JP2016033010A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】筒体から脱落することなく、確実に移動することが可能な移動ロボットを提供する。
【解決手段】本発明に係る移動ロボットは、表面が金属で構成された筒体上を軸方向に沿って移動する移動ロボットであって、本体部と、本体部の両側に配置され、回転駆動される少なくとも一対の車輪部と、本体部に取り付けられ、筒体を径方向外方から挟む一対の挟持部材を有する挟持部と、を備え、各車輪部は、基部と、基部から放射状に突出する複数の棒状部材と各棒状部材の先端に取り付けられた磁石と、を備え、筒体の表面に対する磁石の接触角度を調整可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動ロボットに関する。

従来より行われている一般的な橋梁の点検作業は、橋梁の下方に作業用足場を設置した上で行われていた。すなわち、橋梁の下方に作業用足場を敷き詰め、作業員が行き来できる環境を構築した上で、その足場から作業者が橋梁の下部を点検する。また、橋梁の下方が道路の場合には、その道路に高所作業車を設置して橋梁の下部の点検を行う。その他、クレーン式点検車を用いて点検作業が行われる場合もある。

しかしながら、このような作業では、作業用足場の設置、特殊車両の設置などの準備に時間を要するほか、作業者の負担が大きいという問題がある。これを解決するため、例えば、非特許文献１には、無限軌道と永久磁石とを搭載したロボットが開示されており、永久磁石によって橋梁鋼板版にロボットを吸着させつつ、無限軌道によって橋梁鋼板版に沿って移動するように構成されている。そして、このロボットに搭載されたカメラで橋梁の点検を行っている。

ところで、検査対象となる橋梁には、平坦な検査対象だけではなく、円筒体からなる検査対象も存在する。このような円筒状の検査対象は、ロボットとの接触状態が維持しがたく、これに起因して円筒体上での移動が難しかった。これに対して、例えば、特許文献１には、磁石を備えた一対の車輪を有する走行車が開示されており、この走行車においては、両車輪が円筒体の表面に垂直に当接するように車輪の角度が変更可能となっている。これにより、車輪を円筒体の表面にしっかりと固定することができる。

実開昭６２−３５２１１号公報

iXs Research Corp.、"橋梁鋼床版超音波探傷ロボット"、[online]、［平成２４年１１月２２日検索日］ インターネット＜http://www.ixs.co.jp/products/robot/saut-robot-j.html＞

しかしながら、上記特許文献１の移動ロボットは、単に、車輪によって円筒体を挟み込んでいるだけであるため、依然として軸方向への移動は不安定であり、橋梁の点検に用いることが難しかった。

このように、現在提案されている点検ロボットには、実用化に問題があり、円筒状の検査対象には使用することができないため、改良が要望されていた。また、このような問題は橋梁の検査のほか、金属で構成された円筒状の対象面を移動するようなロボット全般に起こり得る問題であり、さらには円筒に限らず、筒状に形成された対象面を検査する場合にも起こり得る問題である。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、筒体から脱落することなく、確実に移動することが可能な移動ロボットを提供することを目的とする。

本発明は、表面が金属で構成された筒体上を軸方向に沿って移動する移動ロボットであって、本体部と、前記本体部の両側に配置され、回転駆動される少なくとも一対の車輪部と、前記本体部に取り付けられ、前記筒体を径方向外方から挟む一対の挟持部材を有する挟持部と、を備え、前記各車輪部は、基部と、前記基部から放射状に突出する複数の棒状部材と、前記各棒状部材の先端に取り付けられた磁石と、を備え、前記筒体の表面に対する前記磁石の接触角度を調整可能に構成されている。

この構成によれば、各車輪部が、放射状に取り付けられた複数の棒状部材とその先端部に取り付けられた磁石とで構成されている。これにより、金属で構成された対象面に磁石によって移動ロボットを吸着させることができる。そして、車輪部の回転に伴って、いずれかの磁石が常に対象面に吸着しているため、移動ロボットが移動しても対象面から離脱するのを防止することができる。また、棒状部材は放射状に配置されているため、例えば、筒体の表面に段差が設けられている場合でも、この段差が隣接する棒状部材の間に入り込むため、段差を乗り越えることが可能となる。

また、筒体の表面に対して、車輪部の磁石の接触角度を調整可能に構成されている。したがって、筒体の径に合わせて、磁石の接触角度を最適に調整することができるため、対象面からの脱落を防止することができる。

