WO2024034498A1 - ロボットアーム及び飛行ロボット - Google Patents

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WO2024034498A1
WO2024034498A1 PCT/JP2023/028327 JP2023028327W WO2024034498A1 WO 2024034498 A1 WO2024034498 A1 WO 2024034498A1 JP 2023028327 W JP2023028327 W JP 2023028327W WO 2024034498 A1 WO2024034498 A1 WO 2024034498A1
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WO
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actuator
drive module
drone
robot
sensor
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Application number
PCT/JP2023/028327
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English (en)
French (fr)
Inventor
純 川▲崎▼
典真 岡田
雅樹 渋谷
Original Assignee
Thk株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • 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
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
    • 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).
  • 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 possible.
  • 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.
  • the robot arm is a shaft whose tip is connected to the end effector; a first drive module that changes the attitude of the shaft while supporting the shaft; a second drive module attached to the flying robot to support the first drive module, and changing a relative attitude of the first drive module with respect to the flying robot; a first sensor that detects the attitude of the flying robot; a second sensor that detects the position of the work target with respect to the end effector; Control for controlling the second drive module based on the detection signal of the first sensor; and controlling the first drive module based on the detection signal of the second sensor. Department and may be provided.
  • 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 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 drive module included in 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 schematic diagram showing an example of the operation of the robot arm when pitching of the drone occurs in a state where the electrode of the probe mechanism is not in contact with the receptor of the wind power generator.
  • FIG. 1 it is a first diagram schematically 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.
  • FIG. 2 it is a second diagram schematically 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.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration example of a robot arm in another embodiment.
  • FIG. 7 is a first diagram schematically 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 in another embodiment.
  • FIG. 7 is a second diagram schematically 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 in another embodiment.
  • the control unit controls the second drive module based on the detection signal of the first sensor.
  • the first sensor is a sensor that detects the attitude of the flying robot, and is, for example, a gyro sensor, an angular velocity sensor, an inclination sensor, a geomagnetic sensor, or the like.
  • the second drive module is attached to the flying robot to support the first drive module and change the relative attitude of the first drive module with respect to the flying robot.
  • the first drive module supports the shaft and changes the orientation of the shaft.
  • the shaft is a member to which an end effector is connected at its tip. 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.
  • the control section controls the first drive module based on the detection signal of the second sensor.
  • the second sensor is a sensor that detects the position of the work target of the end effector, and includes, for example, a camera attached to the end effector.
  • the control unit By controlling the first drive module by the control unit based on the detection signal of the second sensor, it is possible to change the posture of the shaft, for example, so that the position of the end effector does not deviate from the position of the work target. become. That is, a change in the position of the end effector due to a change in attitude of the flying robot and/or an operation of the second drive module can be absorbed by the first drive module.
  • the robot arm when a posture change of the flying robot occurs while the end effector approaches or contacts the work target, it is possible to suppress a change in the relative position of the end effector with respect to the work target. becomes possible. Furthermore, since the operation of the first drive module and the second drive module is automatically performed by the control section, there is no need for the operator of the flying robot to perform complicated operations. Furthermore, the control of the robot arm can be divided into control for absorbing changes in the posture of the flying robot (control of the second drive module) and control for absorbing changes in the position of the end effector (control for the first drive module). , it becomes possible to design their controls individually.
  • the robot arm according to the present invention to a flying robot that does not have a mechanism for suppressing changes in attitude or position of the flying robot.
  • the second drive module includes, for example, a first actuator that rotates the first drive module around an axis parallel to a roll axis of the flying robot, and a first actuator that rotates the first drive module around an axis that is parallel to a pitch axis of the flying robot. and a second actuator for rotating around parallel axes.
  • the control unit may, for example, control the first actuator to rotate the first drive module in a direction opposite to the direction of rotation of the flying robot around the roll axis, and/or control the first actuator to rotate the flying robot around the pitch axis.
  • the second actuator may be controlled to rotate the first drive module in a direction opposite to the rotation direction of the first drive module based on the detection signal of the first sensor.
  • the control section controls the direction of rotation of the flying robot around the roll axis (hereinafter referred to as the "rolling direction").
  • the first actuator is controlled so that the first drive module rotates in the opposite direction.
  • the rotation direction and rotation angle at that time are determined based on the detection signal of the first sensor (for example, the rolling direction and roll angle of the flying robot). Thereby, it is possible to suppress a change in attitude of the first drive module due to rolling of the flying robot.
  • the control unit causes the first drive module to rotate in the opposite direction to the rotational direction of the flying robot around the pitch axis (hereinafter sometimes referred to as "pitching direction").
  • the second actuator is controlled to do so.
  • the rotation direction and rotation angle at that time are determined based on the detection signal of the first sensor (for example, the pitching direction and pitch angle of the flying robot).
  • the control section may control both the first actuator and the second actuator described above.
  • the first drive module also includes, for example, a third actuator that rotates the shaft around an axis parallel to the yaw axis of the flying robot, and a fourth actuator that rotates the shaft around an axis parallel to the pitch axis of the flying robot.
  • An actuator may also be included.
  • the control unit may, for example, control the third actuator so that the shaft rotates in a direction opposite to the direction of rotation of the flying robot around the yaw axis, and/or the direction of rotation of the flying robot around the pitch axis. Controlling the fourth actuator so that the shaft rotates in the opposite direction may be executed based on the detection signal of the second sensor.
  • the control section moves the shaft in a direction that eliminates the angular deviation.
  • the third actuator is controlled to rotate.
  • the "angular deviation" here corresponds to, for example, the relative angle between the direction in which the work object is located and the direction in which the end effector is facing. Note that the rotation direction and rotation angle of the shaft by the third actuator may be determined based on the second sensor detection signal (for example, the position of the work target with respect to the end effector).
  • the rotation angle and the rotation angle of the shaft by the third actuator may be determined by the detection signal of the first sensor (for example, the rotation angle or rotation angular velocity around the yaw axis of the flying robot), or The determination may be made based on both the detection signal of the first sensor and the detection signal of the second sensor. This may cause a shift in the position of the end effector due to the yawing of the flying robot, a change in the horizontal position of the flying robot, or a change in the horizontal position of the work target, or the work target may come out of the detection range of the second sensor. It is possible to prevent this from happening.
  • the control unit controls the fourth actuator so that the shaft rotates in a direction that eliminates the angular deviation.
  • the rotation direction and rotation angle at that time may be determined based on the detection signal of the second sensor (for example, the position of the work target with respect to the end effector).
  • the rotation angle and the rotation angle of the shaft by the fourth actuator may be determined by the detection signal of the first sensor (for example, the rotation angle or rotation angular velocity around the pitch axis of the flying robot), or The determination may be made based on both the detection signal of the first sensor and the detection signal of the second sensor.
  • the control unit controls the third actuator and the third actuator described above. It is sufficient to control both of the actuators No. 4. As a result, even if positional deviations between the end effector and the workpiece in the left-right direction and positional deviations between the end effector and the workpiece in the vertical direction may occur together, the positional deviation of the end effector and the workpiece can be avoided. It is possible to prevent the sensor from falling out of the detection range of the second sensor.
  • the first drive module in the present invention may include a mechanism that expands and contracts the shaft in the axial direction.
  • the shaft It is possible to suppress changes in the relative distance between the tip (end effector) and the workpiece. As a result, the state of contact between the end effector and the work object can be maintained. Furthermore, 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.
  • the shaft in the present invention also includes a fifth actuator that rotates the end effector around an axis parallel to the pitch axis of the flying robot, and a sixth actuator that rotates the end effector around an axis parallel to the yaw axis of the flying robot.
  • the actuator may be configured to include an actuator.
  • the control unit may control the fifth actuator and/or the sixth actuator so that the end effector has a predetermined posture relative to the work object. Thereby, even if a change in the posture of the flying robot occurs, the relative posture of the end effector with respect to the work object can be maintained at a predetermined posture.
  • 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 changes in the position of the end effector even if the flying robot is not equipped with a mechanism for suppressing changes in the posture 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 in this embodiment is an example of an end effector according to the present invention.
  • the robot arm 100 has a function of bringing the probe mechanism 40 into contact with the receptor 23 when the drone 1 is hovering near the receptor 23, and a function of maintaining the contact state between the probe mechanism 40 and the receptor 23. .
