JP7222730B2 - 飛行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、対象物を把持するためのハンド機構を備える飛行ロボットに関する。

近年では、無人飛行体が様々な用途に利用され、その開発が盛んに行われている。無人飛行体としては、無線操縦される無人ヘリコプタや、いわゆるドローンが例示できる。そして、このようなドローンに、対象物を把持するために人間の手の構造を模したハンド機構を設置する技術が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１８－８３２０号公報

ドローン等の飛行ロボットにハンド機構が備えられることで、様々な対象物を把持することができるようになり、飛行ロボットが把持動作と飛行動作を兼ね備えその有用性が高められる。一方で、ハンド機構は、一般に、対象物を把持する動作においてその把持のための指部を開き、対象物を挟み込む動作を行う必要がある。そして、把持動作の際の対象物へのアクセス性を高めるために、ハンド機構そのものがある程度の大きさを有することとなり、ハンド機構自体が、飛行ロボットの飛行性に好ましくない影響を及ぼすおそれがある。特に、飛行ロボットの飛行中やその離着陸のタイミングには、その周囲に何らかの障害物が存在し得るため、ハンド機構との接触や衝突の可能性がある。また、ハンド機構の大きさ故に、飛行ロボットの飛行に対して一定の抵抗が生じ得るため、その飛行の安定性が阻害されるおそれも拭い去れない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、ハンド機構を有する飛行ロボットにおいて、当該ハンド機構が飛行ロボットの飛行性能に影響を及ぼしにくくする技術を提供することを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、本発明の飛行ロボットは、その飛行中であってハンド機構により対象物を把持しないときには、ハンド機構を構成する指部を拡開させた状態とする構成を採用した。これにより、ハンド機構の指部と飛行ロボットの周囲に存在する物との干渉を可及的に回避することができる。

詳細には、本発明は、ボディと、回転翼の駆動により推進力を発生させる推進ユニットを複数有し、該複数の推進ユニットは前記ボディに設けられている推進部と、ベース部に開閉可能に取り付けられた少なくとも２つの指部を有するハンド機構と、前記ハンド機構における前記少なくとも２つの指部の開閉動作を制御する制御部と、を備え、前記推進部によって飛行可能に構成された飛行ロボットであって、前記飛行ロボットの飛行中であって前記ハンド機構により対象物を把持しないときに、前記制御部は、前記ハンド機構を、前記少なくとも２つの指部を拡開させた所定の開状態に維持する。

ハンド機構を有する飛行ロボットにおいて、ハンド機構が飛行ロボットの飛行性能に影響を及ぼしにくくなる。

実施形態に係る飛行ロボットの概略構成を示す第１の図である。 実施形態に係る飛行ロボットに搭載されるハンド機構の概略構成、特にハンド機構が閉動作を行っているときの状態を示す第１の図である。 実施形態に係る飛行ロボットに搭載されるハンド機構の概略構成、特にハンド機構が閉動作を行っているときの状態を示す第２の図である。 実施形態に係る飛行ロボットに搭載されるハンド機構の概略構成、特にハンド機構が開動作を行っているときの状態を示す第１の図である。 実施形態に係る飛行ロボットに搭載されるハンド機構の概略構成、特にハンド機構が開動作を行っているときの状態を示す第２の図である。 実施形態に係るハンド機構に組み込まれている伝達機構の構成を示す図である。 実施形態に係るハンド機構の開度を検出するためのセンサ構成を示す図である。 実施形態に係るハンド機構の開閉動作による、対象物の把持の推移を示す図である。 実施形態に係るハンド機構に設けられた圧力センサの配置を示す図である。 実施形態に係る飛行ロボットにおいて形成される機能部をイメージ化した機能ブロック図である。 実施形態に係る飛行ロボットが、そのハンド機構によって対象物を把持し、該飛行ロボットが対象物に吊り下がった状態に至る過程を示した図である。 実施形態に係る飛行ロボットの飛行中に行われるハンド機構に関する制御のフローチャートである。 実施形態に係る飛行ロボットの概略構成を示す第２の図である。 実施形態に係る飛行ロボットの概略構成を示す第３の図である。

本実施形態の飛行ロボットは、ボディに設けられている推進部が有する複数の推進ユニットによって、飛行のための推進力が発生される。推進ユニットのそれぞれは回転翼を有し、当該回転翼が回転駆動されることでその推進ユニットによる推進力が決まる。好ましくは、推進ユニットのそれぞれの推進力は独立して制御可能である。ボディへの複数の推進ユニットの配置は任意に設計できる。ボディに設けられている推進ユニットそれぞれの推進力のバランスによって、飛行ロボットの飛行状態（上昇、下降、旋回等）が制御される。ボディに設けられている複数の推進ユニットは、全て同じ種類のものでもよく、異なる種類のものが混在していてもよい。