さらに、筒体を径方向外方から挟む一対の挟持部材を有する挟持部を備えているため、本体部が、筒体からずれるのを防止することができ、本体部が筒体の軸方向に沿って確実に移動できるようにすることができる。例えば、挟持部が設けられていない場合、一方の車輪部に空回りなどの不備が生じると、本体部は他方の車輪部の駆動により旋回し、軸方向に進行できなかったり、あるいは筒体から離脱するおそれがある。これに対して、本発明のように、車輪部とは別に、筒体を挟む挟持部材を設けることで、左右の車輪部の回転数が相違したり、一方の車輪部に不具合が生じたり、あるいは筒体の表面の凹凸により左右の両車輪部の回転に相違が生じても、移動ロボットを軸方向に沿って確実に移動させることができる。そのため、この移動ロボットにカメラ、センサーなどを搭載すれば、作業員が直接検査できないような対象面であっても、移動ロボットによる検査が可能となる。

上記のように、本体部を、筒体の表面に対する前記磁石の接触角度を調整可能に構成するには、種々の方法があるが、例えば、次のようにすることができる。すなわち、本体部が、前記車輪部がそれぞれ取り付けられる一対の支持部材を備え、前記両支持部材を、角度を調整可能に構成する。これにより、両支持部材の角度を調整することで、２つの車輪部の角度を変更することができる。例えば、両支持部材のなす角度が０度である場合には、２つの車輪部は平行になるが、両支持部材の角度を変化させることで、車輪部の端部（磁石）が互いに向き合うようにすることができる。これにより、筒体を車輪部で挟むこともできる。

挟持部は、種々の構成にすることができるが、例えば、前記本体部から前記筒体の軸方向に延びるとともに、前記挟持部材が取り付けられる延長部を備えるように構成することができる。

また、本体部を一対の支持部材で構成する場合には、次のように挟持部を構成することができる。すなわち、前記挟持部が、前記本体部から前記筒体の軸方向に延びる一対の延長部材を備え、前記各延長部材に、前記挟持部材がそれぞれ取り付けられ、前記各延長部材を、前記各支持部材にそれぞれ取り付ける。こうすることで、両支持部材の角度が変わると、両挟持部材の角度も変更することができる。これにより、筒体の径に合わせて、両挟持部材の角度を変更し、筒体を挟むことができる。

上記各移動ロボットにおいて、前記挟持部に、前記筒体の表面に当接可能な少なくとも１つの補助車輪を備えることができる。これにより、挟持部を筒体に沿ってスムーズに移動させることができる。

上記各移動ロボットにおいては、前記車輪部を駆動するための信号を外部からの無線で受信する通信部をさらに備えることができる。このようにすると、移動ロボットを離れた位置から遠隔操作することができ、例えば、橋梁などの検査を容易に行うことができる。このほか、遠隔操作を行うのではなく、所定のルートを経るように自動的に移動するように構成することもできる。

上記各移動ロボットにおいては、前記車輪部の軸心と前記移動ロボットの重心との間の距離であって、前記筒体の軸方向に沿う距離を、１０ｍｍ以内とすることができる。これにより、移動ロボットの走行中のピッチングを低減することができる。

上記各移動ロボットにおいては、前記車輪部の軸心と前記移動ロボットの重心との間の距離であって、前記筒体の軸方向に沿う距離が、前記車輪部の軸心から前記延長部材の先端までの長さの１０％以内とすることができる。

本発明に係る移動ロボットによれば、筒体上を確実に移動させることができる。

本発明の一実施形態に係る移動ロボットの平面図である。 図１の正面図である。 図１の側面図である。 図１の移動ロボットの角度変更を説明するための正面図である。 図１の移動ロボットに用いられるモータドライバの構成の一例を示す回路図である。 図１の移動ロボットに用いられる不思議歯車機構の概略構成を示す図である。 磁石の磁力を検討するモデル図である。 図７のモデルにおける磁石の磁力と鋼材との距離との関係を示すグラフである。 傾斜した磁石の磁力を検討するモデル図である。 図９のモデルにおける磁石の磁力と鋼材との距離との関係を示すグラフである。 円筒体を移動する移動ロボットのモデル図である。 平坦な鋼板上を移動する移動ロボットのモデル図である。 ピッチングを検討した移動ロボットのモデルの側面図である。 図１３の平面図部ある。 ピッチ角度θの時間変化を示すグラフである。

発明の実施の形態

以下、本発明に係る移動ロボットの一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１はこの移動ロボットの平面図、図２は図１の正面図、図３は図１の側面図である。本実施形態に係る移動ロボットは、橋梁などの鋼材（金属）で構成された建造物の検査を行うためのものであり、特に、表面が金属で構成された円筒体上を移動しつつ、検査を行うものである。

