JP3770073B2

JP3770073B2 - 遠隔移動ロボット

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Publication number: JP3770073B2
Application number: JP2000334910A
Authority: JP
Inventors: 敬二田中; 誠妹尾; 清志泉; 浩一町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP2002137180A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遠隔移動ロボットに関し、特に原子力施設などの通常人間の入ることのできない部屋の狭隘部の点検などの作業に適した遠隔移動ロボットである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開昭５８−７６７９９号「原子炉格納容器内監視装置」あるいは特開昭６０−２３００９４号「原子炉監視装置」にあるようにＴＶカメラなどのセンサを搭載して移動する監視点検ロボットの概念は示されていた。また、特開平０５−０６５７０４号「高架橋点検装置」にあるように移動車に伸縮ブーム，旋回機構，アーム機構などを備えて先端のセンサの位置と向きを変えるような作業装置の概念は示されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、狭隘な場所において、安全，確実に狭隘部の点検等の作業ができて、かつ必要最小限の機器から構成する単純な機構とすることについてはあまり考慮されていなかった。
【０００４】
本発明の目的は、狭隘な場所において、安全，確実に狭隘部の点検などの作業ができて、かつ必要最小限の機器から構成する単純なロボットを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段の基本的な構成要件は、ロボット本体が走行レールに沿って走行する台車を有する走行型ロボットにおいて、ロボット本体から出ているケーブルを引っ張っているドラムを固定局側に設け、水平や垂直に曲がっている走行レールのコーナー部には、前記走行レールから外れて前記コーナーの内側に、前記台車がコーナー部を曲がる時にケーブルが引っかかりガイドされるようにガイドポールを配置することである。
【００２６】
本発明の基本的な構成要件によれば、ロボット本体が走行レールに沿って走行する台車を有する走行型のロボット本体から出ているケーブルを引っ張っているドラムを固定局側に設けるので、ケーブルはたるんで周囲の障害物にからまることはない。また、走行レールのコーナー部には台車が曲がる時にケーブルがガイドされるようにガイドポールを配置することにより、ケーブルがガイドポール以外の機器にこすれたり、からまったりすることはない。従って、狭隘な場所においても、安全，確実にロボット本体は奥へ入っていくことが可能となり、狭隘部の点検などの作業が可能となる。また、設備としてもガイドポールをところどころに設けるだけなので、単純な設備で必要最小限の機器から構成することが可能となる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１の（ａ）図と図１の(ｂ)図は本発明を適用した走行型ロボットの基本的な一実施例を示す。
【００４９】
ロボット本体２０はレール１０に沿って移動可能な台車を有しており、ロボット本体２０からはケーブル３０が出ていてドラム４０に巻き取られている。ケーブル３０はロボット本体と操作部間の通信用ケーブルでもよいし、映像を伝送するケーブルでもよいし、映像と制御情報を重畳させた信号ケーブルでもよい。また、通信だけでなくロボット本体の動力供給を兼ねてもよい。
【００５０】
図１の（ｂ）ではロボット本体２０はシャッタ１０９を開いて、固定局側の挿入装置１００から可動レール１１が固定レール１０に接続してロボット本体２０が可動レール１１から固定レール１０へ乗り移る。
【００５１】
ケーブル３０は常にドラム４０に低張力で巻き取られている。ロボット本体２０が前進すればドラム４０はケーブルを送り出し、ロボット本体２０が後退すればたるんだケーブル３０はドラム４０に巻き取られる。ドラム４０は常に低張力でケーブル３０を巻き取っているので、ロボット本体２０がそのような動作をすればケーブル３０は自動的にドラム４０に巻き取られたり、送り出されたりする。
【００５２】
