JP7020975B2

JP7020975B2 - ロボット

Info

Publication number: JP7020975B2
Application number: JP2018059036A
Authority: JP
Inventors: 央明桑原; 一磨平栗; 晃大松崎
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2022048345A; JP2019171481A

Description

本発明の実施形態は、ロボットに関する。

狭隘空間（ギャップ）を移動しながら検査を行う移動体と、その移動体を備えたロボットと、がある。移動体は、姿勢やギャップの間隔などに拘わらず、安定して移動できることが望ましい。

米国特許出願公開第２０１３／００４７７４８号明細書

本発明が解決しようとする課題は、より安定して移動できるロボットを提供することである。

実施形態に係る移動体は、本体部、アーム、駆動機構、及び角度検出器を備える。前記本体部は、円柱状の第１構造物と、前記第１構造物の周りに設けられた第２構造物と、の間において、前記第１構造物の第１面上を移動する。前記アームは、前記移動体に対して回動可能に設けられ、前記第１面と対向する前記第２構造物の第２面に接触する。前記駆動機構は、前記本体部及び前記アームに連結され、前記アームの回動方向に駆動する力を加える。前記角度検出器は、前記本体部に対する前記アームの角度を検出する。

第１実施形態に係るロボットを模式的に表す側面図である。第１実施形態に係るロボットを模式的に表す平面図である。第１実施形態に係るロボットの一部を模式的に表す斜視図である。第１実施形態に係るロボットを表す模式図である。アームによる押し付け力とアームの角度との関係を例示するグラフである。第１実施形態に係るロボットの一部を模式的に表す側面図である。アクチュエータへの指令値とアームによる押し付け力との関係を例示するグラフである。第１実施形態の第１変形例に係るロボットを模式的に表す側面図である。第１実施形態の第２変形例に係るロボットの一部を表す模式図である。第２実施形態に係るロボットを模式的に表す側面図である。第２実施形態に係るロボットを模式的に表す平面図である。第２実施形態に係るロボットの動作を模式的に表す側面図である。第２実施形態に係るロボットの動作を模式的に表す側面図である。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るロボットを模式的に表す側面図である。
図２は、第１実施形態に係るロボットを模式的に表す平面図である。

本発明の実施形態に係るロボットは、例えば、狭隘空間（ギャップ）内を移動しながら、その空間内の構造物などを検査するために用いられる。第１実施形態に係るロボット１００は、図１及び図２に表したように、移動体１及び制御部５を備える。移動体１は、本体部１０、アーム１１、弾性部材２１、アクチュエータ３１、角度検出器４１、及び検査ユニット６０を備える。

移動体１は、第１構造物９１と第２構造物９２との隙間Ｇを移動する。例えば、第１構造物９１は、円柱状の構造物であり、第２構造物９２は、第１構造物９１の周りに設けられた円筒状の構造物である。一例として、第１構造物９１は、発電機のロータであり、第２構造物９２は、発電機のステータである。

第１構造物９１及び第２構造物９２は、それぞれ、互いに対向する第１面９１Ｓ及び第２面９２Ｓを有する。本体部１０は、第１面９１Ｓの上または第２面９２Ｓの上を移動する。ここでは、本体部１０が第１面９１Ｓ上を移動する場合について説明する。

本体部１０は、例えば、車体１０ａ及びクローラ１０ｂを有する。クローラ１０ｂが第１面９１Ｓに接した状態で、その車輪が駆動されることで、本体部１０が前進又は後退する。また、クローラ１０ｂは、左右の車輪の回転数をそれぞれ調整することで、進行方向を、左側方又は右側方に向けることもできる。本体部１０の移動手段として、無限軌道であるクローラ１０ｂに代えて、車輪だけの構成が適用されても良い。

アーム１１の一端は本体部１０に軸支されており、これにより、アーム１１は本体部１０対して回動可能である。アーム１１の他端には、検査ユニット６０が設けられている。検査ユニット６０はローラ６３を有する。アーム１１の他端は、ローラ６３を介して第２面９２Ｓに接触する。ローラ６３を介して接触することで、移動体１は、アーム１１の他端を第２面９２Ｓに当接させながら、第１面９１Ｓ上を滑らかに移動できる。

