JP7413618B2 - ロボット装置とその制御方法、並びにロボットシステム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 （１）オングリット株式会社が、北九州芸術劇場小劇場にて、公開イベント「北九州でＩｏＴデモデイ」において公開で平成３１年３月７日に記者会見を行い、「高所点検ロボット」について説明した。

特許法第３０条第２項適用 （２） ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｍｅｄｉａ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａ－ｍａｘ．ｃｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅ／３０７１９ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｃｏｍｐａｎｙ／；ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｂｌｏｇ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／％ｅ７％９ｆ％ｂ３％ｅ７％９４％ｂ０％ｅ７％ｂ７％８ｆ％ｅ５％８ｂ％９９％ｅ５％ａ４％ａ７％ｅ８％８７％ａ３％ｅ３％８１％ａｅ％ｅ８％ａ６％９６％ｅ５％ａｆ％９ｆ％ｅｆ％ｂｃ％ａ０％ｅ５％８ｃ％９７％ｅ４％ｂ９％９ｄ％ｅ５％ｂ７％９ｅ％ｅ５％ｂ８％８２％ｅ３％８１％ａｅｃｏｍｐａｓｓ％ｅ５％ｂ０％８ｆ％ｅ５％８０％８９／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／％ｅ７％ａｃ％ａｃ１４３％ｅ５％９ｂ％９ｅ％ｅ３％８３％９９％ｅ３％８３％ｂ３％ｅ３％８３％８１％ｅ３％８３％ａ３％ｅ３％８３％ｂｃ％ｅ３％８３％９７％ｅ３％８３％ａ９％ｅ３％８２％ｂ６％ｅ４％ｂａ％８ｃ％ｅ６％９ｃ％８８％ｅ４％ｂｃ％９ａ％ｅ３％８０％８０％ｅ４％ｂ８％８０％ｅ８％８８％ａｃ％ｅ７％ａ４％ｂｅ％ｅ５％９ｂ％ａ３％ｅ６％ｂ３％９５％ｅ４％ｂａ％ｂａ％ｅ４％ｂ９％９ｄ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｄｉｓｔｉｎａｔｉｏｎｓ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｄｉｓｔｉｎａｔｉｏｎｓ／ｒｅｓｅａｒｃｈ－ｓｔａｔｕｓ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｎ－ｇｒｉｔ．ｃｏｍ／ｒｅｃｒｕｉｔ／ オングリット株式会社が、上記ウェブサイトにて、「高所点検ロボット」について、令和１年５月１日、令和１年６月１７日、令和１年７月２日、令和１年７月３１日、令和１年８月２６日、及び令和１年９月１０日にそれぞれ公開した。

特許法第３０条第２項適用 （３） オングリット株式会社が、日経ＣＮＢＣ「賢者の選択ＦＵＳＩＯＮ」、ＢＳ１２「賢者の選択ＦＵＳＩＯＮ」、及びサンテレビ「賢者の選択ＦＵＳＩＯＮ」の放送番組にてそれぞれ、「高所点検ロボット」について、令和１年６月３０日、令和１年７月１日及び令和１年７月１日に公開した。

本発明は、例えば柱形状構造物又はその付属物の損傷を診断するときに好適である、ロボット装置とその制御方法、並びにロボットシステムに関する。

例えば道路付属物のうち、小規模附属物や電柱や鉄塔などの柱形状の構造物に設けられる、小規模付属物と呼ばれる道路照明又は標識等に関して、従来は対象付属物のボルトのゆるみや腐食などの損傷を、交通規制して、高所作業車を使用することで、近接して目視及び打音によって調査を行ってきた。この方法は、技術者が必要不可欠であり、高所作業車や交通規制のための器材、交通誘導員等の費用がかかる上、一箇所点検するにも準備等に多大の時間がかかるという問題点があった。

例えば特許文献１では、新規撮影画像に一対一に対応する既撮影画像が無い場合であっても、鋼構造物の劣化の程度を精度よく判定可能な保存管理システムが提案されている。

また、例えば特許文献２では、無線による遠隔操作によって操作される、いわゆる「ドローン」と呼ばれる飛行装置が開示され、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減し、安全性及び信頼性の高い飛行装置の操作システムが提案されている。

特開２０１８－０８５０１５号公報 特開２０１９－０５１７５６号公報

しかしながら、特許文献１では、人間が鋼構造物を撮影する必要があるという問題点があった。また、特許文献２では、「ドローン」を、例えば道路照明又は標識等が設けられた電柱又は鉄塔の長手方向に沿って移動させるように操作することは極めて難しい。また、２０１５年１２月１０日より通称ドローン規制法である改正航空法が施行され、特別な許可が無い限りは、人などの第三者又は第三者の建物、自動車などの物体との間に３０ｍ以上の距離を保って飛行させる必要があり、例えば道路上又は道路近傍では、「ドローン」を飛行させることができないという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば柱形状構造物又はその付属物の損傷を診断するときに使用することができるロボット装置とその制御方法、並びに、前記ロボット装置を用いたロボットシステムを提供することにある。

本発明に係るロボット装置は、
基体と、
前記基体に設けられたスラスタと、
前記基体に設けられた昇降ローラと、
前記基体に設けられた付勢手段であって、前記昇降ローラと付勢手段との間に、柱形状構造物を挟みながら前記柱形状構造物に対して付勢することで前記基体を保持する付勢手段と、
前記昇降ローラ及び前記スラスタの動作を制御する制御手段とを備えるロボット装置であって、
前記制御手段は、前記スラスタを駆動しながら、前記柱形状構造物の長手方向と実質的に平行な方向で前記昇降ローラを回転駆動することで、前記基体を前記柱形状構造物の長手方向に移動させるように制御することを特徴とする。

従って、本発明に係るロボット装置等によれば、例えば柱形状構造物又はその付属物の損傷を診断するときに使用することができるロボット装置とその制御方法、前記ロボット装置を用いたロボットシステム、前記ロボット装置を用いた損傷診断装置及び方法を提供することができる。