また、上記飛行ロボットは、少なくとも２つの指部を有するハンド機構を備えている。これらの指部はベース部に取り付けられ、指部の構造、形状、大きさ等のパラメータは、ハンド機構による把持が想定される対象物の大きさや形状等に従って、適宜設計される。ハンド機構の指部は、対象物の把持やその解放が可能な程度にベース部に対して開閉動作が行われるように構成されればよく、指部における関節の数等も対象物の把持を考慮して適宜設定され得る。そして、ハンド機構による指部の開閉動作は制御部によって制御される。制御部は、飛行ロボットの置かれる状況や対象物に対するハンド機構の作用等を踏まえて、好適にハンド機構の指部の開閉動作を制御する。

ここで、ハンド機構は、上記の通り本来的には対象物を把持するためのものであるから、対象物へのアクセスが可能なように構成される。一方で、ハンド機構がこのような観点で設計されることで、飛行ロボットの飛行中にその周囲に存在する障害物や地面等にハンド機構が干渉しやすくなり、飛行ロボットの飛行性能が脅かされるおそれがある。このよ
うに推進ユニットの推進力により飛行する飛行ロボットでは、飛行ロボットの応用力を高めるハンド機構は、その飛行性能に何らかの影響を及ぼし得る存在でもある。そこで、上記の飛行ロボットにおいては、飛行ロボットが飛行中であって対象物の把持を行う必要が無いときには、制御部は、ハンド機構の指部が所定の開状態に維持されるようにその開閉動作を制御する。当該所定の開状態は、ベース部に対して指部が拡開されることで、ベース部の一部が露出された状態である。そのため、所定の開状態では、ベース部に対して指部が寝た状態となりハンド機構の高さを小さくすることができる。

この結果、所定の開状態に置かれたハンド機構は、飛行ロボットの飛行中においてその周囲に存在する障害物等と干渉しにくくなり、飛行ロボットの飛行性能を安定したものとすることができる。また、所定の開状態では、ハンド機構の高さが縮小されるため、飛行中にハンド機構が受ける空気抵抗を軽減することができる。このことは飛行ロボットの飛行性能をより好適なものとし得る。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施形態＞
図１に、本実施形態の飛行ロボット５０を示す。飛行ロボット５０は、複数の推進ユニット５３を有している。なお、図１に示す例では、４つの推進ユニット５３が搭載されているが、飛行ロボット５０の飛行が可能な限りにおいては、推進ユニット５３の搭載数は複数であれば４つに限られない。推進ユニット５３は、回転翼であるプロペラ５１とそれを回転駆動するためのアクチュエータ５２を有している。飛行ロボット５０に搭載されている推進ユニット５３は、全て同種類のユニットであるが、それぞれの推進ユニット５３においてアクチュエータ５２は独立して制御可能である。そのため、各推進ユニット５３により得られる推進力を適宜制御することが可能であり、以て、飛行ロボット５０における飛行姿勢や飛行速度等を適宜制御することが可能となる。

ここで飛行ロボット５０では、概ねその中央にボディ５５を有し、そこから放射状にブリッジ５４を介して、その先端側に推進ユニット５３が設けられている。４つの推進ユニット５３は、ボディ５５を中心として円周上に等間隔で配列されている。また、ボディ５５には、各推進ユニット５３のアクチュエータ５２に駆動電力を供給するためのバッテリや、当該バッテリからアクチュエータ５２への電力供給等を制御する制御装置が搭載されている。更に、後述するように飛行ロボット５０に搭載されるハンド機構１や圧力センサ１６、可変抵抗器１５等のための電力を供給する別のバッテリや、これらの制御に関する制御装置もボディ５５に搭載されている。

また、ボディ５５の下方から４本の脚部５６が延在し、それぞれの先端には接地部５７が設けられている。接地部５７は、飛行ロボット５０が接地する際に地面に接触し、飛行ロボット５０自体を支持する部位である。

そして、このような飛行ロボット５０のボディ５５の下方部位にハンド機構１が設置される。なお、飛行ロボット５０においては、ハンド機構１の「前方」が飛行ロボット５０の「下方」と一致する。また、ハンド機構１はボディ５５に対して直接設置されており、ボディ５５に対してハンド機構１の相対的な位置の変更は行われない。以下に、飛行ロボット５０に設置されているハンド機構１の詳細について説明する。

図２は、ハンド機構１の前方からの斜視図、特に、指部２、３が閉状態にある場合の前方からの斜視図であり、図３は、指部２、３が閉状態にある場合の、ハンド機構１の後方
からの斜視図である。また、図４は、指部２、３が最大開状態にある場合の、ハンド機構１の前方からの斜視図であり、図５は、指部２、３が最大開状態にある場合の、ハンド機構１の後方からの斜視図である。ここで、図２及び図３に示す閉状態は、モータ１２の駆動により指部２、３が閉じた状態であり、両指部の間に対象物を把持するための把持空間２０が形成されている状態である。当該把持空間２０は、把持される対象物の形状、構造、大きさ等に応じて変化し得る。また、図４及び図５に示す最大開状態は、モータ１２の駆動により指部２、３が最大限開いた状態である。以下に、ハンド機構１の構成について説明する。