弾性部材２１は、本体部１０及びアーム１１に連結されている。弾性部材２１は、本体部１０とアーム１１との間の角度θに応じた弾性力を、アーム１１に発生させる。例えば、弾性部材２１は、アーム１１の回動方向に沿った弾性力を、アーム１１に発生させる。弾性部材２１は、例えば、ねじりコイルばねである。

アクチュエータ３１は、アーム１１に連結されている。アクチュエータ３１は、本体部１０に対して固定された駆動機構である。アクチュエータ３１が駆動することで、アーム１１に力が加えられる。例えば、アクチュエータ３１は、空気圧により伸縮されるシリンダであり、シリンダアーム３１ａを介してアーム１１に接続されている。シリンダが伸縮することで、アーム１１の角度が変化する。

角度検出器４１は、本体部１０に対するアーム１１の角度を検出し、制御部５に送信する。角度検出器４１は、例えば、アクチュエータ３１に設けられたロータリーエンコーダである。例えば、シリンダアーム３１ａの長さ、及びアーム１１とシリンダアーム３１ａの連結部分の位置は、アーム１１の角度とシリンダアーム３１ａの角度が等しくなるように、調整される。これにより、シリンダアーム３１ａの角度を検出することで、アーム１１の角度を取得できる。

又は、角度検出器４１は、検出されたシリンダアーム３１ａの角度を基に、アーム１１の角度を算出しても良い。又は、角度検出器４１は、シリンダの移動量を検出しても良い。角度検出器４１は、その移動量から、アーム１１の角度を算出する。又は、角度検出器４１は、アーム１１の上端（検査ユニット６０）と本体部１０との間の距離を検出しても良い。角度検出器４１は、その距離から、アーム１１の角度を算出する。このように、角度検出器４１は、アーム１１の角度を間接的に検出しても良い。

なお、アーム１１の角度を取得するための上述した計算の少なくとも一部は、制御部５により実行されても良い。この場合、角度検出器４１及び制御部５を、アーム１１の角度を検出するための角度検出器とみなせる。

検査ユニット６０は、第１構造物９１及び第２構造物９２の少なくともいずれかを検査する。検査ユニット６０は、例えば、第２構造物９２の電気特性を検査するための検査器６１、及び第２構造物９２の構造検査を行うための検査器６２を有する。構造検査としては、例えば、打音検査、打診検査などがある。

これらの他に、ロボット１００は、例えば、第１面９１Ｓ又は第２面９２Ｓを撮影するカメラ５２、第１面９１Ｓ又は第２面９２Ｓまでの距離を計測する計測器５３、第１面９１Ｓにおける凹凸を検出するための位置検出部５４、第１面９１Ｓ又は第２面９２Ｓを照らす照明器５５、移動体１の進行方向を撮影するカメラ５６などを含む。

制御部５は、アクチュエータ３１及び検査ユニット６０の動作を制御する。制御部５は、この他に、カメラ５２、計測器５３、位置検出部５４、照明器５５、カメラ５６などの動作を制御しても良い。

制御部５は、例えば、隙間Ｇの外に配され、本体部１０とケーブル５ａを介して有線接続される。又は、本体部１０は、制御部５と無線で接続されても良い。あるいは、本体部１０に制御部５が搭載されていても良い。

図３は、第１実施形態に係るロボットの一部を模式的に表す斜視図である。
図３において、実線は、アーム１１が第２面９２Ｓへ接触する位置（接触位置）にある状態を表す。破線は、アーム１１が折り畳まれて収納された位置（収納位置）にある状態を表す。なお、図３では、アクチュエータ３１が省略されている。また、接触位置は、第１面９１Ｓと第２面９２Ｓとの間の距離に応じて変化しうる。

アクチュエータ３１からアーム１１へ加える力を変化させることで、図３に表したように、アーム１１の位置を変化させることができる。また、アーム１１が接触位置にある状態で、アクチュエータ３１の出力を変化させることで、押し付け力を調整できる。

