JP2010505180A - 室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット - Google Patents

Abstract

本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットは、空間に設置された室内位置測定システム（ＩＧＰＳ）を用いた壁面移動ロボットであって、前記航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してＩＧＰＳ信号として認識する航法用受信機と、前記航法用受信機が装着されているロボットフレームと、前記ロボットフレームに設置され、前記ＩＧＰＳ信号を用いて自己位置を認識及び決定するモバイル制御器と、前記モバイル制御器により前記船倉の室内空間の表面に沿って走行する走行器とを含む。モバイル制御機は中央処理裝置、入出力部、モーション制御部、駆動制御部、航法制御部、センサ信号処理部、危急状況処理部、及び警報発生部を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに関する。

一般に、衛星航法システム（ＧＰＳ）は３つ以上のＧＰＳ人工衛星を用いてＧＰＳ受信機の位置に符合する３次元座標値（以下、「座標値」という）を認識及び決定する装置である。

このような概念を室内に適用したのが室内位置測定システム（ＩＧＰＳ：Ｉｎｄｏｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ）といえる。このような概念を用いた内容は、下記の特許文献１に開示されている。

下記の特許文献１には前述したＧＰＳ人工衛星に符合する送信機と、ＧＰＳ受信機に符合する受信機が開示されている。

各送信機は、２つの回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。

受信機は送信機から射出される回転ファンビームを受信して、多数の送信機からの相対的位置を把握できるようになっている。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する受信機の座標値、即ち、位置又は高度を測定することができる。

一方、既存の自律走行型ロボットの基本コンセプトは、自体生成型情報又は通信を通じた伝達型リアルタイム位置情報を用いて平面上、即ち、水平平面を走行することにある。

特に、このような従来技術の自律走行型ロボットの核心は走行メカニズムにあり、チェーン型、ホイール型、そして、多足型などが挙げられる。

一方、平面走行型ロボットの限界を克服し、天井面或いは垂直面を走行するロボットはスパイダ型ロボットや取り付け型ロボットなどがある。

従来の天井面／垂直面走行ロボットは、一般の平面走行型ロボットに比べて自律走行が不可能であり、固定されたレールに乗るか、人が遠隔制御しなければならない半自律型走行ロボットである。

特に、レールを用いた装置は移動範囲や作業領域に限界があり、設置空間やレールなどのフレームの取り付けが容易でない場所では事実上、使用不可能である。

例えば、図１に示すように、従来技術による表面吸着移動ロボット１は、壁面を吸着できるように減圧空間を形成するために大地に位置している減圧生成器２と、前記減圧生成器２を制御する補助制御器３と、表面吸着移動ロボット１の制御のための主制御器４と、主制御器４に脱着可能であり、モータ及び減圧生成器２を駆動し、表面吸着移動ロボット１を制御する無線調整器５を構成要素とし、必ず無線調整器５を必要とする半自律型走行ロボットである。

また、従来の表面吸着移動ロボット１は、二方向性ホイール構造を有しているので、船倉の内表面を自在に移動できないという短所を有している。

更に、自主的に自己位置を認識し、目的地に到達する天井面／垂直面専用自律走行ロボットがない状況である。

米国特許第６、５０１、５４３号明細書

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、室内位置測定システム（ＩＧＰＳ）のＩＧＰＳ信号を用いて船倉又はタンクの内部で天井面又は垂直面に沿って自律走行できる室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明によれば、空間に設置された室内位置測定システム（ＩＧＰＳ）を用いた壁面移動ロボットは、１以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してＩＧＰＳ信号として認識する航法用受信機と、前記航法用受信機が装着されているロボットフレームと、前記ロボットフレームに設置され、前記ＩＧＰＳ信号を用いて自己位置を認識及び決定するモバイル制御器と、前記モバイル制御器により前記船倉の室内空間の表面に沿って走行する走行器とを含む。

また、本発明によれば、モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されてマーキング作業を行うマーキングモジュールを更に含むことが好ましい。

更に、本発明によれば、モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されてスタッドボルトの溶接作業を行うスタッドボルト溶接モジュールを更に含むことが好ましい。

また、本発明によれば、前記モバイルユニットにはスタッドボルト溶接モジュールに対する事前グラインディング作業のための設置位置にグラインダモジュールが更に結合されていることが好ましい。

更に、本発明によれば、前記モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されて深さ測定動作を行う深さ測定モジュールを更に含むことが好ましい。

また、本発明によれば、走行器の底部には作業用モジュールの切替搭載又は同時搭載のための第１、第２クランプ装置及び複数の固定具が更に設置されていることが好ましい。

本発明による室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットによれば、室内位置測定システムの航法用送信機から射出された回転ファンビームをＩＧＰＳ信号として認識する航法用受信機を搭載することで、現在位置を認識及び決定して目標位置まで自律走行又は移動できるという効果を奏する。

また、本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットは、エンコーダ信号だけに依存する既存のロボットに比べて、更に正確且つ精密な走行動作が可能であるという長所がある。

更に、本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットは、マーキングモジュール、スタッドボルト溶接モジュール、グラインダモジュール、深さ測定モジュール又は各モジュールを一体化した一体型モジュールを更に搭載して、マーキング作業と、溶接作業、事前グラインディング作業及び深さ測定作業の全てを行えるという長所がある。

