WO2024024815A1 - ロボットアーム及び飛行ロボット - Google Patents

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WO2024024815A1
WO2024024815A1 PCT/JP2023/027308 JP2023027308W WO2024024815A1 WO 2024024815 A1 WO2024024815 A1 WO 2024024815A1 JP 2023027308 W JP2023027308 W JP 2023027308W WO 2024024815 A1 WO2024024815 A1 WO 2024024815A1
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WO
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robot arm
drone
robot
flying
receptor
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/027308
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
純 川▲崎▼
典真 岡田
雅樹 渋谷
拓生 小林
Original Assignee
Thk株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use

Definitions

  • the present invention relates to a robot arm and a flying robot.
  • unmanned flying vehicles such as unmanned helicopters and drones that are used for work at high places
  • Such an unmanned flying vehicle may be attached with a working robot arm having an end effector at its tip.
  • a working robot arm one that includes a plurality of joints that rotate around an axis parallel to the pitch axis of an unmanned flying vehicle is known (see, for example, Patent Document 1).
  • disturbances such as wind and air currents act on a flying robot in a hovering state. This may cause a change in the attitude of the flying robot (for example, pitching, etc.) and/or a change in the position of the flying robot (for example, a change in altitude or horizontal position, etc.).
  • the flying robot operator needs to appropriately operate both the flying robot's body and the robot arm, and is required to have more advanced skills than conventional drone operators.
  • compasses and GPS Global Positioning System
  • one possible method is to attach a mechanism to the flying robot that adsorbs it to a wall or the like around the work target, thereby suppressing changes in the posture and position of the flying robot.
  • a mechanism to the flying robot that makes contact with walls, etc. around the work target and attaching a mechanism to the flying robot that controls the flying robot so as to press the mechanism against the wall, etc.
  • a method of suppressing positional changes is also considered.
  • the flying robots to which the robot arm can be attached may be limited.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a robot arm and a robot arm that can contribute to the realization of accurate and efficient work while ensuring the degree of freedom of attachment to flying robots, etc.
  • An object of the present invention is to provide a flying robot equipped with a robot arm.
  • One aspect of the invention is a robotic arm that has a proximal end connected to a flying robot and a distal end connected to an end effector.
  • the robot arm according to the present invention includes, for example, a plurality of first joint parts that are provided between the base end part and the distal end part and rotate around an axis parallel to the pitch axis of the flying robot; a second joint portion provided between the base end portion and the distal end portion and rotating around an axis parallel to the yaw axis of the flying robot;
  • the vehicle may include a plurality of actuators that drive each of the first joint portion and the second joint portion.
  • the present invention can also be understood as a flying robot to which the above-described robot arm is attached.
  • the present invention it is possible to provide a robot arm and a flying robot equipped with a robot arm that can contribute to realizing accurate and efficient work while ensuring the degree of freedom of attachment to a flying robot or the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a drone in an embodiment. It is a top view showing an example of composition of a robot arm in an embodiment. It is a left side view showing an example of composition of a robot arm in an embodiment. It is a perspective view showing an example of composition of a probe mechanism in an embodiment. In the embodiment, it is a first diagram showing an example of the operation of the robot arm in a state where the electrode of the probe mechanism is in contact with the receptor of the wind power generator.
  • it is a second diagram showing an example of the operation of the robot arm in a state where the electrode of the probe mechanism is in contact with the receptor of the wind power generator.
  • it is a third diagram showing an example of the operation of the robot arm in a state where the electrode of the probe mechanism is in contact with the receptor of the wind power generator.
  • it is a fourth diagram showing an example of the operation of the robot arm in a state where the electrode of the probe mechanism is in contact with the receptor of the wind power generator.
  • it is a fifth diagram showing an example of the operation of the robot arm in a state where the electrode of the probe mechanism is in contact with the receptor of the wind power generator.
  • the base end of the robot arm is connected to the robot, and the distal end of the robot arm is connected to the end effector.
  • the end effector is, for example, a device that performs maintenance, inspection, etc. of a work target installed at a high place or the like.
  • a first joint part and a second joint part are provided between the base end and the distal end of the robot arm.
  • the first joints are provided at multiple locations between the base end and the distal end of the robot arm, and are parallel to the pitch axis of the flying robot (hereinafter sometimes referred to as “first axis”). ) to rotate around.
  • Each first joint portion is rotationally driven by an actuator (hereinafter also referred to as “first actuator”). This allows the robot arm to bend and extend around the first axis at multiple locations between the base end and the distal end.
  • the second joint is provided at at least one location between the proximal end and the distal end of the robot arm, and is parallel to the yaw axis of the flying robot (hereinafter sometimes referred to as the "second axis"). .) Rotate around.
  • the first joint portion is rotationally driven by an actuator (hereinafter also referred to as “second actuator”). This allows the robot arm to bend and extend around the second axis at at least one location between the proximal end and the distal end.
  • pitching and altitude changes (position changes in the vertical direction) of the flying robot are absorbed by rotating the plurality of first joints around the first axis using the first actuator. It becomes possible to do so. Thereby, when the flying robot pitches or changes in altitude, it is possible to suppress changes in attitude and position of the end effector.
  • the robot arm by rotating at least one second joint portion by the second actuator, it is possible to absorb changes in the horizontal position of the flying robot in the left-right direction. . Thereby, when a change in the horizontal position of the flying robot occurs in the left-right direction, it is possible to suppress a change in attitude and a change in position of the end effector.
  • the flying robot pitches, changes in altitude, or changes in horizontal position in the horizontal direction while the end effector is in contact with the work target, the end effector's posture and position can be adjusted to the appropriate posture and position. It becomes possible to maintain the As a result, it becomes possible to perform work on the target device accurately and efficiently. It also becomes possible to attach it to a flying robot that does not have a mechanism to suppress changes in attitude or position of the flying robot.
  • the second joint portion may be provided on the robot arm closer to the distal end than the plurality of first joint portions.
  • the inertial weight from the second joint to the tip of the end effector can be kept as small as possible.
  • the amount of movement of the tip of the end effector relative to the unit rotation angle (for example, 1° CA) of the second joint can be reduced.
  • vibrations at the tip of the end effector when the second joint is rotated can be suppressed to the lowest possible level.
  • the posture and position of the end effector can be adjusted with high precision.
  • the inertial weight of the end effector is relatively large, such as when the end effector is equipped with a sensor for detecting the work target, it is difficult to adjust the posture and position of the end effector with high precision. can.
  • the inertial weight from the second joint part to the tip of the end effector is kept as small as possible, the rated capacity of the actuator that drives the second joint part can also be kept small. This also makes it possible to reduce the size and weight of the actuator. Accordingly, the load applied to the plurality of first actuators can be kept small, so it is also possible to reduce the size and weight of the plurality of first actuators.
  • the "sensor” here refers to, for example, a camera for detecting the position of the work target, a distance sensor for detecting the distance to the work target, and the like.
  • a rotation drive unit may be provided at the connection portion between the base end of the robot arm and the flying robot to rotate the base end around an axis parallel to the yaw axis of the flying robot.
  • the robot arm may be provided with three or more first joints.
  • three or more first joints are provided on the robot arm, it becomes possible for the robot arm to absorb not only pitching and altitude changes of the flying robot, but also changes in the horizontal position of the flying robot in the front-rear direction. As a result, even when a change in the horizontal position of the flying robot occurs in the front-rear direction, changes in the posture and position of the end effector can be suppressed.
  • three or more first joints are provided on the robot arm, it is also possible to increase the degree of freedom in the hovering position of the flying robot when bringing the end effector into contact with the work object.
  • Another aspect of the present invention is a flying robot equipped with a robot arm configured as described above.
  • the flying robot can use the above-mentioned robot arm for work targets installed at high places. Thereby, the flying robot can suppress the attitude change and position change of the end effector even if the flying robot is not equipped with a mechanism for suppressing the attitude change and position change of the flying robot.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a mode in which a wind power generator 20 is inspected using a drone 1.