ベース部１０は、ハンド機構１を構成する基本部材の１つであり、ハンド機構１の構成部品を設置するための場所を提供する。なお、本明細書においては、ハンド機構１における相対的な部位は、ベース部１０を基準に定義される。例えば、ベース部１０のうち、把持空間２０に面する側を「前方」と定義し、その反対を「後方」と定義する。したがって、図２及び図４は、ハンド機構１を前方から見た場合の斜視図であり、図３及び図５は、ハンド機構１を後方から見た場合の斜視図である。また、図２及び図４においては、図の上側がハンド機構１の「上方」と定義され下側がその「下方」と定義される。なお、図３及び図５においては、ハンド機構１の表示が図２及び図４と比べて上下逆となっており、図の上側がハンド機構１の「下方」となり下側がその「上方」となることに留意されたい。また、図１に示したように、本実施形態においては、ハンド機構１の「前方」は、飛行ロボット５０の「下方」に一致している。

ハンド機構１は、ベース部１０に回転可能に取り付けられた一対の指プレート２ａ、２ｂで形成される指部２と、同じくベース部１０に回転可能に取り付けられた一対の指プレート３ａ、３ｂで形成される指部３とを有する。詳細には、指部２については、一方の指プレート２ａがベース部１０の上方に配置されるように、ベース部１０に対して回転可能に配置された回転軸４に対して取り付けられ、他方の指プレート２ｂがベース部１０の下方に配置されるように回転軸４に対して取り付けられている。すなわち、一対の指プレート２ａ、２ｂは、ベース部１０を上下方向から挟むように回転軸４に取り付けられている。また、指プレート２ａ、２ｂは、概ね凹形状に湾曲している平面状の凹プレートで形成されており、図２に示すハンド機構１の閉状態では、指プレート２ａ、２ｂのそれぞれの先端２ｃ、２ｄは、概ねベース部１０の前方中央に位置している。そして、指プレート２ａ、２ｂは、それぞれの凹状の略中央位置で連結部材２ｅによって連結されることで、指部２として剛性が高められている。

同じように、指部３については、一方の指プレート３ａがベース部１０の上方に配置されるように、ベース部１０に対して回転可能に配置された回転軸５に対して取り付けられ、他方の指プレート３ｂがベース部１０の下方に配置されるように回転軸５に対して取り付けられている。すなわち、一対の指プレート３ａ、３ｂは、ベース部１０を上下方向から挟むように回転軸５に取り付けられている。また、指プレート３ａ、３ｂも、指プレート２ａ、２ｂと同じように、概ね凹形状に湾曲している平面状の凹プレートで形成されている。そして、図２に示すハンド機構１の閉状態では、指プレート３ａ、３ｂのそれぞれの先端３ｃ、３ｄは、指プレート２ａ、２ｂのそれぞれの先端２ｃ、２ｄと重なるようにして概ねベース部１０の前方中央に位置している。そして、指プレート３ａ、３ｂは、それぞれの凹状の略中央位置で連結部材３ｅによって連結されることで、指部３として剛性が高められている。

ここで、指プレート２ａ、２ｂが連結される回転軸４は、ベース部１０内に配置されている伝達機構３０に繋がれている。図６に基づいて、伝達機構３０について説明する。図６の上段（ａ）は、伝達機構３０の外観を示す斜視図であり、下段（ｂ）は、上段（ａ）で示すＡＡ断面における断面図である。概略的には、伝達機構３０は、入力部３０ａに入
力された駆動力を、出力部３０ｂに伝達しそこから外部へ出力する機構を有する。本実施形態では、入力部３０ａに入力される駆動力はモータ１２による駆動力であり、モータ１２の出力軸に繋がれたウォーム３３を介して、その駆動力が伝達機構３０へと入力される。なお、モータ１２は、入力部３０ａ近傍の、ベース部１０に形成されたフランジ部に対して取り付けられる。

伝達機構３０はケース３２を有し、その内部に、シャフト３１、ウォーム３３、ウォームホイール３４等の構成部材が設けられている。シャフト３１に対して固定されているウォームホイール３４は、ウォーム３３と係合している。そして、このシャフト３１は、回転支持部材３５によってケース３２に対して回転支持されている。また、シャフト３１は図６に示すように中空部分３６を有し、ここに回転軸４が嵌合され固定される。そのため、モータ１２からウォーム３３を介して駆動力が入力されると、ウォームホイール３４とともにシャフト３１の回転を伴い回転軸４へと駆動力が出力される。したがって、シャフト３１が伝達機構３０の出力部３０ｂに相当する。なお、回転支持部材３５は、シャフト３１に作用するアキシアル、ラジアル、モーメントの荷重を支持可能な部材であり、クロスローラベアリングを例示できる。

また、図２、図４に示すように、回転軸４にはピニオン６も設けられており、回転軸４の回転に伴ってピニオン６も回転される。そして、指部３を構成する指プレート３ａ、３ｂが連結される回転軸５は、ベース部１０内に配置されている回転支持部材（不図示）によって回転可能に支持されている。そして、回転軸５には、ピニオン６と噛み合うピニオン７が設けられている。そのため、回転軸４の回転に伴ってピニオン６が回転されると、ピニオン７を介して回転軸５が回転される。