  • FIG. 2 is a diagram showing 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, in order to bring the main body 11 closer to the receptor 23 that is the work target, the positions of the actuator 13 and propeller 14 disposed in front of the main body 11 may be shifted rearward. 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 forces obtained by the four actuators 13 and propellers 14 independently of 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 propulsive force of the four propellers 14 acts is defined as the upward direction of the drone 1, and the direction in which the propulsive force acts
  • the opposite direction is defined 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.
  • 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 in accordance with control input by an operator manually operating the controller 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 a robot arm 100, which will be described later.
  • Examples of the sensors built into the main body 11 include a sensor that detects the orientation 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 in the horizontal direction. Examples include a sensor that detects the relative position between the receptor 23 and the receptor 23 that is the work target.
  • 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 above 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 left side view of the robot arm 100 with the probe mechanism 40 attached.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of the drive module 101 included in the robot arm 100.
  • the robot arm 100 includes a drive module 101, a shaft 102, and a telescopic mechanism 103 arranged from the base end to the distal end.
  • the drive module 101 is fixed to the bracket 15 of the drone 1. As shown in FIG. 4, the drive module 101 includes a first actuator 110, a first bracket 111, a second actuator 112, a second bracket 113, a third actuator 114, a third bracket 115, and a fourth actuator 116 and a fourth bracket 117.
  • the first actuator 110 is an electric motor fixed to the bracket 15 of the drone 1 and rotates the first bracket 111 around an axis parallel to the roll axis of the drone 1.
  • a second actuator 112 is fixed to the first bracket 111 .
  • the second actuator 112 is an electric motor that rotates the second bracket 113 around an axis parallel to the pitch axis of the drone 1.
  • the "axis parallel to the pitch axis" here refers to when the drone 1 is in a horizontal posture and the rotation angle of the first bracket 111 by the first actuator 110 is "0° CA" (second The rotation axis of the actuator 112 is parallel to the pitch axis (when the axis of rotation of the actuator 112 is parallel to an imaginary straight line extending in the left-right direction of the drone 1).
  • a third actuator 114 is fixed to the second bracket 113.
  • the third actuator 114 is an electric motor that rotates the third bracket 115 around an axis parallel to the yaw axis of the drone 1.
  • “around an axis parallel to the yaw axis” means that the drone 1 is in a horizontal state and the rotation angle of the first bracket 111 by the first actuator 110 and the rotation angle of the second bracket by the second actuator 112 are 113 is "0° CA" (when the rotation axis of the third actuator 114 is parallel to the virtual straight line extending in the vertical direction (vertical direction) of the drone 1), parallel to the yaw axis.
  • a fourth actuator 116 is fixed to the third bracket 115.
  • the fourth actuator 116 is an electric motor that rotates the fourth bracket 117 around an axis parallel to the pitch axis of the drone 1.
  • the "axis parallel to the pitch axis" means that the drone 1 is in a horizontal position and the rotation angle of the first bracket 111 by the first actuator 110 and the rotation angle of the second bracket 113 by the second actuator 112 are and the rotation angle of the third bracket 115 by the third actuator 114 are each "0° CA" (the rotation axis of the fourth actuator 116 is a virtual straight line extending in the left-right direction of the drone 1).
  • the axis parallel to the yaw axis (when parallel) shall be indicated.
  • a base end portion of the shaft 102 is fixed to the fourth bracket 117.
  • the shaft 102 is composed of a rod-shaped member, and a telescoping mechanism 103 is provided at the tip thereof.
  • the expansion and contraction mechanism 103 is a mechanism that changes the length of the shaft 102 in the axial direction.
  • the configuration of the expansion/contraction mechanism 103 is not particularly limited, and a known configuration can be adopted.
  • the shaft 102 has a double structure of an inner cylinder and an outer cylinder, and a linear guide mechanism that guides the inner cylinder along the axial direction of the outer cylinder, and a linear guide mechanism that guides the inner cylinder from the base end side of the shaft 102 to the distal end side of the shaft 102.
  • the expansion/contraction mechanism 103 may be a mechanism that expands/contracts the shaft 102 using an electric actuator or the like.
  • the cross-sectional shape of the shaft 102 is circular, but the shape is not limited to this.
  • the shaft 102 may have a polygonal cross-sectional shape to prevent rotation, or the shaft 102 may be provided with a groove.
  • a counterweight or the like may be attached to the robot arm 100 to reduce the moment of the shaft 102 around the pitch axis. In this case, an increase in the weight of the robot arm 100 may be suppressed by using, for example, a power source (battery) for the robot arm 100, a device such as the control device 50, etc. as a counterweight.
  • a first sensor 104 is attached to the bracket 15 to detect the inclination angle (roll angle, pitch angle, etc.) of the drive module 101 with respect to the horizontal direction.
  • the first sensor 104 detects the rolling direction of the drone 1 (the rotation direction of the drone 1 around the roll axis), the pitching direction of the drone 1 (the rotation direction of the drone 1 around the pitching axis), the roll angle, the pitch angle, etc. Detect.
  • a first sensor 104 for example, a gyro sensor, an angular velocity sensor, a tilt sensor, or the like can be used.
  • the pitching direction, roll angle, pitch angle, etc. of the drone 1 is mounted on the main body 11 of the drone 1, the sensor is installed in the first sensor 104. It is also possible to use it instead.
  • the first actuator 110, the second actuator 112, the third actuator 114, and the fourth actuator 116 of the drive module 101 are controlled independently from each other by the control device 50 of the drone 1. Note that when the telescopic mechanism 103 is configured to be operated by an actuator, the actuator of the telescopic mechanism 103 is also controlled by the control device 50.
  • the first actuator 110, first bracket 111, second actuator 112, and second bracket 113 in this embodiment correspond to the second drive module according to the present invention.
  • the third actuator 114, third bracket 115, fourth actuator 116, and fourth bracket 117 in this embodiment correspond to the first drive module according to the present invention.
  • the control device 50 in this embodiment corresponds to a control section according to the present invention.
  • 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 fixing member 401, a rod 402, and a probe head 403.
  • the fixing member 401 is attached to the distal end of the shaft 102 of the robot arm 100 and supports the proximal end of the rod 402.
  • the rod 402 is formed into a rod shape, and a probe head 403 is attached to the tip thereof.
  • An electrode 431 is attached to the tip of the probe head 403.
  • the electrode 431 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 above-described wire 30 is connected to the electrode 431 of the probe head 403.
  • the area around the electrode 431 in the probe head 403 may be treated to prevent slipping.
  • the cross-sectional shape of the rod 402 is not limited to a circular shape; for example, the cross-sectional shape may be polygonal to prevent rotation of the rod 402, or the rod 402 may be provided with a groove.
  • a second sensor 410 is mounted on the fixing member 401 of the probe mechanism 40 in this embodiment.
  • the second sensor 410 is a sensor for detecting the receptor 23 that is the work target.
  • the second sensor 410 in this embodiment includes a distance sensor 411 that measures the distance to the receptor 23 and a camera 412 that identifies the position of the receptor 23.
  • the distance sensor 411 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 431 attached to the tip of the probe head 403 is brought into contact with the receptor 23. For example, until the camera 412 becomes able to image the receptor 23, the user visually controls the drone 1, and when the camera 412 becomes able to image the receptor 23, the image captured by the camera 412 and the distance sensor 411 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 causing the electrode 431 of the probe head 403 to contact the receptor 23. Then, the first actuator 110, the second actuator 112, the third actuator 114, and the fourth actuator 116 of the robot arm 100 are controlled.
  • the control device 50 maintains the contact state between the electrode 431 of the probe head 403 and the receptor 23.
  • the first actuator 110, the second actuator 112, the third actuator 114, and the fourth actuator 116 are controlled so as to
  • FIG. 6 shows a state in which the electrode 431 of the probe head 403 is not in contact with the receptor 23 (for example, a state in which the drone 1 is approaching the receptor 23), and disturbances such as air current or wind, or the movement of the drone 1 or
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the operation of the robot arm 100 when pitching of the drone 1 occurs due to retreating or the like.
  • the control device 50 controls the pitching of the drone 1 to cause the pitching of the second actuator 112 as shown in FIG.
  • the second actuator 112 is controlled so that the rotation of the second actuator 112 is absorbed (cancelled) by the rotation of the .
