JPH068163A - 組織型群制御ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一つのロボットで種々の目的、環境等に応じ
て必要な機能を得られるようにする。 【構成】 関節ホロン２，３を多数直列につないで連結
体１とし、この連結体１を多数組み合わせてロボット２
０を構成すると共に、ホロン２，３の一部をクランプ機
能を有するクランプホロン１５とする。各関節ホロン
２，３，１５間は自由度をもって連結され、各関節ホロ
ンがアクチュエータとしての機能をもつことから、連結
体１を曲げあるいは伸ばすことにより種々の形態をとる
ことができ、しかもクランプホロン１５を床面等に固定
することにより、変態の際の重心の移動によるロボット
２０の転倒も防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機能要素を多数連結あ
るいは組合せてなる組織型群制御ロボットに関し、特に
小型化してマイクロロボットとし、発電プラント等の機
器や配管の検査、補修などに適用して極めて有効なもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボットは、特定の作業対象や作
業目的、作業環境に応じて専用化されたものがほとんど
である。したがって、作業目的等が変わると全く適用不
可能であったり、ハードウェアのかなりの部分を新しく
設計し直す必要があったりした。また、機能も専用化さ
れていることが多く、対象が同一でも作業目的や要求を
変えると、ソフトウェアのみならず、ハードウェアも変
更しなければならず、全体システムの作り直しを余儀な
くされる場合もあった。このように、従来のロボット
は、適用対象や環境、作業目的の変化に対するフレキシ
ビリティが極めて不足しているのが実情であった。

【０００３】ところで、一般に機械は微小化すると必然
的にその機能が大幅に低下する傾向にある。一方、発電
プラント等のメンテナンスに使用するロボットは、狭隘
箇所等の点検等のため、超小型化が要求されると同時
に、そのアクセス対象までの様々な移動環境の形態や寸
法等の制約の中での移動機能やアクセス対象の検査をす
るための運動機能を備えていることが要求される。つま
り、超小型化に伴って起こる機能の制約と、ニーズ側か
らの高い機能要求という相互の矛盾した問題を解決でき
るロボットが必要なのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決し得る
ロボットの開発に当り、動き、機能の参考となる生物や
生体を考察してみると、生物や生体が群を形成している
場合、その群を形成する形態としては、ロボットとの対
比の観点でみると、大別して二種類あると考えられる。
一つは、「ありの群れ」に代表されるように固体が分離
独立した形で群を形成する場合であり、もう一つは、生
体のサンゴや筋肉のように固体が組織化されて強く相互
に結合した形で群を形成している場合である。

【０００５】本発明は、上記後者の分類をなす形態に着
目し、固体（要素）を組織化して群とし、全体が一つの
ロボットを構成するようにすることにより、前述の相互
矛盾を解決しようというものである。

【０００６】なお、同様の目的を達成し、得るロボット
として、動的再構成可能ロボットシステム（第６回ロボ
ット学会学術講演会（昭和６３年１０月２０〜２２日）
３５０１「動的再構成可能ロボットシステムに関する研
究」）が提案されている。これは、ロボットシステムを
自律的機能を有するセル（運動セル、屈曲セル、回転セ
ル、スライドセルなど）に分割し、これらのセルを、シ
ステム作業目的や作業環境に応じて最適な形に再構成す
るというものである。

【０００７】本発明は、主に同一又は同種の機能を持つ
要素を多数連結することで、様々な目的、環境に応じて
必要となるロボットの機能を、上記提案のものとは異な
り要素を組替えることなく実現しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、同一又は同種の機能を持った機能要素
を多数連結すると共に、一部の機能要素にクランプ機能
を持たせて組織型群制御ロボットを構成したのである。

【０００９】

【作用】このロボットは、同一または同種の機能を持つ
機能要素を多数連結して構成され、各機能要素が回転ま
たは屈折の機能を持っているので、その全体を大きく変
えること（変態）ができ、様々な作業対象や環境の変化
に対応することができる。また、一部の機能要素にクラ
ンプ機能を発揮させることにより、重心の移動によりロ
ボットが転倒してしまったり、流体中の作業でロボット
が流されてしまったりすることがない。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例に係る組織型群制御ロボッ
トの外観を図１に示す。このロボット２０は、機能要素
としての関節ホロンを多数直列に連結してなる連結体
（ホロニックメカニズム）１を８本、その一端側で環状
に並列に連結して構成されている。図２には平面的に表
した様子を示す。