  • the wind power generator 20 includes a tower 21 that stands upright on the ground, and blades 22 that are provided at the top of the tower 21 and rotate in response to the wind.
  • the blade 22 is provided with a receptor 23 .
  • the receptor 23 is a device for grounding lightning current during lightning reception, and is connected to a grounding electrode via an electric wire or the like.
  • the drone 1 is a flying robot for inspecting the lightning protection function of the wind power generator 20.
  • the drone 1 is used to check whether the receptor 23 and the ground electrode are electrically connected. Such inspection is performed, for example, by detecting the value of the current flowing through the ground electrode when voltage is applied to the receptor 23 by the drone 1. Therefore, a wire 30 for supplying power for inspection from the inspection device 31 to the drone 1 is connected to the drone 1 .
  • the inspection device 31 uses the drone 1 to apply a voltage to the receptor 23 and detects the value of the current flowing through the ground electrode.
  • a robot arm 100 is attached to the drone 1 of this embodiment, and a probe mechanism 40 is attached to the tip of the robot arm 100.
  • the probe mechanism 40 is a device that contacts the receptor 23 of the wind power generator 20 and applies voltage to the receptor 23. Therefore, the wire 30 described above is connected to the probe mechanism 40.
  • the probe mechanism 40 corresponds to the end effector according to the present invention.
  • the robot arm 100 brings the probe mechanism 40 into contact with the receptor 23 at an appropriate angle (attitude), and adjusts the contact angle of the probe mechanism 40 with respect to the receptor 23. It has the function of maintaining an appropriate angle.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration example of the drone 1 with the robot arm 100 attached.
  • the drone 1 in this embodiment includes a main body 11, a plurality of bridges 12, a plurality of actuators 13, and a plurality of propellers 14.
  • the bridge 12 is formed to extend radially around the main body 11.
  • An actuator 13 and a propeller 14 are attached to the tip of each bridge 12.
  • the propeller 14 is rotationally driven by the actuator 13 to generate propulsive force and lift for the drone 1 .
  • Bridge 12 is configured such that a plurality of actuators 13 and propellers 14 are appropriately arranged around main body 11 .
  • the drone 1 illustrated in FIG. 2 includes four bridges 12, four actuators 13, and four propellers 14, but the number may be three or less or five or more. Further, in the example shown in FIG. 2, the plurality of actuators 13 and propellers 14 are arranged at equal intervals, but the configuration is not limited to the plurality of actuators 13 and propellers 14 arranged at equal intervals. For example, the positions of the actuator 13 and propeller 14 disposed in front of the main body 11 may be shifted rearward so that the main body 11 can be brought closer to the receptor 23 that is the work target. Moreover, all four actuators 13 and propellers 14 do not have to be the same type of equipment. The four actuators 13 can be controlled independently of each other. Thereby, it is possible to control the propulsive force and lift obtained by the four actuators 13 and the propeller 14 independently from each other. As a result, it becomes possible to control the flight attitude, flight speed, etc. of the drone 1 as appropriate.
  • the direction in which the lift force of the four propellers 14 acts is defined as the upward direction of the drone 1
  • the direction in which the lift force acts is defined as the upward direction of the drone 1.
  • the opposite direction downward in the vertical direction (downward in FIG. 2)) as the downward direction of the drone 1.
  • the main body 11 of the drone 1 includes a battery for supplying drive power to each actuator 13, a control device 50 for controlling power supply from the battery to each actuator 13, and various sensors. Ru.
  • the control device 50 includes, for example, a computer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an EPROM (Erasable Programmable ROM), and a flight controller that controls the attitude and operation of the drone 1. Including controller etc.
  • the computer outputs commands to the flight controller through execution of a processor stored in the EPROM.
  • the flight controller controls each actuator 13 according to instructions from the computer.
  • the computer of the control device 50 may include a communication unit that communicates with the outside by wire or wirelessly, receives a control command via the communication unit, and may switch the content of the operation according to the control command.
  • the computer of the control device 50 may output commands to the flight controller according to control inputs manually operated by an operator as in a normal drone, or may output commands to the flight controller that are stored in advance in an EPROM or the like. Commands may be output to the flight controller according to the plan.
  • the computer of the control device 50 also controls the robot arm 100 based on signals from sensors, which will be described later.
  • the sensors built into the main body 11 include, for example, a sensor that detects the direction of the drone 1, a sensor that detects the inclination of the drone 1 with respect to the horizontal direction, a sensor that detects the altitude of the drone 1, and a sensor that detects the altitude of the drone 1. Examples include a sensor that detects the relative position with respect to the receptor 23.
  • a robot arm 100 is attached to the drone 1 in this embodiment.
  • Robot arm 100 is fixed to bridge 12 via bracket 15. At that time, the bracket 15 and the robot arm 100 are attached below the four propellers 14. Further, the robot arm 100 is attached to the bridge 12 so as to extend perpendicularly to an imaginary straight line connecting the rotation axes of two adjacent propellers 14 among the four propellers 14.
  • the side to which the robot arm 100 is attached is defined as the forward direction of the drone 1
  • the opposite side is defined as the rearward direction of the drone 1.
  • the direction diagonally toward the upper left in FIG. 2 is defined as the right direction of the drone 1
  • the direction toward the diagonally lower right in FIG. 2 is defined as the left direction of the drone 1.
  • FIG. 3 is a top view of the robot arm 100 with the probe mechanism 40 attached.
  • FIG. 4 is a left side view of the robot arm 100 with the probe mechanism 40 attached.
  • the robot arm 100 includes a base portion 101, a first arm link portion 102, a second arm link portion 103, and a third arm link portion 104 arranged from the base end to the distal end. , and a fourth arm link section 105.
  • the base part 101 is fixed to the bracket 15 of the drone 1.
  • the base portion 101 supports a base end portion of the first arm link portion 102 extending downwardly of the drone 1 so as to be rotatable around a second axis parallel to the yaw axis of the drone 1 .
  • An actuator 111 that rotationally drives the base end portion of the first arm link portion 102 is built into the base portion 101 .
  • the actuator 111 is an example of a "rotation drive unit" according to the present invention, and is controlled by the computer of the control device 50 of the drone 1.
  • the distal end of the first arm link section 102 is connected to the base end of the second arm link section 103 via the first joint section 106A.
  • the first joint portion 106A is a joint that rotates around a first axis parallel to the pitch axis of the drone 1.
  • first axis here refers to the axis parallel to the pitch axis of the drone 1 when the axial direction of the second arm link part 103 in plan view is parallel to the front-rear direction of the drone 1.
  • the first joint portion 106A includes a first electric motor 161A that rotationally drives the first joint portion 106A.
  • the distal end portion of the second arm link portion 103 is connected to the proximal end portion of the third arm link portion 104 via the first joint portion 106B.
  • the first joint portion 106B is a joint that rotates around a first axis. Thereby, the second arm link section 103 and the third arm link section 104 can be freely bent and extended around the first axis.
  • the first joint portion 106B includes a first electric motor 161B that rotationally drives the first joint portion 106B.
  • the second arm link part 103 is bent toward the top of the drone 1 in the middle so that it can be folded straight when storing the robot arm 100. , it doesn't have to be bent.
  • the distal end of the third arm link section 104 is connected to the base end of the fourth arm link section 105 via the first joint section 106C.
  • the first joint portion 106C is a joint that rotates around a first axis. Thereby, the third arm link section 104 and the fourth arm link section 105 can be freely bent and extended around the first axis.
  • the first joint portion 106C includes a first electric motor 161C that rotationally drives the first joint portion 106C.
  • the probe mechanism 40 is attached to the tip of the fourth arm link part 105 via the second joint part 107.
  • the second joint portion 107 is a joint that rotates around a second axis.