  • the control device 50 determines that the rotation direction of the second actuator 112 is opposite to the pitching direction of the drone 1 detected by the first sensor 104 (rotation direction of the drone 1 around the pitch axis), and
  • the second actuator 112 is controlled so that the rotation angle (rotation amount) of the second actuator 112 is the same as the pitch angle of the drone 1 detected by the first sensor 104.
  • the components disposed on the distal side of the second actuator 112 (second bracket 113, third actuator 114, third bracket 115, fourth actuator 116, fourth bracket 117, Changes in the posture of the shaft 102) are suppressed.
  • the control device 50 controls the rolling of the drone 1 to be absorbed by the rotation of the first actuator 110 ( What is necessary is to control the first actuator 110 so as to cancel each other.
  • the control device 50 determines that the rotation direction of the first actuator 110 is opposite to the rolling direction of the drone 1 detected by the first sensor 104 (rotation direction of the drone 1 around the roll axis), and The first actuator 110 may be controlled so that the rotation angle (rotation amount) of the first actuator 110 is the same as the roll angle of the drone 1 detected by the first sensor 104.
  • first bracket 111, second actuator 112, second bracket 113, third actuator 114, third bracket 115, fourth (actuator 116, fourth bracket 117, and shaft 102) are suppressed.
  • FIG. 7 shows the drone 1 in a state where the electrode 431 of the probe head 403 is in contact with the receptor 23, and the drone 1 is affected by disturbances such as air currents or wind, or by moving the drone 1 forward or backward to correct changes in the position of the drone 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the operation of the robot arm 100 when pitching occurs.
  • the control device 50 controls the pitching of the drone 1 to cause the pitching of the second actuator 112 to occur as shown in FIG.
  • the second actuator 112 is controlled so that the rotation is absorbed (cancelled).
  • the control device 50 determines that the rotation direction of the second actuator 112 is opposite to the pitching direction of the drone 1 detected by the first sensor 104 (rotation direction of the drone 1 around the pitch axis), and
  • the second actuator 112 is controlled so that the rotation angle (rotation amount) of the second actuator 112 is the same as the pitch angle of the drone 1 detected by the first sensor 104.
  • the components disposed on the distal side of the second actuator 112 (second bracket 113, third actuator 114, third bracket 115, fourth actuator 116, fourth bracket 117, Changes in the posture of the shaft 102) are suppressed.
  • control device 50 determines whether the tip of the shaft 102 (probe head The fourth actuator 116 is controlled so that the change in position (403) is absorbed (cancelled) by the rotation of the fourth actuator 116. Specifically, the control device 50 rotates the fourth actuator 116 so that the direction in which the tip of the shaft 102 (probe head 403) faces is the direction in which the receptor 23 is located. At this time, the control device 50 determines the rotation angle of the fourth actuator 116 using image recognition processing on the image captured by the camera 412.
  • the relative distance between the base end of the shaft 102 and the receptor 23 may change as the drone 1 pitches, the second actuator 112 rotates, and the fourth actuator 116 rotates.
  • the fourth actuator 116 rotates.
  • FIG. 8 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the electrode 431 of the probe head 403 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. 8 shows an example of the operation of the robot arm 100 when the electrode 431 of the probe head 403 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 determines whether the change is due to the altitude change of the drone 1 based on the position of the receptor 23 detected by the camera 412 of the second sensor 410, as shown in FIG.
  • the fourth actuator 116 is controlled so that the change in the position of the probe head 403 is absorbed (cancelled) by the rotation of the fourth actuator 116.
  • the control device 50 rotates the fourth actuator 116 so that the altitude of the tip of the shaft 102 changes in a direction opposite to the direction in which the altitude of the drone 1 changes. That is, as illustrated in FIG. 8, when the drone 1 ascends, the control device 50 rotates the fourth actuator 116 in a direction in which the tip of the shaft 102 descends.
  • control device 50 rotates the fourth actuator 116 in a direction in which the tip of the shaft 102 ascends. Note that the control device 50 determines the rotation angle of the fourth actuator 116 using image recognition processing on the image captured by the camera 412.
  • the relative distance between the base end of the shaft 102 and the receptor 23 may change as the altitude of the drone 1 changes and the fourth actuator 116 rotates.
  • the fourth actuator 116 By being expanded and contracted, changes in the relative distance between the probe head 403 and the receptor 23 are suppressed. Therefore, by controlling the fourth actuator 116 as described above, a change in the position of the probe head 403 is suppressed.
  • the robot arm 100 By operating the robot arm 100 as shown in FIG. 8, even if the altitude of the drone 1 changes during the inspection work performed by the inspection device 31, the position change of the probe head 403 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of poor contact between the electrode 431 and the receptor 23 due to a change in the altitude of the drone 1.
  • FIG. 9 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 disturbance such as wind while the electrode 431 of the probe head 403 is in contact with the receptor 23. It is a diagram.
  • the shaft 102 automatically moves as shown in FIG. By expanding and contracting, changes in the relative position between the electrode 431 and the receptor 23 are suppressed. Thereby, even if the horizontal position of the drone 1 changes in the front-rear direction during the inspection work performed by the inspection device 31, it is possible to prevent contact failure between the electrode 431 and the receptor 23 from occurring.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the operation of the robot arm 100 when the drone 1 yaws due to a disturbance such as wind while the electrode 431 of the probe head 403 is in contact with the receptor 23.
  • the control device 50 detects the yawing by the camera 412 of the second sensor 410, as shown in FIG. Based on the position of the receptor 23 , the third actuator 114 is controlled so that the change in the position of the probe head 403 due to the yawing of the drone 1 is absorbed (cancelled) by the rotation of the third actuator 114 . Specifically, the control device 50 rotates the third actuator 114 in a direction opposite to the yawing direction of the drone 1. At this time, the control device 50 determines the rotation angle of the third actuator 114 using image recognition processing on the image captured by the camera 412.
  • the relative distance between the base end of the shaft 102 and the receptor 23 may change due to the yawing of the drone 1 and the rotation of the third actuator 114. By doing so, a change in the relative distance between the probe head 403 and the receptor 23 is suppressed. Therefore, by controlling the third actuator 114 as described above, a change in the position of the probe head 403 is suppressed.
  • the control device 50 controls the rolling of the drone 1 to
  • the first actuator 110 may be controlled so that the rotation of the actuator 110 absorbs (cancels out) the rotation.
  • the control device 50 controls the rotation direction of the first actuator 110 to be opposite to the rolling direction of the drone 1 detected by the first sensor 104, and the rotation angle of the first actuator 110 to the first rotation direction.
  • the first actuator 110 may be controlled so that the roll angle of the drone 1 is the same as that detected by the sensor 104 of.
  • first bracket 111, second actuator 112, second bracket 113, third actuator 114, third bracket 115, fourth (actuator 116, fourth bracket 117, and shaft 102) are suppressed.
  • control device 50 determines that the change in the position of the probe head 403 caused by the rolling of the drone 1 and the operation of the first actuator 110 is the first one based on the position of the receptor 23 detected by the camera 412 of the second sensor 410.
  • the third actuator 114 and/or the fourth actuator 116 are controlled so as to be offset by the rotation of the third actuator 114 and/or the fourth actuator 116.
  • the control device 50 may determine the rotation direction and rotation angle of the third actuator 114 and/or the fourth actuator 116 using image recognition processing on the image captured by the camera 412.
  • the first actuator 110 rotates
  • the third actuator 114 rotates
  • the fourth actuator 116 rotates
  • the relative distance between the base end of the shaft 102 and the receptor 23 increases.
  • it may change, by expanding and contracting the shaft 102 by the expansion and contraction mechanism 103, changes in the relative distance between the probe head 403 and the receptor 23 are suppressed. Therefore, by controlling the third actuator 114 and/or the fourth actuator 116 as described above, a change in the position of the probe head 403 is suppressed.
  • changes in the posture and position of the drone 1 can be automatically absorbed (cancelled) by the robot arm 100 without any operational input from the operator. This makes it possible to maintain the contact state between the receptor 23 and the electrode 431 without significantly changing the operational input or required skills for operating the drone 1.
