JPH0492784A - 災害救援ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は災害救援ロボットに係り、特に遠隔操縦によっ
て走行され、地震や豪雨、あるいは土砂崩れ等の広域災
害の救援に際して、救援器材や医療品・食料等を野外運
搬するのに用いるのに好適な構造とした災害救援ロボッ
トに関する。

【従来の技術】

従来、遠隔操縦式の走行ロボットであって、走行用とし
ての４個のクローラを備え、原子力設備や平坦地の危険
物処理用として用いられているものがある。これは例え
ば第９図に示されるように、ロボット本体１の４隅に独
立したクローラ２を設けたもので、各クローラ２は本体
１に対して旋回軸を介して取付けられ、相互に独立して
旋回できるようになっている。このため、各クローラ２
を横置き状態にして通常走行を行なうことができる他、
クローラ２を起立させた状態にして狭い箇所での転回や
、クローラ２を傾斜させて階段走行や段差部分の乗り越
え走行ができるようになっている。

【発明が解決しようとする課題】

ところか、上記従来の走行ロボットでは、屋外の不整地
、特に広域災害の被災地域周辺で運用する場合、次のよ
うな問題があった。 すなわち、第１０図に示すように、陥没地域では本体１
に搭載したステレオカメラ３を使用し、後部クローラ２
を傾斜させた状態でカメラ３が前方下部を向くようにし
て警戒姿勢で遠隔操縦することにより走行させる（同図
ａ）。これは屋内ではカメラ３の視野を遮るものがない
ため注意して運転すれば問題がないが、屋外の被災地周
辺のような自然環境では、雑草等のために視野を阻まれ
ことが多く、これにより前クローラ２が逸脱してもその
まま前進し続けることがある（同図ｂ）。 前進を継続することにより、前クローラ２の全体か逸脱
し、重心が前方に傾くので、車載の傾斜計を見た運転操
作者が急遁後退を指令するか（同図Ｃ）、重心が陥没地
側に移行しているため、そのまま転落してしまう（同図
ｄ）という問題があった。あるいは、同図ｅのように警
戒体制をとった場合でも、本体１の傾斜により車体が前
傾したことが判明するが、最初は路面の凹凸であるか陥
没地であるかが判定できない。このため、監視を続けな
がら前進するが、傾斜の増大あるとして後退指令を出力
するものの（同図ｅ）、前傾したロボットの重心が前ク
ローラ２に移動しており、車体重量の大半をそのグリッ
プ力で支えている前クローラ２がスリップして転落して
しまう（同図ｆ１ｄ）。特に路面が泥や砂地、あるいは
草地であると大きなグリップ力が得られず、スリップす
る傾向が強い。 また、段差部分を登板する場合の走行動作を第１１図に
示す。この場合には通常走行の原姿勢により前進して段
差に前クローラ２が接岸する（同図ａ）。そして直ちに
前クローラ２を旋回上昇させながら更に前進して前クロ
ーラ２の先端部分を段差の頂上に掛ける（同図ｂ）。次
いで、前後クローラ２を下向きに旋回させて車体を持上
げ（同図Ｃ）、後クローラ２を段差斜面にできるだけ密
着させるように前進する（同図ｄ）。しかし、本体１の
重心が股上で安定しているとは限らないので、後クロー
ラ２を段差傾斜面に接した状態で登板を強行させつつ、
後クローラ２を上昇旋回させると、不安定な重心が後方
に傾いて、ロボットが後方に転落してしまうのである（
同図ｆ）。 このように、従来の走行ロボットでは、広域災害現場の
ように陥没地や段差のある自然環境のもとでは、陥没地
や段差での転落の危険性があり、実際上の活動に大きな
制限があるという欠点が存在していた。しかも、転落が
あると、クローラ２の旋回動力系に過大な衝撃力が伝わ
り、駆動部の破損が生じるとともに、以後のクローラの
傾斜が判定できず、即座に使用不能になってしまう問題
があった。 本発明は、上記従来の問題点に着目し、陥没地の走行や
段差部の走行に全く支障がなく、また同時に落下等の衝
撃に対して動力破損といった問題を生じない構造とした
災害救援ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明に係る災害救援ロボ
ットは、ロボット本体の前後左右の四隅に独立したクロ
ーラを備えてなる災害救援ロボットにおいて、前記クロ
ーラのトラックフレームをロボット本体に対して旋回可
能に取り付けるとともに、前後クローラの旋回軸間距離
を最大旋回円軌跡が干渉しない距離に設定し、かつその
中間位置にロボット本体の重心を設定した構成としたも
のである。 この場合において、前記トラックフレームの旋回動力の
伝達系の途中にトルクリミッタを配置し、トラックフレ
ーム側からの旋回反力が設定値以上のときにトルク伝達
を遮断可能とすることができる。また。更に前記トルク
リミッタからトラックフレームまでの旋回伝達系に旋回
角を検出するセンサを取付ける。