  • the “second axis” of the second joint portion 107 refers to the yaw axis of the drone 1 when the axial direction of the fourth arm link portion 105 in side view is parallel to the front-rear direction of the drone 1. Let the axis be shown to be parallel to the axis. Thereby, the fourth arm link portion 105 and the probe mechanism 40 can be freely bent and extended around the second axis.
  • the second joint portion 107 includes a second electric motor 171 that rotationally drives the second joint portion 107 .
  • first electric motors 161A to 161C and the second electric motor 171 are examples of “actuators” according to the present invention, and are controlled by the control device 50 of the drone 1.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the configuration of the probe mechanism 40 in this embodiment.
  • the probe mechanism 40 in this embodiment includes a rod 401, a fixing member 402, a shaft 403, and a probe head 404.
  • the rod 401 is formed into a rod shape, and its base end is fixed to the tip (second joint portion 107) of the robot arm 100 via a bracket 405.
  • a fixing member 402 is attached to the tip of the rod 401.
  • the fixing member 402 fixes the shaft 403 to the tip of the rod 401.
  • the shaft 403 is formed into a rod shape, and a probe head 404 is attached to the tip thereof.
  • An electrode 441 is attached to the tip of the probe head 404 .
  • the electrode 441 is brought into contact with the receptor 23 when inspecting the lightning protection function of the wind power generator 20, and applies a voltage for inspection to the receptor 23. Therefore, the aforementioned wire 30 is connected to the electrode 441 of the probe head 404.
  • the area around the electrode 441 in the probe head 404 may be treated to prevent slipping.
  • the cross-sectional shapes of the rod 401 and the shaft 403 are not limited to circular shapes.
  • the cross-sectional shapes of the rod 401 and the shaft 403 may be formed in a polygonal shape to prevent rotation of the rod 401 and the shaft 403. A groove may be provided.
  • a sensor 420 is mounted on the fixing member 402 of the probe mechanism 40 in this embodiment.
  • the sensor 420 is a sensor for detecting the receptor 23 that is the work target.
  • the sensor 420 in this embodiment includes a distance sensor 421 that measures the distance to the receptor 23 and a camera 422 that identifies the position of the receptor 23.
  • the distance sensor 421 is, for example, LiDAR (Light Detection And Ranging), RADAR (Radio Detection And Ranging), a stereo camera, a laser scanner, or the like.
  • the drone 1 when inspecting the lightning protection function of the wind power generator 20, the drone 1 is flown so that the electrode 441 attached to the tip of the probe head 404 is brought into contact with the receptor 23. For example, until the camera 422 becomes able to image the receptor 23, the user visually controls the drone 1, and when the camera 422 becomes able to image the receptor 23, the image captured by the camera 422 and the distance sensor 421 Based on the distance to the receptor 23 measured by , the control device 50 causes the drone 1 to fly autonomously.
  • the control device 50 causes the drone 1 to hover while ensuring that the electrode 441 of the probe head 404 is properly aligned with the receptor 23 .
  • the actuator 111 of the robot arm 100, the first electric motors 161A-161C, and the second electric motor 171 are controlled so that they contact each other at a suitable angle (for example, vertically).
  • the actuator 111 provided at the base end of the robot arm 100 allows the robot arm 100 to rotate around an axis parallel to the yaw axis of the drone 1.
  • the orientation of the robot arm 100 can be changed.
  • the first joint portions 106A to 106C and the first electric motors 161A to 161C provided at three locations in the middle of the robot arm 100 move the drone 1 in the vertical and longitudinal directions.
  • the position of the tip (probe mechanism 40) of the robot arm 100 in can be changed.
  • the second joint 107 and the second electric motor 171 provided at the tip of the robot arm 100 rotate the tip of the robot arm 100 (the probe) around the second axis.
  • the position of the mechanism 40) can be changed.
  • the electrode 441 of the probe head 404 when bringing the electrode 441 of the probe head 404 into contact with the receptor 23, even if the position of the electrode 441 of the probe head 404 in the horizontal and/or vertical direction is slightly deviated from the front of the receptor 23, the electrode 441 can be brought into contact with the receptor 23 at an appropriate angle. It can be brought into contact with the receptor 23.
  • the second joint 107 is disposed at the distal end of the robot arm 100 (the distal end of the fourth arm link section 105), the second joint 107 is connected to the probe head.
  • the inertial weight up to the tip of 404 can be kept as small as possible. Thereby, the amount of movement of the tip (electrode 441) of the probe head 404 with respect to a unit rotation angle (for example, 1° CA) of the second joint portion 107 can be reduced. Furthermore, vibrations at the tip of the probe head 404 when the second joint portion 107 is driven to rotate can be suppressed to the lowest possible level.
  • the angle and position of the electrode 441 relative to the receptor 23 can be adjusted with high accuracy.
  • the inertial weight from the second joint 107 to the tip of the probe head 404 is kept as small as possible, the rated capacity of the second electric motor 171 can also be kept small. This also makes it possible to reduce the size and weight of the second electric motor 171. Accordingly, the load applied to the first electric motors 161A-161C can be kept small, so it is also possible to reduce the size and weight of the first electric motors 161A-161C.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the operation of the robot arm 100 when pitching of the drone 1 occurs due to a disturbance such as air current or wind while the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23.
  • the control device 50 allows the pitching of the drone 1 to be absorbed (offset) by bending and/or extension of the robot arm 100 at the first joints 106A to 106C, as shown in FIG.
  • the first electric motors 161A-161C are controlled as follows.
  • the rotation direction and rotation angle of each of the first joints 106A to 106C may be determined using, for example, image recognition processing on an image captured by the camera 422, or a It may be determined based on the output signal of the sensor, etc.
  • the position of the electrode 441 of the probe head 404 and the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 are automatically adjusted to the appropriate position. Each can be maintained at an appropriate angle. This prevents the contact state between the electrode 441 and the receptor 23 and the behavior of the drone 1 from becoming unstable due to pitching of the drone 1, and allows the inspection device 31 to perform inspection work with high accuracy.
  • FIG. 7 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23 and a change in altitude (change in position in the vertical direction) of the drone 1 occurs due to disturbance such as airflow.
  • FIG. 7 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23 and a change in altitude (change in position in the vertical direction) of the drone 1 occurs due to disturbance such as airflow.
  • the control device 50 absorbs (offsets) the change in the altitude of the drone 1 by bending and/or extending the robot arm 100 at the first joints 106A-106C, as shown in FIG.
  • the first electric motors 161A to 161C are controlled so as to be controlled.
  • the rotation direction and rotation angle of each of the first joints 106A to 106C may be determined using, for example, image recognition processing on an image captured by the camera 422, or a It may be determined based on the output signal of the sensor, etc.
  • the position of the electrode 441 of the probe head 404 and the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 are automatically adjusted to the appropriate position. and an appropriate angle. This prevents the contact state between the electrode 441 and the receptor 23 and the behavior of the drone 1 from becoming unstable due to changes in the altitude of the drone 1, and allows the inspection device 31 to perform inspection work with high precision.
  • FIG. 8 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the horizontal position of the drone 1 changes in the front-rear direction due to a disturbance such as wind while the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23. It is a diagram.
  • the control device 50 controls whether the change in the horizontal position of the drone 1 in the front-rear direction causes the robot at the first joint portions 106A-106C to change as shown in FIG.
  • the first electric motors 161A-161C are controlled so as to be offset by the bending and/or extension of the arm 100.
  • the rotation direction and rotation angle of each of the first joints 106A to 106C may be determined using, for example, image recognition processing on an image captured by the camera 422, or a It may be determined based on the output signal of the sensor, etc.
  • the position of the electrode 441 of the probe head 404 and the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 can be automatically adjusted. can be maintained at an appropriate position and angle. This prevents the contact between the electrode 441 and the receptor 23 and the behavior of the drone 1 from becoming unstable due to changes in the horizontal position of the drone 1 in the front-rear direction, allowing the inspection device 31 to perform inspection work with high accuracy. It can be carried out.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the operation of the robot arm 100 when the drone 1 yawing occurs due to a disturbance such as wind while the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23.