【００１１】各連結体１は、大型の関節ホロン２に多数
の小型の関節ホロン３を直列に連結してなっている。関
節ホロン２，３は同様の機能を有している。各連結体１
の大型の関節ホロン２の隣り合うもの同士が直接あるい
はエネルギホロン４を介して連結され、根元部が構成さ
れている。根元側に大型の関節ホロン２を配するのは、
根元部では先端部に比べて、駆動力の大きいものが必要
となるからである。

【００１２】各関節ホロン２，３は、インテリジェント
コネクタ２ａ、制御通信回路２ｂ、ドライブ機構２ｃな
どを備えており、他のホロンと自由度をもって結合さ
れ、かつ制御されて、駆動する機能を有している。ドラ
イブ機構としては、例えば、一方をステータ、他方をロ
ータとして回転させるアクチュエータが採用される。ア
クチュエータの駆動型式としては、電磁型、静電型、超
音波型などが考えられる。また、各ホロン２，３は、そ
の外形容積が５３０ｍｍ³ 以下（球形の場合直径が１０
ｍｍ以下）となるように構成される。

【００１３】根元部の大型関節ホロン２の内側には、ロ
ボット全体の制御に係わる知能回路の入った知能ホロン
５が設けられる。また、検査のためのＵＴセンサの入っ
たＵＴホロン６、その格納のためのセンサボックス７、
作業のためのツールの入ったツールボックス８なども設
けられる。さらに、経路や環境認識のための視覚センサ
の入った視覚ホロン９を先端に備える連結体１０がつな
がる通信ホロン１１が設けられる。通信ホロン１１は、
視覚ホロン９による検出結果等に基づき、他のロボット
や上位の制御装置との通信を行うものである。

【００１４】したがって、連結体１の先端に、必要に応
じ前記センサやツールを装着し、被検体１２の検査監視
などが行われるのである。図１中、１３は連結体１の先
端に装着されたＩＴＶカメラ、１４はＵＴセンサであ
る。なお、各ホロンの動き等に必要なエネルギは前述の
エネルギホロン４のバッテリーより供給される。

【００１５】この実施例に係るロボットは、８本の直列
の連結体１が中央部で並列に連結されて、中央部から放
射状に伸びた構成となっていることから、図２に示した
形態を基本形として形態を制御することで、８本のメカ
ニズムである連結体１は、対象や環境に応じてロボット
の脚にもなり、アームにもなり得る。

【００１６】このロボット２０は、種々形態を変えて、
例えば図３に示す如く円筒状となり、かつ重心を移動さ
せることによってころがり移動することができるのであ
るが、変態動作等の際、重心の移動によってロボット自
体が転倒しないことが必要である。また、当該ロボット
２０は、流体中でも使われるが、小型軽量であるがゆえ
に流体によって流されてしまうことがないようにしてお
く必要もある。そこで、関節ホロン３の一部をクランプ
機能を持ったクランプホロン１５としてある。本実施例
では、各連結体１の先端から二番目のホロンをクランプ
ホロン１５としてある。

【００１７】クランプホロン１５の具体的な構成を図４
から図７に示す。床面や壁面が磁性体であることが多い
ことから、ここでは、クランプ手段として電磁石を採用
している。つまり、略立方形をなすホロン本体１５ａの
周囲四面にそれぞれ電磁石１６を設けた構造となってい
るのである。電磁石１６は、図７に示すように鉄心１７
にコイル１８を巻いて一方向に電磁力を発生するように
構成される。４面の電磁石１６は選択的に作動させるこ
とができる。クランプ機能を発揮させたい面の電磁石１
６のコイル１８に選択的に電流を流し、電磁力を発生さ
せるのである。給電はエネルギホロン４よりコネクタを
通してなされる。電磁石１６を設ける面の数は、４面に
限られるものではなく、それより多くても少なくてもよ
い。なお、図中、１９は電磁石１６の回りに設けた被磁
性体であり、１５ｂはホロン同士の接続部である。