図１の（ｂ）図は部屋の入り口開口部１付近の状況であるので、ケーブル３０は直線的に張られているが、レール１０が直線ばかりでなく、水平や垂直に曲がっているレールルートもある。その場合には、たとえば図１の（ａ）図のように本発明のガイドポール５０をレール１０のコーナー部に設けるとロボット本体２０がコーナー部を曲がるとケーブル３０はガイドポール５０に引っかかりガイドされることになる。
【００５３】
このようなガイドポール５０をレール１０の曲がりコーナー部に設けることで複雑に曲がったレールルート部屋もケーブルを絡ませたり、断線させないで、安全確実に処理することが可能となる。
【００５４】
図２は本発明を適用したケーブル３０の断面構造の一例である。たとえば、張力に耐える強度部材としてワイヤ３３を中心に配置して、その周辺に絶縁導体３２を配置した構造となっている。このケーブル断面で最外周部の被覆３１に低摩擦部材としてテフロン材を用いた一実施例である。
【００５５】
本実施例のようなケーブルが図１の（ａ）図のようなガイドポール５０に引っかかり滑っても外表面がテフロンで低摩擦係数なので、すべり抵抗が小さくなるので、ロボット本体２０の牽引量とかドラム４０の巻き取り力を小さくしてコンパクトにすることが可能となる。
【００５６】
図３は低摩擦抵抗にしたガイドポールの基本的な一実施例を示す。ガイドポール軸心５０の外側に回転部材５１を設けてある。ケーブル３０は回転部材５１に接するのでケーブルが動くと回転部材５１が軸心５０の周りを回転する。回転部材５１は滑らかに回転可能としておくことにより、ケーブルが滑らかにガイドされる。
【００５７】
これも同様にケーブルの牽引力を小さくできるので、ロボット本体とかドラムを小さくできる。ここで、回転部材５１は数珠上の形状で軸心５０の曲がったところもケーブルが直接軸心５０に接触するスキマがないようにしてもよいし、特殊な形状にしてケーブルが必ず当たるような工夫をするとよい。
【００５８】
また、垂直曲がりとか水平曲がりとして予めケーブルがかかる位置がいつも決まっている場所についてはその個所だけにケーブルを回転しながら滑らかにガイドする回転部材を設けるようにしてもよい。
【００５９】
図４はケーブルの張力を検出する検出センサをもうけてドラムを制御する場合の基本的な一実施例を示す。ケーブル張力センサはロボット本体２０側に設ける場合とドラム４０側に設ける場合がある。当然、両方に設けてもよい。
【００６０】
ロボット本体側の一例ではケーブル３０がレバー２２に保持されていて、バネ２３でレバー２２とケーブルはケーブル３０の張力とつり合って引かれている構造である。ここで、レバー２２の動きは回転２１の回転角度として検出されればその回転角度はばね２３と釣りあった張力の大きさを示すこととなる。
【００６１】
一方、ドラム側の一実施例ではケーブル３０のかかっている滑車４１の反力をロードセル４２で検出するものである。この滑車４１の反力をロードセル４２で検出することによりケーブル張力を検出することができる。ケーブル３０の張力が検出できれば、その張力が一定となるようにドラム４０を回転駆動制御させることが可能となり、張力を直接検出して制御しているので、張力を安定に一定に保ちながら低張力制御を実現可能となる。
【００６２】
図５はロボット本体の移動距離に応じてドラムの駆動制御を行う制御系の基本的な一実施例を示す。レール１０に沿って移動するロボット本体２０は途中の曲がりレール部でケーブル３０はガイドポール５０ａ，５０ｂ，５０ｃでガイドされるようになっている。ケーブル３０がガイドされてドラム４０に巻きついている。
【００６３】
ロボット本体２０にはレール１０の上で現在どこにいるかのセンサを有しており、そのセンシング情報はケーブル３０からドラム４０に設けられたスリップリング３９からロボット制御装置２９に通信で送られる。
【００６４】
一方、ドラム４０の駆動制御はモータ４３がアンプドライバ４６で駆動されるかドラムの回転数をエンコーダ４４で検出してドラム制御装置４５にフィードバックがかかるようになっている。
【００６５】
これでドラムの回転数（回転角度）の制御が安定に行うことができるようになる。その上でロボット本体の制御装置２９ではロボット本体２０のレール１０の上での現在位置情報をもっているので、その情報をドラム制御装置４５へ入力可能とすることで、ロボットの現在位置に応じてドラムの巻き取り，送り出し制御が可能となる。
【００６６】
