フレキシブルセンサチューブ
【課題】
瓦礫内探索ロボットが瓦礫に埋もれた人を発見した場合に、その位置を正確に把握することを目的とする。
【解決手段】
瓦礫内探索ロボットが外部の空気コンプレッサーから空気圧チューブやＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルで結ばれる必要性があることに鑑み、瓦礫内探索ロボットと外部の空気コンプレッサーとを結ぶ空気圧チューブやロボットに取り付けられたＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルを多関節構造のチューブで覆い、各関節角をポテンショメータ等のセンサにより検出し、そのセンサの出力信号から多関節構造のチューブの全体形状を算出することにより、多関節構造のチューブの先端部に位置する瓦礫内探索ロボットの位置を同定する。
瓦礫内探索ロボットが瓦礫に埋もれた人を発見した場合に、その位置を正確に把握することを目的とする。
【解決手段】
瓦礫内探索ロボットが外部の空気コンプレッサーから空気圧チューブやＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルで結ばれる必要性があることに鑑み、瓦礫内探索ロボットと外部の空気コンプレッサーとを結ぶ空気圧チューブやロボットに取り付けられたＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルを多関節構造のチューブで覆い、各関節角をポテンショメータ等のセンサにより検出し、そのセンサの出力信号から多関節構造のチューブの全体形状を算出することにより、多関節構造のチューブの先端部に位置する瓦礫内探索ロボットの位置を同定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、震災などで倒壊した家屋の瓦礫内に埋もれた人を検索するロボットの自己位置同定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
震災などで倒壊した家屋の瓦礫の下など、人が狭く危なくて進入することが困難なところ、また、瓦礫の下敷きとなり人の進入が不可能なところに、自由自在に進入して、瓦礫内に埋もれた人の状況などをカメラセンサー等で知ることができる瓦礫内探索ロボットが研究されている。
【０００３】
本発明者が提案する瓦礫内探索ロボットは、複数の台車とそれらを連結する関節から構成され、不整地の多い災害現場や段差や溝での容易な移動が行える構成を有する。この瓦礫内探索ロボットは、ロボット本体の上と下に付いているクローラを用いて、瓦礫の中にロボットの先頭台車から突っ込めるようにし、先頭台車に取り付けられたＣＣＤカメラで操縦と人体検索を行えるものである（非特許文献１を参照）。
【０００４】
一方で、高所の検査、狭い管の奥の調査、災害などの瓦礫の下の調査など、人が、狭い・高い又は危なくて、行きにくいところ、行けないところに自在に近づき、その状況を先端に設けたカメラ等のセンサで把握する円盤状の部品の連なりが知られている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２９４７８号公報
【非特許文献１】特定非営利活動法人国際レスキューシステム研究機構のホームページ内ロボット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の瓦礫内探索ロボットにおいて、探索ロボットは、倒壊した家屋の瓦礫の下に潜り込むため、その位置を把握することが必要となる。これは探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した場合に、その位置を把握し、迅速に救助活動を行うためである。
一般に、自己位置の同定方法としては、ＧＰＳ等の電波を利用したものがある。しかし、災害現場では無線環境が悪いという状況が多々あること、また、瓦礫の下の場合は開空間ではないこと、さらに、一般に金属片が多く混じる瓦礫内では金属片が電波障害となって電波がとどかないことなどの理由から、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定方法としては適切でない。また、ＧＰＳで探索ロボットの位置を同定するとしても、その位置の同定分解能は５〜１０ｍ程度であり、ピンポイントで、探索ロボット、すなわち瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することは困難である。
【０００７】
また、探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した時に、ブザーやサイレン等の音や光を発生させる方法も考えられるが、瓦礫の隙間から音や光がもれてくるはずであり、ピンポイントで、探索ロボット、すなわち瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することは困難である。特に、救助活動のため、大勢の救助員が動員され、瓦礫の取り除く作業の下では、作業音が大きく、ブザーやサイレン等の音で位置を特定しようとすると、作業を中断する必要があり、救助活動作業の効率を損なうことになる。
【０００８】
本発明は、震災などで倒壊した家屋の瓦礫内に埋もれた人を発見するため、瓦礫の下に潜り込み外から見えなくなった、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上述の瓦礫内探索ロボットが外部の空気コンプレッサーから空気圧チューブやＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルで結ばれる必要性があることに鑑み、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段として、本発明に係るフレキシブルセンサチューブを完成したのである。
すなわち、瓦礫内探索ロボットと外部の空気コンプレッサーとを結ぶ空気圧チューブやロボットに取り付けられたＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルを多関節構造のチューブで覆い、各関節角をポテンショメータ等のセンサにより検出し、そのセンサの出力信号から多関節構造のチューブの全体形状を算出することにより、多関節構造のチューブの先端部に位置する瓦礫内探索ロボットの位置を同定することとしたものである。
【００１０】