実施形態に係るロボットシステムのためのロボット装置１００の外観を示す斜視図である。 図１のロボット装置１００の正面図である。 図１のロボット装置１００の上面図である。 図１のロボット装置１００の側面図である。 図１のロボット装置１００の昇降ローラ６０のローラ部６０Ａの側面図である。 図１のロボット装置１００の昇降ローラ６０のローラ部６０Ｂの側面図である。 図１のロボット装置１００を無線操作するための操作コントローラ２００の外観を示す正面図である。 図１のロボット装置１００及び図６の操作コントローラ２００の構成例を示すブロック図である。 図１のロボット装置１００のための改良型ポールガイド３２Ａの外観を示す斜視図である。 図７の操作コントローラ２００の制御回路２１０により実行される損傷診断処理を示すフローチャートである。 図８の改良型ポールガイド３２Ａを備えたロボット装置１００の試作装置の外観を示す写真画像である。 図１０のロボット装置１００の試作装置を、道路照明の街路灯（円柱形状構造物）の長手方向で実際に移動させたときの写真画像である。

以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。なお、以下の図面の図示は実施形態の構成例であって、本発明はこれに限定されるものではない。

（ロボット装置１００の構造）
図１は実施形態に係るロボットシステムのためのロボット装置１００の外観を示す斜視図であり、図２は図１のロボット装置１００の正面図である。また、図３は図１のロボット装置１００の上面図であり、図４は図１のロボット装置１００の側面図である。なお、図１～図４及び図５Ａ，図５Ｂにおいて、ロボット装置１００の構造を説明する際に、互いに直交する三次元のＸＹＺ方向を用いる。ここで、Ｘ方向及び－Ｘ方向を左右方向といい、Ｙ方向を奥行方向といい、－Ｙ方向を手前方向といい、Ｚ方向を上方向といい、－Ｚ方向を下方向ともいう。

図１～図４において、ロボット装置１００は飛行しないいわゆるドローン装置であって、それぞれコの字形状を有する基体１１，１２を備えて構成される。ここで、基体１１はロボット装置１００の基本的な支持体であって、Ｘ方向の基体部１１ａと、基体部１１ａの両端のそれぞれに連結されかつそれぞれＺ方向に延在する基体部１１ｂ，１１ｃとを備える。また、基体１２は、Ｘ方向の基体部１２ａと、基体部１２ａの両端のそれぞれに連結されかつそれぞれ－Ｚ方向に延在する基体部１２ｂ，１２ｃとを備える。基体１１の基体部１１ｂの端部は、基体１２の基体部１２ｂの端部にネジ１１ｄ止め（ロック機構付きでもよい）で着脱可能に連結され、基体１１の基体部１１ｃの端部は、基体１２の基体部１２ｃの端部にネジ１２ｄ止め（ロック機構付きでもよい）で着脱可能に連結され、これにより、例えば円柱形状（多角形形状を含み、柱形状でもよい）の構成物（例えば、街路塔、電柱、鉄塔などであって、以下、ポール構成物という。その一例を図１１の写真画像に示す。）を中に挿入可能に構成される。このポール構成物は、例えばＹ方向又はＹ方向の傾斜方向に延在していて、その方向からまた傾斜されて設置されている。

なお、基体１１，１２及び後述する垂直脚部１３、水平脚部１４、中間可動部材２４、支持部材３１、支持部材３３、支持部材４１、支持部材５１、昇降ローラ６０、ローラ部６０Ａ，６０Ｂ及び支持部材７１等は例えば中空矩形柱形状のアルミニウム又はアルミニウム合金にてなる部材で構成される。また、摺動軸部２１、上部固定部材２２、支持部材２３、可動軸部３１ｓ、固定軸部３３ｓ、ポールガイド３２，３２Ａ、ガイドローラ３２ｒ、可動軸部３２ｓ，３４ｓ、プロペラガード４３、プロペラガード５３、突出部６３及びカメラ台７２等は例えば樹脂又はゴム等で成型されて構成される。

各基体部１１ｂ，１１ｃの端部においてそれぞれ、－Ｙ方向に延在する一対の垂直脚部１３が連結され、その下端には水平方向に延在して基体１１，１２を、垂直脚部１３を介して支持する水平脚部１４が連結される。

基体部１１ａの中央部には、例えば下方向に延在する回路搭載部１５が連結される。回路搭載部１５には図７の制御回路１１０、ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２、ＳＳＤ１１３、充電池１１４等が搭載される。

基体部１２ａの中央部からＹ方向に延在する一対の摺動軸部２１が設けられ、その上部端部は上部固定部材２２により固定されている。ここで、上部固定部材２２から基体部１２ｂの端部近傍及び基体部１２ｃの端部近傍に対してそれぞれ一対の支持部材２３が連結されて、一対の支持部材２３により一対の摺動軸部２１及び上部固定部材２２が基体１２に対して固定的に支持される。

中間可動部材２４にはＹ方向に貫通する一対の挿入孔２４ｈが形成され、当該一対の挿入孔２４ｈにはそれぞれ一対の摺動軸部２１が挿入され、中間可動部材２４は基体部12aの中央部と上部固定部材２２との間で摺動可能に構成されている。ここで、後述するようにポールガイド３２，３４を－Ｚ方向に付勢するための一対の定荷重ばね２５のドラムが基体部12aの中央部近傍に、定荷重ばね２５のドラムの各軸がＺ方向で支持されて当該ドラムが回転可能に設けられている。一対の定荷重ばね２５のばねの端部には副板（図示せず）が取り付けられ、当該各ばねをＹ方向に引き出して、各ばねの副板を中間可動部材２４の左右両端部２４ａ，２４ｂに固定することで、中間可動部材２４は－Ｙ方向に定荷重で引っ張られるように構成される。