図１～図３に表した例では、一対のアーム１１に、それぞれ一対のアクチュエータ３１が連結されている。また、一対のアーム１１に、それぞれ一対の弾性部材２１が連結されている。

なお、アーム１１を回動させ、アーム１１が接触位置にある状態と収納位置にある状態とを切り替えることができれば、アーム１１、弾性部材２１、及びアクチュエータ３１の具体的な数及び構成は、適宜変更可能である。

図４は、第１実施形態に係るロボットを表す模式図である。
図５は、アームによる押し付け力とアームの角度との関係を例示するグラフである。
図５において、縦軸はアーム１１による押し付け力Ｆ_Ｐ[任意単位：a.u.]を表し、横軸はアーム１１の角度θ[degree]を表す。また、図５において、丸のプロットは、アクチュエータ３１（エアシリンダ）への供給圧力が０．１５ＭＰａのときの角度θと押し付け力Ｆ_Ｐとの関係を表す。四角のプロットは、供給圧力が０．３ＭＰａのときの角度θと押し付け力Ｆ_Ｐとの関係を表す。三角のプロットは、供給圧力が０．４５ＭＰａのときの角度θと押し付け力Ｆ_Ｐとの関係を表す。

図４及び図５を参照しつつ、実施形態の効果を説明する。
第１構造物９１は、円柱状である。このため、移動体１は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に表したように、第１面９１Ｓの鉛直部分を横向きに移動する場合がある。又は、移動体１は、図４（ｃ）に表したように、第１面９１Ｓの水平部分を下向きに移動する場合がある。

移動体１が横向き又は下向きの場合でも移動体１が第１面９１Ｓから落下せずに移動するためには、アーム１１により第２面９２Ｓが十分な力で押し付けられることが望ましい。一方で、アーム１１による押し付け力が大きすぎると、移動体１が第１面９１Ｓに向けて強く押さえつけられ、移動体１が移動できなくなる。従って、アーム１１による押し付け力は、適切な範囲に設定されることが望ましい。

従来、アーム１１による押し付け力は、アクチュエータ３１の出力を調整することで制御されていた。例えば、ユーザは、移動体１の位置情報又はカメラ５６の映像などを見ながら、アクチュエータ３１の出力を調整していた。具体的な一例として、まず、ユーザは、アクチュエータ３１の出力を高めに設定し、アーム１１を第２面９２Ｓに確実に押し付ける。次に、移動体１が移動できるように出力を低減させていく。これにより、移動体１の落下を防止しつつ、移動体１が移動できるように、アーム１１による押し付け力が設定されていた。

一方で、第１構造物９１と第２構造物９２の構造に応じて、第１面９１Ｓと第２面９２Ｓとの間の距離は変化する。また、第１構造物９１又は第２構造物９２に凹凸が存在すると、その凹凸に応じて第１面９１Ｓと第２面９２Ｓとの間の距離が変化する。距離が変化すると、アーム１１を第２面９２Ｓに接触させた際の角度θも変化する。
図５に表したように、アーム１１による押し付け力Ｆ_Ｐは、角度θが大きくなるほど増大する。アクチュエータ３１の出力を変化させることで角度θは変化するが、アクチュエータ３１の出力のみでは、実際の角度θの予想が困難である。特に、角度θが大きい場合、僅かな角度θの変化で押し付け力が大きく変化する。このため、押し付け力の調整がより困難となる。

実施形態に係る移動体１は、角度検出器４１を備える。角度検出器４１は、本体部１０に対するアーム１１の角度を検出する。例えば、角度検出器４１により検出された角度がユーザに向けて出力されることで、ユーザは角度を確認しながらアクチュエータ３１の出力を変更できる。角度θが確認できることで、実際にどの程度の力が出力されているか、ユーザが把握し易くなる。これにより、ユーザは、移動体１をより安定して移動させることができる。

弾性部材２１は、引っ張りバネであることが望ましい。すなわち、弾性部材２１は、アーム１１に対して、角度θが小さくなる方向に弾性力を加えることが望ましい。こうすることで、アクチュエータ３１からアーム１１に力が伝わらなくなったときに、弾性力により角度θが小さくなる。すなわち、アクチュエータ３１が機能しなくなった場合でも、アーム１１が自動的に収納位置に移動する。