このようにハンド機構１においては、モータ１２によって直接に駆動される回転軸４を主動軸として指部２（指プレート２ａ、２ｂ）が回転され、且つその回転に従動する形で回転軸５を従動軸として指部３（指プレート３ａ、３ｂ）が回転される。この結果、モータ１２の作動により、指部２、３を有するハンド部の開閉動作が実現される。また、伝達機構３０では、ウォーム３３とウォームホイール３４との間の減速比を比較的大きく確保できる。例えば、減速比を１／３２～１／５０程度にするのが好ましい。そのため、モータ１２を小型化しても、指部２、３の開閉動作を実現するのに十分なトルクを各指部に伝達することができる。

更に、伝達機構３０ではウォーム３３とウォームホイール３４を利用しているため、両者間に比較的大きい所定の摩擦力を発生させることができる。上記の通り、ウォーム３３は伝達機構３０の入力部３０ａ側に繋がれ、ウォームホイール３４は伝達機構３０の出力部３０ｂ側に繋がれているため、上記の所定の摩擦力は、回転軸４、５が不用意に回転しないように、換言すれば、指部２、３のそれぞれが不用意に変位しないように、両者の相対的な位置関係を保持するための保持力として機能することになる。そのため、モータ１２が指部２、３を回転させるためには、この所定の摩擦力を越える駆動力を伝達機構３０に入力する必要がある。なお、上記の伝達機構３０における保持力（所定の摩擦力）の詳細については、更に後述する。

ここで、ベース部１０には、ハンド機構１の開度を検出するためのセンサ機構が設けられている。ハンド機構１の開度は、指部２と指部３の開き具合を示すパラメータであり、回転軸４、５のそれぞれの回転角に関連付けられる。当該センサ機構について、図３と図７に基づいて説明する。これらの図に示すように、従動軸である回転軸５に対して、ベース部１０の下方に更にピニオン１３が設けられている。なお、図７においては、その上側がベース部１０の「下方」であり、その下側がベース部１０の「上方」である。そして、ベース部１０において回転軸５の近傍に可変抵抗器１５が設置されており、更に、回転す
ることでその可変抵抗を調整可能な回転軸１５ａに対して、上記のピニオン１３に係合するピニオン１４が設けられている。したがって、モータ１２の作動により、回転軸４及び回転軸５が回転すると、ピニオン１３、１４を介して可変抵抗器１５の回転軸１５ａが回転され、可変抵抗器１５により検出される抵抗値が変動することになる。このような構成により、可変抵抗器１５により検出される抵抗値と、回転軸４、５の回転角、すなわちハンド機構１の開度とが関連付けられることになるため、当該抵抗値を利用してハンド機構１の開度を検知することが可能となる。

このように構成されるハンド機構１における開閉動作について説明する。上記の通り、図２及び図３に示す状態では、ハンド機構１の指部２、３が閉状態にある。一方で、図４及び図５に示す状態では、ハンド機構１の指部２、３は最大限開いた状態、すなわち最大開状態にある。当該最大開状態は、上述した可変抵抗器１５の検出抵抗値が、最大開状態の開度に対応した抵抗値となるようにモータ１２によって指部２、３が駆動されることで形成される。この最大開状態では、指部２、３の回転面において、回転軸４の位置と回転軸５の位置とを結ぶ直線上に、指プレート２ａ、２ｂの先端である２ｃ、２ｄが位置し、且つ、指プレート３ａ、３ｂの先端である３ｃ、３ｄが位置する。すなわち、ハンド機構１の開度が１８０度となっている。このとき、各指プレートの先端２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、ベース部１０の前方端面１１よりも後退した位置、すなわち前方端面１１よりも後方の位置に至っている。

この結果、図４等に示すように、最大開状態では、ハンド機構１の前方においてベース部１０の前方端面１１を最も前側に露出させた状態となっている。このような最大開状態を形成することで、ハンド機構１の前方に対象物を位置させてそれを指部２、３によって把持しようとするときに、対象物に対して各指部を周りから大きく寄せることができるため、対象物の形状や構造に影響されにくくなる。このことは、ハンド機構１の把持能力の向上に資するものである。

次に、ハンド機構１による対象物４５の把持動作について、図８に基づいて説明する。図８には、ハンド機構１が対象物４５を把持する際に辿る４つの過程が順次示されている。最上段（ａ）は、最大開状態にあるハンド機構１の前方に対象物４５が位置している状態を表している。

続いて、（ｂ）に示す状態では、ベース部１０の前方端面１１に対象物４５が接触した状態、又は近接した状態となっている。なお、前方端面１１への対象物の接触は、図９に示すように前方端面１１に配置された複数の圧力センサ１６の検出値を利用して検知してもよい。図９に示す構成では、ハンド機構１における指部２（対応する回転軸４）と指部３（対応する回転軸５）の並びに沿って、複数の圧力センサ１６が直列に設けられている。なお、各圧力センサ１６の出力は、何れの圧力センサからの出力であるかが判別可能な状態で出力される。このように複数の圧力センサ１６を配置することで、ベース部１０と対象物４５との相対的な位置関係が把握できる。そのため、仮にベース部１０の前方端面１１の略中央に対して対象物４５がずれて位置している場合には、ハンド機構１の位置や姿勢を調整することで、ベース部１０と対象物４５の位置関係をその把持動作に適した関係へと調整することができる。なお、前方端面１１に設けられる圧力センサ１６は１つであっても構わない。また、このような圧力センサ１６をベース部１０に配置しない場合でも、外部に設置されたカメラ等の撮像装置を利用して、対象物４５とベース部１０との位置関係を調整してもよい。