ポールガイド３２，３４を支持するための支持部材３１，３３はそれぞれ、Ｚ方向側端部で可動軸部３１ｓにより互いに回転可能に連結される一方、－Ｚ方向側端部で可動軸部３２ｓ，３４ｓによりポールガイド３２，３４に互いに回転可能に連結される。支持部材３１の可動軸部３１ｓ側に近い位置において、可動軸部３１ｓを介してＹ方向又はーＹ方向で摺動可能な中間可動部材２４に回転可能に支持され、支持部材３３は支持部材３１の可動軸部３１ｓ側に近い位置において、基体部１２aの中央部に固定される固定軸部３３ｓを介して回転可能に支持される。上述のように、一対の定荷重ばね２５のばねにより、中間可動部材２４は－Ｙ方向に定荷重で引っ張られるので－Ｚ方向にポールガイド３２，３４が引っ張られるのに対して、昇降ローラ６０との間でポール構成物を挟み摺動させたときは、ポールガイド３２，３４がＺ方向でポール構成物に対して応力がかかり、これらの応力バランスで、基体１１，１２がポール構成物をＹ方向又は－Ｙ方向で摺動可能に挟みむように保持されて構成される。従って、ポールガイド３２，３４は、ポール構成物を昇降ローラ６０との間で所定の荷重で－Ｚ方向で付勢しながら挟みかつ、当該ポール構成物に摺動可能に当接する、略円板形状の一対のガイドローラ３２ｒ，３４ｒにより基体１１，１２がＹ方向又は－Ｙ方向で摺動可能に構成される。

支持部材４１は、基体部１１ｂのネジ１１ｄ側近傍の位置において、基体部１１ｂからＸ方向に突出するように基体部１１ｂに連結され、そのＸ方向側端部において、チルトモータ４１ｍ及びスラスタモータ４２ｍを介して、スラスタ４２が連結される。スラスタ４２は矩形板形状の回転翼であって、基本位置では、スラスタ４２の長手方向がＸＺ平面で回転するが、スラスタ４２は、傾斜位置では、チルトモータ４１ｍによりＸＺ平面に対して支持部材４１の長手方向の軸でのチルト角が調整可能であって、当該チルト角で傾斜可能である。さらに、支持部材４１のＸ方向側端部において、スラスタ４２が当該ロボット装置１００以外の他の部材と衝突することを防止するための例えば円柱形状であって例えば３個のプロペラガード４３が設けられ、これらのプロペラガード４３は例えば略Ｘ方向、略Ｚ方向及び略－Ｚ方向でそれぞれ上向き傾斜方向で支持部材４１のＸ方向側端部から突出するように設けられる。

支持部材５１は、基体部１１ｃのネジ１２ｄ側近傍の位置において、基体部１１ｃから－Ｘ方向に突出するように基体部１１ｃに連結され、その－Ｘ方向側端部において、チルトモータ５１ｍ及びスラスタモータ５２ｍを介して、スラスタ５２が連結される。スラスタ５２は矩形板形状の回転翼であって、基本位置では、スラスタ５２の長手方向がＸＺ平面で回転するが、スラスタ５２は、傾斜位置では、チルトモータ５１ｍによりＸＺ平面に対して支持部材５１の長手方向の軸でのチルト角が調整可能であって、当該チルト角で傾斜可能である。さらに、支持部材５１のＸ方向側端部において、スラスタ５２が当該ロボット装置１００以外の他の部材と衝突することを防止するための例えば円柱形状であって例えば３個のプロペラガード５３が設けられ、これらのプロペラガード５３は例えば略－Ｘ方向、略Ｚ方向及び略－Ｚ方向でそれぞれ上向き傾斜方向で支持部材５１の－Ｘ方向側端部から突出するように設けられる。

昇降ローラ６０は略円板形状を有し、基体部１１ａの中央部の上方向（Ｙ方向に向かう方向）の位置において、一対のローラ支持部６１を介して、Ｘ方向の軸の回りで回転可能に支持されて、昇降ローラ６０とポールガイド３２，３４のガイドローラ３２ｒ，３４ｒとの間でポール構成物を挟みかつ、ドライブモータ６０ｍにより回転される。ここで、昇降ローラ６０のローラ回転面がポール構成物の表面に当接し、当該当接点又は当接面で、昇降ローラ６０のローラ回転面の移動方向がポール構成物の長手方向と実質的に平行となるように構成される。ここで、昇降ローラ60は、Ｘ方向側から見て反時計回りに回転することにより、前記ポール構成物の長手方向に沿ってＹ方向又はＹ方向から傾斜された方向で上昇する。また、昇降ローラ60は、Ｘ方向側から見て時計回りに回転することにより、前記ポール構成物の長手方向に沿って－Ｙ方向又は－Ｙ方向から傾斜された方向で下降する。

図５Ａは図１のロボット装置１００の昇降ローラ６０のローラ部６０Ａの側面図であり、図５Ｂは図１のロボット装置１００の昇降ローラ６０のローラ部６０Ｂの側面図である。図１～図４の昇降ローラ６０は、例えば、それぞれ略円板形状を有する、図５Ａのローラ部６０Ａと、図５Ｂのローラ部６０Ｂとが同軸で合体された構造を有する。ここで、各ローラ部６０Ａ，６０Ｂはそれぞれ、円板の円周を例えば五分割（例えば複数分割でもよい）された位置において、円板円周から若干突出するように設けられた突出部６３が設けられる。なお、各ローラ部６０Ａ，６０Ｂの各突出部６３は、昇降ローラ６０の円周で互い違いの位置に設けられるので、図５Ａ及び図５Ｂの例では、昇降ローラ６０が１回転すると、１０回の振動を周期的に印加できる。ここで、各突出部６３は、昇降ローラ６０の回転によりロボット装置１００が上昇し又は下降するときに支障がないように突出して設けられるが、若干の突出により、ポール構成物の表面に対して応力を周期的に印加する（強打する）ことができる。また、この強打時に発生する振動を、例えば昇降ローラ６０の内部に設けられた振動センサ６０ｓ（図７）により検出してその振動検出信号を制御回路１１０（図７）に出力する。

なお、図５Ａ及び図５Ｂの構成例では、２個のローラ部６０Ａ，６０Ｂを組み合わせているが、本発明はこれに限らず、１個のローラ部でも、３個以上のローラ部を組み合わせて構成してもよい。