  • the control of the robot arm 100 is controlled by controlling to absorb changes in attitude (pitching and rolling) of the drone 1 (control of the first actuator 110 and second actuator 112), and control to absorb changes in the position of the probe head 403. (control of the third actuator 114 and fourth actuator 116), it becomes possible to design these controls individually. Therefore, flexible design is possible depending on the type of drone 1, the type of work, etc., and implementation becomes easy.
  • the operation of the first actuator 110 and the second actuator 112 and the operation of the third actuator 114 and the operation of the fourth actuator 116 can be individually confirmed and verified. That is, the operations of the first actuator 110 and the second actuator 112 and the operations of the third actuator 114 and the fourth actuator 116 can be individually confirmed and verified without flying the drone 1 in an actual environment. It will also be possible to do so. This makes it easier to inspect and adjust the robot arm 100, and to identify the cause of a malfunction in the robot arm 100.
  • 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.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of a robot arm 100 in this modification.
  • a first joint 105 and a second joint 106 are provided between the tip of the shaft 102 and the telescopic mechanism 103.
  • the first joint portion 105 is configured to be rotatable around an axis parallel to the pitch axis of the drone 1, and is driven by a fifth actuator 151.
  • the second joint portion 106 is configured to be rotatable around an axis parallel to the yaw axis of the drone 1, and is driven by a sixth actuator 161.
  • the fifth actuator 151 and the sixth actuator 161 are controlled by the control device 50.
  • the control device 50 controls the second actuator 112 and the fourth actuator 116 in the same procedure as in the embodiment described above. , by controlling the fifth actuator 151, the probe head 403 can be placed in a vertical position with respect to the receptor 23. At that time, the control device 50 determines, for example, the position of the receptor 23 specified using image recognition processing on the image captured by the camera 412, the distance to the receptor 23 detected by the distance sensor 411, or the distance from the first to the receptor 23.
  • the rotation angle of the fifth actuator 151 may be determined based on the rotation angle of the fourth actuators 110, 112, 114, 116, etc. This also makes it possible to further stabilize the contact state between the electrode 431 and the receptor 23 when pitching of the drone 1 occurs.
  • the probe head 403 can also be placed in a vertical position with respect to the receptor 23.
  • the control device 50 determines, for example, the position of the receptor 23 specified using image recognition processing on the image captured by the camera 412, the distance to the receptor 23 detected by the distance sensor 411, or the distance from the first to the receptor 23.
  • the rotation angle of the sixth actuator 161 may be determined based on the rotation angle of the fourth actuators 110, 112, 114, 116, etc. This also makes it possible to further stabilize the contact state between the electrode 431 and the receptor 23 when yawing of the drone 1 occurs.
  • a robot arm is illustrated in which a probe mechanism for continuity testing is attached to the tip of the shaft, but the end effector attached to the tip of the shaft 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 cited as an example of a flying robot according to the present invention, but the invention is not limited to a drone as long as it is a moving object that can fly.
  • the drive module includes four actuators, but the drive module may have five or more actuators.
  • the shaft includes two joints, but the shaft may be provided with three or more joints.
  • a joint that is rotatable around an axis parallel to the roll axis of the drone may be provided.
  • Such a configuration is effective when the end effector is a device such as a robot hand that performs work on a work object while rotating around an axis parallel to the roll axis.

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Abstract

ロボットアームでは、第１のセンサが、飛行ロボットの姿勢を検出する。ロボットアームの制御部は、第１のセンサの検出信号に基づいて、第２の駆動モジュールを制御することにより、飛行ロボットの姿勢変化を第２の駆動モジュールに吸収させる。また、ロボットアームでは、第２のセンサが、エンドエフェクタに対する作業対象の位置を検出する。ロボットアームの制御部は、第２のセンサの検出信号に基づいて、第１の駆動モジュールを制御することにより、エンドエフェクタの位置変化を第１の駆動モジュールに吸収させる。

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、ローリング又はピッチング等）が発生する可能性がある。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。よって、外乱による飛行ロボットの姿勢変化等が発生した場合には、飛行ロボットの操縦者に対し、飛行ロボットの機体操作とロボットアームの操作とを含む複雑な操作が求められる可能性がある。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ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)等の利用が困難な場合も多く、より一層高い技能が操縦者に求められる可能性がある。その結果、正確且つ効率的な作業を行うことが困難になったり、ロボットアームや飛行ロボットの普及が妨げられたりする可能性がある。
　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、飛行ロボットに取り付けられるロボットアームである。その場合のロボットアームは、
　先端部がエンドエフェクタに接続されるシャフトと、