【作用】

上記構成によれば、前後クローラの旋回軸を両クローラ
が互に干渉することなく独立して３６０度回転すること
ができるような間隔に設定されている。したがって、前
後クローラの旋回先端がロボット本体の外側にある最大
伸張状態と、互に先端を近接させた最小状態をとること
ができる。したがって、陥没地や段差部を走行するとき
には前クローラのみを前方に伸張させた状態にし、前ク
ローラが陥没地の傾斜面から脱落した場合にこれを反転
させて逆進させることにより転落を防止できる。また、
段差部を登板する場合には、同様に前クローラが段差上
部に移動した後に後クローラを下向き傾斜させて本体を
持上げて前進させることにより、本体重心が段差頂上を
乗越えさせ、しかる後に後クローラを更に旋回させて原
姿勢に復帰させて登板させることができ、このように、
本体の胴長を長くしたので前後クローラを独立して旋回
させることができ、もって陥没地や段差部での重心移動
を円滑に行なわせて転落防止を図ることができる。 また、この発明では、トルクリミッタを旋回動力の伝達
系に設けることにより、旋回されるクローラに衝撃力が
加わっても、これが直接動力部に作用しないようにでき
、転落時の衝撃力によって強制的に旋回方向の外力を受
けてもモータや高ギア比の動力伝達系の保護を図ること
ができる。また、トルクリミッタの負荷側とトラックフ
レーム旋回軸の間の伝達系から分岐してトラックフレー
ムの角度センサを設けることにより、旋回駆動側の旋回
角とトラックフレーム側の旋回角の対応に狂いが生じて
も実際の旋回角を計測でき、トラックフレームが転落等
により不測の角度変動が起きても即座に運転制御を継続
できるものとなる。