図１に示すように、この移動ロボットは、本体部１と、この本体部１の両側に取り付けられた一対の車輪部２１，２２と、これら車輪部２１，２２をそれぞれ駆動する一対の車輪駆動部３１，３２と、を備えている。また、本体部１には、円筒体を挟むための挟持部８が取り付けられている。以下、各部材について詳細に説明する。なお、図２及び図３では、説明の便宜上、一部の部材を省略して記載している。

＜１．本体部＞
図１〜図３に示すように、本体部１は、一対の板状の支持部材１１、１２を備えており、これら支持部材１１、１２は、ヒンジ１３を介して互いに角度を調整可能に連結されている。そして、各支持部材１１、１２には、上述した車輪部２１，２２がそれぞれ取り付けられている。ここで、各支持部材１１、１２、各車輪部２１，２２、及び各車輪駆動部３１，３２は、概ね同一構成であるため、以下では、説明の便宜上、同一構成の部材について、図２の右側に配置された部材を第１，左側に配置された部材を第２と称することとする。例えば、図２の右側に配置された支持部材は第１支持部材１１と称し、左側に配置された支持部材は第２支持部材１２と称する。また、以下では、この移動ロボットが円筒体上を移動する方向を、前後方向または軸方向、それと垂直な方向、つまり支持部材１１，１２が並ぶ方向を幅方向または左右方向と称することがある。

まず、第１支持部材１１と第２支持部材１２との連結について説明する。各支持部材１１，１２は、矩形の板状に形成されており、一辺同士が対向するように配置され、ヒンジ１３によって連結されている。そして、両支持部材１１、１２の角度は、後述する角度調整機構４により調整可能となっている。

また、第１支持部材１１の下面には、車輪部２１、２２や角度調整機構４を駆動するためのメインコントローラ５が取り付けられており、このメインコントローラ５から後述する駆動用のＤＣモータへ駆動信号が送信される。また、このメインコントローラ５へは、同じく第１支持部材１１に取り付けられた受信機６から操作信号が送信される。そして、この受信機６に対しては、ロボット外部の送信機（図示省略）から操作のための無線信号が送信される。一方、第２支持部材１２には、電池ボックス７が設けられており、これが各ＤＣモータと他の電子機器の電源となる。

次に、角度調整機構４について、図４を参照しつつ説明する。図４は移動ロボットの角度変更を説明するための正面図である。同図に示すように、第２支持部材１２の上面には角度調整用の第３モータ４１が設けられており、この第３モータ４１の回転軸に第１リンク部材４２が固定されている。この第１リンク部材４２は、一方の端部が第３モータ４１の回転軸に固定され、他方の端部が第１支持部材１１側を向くように延びている。そして、この他方の端部には、第２リンク部材４３が揺動可能に連結されている。第２リンク部材４３は、一方の端部が第１リンク部材４２に連結され、他方の端部は、第１支持部材１１の上面に揺動可能に連結されている。

この構成により、第３モータ４１を駆動し、例えば、図４（ｂ）に示すように、第１リンク部材４２が第２支持部材１２から離れる方向に揺動すると、これに伴って第１リンク部材４２と第２リンク部材４３とのなす角が小さくなる。これにより、第２リンク部材４３が第２支持部材１２を第１支持部材１１に対して揺動させ、両支持部材１１，１２のなす角度が小さくなる。このように、第３モータを駆動し、第１リンク部材を揺動させることで、両支持部材の角度を調整することができ、これにより、車輪部２１，２２の角度も変更される。例えば、図４（ａ）に示すように、両支持部材１１，１２が平行に配置されている場合には、各車輪部２１，２２の先端部は平行であるが、図４（ｂ）に示すように、両支持部材１１，１２の角度が変わると、車輪部２１，２２の先端部の角度も変更され、曲面に沿うようになる。

＜２．車輪部及び車輪駆動部＞
次に、車輪部２１，２２及びこれを駆動する車輪駆動部３１、３２の構成について説明する。両車輪部２１，２２及び車輪駆動部３１、３２の構成は概ね同じであるため、以下では、第１支持部材１１に取り付けられた第１車輪部２１及び第１車輪駆動部３１について説明する。

図１〜図３に示すように、第１支持部材１１の下面には、第１車輪駆動部３１を構成する第１モータドライバ３１１、第１ＤＣモータ３１２、及び第１ギヤボックス３１３が取り付けられている。第１モータドライバ３１１は、メインコントローラ５、電池ボックス７、及び第１ＤＣモータ３１２と電気的に接続されており、メインコントローラ５から送信された駆動信号を受信するとともに、電池ボックス７から供給される電流により、第１ＤＣモータ３１２を駆動する。

第１モータドライバ３１１の構成は、特には限定されず、種々のものを挙げることができるが、例えば、図５に示すように、４個のＦＥＴと２個のＮＰＮトランジスタを用いた速度可変型Ｈブリッジ回路を採用することができる。

