JPS6154378A - ロボツトの階段自動昇降装置 - 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】 口産業上の利用分野〕 この発明は原子力関連作業に１史用さｎる移動ロボット
ｊて係わり、時にロボットの階段自動昇降装置に関する
。

〔従来の技術〕

近年、原子力関連作業ロボット等の極限作業用移動ロボ
ットの開発研究が盛んになって米たが、ロボット走行技
術の一つとして、階段の昇降の際にロボットが転落しな
いように昇降できることが☆望さｎている。一般にロボ
ットの階段走行機構としては単（資）式、クローラ式、
１μｓ弐尋がある。こｎらの中で、制御性、エネルギー
効塞の点から現在ではクローラ式が主力となっている。

このクローラ式ロボットとして実願昭５８−ｔｉｔｉ８
７７号「走行装置」がある。

ロボット運転者がロボットを遠隔手励漂作により階段を
走行さセる場合、ロボットの姿勢認識及び外界認識を常
に運転者が最適制御にて行う必要がある。この最適制御
はロボットを外部より観察し、ロボットに指令を出力丁
ｎば可能であるが、ロボットを外部エフ観察できないで
、ロボットンこ取付けらｎているセンサやＩＴＶカメラ
により制御する場合には困難全件う。特に階段昇降の際
、誤操作によりロボットが階段の昇降の際転４するおそ
ｎが多くなる問題がある。

〔発明が解決しようとする間籾点〕

この発明は上記の事情に鑑みてなさｎ之もので、階段の
昇降全自動的に行うとともに転落しない工うにし几ロボ
ットの自動昇降装置ｌ！ｔ’を提供するにある。

〔問題点？解決するための手段及び作用」この発明はロ
ボット内部１ｃ設けら：／′Ｌｆｃ各（重センサｉｃよ
りロボット自身が自己姿勢を制御して階段全自動昇降す
るとともに階段を昇降し始めるときと、終えるときを＠
後アームで角度乞７演出し、その角度の検出値からロボ
ットの転・湛を防止きせるように制御させる手段全役け
たことにある。

〔実施例〕

以下図面全参照してこの発明の一犬施例金説明する。

第１因において、１は階段昇り基本姿勢作成手段で、こ
の手段１では階段１１にロボット本体１２が件る姿％に
停止さｎている。このとき、ロボット本体１２の前アー
ム１２ａは一段目の階段に接触し易い工うに床面から４
５度（以下この角度を０１と称丁）に設定し、後アーム
１２ｆｉはロボット本体１２の傾斜時に床面を検出し易
いように床面から３０度（以下この角度をθ！と称￥）
に設定する。

２は階段昇り動作姿勢作成手段で、この手段２は前記基
本姿勢作成手段１が作成さｎた後に前アームに設けられ
九階段検出センサ（図示１陥）が動作したときに階段の
昇り動作音＠始させるものである。

ロボット本体１２が階段を昇Ｖ始め、後アームが階段を
検出し、この検出値が所定以下ならば前進する。このと
きの手段が階段＋＋９姿勢制御手段３である。この制御
手段３にエクロボット本体１２がケト階し、階段を件っ
ているときＫＮＮ段用斜角全検出る。この傾斜角の検出
の後、前アーム用が一３０度（以下Ｕ、と称丁）以下と
なったときロボット本体の走行を停止させる。このよう
な手段が終段姿勢作成手段４である。このｇ段姿勢作成
手段４と前記階段ｆ＋９姿勢制御手段３とでロボット本
体１２が階段がら転・ｆしないようにしている。