アーム１１が収納位置に移動することで、検査ユニット６０も本体部１０上に収納される。例えば、アクチュエータ３１が機能しなくなった場合、アーム１１による押し付け力Ｆ_Ｐが低下する。押し付け力Ｆ_Ｐが低下すると、移動体１の状態によっては、移動体１が落下する。検査ユニット６０が本体部１０上に収納されることで、検査ユニット６０が本体部１０から離間している場合に比べて、検査ユニット６０が損傷する可能性を低減できる。

角度検出器４１は、検出したアーム１１の角度θを制御部５に送信しても良い。制御部５は、検出した角度θに応じて、アクチュエータ３１を制御して押し付け力Ｆ_Ｐを調整する。以下では、アクチュエータ３１が動力シリンダである場合の具体的方法の一例を説明する。

図６は、第１実施形態に係るロボットの一部を模式的に表す側面図である。
図６において、θ_１は、本体部１０に対するアーム１１の角度を表す。Ｔは、アーム１１に対して働く弾性部材２１によるトルクを表す。Ｌは、アーム１１の長さを表す。Ｆ_Ｃは、制御部５から指令された、アクチュエータ３１の出力の指令値を表す。Ｆ_Ｐは、アーム１１の端部（検査ユニット６０のローラ６３）から第２面９２Ｓに伝わる鉛直方向の力を表す。θ_２は、本体部１０に対するシリンダアーム３１ａの角度を表す。

トルクＴは、角度θ_１に依存する。弾性部材２１が伸長状態にある場合、角度θ_１が大きくなるほど、トルクＴは大きくなる。トルクＴと角度θ_１との関係を表す式を、Ｔ（θ_１）とする。シリンダアーム３１ａの長さと、本体部１０からアーム１１とシリンダアーム３１ａの連結部分までの長さと、は同じとする。シリンダアーム３１ａの長さに対する長さＬの比を、Ｒとする。角度θ_１、角度θ_２、関数Ｔ（θ_１）、長さＬ、押し付け力Ｆ_Ｐ、及び指令値Ｆ_Ｃの関係は、以下の式１（第１式）で表される。

例えば、長さＬ、関数Ｔ（θ_１）、及び押し付け力Ｆ_Ｐは、ユーザにより予め設定される。例えば、角度θ_２は、角度θ_１と等しくなるように構成される。制御部５は、これらの値と、検出された角度θ_１と、を式１に代入することで、指令値Ｆ_Ｃが算出される。すなわち、制御部５は、予め設定されたＦ_Ｐを実現させるために必要な、アクチュエータ３１による指令値Ｆ_Ｃを算出する。制御部５は、指令値Ｆ_Ｃが出力されるように、アクチュエータ３１を制御する。

制御部５が参照する式は、外乱（外的作用）を考慮して設定されていても良い。図６において、Ｎは、移動体１が第２面９２Ｓから受ける垂直抗力を表す。垂直抗力Ｎは、押し付け力Ｆ_Ｐと等しい。ここでは、弾性部材２１がアーム１１に連結されていない状態を考える。角度θ_１が角度θ_２と等しいとき、外乱の無い状態では、以下の式２が成立する。

実際には、外乱が存在する。ここで、アクチュエータ３１に関する外乱をΔＦ_Ｃとする。アーム１１に関する外乱をΔａとする。これらの外乱は、アーム１１及びアクチュエータ３１の製造に係る公差、アーム１１及びアクチュエータ３１を他の構成要素と連結させる際の公差などに起因する。垂直抗力Ｎは、外乱を考慮して、以下の式３で表される。

ΔＦ_Ｃ及びΔａは、例えば、以下の手順により算出される。まず、指令値Ｆ_Ｃを変化させたときの、角度θ_１及び実際の垂直抗力Ｎの変化を測定する。角度θ_１は、例えば角度θ_２と等しい。垂直抗力Ｎは、押し付け力Ｆ_Ｐと等しい。押し付け力Ｆ_Ｐは、例えば、検査ユニット６０に力検出器を設けることで検出できる。