そして、第１ＤＣモータ３１２のドライブシャフト（図示省略）は、第１ギヤボックス３１３に連結されている。また、第１ギヤボックス３１３は、出力シャフト３１４を備えており、この出力シャフト３１４は第１支持部材１１の側方へ突出し、第１車輪部２１が連結されている。この構成により、第１ＤＣモータ３１２のドライブシャフトの回転が減速されて、出力シャフト３１４から出力される。第１ギヤボックス３１３は種々の構成が可能であり、通常の歯車のほか、遊星歯車機構や不思議歯車機構を用いたり、これらを適宜組み合わせることもできる。

ここで、一例を挙げると、図６に示すような不思議歯車と通常の歯車を組み合わせたギヤボックスを用いることができる。同図に示すように、不思議歯車機構は、サンギヤＧ１、プラネタリギヤＧ２、プラネタリキャリアＧ３、固定ギヤＧ４、及びアウターギヤＧ５を備えた遊星歯車機構を変形したものであり、遊星歯車機構のプラネタリギヤＧ２において、固定ギヤＧ４と噛み合う歯数が、アウターギヤＧ５と噛み合う歯数と等しいものである。この不思議歯車の減速比は、以下の式によって求められる。なお、Ｚ_SはサンギヤＧ１の歯数、Ｚ_Fは固定ギヤＧ４の歯数、Ｚ_OはアウターギヤＧ５の歯数である。

例えば、サンギヤＧ１の歯数Ｚ_Sを８，固定ギヤＧ４の歯数Ｚ_Fを５０，アウターギヤＧ５の歯数Ｚ_Oを４８とすると減速比Ｒ_gearは−１７４と算出され、逆回転方向に大幅に減速して回転する。モータトルクは，この減速機構によって（１７４×伝達効率η）倍に増大する。伝達効率ηは，クドリャフツェフの式において，個々の歯車間の伝達効率を一律ηgとすると，以下の式のように得られる。

例えば、ηg=９０％のときは，η=４２．３％と算出され，ηg＝８５％のときは、η=２１．６％と算出される。

また、減速比をさらに向上するため、第１ギヤボックス３１３には、不思議歯車の出力軸に小歯車を取り付け、この小歯車に大歯車を噛み合わせるとともに、この大歯車に出力シャフト３１４を取り付けることができる。一例として、小歯車の歯数を１６，大歯車の歯数を７２とすると、減速比は４．５となる。これにより、第１ギヤボックス３１３の減速比は７７４（＝１７２＊４．５）となる。

次に、第１車輪部２１について、図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、第１車輪部２１は、出力シャフト３１４に連結された円筒状の基部２１１と、この基部２１１から放射状に突出する８本の棒状部材２１２と、を備えている。すなわち、棒状部材２１２は、基部２１１の外周面から４５度おきに設けられており、各棒状部材２１２の先端には、磁石２１３が取り付けられている。但し、棒状部材２１２の数は適宜変更可能であり、例えば、８〜１０本（隣接する棒状部材２１２間の角度が４５〜３６°）とすることができる。これは、８本より少ないと、後述するように、車輪部２１，２２の回転位置によっては、２つの車輪部２１，２２のいずれにおいても磁石２１３，２２３が円筒体に吸着していない場合が起こり得るからであり、１０本より多いと、例えば、円筒体の表面に段差がある場合、棒状部材２１２間の隙間が狭くなりすぎて、この隙間に段差が入り込まない可能性があることによる。

磁石２１３は、内部空間を有する円筒状に形成されており、この内部空間に挿入されたネジ（図示省略）が、棒状部材２１２の先端にネジ止めされている。これにより、磁石２１３は、棒状部材２１２の軸周りに回転可能となっている。ここで用いられる磁石２１３は、永久磁石により構成される。その種類は特には限定されないが、例えば、ネオジム磁石を用いることができる。また、磁石２１３の表面には、必要に応じてゴム接着剤を塗布することができる。これは、磁石２１３と円筒体との間の滑りを抑制するためのものである。磁石２１３の円筒体（金属面）への吸着強度としては、例えば、１つの磁石２１３で支持できる物体の重量が大きいほど好ましい。例えば、ここで用いられる磁石２１３に要求される性能として、１つの磁石２１３が支持可能な重量が、移動ロボットの重量の１倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがさらに好ましく、３倍以上であることが特に好ましい。但し、これは、移動ロボットが円筒体にぶら下がった状態で移動するような過酷な条件での使用を想定したものであり、水平方向に延びる円筒体の上面を移動する場合には、移動ロボットの重量よりも小さくても構わない。