そこで、本発明の第１の観点からは、多関節構造のチューブであって、各関節の可動部にポテンショメータ等の変化量検出センサが設けられ、１ないし複数のセンサをグループ単位とし、前記グループ単位に前記センサの信号が信号処理部に取り込まれ、前記信号処理部間は通信ネットワークに接続され、前記通信ネットワークに接続された処理演算部が、前記センサの信号データに基づいて多関節構造のチューブの形状を算出する手段を備えたフレキシブルセンサチューブが提供される。
【００１１】
ここで、１ないし複数のセンサを１グループとし、グループ単位にセンサの信号が信号処理部に取り込まれることとしたのは、以下の理由による。
瓦礫内探索ロボットは、瓦礫の中を数十ｍ程度動きまわることを想定している。このため、瓦礫内探索ロボットに取り付ける本発明のフレキシブルセンサチューブの全長も数十ｍ程度必要である。フレキシブルセンサチューブは、多関節構造のチューブから成り、各関節の長さは数ｃｍ程度であり、各関節は１自由度若しくはｎ自由度の関節の連鎖で構成されている。各関節の可動部には、ポテンショメータ等の関節角を検出する変化量検出センサが装備されている。変化量検出センサの数は最低でも関節の個数必要であり、そのセンサからの出力信号も関節の個数以上となる。
関節の個数であるが、仮に、フレキシブルセンサチューブの全長を３０ｍとし、各関節の長さを３ｃｍとし、１自由度の関節の連鎖で構成されているとした場合、１０００個となる。
柔軟で性能の高いフレキシブルセンサチューブに得ようとすれば、関節数が多くなり、各関節の自由度も高くなる。各関節の自由度が増えたり、フレキシブルセンサチューブの全長が伸びたり、各関節の長さが短くなれば、変化量検出センサ数が増加し、変化量検出センサの出力信号もそれに従い増加することになる。
従って、多くの変化量検出センサの出力信号を取り込む必要があり、その信号ケーブルを削減するべく、所定数の関節を１グループとし、グループ単位に変化量検出センサの信号が信号処理部に取り込まれる構成としたのである。１グループとする関節の数は、フレキシブルセンサチューブの設計や、変化量検出センサの信号を取り込む信号処理部の設計により決定されるものである。信号処理部は１ボードで構成されるのが好ましく、その入出力端子の個数としては８〜３２が通常であり、１グループとする関節の数も８〜３２が適切であろう。
【００１２】
また、上記の第１の観点で、信号処理部の間は通信ネットワークに接続されるが、この通信ネットワークは、処理演算部にも接続される。処理演算部では、各信号処理部から通信ネットワークを介して送られてくる関節角など変化量検出センサの信号データを取り込み、フレキシブルセンサチューブの全体形状を算出する。処理演算部は、瓦礫内探索ロボットが位置する側と反対側の、フレキシブルセンサチューブの一端に配設される。処理演算部で算出したフレキシブルセンサチューブの全体形状は、起点となるフレキシブルセンサチューブの一端を原点として、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の位置情報として３次元的に算出され、フレキシブルセンサチューブの起点とは反対の一端に位置する瓦礫内探索ロボットの瓦礫内部における３次元位置を同定するのである。
これにより、瓦礫内探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した時に、ピンポイントで、瓦礫内探索ロボットの位置、言い換えれば、瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することが可能となるのである。瓦礫内に埋もれた人の位置をピンポイントで知ることができるため、救助活動が素早く行うことができ、ひいては多くの被災者を救出することが可能となる。
【００１３】
また、フレキシブルセンサチューブを構成する多関節構造のチューブは、硬質性の樹脂であることが好ましい。瓦礫内の中を通ることから、フレキシブルセンサチューブを構成する多関節構造のチューブは耐久性があることが必要であり、また、関節角によって全体の形状を正確に算出すべく、自由度のある関節の連鎖部以外の所は形状が一定の硬質なものが好ましい。さらに、フレキシブルセンサチューブの先端に位置する瓦礫内探索ロボットの負荷を考慮し、フレキシブルセンサチューブは軽量であることが好ましいからである。
【００１４】
また上記樹脂以外にも、図７のような薄板加工あるいはダイキャスト成型による軽金属類で、チューブ本体または外装を構成しても良い。カーボン等を利用した複合素材も使用出来るし、例えばチューブの最も外側を金属、内側を樹脂で構成するなどの組み合わせで構成することも可能である。また、図４では露出している関節部を、図７のようにチューブ内に隠蔽する構成も可能である。図７のように構成すれば、ロボットの移動に伴うチューブの移動も円滑になることが期待出来る。
【００１５】
また、フレキシブルセンサチューブの多関節構造のチューブの関節部に、駆動手段を設けて、チューブ単体での移動を可能とすることも良い。駆動手段とは、例えば、瓦礫内探索ロボットと同様のクローラや車輪などである。フレキシブルセンサチューブ自体にも駆動手段を設けることにより、瓦礫内探索ロボットが引っ張る負荷を減らすことができ、また、瓦礫内の移動がスムーズに行うことができる。
【００１６】
次に、本発明の第２の観点からは、第１の観点におけるフレキシブルセンサチューブの一端を走行ロボットに取り付け、フレキシブルセンサチューブの多関節構造のチューブの形状を算出することにより、走行ロボットの位置を同定することを可能とする走行ロボットの自己位置同定システムが提供される。
【００１７】
ここで、走行ロボットとは自律走行を行うものや遠隔操作して走行するロボットを意味し、上述した瓦礫内探索ロボットも含まれる。なお、瓦礫内探索ロボットを遠隔操作する場合は、空気圧チューブやカメラ等信号情報ケーブルと同じく、有線の走行制御信号ケーブルを介して遠隔操作されることとなる。
【００１８】
この走行ロボットが瓦礫内探索ロボットの場合は、生体の生命機能検出手段を備えることが好ましい。ここで、生体の生命機能検出手段とは、例えば、一定の周波数で電磁キャリヤ信号を送信するための送信装置を使用して電磁波を発信し、この発信された電磁波が瓦礫の下に生き埋めになった被災者の心臓や肺に当たって反射した反射波を受信機で捉え、該反射波が復調機を介してコンピュータ解析され、心臓の鼓動や肺の拡大・収縮により位相が変調した電磁波の周波数分布のパターンを判断することで、瓦礫の下に生き埋めになった人の生命機能を検出するものである。
【００１９】