図１～図４の図面に戻り、カメラ７３（図１～図４において図示しないが、図７に図示）周辺について以下に説明する。基体部１１ａの中央部からＹＺ平面で昇降ローラ６０から外側方向にＹ方向からの傾斜方向で傾斜して突出するように、支持部材７１が連結される。支持部材７１の－Ｚ方向側端部には、チルトモータ７２ｍ及びカメラ台７２を介してカメラ７３（図７）が、ポール構成物の表面を撮影可能に設けられる。ここで、チルトモータ７２ｍにより、カメラ７３の撮影方向をＹＺ平面で所定のチルト角で傾斜して調整できる。

（操作コントローラ２００の構成）
図６は図１のロボット装置１００を無線操作するための操作コントローラ２００の外観を示す正面図である。

図６において、操作コントローラ２００は、中央左右に一対の操作スティック２２１，２２２が設けられ、各操作スティック２２１，２２２は、左方向、右方向、手前方向及び奥行方向（手前方向とは反対方向（奥行向こう側方向）をいう）の４方向でユーザが動かすことで、手動でロボット装置１００の移動を制御するための操作手段である。操作スティック２２１はいわゆるスロットルスティックであり、操作スティック２２１を奥行方向に倒すことで、スラスタ４２，５２の回転数を大きくすることができ、手前方向に戻すことでスラスタ４２，５２の回転数を小さくしてゼロまで設定できる。

操作スティック２２１を右側に倒すことで、チルトモータ４１ｍによりスラスタ４２がＸ軸を中心として－Ｘ方向を見たときに例えば４５゜以下の所定チルト角だけ反時計方向に回転した位置で保持しかつ、チルトモータ５１ｍによりスラスタ５２が－Ｘ軸を中心としてＸ方向を見たときに例えば４５゜以下の所定チルト角だけ反時計方向に回転した位置で保持し、スラスタ４２，５２を同一の方向で回転することで、ロボット装置１００をポール構成物の回りで、上方から見て時計回りで回転させることができる。また、操作スティック２２１を左側に倒すことで、チルトモータ４１ｍによりスラスタ４２がＸ軸を中心として－Ｘ方向を見たときに例えば４５゜以下の所定チルト角だけ時計方向に回転した位置で保持しかつ、チルトモータ５１ｍによりスラスタ５２が－Ｘ軸を中心としてＸ方向を見たときに例えば４５゜以下の所定チルト角だけ時計方向に回転した位置で保持し、スラスタ４２，５２を同一の方向で回転することで、ロボット装置１００をポール構成物の回りで、上方から見て反時計回りで回転させることができる。なお、ロボット装置１００の回転動作は、後述する自動モードにおいてもスラスタ４２，５２を所定のチルト角で傾斜させた状態で、ロボット装置１００をポール構成物の回りで時計回り又は反時計回りで回転させることができる。

操作スティック２２２はエレベーションスティックであり、操作スティック２２２を奥行方向に倒すことで、スラスタ４２，５２を基本チルト位置で同一方向で回転させ、昇降ローラ６０をＸ軸方向から見て反時計方向で回転させてトリガさせることで、ロボット装置１００を上昇させることができる。また、操作スティック２２２を手前方向に倒すことで、スラスタ４２，５２を基本チルト位置で同一方向で回転させ、昇降ローラ６０をＸ軸方向から見て時計方向で回転させてトリガさせることで、ロボット装置１００を下降させることができる。ロボット装置１００の上昇又は下降動作は、後述する自動モードでも昇降ローラ６０を同様に回転させることができる。

一対の操作スティック２２１，２２２の間の位置には、操作コントローラ２００及びロボット装置１００の電源をオン又はオフする電源スイッチ２２３が設けられる。また、カメラチルト操作部２２９は、電源スイッチ２２３の上側に設けられ、カメラ７３のチルト角を調整できるボリューム形式の操作手段であり、時計方向に回すことでカメラ７３の撮影方向を下向きするようにチルト角を小さくし、反時計方向に回すことでカメラ７３の撮影方向を上向きするようにチルト角を大きくすることができる。さらに、操作コントローラ２００の下側中央部には、操作内容、カメラ７３による撮影画像及び損傷診断処理の損傷診断結果等を表示するディスプレイ２１６が設けられる。ここで、損傷診断処理は、後述するように、振動センサ６０ｓにより検出された振動信号の振動データに基づく第１の損傷診断処理と、カメラ７３により撮影された撮影画像に基づく第２の損傷診断処理とからなる。

電源スイッチ２２３と、ディスプレイ２１６との間の位置において、左右方向に、モードスイッチ２２４、実行スイッチ２２５、上昇スイッチ２２６、下降スイッチ２２７及び停止スイッチ２２８が並置される。

（１）モードスイッチ２２４は、１回押下する毎に、手動モード、自動モード１、自動モード２、自動モード３の順序で動作モードを切り換えることができる。ここで、手動モードは、操作スティック２２１，２２２又は上昇スイッチ２２６、下降スイッチ２２７及び停止スイッチ２２８を用いてロボット装置１００の移動を操作することができる。自動モード１は、ポール構成物の長手方向で所定のステップ幅で上昇して第１の損傷診断処理のための振動信号の振動データの収集を行い、次いで、ポール構成物の長手方向の各位置でロボット装置１００がポール構成物の回りで回転して、第２の損傷診断処理のための撮影画像データの収集を行う。自動モード２は、ポール構成物の長手方向で上昇しながらかつロボット装置１００がポール構成物の回りで回転して、第１の損傷診断処理のための振動信号の振動データの収集を行い、かつ第２の損傷診断処理のための撮影画像データの収集を行う。自動モード３は、ポール構成物の長手方向で所定の速度で上昇して第１の損傷診断処理のための振動信号の振動データの収集を行い、次いで、回転せずに第２の損傷診断処理のための撮影画像データの収集を行い、この処理の後、ロボット装置１００を所定の位置まで下降させて、ポール構成物の円周で所定の角度だけ回転させて、上記の処理を、全周となるように繰り返す。