  • the control device 50 controls the rotation of the base end of the first arm link section 102 and the rotation of the robot arm 100 at the first joint sections 106A-106C, as shown in FIG.
  • the actuator 111, the first electric motors 161A-161C, and the second electric motor are arranged so that the yawing of the drone 1 is offset by the bending and/or extension of the robot arm 100 at the second joint portion 107. 171.
  • the rotation direction and rotation angle of each of the base end of the first arm link portion 102, the first joint portions 106A to 106C, and the second joint portion 107 are determined based on the image taken by the camera 422, for example.
  • It may be determined using recognition processing, or it may be determined based on an output signal of a sensor built in the main body 11 of the drone 1, etc.
  • the position of the electrode 441 of the probe head 404 and the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 are automatically adjusted to the appropriate position. Each can be maintained at an appropriate angle. This prevents the contact state between the electrode 441 and the receptor 23 and the behavior of the drone 1 from becoming unstable due to yawing of the drone 1, and allows the inspection device 31 to perform inspection work with high accuracy.
  • FIG. 10 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the horizontal position of the drone 1 changes in the left-right direction due to disturbance such as wind while the electrode 441 of the probe head 404 is in contact with the receptor 23. It is a diagram.
  • the control device 50 controls the rotation of the base end of the first arm link part 102 and the rotation of the first joint part 106A- as shown in FIG.
  • the actuator 111 and the third The first electric motor 161A-161C and the second electric motor 171 are controlled.
  • the rotation direction and rotation angle of each of the base end of the first arm link portion 102, the first joint portions 106A to 106C, and the second joint portion 107 are determined based on the image taken by the camera 422, for example. It may be determined using recognition processing, or it may be determined based on an output signal of a sensor built in the main body 11 of the drone 1, etc.
  • the position of the electrode 441 of the probe head 404 and the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 can be automatically adjusted. can be maintained at an appropriate position and angle. This prevents the contact state between the electrode 441 and the receptor 23 and the behavior of the drone 1 from becoming unstable due to changes in the horizontal position of the drone 1 in the horizontal direction, and allows the inspection device 31 to perform inspection work with high precision. It can be carried out.
  • the inspection device 31 when the inspection device 31 starts inspecting the lightning protection function of the wind power generator 20, it is possible to quickly bring the electrode 441 of the probe head 404 into contact with the receptor 23 at an appropriate angle. can.
  • the attitude change and position change of the drone 1 can be automatically absorbed (cancelled) by the robot arm 100 without any operational input from the operator.
  • the contact angle of the electrode 441 with respect to the receptor 23 and the position of the electrode 441 can be automatically adjusted to the appropriate angle and position without significantly changing the operational input or required skill when operating the drone 1. It becomes possible to maintain each.
  • the robot arm 100 in this embodiment can be attached to a drone 1 that does not have a mechanism for suppressing changes in posture or position of the drone 1. As a result, it becomes possible to increase the degree of freedom in mounting the robot arm 100.
  • ⁇ Other embodiments> In the embodiment described above, an example was described in which a probe mechanism for continuity testing is attached to the tip of the robot arm, but the end effector attached to the tip of the robot arm is not limited to the probe mechanism for continuity testing.
  • the end effector attached to the tip of the robot arm may be a probe mechanism for testing other than continuity testing, or may be a manipulator or the like.
  • a drone was used as an example of a flying robot according to the present invention, but the present invention is not limited to a drone as long as it is a moving object that can fly.
  • a robot arm having three first joints and one second joint is illustrated, but the number of first joints may be four or more, and or the number of second joints may be four or more. There may be two or more joints. Further, the robot arm according to the present invention may be applied to a drone used in the ocean or the like.

