construction machine. Here, the configuration that also serves as the support leg and the manipulator has an advantage that the support leg and the manipulator having an exclusive use relationship are put together, and the installation space of the work body can be used without waste, and particularly, a relatively small unmanned work vehicle. It can have a preferable configuration. Further, the configuration in which the work attachment is projected in the direction opposite to the installation end eliminates the risk of the work attachment being grounded when the grounding end is grounded, and the work main body and the traveling main body can be safely lifted.
以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明を適用した無人作業車1は、例えば図1〜図7に見られるように、左右に一対のクローラ111を有する走行本体11と、マニュピレータを兼ねる3本の支持脚2を有する作業本体12とから構成される。本例の無人作業1は、作業本体12の作業装置122が、外部の操作装置や監視装置等(図示略)と、操作信号や監視信号を無線により送受信して、遠隔操作される。クローラ111の邪魔にならなければ、作業装置122は、外部の操作装置や監視装置等(図示略)と、操作信号や監視信号を有線により送受信してもよい。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. An
走行本体11は、クローラ111を回転駆動する駆動装置112に対して作業本体12の旋回テーブル121を水平旋回自在に支持している。旋回テーブル121を水平旋回させる旋回手段は、駆動装置112側に設けてもよいし、旋回テーブル121側に設けてもよい。支持脚2により持ち上げた走行本体11を水平旋回させる関係から、走行本体11は、作業本体12(特に旋回テーブル121)の旋回中心C(後掲図9参照)を中心とする点対称な平面視外形を有するとよい(図6又は図7参照)。
The traveling
作業本体12は、作業本体12の旋回中心C(後掲図9参照)を中心として周方向等間隔に3方向に突出する平面視星形の作業装置122と、前記作業装置122の突出部分の間に設けられた支持脚2とを、前記旋回テーブル121に設けて構成される。作業装置122は、走行本体11や支持脚2の制御装置、操作信号や監視信号を送受信する通信装置、前記通信装置のアンテナ、そして各装置の電源となるバッテリが、外装に囲まれて構成される。作業装置122の構成や外観は、本発明により限定されない。
The work
支持脚2は、第1関節21、第2関節23及び第3関節25により屈曲自在な第1アーム22、第2アーム24及び接地足27から構成され、前記接地足27に作業アタッチメント26を取り付けることにより、マニュピレータと兼用にしている。本例の作業アタッチメント26は、クラムシェルバケット、オーガ、そしてグラップルの3種類である。複数設ける作業アタッチメント26は、本例のように全て種類が異なってもよいし、いずれか又は全部が同じ種類であってもよい。本発明の無人作業車1は、作業者が直接赴くことが難しい又は不可能な場所で使用することを想定するので、交換の必要性をなくすように、できるだけ多種類の作業アタッチメント26を用いることが望ましい。
The
本例の支持脚2は、接地足28の中間に設けた第3関節25を挟んで、前記接地足27の一端に接地端271を設け、前記接地足27の他端に作業アタッチメント26を取り付けている。本例の接地端271は、接地足27を構成する一対の金属板の端部で、前記金属板の間に揺動自在な側面視三角形の接地ブロックを軸着して構成される。接地ブロックは、接地端271を下方に向けた際、広幅の底面を下方に向けて、地面3に接地させる(後掲図8参照)。接地ブロックは、揺動自在にしておくと、重力下で必ず底面を下方に向ける。
In the
第1関節21は、旋回テーブル121に対して第1アーム22を、作業本体12の旋回中心C(後掲図9参照)を中心とする半径方向の垂直面内で屈曲させる。第2関節23は、前記第1アーム22に対して第2アーム24を前記垂直面内で屈曲させる。第3関節25は、前記第2アーム24に対して接地足27を前記垂直面内で屈曲させる。また、第2関節25は、第2アーム24に対して自転自在とし、接地足27を上下反転可能にしている。第1関節21、第2関節23及び第3関節25は、それぞれ屈曲角度を制御し、前記屈曲角度を維持できるサーボモータで構成される。
The first joint 21 bends the
本例の無人作業車1がその場で走行本体11を方向転換させる場合を説明する。無人作業車1は、通常、作業アタッチメント26を下方に向けている。方向転換する無人作業車1は、図8及び図9に見られるように、停止した状態で、第2アーム24に対する第3関節25を180度回転させて接地足27を上下反転させ、下方に向けた接地端271を地面3に接地させる。本例の無人作業車1は、支持脚2が3本であるため、走行本体11の左右に1本及び2本の組に振り分けた支持脚2の接地端271を接地させる。偶数本の支持脚2の場合、走行本体11の左右に同数を振り分けてそれぞれの接地端271を接地させる。
A case where the
各支持脚2の接地端271は、走行体11の旋回範囲Sの外側に接地させる。本例の旋回範囲Sは、旋回テーブル121の旋回中心Cからクローラ111の角までの長さを半径とする円の内側である。各接地端271が接地する地面3は、支持脚2の屈曲状態を変化させることのできる範囲で、高低差があってもよい。地面3に高低差がある場合、各支持脚2の屈曲状態を制御し、走行本体11を水平姿勢にする。ここで、支持脚2による走行本体11及び作業本体12の安定した持ち上げには、各接地端271の旋回中心Cからの水平距離L1,L2,L3が等しいことが望まれる。しかし、地面2の起伏によって前記水平距離L1,L2,L3を等しくしえない場合、前記水平距離L1,L2,L3は、支持脚2の屈曲状態を変化させることのできる範囲で、異なってもよい(本例ではL3が少し長い)。