前記終段姿勢作成手段４において、前アーム１２ａが階
段の有無？検出しｔ後、ロボット本体１２が前進し、そ
の本体１２の傾斜角が減少方間になると、階段昇り終了
基本姿勢作成手段５の動作（て４る。この基本姿勢作成
手段５ではロボット本体１２が水平になったとき走行ｅ
（す止し、前記階段昇り基本姿勢作成手段ＩＱときと同
じ基本姿勢になる、 第２図はロボット本体１２が階段１１を下降するときの
各手段のブロック図で、第１図と逆の動作となるだけで
あるから単にその構成だけ？示す、１６は階段降り基本
姿勢作成手段、７は階段降り動作姿勢作成手段、８は階
段降り姿勢１１ｉ！Ｉ御手段、９は階段降ジ終段姿勢作
成手段、１０は階段降〕終了基本姿勢作成手段である。

次に第１図及び第２図に示したロボット本体１２の要部
の具体的な構成について第３図Ａ、Ｂ七ノ照して述べる
。第３図Ａ、Ｂにおいて、２１は機器等が搭載さ【る２
本の平行な支持部材であり、その＠後間端部には取付台
２２，２３が取付けらｎている。取付台２２にはロボッ
ト本体の前後力向の傾斜を検出する傾斜センサー２２ａ
と、ロボット本体の左右方向の傾斜ｋ　４’Ａ出する傾
斜センサー２２ｂが設けらＣている。まｔ、前記取付台
２２゜２３には軸受部２４．２５が設けらｎｌその軸受
部２４．２５ＶＣＬり前後方向に対して直角金な丁メイ
ンシャフト２ｔ＋、２７が七ｎ七Ｃ回転可能に支持さｎ
ている。前側のメインシャフト２６には前後方向に平行
な一対の前アーム１２ａの基端部が結会さｎている。前
アーム１２ａの先端部には前後方向に対し直角に前輸軸
２８が取付けらｎる。

２９は前０１１１ゴム厄ｉである。前記前アーム１２ａ
のメインシャフト２６側には階段検出センサー３０が設
けらＣ１このセンサー３０によ！ｌ１階段に突き当つ几
かが判断さｎる。

前記メインシャフト２６の受手方向中央部にはウオーム
ホイール３１が取付けらｎでいて、このウオームホイー
ル３１ＶＣ前記取付台２２に取付けら、ｆＬｆｃ前アー
ム駆動装置３２のウオーム駆動軸３３が噛＠−サルてい
る。後備１のメインシャフト２７には連結材３４で連結
さｎた前後方向に平行な一対の後アーム１２１）の基端
部が結合されている。後アーム１２ｂの先端部には後輪
軸３５が取付けらｎ、そのｔｌｉｊＩ］３５には後側ゴ
ム車輪３６が回Ｉ伝自在に取付けられている。前記後側
メインシャフト２７の中央部にはウオームホイール３７
が取付けてあり、このウオームホイール３７に、前６ｄ
取付台２３に取付けらｎ’ｒｃ後アーム駆動装置３８の
ウオーム駆動軸３９が噛合さＣている。前記後アーム１
２ｂの後側メインシャフト２７側ＶＣは階段検出センサ
ー４ｏが設けらｎｌこのセンサー４０により階段に突き
当ったかが判断さｎる。

４１は右履帯、４２は左腹＋ｉ）で、こｎらは各別■駆
動装置４３．４４により駆動される。４１ａ。

４１？及び４２Ｑ、４２ｂは前後アームに設けら几た履
帯である。４５は床面検出センサー、４６゜４７は前後
アーム１頃角検出ポテンシヨメータである。

君４図はロボット本体を１ｆｆｌＪ　＃するためのブロ
ック図で、インターフェイスＩＦには第３図人に示し之
傾斜センサー２２ａ、２２ｂや図示しない放射線計量サ
ーベイメータ等からなるセンサー出力が供給さｎる。イ
ンターフェイスＩＦはこｎらの出力音ｃＰＵバスＢＵ８
’ｉ弁して中央処理装置ＣＰＵＶ？−人力させる。デジ
タルインプットＤＩには階段検出センサー３０．４０や
床面検出センサー４５等の１ｇ号が入力さｃｌこγＬら
センサー出力はデジタルインプットＤＩがらｃ　ｐ　ｕ
　ハスＢ、Ｕ　Ｓｔ弁して中央処理装置ＣＰＵに入力さ
ｎる。Ｄ。