次に、本発明の第３の観点からは、先導者をロボットが追従するシステムにおいて、第１の観点におけるフレキシブルセンサチューブの一端を先導者の体に取り付け、先導者の両足先とフレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を備えたロボット追従システムが提供される。
【００２０】
この第３の観点では、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識するために、第１の観点のフレキシブルセンサチューブを利用するのである。
従来から、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識するために、ロボットがカメラを複数台備え、ステレオカメラにして先導者の位置をとらえるといった手段が知られている。しかし、ステレオカメラにして先導者の位置をとらえるといった手段では、先導者と追尾するロボットの間に壁等の障害物が入ると、カメラで先導者に取り付けたポイントを検知できなくなるという問題や、また、周囲の照明条件に大きく影響を受け、特に夜間などでは照明器具が必要となってくるといった問題があった。
第１の観点のフレキシブルセンサチューブを利用して、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識することで、かかる問題を回避できるのである。
すなわち、第１の観点のフレキシブルセンサチューブの一端をロボットに取り付け、他端を先導者の体に取り付けると、ロボットはフレキシブルセンサチューブの全体形状から他端の先導者の位置を同定できることとなる。さらに、先導者の両足先とフレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を設けることで、先導者の両足先の奇跡を追尾するロボットが認識できることとなり、瓦礫等の不整路面上において先導者によって示された通過可能な空間や着地場所を、ロボットが追従していくことができるのである。
【００２１】
次に、本発明の第４の観点からは、第１の観点のフレキシブルセンサチューブにおいて、さらに、接合手段、若しくは、分岐手段を備えたフレキシブルセンサチューブが提供される。
ここで、接合手段とは、２つのフレキシブルセンサチューブを接合して長さを延長していく役割をなすものである。フレキシブルセンサチューブの終端の関節同士がジョイントできるか、若しくは、別個のジョイント部材を用いてフレキシブルセンサチューブの終端の関節同士がジョイントしても良い。
この関節同士のジョイントは、関節機構のジョイントのみならず、空気圧チューブや、信号情報ケーブルなどのジョイントも意味するものである。
【００２２】
また、分岐手段とは、１つのフレキシブルセンサチューブから、枝葉が分かれていくように、複数のフレキシブルセンサチューブが伸びることができるよう分岐させる役割をなすものである。
この分岐手段においても、上述の接合手段と同様に、関節機構のジョイントのみならず、空気圧チューブや、信号情報ケーブルなどのジョイントが行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブでは、上述の構造を有しているため、瓦礫の下に潜り込み外から見えなくなった瓦礫内探索ロボットの位置を同定することができる効果を有する。
また、ロボットが先導者を追従するシステムにおいて、本発明のフレキシブルセンサチューブを用いることで、先導者の通過空間や着地場所を同定することができる効果を有する。
さらに、瓦礫内探索ロボットに電磁波の送受信等による生体情報獲得手段を備えることにより、地上の電波の影響を受けず、かつ電波を遮蔽する地中の障害物を回避した精度の良い生体情報を取得することができる。この場合、ロボットの走行中の情報の蓄積により、多方向からの立体的な情報が取得できて生体位置の特定がより正確になると共に、ロボットの走行ルート自体の情報を救助のための情報として活用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００２５】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブの一実施例について図１〜４を用いて説明する。図１と図２は、それぞれフレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概念図と概略構成図を示している。また、図３と図４は、それぞれフレキシブルセンサチューブの一実施例の構成図と外観図を示している。
図１に示すように、瓦礫内探索ロボット４は、台車１１と関節１２から構成され、ロボット本体の上と下に付いているクローラを用いて、瓦礫の中にロボットの先頭台車から突っ込み、先頭台車に取り付けられたＣＣＤカメラで操縦と人体検索を行うものである。そして、その瓦礫内探索ロボット４の後方台車にフレキシブルセンサチューブ１が連結されている。ここで、動力源１０は、瓦礫内探索ロボット４の動力として必要な空気圧を送り込む装置や電源供給装置である。また、携帯ディスプレイ９は、モバイルＰＣなどの処理コンピュータも兼ねるもので、フレキシブルセンサチューブ１の全体形状を算定して、携帯ディスプレイ９上に表示する。
図２の概略構成図に示すように、フレキシブルセンサチューブ１は、収納ドラム１４に巻きつけられ収納されており、瓦礫内探索ロボット４の進行に伴い、収納ドラム１４から巻き出されていく。図２中に矢印で示した部分を拡大したのが、図３の構成図である。
図３の構成図は、フレキシブルセンサチューブの一部分の１１個のリンク部とその間の１０個の関節のところを示している。また、ＸはＸ軸（横軸）方向に自由度を有する関節の箇所を示しており、ＹはＹ軸（縦軸）方向に自由度を有する関節の箇所を示している。 各関節には、小型のポテンショメータが装着されており、関節角の角度データを検出することができる。
ＸとＹの箇所には、関節角を測定するためのポテンショメータ６が配設されており、各ポテンショメータ６から処理演算部（処理コンピュータ）７へと信号線１５が配線されている。
また、図４の外観図に示されるように、フレキシブルセンサチューブは、長さ約５ｃｍのリンク部３と１自由度の関節２の連鎖で構成されている。ここで、リンク部３は、約５ｃｍ四方のもので、内部に直径約３ｃｍの空洞１３を有している。この空洞は、空気圧チューブやカメラ等の信号情報ケーブルの通路の役割を持つものである。
ここで、関節数は要求されるフレキシブルセンサチューブの全長から決まり、個数が２００の関節の場合は、フレキシブルセンサチューブの全長は約１０ｍとなる。
【００２６】
２００個の関節の全ポテンショメータの出力信号を独立した信号ケーブルで集約すると、２００数本の信号線が必要となってくることになり現実的でない。