ここで、ロボット本体２０のレール１０の上での現在位置はレール１０の長さに相当して、ケーブル３０の長さはガイドポール５０ａ，５０ｂ，５０ｃのガイドされたケーブルの全長であり、レール長とは必ずしも一致しないので、予めロボット本体の現在位置とその位置でのケーブル長の関係対応データをレールルートごとに用意しておくことによって、ロボット現在位置から必要なケーブル長に即座に換算できるので、そのケーブル長に必要なドラムの回転角度制御を行うようにするのがよい。この対応データはロボット制御装置２９に設けてもよいし、ドラム制御装置４５に設けてもよい。
【００６７】
図６はドラム制御をロボット本体の位置情報とケーブル張力情報の両方で行う場合の基本的な実施例を示す。ロボット本体２０側のケーブル張力はレバー２２と回転角度センサ２１で検出して、その結果はケーブル３０を介して通信でロボット制御装置２９に送信されるようにしてロボット制御装置２９からロボットの位置情報と同様にドラム制御装置４５に送られるようにする。
【００６８】
ドラム側の張力は滑車４１の反力をロードセル４２で検出してそのデータは直接にドラム制御装置４５に入力されるようにする。ここで、ドラム制御装置はロボット２０の現在位置情報に基づく必要ケーブル長を送り出すとともにロボット側のケーブル張力とドラム側のケーブル張力を常に検出しながら、異常に高い張力がケーブルにかからないようにドラムの回転制御を必要に応じて切り替えるようにする。
【００６９】
それによって、安全確実なケーブルの巻き取り，送り出し制御が可能となる。さらに、ドラム制御装置はロボット制御装置からロボット２０への動作指令を事前にあるいは同時にもらうことで、ドラム４０の動作遅れを予め予想した制御で補うような応答性のよいドラム制御を行ってもよい。
【００７０】
図７は本発明の視覚装置を設けた伸縮アーム型マニピュレータの一実施例を示す。ロボット挿入部１００は部屋の中に開口部１から伸縮アーム２００ａと200bからなるアームを挿入した状態を示している。
【００７１】
各アーム２００ａと２００ｂは伸縮ポールなので伸び縮みするほか、回転も可能な構造で２本のアームのつなぎ部の関節では上下左右に回転する構造をもっていて先端の位置を任意遠隔操作できるロボットである。
【００７２】
本実施例ではそのアーム先端に視覚装置を設けるが通常ズームレンズ付きのカメラを設けると重量が重たいためアームが大きく撓む。また、アーム駆動時の負荷も大きくなるので、本発明の視覚装置が有効となる。
【００７３】
すなわち、本実施例では撮像装置６０ａには広角レンズ６１が付いており、撮像装置６０ｂには望遠レンズ６２が付いている２つの視覚装置を設けた。これはＣＣＤなどのカメラは１台が軽く小さいので２つ搭載しても大きな負荷にはならない。また、レンズもズームレンズにするとモータとかレンズ制約条件で軽いものを製作するのは容易ではない。
【００７４】
一方、固定焦点レンズであれば、小さく軽量なものを容易に製作できるので、予め必要な２つのレンズをそれぞれ設けた撮像装置を２つ搭載する。これによって、ズームレンズの広角と望遠の機能を兼ね備えた小型軽量な視覚装置を容易に得ることが可能となる。２つの撮像装置の映像は２台のモニタで同時に見てもよいし、切り替えて１台の撮像装置の映像のみを見るようにしてもよい。
【００７５】
図８は２つ以上のレンズを設けて撮像装置は１台で共用する場合の基本的な一実施例を示す。広角レンズ６１と望遠レンズ６２を並べて配置して１台の撮像装置６０をアクチュエータ６３の先に設けて、どちらのレンズにも切り替えて撮像可能なようにしたものである。これは撮像装置が赤外線カメラなど特殊な場合には１台が大きく重くなる場合もあるので、そのような場合に有効は発明である。
【００７６】
図９は遠隔ロボットの伸縮駆動力を大きくとることのできる伸縮機構部の基本的な一実施例を示す。伸縮ポール２０１,２０２,２０３は筒状の部材で伸縮可能な組み合わせになっているが、その駆動をポール２０１の先端にベルト２０４ａと２０４ｂの端部を固定して、ベルト２０４ａと２０４ｂはドラム２０５ａと２０５ｂに巻き取られている。
【００７７】
ここで、ベルト２０４ａと２０４ｂはドラムに巻き取られる方向には曲げやすく、その反対方向には曲げづらい部材とすることで、ドラムには巻き取りやすく、伸ばした状態での剛性は高くすることが可能となる。ベルト２０４ａと204bはコンベックスのように断面が湾曲させた鋼板で作ればこのような特性が得られる。あるいは、チェーンを反対側には折れ曲がらないように詰めを設けてたチェーンを用いてもよい。
【００７８】
また、ベルト２０４ａと２０４ｂが伸縮ポールの中で伸びていくと背中合わせの部分がたるんでしまって十分な剛性が得られなくなるので、各ポールの根本にガイド部２０１ｓ，２０２ｓを設けておけば、何段の伸縮ポールになっても緩むことなく駆動することができる。
