JPH11271059A - 姿勢検出装置及び走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管内走行、球面タンクの壁面走行等の特別な
使用環境において、簡単な構成で、姿勢検出を行える姿
勢検出装置を得る。 【解決手段】 姿勢検出対象体の前後方向をＹ軸、上下
方向をＺ軸、左右方向をＸ軸とする３軸の重力ベクトル
Ｇに対する傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜
計８を備え、姿勢検出対象体のピッチ回転δ、ロール回
転θ及びヨー回転φのうち、実質上無視できる特定回転
種を特定する特定回転指定手段１５を備え、特定回転種
を無視した場合に於ける、傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、
ピッチ回転δ、ロール回転θ及びヨー回転φとの関係を
表す関係式を導出する特定状況関係式導出手段１６を備
え、この特定状況関係式導出手段１６により導出される
関係式に基づいて、特定回転以外の残余の回転を導出す
る回転量導出手段１７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、姿勢検出装置に関
するとともに、例えば、ガス配管内を走行する管内走行
ロボット、球形タンク壁面を走行する球形体壁面走行ロ
ボット等の、自らの本体姿勢を検出しながら所定域を走
行する走行ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】走行ロボットに於ける姿勢検出技術を例
に取って以下説明する。従来型の走行ロボットにあって
は、その姿勢検出にあたって、ポテンショメータに重り
を付けたセンサーを複数個、ロボットに搭載して、ロボ
ットの姿勢を検出するものとしていた。即ち、この構成
を採用すると、重力方向に依存して重りが回転するた
め、ポテンショメータ出力を読み取ることによりロボッ
トの姿勢を検知することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、検出精度は重りの重量に依存する。さらに、ポ
テンショメータは比較的その専有空間が大きいため、例
えば管内走行ロボットへの搭載スペースを考えると、現
実には高精度の検知性能とすることは難しい。また、ポ
テンショメータを用いているため、検出範囲は３６０度
未満となる場合がある。このような問題に対して、多回
転型のポテンショメータを採用することが考えられる
が、許容回転数が制約されるだけでなく、検出精度が更
に劣化する。一方、管内走行ロボットの場合を考える
と、管内走行ロボットは、管内での運動が許容される最
大限に近い大きさのロボット本体構造が採用されるた
め、実質上、管内走行ロボットの前後方向は、管軸方向
に沿ったものとなり、図４に示すように、所謂ヨー回転
φは無視できる。一方、例えば、球形タンクの外壁面あ
るいは内壁面に付着して走行する壁面走行ロボットを考
えると、走行ロボットは壁面から離脱することはないた
め、図５に示すように、所謂、ロール回転θは無視でき
る。このような状況に拘らず、従来型の走行ロボットに
あっては、ロボットのピッチ回転、ロール回転、ヨー回
転の全てを求めて、姿勢決定することが期待されてお
り、このような姿勢決定をおこなうことができる比較的
構造が複雑な姿勢検出装置を、ロボットに搭載するもの
としていた。しかしながら、実際問題として、先に示し
たような環境に於ける使用を目的とする場合、簡略化さ
れた検出系、情報処理系を備えることにより、必要とさ
れるスペースが小さく、使用に当たって必要とされる実
用的な姿勢情報を適切に得ることができることも考えら
れる。従って、本発明の目的は、比較的小型で簡易な検
出装置を使用しながら、管内走行、球形タンク表面走行
等の用途に好適に使用できる姿勢検出装置を得るととも
に、管内検査、球形タンク表面検査等の用途に好適に使
用できる管内走行ロボット、壁面走行ロボットを得るこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による姿勢検出装置の特徴構成は、姿勢検出対
象体の前後方向をＹ軸、上下方向をＺ軸、前記Ｙ軸及び
前記Ｚ軸に共に直交する姿勢検出対象体の左右方向をＸ
軸とする３軸の重力ベクトルＧと、水平面内に定義され
る特定方向に対する傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）を検出する
３軸傾斜計を備え、姿勢検出対象体の使用状況に応じて
定義される姿勢検出対象体のピッチ回転δ、ロール回転
θ及びヨー回転φのうち、実質上無視できる特定回転種
を特定する特定回転指定手段を備え、前記特定回転指定
手段により特定される特定回転種を無視した場合に於け
る、前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、前記ピッチ回転
δ、ロール回転θ及びヨー回転φとの関係を表す関係式
を導出する特定状況関係式導出手段を備え、前記特定状
況関係式導出手段により導出される関係式に基づいて、
前記特定回転以外の残余の回転を導出する回転量導出手
段を備えたことにある。