そのため、１０個の関節を１グループとして、１０個のポテンショメータを１つの信号処理部（ＣＰＵボード）５に集約している。そして、２００個の関節が、２０のグループに分かれ、２０枚のＣＰＵボードが分散してポテンショメータの信号を処理する。
各ＣＰＵボードは、有線通信ネットワークで接続される。有線通信ネットワークは上述のリンクの空洞１３内に配設されている。
【００２７】
フレキシブルセンサチューブの一端に設けられた処理コンピュータに、通信ネットワークを介して、全ポテンショメータのデータが集約され、集約されたデータに基づいてフレキシブルセンサチューブの形状が算定される。これにより、フレキシブルセンサチューブの端の位置する瓦礫内探索ロボットの３次元位置が同定される。
これら形状、位置の情報は地形情報と併せて、携帯ディスプレイなどに表示される。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明のフレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムについて、図５を用いて説明する。図５は、フレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムの概略図である。
フレキシブルセンサチューブ１の一端を追尾ロボット２１に取り付け、もう一端を先導者２０の腰に取り付けている。先導者の腰と両足先の相対運動を知るため、先導者の腰から両足先にかけての関節の動きを検出するポテンショメータが設けられている。
従って、追尾ロボット２１は、フレキシブルセンサチューブ１の全体形状から、先導者２０の腰の３次元位置を同定することができ、また、先導者２０の腰から両足先にかけての関節の動きを検出するセンサのデータから、両足先の位置を知ることができるのである。
【００２９】
この先導者の腰から両足先にかけての関節の動きを検出する手段として、腰から両足先にかけてのフレキシブルセンサチューブ２２を用いても良い。複数のフレキシブルチューブをジョイントしたり、分岐させたりすることで様々な用途に応用することが期待できる。図６に、接合手段と分岐手段を用いたフレキシブルセンサチューブの概念図を示す。
図６（ａ）は、２本のフレキシブルセンサチューブを接合手段３０で接続し、全長を延長したものである。また、図６（ｂ）は、１本のフレキシブルセンサチューブに分岐手段３１を用いて、３本のフレキシブルセンサチューブを接続したものである。
【実施例３】
【００３０】
一般に、心臓の鼓動及び呼吸活動は、高い周波数の電磁信号に大きな影響を与えることが知られている。具体的には、人の心臓の鼓動の場合は０．５〜３．４Ｈｚ（通常１〜２Ｈｚ）、呼吸活動の場合には０．１〜１．５Ｈｚという特有の周波数レンジである。また、脈拍や呼吸の周波数パターンが人と動物では異なるので、人の存在、特に生存者の存在が検知することに使用できるのである。また、個々の人によって周波数パターンが相違するので、生存している人の数を知ることもできる。
【００３１】
一定の周波数で電磁キャリヤ信号を送信するための送信装置を使用して電磁波を発信し、生き埋めになった人の心臓や肺に当たって反射した反射電磁波を受信機で捉え、処理コンピュータで解析することで、人の心臓の鼓動や呼吸活動により位相が変調した電磁波の周波数分布をグラフ表示し、そのパターンから生存者の有無を判断することができる。
【００３２】
そこで、瓦礫内探索ロボットにも電磁波の送受信アンテナを取り付け、フレキシブルセンサチューブを介して、別に設けられた処理コンピュータにて反射波の分析を行うことで、カメラ等の画像情報に加えて、生存者の発見活動を助ける情報を得ることができるのである。
【００３３】
具体的には、瓦礫内探索ロボットに取り付けられた電磁波送信アンテナから電磁波を発信し、反射電磁波を受信し、処理コンピュータにて反射電磁波の周波数分布やパターンから生体と判断した場合、反射電磁波を受信した方向に瓦礫内探索ロボットを発進させる。
瓦礫内探索ロボットは電磁波受信方向に向かって走行するが、走行中にも電磁波を発信・受信して、新たな情報取得による生体の位置情報の修正を行い、それに伴い進路を修正していく。このように、発進後、探索ロボットは生体とダイナミックかつインタラクティブに情報をやりとりして、進路修正を繰り返して生体にたどり着くのである。また、本実施例により得られる情報は生体の位置を特定するための情報に留まらない。探索ロボットの瓦礫等の中の走行ルートや運転中に取り込んだ周囲の画像等の情報を後の救助計画の基礎情報とすることも可能となる。瓦礫内には様々な障害物が存在するので、特定された生体の位置に向かった直線ルートを救助ルートとしてとり得ないことも多いが、探索ロボットの走行ルート及び走行ルート周辺の画像情報は救助ルート決定に対しての極めて貴重な情報となる。すなわち、生体位置という点情報のみでなく、そこに至るプロセスである線及び面情報を獲得することができるのである。さらに、生存者を発見した後には、探索ロボットに生存者の生体情報・周辺の状況の画像情報を取り込み送信させることで、最適な救助計画を作成できることとなる。
【００３４】
また、瓦礫内探索ロボットを反射電磁波により自律的に動かしてもよい。すなわち、反射電磁波により生体情報を取得し、それから獲得された生体情報に従い、瓦礫内探索ロボットが自動的に進路を決定して生体に到達することも良い。
【００３５】
また、上記反射電磁波を利用した人体検出装置は、地上で使用していると周りの作業者の心肺の影響を受けやすいことが分かっている。そこで上記反射電磁波を利用した人体検出装置を瓦礫内探索ロボットに取り付けて瓦礫内・地中に侵入させれば、地上作業者の影響を少なくすることが出来る。さらに瓦礫の中に金属がある場合も電磁波が遮蔽されて役に立たないが、その金属がある部位を、瓦礫内探索ロボットを進行させて通過あるいは回避させれば検出が可能になる。
【００３６】
仮に瓦礫内探索ロボットでたどりつけないような位置に人体が存在したとしても、瓦礫内探索ロボットを侵入可能なポイントまで浸入させた後に電磁波を発信させて人体の存在が検出できれば、電磁波送信方向の何ｍ〜何十ｍか先に人体が存在することになり、人体位置を特定するための一軸の情報が確定する。その後、異なるポイントから瓦礫内探索ロボットを複数回侵入させて同様の処理を行って複数の軸情報を取得することで、その複数の軸が重なる点、すなわち人体が存在する位置を算出できる。算出結果を元に処理コンピュータにて位置表示させることも可能である。
【００３７】