式２に、角度θ_１、角度θ_２、及び指令値Ｆ_Ｃを代入して、垂直抗力Ｎの予測値を算出する。式２から算出される垂直抗力の予測値をＮ_Ｐとする。予測される垂直抗力Ｎ_Ｐと実際の垂直抗力Ｎとの差を、以下の式４のように、ａ（θ_１）の関数とみなす。

対応する角度θ_１、角度θ_２、指令値Ｆ_Ｃ、垂直抗力Ｎ、及び垂直抗力Ｎ _Ｐの組を複数用意する。それぞれの変数の組を式４に代入し、複数の式を最も良く表すことができるΔＦ_Ｃを決定する。次に、垂直抗力Ｎ _Ｐと垂直抗力Ｎとの差から外乱ΔＦｃａ（θ_１）を引いた値を、以下の式５のように、（Ｆ_Ｃ＋ΔＦ_Ｃ）の関数とみなす。

上述したそれぞれの変数の組を式４に代入し、複数の式を最も良く表すことができるΔａ（θ_１）及びＣを決定する。決定されたΔＦ_Ｃ、Δａ（θ_１）、及びＣを式３に代入する。これにより、外乱が考慮された式が得られる。この式３を用いてアクチュエータ３１の指令値Ｆ_Ｃを決定することで、実際に出力される押し付け力Ｆ_Ｐを、予め設定された値により近づけることができる。

アーム１１に弾性部材２１が連結されているときは、式１のように、関数Ｔ（θ_１）及び長さＬを含む項を式３に追加すれば良い。式３には、さらに、図６に表した移動体１の自重ｍ、及び重力加速度ｇが考慮されても良い。αは、図４（ａ）に表したように、移動体１の第１面９１Ｓ上における位置（角度）を表す。このとき、垂直抗力Ｎは、以下の式６（第２式）で表わされる。

これにより、外乱が考慮された式が得られる。この式６を用いてアクチュエータ３１の指令値Ｆ_Ｃを決定することで、実際に出力される押し付け力Ｆ_Ｐを、予め設定された値により近づけることができる。

図７は、アクチュエータへの指令値とアームによる押し付け力との関係を例示するグラフである。
図７において、横軸は、アクチュエータ３１への指令値Ｆ_Ｃを表す。縦軸は、実際に出力される押し付け力Ｆ_Ｐを表す。また、図７において、丸のプロットは、式６を用いた場合の、指令値Ｆ_Ｃと押し付け力Ｆ_Ｐとの関係を表す。四角のプロットは、式１を用いた場合の、指令値Ｆ_Ｃと押し付け力Ｆ_Ｐとの関係を表す。点線は、指令値Ｆ_Ｃと押し付け力Ｆ_Ｐとが一致する場合を示している。

図７から、式６を用いることで、押し付け力Ｆ_Ｐが指令値Ｆ_Ｃとほぼ等しくなっていることが分かる。すなわち、予め設定された押し付け力Ｆ_Ｐと同じ指令値Ｆ_Ｃをアクチュエータ３１へ入力することで、実際に出力される押し付け力を、予め設定された押し付け力Ｆ_Ｐに近づけることができる。

移動体１に、図２に表したように、押し付け力Ｆ_Ｐを検出する力検出器６５が設けられていても良い。制御部５は、力検出器６５による検出結果に基づいて、アクチュエータ３１を制御しても良い。制御部５は、力検出器６５の検出結果が予め設定された押し付け力に近づくように、アクチュエータ３１を制御する。

力検出器６５は、例えば、検査ユニット６０に設けられ、押し付け力Ｆ_Ｐを直接的に検出する。力検出器６５は、例えば、検査ユニット６０に設けられ、ローラ６３が第２面９２Ｓから受ける垂直抗力を直接検出する。又は、力検出器６５は、押し付け力Ｆ_Ｐを間接的に検出しても良い。例えば、力検出器６５は、アクチュエータ３１（エアシリンダ）の圧力等を検出し、その検出結果に基づいて、押し付け力Ｆ_Ｐを算出する。