The grounding
こうして接地端271の接地を終えた無人作業車1は、図10及び図11に見られるように、各支持脚2の屈曲状態を制御し、走行本体11及び作業本体12を一体に持ち上げる。各支持脚2は、走行本体11及び作業本体12を単に持ち上げるだけでなく、前記走行本体11が水平姿勢となるように、それぞれの第1関節21、第2関節23及び第3関節25を個別に屈曲させて、屈曲状態を制御する。支持脚2の屈曲状態は、走行本体11及び作業本体12の昇降に応じて細かく変化させ、走行体11の水平姿勢を保つ。
Thus, the
こうして走行本体11のクローラ111が地面3から離れたら、走行本体11に対する作業本体12の旋回手段を利用して、図12及び図13に見られるように、支持脚2により位置固定された作業本体12に対して走行本体11を水平旋回させる。本例は、走行体11を平面視45度の旋回角度で左回りに水平旋回させている。接地足27は、下端の接地端271から第3関節25にかけて垂直方向に延びており、前記接地端271が走行本体11の旋回範囲Sの外側に接地している限り、走行本体11の下段に位置するクローラ111が支持脚2(特に接地足27)に干渉する虞はない
When the
走行本体11が水平旋回を終えると、各支持脚2の屈曲状態を制御して前記走行本体11と作業本体12とを下降させ、図14及び図15に見られるように、クローラ111を再び接地させて、走行本体11の方向転換を完了する。無人作業車1が移動する際、接地端271が接地したままだとブレーキになるため、前記接地端271も地面3から離す必要がある。しかし、無人作業車1を移動させるだけであれば、第3関節25を自転させて接地足27を上下反転させ、作業アタッチメント26を下方に向ける必要はない。
When the traveling
このように、本発明の無人作業車1は、その場で走行本体11を方向転換させる際、クローラ111を持ち上げて地面3から離しているため、地面に埋没する虞がない。このほか、支持脚2は、持ち上げた走行本体11及び作業本体12を水平移動させるように屈曲状態を制御し、地面3に触れることなく、クローラ111に段差を越えさせることもできる。無人作業車1は、クローラ111の走行でも段差を乗り越えることができるが、段差を乗り越える際に姿勢を不安定にして転倒させる虞がなく、また瓦礫等の崩壊も避けることができる。仮に転倒した場合でも、本発明の無人作業車1は、支持脚2の屈曲状態を制御して起こすこともできる。
As described above, in the
1 無人作業車
11 走行本体
111 クローラ
112 駆動装置
12 作業本体
121 旋回テーブル
122 作業装置
2 支持脚
21 第1関節
22 ブーム
23 第2関節
24 アーム
25 第3関節
26 作業アタッチメント
27 接地足
271 接地端
3 地面
S 走行体の旋回範囲
L1〜L3 旋回中心から接地端までの水平距離
1 unmanned work vehicle
11 Running body
111 crawler
112 Drive
12 Working body
121 swivel table
21 1st joint
22 boom
23 Second joint
24 arms
25 Third joint
26 Work attachment
27 Grounded feet
271
Claims (2)
左右それぞれに車輪又はクローラを有する走行本体と、
各種作業を担う作業本体とから構成され、
作業本体は、走行本体に対して水平旋回自在であり、多数の関節により屈曲自在で、接地端を接地させた際に接地しない作業アタッチメントを設けてマニュピレータを兼ねた支持脚を3本以上設けてなり、
作業本体の旋回中心から走行本体の最も離れた部位を囲む走行本体の旋回範囲の外側で全支持脚の接地端を接地させ、前記全支持脚それぞれの屈曲状態を制御して作業本体を持ち上げることにより、走行本体の車輪又はクローラを接地面から離し、作業本体に対して走行本体を水平旋回させて前記走行本体を方向転換させることを特徴とする無人作業車。 In an unmanned work vehicle that performs various tasks while moving by autonomous driving or remote control by wire or wireless,
A traveling body having wheels or crawlers on each of the left and right,
It is composed of a work body that carries out various tasks,
The work body is horizontally swingable with respect to the traveling body, bendable by a large number of joints, and has a work attachment that does not ground when the ground end is grounded, and has three or more support legs that also function as manipulators. Becomes
Lifting the work body by controlling the bending state of each of the support legs by grounding the grounding ends of all the support legs outside the turning range of the travel body that surrounds the part of the travel body that is farthest from the center of rotation of the work body. According to the above, the unmanned work vehicle is characterized in that the wheels or crawlers of the traveling main body are separated from the ground contact surface, and the traveling main body is horizontally turned with respect to the working main body to change the direction of the traveling main body.
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