【０００５】まず、本願にいう姿勢検出対象体の前後方
向をＹ軸、姿勢検出対象体上下方向をＺ軸、姿勢検出対
象体左右方向をＸ軸に関して、図面に基づいて説明す
る。図２（イ）に示すように、Ｙ軸は、姿勢検出対象体
（例えばロボット本体）の前後方向（ロボットが通常の
走行姿勢にある場合に、直進する方向）の軸である。Ｚ
軸は、姿勢検出対象体（例えばロボット本体）の上下方
向（ロボットが水平面上を走行する場合の鉛直上向き方
向）の軸である。さらに、図２（ロ）に示すように、Ｘ
軸は、前記Ｙ軸及びＺ軸に共に直交する方向であり、姿
勢検出対象体（例えばロボット本体）の幅方向である左
右方向の軸である。これらの軸は、姿勢検出対象体それ
ぞれに関して個別に定義される。

【０００６】次に、姿勢検出対象体のピッチ回転δ、ロ
ール回転θ及びヨー回転φに関して説明する。これらの
回転量は、重力ベクトルの基準とする鉛直方向、水平面
方向に対して定義されるのであり、ピッチ回転δは図３
（イ）に示すように水平面からのＹ軸の傾き角を、ロー
ル回転θは例えば図３（ロ）に示すように鉛直方向から
のＺ軸の傾き角を、さらに、ヨー回転φは、図３（ハ）
に示すように、例えば、水平面内に設定される方向Ａか
らのＹ軸もしくはＸ軸の傾き角として定義される。ここ
で、Ａの方向としては、管内走行の場合は、水平面に投
影した管軸の方向を仮想的に採用でき、球形体壁面を走
行する場合は、球形体の水平面に投影した経線の方向を
採用できる。以下、上記の姿勢検出装置の作用を説明す
る。姿勢検出装置には、３軸の傾斜計が備えられる。こ
こで、３軸とは、所謂、直交座標系を示しており、姿勢
検出対象の対象体に対して、検出したい軸方向に合わせ
て装備されることにより、各軸方向が設定される。この
ような３軸方向周りの傾斜を計測できる３軸傾斜計を使
用することにより、先に示した各軸の重力ベクトルＧに
対する傾斜情報（ｘ，ｙ、ｚ）を得ることができる。こ
こで、水平面内に対して、一定の基準方向Ａが決定さ
れ、所謂、ヨー回転φが定義されることとなることは当
然である。このような傾斜情報（ｘ，ｙ、ｚ）と、ピッ
チ回転δ、ロール回転θ及びヨー回転φとは、以下のよ
うな第１関係式系で接続される。

【０００７】

【数１】 ｘ＝ｃｏｓδｓｉｎθｃｏｓφ−ｓｉｎδｓｉｎφ ｙ＝ｃｏｓδｓｉｎθｓｉｎφ−ｓｉｎδｃｏｓφ ｚ＝ｃｏｓδｃｏｓθ

【０００８】そして、特定回転指定手段にあっては、姿
勢検出対象体のピッチ回転δ、ロール回転θ及びヨー回
転φのうち、実質上無視できる回転種が特定される。こ
のような回転種は、例えば管内走行ロボットに、この姿
勢検出装置を使用する場合は、図３（ハ）に示すよう
に、所謂、ヨー回転φであり、球形タンクの場合は、図
５に示すように、ロール回転θである。このような特定
回転種を特定する場合にあっては、外部入力に従って、
この特定回転指定手段が、特定回転種を特定する構造を
採用することができるとともに、予め、姿勢検出装置の
用途に従って、この特定を特定回転指定手段が自動設定
するものとして構成することができる。実質上無視でき
るとは、基本的にこれらの回転が０に等しく、無いもの
と見なすことを意味している。

【０００９】さて、上記のようにして特定回転種が特定
されると、先に示した各式において、対応する回転量と
してこれに０を代入した関係式が、特定状況関係式導入
手段により導出される。これらの関係式は、特定回転種
がヨー回転φ（φ＝０）の場合は、以下のような関係式
系２を満足する。