以上では、アクチュエータ３１が動力シリンダである場合について説明した。上述した所定の押し付け力Ｆ_Ｐを得るための方法は、アクチュエータ３１が動力シリンダ以外である場合にも適用可能である。例えば、アーム１１の角度θを変化させ、押し付け力Ｆ_Ｐを調整できるアクチュエータ３１として、モータがある。

（第１変形例）
図８は、第１実施形態の第１変形例に係るロボットを模式的に表す側面図である。
図８において、Ｌは、移動体１ａのアーム１１の長さを表す。Ｔ_Ｓは、弾性部材２１からアーム１１に加えられるトルクを表す。長さＬと、角度θとトルクＴ_Ｓとの関係を表す関数Ｔ_Ｓ＝ｆ（θ）が予め設定される。このとき、押し付け力Ｆ_Ｐは、以下の式７で表される。

アーム１１のトルクをＴとすると、Ｆ_Ｔ＝Ｔ／Ｌである。また、アクチュエータ３１によるトルクをＴ_Ｍとすると、Ｔ＝（Ｔ_Ｓ－Ｔ_Ｍ）である。これらの関係から、式７は、以下の式８で表される。なお、ここでは、トルクＴ_Ｓについては、角度θを大きくする方向を正とし、トルクＴ_Ｍについては、角度θを小さくする方向を正としている。

式８を変形し、Ｔ_Ｓ＝ｆ（θ）で表すと、以下の式９が得られる。

アーム１１の長さＬ及び関数ｆ（θ）は、予め設定されているため、目標とする押し付け力Ｆ_Ｐがさらに設定されると、その押し付け力Ｆ_Ｐを得るために必要なアクチュエータ３１のトルクＴ_Ｍが定まる。

制御部５は、角度検出器４１で検出された角度が入力されると、予め設定された関数ｆ（θ）、式９を参照し、トルクＴ_Ｍを算出する。そして、制御部５は、算出されたトルクＴ_Ｍが出力されるよう、アクチュエータ３１を制御する。これにより、移動体の走行中に第１面９１Ｓと第２面９２Ｓとの間の距離が変化しても、予め設定された押し付け力Ｆ_Ｐを出力させることができる。これにより、押し付け力Ｆ_Ｐが大きすぎて移動体が移動出来なかったり、押し付け力Ｆ_Ｐが小さすぎて落下したりする可能性を低減できる。

また、アクチュエータ３１がモータである場合において、制御部５は、動力シリンダと同様に、外乱が考慮された式を参照しても良い。

（第２変形例）
図９は、第１実施形態の第２変形例に係るロボットの一部を表す模式図である。
図１～図３に表した移動体１は、弾性部材２１としてねじりコイルばねを有していた。これに対して、本変形例に係るロボットの移動体１ｂは、弾性部材２１としてコイルばねが設けられている。

弾性部材２１の一端は、本体部１０と連結され、弾性部材２１の他端は、アーム１１と連結されている。弾性部材２１の長さは、角度θに応じて変化する。すなわち、弾性部材２１は、角度θに応じたトルクをアーム１１に与える。

このように、弾性部材２１及びアクチュエータ３１は、アーム１１に対してトルクを与えることができるものであれば、その具体的構成は適宜変更可能である。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係るロボットを模式的に表す側面図である。
図１１は、第２実施形態に係るロボットを模式的に表す平面図である。
第２実施形態に係るロボット２００は、図１０及び図１１に表したように、複数のアームを備える。具体的には、第２実施形態に係るロボット２００は、第１実施形態に係るロボット１００に対して、アーム１２及び１３、弾性部材２２及び２３、アクチュエータ３２及び３３、角度検出器４２及び４３をさらに備える。

アーム１２及び１３のそれぞれの一端は、本体部１０に対して回動可能である。アーム１２及び１３の他端は、それぞれ、ローラ１２ｂ及び１３ｂを介して第２面９２Ｓに接触する。アーム１２及び１３は、検査ユニット６０が設けられていない点で、アーム１１と異なる。