【００７９】
ガイド部は各ポールの底板にベルトが通るスリットを設けてもよいし、小さなローラ付きで滑らかにガイドできるものとしてもよい。スリット構造は単純で簡単な方法である。ここで、ドラム２０５ａと２０５ｂがモータで駆動制御されるようにすれば、軽くて長い伸縮ポールの駆動機構とすることができる。別にベルトを動かす駆動部を設けてもよい。
【００８０】
図１０はさらにベルトの合わさる面に押し付けると接着する機能面を設けた場合の基本的な一実施例を示す。はがすときにはドラム２０５ａと２０５ｂに巻き取ることで剥がれる。押し出す場合には合わさった直後に加圧ローラ２０６ａと２０６ｂで押し付けるようにすることで、機能面が接着するようにしたものである。
【００８１】
この構成で加圧ローラ２０６ａと２０６ｂを駆動ドラムにすると根本で剛性を高くして駆動ドライブできるようになる。また、ベルトに凹凸を設けたり、穴を設けて、ドライブローラ２０６ａと２０６ｂにも凹凸を設けるとかし、ベルトの凹凸や穴にドラムの凹凸をひっかけてより大きな駆動力をベルトに伝えるようにしてもよい。
【００８２】
図１１は軽快なケーブル処理を可能とした本発明を適用した床面走行型ロボットの基本的な一実施例である。挿入機構１００で部屋の開口部１から伸縮アーム２００を挿入可能としている。伸縮アームはストロークＳ分前後に伸縮制御可能である。
【００８３】
伸縮アーム２００の先端には回転軸θ１，θ２を有するパンチルト機構に視覚センサ６５が取り付けてある。こればＴＶカメラでもよいし、特殊な撮像装置でもよい。回転軸θ１，θ２で部屋の中を撮像することが可能となっている。また、伸縮アーム２００には滑車４８を介してケーブル３０がガイドされて、走行型ロボット本体２０とケーブルドラム４０につながっている。アーム２００は伸縮しなく長いポールを人手で挿入するようにしてもよい。
【００８４】
今までは走行型ロボットが床を走るとケーブルが絡まるなどがあって、あまり自由に動かし回すことができなかったが、本発明を適用すれば走行型ロボット本体２０は床面を自由に走行させることが可能となる。本発明はロボット本体２０のケーブル出口部にケーブルが回転可能なようにたとえばスリップリングを介して取り付け、さらにケーブル３０を常に低張力でドラム４０で巻き取っておくようにする。
【００８５】
それによって、部屋の中のどこを走ってもケーブルはからまらないように常にちょうどよい適切な長さにしておくことが可能となる。また、ロボット本体にランプなどの撮像装置のターゲットとなる部品２６を設けておき、それを撮像装置６５で撮影してロボット本体の現在位置を求める。
【００８６】
図１３には撮像画像の一例を示すが、２６ｇがターゲットランプ２６の画像である。この画像データから画面内のターゲットの画像内の位置は画像処理で求めることができるので、さらにパンチルト機構の角度θ１，θ２、伸縮アームのストロークＳと開口部１の位置と床面の位置関係が既知であれば、床面上のターゲット２６（Ａ点）の位置は幾何計算からもとまるので、滑車４８（Ｂ点）の位置も既知なので、線分ＡＢの長さが求まり、その長さから、ドラム４０のケーブル巻き取り，送り出し量を制御するようにすれば、容易に常にちょうどよいケーブル長を保つことができるようになる。
【００８７】
位置の検出精度は撮像装置の分解能とかレンズ系の画角によってきまってくるが、装置のセッティング誤差もあるので、撮像装置を挿入後部屋の角のコーナー部等の部屋の基準となる部位を撮影して予め用意しておく部屋のＣＡＤデータと対応させて撮像装置の部屋の中での正確な位置と姿勢を最初にキャリブレーションするのがよい。
【００８８】
ロボット本体２０に設けたターゲット２６を撮像装置６５で捕らえる位置検出だけでは、たとえばロボット本体２０が物の影に入った場合とか場所によって撮像装置に撮影されなくなる時があるので、たとえばジャイロセンサとか壁からの距離を計測する距離センサとか左右の走行車輪あるいはクローラの回転数をカウントするなどの積算型の位置検出データも持っておき、撮像装置で撮影したときに絶対位置として積算型センサによる位置データを構成するやりかたで両方をうまく使い分けることで、ものの影に入っても継続して位置を正しく検出して、その結果により適切なケーブル長を制御できるようになる。
【００８９】
図１２はロボットの位置検出とケーブルの張力検出を組み合わせた場合の基本的な一実施例を示す。ロボット本体２０のターゲット２６（Ａ点）から滑車４８（Ｂ点）を介してケーブル３０はドラム４０に巻かれているが、途中滑車４１の反力をロードセル４２で検出可能としている。これでドラム側のケーブル張力を検出することが可能である。