（２）実行スイッチ２２５はモードスイッチ２２４で動作モードを設定した後、自動モード１～３のいずれかを実行するための操作手段である。
（３）上昇スイッチ２２６は手動により、ロボット装置１００をポール構成物の所定の位置まで上昇させる操作手段である。
（４）下降スイッチ２２７手動により、ロボット装置１００をポール構成物の所定の位置まで下降させる操作手段である。
（５）停止スイッチ２２８は手動モード又は自動モードの処理を停止させるための操作手段である。

以上のように構成されたロボット装置１００においては、スラスタ４２，５２を上昇又は下降の推進力発生装置として用いて、かつ昇降ローラ６０を上昇又は下降の動作開始のトリガ力及び移動駆動力の発生装置として用いて、ロボット装置１００を上昇又は下降させることができる。また、スラスタ４２，５２のチルト角を所定値にしてスラスタ４２，５２をＸＺ平面（基体１１，１２の水平面）から傾斜させかつスラスタ４２，５２を回転させることで、ロボット装置１００をポール構成物の回りで回転させることができる。

さらに、ロボット装置１００は、ポール構成物が図１１の街頭柱のごとく曲がっていても、ポール構成物の長手方向に沿って上昇又は下降させることができるという特有の効果を有する。

（ロボット装置１００及び操作コントローラ２００の構成例）
図７は図１のロボット装置１００及び図６の操作コントローラ２００の構成例を示すブロック図である。

図７のロボット装置１００は、制御回路１１０と、ＲＯＭ１１１と、ＲＡＭ１１２と、ＳＳＤ１１３と、充電池１１４と、アンテナ１１５Ａを有する無線通信回路１１５とを備える。ロボット装置１００はさらに、スラスタモータ４２ｍ，５２ｍと、ドライブモータ６０ｍと、チルトモータ４１ｍ，５１ｍ，７２ｍと、カメラ７３と、振動センサ６０ｓとを備えて構成される。

（１）制御回路１１０は、ＲＯＭ１１１に格納された基本ＯＳソフトウェアのプログラム、ＲＡＭ１１２に格納された設定データ値、ＳＳＤ１１３に格納された応用ソフトウェア（ロボット装置１００の動作制御処理、及び損傷診断処理のうちのロボット装置１００の処理等）のプログラムに基づいて、ロボット装置１００内の各構成要素１１１～１１５、スラスタモータ４２ｍ，５２ｍと、ドライブモータ６０ｍと、チルトモータ４１ｍ，５１ｍ，７２ｍと、カメラ７３と、振動センサ６０ｓの動作を制御する。
（２）ＲＯＭ１１１は基本ＯＳソフトウェアのプログラム、基本的な設定データを格納する。
（３）ＲＡＭ１１２はプログラムを実行するときに必要なデータを格納する。
（４）ＳＳＤ１１３は応用ソフトウェア（ロボット装置１００の動作制御処理、及び損傷診断処理のうちのロボット装置１００の処理等）のプログラム及び、各処理を実行するときに必要なデータ、並びに振動信号の振動データ、撮影画像データ等を格納する。
（５）充電池１１４は、制御回路１１０のほか、他の構成要素等に電源電圧を供給する。

（６）無線通信回路１１５はアンテナ１１５Ａを有し、アンテナ２１５Ａを介して無線通信回路２１５と無線通信することで、操作コントローラ２００の制御回路２１０からの命令信号等を受信し、ロボット装置１００で取得した撮影画像データ、振動信号の振動データ等を操作コントローラ２００の制御回路２１０に送信する。
（７）カメラ７３は損傷診断処理を実行すべきポール構成物の表面を撮影し、撮影した画像データをＳＳＤ１１３に一時的に格納した後、無線通信回路１１５，２１５及び制御回路２１０を介してＳＳＤ２１３に送信する。
（８）振動センサ６０ｓは例えば圧電センサであって、ローラ部６０Ａ，６０Ｂが回転することで突出部６３によりポール構成物の表面に対して所定の応力を周期的に印加（強打）したときの振動信号の振動データをＳＳＤ１１３に一時的に格納した後、無線通信回路１１５，２１５及び制御回路２１０を介してＳＳＤ２１３に送信する。

図７の操作コントローラ２００は、制御回路２１０と、ＲＯＭ２１１と、ＲＡＭ２１２と、ＳＳＤ２１３と、充電池２１４と、アンテナ２１５Ａを有する無線通信回路２１５と、ディスプレイ２１６とを備える。また、制御回路２１０には、操作スティック２２１，２２２と、電源スイッチ２２３と、モードスイッチ２２４と、実行スイッチ２２５と、上昇スイッチ２２６と、下降スイッチ２２７と、停止スイッチ２２８と、カメラチルト操作部２２９とが接続される。操作スティック２２１，２２２及び各スイッチ２２４～２２８、カメラチルト操作部２２９による操作による動作については上述の通りである。

（１）制御回路２１０は、ＲＯＭ２１１に格納された基本ＯＳソフトウェアのプログラム、ＲＡＭ２１２に格納された設定データ値、ＳＳＤ２１３に格納された応用ソフトウェア（操作コントローラ２００の動作制御処理、及び損傷診断処理のうちの操作コントローラ２００の処理等）のプログラム、操作スティック２２１，２２２及び各スイッチ２２４～２２８、カメラチルト操作部２２９による操作に基づいて、操作コントローラ２００内の各構成要素１１１～１１６の動作を制御する。
（２）ＲＯＭ２１１は基本ＯＳソフトウェアのプログラム、基本的な設定データを格納する。
（３）ＲＡＭ２１２はプログラムを実行するときに必要なデータを格納する。
（４）ＳＳＤ２１３は応用ソフトウェア（操作コントローラ２００の動作制御処理、及び損傷診断処理のうちの操作コントローラ２００の処理等）のプログラム及び、各処理を実行するときに必要なデータ、並びに振動信号の振動データ、撮影画像データ等を格納する。
（５）充電池２１４は、制御回路２１０のほか、他の構成要素等に電源電圧を供給する。