はデジタルアウトプットで、このデジタルアウトプット
ＤＯは中央処理装置ＣＰＵからの指位を受けて、前後ア
ーム１２ａ、１２ｂや５ｇ３図Ａ　Ｉ　Ｂには図示しな
かったカメラやライ）４の制御卸出力を送出てる。ＡＯ
はアナログアウトプットで、このアナログアウトプット
ＡＯは中央処Ｗｉ　’Ａ　置ＣＰ　Ｕからの指＋１受け
ると、出力にアナログ信号全送出し、このは号は図示し
ないケーブルドラム等の制御部ＣＮに供給さｎる。なお
、第４図において、Ｍはメモリ、ＴＲは伝送インターフ
ェイスである。

次に上記実施例の動作を第１図及び第２図？用いて述べ
る。ロボット本体１２の平坦路走行時の基本姿勢は第１
図の基本姿勢作成手段１の上部に示すように前アーム１
２ａ、後アーム１２＋）が床面に対する角度θ３．σ１
　ｔ−４５度及び３０度に保つ。このような姿勢でロボ
ット本体全走行させ、井り階段１１に前アーム１２ａが
突き当ると、前アーム１２ａの階段検出センサー３ｏが
こｎ’に検出する。この検出により前アーム１２ａの角
度θ１が８度以下になるように、即ちロボット本体１２
とほぼ水平になるように前アーム全下降させる。

この動作を行うのは第２図の階段昇り動作姿勢作成手段
２であり、そのときのロボット本体の２の状態上その手
段２の上部に示す、なおロボット本体１２が階段１１全
昇り出丁とき、前アームの角Ｉｆｆ　０１が８度以上で
ロボット本体の傾斜用が４０度以上でないなら、前アー
ム１２ａを０１が８匿以下となるまで下降させる。仄に
後アーム１２１）がセンサー４ｆｌｉ’？：ニジ階段を
険出し、ロボット本体１２が前進し、後アーム１２ｂ全
下げる。この後アーム１２ｅｌの角度〃、が８度以下な
ら、後アーム１２１）の下降全停止させる。その後前ア
ームるか舌金判断し、否のときには前アームｆＡ度が一
３０度以下かを判断して艮のときにはロボット本体１２
ｆ：前進させる。

前記後アーム１２ｆｉのセンサー４０か０ＦＦ（階段全
検出しない）のときは、ロボット本体１２の傾斜用が３
０度以上なら後アーム１２ｂを下げて階段１１を昇る。

ロボット本体１２が階段を件っている状態を階段昇り姿
勢制御手段３の上部に示しである。

ここでロボット本体１２と階段１１との望ましい関係に
ついて第５図Ａ、Ｂ、Ｃにより述べる。

第５図Ａ＋エロボット本体の概略図で、）（は前後アー
　ムのｇさ、Ｌはロボット本体の長さである。第５図Ｂ
、ｅは階段のステップ間の距離ｌとロボット本体が階段
？姓って行きとの状態を説明するためのものである。第
５図Ａ、Ｂ、ＣからＲ＞ｌ。

Ｌ≧１．５ｇであることが望ましい。こｎはＲ＜１であ
るとロボット本体の昇り途中で階段検出センサーがＯＦ
Ｆとなり、後アーム全史に下げてしまい。

１段目のステップに後アームがかからなくなって井るこ
とかできなくなってしまうからである。まｔ、Ｌ＜ｌで
あると階段に差し掛つｔときのロボット本体のｉ’ｌｌ
　Ｆｌが大きくなってしまうからである。