【００９０】
ロボット本体の位置データは撮像装置６５の画像処理の結果得られるデータもあるが、それはロボット制御装置２９あるいはドラム制御装置４５に入力され必要なケーブル長が演算されてケーブルドラム４０の回転角が制御駆動される。ロボット本体２０の積算型センサの情報はケーブル３０を介してドラム４０のスリップリング３９からロボット制御装置２９へ送信され、同じようにドラム制御の位置情報として活用される。
【００９１】
ケーブル反力を検出するロードセル４２の信号はドラム制御装置４５へ入力されて、たとえば、ケーブルが物に絡まって計算値ケーブル長では短くなって一時的にケーブルが張った場合には張力が大きくなるので、所定の張力以上になった場合にはドラムケーブルを送り出す制御にするとか、常時一定の張力になるようにドラムを制御して計算したケーブル長と実際のケーブル長が大きく違った場合には何かからまった状態などの異常である可能性があるので、その場合には警報でオペレータに知らせるなどの異常検出制御を行ってもよい。
【００９２】
また、オペレータが強制的に低張力制御とケーブル長をあわせる制御と切り替えられるようにしてもよい。何もない空間ではケーブル長を演算して送り出す制御を適用して、柱とか物にケーブルがひかかり直線以外のケーブルパスになる場合にはケーブル長制御でなく、低張力制御に切り替えて運転可能なようにするのがよい。
【００９３】
滑車４８はドラム４０と同期して補助的にモータドライブされるのがケーブルを円滑に送り出し巻き取りが可能となる。この滑車４８はドライブするときだけケーブルをはさみ込む機構があるのがよい。この滑車４８を常時ケーブルを挟み込んでドライブする場合にはこの部分でケーブル張力を検出するようにするのがよい。
【００９４】
図１３には撮像画像の一例を示すが、２６ｇがターゲットランプ２６の画像である。この画像データから画面内のターゲットの画像内の位置は画像処理で求めることができるので、さらにパンチルト機構の角度θ１，θ２、伸縮アームのストロークＳと開口部１の位置と床面の位置関係が既知であれば、床面上のターゲット２６（Ａ点）の位置は幾何計算からもとまる。
【００９５】
図１４，図１５は狭隘開口部から挿入する細長いロボットで床面走行に適したロボットの基本的一実施例を示す。走行駆動はすべりなどが少ない左右のクローラ７０ａと７０ｂで走行する。但し、細長い車体の長いクローラは旋回抵抗が大きくなりスムーズな旋回ができないので、クローラ７０ａと７０ｂは適度な長さのものとする。
【００９６】
それでも走行車体は長く大きいので、その前後の自重は車輪７３，７４で受ける構成としてある。クローラ７０ａと７０ｂの駆動制御はモータ７１ａ，７１ｂで左右独立に制御できるようにしておけば旋回動作も可能である。
【００９７】
ケーブルのスリップリング２５は旋回中心となる台車の中央に配置する。車体の前方にはこの場合ＴＶカメラ６０を配置してＴＶカメラ６０ａのようにチルト動作可能なように構成する。これによって、床面を軽快に走行して部屋の中の点検が容易にできる走行型ロボットとすることができる。
【００９８】
カメラ６０が水平の位置になったとき、先端にミラー６１１が４５度傾斜して出るような機構を設ければ床面も同じカメラで点検が可能となる。ランプターゲットはケーブル３０がスリップリングで回転してどちら側にくるか不確定なので、ケーブル３０がターゲットを隠さないようにランプターゲットを２６ａ，２６ｂ，２６ｃの３個を配置して常にどれか２つのランプは撮像されるようにしてその幾何学的配置あるいはランプの色などからロボット本体の位置と姿勢を検出するようにしてもよい。
【００９９】
クローラの回転数はエンドレスのポテンショメータ７２ａ，７２ｂを配置してその回転角信号を積算して走行位置を検出する。ポテンショメータを用いるのは放射線に強いからである。これは放射線に強い磁気エンコーダを用いてもよい。もちろん放射線がない環境ではオプティカルエンコーダでもよい。
【０１００】
また、本実施例ではケーブル３０ａをレバー７５に回転可能なように保持させておき、レバー７５を後ろへ倒すとケーブルは３０ｂにように後方へ出るようにしている。これによって、ケーブルを常に張った状態で走行させるモードとケーブルを後ろにたらして牽引する方式を切り替えて両方式のケーブル処理モードを切り替えて使い分けができるようになる。
【０１０１】
これは部屋空間に物があって、ケーブルを張ると物とケーブルが干渉するので、どうしてもケーブルを後ろにたるませて牽引しながらものの下へ入っていきたいという場合に切り替えて有効に安全に走行ロボットを遠隔操作できるようになる。