また、第１車輪部２１は回転をするため、磁石２１３は車輪部２１の回転に伴って、円筒体への吸着と離脱を繰り返す。したがって、磁石２１３の吸着が強すぎると、離脱できないという問題が生じるため、この点について検討する。

例えば、図７に示すように、直径８ｍｍ，厚さ５ｍｍで表面磁束密度が０．４５Ｔのネオジム磁石からなる磁石について検討すると、これが鋼材に吸着した場合、１５Ｎ以上の力を加えなければ引き離すことができない。そこで、磁石と鋼材との間に距離Ｌを設けると、図８に示すように、その距離Ｌに応じて磁力は低下する。なお、図８はネオマグ(株)の磁石空隔磁束密度・吸着力計算ツールを用いて得た結果をプロットしたものである。磁石との間の距離が０．４ｍｍのとき，磁力は１４．７Ｎとして得られる。なお、ここでは、磁石・鋼材間距離が著しく近い場合，理論的に解析困難になるため、０．０ｍｍ＜Ｌ＜０．４ｍｍの領域は、０．４ｍｍと同じ１４．７Ｎと仮定しモデル化する。そして、磁石と鋼材が面と面で接触している状態から、車輪部が少し回転（角度α）すると、図９のように磁石と鉄材間の距離が場所によって異なる。例えば、Ｌ＝ｃの場合、磁力Ｆｍは以下の式のように積分して得ることができる。ｃ＝０．４ｍｍの場合の数値計算した結果を図１０に示す。

ここで、ｒは磁石の半径である。α＝２２．５°のとき、Ｆｍ約１．２Ｎである。したがって、α＝０のときと比較して８％にまで低下しており、円筒体から磁石２１３を引き離す力は小さい。そのため、車輪部２１の基部２１１に作用させるトルクを調整し、磁石２１３の下面全体が円筒体１００に接触しているときに、これを円筒体１００から離間させる力を付与できれば、その後は、車輪部２１の回転により磁石２１３が円筒体から傾斜するため、磁力が低下していく。

＜３．挟持部＞
次に、挟持部８について説明する。図１〜図３に示すように、挟持部８は、各支持部材１１，１２にそれぞれ取り付けられた延長部材８１，８２と、各延長部材８１，８２にそれぞれ取り付けられた挟持部材８３１，８３２と、を備えている。すなわち、第１支持部材１１には、第１延長部材８１及び第１挟持部材８３１が取り付けられ、第２支持部材１２には第２延長部材８２及び第２挟持部材８３２が取り付けられている。

第１延長部材８１は、第１支持部材１１から後方へ延びる棒状の第１水平部８１１と、この第１水平部８１１の後端部から垂直（図２及び図３の上方）に延びる棒状の第１垂直部８１２と、を有するＬ字型に形成されている。また、第１垂直部８１２の先端部には第１補助車輪８４１が回転自在に取り付けられている。このとき、第１補助車輪８４１の第１支持部材１１の上面からの垂直方向の距離が、上述した第１車輪部２１の磁石２１３とほぼ同じ位置になるように、第１垂直部８１２の長さが設定されている。さらに、第１垂直部８１２の先端には、上述した第１挟持部材８３１が取り付けられている。第１挟持部材８３１は円弧状に形成された棒状の部材で構成され、第１垂直部８１２の先端から上方に向かって延びている。

第２延長部材８２及び第２挟持部材８３２も同様に構成されているが、第２挟持部材８３２は、第１挟持部材８３１と対象な形状に形成されている。すなわち、第１及び第２挟持部材８３１，８３２は、ともに幅方向の外側に向かって凸となるような円弧状に形成されており、これら挟持部材８３１，８３２によって、円筒体を下側から挟むようになっている。このとき、各挟持部材８３１，８３２は、円筒体の外周面に沿うように、変形可能（弾性変形あるいは塑性変形可能）な材料で形成されていることが好ましい。

＜４．移動ロボットの動作＞
以上のように構成された移動ロボットは、図１１に示すように、橋梁などの鋼材で構成された円筒体１００の表面を移動する。したがって、図示は省略するが、本体部１にカメラや各種センサ（例えば、温度センサー、渦電流式探傷プローブ、超音波センサー、レーダー探査システムなど）を取り付ければ、建造物の表面を検査することができる。