【００１０】

【数２】 ｘ＝ｃｏｓδｓｉｎθ ｙ＝−ｓｉｎδ ｚ＝ｃｏｓδｃｏｓθ

【００１１】一方、これらの関係式は、特定回転種がロ
ール回転θ（θ＝０）の場合は、以下のような関係式系
３になる。

【００１２】

【数３】 ｘ＝−ｓｉｎδｓｉｎφ ｙ＝−ｓｉｎδｃｏｓφ ｚ＝ｃｏｓδ

【００１３】これらの関係式において、予め、３軸傾斜
計の出力（ｘ，ｙ，ｚ）は判明しているため、例えば、
ピッチ回転δが一定の範囲内しか取りえないことの仮定
の下にあっては、これを一意に決定できる。さらに、こ
の値に対応する回転（ヨー回転φ＝０の場合はロール回
転θ）を決定することができる。このような残余の回転
を導出が、回転量導出手段によって行われる。結果、ピ
ッチ回転δ、ロール回転θ及びヨー回転φを、所定の条
件下（例えばヨー回転φが存在しない）に、３軸傾斜計
の出力のみから導出することができる。従って、比較的
小型で、使用勝手のよい３軸傾斜計と、その出力情報を
簡便に処理する処理手段を備えるだけで、実用上、使用
価値の高い、管内走行、球面タンクの壁面走行を行おう
とする走行ロボット等に対して、有効に使用できる姿勢
検出装置を得ることができる。

【００１４】さて、上記の構成において、前記特定回転
種としてヨー回転を特定可能に構成され、前記ピッチ回
転δとして、その回転範囲が±９０度の範囲内にある
（を越えることは無い）との仮定の下に、前記残余の回
転としての姿勢検出対象体のピッチ回転δ及びロール回
転θを、前記回転量導出手段が導出するものであること
が好ましい。この構成は、上記の関係式系２が対応す
る。ここで、ピッチ回転の範囲を上記範囲としても実用
上の問題はない。従って、ヨー回転が実質上無い、管内
走行ロボット等の姿勢検出を目的として、実用性に富む
姿勢検出装置を得ることができる。ここで、ピッチ回転
は、配管が水平面に対して傾いている場合において、管
軸に沿った鉛直面で切断した場合の管の傾きに対応する
こととなり、実効的な情報を容易に得ることができる。

【００１５】一方、上記の構成において、前記特定回転
種としてロール回転を特定可能に構成され、前記ピッチ
回転δとして、その回転範囲が０〜１８０度の範囲内に
ある（を越えることは無い）との仮定の下に、前記残余
の回転としての姿勢検出対象体のピッチ回転δ及びヨー
回転φを、前記回転量導出手段が導出するものであるこ
とが好ましい。この構成は、上記の関係式系３が対応す
る。ここで、ピッチ回転の範囲を上記範囲としても実用
上の問題はない。従って、ロール回転が実質上無い、球
形タンクの壁面等を走行するロボットの姿勢検出を目的
として、実用性に富む姿勢検出装置を得ることができ
る。ピッチ回転δは、球形タンクに於ける緯度に対応し
た情報で、あり、ヨー回転は、経線に対する装置の傾き
に対応した情報である。但し、経線の経度までの特定す
ることを本願では意図していない。従って、本願の装置
を利用して、実効的な姿勢情報を容易に得ることができ
る。

【００１６】さて、前記特定回転種としてヨー回転若し
くはロール回転を択一的に特定可能に構成されているこ
とが好ましい。このように特定回転種の指定を択一的に
切替え可能に構成することにより、本願構成の姿勢検出
装置を、走行ロボットに備え、この走行ロボットを、管
内走行及び球形タンクの壁面走行等の択一的な使用状況
に応じて、必要な姿勢情報を、目的に応じて、適切に得
る構成とできる。この場合も、必要とされる装置系は、
３軸傾斜計と、この出力を、上記説明してきた構成で処
理する処理系とすることで、目的を達成できる。