（６）無線通信回路２１５はアンテナ２１５Ａを有し、アンテナ１１５Ａを介して無線通信回路１１５と無線通信することで、操作コントローラ２００の制御回路２１０からの命令信号等を送信し、ロボット装置１００で取得した撮影画像データ、振動信号の振動データ等を受信して制御回路２１０を介してＳＳＤ２１３に格納する。

以上の実施形態では、ロボット装置１００及び操作コントローラ２００をそれぞれ充電池１１４，２１４で駆動しているが、本発明はこれに限らず、地上に載置した電源装置から有線の電源線を介して電源駆動してもよい。

（改良型ポールガイド３２Ａの構造）
図８は図１のロボット装置１００のための改良型ポールガイド３２Ａの外観を示す斜視図である。図８において、改良型ポールガイド３２Ａは、図１～図４のポールガイド３２に比較して、ポール構成物をより確実に保持するために、ポールガイド保持部の縦方向の長さを長くしたことを特徴とする。ここで、改良型ポールガイド３２Ａの上中央部において２個のガイドローラ３２ｒを設け、その下中央部において２個のガイドローラ３２ｒを設けている。なお、改良型ポールガイド３２Ａと同様に、図１～図４のポールガイド３４の改良型ポールガイドを同様に形成して設けてもよい。

（損傷診断処理）
図９は図７の操作コントローラ２００の制御回路２１０（制御回路２１０の命令信号に基づいて制御回路１１０が実行する処理も含む）により実行される損傷診断処理を示すフローチャートである。当該損傷診断処理を実行する前に、ロボット装置１００が柱形状構造物にセットされる。すなわち、基体１１，１２を連結するネジ１１ｄ，１２ｄのいずれかを外して、ポール構成物を昇降ローラ６００と、ポールガイド３２，３４のガイドローラ３２ｒ，３４ｒとの間に挟み込むようにロボット装置１００をポール構成物に保持させる。

図９のステップＳ１において、上昇スイッチ２２６を押下することにより、ロボット装置１００を所定の開始位置まで移動させる。次いで、ステップＳ２において、複数の動作モードのうちの１つの動作モードを選択して実行スイッチ２２５を押下することにより、ロボット装置１００が柱形状建設物の長手方向に移動しながら、柱形状建設物の表面又はその付属物（ネジなど）を、カメラ７３を用いて撮影して撮影された画像データを位置データ（動作開始位置から、昇降ローラ６０の回転数等に基づいて、ポール構成物の長手方向の位置を計算する）とともにＳＳＤ１１３に格納し、かつ昇降ローラ６０の複数の突出部６３により柱形状建設物の表面に対して振動を印加したときの振動を振動センサ６０ｓにより検出して位置データともに振動信号の振動データをＳＳＤ１１３に格納する。

ステップＳ３において、ロボット装置１００が所定の終了位置に到達したとき、停止スイッチ２２８を押下することより、ロボット装置１００の移動が停止した後、例えば地上に向けて移動して元の開始位置まで戻る。次いで、ステップＳ４において、ＳＳＤ１１３に格納された、各位置データに対応する画像データ及び振動データを、無線通信回路１１５、２１５を介して操作コントローラ２００の制御回路２１０を介してＳＳＤ２１３に転送する。さらに、ステップＳ５において、ＳＳＤ２１３に転送された振動データに基づいて、第１の損傷診断処理を実行することで損傷の位置及び損傷内容を推定して、第１の損傷診断結果データをＳＳＤ２１３に格納する。

次いで、ステップＳ６において、ＳＳＤ２１３に転送された画像データに基づいて、第２の損傷診断処理を実行することで損傷の位置及び損傷内容を推定して、第２の損傷診断結果データをＳＳＤ２１３に格納する。さらに、ステップＳ７において、第１及び第２の損傷診断結果をディスプレイ２１６に表示して当該損傷診断処理を終了する。当該終了後は、下降スイッチ２２７を押下してロボット装置１００を所定の下側の位置まで下降させる。

以上の損傷診断処理では、ロボット装置１００を上昇させて第１及び第２の損傷診断処理を実行しているが、本発明はこれに限らず、ロボット装置１００を最上部の位置まで上昇させた後、下降させて第１及び第２の損傷診断処理を実行してもよい。

なお、図９の損傷診断処理においては、第１の損傷診断処理における損傷の位置及び損傷内容の推定処理、並びに、第２の損傷診断処理における損傷の位置及び損傷内容の推定処理を操作コントローラ２００の制御回路２１０により実行しているが、本発明はこれに限らず、振動データ及び撮影画像データを、別のコンピュータ（例えばクラウドコンピュータ等）に、通信回線又はメモリカードを用いて転送して推定処理を実行させてもよい。また、振動データ及び撮影画像データは所定の通信回線を介して例えばタブレット又はスマートホンに転送させてもよい。

上記の第１の損傷診断処理では、損傷がない正常なポール構成物に対して所定の応力を印加した（強打した）ときの振動信号の振動データをフーリエ変換することにより、正常時の振動周波数を予め測定しておき、正常時の振動周波数以外の顕著な振幅（所定のしきい値以上）の振動周波数が出現したときに異常発生と推定する。

また、上記の第２の損傷診断処理では、損傷がない正常なポール構成物の表面の撮影画像データ及び損傷がある異常なポール構成物の表面の撮影画像データを予め測定しておき、深層学習法を用いて人工知能のコンピュータに学習させておき、当該コンピュータは正常時の撮影画像データ以外の異常な画像データが出現したときに異常発生と推定して出力させる。

なお、以上の損傷診断における「損傷」はポール構成物におけるネジのゆるみ、欠陥、腐食等を含む。

なお、図９の実施形態に係る損傷診断処理では、撮影処理と振動検出処理をともに実行して、第１及び第２の損傷診断処理をともに実行しているが、適宜少なくとも１つの処理を実行してもよい。また、第１及び第２の損傷診断処理の順序は限定されず、並列に実行できる場合は同時に実行してもよい。