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Abstract

ロボットアームは、該ロボットアームの基端部が飛行ロボットに接続され、該ロボットアームの先端部がエンドエフェクタに接続される。ロボットアームの基端部と先端部との間の複数箇所には、飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転する第１の関節部が設けられる。ロボットアームの基端部と先端部との間の少なくとも１箇所には、飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転する第２の関節部が設けられる。ロボットアームは、第１の関節部と第２の関節部との各々を駆動する複数のアクチュエータを備える。

Description

ロボットアーム及び飛行ロボット
　本発明は、ロボットアーム及び飛行ロボットに関する。
　近年、高所等での作業に利用される、無人ヘリコプタ又はドローン等の無人飛行体の開発が進められている。このような無人飛行体には、先端部にエンドエフェクタを備えた作業用のロボットアームが取り付けられる場合がある。作業用のロボットアームとしては、無人飛行体のピッチ軸と平行な軸周りに回転する関節を複数備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特許第６３７１９５９号公報
　作業用のロボットアームを備えた無人飛行体（以下、「飛行ロボット」と記す場合もある。）を利用して、高所等に設置されている機器等の作業対象に対する点検や保守等の作業を行う場合、飛行ロボットをホバリングさせつつ、エンドエフェクタを作業対象に接触させる必要がある。
　ところで、ホバリング状態の飛行ロボットに対しては、風や気流等の外乱が作用する。これにより、飛行ロボットの姿勢変化（例えば、ピッチング等）、およびまたは、飛行ロボットの位置変化（例えば、高度又は水平位置の変化等）が発生する可能性がある。
　しかしながら、上記した従来技術では、飛行ロボットの姿勢や位置の変化に起因する、作業対象に対するエンドエフェクタの相対的な姿勢や位置の変化を、ロボットアームで吸収しきれない可能性がある。特に、風等の影響による飛行ロボットの左右方向における水平位置の変化が発生した場合には、作業対象に対するエンドエフェクタの相対的な姿勢や位置の変化を、ロボットアームにより吸収することができない可能性がある。その結果、作業対象に対する作業を正確且つ効率的に行うことが難しくなる可能性がある。
　また、エンドエフェクタの作業には、作業対象と飛行ロボットとの相対位置、及びロボットアームの２つの要素が複合的に作用する。そのため、飛行ロボットの操縦者は、飛行ロボットの機体操作とロボットアームの操作との双方を適宜行う必要があり、従来のドローン操縦者よりも高度な技能が要求される。特に、鉄塔等の構造物近傍では、飛行ロボットの安定飛行に用いられるコンパスやＧＰＳ（Global Positioning System）等の利用が困難な場合も多いため、操縦者に要求される技能がより一層高度になり、ロボットアームや飛行ロボットの普及の妨げになる可能性がある。
　これに対し、作業対象の周囲にある壁面等に吸着する機構を、飛行ロボットに取り付けることで、飛行ロボットの姿勢変化及び位置変化を抑制する方法が考えられる。或いは、作業対象の周囲にある壁面等に接触する機構を飛行ロボットに取り付けるとともに、当該機構を壁面等に押し付けるように飛行ロボットを制御する機構を飛行ロボットに取り付けることで、飛行ロボットの姿勢変化及び位置変化を抑制する方法も考えられる。これらの方法においては、飛行ロボットの姿勢変化及び位置変化を抑制するための機構を、飛行ロボットに追加する必要がある。その結果、ロボットアームを取り付けることができる飛行ロボットが限定される可能性がある。
　本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、飛行ロボット等への取付自由度を確保しつつ、正確且つ効率的な作業の実現に寄与することができるロボットアーム及びロボットアームを備えた飛行ロボットを提供することにある。
　本発明の態様の一つは、基端部が飛行ロボットに接続され、先端部がエンドエフェクタに接続される、ロボットアームである。本発明に係るロボットアームは、例えば、前記基端部と前記先端部との間に設けられ、前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転する複数の第１の関節部と、
　前記基端部と前記先端部との間に設けられ、前記飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転する第２の関節部と、
　前記第１の関節部と前記第２の関節部との各々を駆動する複数のアクチュエータと、を備えるようにしてもよい。
　なお、本発明は、上記のロボットアームが取り付けられる飛行ロボットとして捉えることもできる。
　本発明によれば、飛行ロボット等への取付自由度を確保しつつ、正確且つ効率的な作業の実現に寄与することができるロボットアーム及びロボットアームを備えた飛行ロボットを提供することができる。
ドローンを用いて風力発電機の点検を行う態様の一例を示す図である。 実施形態におけるドローンの概略構成の一例を示す図である。 実施形態におけるロボットアームの構成の一例を示す上面図である。 実施形態におけるロボットアームの構成の一例を示す左側面図である。 実施形態におけるプローブ機構の構成の一例を示す斜視図である。 実施形態において、プローブ機構の電極が風力発電機のレセプタに接触している状態でのロボットアームの動作例を示す第１の図である。 実施形態において、プローブ機構の電極が風力発電機のレセプタに接触している状態でのロボットアームの動作例を示す第２の図である。 実施形態において、プローブ機構の電極が風力発電機のレセプタに接触している状態でのロボットアームの動作例を示す第３の図である。 実施形態において、プローブ機構の電極が風力発電機のレセプタに接触している状態でのロボットアームの動作例を示す第４の図である。 実施形態において、プローブ機構の電極が風力発電機のレセプタに接触している状態でのロボットアームの動作例を示す第５の図である。
　本発明の態様の１つであるロボットアームでは、ロボットアームの基端部がロボットと接続され、ロボットアームの先端部がエンドエフェクタと接続される。エンドエフェクタは、例えば、高所等に設置されている作業対象の保守や点検等を行う機器である。ロボットアームの基端部と先端部との間には、第１の関節部と第２の関節部とが設けられる。
　第１の関節部は、ロボットアームの基端部と先端部との間の複数箇所に設けられ、飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸（以下、「第１の軸」と記す場合もある。）周りに回転する。各第１の関節部は、アクチュエータ（以下、「第１のアクチュエータ」と記す場合もある。）により回転駆動される。これにより、ロボットアームは、基端部と先端部との間の複数箇所において第１の軸周りに屈曲及び伸展することが可能になる。
　第２の関節部は、ロボットアームの基端部と先端部との間の少なくとも１箇所に設けられ、飛行ロボットのヨー軸と平行な軸（以下、「第２の軸」と記す場合もある。）周りに回転する。第１の関節部は、アクチュエータ（以下、「第２のアクチュエータ」と記す場合もある。）により回転駆動される。これにより、ロボットアームは、基端部と先端部との間の少なくとも１箇所において第２の軸周りに屈曲及び伸展することが可能になる。
　本開示に係るロボットアームによれば、第１のアクチュエータにより複数の第１の関節部を第１の軸周りに回転させることで、飛行ロボットのピッチングや高度変化（鉛直方向における位置変化）を吸収することが可能になる。これにより、飛行ロボットのピッチングや高度の変化が発生した場合に、エンドエフェクタの姿勢変化及び位置変化を抑制することができる。
　また、本開示に係るロボットアームによれば、第２のアクチュエータにより少なくとも１箇所の第２の関節部を回転させることで、飛行ロボットの左右方向における水平位置の変化を吸収することが可能になる。これにより、飛行ロボットの左右方向における水平位置の変化が発生した場合に、エンドエフェクタの姿勢変化及び位置変化を抑制することができる。
　したがって、高所等に設置されている機器等の作業対象に対する作業を開始する場合に、エンドエフェクタを適正な姿勢で速やかに作業対象に接触させることが可能になる。また、エンドエフェクタが作業対象に接触している途中で飛行ロボットのピッチング、高度の変化、及び、左右方向における水平位置の変化が発生した場合に、エンドエフェクタの姿勢及び位置を適正な姿勢及び位置に維持することが可能になる。その結果、対象機器に対する作業を正確且つ効率的に行うことが可能になる。また、飛行ロボットの姿勢変化や位置変化を抑制する機構を備えていない飛行ロボットに取り付けることも可能になる。
　ここで、第２の関節部は、複数の第１の関節部よりも、先端部側のロボットアームに設けられるようにしてもよい。その場合、第２の関節部からエンドエフェクタの先端部までの長さが短くなるため、第２の関節部からエンドエフェクタの先端部までの慣性重量を可能な限り小さく抑えることができる。これにより、第２の関節部の単位回転角度（例えば、１°ＣＡ）に対する、エンドエフェクタの先端部の移動量を少なくすることができる。また、第２の関節部を回転させた際の、エンドエフェクタの先端部の振動を可能な限り小さく抑えることもできる。その結果、作業対象に対する作業の開始にあたって、エンドエフェクタを作業対象に接触させる際に、エンドエフェクタの姿勢及び位置の調整を精度良く行うことができる。特に、作業対象を検出するためのセンサがエンドエフェクタに装備される場合等のように、エンドエフェクタの慣性重量が比較的大きくなる場合において、エンドエフェクタの姿勢及び位置の調整を精度良く行うことができる。また、第２の関節部からエンドエフェクタの先端部までの慣性重量が可能な限り小さく抑えられると、第２の関節部を駆動するアクチュエータの定格容量を小さく抑えることもできる。これにより、アクチュエータの小型化及び軽量化を図ることも可能になる。これに伴い、複数の第１のアクチュエータにかかる負荷を小さく抑えることもできるため、複数の第１のアクチュエータの小型化及び軽量化を図ることも可能になる。なお、ここでいう「センサ」は、例えば、作業対象の位置を検出するためのカメラ、及び、作業対象までの距離を検出する距離センサ等である。