【００１７】これまで説明してきた姿勢検出装置にあっ
ては、基本構成は、３軸傾斜計の出力により、特定回転
種以外の回転情報（残余の回転と称している）を得るも
のとし、さらに、これら特定回転種の選択を、基本的に
は任意に選択できるものとしていたが、姿勢検出装置の
用途が決定している場合にあっては、それ専用のものを
構築しておくことが好ましい。即ち、上記の管内走行を
目的とする場合、球形タンク表面走行を目的とする場合
に応じて、これら専用の姿勢検出装置を構築するのであ
る。基本的は作動原理は、これまで説明してきたものと
同様であり、前者のものに関しては、関係式系２に基づ
いた、ピッチ回転とロール回転の検出を、後者のものに
関しては、関係式系３に基づいた、ピッチ回転とヨー回
転の検出を、おこなうものとすることで、このような目
的が、達成できる。

【００１８】即ち、管内走行を目的とする場合に使用す
る姿勢検出装置は、以下のように構成する。姿勢検出対
象体の前後方向をＹ軸、上下方向をＺ軸、前記Ｙ軸及び
前記Ｚ軸に共に直交する左右方向をＸ軸とする３軸の重
力ベクトルＧと、水平面内に定義される特定方向に対す
る傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜計を備
え、前記姿勢検出対象体が走行する管の軸と、前記Ｙ軸
とを水平面に投影した状態における両軸の成す角を、前
記姿勢検出対象体のヨー回転φと定義した場合に、姿勢
検出対象体のヨー回転φが実質上無い条件下に於ける、
前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、前記姿勢検出対象体の
ピッチ回転δ及び、ロール回転θとの関係を表す関係式
を備えるとともに、前記関係式に基づいて、前記ピッチ
回転δ及び、ロール回転θを求める第１回転量導出手段
を備える。この構成により、３軸傾斜計の出力に基づい
て、先の原理に基づいて、第１回転量導出手段により、
ヨー回転が無い状態におけるピッチ回転δ及びロール回
転θを簡便に求めることができる。

【００１９】一方、球形タンクの壁面走行を目的とする
場合に使用する姿勢検出装置は、以下のように構成す
る。姿勢検出対象体の前後方向をＹ軸、上下方向をＺ
軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸に共に直交する姿勢検出対象
体の左右方向をＸ軸とする３軸の重力ベクトルＧと、水
平面内に定義される特定方向に対する傾斜情報（ｘ，
ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜計を備え、前記姿勢検出対
象体が走行する球形体の経線と、前記Ｙ軸とが成す角
を、前記姿勢検出対象体のヨー回転φと定義した場合
に、前記姿勢検出対象体のロール回転θが実質上無い条
件下に於ける、前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、前記姿
勢検出対象体のピッチ回転δ及び、ヨー回転φとの関係
を表す関係式を備えるとともに、前記関係式に基づい
て、前記ピッチ回転δ及び、ヨー回転φを求める第２回
転量導出手段を備える。この構成により、３軸傾斜計の
出力に基づいて、先の原理に基づいて、第２回転量導出
手段により、ロール回転が無い状態におけるピッチ回転
δ及びヨー回転φを簡便に求めることができる。

【００２０】さて、これまで説明してきた姿勢検出装置
を、それぞれ装備して、ロボットを構築することで、簡
便な装置系を使用して、姿勢を適切に検出しながら、走
行をおこなうことができるロボットを得ることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本願の姿勢検出装置１を装備した
走行ロボット２の構成例を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、走行ロボット２は、走行ロボット本
体３の下部に、前後一対の走行体４を備えて構成されて
いる。これら一対の走行体４は、それぞれ、走行ロボッ
ト本体３に設定される上下軸Ｚ１，Ｚ２周りに、全体と
して回動可能に構成されている。さらに、これら走行体
４は、車軸５の両端部位に一対の車輪６を備えて構成さ
れており、車輪５と車軸６とが、一体として車軸５に設
定される回転軸周りに回転駆動されることにより、走行
面７上を走行自在に構成されている。さらに、この車輪
６は、車軸５と一体として、車軸５の両端に位置する車
輪６が異なった極となる磁気吸着車輪として構成されて
おり、金属体である走行面７に吸着して走行可能に構成
されている。従って、この構成より、走行ロボット２
は、管内を走行する場合にあっては、その管内におい
て、管底面を走行するのみならず、天井面等、任意の面
に付着して走行することが可能である。さらに、例え
ば、球形タンクの外壁面に付着しながら、自由に、その
壁面を移動することができる。