以上の実施形態では、２個のスラスタ４２，５２を備えているが、本発明はこれに限らず、３個以上のスラスタを備えてもよい。

以上の実施形態では、１個の昇降ローラ６０を備えているが、本発明はこれに限らず、複数個の昇降ローラを備えてもよい。

以上の実施形態では、機構部材２１～３４を用いて、ポール構成物に対して昇降ローラ６０との間で付勢する手段を構成しているが、本発明はこれに限らず、他の機械的な機構を用いて、ポール構成物を挟み込むように付勢する手段を構成してもよい。

図１０は図８の改良型ポールガイド３２Ａを備えたロボット装置１００の試作装置の外観を示す写真画像である。図１０では、スラスタ４２，５２を傾斜させて回転動作モードの姿勢を示している。

図１１は図１０のロボット装置１００の試作装置を、道路照明の街路塔（円柱形状構造物）の長手方向で実際に移動させたときの写真画像である。図１１から明らかなように、ロボット装置１００を街路塔に保持させて上方向に移動させながら、上記の第１及び第２の損傷診断処理を実行させている。

以上のように構成されたロボットシステムによれば、以下の作用効果あがる。

（１）左右のスラスタ４２，５２を、チルトモータ４１ｍ，５１ｍで基体１１，１２の水平面から互いに逆の傾斜角度で傾斜させて左右のスラスタ４２，５２を上方から見て同一方向で回転させることで、ロボット装置１００をポール構成物の回りで回転させることができる。

（２）充電池１１４又は有線電源の駆動により、スラスタ４２，５２を回転駆動させる。ここで、スラスタ４２，５２の推進力のみではロボット装置１００は上昇しない。昇降ローラ６０を回転させることで、上昇又は下降のトリガの推進力を発生させることで、ロボット装置１００をポール構成物の長手方向に沿って移動させることができる。

（３）上下のポールガイド３２，３４をポール構成物の支柱にあてがい、さらに支柱全体を、全体でロの字形状の基体１１，１２で四方から挟み込む。ここで、基体１１，１２がネジ１１ｄ，１２ｄにより連結又は解除される機構に構成され、開閉可能でポール構成物を挟み込むことが可能である。

（４）ポールガイド３２，３４には一対の定荷重ばね２５が接続され、一定のテンション（応力）でポール構成物を付勢して押さえつけることで、試作装置では、例えばポール構成物の半径７５～２２０ｍｍの太さの変化に対応しながら、ロボット装置１００を上昇又は下降させることが可能である。ここで、定荷重ばね２５を着脱可能に構成することで、前記付勢のニュートン値（Ｎ値）を変更することできる。すなわち、ポール構成物の材質に合わせた定荷重ばねを使用できる。

（５）カメラ７３はカメラ台７２に取り付けられ、カメラ台７２はチルトモータ７２ｍを介して支持部材７１に連結されている。図６のカメラチルト操作部２２９を回すことで、カメラ７３の撮影方向を、ポール構成物の表面に対してその長手方向である上方向又は下方向に対する傾斜角度（チルト角）を変更することができる。
（６）カメラ７３で撮影された画像データは、ロボット装置１００から操作コントローラ２００に転送されて制御回路２１０により第２の損傷診断処理が実行され、もしくは、制御回路２１０から他のコンピュータに転送されて第２の損傷診断処理が実行される。第２の損傷診断処理を実行することで、異常時の損傷を推定して検出することができる。

（７）昇降ローラ６０には振動センサ６０ｓが内挿されて、昇降ローラ６０が回転することでロボット装置１００が上昇又は下降しながらポール構成物に対して所定の応力を印加し（強打を印加し）、そのときの振動データを収集する。収集した振動データをフーリエ変換して周波数分析を行って正常時の振動周波数とは異なる異常時の振動周波数を検出することで、ポール構成物の損傷の異常状態を推定することができる。

（８）以上の実施形態に係るロボット装置１００は、挟み込む機構を有することから、飛行しないため、通常のドローン装置とは異なり、飛行許可申請が不要である。従って、市街地の道路近傍でも、ロボット装置１００を使用することができる。
（９）また、高所作業車が不要で、誘導員も不要であり、規制機材も不要である。

（１０）ロボット装置１００の電源コネクタを着脱可能に構成することで、充電池１１４による駆動と、有線電源による駆動とを選択的に変更することが可能である。

以上説明したように、本発明に係るロボット装置等によれば、例えば柱形状構造物又はその付属物の損傷を診断するときに使用することができるロボット装置とその制御方法、前記ロボット装置を用いたロボットシステム、前記ロボット装置を用いた損傷診断装置及び方法を提供することができる。

ここで、照明又は標識等の点検用ロボット装置１００を使用することで、交通規制をかけず現地調査を行い、さらにロボット装置１００から得られる振動データ及び画像データから、損傷や劣化診断を人工知能（ＡＩ）で解析を行うことで、点検業務の効率化を図ることができる。

１１，１２ 基体
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 基体部
１１ｄ，１２ｄ ネジ
１３ 垂直脚部
１４ 水平脚部
１５ 回路搭載部
２１ 摺動軸部
２２ 上部固定部材
２３ 支持部材
２４ 中間可動部材
２４ｈ 挿入孔
２４ａ，２４ｂ 中間可動部材の端部
２５ 定荷重ばね
３１ 支持部材
３１ｓ 可動軸部
３２，３２Ａ ポールガイド（３４、３４Ａも追加？）
３２ｒ ガイドローラ
３２ｓ，３４ｓ 可動軸部
３３ 支持部材
３３ｓ 固定軸部
４１ 支持部材
４１ｍ チルトモータ
４２ スラスタ
４２ｍ スラスタモータ
４３ プロペラガード
５１ 支持部材
５１ｍ チルトモータ
５２ スラスタ
５２ｍ スラスタモータ
５３ プロペラガード
６０ 昇降ローラ
６０ｍ ドライブモータ
６０ｓ 振動センサ
６０Ａ，６０Ｂ ローラ部
６１ ローラ支持部
６３ 突出部
７１ 支持部材
７２ カメラ台
７２ｍ チルトモータ
７３ カメラ
１００ ロボット装置
１１０ 制御回路
１１１ ＲＯＭ
１１２ ＲＡＭ
１１３ ＳＳＤ
１１４ 充電池
１１５ 無線通信回路
１１５Ａ アンテナ
２００ 操作コントローラ
２１０ 制御回路
２１１ ＲＯＭ
２１２ ＲＡＭ
２１３ ＳＳＤ
２１４ 充電池
２１５ 無線通信回路
２１５Ａ アンテナ
２１６ ディスプレイ
２２１，２２２ 操作スティック
２２３ 電源スイッチ
２２４ モードスイッチ
２２５ 実行スイッチ
２２６ 上昇スイッチ
２２７ 下降スイッチ
２２８ 停止スイッチ
２２９ カメラチルト操作部