その際、作業者は、まず、移動ロボットを円筒体１００の表面に設置する。このとき、角度調整機構４を駆動することで、両支持部材１１，１２の角度を調整し、各車輪部２１の磁石２１３の先端面が円筒体１００に対して概ね平行に接するようにする。これにより、２つの車輪部２１、２２それぞれにおいていずれかの磁石２１３、２２３が円筒体１００に強固に吸着し、移動ロボットが円筒体１００に固定された状態となる。同時に、両挟持部材８３１，８３２により、円筒体１００を挟むようにする。両挟持部材８３１，８３２間の距離は、支持部材１１，１２の角度がつけられることで狭まるため、円筒体１００をしっかりと挟むことができる。また、各挟持部材８３１，８３２が変形可能であれば、円筒体１００の表面に沿うように適宜変形させてもよい。

こうして、移動ロボットが円筒体１００に装着されると、外部から無線の送信機により、操作信号を移動ロボットの受信機６に送信する。このとき、円筒体１００への設置を作業者が行うのではなく、移動ロボットを操作して、円筒体１００に装着することもできる。

そして、受信機６が信号を受信すると、この信号はメインコントローラ５に送信される。メインコントローラ５は、この信号を処理し、第１及び第２モータドライバ３１１，３２１にそれぞれ送信する。これらモータドライバ３１１，３２１には、正転又は反転の指令信号（以下、ＦＷＤ信号またはＢＷＤ信号という）とモータに掛かる電圧を制御するＰＷＭ信号とが送信される。例えば、受信機６が前進信号を受けると、メインコントローラ５から、ＦＷＤ信号と高Ｄｕｔｙ比のＰＷＭ信号が各モータドライバ３１１，３２１に送信される。これにより、第１及び第２ＤＣモータ３１２，３２２は、同じ回転数で正方向に回転する。

このとき、各車輪部２１，２２は回転し、それぞれの車輪部２１，２２で少なくとも１つの磁石２１３，２２３が円筒体１００に吸着するため、移動ロボットは、円筒体１００に吸着したまま移動できる。したがって、移動ロボットが円筒体１００に吊り下げられた状態での移動が可能となる。

また、円筒体１００上を移動するのみならず、平坦な鋼板（金属面）上を移動することもできる。この場合には、図１２に示すように、支持部材１１の下面を下側に向け、挟持部材８３１を鋼板Ｈから反対方向に延びるように配置した状態で、車輪部２１の磁石を鋼板Ｈに吸着させる。これにより、移動ロボットは、挟持部８を引きずりながら、鋼板上を移動することができる。このとき、右側の第１ＤＣモータと左側の第２ＤＣモータとで異なるＤｕｔｙ比のＰＷＭ信号を送信し、左右の車輪部の回転数に差が生じるようにすれば、移動ロボットは右側または左側に旋回する。

＜５．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、各車輪部２１，２２が、放射状に取り付けられた複数の棒状部材２１２，２２２とその先端部に取り付けられた磁石２１３，２２３とで構成されている。これにより、金属で構成された円筒体１００に磁石２１３，２２３によって移動ロボットを吸着させることができる。そして、車輪部２１，２２の回転に伴って、いずれかの磁石２１３，２２３が常に円筒体１００に吸着しているため、移動ロボットが移動しても円筒体１００から脱落するのを防止することができる。また、棒状部材２１２，２２２は放射状に配置されているため、例えば、円筒体１００の表面に段差が設けられている場合でも、この段差が隣接する棒状部材２１２，２２２の間に入り込むため、段差を乗り越えることが可能となる。

また、両支持部材１１，１２の角度を変更することで、円筒体１００の表面に対して、車輪部２１，２２の磁石２１３，２２３の接触角度を調整可能に構成されている。したがって、円筒体１００の径に合わせて、磁石２１３，２２３の接触角度を最適に調整することができるため、移動ロボットが円筒体１００からの脱落を防止することができる。特に、円筒体１００の径が小さい場合に有利であり、円筒体１００の外径が移動ロボットの幅よりも小さくても磁石２１３，２２３をしっかりと吸着させることができる。その際、円筒体１００の表面に対する磁石２１３，２２３の接触角度が垂直になるようにすると、磁石２１３，２２３が円筒体１００に強固に吸着するため、円筒体１００からの脱落を確実に防止することができる。例えば、円筒体１００の外径が移動ロボットの幅の２分の１以上であれば、移動ロボットを円筒体に対して、確実に吸着させることができる。

さらに、円筒体１００を径方向外方から挟む一対の挟持部材８３１，８３２を有する挟持部８を備えているため、本体部１が、円筒体１００からずれるのを防止することができ、本体部１が円筒体１００の軸方向に沿って確実に移動できるようにすることができる。例えば、左右の車輪部２１，２２の回転数が相違したり、一方の車輪部２１，２２に不具合が生じたり、あるいは円筒体１００の表面の凹凸により左右の両車輪部２１，２２の回転に相違が生じても、一対の挟持部材８３１，８３２により、移動ロボットの進行方向が曲がるのを防止できるため、移動ロボットを軸方向に沿って確実に移動させることができる。