また、原理上この電磁波を用いた人体検出システムは複数の人体が重なっているとその心臓や肺からの帰還波が複数混合するため識別が困難になる時があるが、そのような場合においても、瓦礫内探索ロボットを移動させ人体が重ならない位置から電磁波を再発信することで、曖昧さを排除することが出来る。
【００３８】
また、電磁波送受信用のアンテナに広域・狭域の切替機能を付加することで、瓦礫内探索ロボットが潜りはじめた段階では広域スキャン、ピンポイントで近接させていく際には狭域スキャンと切り替えることで迅速な人体検出が可能になる。アンテナ部は並列実装、あるいは切替手段で実装してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブは、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段として利用できる可能性を有する。
また、ロボットが先導者を追従するシステムにおいて、先導者の通過空間および着地場所の同定手段としても有用である。
さらに、本発明のフレキシブルセンサチューブは接合手段、分岐手段を具備することで、様々な用途に活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】フレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概念図
【図２】フレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概略構成図
【図３】フレキシブルセンサチューブの一実施例の構成図
【図４】フレキシブルセンサチューブの一実施例の外観図
【図５】フレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムの概略図
【図６】接合手段と分岐手段を用いたフレキシブルセンサチューブの概念図
【図７】フレキシブルセンサチューブの他の実施例の外観図を示すもので、（ａ）は真っ直ぐに伸びたフレキシブルセンサチューブ、（ｂ）は、蛇行したフレキシブルセンサチューブの様子を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１ フレキシブルセンサチューブ
２ 関節
３ リンク部
４ 瓦礫内探索ロボット
５ 信号処理部（ＣＰＵボード）
６ ポテンショメータ
７ 処理演算部（処理コンピュータ）
８ 有線通信ネットワーク
９ 携帯ディスプレイ
１０ 動力源
１１ 瓦礫内探索ロボットを構成する台車
１２ 瓦礫内探索ロボットを構成する関節
１３ 空洞
１４ 収納ドラム
１５ 信号線
２０ 先導者
２１ 追尾ロボット
２２ 腰から両足先にかけてのフレキシブルセンサチューブ
３０ 接合手段
３１ 分岐手段
Ｘ Ｘ軸（横軸）方向に自由度を有する関節
Ｙ Ｙ軸（縦軸）方向に自由度を有する関節
【技術分野】
【０００１】
本発明は、震災などで倒壊した家屋の瓦礫内に埋もれた人を検索するロボットの自己位置同定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
震災などで倒壊した家屋の瓦礫の下など、人が狭く危なくて進入することが困難なところ、また、瓦礫の下敷きとなり人の進入が不可能なところに、自由自在に進入して、瓦礫内に埋もれた人の状況などをカメラセンサー等で知ることができる瓦礫内探索ロボットが研究されている。
【０００３】
本発明者が提案する瓦礫内探索ロボットは、複数の台車とそれらを連結する関節から構成され、不整地の多い災害現場や段差や溝での容易な移動が行える構成を有する。この瓦礫内探索ロボットは、ロボット本体の上と下に付いているクローラを用いて、瓦礫の中にロボットの先頭台車から突っ込めるようにし、先頭台車に取り付けられたＣＣＤカメラで操縦と人体検索を行えるものである（非特許文献１を参照）。
【０００４】
一方で、高所の検査、狭い管の奥の調査、災害などの瓦礫の下の調査など、人が、狭い・高い又は危なくて、行きにくいところ、行けないところに自在に近づき、その状況を先端に設けたカメラ等のセンサで把握する円盤状の部品の連なりが知られている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２９４７８号公報
【非特許文献１】特定非営利活動法人国際レスキューシステム研究機構のホームページ内ロボット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の瓦礫内探索ロボットにおいて、探索ロボットは、倒壊した家屋の瓦礫の下に潜り込むため、その位置を把握することが必要となる。これは探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した場合に、その位置を把握し、迅速に救助活動を行うためである。
一般に、自己位置の同定方法としては、ＧＰＳ等の電波を利用したものがある。しかし、災害現場では無線環境が悪いという状況が多々あること、また、瓦礫の下の場合は開空間ではないこと、さらに、一般に金属片が多く混じる瓦礫内では金属片が電波障害となって電波がとどかないことなどの理由から、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定方法としては適切でない。また、ＧＰＳで探索ロボットの位置を同定するとしても、その位置の同定分解能は５〜１０ｍ程度であり、ピンポイントで、探索ロボット、すなわち瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することは困難である。
【０００７】
また、探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した時に、ブザーやサイレン等の音や光を発生させる方法も考えられるが、瓦礫の隙間から音や光がもれてくるはずであり、ピンポイントで、探索ロボット、すなわち瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することは困難である。特に、救助活動のため、大勢の救助員が動員され、瓦礫の取り除く作業の下では、作業音が大きく、ブザーやサイレン等の音で位置を特定しようとすると、作業を中断する必要があり、救助活動作業の効率を損なうことになる。
【０００８】
本発明は、震災などで倒壊した家屋の瓦礫内に埋もれた人を発見するため、瓦礫の下に潜り込み外から見えなくなった、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上述の瓦礫内探索ロボットが外部の空気コンプレッサーから空気圧チューブやＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルで結ばれる必要性があることに鑑み、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段として、本発明に係るフレキシブルセンサチューブを完成したのである。