従来技術による表面吸着移動ロボットの作業状態図である。 本発明の一実施形態による室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットのシステム構成図である。 図２に示すロボットの作業状態図である。 図３に示すロボットの構成を説明するブロック図である。 図４に示すモバイル制御器を説明するブロック図である。 図４に示す走行器を説明するために拡大断面図を有するブロック図である。 本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに結合されるマーキングモジュールを説明するブロック図である。 本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに結合されるスタッドボルト溶接モジュール及びグラインダモジュールを説明するブロック図である。 本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに結合される深さ測定モジュールを説明するブロック図である。 本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットの応用例を説明する図である。 本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットの他の応用例を説明する図である。

本発明と本発明の動作性の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好適な実施形態を例示する添付の図面及び添付する図面に記載された内容を参照すべきである。

以下、添付する図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明することで、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を意味する。

図２は、本発明の一実施形態による室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットのシステム構成図である。

図２に示すように、本発明のロボットシステムの入出力を説明すると、室内位置測定システム５は、船体次元（Ｈｕｌｌ-Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）のＩＧＰＳ座標系情報をホストシステム２００に提供し、また、現在位置に関する情報をモバイルユニット１００又は作業用モジュール３００、４００、５００、６００に伝送できる。

詳細に後述する作業用モジュール３００、４００、５００、６００は、マーキングモジュール３００と、スタッドボルト溶接モジュール４００と、グラインダモジュール５００、深さ測定モジュール６００などを意味する。

ホストシステム２００は、外部から別途に入力された船体のＣＡＤ設計データ、又は船倉の設計データ、又は特定空間のＣＡＤ設計データの入力を受けた後、そのデータに基づいてロボットの目標位置を決定し、その後、決定したロボットの目標位置情報をモバイルユニット１００に伝達するようになっている。

本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットは、室内位置測定システム５からリアルタイムで伝送される現在位置座標値を、ホストシステム２００から伝達された電子地図情報であるロボット目標位置情報に適用して、目標位置まで走行できるようになっている。

図３に示すロボットの作業状態図を参照すれば、空間１０の大きさは周知のレーザ測定装置及びレーザ受信機を空間１０のコーナー部分などに設置することと、コーナー部分を基準に各面の対角線の長さ又は辺の長さを繰り返し測定することによって求めることができる。

その後、各コーナー部分又は基準となる位置などの座標値をグローバル座標値又は船体次元のＩＧＰＳ座標系に変換して該当空間１０の実際の測定による電子地図情報を完成する。

このように完成した電子地図情報、又は外部から別途に入力を受けた空間１０に関するＣＡＤ設計データは中央ホストコンピュータ２１０により記録され、格納され、そして管理され、後述する本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに有線又は無線のうち何れかの通信方式により伝送されてロボットのナビゲーション（航法）のために用いられる。

一方、本発明は、ＩＧＰＳ信号の発信のために別途の長さ計測用送信機（図示せず）を空間１０の内部に設置し、空間１０の内部の大きさを測定するためにＩＧＰＳ信号を受信する複数の長さ計測用受信機（図示せず）を空間１０の内部に設置した後、長さ計測用受信機を用いて空間１０内部の各頂点の位置を測定し、測定された各頂点の位置に基づいて空間１０を３次元に実現した後、空間１０の大きさを測定する方法（三角関数を利用）により、更に正確且つ精密に完成した電子地図情報を中央ホストコンピュータ２１０に格納させて使用できる。

本発明は、ＩＧＰＳ信号を受信して自律走行する室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットに関する。

そのために、本発明は空間１０の内部に設置された室内位置測定システム（ＩＧＰＳ）のような複数の航法用送信機２０を用いる。

各航法用送信機２０は２つの回転ファンビーム２２、２４を射出し、空間１０の表面であるメンブレインの平坦部に一時的に取り付けられるように、航法用送信機２０のハウジング端部に脱着設置用可変磁石２８を有する。可変磁石２８は、レバーをスイッチングすることによって、磁力作用の発生及び相殺を制御できるように構成されている。

航法用送信機２０は、可変磁石２８を用いて空間１０の該当する位置に設置されていることが好ましい。

このとき、航法用送信機２０の設置位置は予め中央ホストコンピュータ２１０に入力された座標値と同じ位置である。

本発明において、ホストシステム２００は既存のネットワーク型又は遠隔制御型とは異なり、頭脳搭載型モバイルユニット１００に補助的なデータをアップグレードさせることができるようになっている。

ホストシステム２００は、空間１０の内部空間を３次元に座標化した電子地図情報を有している中央ホストコンピュータ２１０と、モバイルユニット１００の吸着方式又は磁石方式のうち何れか１つの走行器の形式に対応するように、複数の吸着パッド（図示せず）用減圧力、或いは複数の磁石ホイール（ｗｈｅｅｌ）用電磁気力のうち何れか１つである表面付着媒体ｂをモバイルユニット１００の走行動作に対応するように供給する付着力生成器２２０とを含む。