　また、ロボットアームの基端部と飛行ロボットとの接続部分には、飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに基端部を回転させる、回転駆動部が設けられるようにしてもよい。これにより、飛行ロボットのヨーイングが発生した場合に、回転駆動部を回転させることで、飛行ロボットのヨーイングをロボットアームで吸収することが可能になる。その結果、飛行ロボットのヨーイングが発生した場合においても、エンドエフェクタの姿勢変化及び位置変化を抑制することができる。
　また、ロボットアームには、３つ以上の第１の関節部が設けられるようにしてもよい。３つ以上の第１の関節部がロボットアームに設けられると、飛行ロボットのピッチング及び高度変化に加え、飛行ロボットの前後方向における水平位置の変化も、ロボットアームで吸収することが可能になる。その結果、飛行ロボットの前後方向における水平位置の変化が発生した場合においても、エンドエフェクタの姿勢変化及び位置変化を抑制することができる。また、３つ以上の第１の関節部がロボットアームに設けられると、エンドエフェクタを作業対象に接触させる際における、飛行ロボットをホバリングさせる位置の自由度を高めることも可能になる。
　本発明の他の態様は、上記したように構成されるロボットアームを備えた飛行ロボットである。飛行ロボットは、高所等に設置されている作業対象に対し、上記ロボットアームを利用することができる。これにより、飛行ロボットは、飛行ロボットの姿勢変化及び位置変化を抑制するための機構を備えていなくても、エンドエフェクタの姿勢変化及び位置変化を抑制することができる。
　以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の実施形態は可能な限り組み合わせることができる。
＜実施形態＞
　本実施形態では、本発明に係るロボットアームを、風力発電機２０を点検するドローン１に適用する例について説明する。図１は、ドローン１を用いて風力発電機２０を点検する態様の一例を示す図である。
　風力発電機２０は、地上に直立するタワー２１と、タワー２１の上部に備わり風を受けて回転するブレード２２を備える。ブレード２２には、レセプタ２３が設けられる。レセプタ２３は、受雷時の雷電流を接地させるための機器であり、接地電極と電線等を介して接続されている。
　ドローン１は、風力発電機２０の避雷機能を点検するための飛行ロボットである。本実施形態では、ドローン１は、レセプタ２３と接地電極とが導通しているかを点検するために使用される。斯様な点検は、例えば、ドローン１によりレセプタ２３に電圧を印加したときの接地電極に流れる電流値を検出する方法で行われる。そのため、ドローン１には、点検装置３１からドローン１へ点検用の電力を供給するためのワイヤ３０が接続される。点検装置３１は、ドローン１を用いてレセプタ２３に電圧を印加し、接地電極を流れる電流値を検出する。
　本実施形態のドローン１には、ロボットアーム１００が取り付けられ、ロボットアーム１００の先端部にはプローブ機構４０が取り付けられる。プローブ機構４０は、風力発電機２０のレセプタ２３と接触して、レセプタ２３に電圧を印加するための機器である。そのため、プローブ機構４０には、上記のワイヤ３０が接続される。本実施形態においては、プローブ機構４０が本発明に係るエンドエフェクタに相当する。ロボットアーム１００は、ドローン１がレセプタ２３の近傍でホバリングしているときに、レセプタ２３に対してプローブ機構４０を適正な角度（姿勢）で接触させるとともに、レセプタ２３に対するプローブ機構４０の接触角度を適正な角度に維持する機能を有する。
　（ドローン）
　ここで、本実施形態におけるドローン１の構成について図２に基づいて説明する。図２は、ロボットアーム１００が取り付けられた状態のドローン１の概略構成例を示す図である。本実施形態におけるドローン１は、本体部１１と、複数のブリッジ１２と、複数のアクチュエータ１３と、複数のプロペラ１４と、を含んで構成される。
　ブリッジ１２は、本体部１１を中心にして放射状に延在するように形成される。各ブリッジ１２の先端部には、アクチュエータ１３とプロペラ１４とが取り付けられる。プロペラ１４は、アクチュエータ１３により回転駆動されて、ドローン１の推進力と揚力とを発生させる。ブリッジ１２は、複数のアクチュエータ１３及びプロペラ１４が本体部１１の周囲に適切に配置されるように、構成される。
　図２に例示するドローン１は、ブリッジ１２とアクチュエータ１３とプロペラ１４とを各々４つ備えているが、３つ以下でもよく又は５つ以上でもよい。また、図２に示す例では、複数のアクチュエータ１３及びプロペラ１４が等間隔に配置されているが、複数のアクチュエータ１３及びプロペラ１４が等間隔に配置される構成に限定されない。例えば、本体部１１を作業対象であるレセプタ２３により一層接近させることができるように、本体部１１の前方に配置されるアクチュエータ１３及びプロペラ１４の位置を後方にシフトさせてもよい。また、４つのアクチュエータ１３及びプロペラ１４は、全て同種類の機器でなくてもよい。４つのアクチュエータ１３は、互いに独立して制御可能である。これにより、４つのアクチュエータ１３及びプロペラ１４により得られる推進力及び揚力を、互いに独立して制御することが可能である。その結果、ドローン１の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。
　なお、ドローン１がホバリング状態にあるときに、４つのプロペラ１４の揚力が働く方向（鉛直方向における上向き（図２中における上方向））をドローン１の上方向と定義し、揚力が働く方向とは逆方向（鉛直方向における下向き（図２中における下方向））をドローン１の下方向と定義する。
　ドローン１の本体部１１は、各アクチュエータ１３に対して駆動電力を供給するためのバッテリ、バッテリから各アクチュエータ１３への電力供給を制御する制御装置５０、及び、各種センサ等を内蔵して構成される。制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）を備えるコンピュータ、及び、ドローン１の姿勢や動作を制御するフライトコントローラ等を含む。コンピュータは、ＥＰＲＯＭに格納されているプロセッサの実行を通じて、フライトコントローラへ指令を出力する。フライトコントローラは、コンピュータからの指令に従って、各アクチュエータ１３を制御する。
　また、制御装置５０のコンピュータは、外部と有線又は無線によって通信を行う通信部を備え、通信部を介して制御指令を受信して、その制御指令に応じて動作の内容を切り替えてもよい。例えば、制御装置５０のコンピュータは、通常のドローンと同じように操作者が手動でコントローラーを操作することによる制御入力に従ってフライトコントローラに対する指令を出力したり、又は、ＥＰＲＯＭ等に予め格納されている飛行計画に従ってフライトコントローラに対する指令を出力したりしてもよい。また、制御装置５０のコンピュータは、後述するセンサからの信号に基づくロボットアーム１００の制御も行う。
　本体部１１に内蔵されるセンサとしては、例えば、ドローン１の向きを検出するセンサ、水平方向に対するドローン１の傾きを検出するセンサ、ドローン１の高度を検出するセンサ、及び、ドローン１と作業対象であるレセプタ２３との相対位置を検出するセンサ等が挙げられる。
　本実施形態におけるドローン１には、ロボットアーム１００が取り付けられる。ロボットアーム１００は、ブラケット１５を介してブリッジ１２に固定される。その際、ブラケット１５及びロボットアーム１００は、４つのプロペラ１４よりも下方に取り付けられる。また、ロボットアーム１００は、４つのプロペラ１４のうちの隣接する２つのプロペラ１４の回転軸を結ぶ仮想直線に対して垂直に延在するように、ブリッジ１２に取り付けられる。
　なお、以下の説明では、ドローン１がホバリング状態にあるときに、ロボットアーム１００が取り付けられる側（図２中の斜め左下へ向かう方向）をドローン１の前方向と定義し、その逆側（図２中の斜め右上へ向かう方向）をドローン１の後方向と定義する。これにともない、図２中の斜め左上へ向かう方向をドローン１の右方向と定義し、図２中の斜め右下へ向かう方向をドローン１の左方向と定義する。
　（ロボットアーム）
　本実施形態におけるロボットアーム１００の構成について図３及び図４に基づいて説明する。図３は、プローブ機構４０が取り付けられた状態のロボットアーム１００の上面図である。図４は、プローブ機構４０が取り付けられた状態のロボットアーム１００の左側面図である。
　図３及び図４に示す例では、ロボットアーム１００は、基端部から先端部にかけて配列される、ベース部１０１、第１アームリンク部１０２、第２アームリンク部１０３、第３アームリンク部１０４、及び、第４アームリンク部１０５を含んで構成される。
　ベース部１０１は、ドローン１のブラケット１５に固定される。ベース部１０１は、ドローン１の下方へ延在する第１アームリンク部１０２の基端部を、ドローン１のヨー軸と平行な第２の軸周りに回転自在に支持する。ベース部１０１には、第１アームリンク部１０２の基端部を回転駆動するアクチュエータ１１１が内蔵される。アクチュエータ１１１は、本発明に係る「回転駆動部」の一例であり、ドローン１の制御装置５０のコンピュータにより制御される。
　第１アームリンク部１０２の先端部は、第１の関節部１０６Ａを介して、第２アームリンク部１０３の基端部と接続される。第１の関節部１０６Ａは、ドローン１のピッチ軸と平行な第１の軸周りに回転する関節である。なお、ここでいう「第１の軸」とは、平面視における第２アームリンク部１０３の軸方向がドローン１の前後方向と平行になる状態にあるときに、ドローン１のピッチ軸と平行になる軸を示すものとする。これにより、第１アームリンク部１０２と第２アームリンク部１０３とは、第１の軸周りに屈曲及び伸展自在となる。第１の関節部１０６Ａには、当該第１の関節部１０６Ａを回転駆動する第１の電動モータ１６１Ａが内蔵される。