前記前アーム角が一３０度でないときＶこは前アーム１
２ａを下げ、センサー３０がＯＮになりｔなら前アーム
角度θ、全８度±５度の範囲であるから全判断てる。こ
の判断結果が良なら後アーム１２　’ｖ）＋７サー４０
のＯＮかＯＦＦ　全：間断し、ＯＮなら後アーム角度θ
２が８度±５度の範囲シてちるかどうか判断してその判
断結果が良ならロボット本体１２を終段姿勢作成手段４
に移行させる。前占己判断結果が否なら前アーム角Ｋ　
”　ｌ　が−５０度以下であるかを判断し良なら終段姿
勢作成手段４ｉＣ移行させる。上述の詳細な動作金弟す
図のフローチャートに示す。上記のようにロボット本体
全制御することにエリ、階段の動作においてヌムーズに
重心が移動できるので最終ステップに畦、辱ぜずに乗り
上げることができる。ロボット本体１２が最終ステップ
に乗ジ上げて前アーム１２１１のセンサー３０が階段全
検出しｔときは、ロボット本体１２の傾斜用が邑少方向
であるかどうか全判断てる。ま友センサー３０がそｆＬ
ヲ検出しないときは前アーム角度θ１が一５０１１Ｚ以
下で必るか全判断して上述の動作を再び行う。上記のよ
うなロボット本体の動作状、叩上終段姿勢作成手段４の
上部に各々示す。

前記ロボット本体の１頃斜角が減少方向でありｔなら、
床面、演出センサーがＯＮするまで前進させる。その後
、ロボット本体は基本姿勢となる。この状：Ｉｙ！１全
階段件全階段載本姿勢作成手段５の上部に示す。

以上の工うてしてロボット本体の階段？＋９制脚動作が
終了する。？′ＫＫ階段を降る場合について第２図を参
照して述べる。

まず階段終り基本姿勢作成手段６ではｎｉ１アーム１２
ａｉ下げ、後アーム１２ｂの月Ｋ　Ｏｔが８度となるま
でアーム金工げてロボット本体１２金前進させる。この
状態全手段６の上部に示す。ロボット本体１２が前進し
、床面検出センサー４５がＯＦ１’ｉ’であるかを判断
し、ＯＦＦであるなら前アーム１２ａのセンサー３０が
階段ｋｆｆｌ出しｔかどうかを判断てる。４莱出しなか
ったなら前アーム）Ａ度１／、が−８０度以下でおるか
ら’に：１８１１断し、それが以内なら後アーム１２ｂ
ｉ下げる。恢アーム用度θ２が一８０度以下になったら
前後アームｌ　２ａ、　１２ｂｔ停止させてロボット本
体１２全降段させる。前記θ、が一８０度以下でないと
きにはロボット本体１２の傾斜用が一３０度以下か、ｉ
ｉ■アーム用度θ、が８匿以下か等全判断した佐、上記
の工うにロボット本体全動作きせる。

前記ロボット本体１２が降段全開始してから、前後アー
ム１２ａ、１２ｂのセンサー３０．４０が２４段を険出
し友かどうかを判断する。この判断の結果が良なら前ア
ームの角度θ、が８度±５度かつ佼アームの角度θ、が
３０度±５度の範囲内であるかｔ判断する。この判断結
果が良ならロボット本体１２金史に降段させる。前記前
後アーム１２ａ、１２ｂのセンサー３０．４０が階段全
検出しなかつ几なら、ロボット本体１２の傾斜角が増大
方向か、後アーム角度σ２が３０反±５度以内にあるか
判断してロボット本体１２を降段させる。上述のロボッ
ト本体１２の動作は階段降り動作姿勢作成手段７と姿勢
制御手段８にて行わｎる。

抜ｔそ３ｏ動作状悪を各手段７．８の上部に各々示す。

第７図は上記動作の詳細を示すフローチャートである。

ロボット本体１２が降段してその本体の傾斜角が一１０
度以下になつ念かを判断し、−１ＯＮ以下であつ友なら
前アーム角度Ｕ、が４５．伎以上であるか１ｉ４１断す
る。Ｕｌが４５度以上なら、センサー３０がＯＦＦであ
るか判断して後アーム１２ｂ’ｉ上げる。この動作を終
段姿勢作成手段９にて行う。