中央ホストコンピュータ２１０は、モバイルユニット１００と通信できる有線又は無線のうち何れか１つの第１通信機２１１を有する。

まず、電子地図情報であるＣＡＤ設計データは、ホストシステム２００の中央ホストコンピュータ２１０に入力される。

中央ホストコンピュータ２１０は、第１通信機２１１を使用して少なくとも電子地図情報であるＣＡＤ設計データをモバイルユニット１００に伝送し、又そしてモバイルユニット１００からの位置移動確認情報を受ける。すなわち、中央ホストコンピュータ２１０は、データ情報ａの送受信によってモバイルユニット１００との双方向通信を行い、モバイルユニット１００をアップグレードすることができる。

また、中央ホストコンピュータ２１０は、付着力生成器２２０の電力供給回路（図示せず）又は減圧ポンプ（図示せず）などを制御するために、付着力生成器コントローラを通じて付着力生成器２２０と結合される。

このような中央ホストコンピュータ２１０には、付着力生成器コントローラを制御するための付着力生成器ドライバ及びアプリケーションプログラムがソフトウェア形式で設けられる。

ここで、付着力生成器ドライバ及びアプリケーションプログラムは、モバイルユニット１００の走行動作、例えば、磁石ホイールを平坦部に取り付けた状態で駆動させる動作を実現できるように電磁気力のような表面付着媒体ｂの供給量を調節する役割を果たす。

また、中央ホストコンピュータ２１０は、モバイルユニット１００から送られてきた位置移動確認情報を用いて、ロボットの現在の移動状況又は作業状況を中央ホストコンピュータ２１０のモニタ画面にディスプレイさせることができるようになっている。

そのために、前記位置移動確認情報は、少なくともロボットの移動に応じて認識及び決定した位置情報値（座標値）を含むことが好ましい。

一方、モバイルユニット１００は、前記ホストシステム２００の第１通信機２１１と互いに識別及びデータ通信が可能なように構成された第２通信機１１０を有する。前記第１通信機２１１及び第２通信機１１０は、周知の有線又は無線データ通信インターフェースを支援して互換性のある構造を有している。

モバイルユニット１００は、付着力生成器２２０から供給される表面付着媒体ｂの供給を受けるために、該当連結管又は連結電線に対応する技術規格の供給連結部１２０を有する。ここで、供給連結部１２０は図中において詳細に示されていないが、吸着パッド又は磁石ホイール側に表面付着媒体ｂを供給できるように構成される。

図４は、図３に示すロボットの構成を説明するブロック図である。

図４に示すように、モバイルユニット１００は、上述した第２通信機１１０及び供給連結部１２０以外に、発光型警報器１３０、アラーム型警報器１４０、ロボットの頭脳に相当するモバイル制御器１５０、航法用受信機１６０、ロボットフレーム１７０及び走行器１８０を更に備える。

発光型警報器１３０とアラーム型警報器１４０は、第２通信機１１０の周囲又はロボットフレーム１７０の何れか一方に設置され、後述するモバイル制御器１５０に接続されている。

発光型警報器１３０とアラーム型警報器１４０は、モバイル制御器１５０によりロボットの落下が予想されるか、障害物と衝突する状況が発生すると予想されるとき、落下警報又は衝突警報を光又は音響で発する役割を行う。

航法用受信機１６０は、ロボットフレーム１７０に支持された状態で装着又は設置される。航法用受信機１６０は、上述した複数の航法用送信機からＩＧＰＳ信号を受信して、受信時点に符合する位置の３次元座標を求め、これをモバイル制御器１５０に周期的に伝達するように構成されている。ここで、航法用受信機１６０の３次元座標を求める方式は、前述したように、航法用送信機２０からの相対的な座標値（位置）を認識（把握）及び決定する方式を用いる。

ロボットフレーム１７０は、モバイルユニット１００に搭載される全ての構成を支持したり、装着させるための車体又は車台を意味するものであって、アルミニウム外郭のように軽量材質で製作されているが、堅固な耐久性を有している。

走行器１８０は、ロボットフレーム１７０の下部に設置される。走行器１８０は、姿勢制御センサ１９１、複数の全方向障害認識センサ１９２、及び離隔距離測定センサ１９３を有しており、更に、その他の付加的な全体走行速度測定用外部エンコーダ、ロードセル、変位測定器が取り付けられることが好ましい。

ここで、姿勢制御センサ１９１は、周知のジャイロスコープ、加速度計、勾配センサ、近接センサ又はこれらの組合せのいずれかを使用して、走行又は姿勢を制御するのに用いられる。

全方向障害認識センサ１９２は、走行（移動）中に外部物体又は障害の近接有無を測定するのに用いられる。

離隔距離測定センサ１９３は、船倉の表面のような付着面（例えば、天井面又は垂直面）との離隔距離を測定してモバイルユニット１００の墜落が予想される所に用いられる。

全体走行速度測定用外部エンコーダは、ロボットの全体走行速度をセンサ信号処理部を通じて中央処理裝置にフィードバックする役割を果たす。

ロードセル又は変位測定器は、ステアリング系統に装着されて付着力の大きさを検出して、検出された付着力の大きさをセンサ信号処理部を通じて中央処理裝置に入力させる役割を果たす。