すなわち、瓦礫内探索ロボットと外部の空気コンプレッサーとを結ぶ空気圧チューブやロボットに取り付けられたＣＣＤカメラ等の信号情報ケーブルを多関節構造のチューブで覆い、各関節角をポテンショメータ等のセンサにより検出し、そのセンサの出力信号から多関節構造のチューブの全体形状を算出することにより、多関節構造のチューブの先端部に位置する瓦礫内探索ロボットの位置を同定することとしたものである。
【００１０】
そこで、本発明の第１の観点からは、多関節構造のチューブであって、各関節の可動部にポテンショメータ等の変化量検出センサが設けられ、１ないし複数のセンサをグループ単位とし、前記グループ単位に前記センサの信号が信号処理部に取り込まれ、前記信号処理部間は通信ネットワークに接続され、前記通信ネットワークに接続された処理演算部が、前記センサの信号データに基づいて多関節構造のチューブの形状を算出する手段を備えたフレキシブルセンサチューブが提供される。
【００１１】
ここで、１ないし複数のセンサを１グループとし、グループ単位にセンサの信号が信号処理部に取り込まれることとしたのは、以下の理由による。
瓦礫内探索ロボットは、瓦礫の中を数十ｍ程度動きまわることを想定している。このため、瓦礫内探索ロボットに取り付ける本発明のフレキシブルセンサチューブの全長も数十ｍ程度必要である。フレキシブルセンサチューブは、多関節構造のチューブから成り、各関節の長さは数ｃｍ程度であり、各関節は１自由度若しくはｎ自由度の関節の連鎖で構成されている。各関節の可動部には、ポテンショメータ等の関節角を検出する変化量検出センサが装備されている。変化量検出センサの数は最低でも関節の個数必要であり、そのセンサからの出力信号も関節の個数以上となる。
関節の個数であるが、仮に、フレキシブルセンサチューブの全長を３０ｍとし、各関節の長さを３ｃｍとし、１自由度の関節の連鎖で構成されているとした場合、１０００個となる。
柔軟で性能の高いフレキシブルセンサチューブに得ようとすれば、関節数が多くなり、各関節の自由度も高くなる。各関節の自由度が増えたり、フレキシブルセンサチューブの全長が伸びたり、各関節の長さが短くなれば、変化量検出センサ数が増加し、変化量検出センサの出力信号もそれに従い増加することになる。
従って、多くの変化量検出センサの出力信号を取り込む必要があり、その信号ケーブルを削減するべく、所定数の関節を１グループとし、グループ単位に変化量検出センサの信号が信号処理部に取り込まれる構成としたのである。１グループとする関節の数は、フレキシブルセンサチューブの設計や、変化量検出センサの信号を取り込む信号処理部の設計により決定されるものである。信号処理部は１ボードで構成されるのが好ましく、その入出力端子の個数としては８〜３２が通常であり、１グループとする関節の数も８〜３２が適切であろう。
【００１２】
また、上記の第１の観点で、信号処理部の間は通信ネットワークに接続されるが、この通信ネットワークは、処理演算部にも接続される。処理演算部では、各信号処理部から通信ネットワークを介して送られてくる関節角など変化量検出センサの信号データを取り込み、フレキシブルセンサチューブの全体形状を算出する。処理演算部は、瓦礫内探索ロボットが位置する側と反対側の、フレキシブルセンサチューブの一端に配設される。処理演算部で算出したフレキシブルセンサチューブの全体形状は、起点となるフレキシブルセンサチューブの一端を原点として、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の位置情報として３次元的に算出され、フレキシブルセンサチューブの起点とは反対の一端に位置する瓦礫内探索ロボットの瓦礫内部における３次元位置を同定するのである。
これにより、瓦礫内探索ロボットが瓦礫内に埋もれた人を発見した時に、ピンポイントで、瓦礫内探索ロボットの位置、言い換えれば、瓦礫内に埋もれた人の位置を同定することが可能となるのである。瓦礫内に埋もれた人の位置をピンポイントで知ることができるため、救助活動が素早く行うことができ、ひいては多くの被災者を救出することが可能となる。
【００１３】
また、フレキシブルセンサチューブを構成する多関節構造のチューブは、硬質性の樹脂であることが好ましい。瓦礫内の中を通ることから、フレキシブルセンサチューブを構成する多関節構造のチューブは耐久性があることが必要であり、また、関節角によって全体の形状を正確に算出すべく、自由度のある関節の連鎖部以外の所は形状が一定の硬質なものが好ましい。さらに、フレキシブルセンサチューブの先端に位置する瓦礫内探索ロボットの負荷を考慮し、フレキシブルセンサチューブは軽量であることが好ましいからである。
【００１４】
また上記樹脂以外にも、図７のような薄板加工あるいはダイキャスト成型による軽金属類で、チューブ本体または外装を構成しても良い。カーボン等を利用した複合素材も使用出来るし、例えばチューブの最も外側を金属、内側を樹脂で構成するなどの組み合わせで構成することも可能である。また、図４では露出している関節部を、図７のようにチューブ内に隠蔽する構成も可能である。図７のように構成すれば、ロボットの移動に伴うチューブの移動も円滑になることが期待出来る。
【００１５】
また、フレキシブルセンサチューブの多関節構造のチューブの関節部に、駆動手段を設けて、チューブ単体での移動を可能とすることも良い。駆動手段とは、例えば、瓦礫内探索ロボットと同様のクローラや車輪などである。フレキシブルセンサチューブ自体にも駆動手段を設けることにより、瓦礫内探索ロボットが引っ張る負荷を減らすことができ、また、瓦礫内の移動がスムーズに行うことができる。
【００１６】
次に、本発明の第２の観点からは、第１の観点におけるフレキシブルセンサチューブの一端を走行ロボットに取り付け、フレキシブルセンサチューブの多関節構造のチューブの形状を算出することにより、走行ロボットの位置を同定することを可能とする走行ロボットの自己位置同定システムが提供される。
【００１７】
ここで、走行ロボットとは自律走行を行うものや遠隔操作して走行するロボットを意味し、上述した瓦礫内探索ロボットも含まれる。なお、瓦礫内探索ロボットを遠隔操作する場合は、空気圧チューブやカメラ等信号情報ケーブルと同じく、有線の走行制御信号ケーブルを介して遠隔操作されることとなる。
【００１８】