【００１８】次に、上記のようなクランプホロン１５を
備えた当該ロボット２０の動作例を示す。図８には平ら
な床面２１上でロボット２０が起き上がろうとしている
状態を示す。複数の連結体１の各先端から二つ目のクラ
ンプホロン１５がその電磁力により床面２１に吸着して
他の部分の反力受となり、ロボット２０の変態により重
心が接地領域外に移動しても転倒することはない。な
お、図では、クランプホロン１５を略図的に球形で示し
てあるが、実際には電磁石を備えた面を有する。また、
床面に吸着しているクランプホロンを符号「１５」にア
ンダラインを付して示してある。

【００１９】図９ないし１１には当該ロボット２０の他
の動作例を示す。図９に示すものは、クランプホロン１
５が壁面２２に吸着し、ロボット２０が壁面２２を昇降
する場合のものである。壁面２２に吸着させるクランプ
ホロン１５を順次交替して行くことにより壁面２２を昇
降する。

【００２０】図１０に示すものは、ロボット２０が、管
２３内の流体中で位置姿勢の保持を行っている場合を示
す。クランプホロン１５が管２３内面に吸着することに
より、流体に流されることなく姿勢を保持する。ロボッ
ト２０の移動は、ロボット２０全体を保持するのに十分
なクランプホロン数を残して他のクランプホロン１５を
解放し、次のクランプ位置に連結体１を伸ばして再びク
ランプする。すべての連結体１の先端部がクランプされ
た状態で、連結体１を屈伸させることにより移動するこ
とができる。次に、前回とは異なるクランプホロン１５
を解除し、同様の動作を行う。なお、管２３の内径が大
きいときには、壁面の移動と同じ要領で移動すればよ
い。

【００２１】図１１は、連結体１の先端の検査用ホロン
２４の姿勢決めの補助にクランプホロン１５を使用した
例である。連結体１における先端から３番目のホロンを
クランプホロン１５とし、このホロン１５を管２５の内
面に吸着固定させ、ここを中心として検査用ホロン２４
を移動することができ、しかもクランプホロン１５が固
定されているので、被検部に対し正確に位置決めするこ
とができる。

【００２２】以上あげた実施例は例示であり、ホロンの
連結個数や連結方法を変えることにより、さらに種々の
組合せが可能である。なお、以上の実施例では、知能ホ
ロン、エネルギーホロン等を備えたケーブルレスの自律
型のものであるが、有索式として遠隔操作するものとし
てもよい。その場合には、知能ホロン、エネルギーホロ
ン等をロボット自体に組み込む必要はなくなる。また、
クランプホロンを設ける箇所や個数も実施例のものに限
られるものではない。さらに、クランプホロンの形状も
他の形状でもよく、クランプ手段も他の形式のものでも
よい。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る組織型群制御ロボットによ
れば、連結されている各機能要素の運動を制御すること
で、移動や検査のために必要な様々の形態や機能をロボ
ットを組み替えることなく実現できる。したがって、小
型マイクロロボットとして具現化した場合には、各種プ
ラント等における機器配管の検査や補修などに極めて有
効となる。また、機能要素の一部をクランプ機能を有す
るものとしたので、変態の際に転倒したりすることがな
く、クランプ機能を利用して壁面や天井面なども移動で
きるようになる。また、流体中で流されたりすることが
ないだけでなく、流体中においても目的物等に対する確
実な移動が実現できる。さらに、クランプ機能を有する
機能要素により連結体の一部を固定することにより、先
端の検査要素等の位置決めが確実に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る組織型群制御ロボットの外観図
である。

【図２】一実施例ロボットの概略平面図である。

【図３】実施例ロボットを円筒状に変態させた場合の概
略平面図である。

【図４】クランプホロンの正面図である。

【図５】クランプホロンの側面図である。

【図６】クランプホロンの外観図である。

【図７】クランプホロンの電磁石を示す破砕断面図であ
る。

【図８】ロボットの立ち上がり動作状態の斜視図であ
る。

【図９】ロボットの壁面昇降動作状態の斜視図である。

【図１０】ロボットの管内動作状態の側面図である。

【図１１】連結体による管内検査状態の概略図である。

【符号の説明】

１ 連結体 ２，３ 関節ホロン ４ エネルギホロン ５ 知能ホロン １５ クランプホロン １６ 電磁石 ２０ ロボット

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 拓 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一又は同種の機能を持った機能要素を
   多数連結すると共に、一部の機能要素にクランプ機能を
   持たせたことを特徴とする組織型群制御ロボット。