姿勢制御センサ１９１、全方向障害認識センサ１９２、離隔距離測定センサ１９３をはじめとする各種エンコーダ（外部エンコーダ、モータエンコーダ）、ロードセル、変位測定器は、本発明のロボットの姿勢制御機能、天井面又は垂直面への付着（又は吸着）不良による落下警報機能、障害認識又は衝突回避機能、障害衝突警報機能を実現するための作動状況情報を検出するのに用いられる。

以下、図５のモバイル制御器１５０と、図６の走行器１８０について詳細に説明する。

モバイル制御器１５０はロボットに設置され、前記ＩＧＰＳ信号を用いて自己位置を認識（決定）した後、目標位置まで自律走行するように構成されている。

図５に示すように、モバイル制御器１５０は、中央処理裝置１５１、入出力部１５２、モーション制御部１５３、駆動制御部１５４、航法制御部１５５、センサ信号処理部１５６、緊急状況処理部１５７、警報発生部１５８、メモリ１５９ａ、モジュール接続部１５９ｂを電子回路的に構成し、本実施形態では機能又は役割に応じて区分されて説明される。

中央処理裝置１５１は、本発明のロボットに装着されている全ての構成要素の動作及び制御にかかわる機能を行う。中央処理裝置１５１は、ロボット工学に適合するように、小型でありながらも、大部分のコンピュータ制御インターフェースを提供するマザーボード（例えば、Ａｄｖａｎｔｅｃｈ社のＰＣＭ-９５７７ボード）を用いる。中央処理裝置１５１は、ＶＧＡ、有無線ＬＡＮ、直列ポート、小型フラッシュメモリ、ＵＳＢ、ＨＤＤ、ＦＤＤインターフェース、各種入出力、制御、処理及び発生機能を行うための該当規格のインターフェースを有しており、キーボード、マウスの接続が可能なように構成されている。

入出力部１５２は、デジタル入出力モジュールとアナログ入出力モジュールとで構成される。

デジタル入出力モジュールは、中央処理裝置１５１から外部にデジタル信号を伝送する場合、前記中央処理裝置１５１の命令を受けてＰＣ１０４バスを介して外部に出力する機能を含む。また、デジタル入出力モジュールは、外部のデジタル信号を中央処理裝置１５１で受信する場合、外部のデジタル信号を受信してＰＣ１０４バスを介して中央処理裝置１５１に伝送する機能を含む。

同様の方式で、アナログ入出力モジュールも中央処理裝置１５１から外部にアナログ信号を伝送する場合、前記中央処理裝置１５１の命令を受けてＰＣ１０４バスを介して外部に出力する機能を含む。また、アナログ入出力モジュールは、外部のアナログ信号を中央処理裝置１５１で受信する場合、外部のアナログ信号を受信してＰＣ１０４バスを介して中央処理裝置１５１に伝送する機能を含む。

モーション制御部１５３は、中央処理裝置１５１から伝達される壁面移動ロボットの走行動作のためのアプリケーションプログラムの命令を前記入出力部１５２を介して伝達を受けた後、その命令を解析及び認識して、操向（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）用第１駆動モータ及び駆動力発生用第２駆動モータのそれぞれのためのモータ制御信号を生成及び出力する役割を果たす。モーション制御部１５３は、産業用中央処理システムに広汎に採用されているＰＣ１０４バス構造を使用して空間を少なく占め、振動を防止できる。

ここで、壁面移動ロボットの走行動作のためのアプリケーションプログラムの命令は、ＰＣ１０４バスを介してモーション制御部１５３のメインチップ、即ち、プログラムが可能なロジックチップの一形態であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）に伝達される。ＦＰＧＡは、モータ制御信号を駆動制御部１５４に伝送する。また、前記モーション制御部１５３は、第１、第２駆動モータからフィードバックされるモータエンコーダ信号の入力を受けて第１、第２駆動モータの作動状態を認識する機能を行える。

駆動制御部１５４は、モーション制御部１５３から出力されたモータ制御信号の伝達を受けて電流を増幅させて後述する走行器の該当第１、第２駆動モータを実質的に駆動させることができるモータ出力信号を生成する機能を有する。

駆動制御部１５４のモータ出力信号は悪路走行や高速走行の移動条件に用いられる差動操向方式のためのモータ制御アルゴリズム、又は全方向に駆動を実現できるホロノミック制御方式のためのモータ制御アルゴリズムの何れかに対応して符合するように定義され得る。

航法制御部１５５は、中央処理裝置１５１から入力される航法実行命令に対応して航法用受信機１６０で受信されるＩＧＰＳ信号に基づいて、一種の位置計算のように、ロボットの現在位置に関する座標値を求めた後、前記座標値を中央ホストコンピュータから送られてきた電子地図情報と比較することで、ロボットの現在位置を認識及び決定する。

航法制御部１５５は、決定された現在位置から目標位置まで自律走行又は移動を行うための経路を計画し、障害を回避する動作のための経路の再設定を行なう。

センサ信号処理部１５６は、ジャイロスコープ、加速度計、勾配センサ、近接センサの何れか１つに符合する姿勢制御センサ１９１、全方向障害認識センサ１９２、離隔距離測定センサ１９３、全体走行速度測定用外部エンコーダ、モータエンコーダ、ロードセル、変位測定器から符合する検出信号の入力を受けられるように構成されている。