【００２２】ここで、この走行ロボット２においては、
走行ロボット本体３に関係して、その前後方向、上下方
向及び左右方向が定義される。前後方向とは、先に説明
した一対の走行体４の上下軸Ｚ１，Ｚ２が配設される方
向であり、図２に示す通常走行姿勢を走行ロボットが取
る状態で、ロボットが走行する方向である。次に、ロボ
ットの上下方向とは、先に説明した上下軸Ｚ１，Ｚ２の
方向である。一方、左右方向とは、走行ロボット本体３
の幅方向を意味している。

【００２３】本願の姿勢検出装置１が、走行ロボット本
体３内に備えられている。図１に示すように、この姿勢
検出装置１は、ハード系としての３軸傾斜計８を備える
とともに、この３軸傾斜計８の出力を得て、所望の姿勢
情報を得る解析コンピュータ９を備えている。この解析
コンピュータ９には、入力装置１０，出力装置１１が備
えられるとともに、所謂、メモリーを使用した記憶装置
１２、さらに演算装置１３が備えられている。さて、こ
の解析コンピュータ９には、本願の姿勢検出の目的を達
成するための、解析ソフトが収納されており、この解析
ソフトの構成に従って、解析処理が実行される構成とな
っている。即ち、このような解析ソフトとハード機器と
の協働により、以下に示す機能を果たすことができる。
このような機能手段について、以下説明する。このよう
な機能手段としては、図１に示すように、特定回転指定
手段１５、特定状況関係式導出手段１６及び回転量導出
手段１７が備えられている。ここで、これらのソフトの
役割は、基本的には、走行ロボット２のピッチ回転、ロ
ール回転、ヨー回転の内、実質的に無いと見なすことが
できる回転種を特定して、この特定回転種を０に設定さ
れた状態に於ける３軸傾斜計８の出力情報（傾斜情報）
と、前記ピッチ回転、ロール回転、ヨー回転とが満たす
べき関係を満たす、回転量（角）を求める（導出する）
ことにある。即ち、走行ロボット２が使用される走行環
境条件に従って、簡略化された関係式に基づいて、実効
的な回転量を求めることに、その機能がある。この姿勢
検出装置１から出力される姿勢情報を使用して、走行ロ
ボット２は、自らの走行ロボット本体３の姿勢を得て、
適切な走行をおこなうことができる。

【００２４】装備される姿勢検出装置１に関して以下、
詳細に説明していく。先に説明したように、姿勢検出装
置１は、３軸傾斜計８を備えている。この３軸傾斜計８
は、静電容量型等の検出範囲が±１８０度である傾斜計
を３つ直交するように組み合わせたものであり、これら
の傾斜計の特性としては重力ベクトルＧと、この重力ベ
クトルＧに直交する特定軸中心に回転させた場合に、最
大振幅の正弦波出力を出力するものである。このような
３軸傾斜計８は、小型軽量（例えば、住友精密工業の静
電容量型３軸傾斜計は、５４×５３×２２ｍｍで、約７
０ｇである）であり、走行ロボット本体３内に、専有容
積の小さい状態で収納できる。実質的には、このような
３軸傾斜計は、所定方向からの傾斜を検出できる傾斜計
を３個、検出したい軸に合わせて組み合わせて構成され
ている。ここで、この３軸傾斜計８の軸の選択は、走行
ロボット２の前後方向軸がＹ軸、左右方向がＸ軸、上下
方向がＺ軸となるように設定される。この構成により、
姿勢検出対象体である走行ロボット本体３のＹ軸、Ｚ
軸、Ｘ軸、３軸の重力ベクトルＧ及び特定できる水平面
内の特定方向に対する傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）を、検出
することができる。さらに、走行ロボットのヨー回転φ
を定義する場合にあっては、その所定方向Ａとしては、
管内走行の場合は、管軸を水平面に投影した方向を採用
する。一方、タンク（球形体の一例）壁面走行に関して
は、タンク表面に鉛直方向に定義される経線の水平面内
の投影方向と仮定的に考える。

【００２５】さて、特定回転指定手段１５が備えられて
いるのであるが、この手段１５は、姿勢検出装置１の使
用環境において、実質上無視できる特定回転種の特定を
おこなうものである。即ち、例えば、入力装置１０を介
して入力される情報に基づいて、ピッチ回転δ、ロール
回転θ及びヨー回転φのうち、実質上無視できる回転種
を特定する。この特定は、その特定種の回転量を０と設
定することと、同義である。さらに具体的には、特定回
転種としてヨー回転若しくはロール回転が択一的に特定
可能に構成されている。即ち、入力装置１０を介して入
力される情報として、走行ロボット２が管内走行をおこ
なう場合は、特定回転種としてヨー回転を指定し、球形
タンクの表面走行をおこなう場合は、ロール回転を指定
することで、こういった特定回転種以外の残余の回転情
報を、検出情報として得ることができる。