このように対象物４５とベース部１０との位置関係が調整されると、続いて、（ｃ）に示すように、モータ１２が作動して指部２、３を閉動作させる。そして、最終的には、最下段（ｄ）に示すように、指部２、３と、ベース部１０の前方端面１１により対象物４５
を包むように把持する。上述したように、（ａ）、（ｂ）で示す最大開状態では、各指プレートの先端２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄはベース部１０の前方端面１１よりも後退した位置にあるため、（ｄ）に示すように対象物４５の形状等に影響されにくい状態で対象物４５を把持することができる。

また、（ｄ）に示すように指部２、３によって対象物を把持したときは、指部２、３から受ける把持力により、対象物４５はベース部１０の前方端面１１に押し付けられることになる。すなわち、対象物４５は、指部２、３及び前方端面１１との接触により把持されることになる。このとき、前方端面１１に一又は複数の圧力センサ１６が配置されている場合には、その把持により対象物４５から受ける圧力を検出することができるため、圧力センサ１６の検出値に基づいて、対象物４５の把持に適した把持力が対象物４５に掛かっているか否かを判断することができる。

このようにハンド機構１によれば、対象物を好適に把持でき、その把持能力も高い。また、モータ１２の駆動力は伝達機構３０を介して指部２、３へと伝達されるが、上述したように伝達機構３０の内部においてウォーム３３とウォームホイール３４との間に所定の摩擦力が発生し、それが伝達機構３０の入力部３０ａと出力部３０ｂとの相対変位を抑制する保持力として機能する。そのため、仮に図８（ｄ）に示すように対象物４５を把持した状態で、モータ１２への給電が停止した場合でも、当該保持力によって指部２、３はその位置（把持位置）を維持することが可能となる。特に、ハンド機構１において設定される、把持可能な最大荷重の対象物を把持しているときに給電停止が生じ指部２、３に最大の荷重が掛かったときでも、指部２、３の把持位置が維持されるように、伝達機構３０による保持力、すなわちウォーム３３とウォームホイール３４との間の所定の摩擦力を調整するのが好ましい。この結果、モータ１２への給電停止により対象物４５を落下するおそれを回避できる。

上述までのハンド機構１のハンド部は、指部２を２つの指プレート２ａ、２ｂで形成し、指部３を２つの指プレート３ａ、３ｂで形成している。これに代えて、ハンド部の各指部を形成する指プレートの枚数を、指部ごとに違えてもよい。例えば、指部２を２つの指プレートで形成するままとし、一方で指部３を１つの指プレートで形成してもよい。この場合、ハンド機構１が閉状態にある場合には、指部３の指プレートが、指部２の２つの指プレートの間に収まるように配置してもよい。

＜飛行ロボット５０の制御部＞
次に、飛行ロボット５０の制御的な構成について、図１０に基づいて説明する。図１０は、ボディ５５に含まれる各機能部を示すブロック図である。具体的には、ボディ５５は、飛行ロボット５０の動作、すなわち推進ユニット５３による飛行に関する飛行制御やハンド機構１による把持制御等を行うために制御装置２００を有している。制御装置２００は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、飛行制御部２１０とハンド制御部２１１を有している。各機能部は、制御装置２００において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

飛行制御部２１０は、飛行ロボット５０が飛行する場合に、その飛行のための推進力を発生すべく推進ユニット５３を制御する機能部である。飛行制御部２１０は、飛行ロボット５０の飛行状態に関連する情報であって不図示のセンサによって検出される環境情報に基づいて、４つの推進ユニット５３の推進力を制御する。当該環境情報としては、不図示の３軸（ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸）に対応したジャイロセンサにより検出されるボディ５５の角速度や、不図示の同３軸に対応した加速度センサにより検出されるボディ５５の傾き等に関する情報が例示できる。飛行制御部２１０は、これらのセンサから取得された環境情報を利用して、飛行ロボット５０のボディ５５の傾きを、その飛行に適した状態
となるようにフィードバック制御する。更に、環境情報には、地軸の向きを基準としたときに、絶対座標系におけるボディ５５の向きである方位角を含めてもよく、当該方位角は、方位角センサにより検出できる。

ここで、飛行ロボット５０のボディ５５を前後左右に移動させる場合には、飛行制御部２１０は、進行方向の推進ユニット５３のアクチュエータ５２の回転数を下げて、進行方向とは反対側の推進ユニット５３のアクチュエータ５２の回転数を上げることで、飛行ロボット５０のボディ５５は進行方向に対して前かがみの姿勢となり、所望の方向に進行する。また、飛行ロボット５０のボディ５５を回転移動させる場合には、飛行制御部２１０は、プロペラ５１の回転方向による出力を、飛行ロボット５０のボディ５５の回転方向に基づいて行う。例えば、飛行ロボット５０のボディ５５を右回転させる場合には、飛行制御部２１０は、右回転しているプロペラ５１に対応するアクチュエータ５２の出力を下げるとともに、左回転しているプロペラ５１に対応するアクチュエータ５２の出力を上げる。