センサ信号処理部１５６は、該当センサの検出信号を中央処理裝置１５１が認識できる内部デジタル信号形式に変換して中央処理裝置１５１に入力させるようになっている。

緊急状況処理部１５７は、中央処理裝置１５１及びセンサ信号処理部１５６と連動して前記センサ１９１、１９２、１９３の検出信号を予め定めた所定のインデックスとリアルタイムで比較チェックすることによって、障害物を認識したり、ロボットの墜落などを予想する所定の人工知能アルゴリズムで構成されている。

即ち、緊急状況処理部１５７は、姿勢制御センサ１９１の検出信号を姿勢基準インデックスと比較し、その比較の結果をチェックし、ロボットの姿勢を決定し、これによってロボットが安定状態か又は不安定状態かを判定する。

また、緊急状況処理部１５７は、全方向障害認識センサ１９２の検出信号を障害基準インデックスと比較し、その比較の結果をチェックして、走行（移動）中の外部物体又は障害の近接有無を判定する。

更に、緊急状況処理部１５７は、離隔距離測定センサ１９３で検出された検出信号を墜落基準インデックスと比較し、その比較の結果をチェックして、ロボットの墜落予想を判定する。

このような緊急状況処理部１５７の判定結果は、警報発生部１５８に伝達される。

警報発生部１５８は、緊急状況処理部１５７の判定結果によって警報制御信号（オン又はオフ信号）に対応するように作動電源を通電又は断続させて、発光型警報器又はアラーム型警報器に落下警報又は衝突警報を光又は音響で発するようにさせる。

メモリ１５９ａは、中央ホストコンピュータから送られてきた電子地図情報を記録格納する用途として用いられる。また、メモリ１５９ａは、本発明の諸般のロボット作動に必要な所定のオペレーティングシステム（例えば、リナックスをベースとするオペレーティング・システム）をラムディスク方式で格納している。

モジュール接続部１５９ｂは、後述するマーキングモジュール、スタッドボルト溶接モジュール、グラインダモジュール、深さ測定モジュールをモバイル制御器１５０に接続させるための周知のマルチチャネル（マルチ入出力：ＭＩＭＯ）のモジュール接続インターフェースの構成を有する。

図６に示すように、走行器１８０は全方向性ホイール構造を有する。
例えば、本発明に用いられた走行器１８０のホイールの構造は、三輪車構造であって、第１、第２、第３駆動ホイール組立体１８１、１８２、１８３を有する。

第１、第２、第３駆動ホイール組立体１８１、１８２、１８３は、複数の電磁石を磁石ホイール１８９の表面に付着させており、電力供給用回転接触式電極（図示せず）を通じて前記電磁石に電磁気力を供給することによって、船倉のメンブレインの平坦部に電磁気力による付着力を発生させることができる。
ここで、第１駆動ホイール組立体１８１は、ステアリング（操向）のために設けられており、残りの２つの駆動ホイール組立体１８２、１８３は単純な追従する車輪の構造で製作されることができる。

例えば、第１駆動ホイール組立体１８１は、ステアリングのための第１駆動モータ１８４と、駆動力発生用第２駆動モータ１８５とを有する。

ステアリングのための第１駆動モータ１８４は、そのピニオンギアをステアリングターンテーブル１８６の外円周縁のラックギアにギア結合させている。このような第１駆動モータ１８４は、ステアリングターンテーブル１８６及びそれに結合又は関連したその他の結合物を前記駆動制御部のモータ出力信号に対応して回転（ステアリング）させる役割を果たす。

このとき、ステアリングターンテーブル１８６の上部には第２駆動モータ１８５のハウジングが装着されており、第２駆動モータ１８５の減速ギアの出力回転軸がステアリングターンテーブル１８６の下部に回転自在に通過するように結合される。

このようなステアリングターンテーブル１８６の下部で、第２駆動モータ１８５の出力回転軸に結合されている第１交差軸ギア１８７と、このような第１交差軸ギア１８７に結合されている第２交差軸ギア１８８が噛合される。
第２交差軸ギア１８８の軸部材は、ステアリングターンテーブル１８６の下部に延びた懸架構造により支持された状態で磁石ホイール１８９を回転させることができるように結合されている。

第２駆動モータ１８５の回転力の発生は磁石ホイール１８９の駆動力を提供するためのものであり、第１駆動モータ１８４の回転力の発生は第１駆動ホイール組立体１８１のステアリングを提供するためのものである。

また、第２、第３駆動ホイール組立体１８２、１８３も前述した第１駆動ホイール組立体１８１と同様に、ステアリング及び駆動力の発生を実現できるように製作され得る。

このような場合、第１駆動ホイール組立体１８１の第１、第２駆動モータ１８４、１８５をはじめとして、第２、第３駆動ホイール組立体１８２、１８３に設置された複数の駆動モータ（図示せず）のそれぞれの符合するモータエンコーダを用いてモータの作動状態を検出した後、検出された信号を用いて通常のロボットの制御に用いられる全方向制御を行うようになる。全方向制御技術は周知の方式を用いるため、本発明の説明では省略される。