【実施例】

以下に、本発明に係る災害救援ロボットの具体的実施例
を図面を参照して詳細に説明する。 第１図は実施例に係る災害救援ロボットのクローラの駆
動機構のスケルトンであり、第２図〜第４図は同ロボッ
トの外観図である。このロボットは本体１０の４隅にそ
れぞれ独立した駆動源により回転駆動されるクローラ１
２を備えている。各クローラ１２は旋回軸１４を備え、
これを中心にして３６０度旋凹かできるように本体１０
に取付けられている。この場合、ロボット本体１０の片
側に位置する前後のクローラ１２Ｆ、１２Ｒはその最大
旋回軌跡Ｃがオーバラップしないように旋回軸１４の間
隔を離してロボット本体１０に取付けられ、旋回時に互
に干渉しないように設定されている。すなわち、クロー
ラ１２Ｆ、１２Ｒの旋回軸間距離りが、両クローラ１２
Ｆ、１２Ｒの最大旋回軌跡Ｃの半径の和より大きくなる
ように設定しているのである。そして、本体１ｏの重心
Ｇがクローラ１２Ｆ、１２Ｒの旋回軌跡Ｃの中間を通る
ように設定し、クローラ１２の接地位置が常に重心Ｇよ
り外側となるように設定されている。 このため、両クローラ１２Ｆ、１２Ｒは本体１゜の前後
端寄りの位置に配置され、それらの旋回動作により、両
クローラ１２Ｆ、１２Ｒの旋回先端を本体１０の前方お
よび後方に延した最大伸張状態と、旋回先端を本体重心
側に向けた最小車体長さを採り得るようになっている。 このようなロボット本体１０に取付けられるクローラ１
２の駆動機構を第１図を参照して説明する。クローラ１
２はトラックフレーム１６と、このトラックフレーム１
６の周囲に取付けられた回転輪に対して巻き掛けられた
ゴムトラック１８によって構成されている。トラック１
８を巻き掛ける回転輪は、トラックフレーム１６の一端
側に配置された駆動用のスプロケット２０と、その他の
アイドラ２２によって構成されている。スプロケット２
０は回転軸２４を本体１０内に貫通させ、本体内の走行
用モータ２６、減速機２８を介してチェーン３０等によ
って回転伝達され、ゴムトラック１８がトラックフレー
ム１６の外周部を周回するように駆動し、走行力を得る
ようにしている。 また、前記旋回軸１４は走行用回転軸２４を内包するよ
うにした円筒軸とされ、これはロボット本体１０の側面
端部から軸受けを介して内部に貫通されている。本体１
０内に貫通された旋回軸１４の外周面には歯車３２を回
転自在に装着し、この歯車３２はトルクリミッタ３４を
介して旋回軸１４と一体化されている。一方、本体１０
内には前記歯車３２に回転駆動力を与える旋回用モータ
３６および減速機３８が設置され、その出力軸に取付け
た駆動歯車４０と前記歯車３２とを中間歯車４２を介し
て連結している。したかって、旋回用モータ３６の回転
動力は、減速機３８、駆動歯車４０、中間歯車４２、歯
車３２、トルクリミッタ３４を経て旋回軸１４に伝達さ
れ、クローラ１２を旋回駆動するようになっている。前
記トルクリミッタ３４は、転落などによって、クローラ
１２に外部から強制的な旋回ツＪが与えられたときに、
動力伝達経路を遮断するためのもので、旋回衝撃力によ
る過度のトルクか発生したときに旋回軸１４に装着され
た歯車３２との接合を解除するようになっている。 また、前記旋回軸１４にはロータリエンコーダ４４が取
付けられ、旋回軸１４の回転位置ひいてはトラックフレ
ーム１６の旋回角を検出するようにしている。これは特
に前記トルクリミッタ３４からトラックフレーム１６に
至る旋回伝達経路に設けるようにしている。 このようなりローラ１２の駆動機構は４箇所の゛各りロ
ーラ１２ごとに独立して設けられ、単独で走行駆動と旋
回動作をなすように構成されている。 次に、上記のような駆動のための制御ブロック図を第５
図に示す。この災害救援ロボットはリモコン送信機４６
によって遠隔操縦されるようになっており、このためロ
ボット本体１０にはリモコン受信機４８と、リモコン信
号を入力するコントローラ５０が搭載されている。この
コントローラ５０は駆動信号を受けて燃料制御信号をエ
ンジン制御装置５２に出力して、エンジン５４を制御し
、エンジン５４によって前記走行用モータ２６、旋回用
モータ３６の動力源となる発電機５６を駆動するように
している。また、コントローラ５０は各モータ２６．３
６の回転動力を調整するモータ駆動用電源装置５６．５
８に制御信号を出力し、またモータ２６．３６に付帯し
た速度制御用エンコーダ６０．６２の計測信号を入力し
てフィードバック制御するようにしており、操縦信号に
基づく走行速度や旋回角度に設定させる。また、コント
ローラ５０は旋回軸１４の回転角を検出するエンコーダ
４４の出力信号を直接取込むとともに、本体１０の傾き
を検出する傾斜計６４の計測信号を入力するようにして
いる。 このように構成された災害救援ロボットの作用は次のよ
うになる。 この災害救援ロボットは、山間部で崖や陥没による転落
事故が予想される場合には、目視によらずに転落事故を
未然に防止すべく、車載した傾斜計６４の出力信号を利