次に、ハンド制御部２１１は、ハンド機構１の開閉動作を制御するための機能部である。例えば、図８に示すように、ハンド制御部２１１は、ハンド機構１で対象物４５を把持するために、ハンド機構１の指部２、３の開閉動作を制御する。このとき、ハンド制御部２１１は、可変抵抗器１５からの検出信号に基づいてハンド機構１の開度を確認しながら、モータ１２に対して駆動指令を出す。また、ハンド制御部２１１は、圧力センサ１６からの検出信号に基づいてハンド機構１、特にベース部１０に対する対象物４５の位置を確認しながら、モータ１２に対して駆動指令を出す。

また、ハンド制御部２１１と飛行制御部２１０とは、互いに信号の授受を行い連携して作動することが可能である。これにより、ハンド機構１による対象物の把持が好適に行えるように、対象物４５に対するハンド機構１の相対位置を制御すべく、飛行制御部２１０によって複数の推進ユニット５３が制御され得る。このようなハンド制御部２１１と飛行制御部２１０との連携の態様について、図１１に基づいて説明する。

先ず、図１１の（ａ）に示すように、飛行制御部２１０により飛行ロボット５０が飛行しながら、接地部５７に接触しないように対象物５９をハンド機構１の前方に配置させて、ハンド制御部２１１によりハンド機構１により対象物５９を把持する。このとき飛行制御部２１０は、ハンド機構１による把持を適切に実行するために、飛行ロボット５０の位置、姿勢を維持する飛行（ホバリング）を行う。ハンド制御部２１１によりハンド機構１による対象物５９の把持が完了すると、ハンド機構１が対象物５９を把持した状態で、対象物５９の周りを飛行ロボット５０が回り落ちるように、飛行制御部２１０により４つの推進ユニット５３のそれぞれの出力が調整される（図１１の（ｂ）、（ｃ）の状態）。

そして、最終的には、図１１の（ｄ）に示すように、ハンド機構１が対象物５９を把持した状態で、飛行ロボット５０が対象物５９に吊り下がった状態へと至る。この状態では、ハンド機構１におけるモータ１２への給電は停止される。しかし、上述したようにハンド機構１に搭載される伝達機構３０において、所定の摩擦力による保持力が、飛行ロボット５０の自重がハンド機構に掛かった状態でも指部２と指部３の相対的な位置関係が変化しないように作用する。これにより、モータ１２への給電が停止されても、飛行ロボット５０の自重でハンド機構１が開いてしまうことはなく、以て、飛行ロボット５０の落下を好適に回避することができる。また、飛行ロボット５０は内部にバッテリを有しているもののその電力の容量は限られているので、対象物５９に吊り下がった状態でモータ１２への給電を停止できることは、そのバッテリに蓄電されている電力の浪費抑制に資するものである。

ここで、図１１に示す形態では、最終的に飛行ロボット５０が対象物５９に吊り下がった状態となるが、代替の態様として、飛行中の飛行ロボット５０が、飛行しながら対象物を把持し（実質的には、図１１（ａ）に示すように）、その対象物を把持したまま飛行ロボット５０が別の場所へ飛行していく場合にも、ハンド制御部２１１と飛行制御部２１０との連携が行われる。なお、本実施形態では、図１に示すようにハンド機構１がボディ５５に直接設置されているため、飛行時において対象物の重心位置を飛行ロボット５０の重心位置に近づけることが可能となる。このことは、飛行ロボット５０が対象物を把持したまま飛行を行う際の安定性向上に大きく寄与するものと考える。

更に、飛行制御部２１０による推進ユニット５３の駆動によって飛行ロボット５０が飛行を行う際に、ハンド制御部２１１は、ハンド機構１が飛行ロボット５０の飛行性能に及ぼし得る影響を可及的に抑えるための制御を実行することができる。そこで、当該制御である飛行時ハンド制御について、図１２に基づいて説明する。飛行時ハンド制御は、飛行制御部２１０とハンド制御部２１１とが連携して実現される。先ず、Ｓ１０１では、飛行ロボット５０が飛行を開始したか否かが判定される。当該判定のために、飛行制御部２１０が取得する飛行ロボット５０の飛行状態に関連する情報（上記の環境情報）や、推進ユニット５３の駆動状態に関連する情報が利用できる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

続いてＳ１０２では、飛行中の飛行ロボット５０において対象物の把持動作が必要か否かが判定される。この把持動作の要求は、飛行前に飛行ロボット５０に対して与えられていてもよく、又は、飛行中に無線通信などを経て飛行ロボット５０に対して与えてもよい。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０７へ進み、否定判定されるとＳ１０３へ進む。