この走行ロボットが瓦礫内探索ロボットの場合は、生体の生命機能検出手段を備えることが好ましい。ここで、生体の生命機能検出手段とは、例えば、一定の周波数で電磁キャリヤ信号を送信するための送信装置を使用して電磁波を発信し、この発信された電磁波が瓦礫の下に生き埋めになった被災者の心臓や肺に当たって反射した反射波を受信機で捉え、該反射波が復調機を介してコンピュータ解析され、心臓の鼓動や肺の拡大・収縮により位相が変調した電磁波の周波数分布のパターンを判断することで、瓦礫の下に生き埋めになった人の生命機能を検出するものである。
【００１９】
次に、本発明の第３の観点からは、先導者をロボットが追従するシステムにおいて、第１の観点におけるフレキシブルセンサチューブの一端を先導者の体に取り付け、先導者の両足先とフレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を備えたロボット追従システムが提供される。
【００２０】
この第３の観点では、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識するために、第１の観点のフレキシブルセンサチューブを利用するのである。
従来から、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識するために、ロボットがカメラを複数台備え、ステレオカメラにして先導者の位置をとらえるといった手段が知られている。しかし、ステレオカメラにして先導者の位置をとらえるといった手段では、先導者と追尾するロボットの間に壁等の障害物が入ると、カメラで先導者に取り付けたポイントを検知できなくなるという問題や、また、周囲の照明条件に大きく影響を受け、特に夜間などでは照明器具が必要となってくるといった問題があった。
第１の観点のフレキシブルセンサチューブを利用して、追従するロボットが先導者の空間的な移動情報を認識することで、かかる問題を回避できるのである。
すなわち、第１の観点のフレキシブルセンサチューブの一端をロボットに取り付け、他端を先導者の体に取り付けると、ロボットはフレキシブルセンサチューブの全体形状から他端の先導者の位置を同定できることとなる。さらに、先導者の両足先とフレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を設けることで、先導者の両足先の奇跡を追尾するロボットが認識できることとなり、瓦礫等の不整路面上において先導者によって示された通過可能な空間や着地場所を、ロボットが追従していくことができるのである。
【００２１】
次に、本発明の第４の観点からは、第１の観点のフレキシブルセンサチューブにおいて、さらに、接合手段、若しくは、分岐手段を備えたフレキシブルセンサチューブが提供される。
ここで、接合手段とは、２つのフレキシブルセンサチューブを接合して長さを延長していく役割をなすものである。フレキシブルセンサチューブの終端の関節同士がジョイントできるか、若しくは、別個のジョイント部材を用いてフレキシブルセンサチューブの終端の関節同士がジョイントしても良い。
この関節同士のジョイントは、関節機構のジョイントのみならず、空気圧チューブや、信号情報ケーブルなどのジョイントも意味するものである。
【００２２】
また、分岐手段とは、１つのフレキシブルセンサチューブから、枝葉が分かれていくように、複数のフレキシブルセンサチューブが伸びることができるよう分岐させる役割をなすものである。
この分岐手段においても、上述の接合手段と同様に、関節機構のジョイントのみならず、空気圧チューブや、信号情報ケーブルなどのジョイントが行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブでは、上述の構造を有しているため、瓦礫の下に潜り込み外から見えなくなった瓦礫内探索ロボットの位置を同定することができる効果を有する。
また、ロボットが先導者を追従するシステムにおいて、本発明のフレキシブルセンサチューブを用いることで、先導者の通過空間や着地場所を同定することができる効果を有する。
さらに、瓦礫内探索ロボットに電磁波の送受信等による生体情報獲得手段を備えることにより、地上の電波の影響を受けず、かつ電波を遮蔽する地中の障害物を回避した精度の良い生体情報を取得することができる。この場合、ロボットの走行中の情報の蓄積により、多方向からの立体的な情報が取得できて生体位置の特定がより正確になると共に、ロボットの走行ルート自体の情報を救助のための情報として活用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００２５】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブの一実施例について図１〜４を用いて説明する。図１と図２は、それぞれフレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概念図と概略構成図を示している。また、図３と図４は、それぞれフレキシブルセンサチューブの一実施例の構成図と外観図を示している。
図１に示すように、瓦礫内探索ロボット４は、台車１１と関節１２から構成され、ロボット本体の上と下に付いているクローラを用いて、瓦礫の中にロボットの先頭台車から突っ込み、先頭台車に取り付けられたＣＣＤカメラで操縦と人体検索を行うものである。そして、その瓦礫内探索ロボット４の後方台車にフレキシブルセンサチューブ１が連結されている。ここで、動力源１０は、瓦礫内探索ロボット４の動力として必要な空気圧を送り込む装置や電源供給装置である。また、携帯ディスプレイ９は、モバイルＰＣなどの処理コンピュータも兼ねるもので、フレキシブルセンサチューブ１の全体形状を算定して、携帯ディスプレイ９上に表示する。
図２の概略構成図に示すように、フレキシブルセンサチューブ１は、収納ドラム１４に巻きつけられ収納されており、瓦礫内探索ロボット４の進行に伴い、収納ドラム１４から巻き出されていく。図２中に矢印で示した部分を拡大したのが、図３の構成図である。
図３の構成図は、フレキシブルセンサチューブの一部分の１１個のリンク部とその間の１０個の関節のところを示している。また、ＸはＸ軸（横軸）方向に自由度を有する関節の箇所を示しており、ＹはＹ軸（縦軸）方向に自由度を有する関節の箇所を示している。 各関節には、小型のポテンショメータが装着されており、関節角の角度データを検出することができる。
ＸとＹの箇所には、関節角を測定するためのポテンショメータ６が配設されており、各ポテンショメータ６から処理演算部（処理コンピュータ）７へと信号線１５が配線されている。