【００２６】特定状況関係式導出手段１６は、特定回転
指定手段１５により特定される特定回転種を無視した場
合に於ける、傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、ピッチ回転
δ、ロール回転θ及びヨー回転φとの関係を表す関係式
を導出する構成が採用されている。即ち、一般式とし
て、両者は、先に関係式系１として示した以下の関係式
系を満足する。

【００２７】

【数４】 ｘ＝ｃｏｓδｓｉｎθｃｏｓφ−ｓｉｎδｓｉｎφ ｙ＝ｃｏｓδｓｉｎθｓｉｎφ−ｓｉｎδｃｏｓφ ｚ＝ｃｏｓδｃｏｓθ

【００２８】これらの関係式は、特定回転種がヨー回転
φ（φ＝０）の場合は、先に示した関係式系２となる。

【００２９】

【数５】 ｘ＝ｃｏｓδｓｉｎθ 式５−１ ｙ＝−ｓｉｎδ 式５−２ ｚ＝ｃｏｓδｃｏｓθ 式５−３

【００３０】さらに、特定回転種がロール回転θ（θ＝
０）の場合は、先に示した関係式系３となる。

【００３１】

【数６】 ｘ＝−ｓｉｎδｓｉｎφ 式６−１ ｙ＝−ｓｉｎδｃｏｓφ 式６−２ ｚ＝ｃｏｓδ 式６−３

【００３２】即ち、特定状況関係式導出手段１６によ
り、関係式系２、３等が導出される構成とされている。

【００３３】このようにして導出される関係式を使用し
て、回転量導出手段１７が、特定状況関係式導出手段１
６により導出される関係式に基づいて、傾斜情報（ｘ，
ｙ，ｚ）から特定回転以外の残余の回転を導出する構成
とされている。この構成を具体的に説明すると、前述の
関係式系２を対象とする場合は、以下のように構成する
ことで、ピッチ回転、ロール回転を導出するものとす
る。即ち、ピッチ回転が、±９０度を越える状態はない
（定義しない）と仮定することで、式５−２よりδは、
一意に決まる。次に、式５−１、５−３は、それぞれに
ロール回転θを計算できる。この２つの値からロール回
転θの値を決定するには、次のような方法を取る。 １） ｘ，ｚの絶対値の小さい方の出力を採用する。こ
れは、例えば正弦波出力であれば、０度付近の方が９０
度付近より傾きが急であるため、逆変換して得られた数
値の信頼性が高いためである。 ２）ここで、式５−１、５−３の出力（ｘ，ｚ）の差を
評価し、極端に値が異なる場合には、センサ出力を、共
に不良とする。例えば、１．５Ｖ〜３．５Ｖ出力のセン
サーの場合、（同じ出力値を２つのセンサーが出力する
と仮定して）、一方が３Ｖに対して、一方が１．８Ｖで
あれば、（それぞれのセンサーは正常値の範囲である
が）、共に不良と判断する。従って、この構成にあって
は、ピッチ回転δとして、その回転範囲が±９０度を越
えることは無いとの仮定の下に、残余の回転としての走
行ロボット２のピッチ回転δ及びロール回転θを導出で
きる。

【００３４】一方、前述の関係式系３を対象とする場合
は、ピッチ回転δとして、その回転範囲が０〜１８０度
を越えることは無いとの仮定の下に、残余の回転として
の姿勢検出対象体のピッチ回転δ及びヨー回転φを、回
転量導出手段１７が導出する構成となっている。この場
合も、ピッチ回転δ及びヨー回転φの決定手法は、上記
の手法に準じたものとする。