アーム１２には、弾性部材２２及びアクチュエータ３２が連結され、アーム１３には、弾性部材２３及びアクチュエータ３３が連結される。アクチュエータ３２及び３３は、例えば、モータである。アーム１２及び１３には、検査ユニット６０が設けられていないため、アクチュエータ３２及び３３の出力は、アクチュエータ３１の出力より小さくて良い。

アーム１２及び１３は、それぞれ、アクチュエータ３２及び３３の回転軸３２ａ及び３３ａを中心に回動する。角度検出器４２及び４３は、それぞれ、本体部１０に対するアーム１２及び１３の角度を検出する。

図１２及び図１３は、第２実施形態に係るロボットの動作を模式的に表す側面図である。
例えば、第１面９１Ｓ又は第２面９２Ｓには、図１２及び図１３に表したように、突起９５が存在する場合がある。例えば、第１構造物９１と第２構造物９２が発電機の一部である場合、第２面９２Ｓには、バッフルと呼ばれる突起が存在する。突起９５が存在する場合に、アーム１１を第２面９２Ｓに当接させながら移動していると、アーム１１が突起９５に引っ掛かり、移動できなくなる可能性がある。

そこで、第２実施形態に係るロボット２００では、移動体２に複数のアームが設けられている。例えば、図１２（ａ）～図１２（ｅ）及び図１３（ａ）～図１３（ｄ）に表したように、突起９５の位置と、移動体２の進行方向Ａ１又はＡ２と、に合わせて、アーム１１～１３の一部を折り畳むことで、アームが突起９５と接触することを回避できる。また、アーム１１～１３の一部を折り畳んでいる間は、別のアームが第２面９２Ｓを押し付けるため、移動体２の姿勢を維持し、移動体２の落下等を防止できる。

角度検出器４１～４３は、それぞれ、アーム１１～１３の角度をユーザに向けて出力する。ユーザは、その出力結果を確認しながら、アクチュエータ３１～３３を制御し、アーム１１～１３の角度θを調整する。これにより、移動体２をより安定して移動させることができる。

または、制御部５は、アーム１１～１３のそれぞれの角度に基づいて、アクチュエータ３１～３３を制御しても良い。例えば、制御部５は、各アームによる押し付け力の合計が、予め設定された値となるように、アクチュエータ３１～３３の動作を制御する。また、制御部５は、アーム１１～１３の一部が折り畳まれている間、アーム１１～１３の別の一部で所定の押し付け力Ｆ_Ｐ１が実現されるよう、アクチュエータ３１～３３を制御する。

便宜的な一例として、アーム１１～１３が全て第２面９２Ｓに当接している場合、制御部５は、アーム１１～１３のそれぞれの押し付け力Ｆ_Ｐが、Ｆ_Ｐ１／３となるように、アクチュエータ３１～３３を制御する。アーム１１が折り畳まれ、アーム１２及び１３が第２面９２Ｓに当接している間、制御部５は、アーム１２及び１３のそれぞれの押し付け力Ｆ_Ｐが、Ｆ_Ｐ１／２となるように、アクチュエータ３２及び３３を制御する。

この制御方法によれば、いずれかのアームを折り畳んでいる間も、移動体２が十分な力で第１面９１Ｓに向けて押さえ付けられる。このため、移動体２の落下等をより確実に防止できる。

なお、ここでは、移動体２が３つのアームを備える場合を説明したが、移動体２が備えるアームの数は任意である。また、上述した各実施形態では、アームが１つの回動軸のみを備えた１リンク構造である場合を説明した。しかし、各実施形態に係るロボットの構造は、この例に限定されない。アームは、２つ以上のリンクを含んでいても良い。これにより、例えば、アームを本体部１０の上で折り畳んで収納した際に、アームが占める面積を小さくできる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１、１ａ、１ｂ、２移動体、５制御部、５ａケーブル、１０本体部、１０ａ車体、１０ｂクローラ、１１～１３アーム、１２ｂ、１３ｂローラ、２１～２３弾性部材、３１～３３アクチュエータ、３１ａシリンダアーム、３２ａ、３３ａ回転軸、４１～４３角度検出器、５２カメラ、５３計測器、５４位置検出部、５５照明器、５６カメラ、６０検査ユニット、６１、６２検査器、６３、ローラ、６５力検出器、９１第１構造物、９１Ｓ第１面、９２第２構造物、９２Ｓ第２面、９５突起、１００、２００ロボット