なお、上記実施形態では、水平方向に延びる円筒体１００の下面に移動ロボットを取り付けたが、円筒体１００の上面や側面に移動ロボットを取り付けることもできる。また、円筒体１００が垂直や斜めに延びる場合であっても当然に移動ロボットは脱落することなく移動することができる。

ところで、本発明者は、上記移動ロボットが走行中に、本体部１の車輪部２１，２２の軸心を中心として、延長部材８１，８２が振動する、いわゆるピッチングと称される現象が生じる場合があることを見出した。移動ロボットの走行中に、このようなピッチングが頻繁に生じると、移動ロボットが走行面、特に、円筒体１００から脱落するおそれがある。そこで、ピッチングを低減する方法について、以下の通り、検討した。

図１３に示すように、ピッチングが生じると、延長部材８１，８２は、車輪部２１，２２の軸心を中心としてピッチ角度θで振動する。ここで、本発明者は、図１４に示すように、平面視において、車輪部２１，２２の軸心Ｓと、移動ロボットの重心位置Ｇとの前後方向の距離Ｌｇ（幅方向の中心を通る直線Ｎ上の距離）によって、ピッチングが変化することを見出した。そこで、上記距離Ｌｇを−５ｍｍ，０ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ，１２．５ｍｍ，１５．０ｍｍ（マイナスは軸心Ｓよりも図１４の左側）と変化させた６種類の移動ロボットに平坦な天井面１００を走行させ、ピッチ角度θ（°）の５秒間の変化を求めた。但し、各移動ロボットの重量を３８０ｇ、移動ロボットの全長Ｌｘを１８０ｍｍ、車輪部２１，２２の直径を１１０ｍｍ、車輪部２１，２２の軸心Ｓから延長部材８１，８２の水平部８１１，８２１の先端部までの長さＬｋを１２５ｍｍとした。結果は、図１５に示すとおりである。

図１５に示すように、距離Ｌｇの絶対値が大きくなるほど、ピッチングが発生し、且つピッチ角度θが大きくなることが分かる。これは、移動ロボットの重心Ｇが車輪部２１，２２の軸心Ｓよりも後方にあると、延長部材８１，８２が天井面１００から離れやすくなるためである。したがって、移動ロボットの重心Ｇは、車輪部２１，２２の軸心Ｓにできるだけ近く、距離Ｌｇの絶対値が１０ｍｍ以下であることが好ましい。あるいは、距離Ｌｇを、車輪部２１，２２の軸心Ｓから延長部材８１，８２の水平部８１１，８２１の先端部までの長さＬｋの１０％以内としてもよい。

特に、重心Ｇが軸心Ｓよりも前方にあると（延長部材８１，８２とは反対側）、延長部材８１，８２が天井面１００に接しやすくなるため、ピッチングを低減することができる。但し、重心Ｇを軸心Ｓよりも過度に前方に配置することは、移動ロボットの構造上難しい。この観点から、距離Ｌｇは、−５ｍｍ以上１０ｍｍの範囲であることが好ましく、−５ｍｍ以上０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

なお、上記のように、走行中のピッチングを低減するには、距離Ｌｇを小さく、特に、重心Ｇを軸心Ｓよりも前方に配置することが好ましいが、そのためには、例えば、図１４の例では、メインコントローラ５、受信機６、電池ボックス７、モータドライバ３１１，３２１などを、車輪部２１，２２の軸心Ｓに近い位置、特に軸心Ｓよりも前方（延長部材８１，８２とは反対側）に配置することが好ましい。

＜６．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

＜６．１＞
上記実施形態では、本体部１に一対の車輪部２１，２２を設けているが、二対以上の車輪部を設けることもできる。

＜６．２＞
上記実施形態では、２つの支持部材１１，１２を設けているが、例えば、３以上の支持部材を連結して角度が変更できるようにしてもよい。

＜６．３＞
上記実施形態では、車輪部２１，２２の角度を変更するために、支持部材１１，１２の角度を変更しているが、その方法は特には限定されず、上記実施形態以外の方法でもよい。また、両支持部材１１，１２の角度を変更する代わりに、例えば、支持部材１１，１２に対する車輪部２１，２２の角度を変更できるようにしてもよい。あるいは、棒状部材２１２，２２２や磁石２１３，２２３の取り付け角度が変わってもよい。

＜６．４＞
また、補助車輪８４１，８４２は必ずしも必要ではなく、これを設けない構成にすることもできる。但し、補助車輪８４１，８４２を設けると、円筒体１００上をスムーズに移動することができる。