Claims (8)

1. 基体と、
   前記基体に設けられたスラスタと、
   前記基体に設けられた昇降ローラと、
   前記基体に設けられた付勢手段であって、前記昇降ローラと付勢手段との間に、柱形状構造物を挟みながら前記柱形状構造物に対して付勢することで前記基体を保持する付勢手段と、
   前記昇降ローラ及び前記スラスタの動作を制御する制御手段とを備えるロボット装置であって、
   前記制御手段は、前記スラスタを駆動しながら、前記柱形状構造物の長手方向と実質的に平行な方向で前記昇降ローラを回転駆動することで、前記基体を前記柱形状構造物の長手方向に移動させるように制御し、
   前記ロボット装置は、
   前記昇降ローラに設けられ、前記昇降ローラの回転駆動時に、前記柱形状構造物に対して所定の応力を周期的に印加する応力印加手段と、
   前記昇降ローラに設けられ、前記応力の印加時の振動信号を検出する振動センサとをさらに備え、
   前記制御手段は、前記柱形状構造物の所定位置において、前記応力を印加したときに、前記振動センサにより検出される振動信号を検出し、検出した振動信号を周波数成分にフーリエ変換し、当該検出した周波数成分を、予め検出した正常時の周波数成分と比較することで、前記柱形状構造物の所定位置における損傷を検出することを特徴とするロボット装置。
2. 前記スラスタを前記基体の水平面から所定のチルト角で傾斜させる傾斜手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記傾斜手段により前記スラスタを前記基体の水平面から所定のチルト角で傾斜させたときに、前記スラスタを駆動することで、前記基体を前記柱形状構造物の回りで回転させることを特徴とする、請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記制御手段は、
   （１）所定の操作手段により前記スラスタ及び前記昇降ローラの駆動を制御する手動モードと、
   （２）前記基体を、前記柱形状構造物の長手方向での所定の単位距離だけ移動させた後、前記基体を前記柱形状構造物の回りで回転させることを繰り返す第１の自動モードと、
   （３）前記基体を前記柱形状構造物の回りで回転させながら、前記基体を前記柱形状構造物の長手方向で移動させる第２の自動モードと、
   （４）前記基体を、前記柱形状構造物の長手方向での所定の単位距離だけ移動させた後、前記基体を前記柱形状構造物の回りで所定の角度だけ回転させることを繰り返す第３の自動モードと
   の少なくとも１つを実行する、請求項２に記載のロボット装置。
4. 前記柱形状構造物の所定位置を撮影する撮像手段をさらに備え、
   前記制御手段は、柱形状構造物の所定位置において、前記撮像手段により撮影した画像データを、予め撮影した画像データと比較することで、前記柱形状構造物の所定位置における損傷を検出することを特徴とする、請求項１～３のうちのいずれか１つに記載のロボット装置。
5. 前記制御手段は深層学習コンピュータを含み、予め撮影した画像データと、正常状態又は異常状態との結果データとに基づいて深層学習され、前記撮像手段により撮影した画像データを入力することで、前記柱形状構造物の所定位置における損傷を検出することを特徴とする、請求項４に記載のロボット装置。
6. 請求項１～５のうちのいずれか１つに記載のロボット装置と、
   前記ロボット装置の制御手段を操作する操作手段を備える操作コントローラとを備える、ロボットシステム。
7. 基体と、
   前記基体に設けられたスラスタと、
   前記基体に設けられた昇降ローラと、
   前記基体に設けられた付勢手段であって、前記昇降ローラと付勢手段との間に、柱形状構造物を挟みながら前記柱形状構造物に対して付勢することで前記基体を保持する付勢手段と、
   前記昇降ローラ及び前記スラスタの動作を制御する制御手段とを備えるロボット装置の制御方法であって、
   前記制御手段が、前記スラスタを駆動しながら、前記柱形状構造物の長手方向と実質的に平行な方向で前記昇降ローラを回転駆動することで、前記基体を前記柱形状構造物の長手方向に移動させるように制御するステップを含み、
   前記ロボット装置は、
   前記昇降ローラに設けられ、前記昇降ローラの回転駆動時に、前記柱形状構造物に対して所定の応力を周期的に印加する応力印加手段と、
   前記昇降ローラに設けられ、前記応力の印加時の振動信号を検出する振動センサとをさらに備え、
   前記制御方法は、
   前記制御手段が、前記柱形状構造物の所定位置において、前記応力を印加したときに、前記振動センサにより検出される振動信号を検出し、検出した振動信号を周波数成分にフーリエ変換し、当該検出した周波数成分を、予め検出した正常時の周波数成分と比較することで、前記柱形状構造物の所定位置における損傷を検出するステップをさらに含むことを特徴とするロボット装置の制御方法。
8. 前記ロボット装置は、前記スラスタを前記基体の水平面から所定のチルト角で傾斜させる傾斜手段をさらに備え、
   前記ロボット装置の制御方法は、
   前記制御手段が、前記傾斜手段により前記スラスタを前記基体の水平面から所定のチルト角で傾斜させたときに、前記スラスタを駆動することで、前記基体を前記柱形状構造物の回りで回転させるステップをさらに含む、
   ことを特徴とする、請求項７に記載のロボット装置の制御方法。

Images