先ず、Ｓ１０３以降の処理について説明する。Ｓ１０３では、ハンド制御部２１１によりハンド機構１を最大開状態とする。最大開状態は、図４及び図５に示すハンド機構１の開閉状態である。そして、上記の通り、最大開状態では、各指部２、３の指プレートの先端２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、ベース部１０の前方端面１１よりも後退した位置に置かれ、ベース部１０の前方端面１１が最も前側に露出した状態となっている。なお、図１に示す飛行ロボット５０では、ハンド機構１が当該最大開状態となっており、指部２、３が、ボディ５５の底面に沿って拡開された状態となっている。このように飛行中の飛行ロボット５０においてハンド機構１を最大開状態とすると、ハンド機構１がボディ５５に沿った形状になるため、飛行中の飛行ロボット５０に対する空気抵抗を軽減することができる。特に、図１に示す状態で飛行ロボット５０が図中の左側に向かって飛行している場合、より好適な空気抵抗の軽減が見込まれる。

更に、図１１に示すようにハンド機構１は、飛行ロボット５０の周囲に存在する対象物を把持するためのマニピュレータ装置であることから、当該対象物に対してアクセスできるように構成されている。このことはハンド機構１の本来の目的を達成するために必要な要素であるが、一方で、飛行ロボット５０においてはその飛行中に不用意に周囲の障害物にハンド機構１が干渉してしまうおそれがある。しかし、Ｓ１０３の処理が行われハンド機構１が最大開状態とされると、ハンド機構１が取り付けられているボディ５５の底面からのハンド機構１の高さが小さくなり、障害物との干渉を回避しやすくなる。このことは飛行ロボット５０の飛行性能の安定化に有用である。

そして、Ｓ１０３でハンド機構１が最大開状態とされると、その後Ｓ１０４では、ハンド機構１のモータ１２への給電は停止される。ここで、上述したようにハンド機構１に搭載される伝達機構３０においては所定の摩擦力による保持力が作用しているため、給電停止後も指部２と指部３の相対的な位置関係は変化せず、最大開状態は維持される。これにより、飛行ロボット５０における電力消費も好適に抑制される。

そして、Ｓ１０５では飛行ロボット５０が着陸し飛行を終了したか否かが判定される。当該判定にも、飛行ロボット５０の飛行状態に関連する情報等が利用できる。Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０６へ進み、否定判定されるとＳ１０２以降の処理が繰り返される。Ｓ１０６では、ハンド機構１による所定動作（対象物の把持等）が可能となるように、それまで給電が停止されていたモータ１２に対して給電が再開され、ハンド機構１がスタンバイ状態に置かれる。スタンバイ状態とは、ハンド制御部２１１からの駆動指令に応じて、ハンド機構１が作動可能な状態を表す。

また、上記のＳ１０２で肯定判定され処理がＳ１０７へ進むと、必要とされる把持動作のために、それまで給電が停止されていたモータ１２に対して給電が再開される。なお、それまでモータ１２に対して給電が行われていた場合には、その給電状態が維持される。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。このように、本制御では飛行ロボット５０の飛行中において対象物を把持する必要が無いときには、ハンド機構１は最大開状態とされることで障害物とハンド機構１との干渉回避や、飛行中の空気抵抗の軽減が図られることになる。なお、別法として、飛行ロボット５０が飛行を開始する前に、ハンド機構１を最大開状態としてから飛行を開始してもよい。

＜変形例１＞
ハンド機構１の第１の変形例について、図１３に基づいて説明する。図１３の上段（ａ）には飛行ロボット５０の概略構成を示し、下段（ｂ）にはハンド機構１によって、飛行ロボット５０が棒状の対象物７５に吊り下がった状態を示している。この飛行ロボット５０では、ハンド機構１はボディ５５の上方に直接設置されている。そのため、ボディ５５に対してハンド機構１の相対的な位置は変更されない。このような形態でも、対象物７５をハンド機構１で把持し、そこに飛行ロボット５０を吊り下げた状態とすることができる。そのときモータ１２への給電を停止しても、上述したようにハンド機構１による把持状態を維持でき、以て、飛行ロボット５０の落下を抑制できる。

また、本変形例でも、飛行ロボット５０が飛行している間であって把持動作を必要としないときは、図１３（ａ）に示すようにハンド機構１は最大開状態とされ、ハンド機構１がボディ５５に沿った形状になるため、飛行中の飛行ロボット５０に対する空気抵抗を軽減できるとともに、ハンド機構１の高さが小さくなり周囲の障害物との干渉を回避しやすくなる。

＜変形例２＞
ハンド機構１の第２の変形例について、図１４に基づいて説明する。図１４の上段（ａ）には飛行ロボット５０の概略構成を示し、下段（ｂ）にはハンド機構１が棒状の対象物６５を把持している状態を示している。この飛行ロボット５０では、ハンド機構１はボディ５５に対して、ロボットアーム６０、６１を介して取り付けられている。なお、ロボットアーム６０、６１は、不図示の関節部によって相対的に変位が可能な構成物であり、公知の技術を適用することで実現可能であるからその詳細の説明は割愛する。そして、このようにハンド機構１がロボットアーム６０、６１を介してボディ５５に取り付けられることで、ボディ５５に対してハンド機構１の相対的な位置や姿勢を変更することができ、より柔軟に対象物６５を把持することが可能となる。