【０１０２】
図１６はマニピュレータに視覚装置を搭載して遠隔での物体へのアクセスを容易にする遠隔ロボットの基本的な一実施例を示す。挿入装置１００で開口部１からマニピュレータの伸縮アーム２００ａ，２００ｂは挿入される。マニピュレータの先端には本実施例ではハンド３０１が取り付けてあり、アクセスした物体をハンドリングできるようになっている。
【０１０３】
床面５００には対象物４００が置いてある。マニピュレータのアーム２００ｂの根本には視覚装置６５０があり、オペレータはこの視覚装置からの情報でマニピュレータを操作してハンドリング作業を行う必要がある。
【０１０４】
ここで、視覚装置に通常のＴＶカメラを取り付けた場合、単眼のＴＶカメラでは距離間隔が得られないためなかなか対象物４００に正確にアクセスすることはできない。立体視覚装置を搭載する方法もあるが、オペレータの目が疲れるのが一般的である。そこで、本発明では視覚装置に２次元のスキャニング機構を有する距離計測センサを搭載したものである。当然ＴＶカメラも合わせて搭載してよい。
【０１０５】
図１７は２次元のスキャニング機構を内蔵した放射線の高い雰囲気で使用可能な距離計測センサの基本的な一実施例を示す。視覚装置６５０の中には耐放射線カメラ６５１が耐放射線ズームレンズ６５２を付けて配置されている。
【０１０６】
ズームレンズの画角は距離計測時には必要な条件パラメータとなるので、設定値は計算機６５９が管理する。カメラ６５１の隣にはレーザ光源６５６から耐放射線光ファイバ６５５を経由してレーザ光線がミラー６５４ｃで反射してスキャンモータ６５３ｂのミラー６５４ｂで反射してスキャンモータ６５３ａのミラー６５４ａで反射して前方へでていく。
【０１０７】
ここでスキャンモータ６５３ａ，６５３ｂを駆動制御するとレーザは距離Ｌ離れたところで、幅Ｗ×高さＨの２次元のスキャンエリア６５７をスキャニングできるようになっている。ここで、カメラ６５１の画像にはレーザ光線が写っており、画像中のレーザ光線の位置とカメラ画角とミラーとカメラ間の距離が既知であれば距離Ｌを三角測量の原理から求めることは可能であるので、スキャニングした範囲６５７の距離情報を得ることができる。
【０１０８】
ここで、視覚装置６５０の構成部品は耐放射線カメラとミラー（これはステンレス製で製作すれば耐放射線ミラーになる。）とモータから構成され放射線に弱い半導体レーザは外に配置できるので、放射線に強い距離計測センサを得ることができる。
【０１０９】
モータはステップモータでもよいし、ポテンショメータの角度データフィードバックのサーボ制御でもよいが、モータの駆動ユニット６５８は放射線高くない環境に設置できるようにする。
【０１１０】
カメラ６５１からの映像は計算機９５９の画像処理ボードを介して入力できるようにしておき、計算機６５９でモータの制御も行えるようにしてよい。
【０１１１】
計算機６５９のＣＲＴ６５９ａにはＴＶカメラの生映像を表示したり、計算機６５９で距離Ｋ即データから計測対象物の３次元ＣＡＤデータを生成してまた、マニピュレータの姿勢情報を計算機６５９にリアルタイムで取り込めるようにすれば、予め入力しておくマニピュレータの形状データ、部屋の環境データから、マニピュレータのＣＡＤデータをＣＲＴ６５９ａに表示することが可能となる。
【０１１２】
さらに距離を計測してその３次元の点郡データから対象物のＣＡＤデータを生成して、視覚装置６５０の位置と姿勢データがマニピュレータ制御装置から情報として取り込めれば計測対象物から生成したＣＡＤデータもマニピュレータや環境データと同じＣＡＤデータの座標系に変換できるので、正しい相対位置、姿勢関係で同じＣＲＴ６５９ａにＣＡＤデータを表示することが可能となる。ここで、対象物，マニピュレータ，環境データがＣＡＤデータで表示されるので、任意の視点から表示することも容易となる。
【０１１３】
図１８はＣＡＤデータを表示したＣＲＴの一例を示す。ここではマニピュレータのハンド３０１と対象物４００の相対位置関係がマニピュレータの操作上必要となる。それで、マニピュレータと対象物を真横から見た視点から表示している。
【０１１４】
図１８のＣＲＴ６５９ａには床の環境データのＣＡＤデータ５００ｇ，対象物のＣＡＤデータ４００ｇ,マニピュレータ,ハンドなどのＣＡＤデータ２００ｂｇ，３０１ｇが横から見た状態で表示される。ほぼ横から見た映像なのでハンド３０１ｇと対象物４００ｇの距離情報はＣＡＤデータの間隔Ｃとして視覚的に容易に把握することが可能となり、この映像を見ながら図１６のマニピュレータを操作すると容易に対象物４００にアクセスすることが可能となる。