用して前進中の異常な本体１０の傾斜を検出し、運転者
に異常警報を発して注意を喚起するようにしておくとと
もに、前部クローラ１２Ｆが陥没部に転落してしまった
場合でも姿勢を立て直して全体の転落事故を防ぐことが
できる。 すなわち、第６図に示すように、転落事故が予想される
地域では、前部クローラ１２Ｆを旋回させてその先端が
本体１ｏの前方に位置するようにし、後部クローラ１２
Ｒは先端が本体１ｏの重心側に位置するような警戒姿勢
で走行させる（同図ａ）。走行中に前部クローラ１２Ｆ
か陥没部に逸脱すると、本体１０が前のめりに傾斜する
（同図ｂ）。この時点では傾斜の原因が陥没逸脱か、路
面の凹凸によるものかは明らかでない。そこで、そのま
ま前進を継続すると、陥没逸脱であれば前部クローラ１
２Ｆは完全に陥没部に転落し、本体１０の前部が陥没部
平前の地面に着地する（同図Ｃ）。この状態では、前部
クローラ１２Ｆが空転あるいは異常な軽負荷となるとと
もに、傾斜計の出力も異常な傾斜状態を提示しているた
め、自動判定ができる。この時点で異常警報を発して運
転者の注意を喚起する。運転者は走行モータ２６を逆転
させて急制動を掛り、本体１０を停止させる。 次いで、前部クローラ１２Ｆを上向きに旋回させて、前
後クローラ１２Ｆ、１２Ｒの旋回先端が接近した状態の
基準姿勢に戻す（同図ｄ）。前後クローラ１２Ｆ、１２
Ｒの旋回軌跡は相互にオーバラップしないので、この旋
回動作は容易にできる。この場合において、陥没地点の
手前が前方に傾斜していると本体重量の大半が前部クロ
ーラ１２Ｆに加わり、前部クローラ１２Ｆの前半分が陥
没部に突出していると、本体荷重を支えるだけのグリッ
プ力をはつきできない。そこで、前部クローラ１２Ｆを
更に旋回して本体１０の前部を持上げ、重心の後方に移
動して後部クローラ１２Ｒに荷重を加えた状態にし、安
定したグリップ力が得られるようにする（同図ｅ）。そ
してそのままの姿勢で後退移動した後、再度警戒姿勢に
戻してから（同図ｆ）、別の進路をとるようにすればよ
い。 次に実施例に係る災害救援ロボットによる段差部を走行
する越堤動作を第７図を参照して説明する。 まず、転落警戒姿勢で前進中して段差部に接岸すると（
同図ａ）、前部クローラ１２Ｆを上方に旋回させて先端
を段差部頂上に掛ける（同図ｂ）。 次いで前後側クローラ１２Ｆ、１２Ｒを下向きに旋回さ
せることにより本体１０を持上げ（同図Ｃ）、本体１０
の底部が段差の頂上より高くなった時に旋回を停止し、
そのまま前進する（同図ｄ）。 そして後部クローラ１２Ｒが段差傾斜面に到達した段階
で（同図ｅ）、後部クローラ１２Ｒの後端を上向きに旋
回させ、その先端部側を接地させつつ前進駆動させる（
同図ｆ）。この段階では本体１０の重心は段差上に充分
侵入して安定しているので、後部クローラを更に上向き
に旋回させても、本体１０の胴体後部が地面に接触した
状態で本体重量を支えるので、本体１０が後方にずり落
ちることが防止される。そこで、そのまま上昇旋回を続
けて転落警戒姿勢に復帰しく同図ｇ）、再び前進すれば
よい（同図ｈ）。 このように本実施例に係る災害救援ロボットは、陥没部
での転落事故の危険性がなく、また越堤移動時のずり落
ちもないので、極めて安全性が高く、作業性に優れた構
造とすることかできる。 また、仮に転落事故が発生した場合、クローラ１２には
大きな衝撃力が加わり、クローラ１２に大きな衝撃力を
与えて強制的に旋回させようとする。この旋回外力は旋
回軸１４を強制回転させようとして過大なトルクを生じ
るか、動力伝達系の途中にはトルクリミッタ３４が介在
されているため、動力源側に衝撃力が伝達されない。し
たがって、旋回用モータ３６や高ギヤ比の伝達機構を破
損することが確実に防止される。更に、旋回軸１４には
旋回角度の検出用エンコーダ４４を取付けているので、
クローラ１２と駆動源との間の伝達系が遮断されても、
旋回角度を検出できるようになっている。このため、モ
ータ３６の回転角度とトラックフレーム１６との対応関
係に狂いが生じても、ロボットの制御系はトラックフレ
ーム１６の最新の旋回角をありのままに計測することが
できるようになっている。したがって、不意の転落事故
に遭遇してトラックフレーム１６が予期せぬ角度に強制
的に旋回されても、その直後がら直ちに運転制御を継続
することができるのである。 このように構成された災害救援ロボットは、上記した陥
没地域での転落防止のための動作や越堤動作が可能であ
るが、特に前後クローラ１２の旋回軸１４の間隔を大き
くしているので、第８図に示すように、車長・車高が最
小の格納姿勢（同図ａ）、基準姿勢（同図ｂ）、渡渉姿
勢（同図Ｃ）、急傾斜登板姿勢（同図ｄ）等の各種の姿
勢をとることができる。 なお、車体１０の前部または後部に巻取ウィンチを設け
、急斜面の登り降りをより安全に行なうために、ワイヤ
ローブの一端を樹木や岩石に巻き付け、他の一端を巻き
取りウィンチによって巻き取り（登り）、または巻き戻
しく降り）して、登板力を補助したり、落下防止するこ
とができるのはいうまでもない。