Claims

第１構造物と第２構造物との間において、前記第１構造物の第１面上を移動する本体部と、
前記本体部に対して回動可能に設けられ、前記第１面と対向する前記第２構造物の第２面に接触するアームと、
前記本体部及び前記アームに連結され、前記アームの回動方向に駆動する力を加える駆動機構と、
前記本体部に対する前記アームの角度を検出する角度検出器と、
前記アームから前記第２面に向けて加えられる力が、予め設定された第１力となるように、前記駆動機構の出力を制御する制御部と、
前記本体部及び前記アームに連結された弾性部材と、
前記アームに取り付けられ、前記第２構造物を検査するための検査ユニットと、
を備え、
前記アームは、前記検査ユニットを介して前記第２面に接触し、
前記弾性部材は、前記アームに対して、前記角度が小さくなる方向に弾性力を加える、ロボット。
前記アームから前記第２面に向けて加えられる前記力を検出する力検出器をさらに備え、
前記制御部は、検出された前記力が前記第１力となるように、前記駆動機構の前記出力を制御する請求項１記載のロボット。
前記駆動機構は、エアシリンダであり、
前記弾性部材は、ねじりコイルばねである請求項１又は２に記載のロボット。
前記制御部は、
前記本体部に対する前記アームの前記角度を表す項と、前記アームに対して働く前記弾性部材によるトルクを表す項と、前記アームの長さを表す項と、前記駆動機構の前記出力の指令値を表す項と、前記アームが前記第２面を押し付ける押し付け力を表す項と、前記駆動機構と前記アームとを連結するシリンダアームの前記本体部に対する角度を表す項と、を含む第１式を参照し、
前記第１式を用いて、予め設定された押し付け力が出力されるように、検出された前記角度に基づいて前記出力を決定する、
請求項１記載のロボット。
前記制御部は、
前記本体部に対する前記アームの角度を表す項と、前記アームに対して働く前記弾性部材によるトルクを表す項と、前記アームの長さを表す項と、前記駆動機構の前記出力の指令値を表す項と、前記アームが前記第２面を押し付ける押し付け力を表す項と、前記本体部に働く重力加速度を表す項と、前記本体部の自重を表す項と、前記駆動機構に関する外乱を表す項と、前記アームに関する外乱を表す項と、前記本体部の前記第１面上における位置を表す項と、を含む第２式を参照し、
前記第２式を用いて、予め設定された押し付け力が出力されるように、検出された前記角度に基づいて前記指令値を決定する、
請求項１記載のロボット。
複数の前記アームと、
前記複数のアーム及び前記本体部にそれぞれ連結された複数の前記駆動機構と、
前記本体部に対する前記複数のアームのそれぞれの角度を検出する複数の前記角度検出器と、
を備えた請求項１～５のいずれか１つに記載のロボット。
第１構造物と第２構造物との間において、前記第１構造物の第１面上を移動する本体部と、
前記本体部に対して回動可能に設けられ、前記第１面と対向する前記第２構造物の第２面に接触する複数のアームと、
前記本体部及び前記複数のアームにそれぞれ連結され、前記アームの回動方向に駆動する力を加える複数の駆動機構と、
前記本体部に対する前記複数のアームの角度をそれぞれ検出する複数の角度検出器と、
前記本体部が前記第１面上を移動している間に、前記複数のアームの一部を前記第２面から離間させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数のアームから前記第２面に向けて加えられる力の合計が、予め設定された第１力となるように、前記複数の駆動機構の出力を制御する、ロボット。
前記第１構造物は、柱状であり、
前記第２構造物は、筒状であり、前記第１構造物の周りに設けられる請求項１～７のいずれか１つに記載のロボット。