また、本変形例では、飛行ロボット５０が飛行している間であって把持動作を必要としないときは、ロボットアーム６０、６１をボディ５５の周囲で折りたたんだ状態でハンド機構１は最大開状態とされ、以てハンド機構１がボディ５５に沿った形状になる。この結果、飛行中の飛行ロボット５０に対する空気抵抗を軽減できるとともに、ハンド機構１の高さが小さくなり周囲の障害物との干渉を回避しやすくなる。

１・・・ハンド機構、２、３・・・指部、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ・・・指プレート、１０・・・ベース部、１１・・・前方端面、１２・・・モータ、１６・・・圧力センサ、３０・・・伝達機構、３０ａ・・・入力部、３０ｂ・・・出力部、３３・・・ウォーム、３４・・・ウォームホイール、５０・・・飛行ロボット、５３・・・推進ユニット、２００・・・制御装置、２１０・・・飛行制御部、２１１・・・ハンド制御部

Claims (10)

1. ボディと、
   回転翼の駆動により推進力を発生させる推進ユニットを複数有し、該複数の推進ユニットは前記ボディに設けられている推進部と、
   ベース部に開閉可能に取り付けられた少なくとも２つの指部を有するハンド機構と、
   前記ハンド機構における前記少なくとも２つの指部の開閉動作を制御する制御部と、
   を備え、前記推進部によって飛行可能に構成された飛行ロボットであって、
   前記飛行ロボットの飛行中であって前記ハンド機構により対象物を把持しないときに、前記制御部は、前記ハンド機構を、前記少なくとも２つの指部を閉状態よりも前記ボディに近付けるように前記ボディに沿って拡開させた所定の開状態に維持する、
   飛行ロボット。
2. ボディと、
   回転翼の駆動により推進力を発生させる推進ユニットを複数有し、該複数の推進ユニットは前記ボディに設けられている推進部と、
   ベース部に開閉可能に取り付けられた少なくとも２つの指部を有するハンド機構と、
   前記ハンド機構における前記少なくとも２つの指部の開閉動作を制御する制御部と、
   を備え、前記推進部によって飛行可能に構成された飛行ロボットであって、
   前記飛行ロボットの飛行中であって前記ハンド機構により対象物を把持しないときに、前記制御部は、前記ハンド機構を、前記少なくとも２つの指部を前記ボディに沿って拡開させた所定の開状態に維持し、
   前記所定の開状態は、前記少なくとも２つの指部のそれぞれの先端が前記ベース部の所定部位より後退した位置に至る最大開状態である、
   飛行ロボット。
3. 前記ハンド機構は、一又は複数の関節部を有するロボットアームを介して前記ボディに取り付けられ、
   前記制御部は、前記ロボットアームを前記ボディの周囲で折りたたんだ状態で、前記少なくとも２つの指部を、前記ボディに沿って拡開させた前記所定の開状態とする、
   請求項１または２に記載の飛行ロボット。
4. 前記所定の開状態は、前記少なくとも２つの指部のそれぞれの先端が前記ベース部の所定部位より後退した位置に至る最大開状態である、
   請求項１に記載の飛行ロボット。
5. 前記ハンド機構は、
   前記少なくとも２つの指部の前記開閉動作のための駆動力を供給するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動力が入力部に入力され、出力部から該駆動力を前記少なくとも２つの指部に出力する伝達部と、
   を更に有し、
   前記伝達部は、前記アクチュエータが作動していない状態でも前記所定の開状態が維持されるように、前記入力部と前記出力部との間に所定の保持力を発生させる、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の飛行ロボット。
6. 前記ハンド機構は、
   前記少なくとも２つの指部の前記開閉動作のための駆動力を供給するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動力が入力部に入力され、出力部から該駆動力を前記少なくとも２つの指部に出力する伝達部と、
   を更に有し、
   前記伝達部は、前記アクチュエータが作動していない状態でも前記所定の開状態が維持されるように、前記入力部と前記出力部との間に所定の保持力を発生させる、
   請求項４に記載の飛行ロボット。
7. 前記ハンド機構は、前記少なくとも２つの指部が所定の閉状態になることで対象物の把持が可能とされ、
   前記伝達部は、前記アクチュエータが作動していない状態でも、前記所定の閉状態において前記対象物による荷重が前記少なくとも２つの指部に掛かったときに該少なくとも２つの指部が相対的に変位しないように、前記入力部と前記出力部との間に前記所定の保持力を発生させる、
   請求項６に記載の飛行ロボット。
8. 前記少なくとも２つの指部が前記所定の閉状態となったときに、該少なくとも２つの指部及び前記ベース部の前記所定部位と前記対象物との接触によって、該対象物が把持された状態が形成され、
   前記所定部位に、前記対象物との接触を検知可能な少なくとも１つの圧力センサが設けられる、
   請求項７に記載の飛行ロボット。
9. 前記所定部位に、複数の前記圧力センサが、前記ベース部における前記少なくとも２つの指部の並びに沿って直列に設けられる、
   請求項８に記載の飛行ロボット。
10. 前記伝達部は、
    前記入力部であるウォームと、
    前記ウォームと係合し、前記出力部であるウォームホイールと、
    を含み、
    前記ウォームと前記ウォームホイールとの間の係合により前記所定の保持力が発生する、
    請求項５から請求項９の何れか１項に記載の飛行ロボット。

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