【０１１５】
視覚装置６５０はマニピュレータの根本なので、ＴＶカメラを配置してもとても真横から見た映像は得られない。視覚装置６５０の位置からでも距離センサであれば対象物までの距離情報を得ることができ、それを見やすいＣＡＤデータに生成して真横から見たＣＡＤデータを見ながら操作すれば真横にカメラを配置したのと同等の操作性で距離感を得ながらハンドリング操作が可能となる。
【０１１６】
ここで、対象物のＣＡＤデータは環境ＣＡＤデータの一部になっているが、マニピュレータのＣＡＤデータはリアルタイムでマニピュレータの姿勢データは入力されるので、実際のマニピュレータの動作と同じようにＣＡＤデータのマニピュレータを動作させることができるので、実画像をみながらと同じような操作ができる。
【０１１７】
このような部屋の中で真横からＴＶカメラで撮影しようとするとさらにもう１台マニピュレータが必要になる。本発明によれはそれを１台のマニピュレータの根本に載せた視覚装置で実現できることになる。なお、対象物のＣＡＤデータの生成は計測した２次元の点郡データをスキャニング方向の順番に結んで面を定義すれば容易にサーフィスの面データを定義することができるので、その方法が簡単な処理なのでリアルタイム性も高くなる。
【０１１８】
図１９はカラーカメラと距離計測センサを組み合わせた視覚センサのデータによる対象物のＣＡＤデータの生成概念の一例を示す。視覚装置６５０にはカラーカメラ６５１とレーザをスキャンするミラー６５４ａがあり、カラーカメラの視野範囲６５７ｃはレーザ光線のスキャン範囲６５７ｄをカバーするように設定されている。
【０１１９】
レーザ光線のスキャン範囲６５７ｄにある複数の白丸が３次元の距離計測データである。白丸の座標は視覚装置の座標系６５０ａで表現されたものである。これは後にロボットのＣＡＤデータや環境のＣＡＤデータと同じ座標系に変換して表示すれば図１８もモニタ表示のよに各々の相対位置関係を正しく表示することは可能となる。
【０１２０】
ここで、各白丸のところのカラー情報はミラー６５４ａと相対位置の既知のカラーカメラ６５１の情報から幾何学的に求めることができる。そうすると各白丸に各々同じ場所のカラー情報を対応させることができるので、白丸を図１９のように機械的に結んで定義した面のＣＡＤデータの一番小さな三角形の要素ごとに色を各点のカラー情報から決めて定義すれば、たとえば白い床に対応するＣＡＤデータの部分５００ｇは白色で青い円柱に相当するＣＡＤデータの部分４００ｇは青で表示することができる。
【０１２１】
このようにすれば、床と円柱の境界がはっきりしないが、色情報によりモニタに表示したときオペレータには識別しやすくなる。また、自動でロボットアームを制御する場合でも色情報により、自動識別させることも可能となる。また、色付け方法は三角形の面に付けてもよいし、各白丸の点に色を付けるだけでも表示すればある程度識別は可能となる。この場合、点データの処理だけになるので、応答性のよい表示システムにすることができる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、狭隘な場所において、安全，確実に狭隘部の点検やハンドリングなどの作業ができて、かつ必要最小限の機器から構成する単純なロボットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な一実施例による走行型ロボットを示しており、（ａ）図は走行型ロボットの走行レールコーナー曲がり部のロボット本体の状況を示す図であり、（ｂ）図は走行型ロボットの基本的な一実施例の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例で適用したケーブルの断面図である。
【図３】本発明の実施例で適用した低摩擦抵抗にしたガイドポールの立面図である。
【図４】本発明の実施例で適用したケーブルの張力を検出する検出センサをもうけてドラムを制御する場合の走行型ロボットの全体構成を示す図である。
【図５】ロボット本体の移動距離に応じてドラムの駆動制御を行う本発明の実施例で適用した制御系の基本構成図である。
【図６】ドラム制御をロボット本体の位置情報とケーブル張力情報の両方で行う本発明の実施例で適用した制御系の基本構成図である。
【図７】本発明の実施例で採用した視覚装置を設けた伸縮アーム型マニピュレータの全体斜視図である。