　前記シャフトを支持しつつ、前記シャフトの姿勢を変更する第１の駆動モジュールと、
　前記第１の駆動モジュールを支持するように前記飛行ロボットに取り付けられ、前記飛行ロボットに対する前記第１の駆動モジュールの相対的な姿勢を変更する第２の駆動モジュールと、
　前記飛行ロボットの姿勢を検出する第１のセンサと、
　前記エンドエフェクタに対する該作業対象の位置を検出する第２のセンサと、
　前記第１のセンサの検出信号に基づいて前記第２の駆動モジュールを制御することと、前記第２のセンサの検出信号に基づいて前記第１の駆動モジュールを制御することと、を実行する制御部と、
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左側面図である。 実施形態におけるロボットアームに含まれる駆動モジュールの構成例を示す斜視図である。 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ない状態で、ドローンのピッチングが発生した場合における、ロボットアームの動作例を示す模式図である。 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模式的に示す第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模式的に示す第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模式的に示す第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模式的に示す第４の図である。 他の実施例におけるロボットアームの構成例を模式的に示す図である。 他の実施例において、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模式的に示す第１の図である。 他の実施例において、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模式的に示す第２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、制御部が、第１のセンサの検出信号に基づいて第２の駆動モジュールを制御する。第１のセンサは、飛行ロボットの姿勢を検出するセンサであり、例えば、ジャイロセンサ、角速度センサ、傾斜センサ、又は、地磁気センサ等である。第２の駆動モジュールは、第１の駆動モジュールを支持するように飛行ロボットに取り付けられ、飛行ロボットに対する第１の駆動モジュールの相対的な姿勢を変更する。第１の駆動モジュールは、シャフトを支持しつつ、シャフトの姿勢を変更する。シャフトは、その先端部にエンドエフェクタが接続される部材である。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。
　制御部が第１のセンサの検出信号に基づいて第２の駆動モジュールを制御することにより、例えば、飛行ロボットの姿勢変化に起因する第１の駆動モジュールの姿勢変化を抑制することが可能になる。すなわち、飛行ロボットの姿勢変化を、第２の駆動モジュールによって吸収させることができる。ただし、飛行ロボットの姿勢変化およびまたは第２の駆動モジュールの動作に起因して、第１の駆動モジュールの位置が変化する可能性がある。その場合、第１の駆動モジュールにより支持されるシャフトの先端部（エンドエフェクタ）の位置が、エンドエフェクタの作業対象の位置からずれる可能性がある。これに対し、本発明の態様の１つであるロボットアームでは、制御部が、第２のセンサの検出信号に基づく第１の駆動モジュールの制御を行う。第２のセンサは、エンドエフェクタの作業対象の位置を検出するセンサであり、例えば、エンドエフェクタに取り付けられるカメラ等を含む。
　制御部が第２のセンサの検出信号に基づいて第１の駆動モジュールを制御することにより、例えば、エンドエフェクタの位置が作業対象の位置からずれないように、シャフトの姿勢を変化させることが可能になる。すなわち、飛行ロボットの姿勢変化およびまたは第２の駆動モジュールの動作に起因する、エンドエフェクタの位置変化を、第１の駆動モジュールによって吸収させることができる。
　本開示に係るロボットアームによれば、エンドエフェクタが作業対象に接近又は接触している途中で飛行ロボットの姿勢変化が発生した場合に、作業対象に対するエンドエフェクタの相対的な位置変化を抑制することが可能になる。さらに、第１の駆動モジュール及び第２の駆動モジュールの動作については、制御部によって自動的に行われるため、飛行ロボットの操縦者が複雑な操作を行う必要がなくなる。また、ロボットアームの制御を、飛行ロボットの姿勢変化を吸収する制御（第２の駆動モジュールの制御）と、エンドエフェクタの位置変化を吸収する制御（第１の駆動モジュール）と、に分けることで、それらの制御を個別に設計することが可能になる。
　したがって、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、本発明に係るロボットアームを、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の駆動モジュールは、例えば、第１の駆動モジュールを飛行ロボットのロール軸と平行な軸周りに回転させる第１のアクチュエータと、第１の駆動モジュールを前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第２のアクチュエータと、を含むようにしてもよい。その場合、制御部は、例えば、ロール軸周りの飛行ロボットの回転方向と逆向きに第１の駆動モジュールが回転するように第１のアクチュエータを制御すること、およびまたは、ピッチ軸周りの飛行ロボットの回転方向と逆向きに第１の駆動モジュールが回転するように第２のアクチュエータを制御すること、を第１のセンサの検出信号に基づいて実行するようにしてもよい。
　上記したように第２の駆動モジュール及び制御部が構成される場合において、飛行ロボットのローリングが発生したときには、制御部が、ロール軸周りの飛行ロボットの回転方向（以下、「ローリング方向」と記す場合もある。）とは逆向きに第１の駆動モジュールが回転するように第１のアクチュエータを制御する。その際の回転方向及び回転角度は、第１のセンサの検出信号（例えば、飛行ロボットのローリング方向及びロール角等）に基づいて決定される。これにより、飛行ロボットのローリングに起因する第１の駆動モジュールの姿勢変化を抑制することができる。また、飛行ロボットのピッチングが発生したときには、制御部が、ピッチ軸周りの飛行ロボットの回転方向（以下、「ピッチング方向」と記す場合もある。）とは逆向きに第１の駆動モジュールが回転するように第２のアクチュエータを制御する。その際の回転方向及び回転角度は、第１のセンサの検出信号（例えば、飛行ロボットのピッチング方向及びピッチ角等）に基づいて決定される。これにより、飛行ロボットのピッチングに起因する第１の駆動モジュールの姿勢変化を抑制することができる。なお、飛行ロボットのローリング及びピッチングが併発した場合には、制御部は、上記した第１のアクチュエータの制御及び第２のアクチュエータの制御の双方を行えばよい。これにより、飛行ロボットのローリング及びピッチングが併発した場合においても、第１の駆動モジュールの姿勢変化を抑制することができる。
　また、第１の駆動モジュールは、例えば、シャフトを飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転させる第３のアクチュエータと、シャフトを飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第４のアクチュエータと、を含むようにしてもよい。その場合、制御部は、例えば、ヨー軸周りの飛行ロボットの回転方向と逆向きにシャフトが回転するように第３のアクチュエータを制御すること、およびまたは、ピッチ軸周りの飛行ロボットの回転方向と逆向きにシャフトが回転するように第４のアクチュエータを制御すること、を第２のセンサの検出信号に基づいて実行するようにしてもよい。
　上記したように第１の駆動モジュール及び制御部が構成される場合において、ヨー軸と平行な軸周りにおけるエンドエフェクタの角度偏差が発生したときは、制御部が、当該角度偏差をなくす方向にシャフトが回転するように第３のアクチュエータを制御する。ここでいう「角度偏差」とは、例えば、作業対象が位置する方向とエンドエフェクタが向いている方向との相対角度に相当する。なお、第３のアクチュエータによるシャフトの回転方向及び回転角度は、第２のセンサ検出信号（例えば、エンドエフェクタに対する作業対象の位置等）に基づいて決定されてもよい。なお、第３のアクチュエータによるシャフトの回転角度及び回転角度は、第１のセンサの検出信号（例えば、飛行ロボットのヨー軸周りの回転角度又は回転角速度等）により決定されてもよく、或いは、第１のセンサの検出信号と第２のセンサの検出信号の双方に基づいて決定されてもよい。これにより、飛行ロボットのヨーイング、飛行ロボットの左右方向の位置変化、又は作業対象の左右方向の位置変化等に起因するエンドエフェクタの位置のズレや、作業対象が第２のセンサの検出範囲から外れてしまうこと等を抑制することができる。
　また、ピッチ軸と平行な軸周りにおけるエンドエフェクタの角度偏差が発生したときは、制御部が、当該角度偏差をなくす方向にシャフトが回転するように第４のアクチュエータを制御する。その際の回転方向及び回転角度は、第２のセンサの検出信号（例えば、エンドエフェクタに対する作業対象の位置等）に基づいて決定されてもよい。なお、第４のアクチュエータによるシャフトの回転角度及び回転角度は、第１のセンサの検出信号（例えば、飛行ロボットのピッチ軸周りの回転角度又は回転角速度等）により決定されてもよく、或いは、第１のセンサの検出信号と第２のセンサの検出信号の双方に基づいて決定されてもよい。これにより、飛行ロボットのピッチング、飛行ロボットの高度変化、第１の駆動モジュールの動作、又は作業対象の上下方向における位置変化等に起因する、エンドエフェクタの位置のズレや、作業対象が第２のセンサの検出範囲から外れてしまうこと等を抑制することができる。
　なお、飛行ロボットのヨーイング及びピッチングが併発した場合や、飛行ロボット及び作業対象の左右方向の位置変化及び高度変化が併発した場合等には、制御部は、上記した第３のアクチュエータの制御及び第４のアクチュエータの制御の双方を行えばよい。これにより、左右方向におけるエンドエフェクタと作業対象との位置偏差、及び、上下方向におけるエンドエフェクタと作業対象との位置偏差が併発し得る場合においても、エンドエフェクタの位置のズレや、作業対象が第２のセンサの検出範囲から外れてしまうこと等を抑制することができる。
　ここで、本発明における第１の駆動モジュールは、シャフトを軸方向に伸縮させる機構を含むようにしてもよい。これにより、飛行ロボットの姿勢変化、第１の駆動モジュールの動作、及び、第２の駆動モジュールの動作に起因して、シャフトの基端部と作業対象との相対距離が変化しても、シャフトの先端部（エンドエフェクタ）と作業対象との相対距離の変化を抑制することができる。その結果、エンドエフェクタと作業対象との接触状態を維持することができる。また、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。