【発明の効果】

異常説明したように、本発明に係る災害救援ロボットで
は、クローラのトラックフレームをロボット本体に対し
て旋回可能に取り付けるとともに、前後クローラの旋回
軸間距離を最大旋回円軌跡が干渉しない距離に設定し、
かつその中間位置にロボット本体の重心を設定したので
、段差を乗越える能力が大幅に向上し、従来のものに比
較して数倍の能力向上が得られるとともに、陥没地形に
遭遇しても転落事故を免れるという優れた効果が得られ
、屋外の災害現場での救援資材の運搬が安全にできるよ
うになった。また、トラックフレームの旋回動力の伝達
系の途中にトルクリミッタを配置し、トラックフレーム
側からの旋回反力が設定値以上のときにトルク伝達を遮
断可能とした構成とすることによって、転落事故にあっ
ても駆動機構の破損を防止し、簡単な補修によって復帰
させることができる利点がある。更に、前記トルクリミ
ッタからトラックフレームまでの旋回伝達系に旋回角を
検出するセンサを取付けたことにより、トルクリミッタ
の作動後に自動制御装置の再調整作業が不要となり、作
業効率を向上させ、より多くの救援資材を短時間で安全
、確実に運搬することができる効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る災害救援ロボットの駆動機構を示
す構成図、第２図は同ロボットの側面図、第３図は同平
面図、第４図は同正面図、第５図は駆動制御装置の構成
図、第６図は実施例に係るロボットの陥没地での動作説
明図、第７図は同越堤動作の説明図、第８図は同ロボッ
トの取り得る姿勢の説明図、第９図は従来の走行ロボッ
トの斜視図、第１０図は従来のロボットによる陥没地で
の動作説明図、第１１図は同越堤動作の説明図である。 １０・・・・・・ロボット本体、１２・・・・・・クロ
ーラ、１４・・・・・・旋回軸、１６・・・・・・トラ
ックフレーム、１８・・・・・・トラック、２６・・・
・・・走行用モータ、３４・・・・・・トルクリミッタ
、３６・・・・・・旋回用モータ、４４・・・・・・エ
ンコーダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、ロボット本体の前後左右の四隅に独立したクロー
   ラを備えてなる災害救援ロボットにおいて、前記クロー
   ラのトラックフレームをロボット本体に対して旋回可能
   に取り付けるとともに、前後クローラの旋回軸間距離を
   最大旋回円軌跡が干渉しない距離に設定し、かつその中
   間位置にロボット本体の重心を設定したことを特徴とす
   る災害救援ロボット。 ２）、前記トラックフレームの旋回動力の伝達系の途中
   にトルクリミッタを配置し、トラックフレーム側からの
   旋回反力が設定値以上のときにトルク伝達を遮断可能と
   したことを特徴とする請求項１に記載の災害救援ロボッ
   ト。 ３）、前記トルクリミッタからトラックフレームまでの
   旋回伝達系に旋回角を検出するセンサを取付けたことを
   特徴とする請求項２に記載の災害救援ロボット。