【００３５】従って、姿勢検出装置１にあっては、回転
量導出手段１７により求まる残余の回転の回転量が所定
の値（α、β）として、特定の回転が０として求まり、
これが、走行ロボット２の制御装置側に送られ、姿勢検
出を良好に行いながら、走行をおこなうことができる。
この場合の構造例を、図１に示している。結果、本願の
姿勢検出装置１を備え、これから検出出力を得て、その
結果を利用するに、特定回転種の回転は無く、回転量導
出手段１７により導出される残余の回転を、本体３のそ
れぞれ対応する回転量とするロボットを構築する（この
ロボットに走行ロボット制御装置１８における姿勢情報
として姿勢検出装置１からの出力を使用する構成とす
る）ことで、簡易な装置系を備え、実効のある姿勢検出
を伴った走行を行え、比較的限定された用途に好適に利
用できる走行ロボット２を得ることができた。

【００３６】〔別実施の形態例〕本願の姿勢検出装置１
の別実施の形態例に関して説明する。管内走行ロボット
に使用することを主に考える場合は、以下の構成とすれ
ばよい。即ち、姿勢検出対象体の一例であるロボットの
前後方向をＹ軸、上下方向をＺ軸、左右方向をＸ軸とす
る３軸の重力ベクトルＧに対する傾斜情報（ｘ，ｙ，
ｚ）を検出する３軸傾斜計を備え、 前記姿勢検出対象
体が走行する管の軸と、前記Ｙ軸とを水平面に投影した
状態における両軸の成す角を、前記姿勢検出対象体のヨ
ー回転φと定義した場合に、この姿勢検出対象体のヨー
回転φが実質上無い条件下に於ける、傾斜情報（ｘ，
ｙ，ｚ）と、姿勢検出対象体のピッチ回転δ及び、ロー
ル回転θとの関係を表す関係式（先に示した関係式系
２）を備え、この関係式に基づいて、ピッチ回転δ及
び、ロール回転θを求める第１回転量導出手段を備え
て、装置を構成する。この場合は、先に示した、関係式
系２のみを備え、この関係式系に基づいて、ピッチ回転
δ及びロール回転θ（管軸周りの管周方向の回転）を求
め、ヨー回転φを０とすることで、管内走行に則した、
姿勢情報を得ることができる。また、この姿勢検出装置
を備え、ヨー回転φは無く、第１回転量導出手段により
導出されるピッチ回転δ及び、ロール回転θを、本体の
それぞれ対応する回転量とする管内走行ロボットを得る
ことで、簡易な装置系を備え、実効のある姿勢検出を伴
った走行を行えるロボットを得ることができる。

【００３７】球形タンク表面走行ロボットに使用するこ
とを主に考える場合は、以下の構成とすればよい。即
ち、姿勢検出対象体の一例であるロボットの前後方向を
Ｙ軸、上下方向をＺ軸、左右方向をＸ軸とする３軸の重
力ベクトルＧに対する傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）を検出す
る３軸傾斜計を備え、 前記姿勢検出対象体が走行する
球形体の経線と、前記Ｙ軸とが成す角を、前記姿勢検出
対象体のヨー回転φと定義した場合に、傾斜情報（ｘ，
ｙ，ｚ）と、姿勢検出対象体のピッチ回転δ及び、ヨー
回転φとの関係を表す関係式（先に示した関係式系３）
を備えるとともに、この関係式に基づいて、ピッチ回転
δ及び、ヨー回転φを求める第２回転量導出手段を備え
て、装置を構成する。この場合は、先に示した、関係式
系３のみを備え、この関係式系に基づいて、ピッチ回転
δ及びヨー回転φを求め、ロール回転θを０とすること
で、球形タンク表面走行に則した、姿勢情報を得ること
ができる。但し、先にも説明したように、経線の経度ま
でを特定するものではない。さらに、この姿勢検出装置
を備え、ロール回転θは無く（ｚ軸は、常に中心を向
く）、導出されるピッチ回転δ及びヨー回転φを、本体
のそれぞれ対応する回転量とする球形体壁面走行ロボッ
トを得ることにより、簡易な装置系を備え、実効のある
姿勢検出を伴った走行を行えるロボットを得ることがで
きる。

【００３８】これまで説明してきた例にあっては、姿勢
検出装置を使用する対象が走行ロボットである例を示し
たが、このような用途に限定されるものではない。そこ
で、少なくとも、運動体において姿勢検出が問題とな
り、その運動体のピッチ回転δ、ヨー回転φ、ロール回
転θが定義される運動体を、姿勢検出対象体と呼ぶ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の姿勢検出装置を備えた走行ロボットの構
成を示す図