　また、本発明におけるシャフトは、エンドエフェクタを、飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第５のアクチュエータと、エンドエフェクタを、飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転させる第６のアクチュエータと、を含むように構成されてもよい。その場合、制御部は、作業対象に対するエンドエフェクタの相対的な姿勢が所定の姿勢となるように、第５のアクチュエータおよびまたは第６のアクチュエータを制御するようにしてもよい。これにより、飛行ロボットの姿勢変化が発生した場合であっても、作業対象に対するエンドエフェクタの相対的な姿勢を所定の姿勢に維持することができる。
　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に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。本実施形態におけるプローブ機構４０は、本発明に係るエンドエフェクタの一例である。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、プローブ機構４０をレセプタ２３に接触させる機能と、プローブ機構４０とレセプタ２３との接触状態を維持する機能と、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ために、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。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の推進力が働く方向（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、推進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、水平方向におけるドローン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よりも上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の左側面図である。図４は、ロボットアーム１００に含まれる駆動モジュール１０１の構成例を示す斜視図である。
　図３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、駆動モジュール１０１、シャフト１０２、及び、伸縮機構１０３を含んで構成される。
　駆動モジュール１０１は、ドローン１のブラケット１５に固定される。駆動モジュール１０１は、図４に示すように、第１のアクチュエータ１１０、第１のブラケット１１１、第２のアクチュエータ１１２、第２のブラケット１１３、第３のアクチュエータ１１４、第３のブラケット１１５、第４のアクチュエータ１１６、及び、第４のブラケット１１７を含んで構成される。
　第１のアクチュエータ１１０は、ドローン１のブラケット１５に固定される電動モータであり、第１のブラケット１１１をドローン１のロール軸と平行な軸周りに回転させる。第１のブラケット１１１には、第２のアクチュエータ１１２が固定される。第２のアクチュエータ１１２は、第２のブラケット１１３をドローン１のピッチ軸と平行な軸周りに回転させる電動モータである。ここでいう「ピッチ軸と平行な軸」とは、ドローン１が水平姿勢にあり、且つ、第１のアクチュエータ１１０による第１のブラケット１１１の回転角度が“０°ＣＡ”であるとき（第２のアクチュエータ１１２の回転軸がドローン１の左右方向に延びる仮想直線と平行になるとき）のピッチ軸と平行な軸を示すものとする。
　第２のブラケット１１３には、第３のアクチュエータ１１４が固定される。第３のアクチュエータ１１４は、第３のブラケット１１５を、ドローン１のヨー軸と平行な軸周りに回転させる電動モータである。ここでいう「ヨー軸と平行な軸周り」とは、ドローン１が水平状態にあり、且つ、第１のアクチュエータ１１０による第１のブラケット１１１の回転角度と第２のアクチュエータ１１２による第２のブラケット１１３の回転角度との各々が“０°ＣＡ”であるとき（第３のアクチュエータ１１４の回転軸がドローン１の上下方向（鉛直方向）に延びる仮想直線と平行になるとき）のヨー軸と平行な軸を示すものとする。
　第３のブラケット１１５には、第４のアクチュエータ１１６が固定される。第４のアクチュエータ１１６は、第４のブラケット１１７を、ドローン１のピッチ軸と平行な軸周りに回転させる電動モータである。ここでいう「ピッチ軸と平行な軸」とは、ドローン１が水平姿勢にあり、且つ、第１のアクチュエータ１１０による第１のブラケット１１１の回転角度と第２のアクチュエータ１１２による第２のブラケット１１３の回転角度と第３のアクチュエータ１１４による第３のブラケット１１５の回転角度との各々が“０°ＣＡ”であるとき（第４のアクチュエータ１１６の回転軸がドローン１の左右方向に延びる仮想直線と平行になるとき）のヨー軸と平行な軸を示すものとする。
　第４のブラケット１１７には、シャフト１０２の基端部が固定される。シャフト１０２は、図３及び図４に示すように、棒状の部材で構成され、その先端部に伸縮機構１０３が設けられる。伸縮機構１０３は、シャフト１０２の軸方向における長さを変更する機構である。伸縮機構１０３の構成は、特に限定されず、既知の構成を採用することができる。例えば、シャフト１０２を内筒と外筒との二重構造とし、外筒の軸方向に沿って内筒を案内する直動案内機構と、内筒をシャフト１０２の基端部側から先端部側へ向かって付勢するバネと、を含んで構成されるようにしてもよい。また、伸縮機構１０３は、電動式のアクチュエータ等によってシャフト１０２を伸縮させる機構でもよい。なお、図３及び図４に示す例では、シャフト１０２の断面形状が円形に形成されているが、これに限定されない。例えば、シャフト１０２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、又はシャフト１０２に溝が設けられるようにしてもよい。また、ロボットアーム１００には、ピッチ軸周りのシャフト１０２のモーメントを軽減するためのカウンタウェイト等が取り付けられるようにしてもよい。その際のカウンタウェイトとして、例えば、ロボットアーム１００の電源（バッテリ）や制御装置５０等の機器を用いることで、ロボットアーム１００の重量の増加を抑制するようにしてもよい。
　また、ブラケット１５には、水平方向に対する駆動モジュール１０１の傾斜角度（ロール角、及び、ピッチ角等）を検出する第１のセンサ１０４が取り付けられる。第１のセンサ１０４は、ドローン１のローリング方向（ロール軸周りのドローン１のの回転方向）、ドローン１のピッチング方向（ピッチング軸周りのドローン１の回転方向）、ロール角、及び、ピッチ角等を検出する。このような第１のセンサ１０４としては、例えば、ジャイロセンサ、角速度センサ、又は、傾斜センサ等を用いることができる。
　なお、ドローン１のローリング方向、ドローン１のピッチング方向、ロール角、及び、ピッチ角等を検出するセンサがドローン１の本体部１１に搭載されている場合は、当該センサを第１のセンサ１０４の代わりに利用することも可能である。
　駆動モジュール１０１の第１のアクチュエータ１１０と第２のアクチュエータ１１２と第３のアクチュエータ１１４と第４のアクチュエータ１１６とは、ドローン１の制御装置５０によって互いに独立して制御される。なお、伸縮機構１０３がアクチュエータによって動作するように構成される場合は、伸縮機構１０３のアクチュエータも、制御装置５０によって制御される。
　本実施形態における第１のアクチュエータ１１０と第１のブラケット１１１と第２のアクチュエータ１１２と第２のブラケット１１３とは、本発明に係る第２の駆動モジュールに相当する。本実施形態における第３のアクチュエータ１１４と第３のブラケット１１５と第４のアクチュエータ１１６と第４のブラケット１１７とは、本発明に係る第１の駆動モジュールに相当する。本実施形態における制御装置５０は、本発明に係る制御部に相当する。
　（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、固定部材４０１と、ロッド４０２と、プローブヘッド４０３と、を含んで構成される。
　固定部材４０１は、ロボットアーム１００のシャフト１０２の先端部に取り付けられ、ロッド４０２の基端部を支持する。ロッド４０２は、棒状に形成され、その先端部にプローブヘッド４０３が取り付けられる。プローブヘッド４０３の先端部には、電極４３１が取り付けられる。電極４３１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４０３の電極４３１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４０３における電極４３１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４０２の断面形状は円形に限定されず、例えば、ロッド４０２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４０２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４０１には、第２のセンサ４１０が搭載される。第２のセンサ４１０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第２のセンサ４１０は、レセプタ２３までの距離を測定する距離センサ４１１と、レセプタ２３の位置を特定するためのカメラ４１２とを、を含む。距離センサ４１１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４０３の先端部に取り付けられた電極４３１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４１２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４１２がレセプタ２３を撮像可能になると、カメラ４１２によって撮像される画像及び距離センサ４１１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４０３の電極４３１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４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触するように、ロボットアーム１００の第１のアクチュエータ１１０と第２のアクチュエータ１１２と第３のアクチュエータ１１４と第４のアクチュエータ１１６とを制御する。
　プローブヘッド４０３の電極４３１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間は、制御装置５０が、プローブヘッド４０３の電極４３１とレセプタ２３との接触状態が維持されるように、第１のアクチュエータ１１０、第２のアクチュエータ１１２、第３のアクチュエータ１１４、及び、第４のアクチュエータ１１６を制御する。
　ここで、プローブヘッド４０３の電極４３１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間における、ロボットアーム１００の動作例について図６から図１１に基づいて説明する。
　図６は、プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触していない状態（例えば、ドローン１がレセプタ２３に接近している状態）で、気流若しくは風等の外乱、又は、ドローン１の前進若しくは後退等によるドローン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の動作例を示す模式図である。
　プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触していない状態で、ドローン１のピッチングが発生した場合には、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２のアクチュエータ１１２の回転によって吸収（相殺）されるように、第２のアクチュエータ１１２を制御する。その際、制御装置５０は、第２のアクチュエータ１１２の回転方向が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のピッチング方向（ピッチ軸周りにおけるドローン１の回転方向）とは逆向きとなり、且つ、第２のアクチュエータ１１２の回転角度（回転量）が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のピッチ角と同じになるように、第２のアクチュエータ１１２を制御する。これにより、第２のアクチュエータ１１２より先端側に配置される構成要素（第２のブラケット１１３、第３のアクチュエータ１１４、第３のブラケット１１５、第４のアクチュエータ１１６、第４のブラケット１１７、及び、シャフト１０２）の姿勢変化が抑制される。
　なお、プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触していない状態で、ドローン１のローリングが発生した場合には、制御装置５０は、ドローン１のローリングが第１のアクチュエータ１１０の回転によって吸収（相殺）されるように、第１のアクチュエータ１１０を制御すればよい。その際、制御装置５０は、第１のアクチュエータ１１０の回転方向が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のローリング方向（ロール軸周りにおけるドローン１の回転方向）とは逆向きとなり、且つ、第１のアクチュエータ１１０の回転角度（回転量）が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のロール角と同じになるように、第１のアクチュエータ１１０を制御すればよい。これにより、第１のアクチュエータ１１０より先端側に配置される構成要素（第１のブラケット１１１、第２のアクチュエータ１１２、第２のブラケット１１３、第３のアクチュエータ１１４、第３のブラケット１１５、第４のアクチュエータ１１６、第４のブラケット１１７、及び、シャフト１０２）の姿勢変化が抑制される。
　図７は、プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触している状態で、気流若しくは風等の外乱、又は、ドローン１の位置変化を修正するためのドローン１の前進若しくは後退等によるドローン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の動作例を示す模式図である。
　プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触している状態でドローン１のピッチングが発生した場合には、制御装置５０は、図７に示すように、ドローン１のピッチングが第２のアクチュエータ１１２の回転によって吸収（相殺）されるように、第２のアクチュエータ１１２を制御する。その際、制御装置５０は、第２のアクチュエータ１１２の回転方向が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のピッチング方向（ピッチ軸周りにおけるドローン１の回転方向）とは逆向きとなり、且つ、第２のアクチュエータ１１２の回転角度（回転量）が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のピッチ角と同じになるように、第２のアクチュエータ１１２を制御する。これにより、第２のアクチュエータ１１２より先端側に配置される構成要素（第２のブラケット１１３、第３のアクチュエータ１１４、第３のブラケット１１５、第４のアクチュエータ１１６、第４のブラケット１１７、及び、シャフト１０２）の姿勢変化が抑制される。
　また、制御装置５０は、第２のセンサ４１０のカメラ４１２によって検出されるレセプタ２３の位置に基づいて、ドローン１のピッチング及び第２のアクチュエータ１１２の動作に起因するシャフト１０２の先端部（プローブヘッド４０３）の位置変化が第４のアクチュエータ１１６の回転によって吸収（相殺）されるように、第４のアクチュエータ１１６を制御する。具体的には、制御装置５０は、シャフト１０２の先端部（プローブヘッド４０３）の向いている方向がレセプタ２３の位置する方向となるように、第４のアクチュエータ１１６を回転させる。その際、制御装置５０は、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて、第４のアクチュエータ１１６の回転角度を決定する。
　なお、ドローン１のピッチング、第２のアクチュエータ１１２の回転、及び、第４のアクチュエータ１１６の回転に伴って、シャフト１０２の基端部とレセプタ２３との相対距離が変化する可能性があるが、伸縮機構１０３によってシャフト１０２が伸縮されることで、プローブヘッド４０３とレセプタ２３との相対距離の変化が抑制される。よって、上記したように第４のアクチュエータ１１６が制御されることで、プローブヘッド４０３の位置変化が抑制されることになる。
　図７に示すようにロボットアーム１００が動作することで、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４０３の位置変化を抑制することができる。よって、ドローン１のピッチングに起因して電極４３１とレセプタ２３との接触不良が生じることを抑制することができる。
　図８は、プローブヘッド４０３の電極４３１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の動作例を示す模式図である。
　ドローン１の高度が変化した場合は、制御装置５０は、図８に示すように、第２のセンサ４１０のカメラ４１２によって検出されるレセプタ２３の位置に基づいて、ドローン１の高度変化に起因するプローブヘッド４０３の位置変化が第４のアクチュエータ１１６の回転によって吸収（相殺）されるように、第４のアクチュエータ１１６を制御する。具体的には、制御装置５０は、ドローン１の高度の変化方向とは逆向きに、シャフト１０２の先端部の高度が変化するように、第４のアクチュエータ１１６を回転させる。すなわち、図８に例示されるように、ドローン１が上昇する場合には、制御装置５０は、シャフト１０２の先端部が下降する方向へ第４のアクチュエータ１１６を回転させる。また、ドローン１が下降する場合には、制御装置５０は、シャフト１０２の先端部が上昇する方向へ第４のアクチュエータ１１６を回転させる。なお、制御装置５０は、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて、第４のアクチュエータ１１６の回転角度を決定する。
　また、ドローン１の高度変化、及び、第４のアクチュエータ１１６の回転に伴って、シャフト１０２の基端部とレセプタ２３との相対距離が変化する可能性があるが、伸縮機構１０３によってシャフト１０２が伸縮されることで、プローブヘッド４０３とレセプタ２３との相対距離の変化が抑制される。よって、上記したように第４のアクチュエータ１１６が制御されることで、プローブヘッド４０３の位置変化が抑制されることになる。
　図８に示すようにロボットアーム１００が動作することで、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４０３の位置変化を抑制することができる。よって、ドローン１の高度変化に起因して電極４３１とレセプタ２３との接触不良が生じることを抑制することができる。
　図９は、プローブヘッド４０３の電極４３１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。
　プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触している状態でドローン１の前後方向における水平位置の変化が発生した場合には、図９に示すように、伸縮機構１０３の働きによってシャフト１０２が自動的に伸縮することで、電極４３１とレセプタ２３との相対位置の変化が抑制される。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、電極４３１とレセプタ２３との接触不良が生じることを抑制することができる。
　図１０は、プローブヘッド４０３の電極４３１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の動作例を示す模式図である。
　プローブヘッド４０３の電極４３１がレセプタ２３に接触している状態でドローン１のヨーイングが発生した場合には、制御装置５０は、図１０に示すように、第２のセンサ４１０のカメラ４１２によって検出されるレセプタ２３の位置に基づいて、ドローン１のヨーイングに起因するプローブヘッド４０３の位置変化が第３のアクチュエータ１１４の回転によって吸収（相殺）されるように、第３のアクチュエータ１１４を制御する。具体的には、制御装置５０は、第３のアクチュエータ１１４を、ドローン１のヨーイング方向とは逆向きに回転させる。その際、制御装置５０は、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて、第３のアクチュエータ１１４の回転角度を決定する。
　また、ドローン１のヨーイング、及び、第３のアクチュエータ１１４の回転に伴って、シャフト１０２の基端部とレセプタ２３との相対距離が変化する可能性があるが、伸縮機構１０３によってシャフト１０２が伸縮されることで、プローブヘッド４０３とレセプタ２３との相対距離の変化が抑制される。よって、上記したように第３のアクチュエータ１１４が制御されることで、プローブヘッド４０３の位置変化が抑制されることになる。
　図１０に示すようにロボットアーム１００が動作することで、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４０３の位置変化を抑制することができる。よって、ドローン１のヨーイングに起因して電極４３１とレセプタ２３との接触不良が生じることを抑制することができる。
　また、プローブヘッド４０３の電極４３１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のローリングが発生した場合には、制御装置５０は、ドローン１のローリングが第１のアクチュエータ１１０の回転によって吸収（相殺）されるように、第１のアクチュエータ１１０を制御すればよい。その際、制御装置５０は、第１のアクチュエータ１１０の回転方向が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のローリング方向とは逆向きとなり、且つ、第１のアクチュエータ１１０の回転角度が第１のセンサ１０４によって検出されるドローン１のロール角と同じになるように、第１のアクチュエータ１１０を制御すればよい。これにより、第１のアクチュエータ１１０より先端側に配置される構成要素（第１のブラケット１１１、第２のアクチュエータ１１２、第２のブラケット１１３、第３のアクチュエータ１１４、第３のブラケット１１５、第４のアクチュエータ１１６、第４のブラケット１１７、及び、シャフト１０２）の姿勢変化が抑制される。