更に、本発明によれば、前述した磁石ホイール１８９は吸着ホイールなどで置換され得るのはもちろんである。

図７は、本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットのモバイルユニット１００に結合されるマーキングモジュール３００を説明するブロック図である。

図７に示すマーキングモジュール３００は、ロボットフレーム１７０の側部、上部、走行器１８０の底部の何れか１つに符合するモバイルユニット１００の第１設置位置に結合される。

モバイルユニット１００の設置位置の選択的な変更に応じて、後述する回転モータとターンテーブルとの間に動力を伝達する構造は、ベベルギア構造、ウォーム及びウォームホイールギア構造、プーリー及びベルト構造、モータ回転軸直結構造、モータ回転軸の減速器経由構造などが本発明に使用され得る。

マーキングモジュール３００は、船倉或いはタンク内部の底面、天井、垂直面などに線を引くか、或いは点をつけるなどの一切のマーキング作業を行うようになっている。

そのために、マーキングモジュール３００は上述したモバイル制御器１５０に設置されたマーキング制御器（図示せず）と電気的に連結され、ハウジングブラケットを用いてモバイルユニット１００の設置位置に結合された回転モータ３１０と、前記回転モータ３１０の回転力の伝達を受けるように結合されたターンテーブル３２０と、前記ターンテーブル３２０の下部に設置され、移動力を発生させるマーキングペン移動用線形駆動器３３０と、前記線形駆動器３３０の往復移送力の伝達を受けて移動するロボットフィンガー型マーキングペンホルダ３４０と、前記マーキングペンホルダ３４０に装着されるマーキングペン３５０と、種類別に複数のマーキングペン３５０を前記マーキングペンホルダ３４０に脱着又は装着するマーキングペンチェンジャ３６０とを含む。

ここで、マーキングペン移動用線形駆動器３３０で移動力を発生させる手段は、ボールスクリュ構造又は線形アクチュエータなどのような周知の装置を用いる。

また、マーキングペン移動用線形駆動器３３０は、構造的特徴を基準に直線型、曲線型、円形、四角形の何れか１つの配置構造を有する。

マーキングペン移動用線形駆動器３３０は、マーキング制御器（図示せず）と相互制御信号及び作動確認用フィードバック信号を互いに伝送するように接続されている。

マーキング制御器は、周知の直線、円、点などの経路計画及び制御技術により実現される電子回路的コントローラを意味するものであって、モバイル制御器１５０の周囲に設置される。

このようなマーキングペン移動用線形駆動器３３０は、マーキング制御部と図５を通じて説明したモジュール接続部１５９ｂによってモバイル制御器１５０に接続され、ロボットの走行動作とマーキング動作が連動するように構成される。

また、マーキング制御器は、モバイル制御器１５０の中央処理裝置のオペレーティングシステムにソフトウェア的に設置されたマーキング制御ドライバと連結されて、一連のマーキング動作のためのアプリケーションプログラムの命令によりマーキング動作を行う。

図８は、本発明の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボットのモバイルユニット１００に結合されるスタッドボルト溶接モジュール４００及びグラインダモジュール５００を説明するブロック図である。

図８に示すスタッドボルト溶接モジュール４００は、周知のオートキャリッジ型溶接装置の構成と対等な構成を有する。

即ち、スタッドボルト溶接モジュール４００は、ロボットフレーム１７０の側部、上部、モバイル制御器１５０の上部、走行器１８０の底部のうちの何れか１つに符合するモバイルユニット１００の第２設置位置に結合されており、通常の多軸線形ロボットと同様に、多軸移動を実現するように複数のボールスクリュ及び複数の溶接モータを用いて、スイング作動、チルト作動、昇降作動させる多軸移動構造物を周知の方式で更に備えることができる。

スタッドボルト溶接モジュール４００は、周知の多軸移動構造のアームの端部に溶接ガン４３０を装着している。

このようなスタッドボルト溶接モジュール４００は、そのボールスクリュの回転のためのモータの制御、溶接のための動作制御、スタッドボルトの供給制御のための溶接／フィーダ制御器（図示せず）を更に備える。

溶接／フィーダ制御ドライバがモバイル制御器１５０の中央処理裝置のオペレーティングシステムにソフトウェア的に更に設置されている。

従って、溶接／フィーダ制御器が物理的に、図５に示すモジュール接続部１５９ｂを通じてモバイル制御器１５０に接続され、ソフトウェア的に、溶接／フィーダ制御ドライバを通じてモバイル制御器１５０で認識される。このような接続及び認識関係によって、スタッドボルト溶接モジュール４００はモバイルユニット１００の走行動作と共に、溶接又は以下のグラインダ動作を連動させることができるようになっている。

一方、スタッドボルト溶接モジュール４００の横及びロボットフレーム１７０の底部にはスタッドボルトフィーダ４５０が設置されている。スタッドボルトフィーダ４５０は、前述したように、溶接／フィーダ制御器によりその動作が制御されるように構成されている。

スタッドボルトフィーダ４５０は、一種のスタッドボルト供給装置、又は装填装置であって、溶接ガン４３０側に個別にスタッドボルトを供給してスタッドボルト溶接モジュール４００に、供給されたスタッドボルトを空間（例えば、船倉）の作業位置に溶接させるようになっている。