＜６．５＞
上記実施形態では、挟持部材８３１，８３２は、支持部材１１，１２と連動して変位するように構成されているが、支持部材１１，１２とは独立して挟持部材８３１，８３２間の距離を変更できるようにしてもよい。また、挟持部８及び挟持部材８３１，８３２の構成も特には限定されず、円筒体を挟めるように構成されていればよい。したがって、例えば、延長部材８１，８２と同様の構成の１つの延長部を設け、ここに挟持部材８３１，８３２を設けることもできる。あるいは、延長部材８１，８２を設けず、本体部１に直接、挟持部材８３１，８３２を設けることもできる。

＜６．６＞
また、上記実施形態では、各車輪部２１，２２に対して、それぞれ駆動部としてのモータ３１２，３２２を設け、各車輪部２１，２２が独立して駆動するように構成しているが、これに限定されない。例えば、１つのモータですべての車輪部を駆動することもできる。この場合、１つのモータで複数の車輪部が駆動できるような連結機構、操舵機構を設ける必要がある。そして、モータの数に合わせてモータドライバの数も適宜変更することができる。

＜６．７＞
上記実施形態では、移動ロボットを無線で操作しているが、無線を使わず、自動運転するように、メインコントローラを設定し、移動ロボットが指定されたルートを通るようにしてもよい。

＜６．８＞
上記実施形態で示した電池ボックス７、メインコントローラ５、受信機６、モータドライバ３１１、３２１、モータ３１２，３２２、ギヤボックス３１３，３２３などの位置は、適宜変更することができ、本体部のいずれかの位置に配置されていればよい。また、本体部１の形態も上述したものに限定されず、電池ボックス７、モータ３１２，３２２などの上述した部材を支持できる形態であればよく、上述した以外の態様であってもよい。また、複数に分割されていてもよい。

＜６．９＞
上記実施形態の移動ロボットは、橋梁などの点検用のロボットとして説明したが、これに限定されるものではなく、鋼材などの金属製の対象面上を移動するロボット全般に適用することができる。したがって、検査用に限らず、搬送用のロボット、狭領域未知空間マッピングロボットなどにも適用することができる。

＜６．１０＞
上記実施形態では、検査対象面が円筒体１００であったが、断面が多角形状の筒体であれば、本発明に係る移動ロボットを適用することができる。

１ ：本体部
１１ ：第１支持部材
１２ ：第２支持部材
２１ ：第１車輪部
２２ ：第２車輪部
８ ：挟持部
８１ ：第１延長部材
８２ ：第２延長部材
８３１ ：第１挟持部材
８３２ ：第２挟持部材

Claims (8)

1. 表面が金属で構成された筒体上を軸方向に沿って移動する移動ロボットであって、
   本体部と、
   前記本体部の両側に配置され、回転駆動される少なくとも一対の車輪部と、
   前記本体部に取り付けられ、前記筒体を径方向外方から挟む一対の挟持部材を有する挟持部と、
   を備え、
   前記各車輪部は、
   基部と、
   前記基部から放射状に突出する複数の棒状部材と
   前記各棒状部材の先端に取り付けられた磁石と、
   を備え、
   前記筒体の表面に対する前記磁石の接触角度を調整可能に構成されている、移動ロボット。
2. 前記本体部は、前記車輪部がそれぞれ取り付けられる一対の支持部材を備え、
   前記両支持部材は、角度を調整可能に構成されている、請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記挟持部は、前記本体部から前記筒体の軸方向に延びるとともに、前記挟持部材が取り付けられる延長部を備えている、請求項１または２に記載の移動ロボット。
4. 前記挟持部は、前記本体部から前記筒体の軸方向に延びる一対の延長部材を備えており、
   前記各延長部材には、前記挟持部材がそれぞれ取り付けられており、
   前記各延長部材は、前記各支持部材にそれぞれ取り付けられている、請求項２に記載の移動ロボット。
5. 前記挟持部は、前記筒体の表面に当接可能な少なくとも１つの補助車輪を備えている、請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボット。
6. 前記車輪部を駆動するための信号を外部からの無線で受信する通信部をさらに備えている、請求項１から５のいずれかに記載の移動ロボット。
7. 前記車輪部の軸心と前記移動ロボットの重心との間の距離であって、前記筒体の軸方向に沿う距離が、１０ｍｍ以内である、請求項１から６のいずれかに記載の移動ロボット。
8. 前記車輪部の軸心と前記移動ロボットの重心との間の距離であって、前記筒体の軸方向に沿う距離が、前記車輪部の軸心から前記延長部材の先端までの長さの１０％以内である、請求項４に記載の移動ロボット。