　また、制御装置５０は、第２のセンサ４１０のカメラ４１２によって検出されるレセプタ２３の位置に基づいて、ドローン１のローリング及び第１のアクチュエータ１１０の動作に起因するプローブヘッド４０３の位置変化が第３のアクチュエータ１１４およびまたは第４のアクチュエータ１１６の回転によって吸収（相殺）されるように、第３のアクチュエータ１１４およびまたは第４のアクチュエータ１１６を制御する。その際、制御装置５０は、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて、第３のアクチュエータ１１４およびまたは第４のアクチュエータ１１６の回転方向及び回転角度を決定すればよい。
　また、ドローン１のローリング、第１のアクチュエータ１１０の回転、第３のアクチュエータ１１４の回転、及び、第４のアクチュエータ１１６の回転に伴って、シャフト１０２の基端部とレセプタ２３との相対距離が変化する可能性があるが、伸縮機構１０３によってシャフト１０２が伸縮されることで、プローブヘッド４０３とレセプタ２３との相対距離の変化が抑制される。よって、上記したように第３のアクチュエータ１１４およびまたは第４のアクチュエータ１１６が制御されることで、プローブヘッド４０３の位置変化が抑制されることになる。
　上記したようにロボットアーム１００が動作することで、点検装置３１による点検作業の途中で、ドローン１のローリングが発生した場合であっても、プローブヘッド４０３の位置変化を抑制することができる。よって、ドローン１のローリングに起因して電極４３１とレセプタ２３との接触不良が生じることを抑制することができる。
　以上述べた実施形態によれば、ドローン１の姿勢変化や位置変化を、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と電極４３１との接触状態を維持することが可能になる。また、ロボットアーム１００の制御を、ドローン１の姿勢変化（ピッチング及びローリング）を吸収する制御（第１のアクチュエータ１１０及び第２のアクチュエータ１１２の制御）と、プローブヘッド４０３の位置変化を吸収する制御（第３のアクチュエータ１１４及び第４のアクチュエータ１１６の制御）と、に分けることで、それらの制御を個別に設計することが可能になる。そのため、ドローン１の種類や作業の種類等に応じた柔軟な設計が可能になり、実装が容易になる。
　また、例えば、レセプタ２３のダミー画像等を用いたドローン１の飛行実験等において、制御装置５０の機能を働かせることにより、第１のアクチュエータ１１０及び第２のアクチュエータ１１２の動作と、第３のアクチュエータ１１４及び第４のアクチュエータ１１６の動作と、を個別に確認及び検証することも可能になる。すなわち、ドローン１を実際の環境で飛行させることなく、第１のアクチュエータ１１０及び第２のアクチュエータ１１２の動作と、第３のアクチュエータ１１４及び第４のアクチュエータ１１６の動作と、を個別に確認及び検証することも可能になる。これにより、ロボットアーム１００の点検や調整、及び、ロボットアーム１００の不具合が発生した際の原因箇所の特定等の作業が容易になる。
　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。
＜変形例＞
　前述した実施形態では、シャフト１０２が伸縮機構１０３のみを備える例について述べたが、シャフト１０２が伸縮機構１０３に加え、複数の関節を備えるようにしてもよい。
　図１０は、本変形例におけるロボットアーム１００の構成を模式的に示す図である。本変形例におけるロボットアーム１００は、シャフト１０２の先端部と伸縮機構１０３との間には、第１の関節部１０５と第２の関節部１０６とが設けられる。第１の関節部１０５は、ドローン１のピッチ軸と平行な軸周りに回転自在に構成され、第５のアクチュエータ１５１により駆動される。第２の関節部１０６は、ドローン１のヨー軸と平行な軸周りに回転自在に構成され、第６のアクチュエータ１６１により駆動される。第５のアクチュエータ１５１と第６のアクチュエータ１６１とは、制御装置５０により制御される。
　本変形例におけるロボットアーム１００によれば、ドローン１の姿勢変化が発生した場合に、プローブヘッド４０３の姿勢変化を抑制することも可能になる。例えば、図１１に示すように、ドローン１のピッチングが発生した場合に、制御装置５０が、前述した実施形態と同様の手順で第２のアクチュエータ１１２及び第４のアクチュエータ１１６を制御することに加え、第５のアクチュエータ１５１を制御することにより、レセプタ２３に対してプローブヘッド４０３を垂直な姿勢にすることもできる。その際、制御装置５０は、例えば、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて特定されるレセプタ２３の位置、距離センサ４１１により検出されるレセプタ２３までの距離、又は、第１から第４のアクチュエータ１１０、１１２、１１４、１１６の回転角度等に基づいて、第５のアクチュエータ１５１の回転角度を決定してもよい。これにより、ドローン１のピッチングが発生した場合における電極４３１とレセプタ２３との接触状態をより安定させることも可能になる。
　また、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が、図１２に示すように、前述した実施形態と同様の手順で第３のアクチュエータ１１４を制御することに加え、第６のアクチュエータ１６１を制御することにより、レセプタ２３に対してプローブヘッド４０３を垂直な姿勢にすることもできる。その際、制御装置５０は、例えば、カメラ４１２により撮像された画像に対する画像認識処理を用いて特定されるレセプタ２３の位置、距離センサ４１１により検出されるレセプタ２３までの距離、又は、第１から第４のアクチュエータ１１０、１１２、１１４、１１６の回転角度等に基づいて、第６のアクチュエータ１６１の回転角度を決定してもよい。これにより、ドローン１のヨーイングが発生した場合における電極４３１とレセプタ２３との接触状態をより安定させることも可能になる。
＜他の実施形態＞
　前述した実施形態及び変形例では、シャフト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ロボットアームを例示したが、シャフト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、前述した実施形態及び変形例では、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、前述した実施形態及び変形例では、４つのアクチュエータを備える駆動モジュールを例示したが、駆動モジュールのアクチュエータは５つ以上でもよい。
　また、前述した変形例では、２つの関節部を備えるシャフトを例示したが、３つ以上の関節部がシャフトに設けられてもよい。例えば、第１の関節部と第２の関節部とに加え、ドローンのロール軸と平行な軸周りに回転自在な関節部が設けられてもよい。このような構成は、エンドエフェクタがロボットハンド等のようにロール軸と平行な軸周りに回転しながら作業対象に対する作業を行う機器である場合に有効である。
１・・・ドローン、２０・・・風力発電機、２３・・・レセプタ、４０・・・プローブ機構、５０・・・制御装置、１００・・・ロボットアーム、１０１・・・駆動モジュール、１０２・・・シャフト、１０３・・・伸縮機構、１０４・・・第１のセンサ、１１０・・・第１のアクチュエータ、１１２・・・第２のアクチュエータ、１１４・・・第３のアクチュエータ、１１６・・・第４のアクチュエータ、４１０・・・第２のセンサ、４１１・・・距離センサ、４１２・・・カメラ、４０３・・・プローブヘッド、４３１・・・電極４３１、１０５・・・第１の関節部、１０６・・・第２の関節部、１５１・・・第５のアクチュエータ、１６１・・・第６のアクチュエータ

Claims (6)

  1. 　飛行ロボットに取り付けられるロボットアームであって、
    　先端部がエンドエフェクタに接続されるシャフトと、
    　前記シャフトを支持しつつ、前記シャフトの姿勢を変更する第１の駆動モジュールと、
    　前記第１の駆動モジュールを支持するように前記飛行ロボットに取り付けられ、前記飛行ロボットに対する前記第１の駆動モジュールの相対的な姿勢を変更する第２の駆動モジュールと、
    　前記飛行ロボットの姿勢を検出する第１のセンサと、
    　前記エンドエフェクタに対する作業対象の位置を検出する第２のセンサと、
    　前記第１のセンサの検出信号に基づいて前記第２の駆動モジュールを制御することと、前記第２のセンサの検出信号に基づいて前記第１の駆動モジュールを制御することと、を実行する制御部と、
    を備える、ロボットアーム。
  2. 　前記第２の駆動モジュールは、前記第１の駆動モジュールを前記飛行ロボットのロール軸と平行な軸周りに回転させる第１のアクチュエータと、前記第１の駆動モジュールを前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第２のアクチュエータと、を含み、
    　前記制御部は、ロール軸周りの前記飛行ロボットの回転方向と逆向きに前記第１の駆動モジュールが回転するように前記第１のアクチュエータを制御すること、およびまたは、ピッチ軸周りの前記飛行ロボットの回転方向と逆向きに前記第１の駆動モジュールが回転するように前記第２のアクチュエータを制御すること、を前記第１のセンサの検出信号に基づいて実行する、
    請求項１に記載のロボットアーム。
  3. 　前記第１の駆動モジュールは、前記シャフトを前記飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転させる第３のアクチュエータと、前記シャフトを前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第４のアクチュエータと、を含み、
    　前記制御部は、ヨー軸と平行な軸周りにおける前記エンドエフェクタの角度偏差をなくす方向に前記シャフトが回転するように前記第３のアクチュエータを制御すること、およびまたは、ピッチ軸と平行な軸周りにおける前記エンドエフェクタの角度偏差をなくす方向に前記シャフトが回転するように前記第４のアクチュエータを制御すること、を前記第２のセンサの検出信号に基づいて実行する、
    請求項２に記載のロボットアーム。
  4. 　前記第１の駆動モジュールは、前記シャフトを軸方向に伸縮させる機構を含む、
    請求項３に記載のロボットアーム。
  5. 　前記シャフトは、
    　　前記エンドエフェクタを、前記飛行ロボットのピッチ軸と平行な軸周りに回転させる第５のアクチュエータと、
    　　前記エンドエフェクタを、前記飛行ロボットのヨー軸と平行な軸周りに回転させる第６のアクチュエータと、
    を含み、
    　前記制御部は、前記作業対象に対する前記エンドエフェクタの相対的な姿勢が所定の姿勢となるように、前記第５のアクチュエータおよびまたは前記第６のアクチュエータを制御する、
    請求項３に記載のロボットアーム。
  6. 　請求項１から５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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