そのために、スタッドボルトフィーダ４５０は、周知の方式と同様に、複数のスタッドボルトを装着したボルトカートリッジと、前記ボルトカートリッジから個別にスタッドボルトを作業位置まで移動させるグリッパ移送ロボットと、前記グリッパ移送ロボットの端部に設置され、前記溶接ガン４３０の溶接方向に干渉とならないように形成されたスタッドボルトローダなどで構成され得る。

このとき、前記作業位置は中央ホストコンピュータで指示（伝送）したデータを基準に決められる。

そして、他の作業位置の入力方法を説明すると、１）作業者が直接座標値を入力する方法と、２）スタッドボルト接着ロボットを用いて座標値を入力する方法が挙げられる。

１）作業者が直接座標値を入力する方法

作業者は上述した航法用受信機と同じ技術的思想を有し、中央ホストコンピュータと通信が可能な個人用ＰＤＡ機能を有する座標入力作業用端末を所持している。

従って、作業者は手動でスタッドボルトを船倉の所定位置に接着させる。その後、作業者は座標入力作業用端末をスタッドボルトの上部に載せた後、前記端末上に実現されたＧＵＩを通じて座標入力ボタンを押す場合、航法用受信機のＩＧＰＳ信号を受信して、結局のところ、スタッドボルトが接着された箇所の座標値が自動的に中央ホストコンピュータに送信される。ここで、スタッドボルトが接着された箇所の座標値は、前述したように、本発明のロボットの目標位置となる。

従って、前述したモバイルユニット１００は、現在の位置から目標位置であるスタッドボルトのある箇所まで移動する。その後、モバイルユニット１００に設置されたスタッドボルト溶接モジュール４００は、スタッドボルトと船倉間の接着された箇所を溶接する。

２）スタッドボルト接着ロボットを用いて座標値を入力する方法

スタッドボルト接着ロボットはカートリッジ形式で複数のスタッドボルトを装填しており、前述したモバイルユニットと同じホイール構造で船倉の内部で自律移動が可能なようになっている。スタッドボルト接着ロボットでカートリッジ形式に装填されたそれぞれのスタッドボルトはそのヘッドに接着テープを予め形成して、個別に船倉に取り付けられ得る。

スタッドボルト接着ロボットは、個別にスタッドボルトを船倉に取り付ける度に付着位置に符合する座標値を上述した航法用受信機のＩＧＰＳ信号を用いて認識及び決定し、その後に決定された座標値を中央ホストコンピュータに送信する。

結局、モバイルユニット１００は現在の位置から目標位置であるスタッドボルトのある箇所まで移動し、モバイルユニット１００に搭載されたスタッドボルト溶接モジュール４００は溶接を行う。

一方、スタッドボルト溶接モジュール４００の周囲又はスタッドボルト溶接モジュール４００の先行する位置である第３設置位置にグラインダモジュール５００が更に結合されている。

グラインダモジュール５００は、スタッドボルト溶接位置に対する事前グラインディング作業のためのモジュールである。もちろん、グラインダモジュール５００は、スタッドボルト溶接モジュール４００により形成された溶接線の溶接ビーズを除去する用途として使用され得る。

このようなグラインダモジュール５００は、前述したマーキングモジュール又はスタッドボルト溶接モジュール４００と同じ方式でグラインダ制御器（図示せず）とモジュール接続部を通じてモバイル制御器１５０に連結される。このようなグラインダモジュール５００は、前記スタッドボルト溶接モジュール４００に対する事前グラインディングのために回転力を発生し、同様に、本発明のモバイル制御器１５０又は通常のロボット制御技術を用いて自動化作業を行うようにモバイル制御器１５０と電気的に結合されてグラインダモジュール５００のグラインディングモータ用電源の供給を受けて作動するようになっている。

図９は、本発明の室内位置測定システムを用いた多機能壁面移動ロボットに結合される深さ測定モジュール６００を説明するブロック図である。

図９に示すように、深さ測定モジュール６００は、ロボットフレーム１７０の側部、上部、走行器１８０の底部のうちの何れか１つに符合するモバイルユニット１００の第４設置位置に結合される。

深さ測定モジュール６００は、前述したマーキングモジュール、スタッドボルト溶接モジュール、グラインダモジュールなどと同じ方式でストローク移動方式、レーザ方式、超音波方式のうちの何れか１つの距離測定方式を支援する測定器６１０と、前記測定器６１０が装着され、深さを測定する動作を行う深さ測定制御器６２０とを含み、前記深さ測定制御器６２０がモジュール接続部を通じてモバイル制御器１５０に連結される。

深さ測定モジュール６００も本発明のモバイル制御器１５０又は通常のロボット制御技術を用いて自動化作業を行うように構成されている。即ち、深さ測定モジュール６００の深さ測定制御器は、モバイル制御器１５０の中央処理裝置のオペレーティングシステムにソフトウェア的に設置された深さ測定制御ドライバと連結されて、一連の深さ測定動作のためのアプリケーションプログラムの命令によりロボットの走行及び停止時に深さ測定動作を行う。