　第２アームリンク部１０３の先端部は、第１の関節部１０６Ｂを介して、第３アームリンク部１０４の基端部と接続される。第１の関節部１０６Ｂは、第１の軸周りに回転する関節である。これにより、第２アームリンク部１０３と第３アームリンク部１０４とは、第１の軸周りに屈曲及び伸展自在となる。第１の関節部１０６Ｂには、当該第１の関節部１０６Ｂを回転駆動する第１の電動モータ１６１Ｂが内蔵される。なお、図３及び図４に示す例では、第２アームリンク部１０３は、ロボットアーム１００を収納する際に真っ直ぐに折りたためるように、その途中でドローン１の上側へ向かって屈曲しているが、屈曲していなくてもよい。
　第３アームリンク部１０４の先端部は、第１の関節部１０６Ｃを介して、第４アームリンク部１０５の基端部と接続される。第１の関節部１０６Ｃは、第１の軸周りに回転する関節である。これにより、第３アームリンク部１０４と第４アームリンク部１０５とは、第１の軸周りに屈曲及び伸展自在となる。第１の関節部１０６Ｃには、当該第１の関節部１０６Ｃを回転駆動する第１の電動モータ１６１Ｃが内蔵される。
　第４アームリンク部１０５の先端部には、第２の関節部１０７を介して、プローブ機構４０が取り付けられる。第２の関節部１０７は、第２の軸周りに回転する関節である。なお、第２の関節部１０７についての「第２の軸」は、側面視における第４アームリンク部１０５の軸方向がドローン１の前後方向と平行になる状態にあるときに、ドローン１のヨー軸と平行になる軸を示すものとする。これにより、第４アームリンク部１０５とプローブ機構４０とは、第２の軸周りに屈曲及び伸展自在となる。第２の関節部１０７には、当該第２の関節部１０７を回転駆動する第２の電動モータ１７１が内蔵される。
　ここで、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃ、及び、第２の電動モータ１７１は、本発明に係る「アクチュエータ」の一例であり、ドローン１の制御装置５０により制御される。
　（プローブ機構）
　次に、本実施形態におけるプローブ機構４０の構成例について、図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態におけるプローブ機構４０の構成の一例を示す斜視図である。本実施形態におけるプローブ機構４０は、ロッド４０１と、固定部材４０２と、シャフト４０３と、プローブヘッド４０４と、を含んで構成される。
　ロッド４０１は、棒状に形成され、その基端部がブラケット４０５を介してロボットアーム１００の先端（第２の関節部１０７）に固定される。ロッド４０１の先端部には、固定部材４０２が取り付けられる。固定部材４０２は、シャフト４０３をロッド４０１の先端部に固定する。シャフト４０３は、棒状に形成され、その先端部にプローブヘッド４０４が取り付けられる。プローブヘッド４０４の先端部には、電極４４１が取り付けられる。電極４４１は、風力発電機２０の避雷機能を点検する際にレセプタ２３に接触されて、点検用の電圧をレセプタ２３に印加する。そのため、プローブヘッド４０４の電極４４１には、前述したワイヤ３０が接続される。なお、プローブヘッド４０４における電極４４１の周囲には、滑り止めの加工が施されてもよい。また、ロッド４０１及びシャフト４０３の断面形状は円形に限定されず、例えば、ロッド４０１及びシャフト４０３の回転留めのために断面形状が多角形に形成されてもよく、又は、ロッド４０１及びシャフト４０３に溝が設けられるようにしてもよい。
　また、本実施形態におけるプローブ機構４０の固定部材４０２には、センサ４２０が搭載される。センサ４２０は、作業対象であるレセプタ２３を検出するためのセンサである。本実施形態におけるセンサ４２０は、レセプタ２３までの距離を測定する距離センサ４２１と、レセプタ２３の位置を特定するためのカメラ４２２とを、を含む。距離センサ４２１は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）、ＲＡＤＡＲ（Radio Detection and Ranging）、ステレオカメラ、又は、レーザスキャナ等である。
　（実施形態の作用効果）
　ここで、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、風力発電機２０の避雷機能を点検する際に、プローブヘッド４０４の先端部に取り付けられた電極４４１をレセプタ２３に接触させるように、ドローン１を飛行させる。例えば、カメラ４２２がレセプタ２３を撮像可能になるまでは、ユーザによる目視でのドローン１の操縦が行われ、カメラ４２２がレセプタ２３を撮像可能になると、カメラ４２２によって撮像される画像及び距離センサ４２１によって測定されるレセプタ２３までの距離に基づいて、制御装置５０がドローン１を自律飛行させる。そして、プローブヘッド４０４の電極４４１をレセプタ２３に接触させることができる位置にドローン１が到達すると、制御装置５０が、ドローン１をホバリングさせつつ、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に対して適正な角度（例えば、垂直）で接触するように、ロボットアーム１００のアクチュエータ１１１と第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃと第２の電動モータ１７１とを制御する。
　ここで、本実施形態におけるロボットアーム１００では、ロボットアーム１００の基端部（第１アームリンク部１０２の基端部）に設けられたアクチュエータ１１１により、ドローン１のヨー軸と平行な軸周りにロボットアーム１００の向きを変更することができる。また、本実施形態におけるロボットアーム１００では、ロボットアーム１００の途中の３箇所に設けられた第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃ及び第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃにより、ドローン１の上下方向及び前後方向におけるロボットアーム１００の先端部（プローブ機構４０）の位置を変更することができる。さらに、本実施形態におけるロボットアーム１００では、ロボットアーム１００の先端部に設けられた第２の関節部１０７及び第２の電動モータ１７１により、第２の軸周りにロボットアーム１００の先端部（プローブ機構４０）の位置を変更することができる。
　したがって、プローブヘッド４０４の電極４４１をレセプタ２３に接触させる際に、水平方向およびまたは鉛直方向におけるプローブヘッド４０４の電極４４１の位置がレセプタ２３の正面から多少ずれていても、電極４４１を適正角度でレセプタ２３に接触させることができる。
　また、本実施形態におけるロボットアーム１００では、第２の関節部１０７がロボットアーム１００の先端部（第４アームリンク部１０５の先端部）に配置されるため、第２の関節部１０７からプローブヘッド４０４の先端部までの慣性重量を可能な限り小さく抑えることができる。これにより、第２の関節部１０７の単位回転角度（例えば、１°ＣＡ）に対する、プローブヘッド４０４の先端部（電極４４１）の移動量を少なくすることができる。また、第２の関節部１０７を回転駆動させた際の、プローブヘッド４０４の先端部の振動を可能な限り小さく抑えることもできる。その結果、プローブヘッド４０４の電極４４１をレセプタ２３に接触させる際に、レセプタ２３に対する電極４４１の相対的な角度及び位置の調整を精度良く行うことができる。また、第２の関節部１０７からプローブヘッド４０４の先端部までの慣性重量が可能な限り小さく抑えられると、第２の電動モータ１７１の定格容量を小さく抑えることもできる。これにより、第２の電動モータ１７１の小型化及び軽量化を図ることも可能になる。これに伴い、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃにかかる負荷を小さく抑えることもできるため、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃの小型化及び軽量化を図ることも可能になる。
　次に、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触してから、点検装置３１による点検作業が終了するまでの、ロボットアーム１００の動作例について図６から図１０に基づいて説明する。
　図６は、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触している状態で、気流又は風等の外乱によるドローン１のピッチングが発生した場合における、ロボットアーム１００の動作例を示す図である。
　ドローン１のピッチングが発生した場合、制御装置５０は、図６に示すように、ドローン１のピッチングが第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃにおけるロボットアーム１００の屈曲およびまたは伸展によって吸収（相殺）されるように、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃを制御する。第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃの各々の回転方向及び回転角度は、例えば、カメラ４２２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて決定されてもよく、又は、ドローン１の本体部１１に内蔵されるセンサの出力信号等に基づいて決定されてもよい。これにより、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１のピッチングが発生しても、プローブヘッド４０４の電極４４１の位置とレセプタ２３に対する電極４４１の接触角度とを、自動的に適正な位置と適正な角度とに各々維持することができる。これにより、ドローン１のピッチングに起因して電極４４１とレセプタ２３との接触状態やドローン１の挙動が不安定になることが抑制され、点検装置３１による点検作業を精度良く行うことができる。
　図７は、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触している状態で、気流等の外乱によるドローン１の高度変化（鉛直方向における位置変化）が発生した場合における、ロボットアーム１００の動作例を示す図である。