また動作状態も手段９の上部に各々示す。

後アーム１２ｂのセンサー４０が階段全検出し友なら後
アーム用度θ、が４５度以上になつ次かを判断し、ロボ
ット本体１２が水平でめりかつ前後アーム１２ａ、１２
ｂのセンサー３０．４０がＯＦＦであるかを判断して基
本優勢にロボット本体１２金戻丁。この動作を行うのが
基本姿勢作成手段１０である。

〔笑施例の効果〕

（１）　　前後アームや左右履帯の比較的少い制御対象
で走行できる利点がある。

（２）左右履帯のスリップにより姿勢が、県くなっても
センサーにニジ姿勢′ｔ−検出し、修正することができ
る。

（３）　　常にロボット本体、アームを階段におしつけ
る制御である几め、安定した階段走行が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べ几ように、この発明によれは、階段の昇降が全
自動で安定に走行でき、かつ階段からの転洛もなく昇降
できる。また階段の傾斜用にかかわらず階段の１唄斜角
に適応した姿勢により走行可能であり、階段の長短にも
影がさｎないで昇降ができ、しかも階段途中で姿勢修正
も可能であるから安定な走行が可能となる等の利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は階段昇り制御手段會示すブロック図、第２図は
階段降り制御手段を示すブロック図、第３図Ａ、Ｂはこ
の発明に使用されるロボット本体の要部の具体的な構成
を示すもので、第３図人は平面図、第３図Ｂは第３図人
のＡ　−Ａ　ｉｉ、ｌで一部を断面し九正百図、第４図
はロボット本体の促［部のブロック図、第５図Ａ、Ｂ、
Ｃ，第６図及び第７図は動作を述べるための説明図及び
フローチャートである。 １・・・階段昇り基本姿勢作成手段、２・・・階段昇り
動作姿勢作成手段、３・・・階段昇ジ姿勢制一手段、４
・・・終段姿勢作成手段、５・・・階段昇り終了基本姿
勢作成手段、６・・・階段降り基本姿勢作成手段、７・
・・階段降り動作姿勢作成手段、８・・・階段Ｉｉ４！
り姿勢制御手段、９・・・終段姿勢作成手段、１０・・
・階段降り終了基本姿勢作成手段、１１・・・階段、１
２・・・ロボット不休、１２ａ、１２ｂ・・・前後アー
ム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）前後に回転自在なアームが設けられたロボット本
   体と、このロボット本体に設けられ、その本体の前後の
   傾斜角や左右の傾斜角を検出する傾斜角センサーと、前
   記アームに設けられ、アームが階段に突き当つたとき動
   作する階段検出センサーと、ロボット本体に設けられ、
   ロボット本体の水平状態を検出するセンサーとを備え、
   各センサーの信号を入力して演算し、その演算出力によ
   りロボット本体の移動を制御する移動ロボットにおいて
   、前アームが床面に対してなす角度θ＿１、後アームが
   床面に対してなす角度θ＿２を有するように形成すると
   ともにθ＿１≧θ＿２となるようにロボット本体の姿勢
   を作成する階段昇降基本姿勢作成手段と、この手段によ
   りロボット本体の基本姿勢が作成され、この姿勢から前
   アームの階段検出センサーが階段を検出したとき、ロボ
   ット本体の階段昇降動作姿勢を作成する階段昇降動作姿
   勢作成手段と、この手段によつてロボット本体が階段を
   昇降し始め、昇降に応じて前後アームを制御してロボッ
   ト本体が階段から転落しないように制御させて昇降させ
   る転落防止制御手段と、この手段によりロボット本体が
   階段の昇降動作を終了しロボット本体が水平状態になつ
   たときに終了姿勢を作成する階段昇降終了基本姿勢作成
   手段とを備えたことを特徴とするロボットの階段自動昇
   降装置。