ここで、深さ測定動作とは、深さ測定モジュール６００が平坦部のうち基準点を決めた後、前記基準点からの相対的な深さを測定することを意味する。

また、図１０に示すように、分離型モバイルユニット１００ａの走行器１８０の底部には作業用モジュール３００、４００、５００、６００の切替搭載のために、第１クランプ装置７０１、第２クランプ装置７０２、固定具７０３が更に設置されている。

例えば、第１クランプ装置７０１は結合プレート状であって、それぞれ作業用モジュール３００、４００、５００、６００の設置面にそれぞれ結合されており、第２クランプ装置７０２は前記第１クランプ装置７０１を安着させることができる形状であって、走行器１８０の底部に固定されており、固定具７０３は周知のロック又はアンロック機構の形状であって、第１、第２クランプ装置７０１、７０２を互いに脱着させることができるように、第１、第２クランプ装置７０１、７０２の側辺に複数結合されている。

このような分離型モバイルユニット１００ａは、作業用モジュール３００、４００、５００、６００を必要に応じて個別的に選択して用いることができるという利点がある。

これと類似の方式で、図１１に示すように、他のレイアウトを有する合体型モバイルユニット１００ｂは、その走行器１８０ｂの底部に作業用モジュール３００、４００、５００、６００の同時搭載のための第１クランプ装置７０１、第２クランプ装置７０２ｂ、固定具７０３を更に設置しており、同時作業が可能であるという利点がある。

本発明は図示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野において通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できる。従って、本発明の真の技術的な保護範囲は添付する特許請求の範囲の技術的思想により定まるべきである。

Claims (10)

1. 空間に設置された室内位置測定システム（ＩＧＰＳ）を用いた壁面移動ロボットであって、
   前記室内位置測定システムの１以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームをＩＧＰＳ信号として認識する航法用受信機と、
   前記航法用受信機が装着されているロボットフレームと、
   前記ロボットフレームに設置され、前記ＩＧＰＳ信号を用いて自己位置を認識及び決定するモバイル制御器と、
   前記モバイル制御器の制御により前記空間の表面に沿って走行する走行器とを含むことを特徴とする室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
2. 前記ロボットフレームには、中央ホストコンピュータから電子地図情報の伝送を受けるために、前記中央ホストコンピュータの第１通信機と通信するように有線又は無線データ通信インターフェースを支援する第２通信機が更に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
3. 前記ロボットフレームには、前記モバイル制御器によりロボットの落下又は障害物との衝突が予想されるとき、落下警報又は衝突警報をそれぞれ発生させる発光型警報器とアラーム型警報器が更に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
4. 前記モバイル制御器は、前記ロボットに装着されている全て構成要素の動作及び制御を行う中央処理裝置と、
   前記中央処理裝置と送受信するデジタル又はアナログ信号の入出力を担当する入出力部と、
   前記中央処理裝置から伝達される壁面移動ロボットの走行動作のためのアプリケーションプログラムの命令を前記入出力部を介して受信して前記走行器の駆動モータのためのモータ制御信号を生成するモーション制御部と、
   前記モーション制御部から出力されたモータ制御信号を受信し、電流を増幅し、そして前記走行器の駆動モータを実質的に駆動することができるモータ出力信号を生成する駆動制御部と、
   前記中央処理裝置から入力される航法実行命令に対応するように、前記航法用受信機によって受信される前記ＩＧＰＳ信号に基づいてロボットの現在位置に関する座標値を求めた後、前記座標値を中央ホストコンピュータから送られてきた電子地図情報と比較することによって、ロボットの現在位置を認識及び決定し、現在位置から目標位置まで自律走行するための経路計画を行う航法制御部と、
   前記走行器に設置された複数のセンサによって検出された検出信号を前記中央処理裝置が認識できる内部デジタル信号形式に変換して前記中央処理裝置に入力するセンサ信号処理部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
5. 前記走行器に設置された複数のセンサから検出された検出信号を、姿勢基準インデックス、障害基準インデックス、墜落基準インデックスのうちの何れか１つと比較し、その比較結果をチェックし、障害物の認識、ロボットの墜落の予想のような判定結果を出力する緊急状況処理部と、
   前記緊急状況処理部の判定結果に対応するように発光型警報器又はアラーム型警報器で落下警報又は衝突警報を発生させるように制御する警報発生部と、
   前記中央ホストコンピュータから送られてきた電子地図情報が記録格納され、且つオペレーティングシステムが格納されたメモリとを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
6. 前記モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されてマーキング作業を行うマーキングモジュールを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
7. 前記モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されてスタッドボルトの溶接作業を行うスタッドボルト溶接モジュールを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
8. 前記モバイルユニットには前記スタッドボルト溶接モジュールに対する事前グラインディング作業が行なわれる設置位置にグラインダモジュールが更に結合されていることを特徴とする請求項７に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
9. 前記モバイル制御器が設置されたモバイルユニットに結合されて深さ測定動作を行う深さ測定モジュールを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。
10. 前記走行器の底部には作業用モジュールの切替搭載又は同時搭載のための第１、第２クランプ装置及び固定具が更に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の室内位置測定システムを用いた壁面移動ロボット。

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