　ドローン１の高度が変化した場合は、制御装置５０は、図７に示すように、ドローン１の高度変化が第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃにおけるロボットアーム１００の屈曲およびまたは伸展によって吸収（相殺）されるように、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃを制御する。第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃの各々の回転方向及び回転角度は、例えば、カメラ４２２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて決定されてもよく、又は、ドローン１の本体部１１に内蔵されるセンサの出力信号等に基づいて決定されてもよい。これにより、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１の高度変化が発生しても、プローブヘッド４０４の電極４４１の位置とレセプタ２３に対する電極４４１の接触角度とを、自動的に適正な位置と適正な角度とに各々維持することができる。これにより、ドローン１の高度変化に起因して電極４４１とレセプタ２３との接触状態やドローン１の挙動が不安定になることが抑制され、点検装置３１による点検作業を精度良く行うことができる。
　図８は、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触している状態で、風等の外乱によるドローン１の前後方向における水平位置の変化が発生した場合における、ロボットアーム１００の動作例を示す図である。
　ドローン１の前後方向における水平位置の変化が発生した場合には、制御装置５０は、図８に示すように、ドローン１の前後方向における水平位置の変化が第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃにおけるロボットアーム１００の屈曲およびまたは伸展によって吸収（相殺）されるように、第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃを制御する。第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃの各々の回転方向及び回転角度は、例えば、カメラ４２２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて決定されてもよく、又は、ドローン１の本体部１１に内蔵されるセンサの出力信号等に基づいて決定されてもよい。これにより、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１の前後方向における水平位置の変化が発生しても、プローブヘッド４０４の電極４４１の位置とレセプタ２３に対する電極４４１の接触角度とを、自動的に適正な位置と適正な角度とに各々維持することができる。これにより、ドローン１の前後方向における水平位置の変化に起因して電極４４１とレセプタ２３との接触状態やドローン１の挙動が不安定になることが抑制され、点検装置３１による点検作業を精度良く行うことができる。
　図９は、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触している状態で、風等の外乱によるドローン１のヨーイングが発生した場合における、ロボットアーム１００の動作例を示す図である。
　ドローン１のヨーイングが発生した場合には、制御装置５０は、図９に示すように、第１アームリンク部１０２の基端部の回転と、第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃにおけるロボットアーム１００の屈曲およびまたは伸展と、第２の関節部１０７におけるロボットアーム１００の屈曲又は伸展とによってドローン１のヨーイングが相殺されるように、アクチュエータ１１１と第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃと第２の電動モータ１７１とを制御する。第１アームリンク部１０２の基端部と、第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃと、第２の関節部１０７との各々の回転方向及び回転角度は、例えば、カメラ４２２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて決定されてもよく、又は、ドローン１の本体部１１に内蔵されるセンサの出力信号等に基づいて決定されてもよい。これにより、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１のヨーイングが発生しても、プローブヘッド４０４の電極４４１の位置とレセプタ２３に対する電極４４１の接触角度とを、自動的に適正な位置と適正な角度とに各々維持することができる。これにより、ドローン１のヨーイングに起因して電極４４１とレセプタ２３との接触状態やドローン１の挙動が不安定になることが抑制され、点検装置３１による点検作業を精度良く行うことができる。
　図１０は、プローブヘッド４０４の電極４４１がレセプタ２３に接触している状態で、風等の外乱によるドローン１の左右方向における水平位置の変化が発生した場合における、ロボットアーム１００の動作例を示す図である。
　ドローン１の左右方向における水平位置の変化が発生した場合には、制御装置５０は、図１０に示すように、第１アームリンク部１０２の基端部の回転と、第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃにおけるロボットアーム１００の屈曲およびまたは伸展と、第２の関節部１０７におけるロボットアーム１００の屈曲又は伸展とによってドローン１の左右方向における位置変化が吸収（相殺）されるように、アクチュエータ１１１と第１の電動モータ１６１Ａ－１６１Ｃと第２の電動モータ１７１とを制御する。第１アームリンク部１０２の基端部と、第１の関節部１０６Ａ－１０６Ｃと、第２の関節部１０７との各々の回転方向及び回転角度は、例えば、カメラ４２２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて決定されてもよく、又は、ドローン１の本体部１１に内蔵されるセンサの出力信号等に基づいて決定されてもよい。これにより、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１の左右方向における水平位置の変化が発生しても、プローブヘッド４０４の電極４４１の位置とレセプタ２３に対する電極４４１の接触角度とを、自動的に適正な位置と適正な角度とに各々維持することができる。これにより、ドローン１の左右方向における水平位置の変化に起因して電極４４１とレセプタ２３との接触状態やドローン１の挙動が不安定になることが抑制され、点検装置３１による点検作業を精度良く行うことができる。
　以上述べた実施形態によれば、点検装置３１による風力発電機２０の避雷機能の点検作業が開始されるときに、プローブヘッド４０４の電極４４１を適正な角度で速やかにレセプタ２３と接触させることができる。
　また、点検装置３１による点検作業が行われている途中で、ドローン１のピッチング、ヨーイング、高度の変化、前後方向における水平位置の変化、及び、左右方向における水平位置の変化が発生した場合には、ドローン１の姿勢変化及び位置変化を、操縦者の操作入力無しで自動的にロボットアーム１００に吸収（相殺）させることができる。これにより、ドローン１の操縦における操作入力や要求される技能等を大きく変えることなく、レセプタ２３に対する電極４４１の接触角度、及び電極４４１の位置を、自動的に適正な角度、及び適正な位置に各々維持することが可能になる。
　したがって、点検装置３１による点検作業を正確且つ効率的に行うことが可能になる。また、本実施形態におけるロボットアーム１００は、ドローン１の姿勢変化や位置変化を抑制する機構を備えていないドローン１に対しても取り付けることが可能になる。その結果、ロボットアーム１００の取付自由度を高めることが可能になる。
＜他の実施形態＞
　前述した実施形態では、ロボットアームの先端部に、導通検査用のプローブ機構が取り付けられる例について述べたが、ロボットアームの先端部に取り付けられるエンドエフェクタは導通検査用のプローブ機構に限定されない。例えば、ロボットアームの先端部に取り付けられるエンドエフェクタは、導通検査以外の検査を目的としたプローブ機構でもよく、又は、マニピュレータ等でもよい。また、前述した実施形態では、本発明に係る飛行ロボットの一例としてドローンを挙げたが、飛行可能な移動体であれば、ドローンに限定されない。また、前述した実施形態では、３つの第１の関節部と１つの第２の関節部を備えるロボットアームを例示したが、第１の関節部が４つ以上でもよく、およびまたは、第２の関節部が２つ以上でもよい。また、本発明に係るロボットアームは、海中等で使用されるドローンに適用されてもよい。
１・・・ドローン、２０・・・風力発電機、２３・・・レセプタ、４０・・・プローブ機構、１００・・・ロボットアーム、１０６Ａ－１０６Ｃ・・・第１の関節部、１０７・・・第２の関節部、１１１・・・アクチュエータ、１６１Ａ－１６１Ｃ・・・第１の電動モータ、１７１・・・第２の電動モータ、４２１・・・距離センサ、４２２・・・カメラ

Claims (6)

  1. 　基端部が飛行ロボットに接続され、先端部がエンドエフェクタに接続されるロボットアームであって、
    　前記基端部と前記先端部との間の複数箇所に設けられ、前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転する複数の第１の関節部と、
    　前記基端部と前記先端部との間の少なくとも１箇所に設けられ、前記飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転する第２の関節部と、
    　複数の前記第１の関節部と前記第２の関節部との各々を駆動する複数のアクチュエータと、
    を備える、
    ロボットアーム。
  2. 　前記第２の関節部は、複数の前記第１の関節部よりも、前記先端部側に設けられる、
    請求項１に記載のロボットアーム。
  3. 　前記エンドエフェクタは、作業対象を検出するためのセンサを含む、
    請求項２に記載のロボットアーム。
  4. 　前記飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに前記基端部を回転させる、回転駆動部を更に備える、
    請求項１に記載のロボットアーム。
  5. 　複数の前記第１の関節部は、３つ以上である、
    請求項１に記載のロボットアーム。
  6. 　請求項１から４の何れか１項に記載のロボットアームが取り付けられる、飛行ロボット。
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