【図２】走行ロボット本体と各軸の関係を示す説明図

【図３】走行ロボットの姿勢情報（δ、θ、φ）とロボ
ットに定義される軸の関係を示す図

【図４】管内走行状態の説明図

【図５】タンク上の壁面走行状態の説明図

【符号の説明】

１ 姿勢検出装置 ２ 走行ロボット ３ 走行ロボット本体 ８ ３軸傾斜計 １５ 特定回転指定手段 １６ 特定状況関係式導出手段 １７ 回転量導出手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 姿勢検出対象体の前後方向をＹ軸、上下
   方向をＺ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸に共に直交する姿勢
   検出対象体の左右方向をＸ軸とする３軸の重力ベクトル
   Ｇと、水平面内に定義される特定方向に対する傾斜情報
   （ｘ，ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜計を備え、 前記姿勢検出体の使用状況に応じて定義される姿勢検出
   対象体のピッチ回転δ、ロール回転θ及びヨー回転φの
   うち、実質上無視できる特定回転種を特定する特定回転
   指定手段を備え、 前記特定回転指定手段により特定される特定回転種を無
   視した場合に於ける、前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、
   前記ピッチ回転δ、ロール回転θ及びヨー回転φとの関
   係を表す関係式を導出する特定状況関係式導出手段を備
   え、 前記特定状況関係式導出手段により導出される関係式に
   基づいて、前記特定回転以外の残余の回転を導出する回
   転量導出手段を備えた姿勢検出装置。
2. 【請求項２】 前記特定回転種としてヨー回転を特定可
   能に構成され、前記ピッチ回転δとして、その回転範囲
   が±９０度の範囲内にあるとの仮定の下に、前記残余の
   回転としての姿勢検出対象体のピッチ回転δ及びロール
   回転θを、前記回転量導出手段が導出する請求項１記載
   の姿勢検出装置。
3. 【請求項３】 前記特定回転種としてロール回転を特定
   可能に構成され、前記ピッチ回転δとして、その回転範
   囲が０〜１８０度の範囲内にあるとの仮定の下に、前記
   残余の回転としての姿勢検出対象体のピッチ回転δ及び
   ヨー回転φを、前記回転量導出手段が導出する請求項１
   記載の姿勢検出装置。
4. 【請求項４】 姿勢検出対象体の前後方向をＹ軸、上下
   方向をＺ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸に共に直交する姿勢
   検出対象体の左右方向をＸ軸とする３軸の重力ベクトル
   Ｇと水平面内に定義される特定方向に対する傾斜情報
   （ｘ，ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜計を備え、 前記姿勢検出対象体が走行する管の軸と、前記Ｙ軸とを
   水平面に投影した状態における両軸の成す角を、前記姿
   勢検出対象体のヨー回転φと定義した場合に、前記姿勢
   検出対象体のヨー回転φが無い条件下に於ける、 前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、前記姿勢検出対象体の
   ピッチ回転δ及び、ロール回転θとの関係を表す関係式
   を備えるとともに、 前記関係式に基づいて、前記ピッチ回転δ及び、ロール
   回転θを求める第１回転量導出手段を備えた姿勢検出装
   置。
5. 【請求項５】 姿勢検出対象体の前後方向をＹ軸、上下
   方向をＺ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸に共に直交する姿勢
   検出対象体の左右方向をＸ軸とする３軸の重力ベクトル
   Ｇと水平面内に定義される特定方向に対する傾斜情報
   （ｘ，ｙ，ｚ）を検出する３軸傾斜計を備え、 前記姿勢検出対象体が走行する球形体の経線と、前記Ｙ
   軸とが成す角を、前記姿勢検出対象体のヨー回転φと定
   義した場合に、前記姿勢検出対象体のロール回転θが無
   い条件下に於ける、 前記傾斜情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、前記姿勢検出対象体の
   ピッチ回転δ及び、ヨー回転φとの関係を表す関係式を
   備えるとともに、 前記関係式に基づいて、前記ピッチ回転δ及び、ヨー回
   転φを求める第２回転量導出手段を備えた姿勢検出装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１〜３のいずれか１項に記載され
   る姿勢検出装置を備え、前記特定回転種の回転は無く、
   前記回転量導出手段により導出される残余の回転を、本
   体のそれぞれ対応する回転量とする走行ロボット。