【図８】本発明の実施例における２つ以上のレンズを設けて撮像装置は１台で共用する場合の基本的な構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例による遠隔ロボットの伸縮駆動力を大きくとることのできる伸縮機構部の基本的な構成を示す図である。
【図１０】図９の実施例でさらにベルトの合わさる面に押し付けると接着する機能面を設けた場合の基本的な構成を示す図である。
【図１１】軽快なケーブル処理を可能とした本発明を適用した床面走行型ロボットの全体斜視図である。
【図１２】本発明の実施例によるロボットの位置検出とケーブルの張力検出を組み合わせた場合の基本的な構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例による撮像画像の画面表示図である。
【図１４】本発明の実施例による狭隘開口部から挿入する細長いロボットで床面走行に適したロボットの平面図である。
【図１５】狭隘開口部から挿入する細長いロボットで床面走行に適した本発明の実施例によるロボットの側面図である。
【図１６】マニピュレータに視覚装置を搭載して遠隔での物体へのアクセスを容易にする本発明の実施例による遠隔ロボットの全体斜視図である。
【図１７】２次元のスキャニング機構を内蔵した放射線の高い雰囲気で使用可能な本発明の実施例で採用される距離計測センサにかかわる設備の全体図である。
【図１８】本発明の実施例によるＣＡＤデータを表示したＣＲＴの画面を示した図である。
【図１９】カラーカメラと距離計測センサを組み合わせた視覚センサのデータによる対象物の本発明の実施例によるＣＡＤデータの生成概念を示す図である。
【符号の説明】
１…点検孔、１０…レール、２０…移動ロボット本体、２１…回転角度センサ、２３…ばね、２５…スリップリング、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…ターゲットランプ、２６ｇ…画像の中のターゲットランプ、２９…ロボット制御装置、３０，３０ａ，３０ｂ…ケーブル、３１…低摩擦のケーブル被覆、３９…スリップリング、４０…ドラム、４２…ロードセル、４５…ドラム制御装置、４８…ケーブルドライブ滑車、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…ガイドポール、６０，６０ａ，６０ｂ…撮像装置、６１…広角レンズ、６２…望遠レンズ、６３…アクチュエータ、６５…視覚装置、７０ａ，７０ｂ…クローラ、７１ａ，７１ｂ…モータ、７２ａ，７２ｂ…ポテンショメータ、７３，７４…車輪、７５…ケーブル保持可動レバー、１００…挿入装置、２００ａ，２００ｂ…伸縮アーム、２００，２０１，２０２，２０３…伸縮ポール、２０１ｓ，２０２ｓ…各ポール内のガイド部、２００ｂｇ…アームＣＡＤデータの表示画像、２０４ａ，２０４ｂ…ベルト、２０５ａ，２０５ｂ…駆動ドラム、２０６ａ，２０６ｂ…加圧ローラ、３０１…ロボットハンド、３０１ｇ…ロボットハンドのＣＡＤデータの表示画像、４００…作業対象物、４００ｇ…対象物のＣＡＤデータの表示画像、５００…床面、５００ｇ…床面のＣＡＤデータの表示画像、６５０…距離計測機能付き視覚装置、６５０ａ…視覚装置の座標系、６５１…耐放射線カメラ、６５２…耐放射線ズームレンズ、６５３ａ，６５３ｂ…スキャンモータ、６５４ａ，６５４ｂ，６５４ｃ…ミラー、６５５…耐放射線ファイバケーブル、６５６…レーザ光源、６５７…スキャニング範囲、６５８…モータ，レンズ駆動装置、６５９…計算機、６５９ａ…ＣＲＴモニタ。

Claims

ロボット本体が走行レールに沿って走行する台車を有する走行型ロボットにおいて、ロボット本体から出ているケーブルを引っ張っているドラムを固定局側に設け、水平や垂直に曲がっている走行レールのコーナー部には、前記走行レールから外れて前記コーナーの内側に、前記台車がコーナー部を曲がる時にケーブルが引っかかりガイドされるようにガイドポールを配置したことを特徴とする遠隔移動ロボット。
請求項１において、ガイドポールは少なくとも主要部のガイドポールがポールの軸心と軸心に対して回転可能なように取り付けた回転部材とからなるものであることを特徴とする遠隔移動ロボット。
請求項１において、ドラムは、ロボット本体の移動距離を検出する距離検出センサの信号に基づきロボット本体の位置を検出して、そのロボット本体とドラムと各ガイドポールの間でケーブルを直線的に張った場合のケーブル長さをロボット本体の位置と対応させてあらかじめケーブル長の関係対応データとして求めておき、その関係対応データに基づき現在のロボット本体位置に対応した必要なケーブル長を求め、そのケーブル長となるように回転駆動されるドラムであることを特徴とする遠隔移動ロボット。