また、図４の外観図に示されるように、フレキシブルセンサチューブは、長さ約５ｃｍのリンク部３と１自由度の関節２の連鎖で構成されている。ここで、リンク部３は、約５ｃｍ四方のもので、内部に直径約３ｃｍの空洞１３を有している。この空洞は、空気圧チューブやカメラ等の信号情報ケーブルの通路の役割を持つものである。
ここで、関節数は要求されるフレキシブルセンサチューブの全長から決まり、個数が２００の関節の場合は、フレキシブルセンサチューブの全長は約１０ｍとなる。
【００２６】
２００個の関節の全ポテンショメータの出力信号を独立した信号ケーブルで集約すると、２００数本の信号線が必要となってくることになり現実的でない。
そのため、１０個の関節を１グループとして、１０個のポテンショメータを１つの信号処理部（ＣＰＵボード）５に集約している。そして、２００個の関節が、２０のグループに分かれ、２０枚のＣＰＵボードが分散してポテンショメータの信号を処理する。
各ＣＰＵボードは、有線通信ネットワークで接続される。有線通信ネットワークは上述のリンクの空洞１３内に配設されている。
【００２７】
フレキシブルセンサチューブの一端に設けられた処理コンピュータに、通信ネットワークを介して、全ポテンショメータのデータが集約され、集約されたデータに基づいてフレキシブルセンサチューブの形状が算定される。これにより、フレキシブルセンサチューブの端の位置する瓦礫内探索ロボットの３次元位置が同定される。
これら形状、位置の情報は地形情報と併せて、携帯ディスプレイなどに表示される。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明のフレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムについて、図５を用いて説明する。図５は、フレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムの概略図である。
フレキシブルセンサチューブ１の一端を追尾ロボット２１に取り付け、もう一端を先導者２０の腰に取り付けている。先導者の腰と両足先の相対運動を知るため、先導者の腰から両足先にかけての関節の動きを検出するポテンショメータが設けられている。
従って、追尾ロボット２１は、フレキシブルセンサチューブ１の全体形状から、先導者２０の腰の３次元位置を同定することができ、また、先導者２０の腰から両足先にかけての関節の動きを検出するセンサのデータから、両足先の位置を知ることができるのである。
【００２９】
この先導者の腰から両足先にかけての関節の動きを検出する手段として、腰から両足先にかけてのフレキシブルセンサチューブ２２を用いても良い。複数のフレキシブルチューブをジョイントしたり、分岐させたりすることで様々な用途に応用することが期待できる。図６に、接合手段と分岐手段を用いたフレキシブルセンサチューブの概念図を示す。
図６（ａ）は、２本のフレキシブルセンサチューブを接合手段３０で接続し、全長を延長したものである。また、図６（ｂ）は、１本のフレキシブルセンサチューブに分岐手段３１を用いて、３本のフレキシブルセンサチューブを接続したものである。
【実施例３】
【００３０】
一般に、心臓の鼓動及び呼吸活動は、高い周波数の電磁信号に大きな影響を与えることが知られている。具体的には、人の心臓の鼓動の場合は０．５〜３．４Ｈｚ（通常１〜２Ｈｚ）、呼吸活動の場合には０．１〜１．５Ｈｚという特有の周波数レンジである。また、脈拍や呼吸の周波数パターンが人と動物では異なるので、人の存在、特に生存者の存在が検知することに使用できるのである。また、個々の人によって周波数パターンが相違するので、生存している人の数を知ることもできる。
【００３１】
一定の周波数で電磁キャリヤ信号を送信するための送信装置を使用して電磁波を発信し、生き埋めになった人の心臓や肺に当たって反射した反射電磁波を受信機で捉え、処理コンピュータで解析することで、人の心臓の鼓動や呼吸活動により位相が変調した電磁波の周波数分布をグラフ表示し、そのパターンから生存者の有無を判断することができる。
【００３２】
そこで、瓦礫内探索ロボットにも電磁波の送受信アンテナを取り付け、フレキシブルセンサチューブを介して、別に設けられた処理コンピュータにて反射波の分析を行うことで、カメラ等の画像情報に加えて、生存者の発見活動を助ける情報を得ることができるのである。
【００３３】
具体的には、瓦礫内探索ロボットに取り付けられた電磁波送信アンテナから電磁波を発信し、反射電磁波を受信し、処理コンピュータにて反射電磁波の周波数分布やパターンから生体と判断した場合、反射電磁波を受信した方向に瓦礫内探索ロボットを発進させる。
瓦礫内探索ロボットは電磁波受信方向に向かって走行するが、走行中にも電磁波を発信・受信して、新たな情報取得による生体の位置情報の修正を行い、それに伴い進路を修正していく。このように、発進後、探索ロボットは生体とダイナミックかつインタラクティブに情報をやりとりして、進路修正を繰り返して生体にたどり着くのである。また、本実施例により得られる情報は生体の位置を特定するための情報に留まらない。探索ロボットの瓦礫等の中の走行ルートや運転中に取り込んだ周囲の画像等の情報を後の救助計画の基礎情報とすることも可能となる。瓦礫内には様々な障害物が存在するので、特定された生体の位置に向かった直線ルートを救助ルートとしてとり得ないことも多いが、探索ロボットの走行ルート及び走行ルート周辺の画像情報は救助ルート決定に対しての極めて貴重な情報となる。すなわち、生体位置という点情報のみでなく、そこに至るプロセスである線及び面情報を獲得することができるのである。さらに、生存者を発見した後には、探索ロボットに生存者の生体情報・周辺の状況の画像情報を取り込み送信させることで、最適な救助計画を作成できることとなる。
【００３４】
また、瓦礫内探索ロボットを反射電磁波により自律的に動かしてもよい。すなわち、反射電磁波により生体情報を取得し、それから獲得された生体情報に従い、瓦礫内探索ロボットが自動的に進路を決定して生体に到達することも良い。
【００３５】
また、上記反射電磁波を利用した人体検出装置は、地上で使用していると周りの作業者の心肺の影響を受けやすいことが分かっている。そこで上記反射電磁波を利用した人体検出装置を瓦礫内探索ロボットに取り付けて瓦礫内・地中に侵入させれば、地上作業者の影響を少なくすることが出来る。さらに瓦礫の中に金属がある場合も電磁波が遮蔽されて役に立たないが、その金属がある部位を、瓦礫内探索ロボットを進行させて通過あるいは回避させれば検出が可能になる。
【００３６】
仮に瓦礫内探索ロボットでたどりつけないような位置に人体が存在したとしても、瓦礫内探索ロボットを侵入可能なポイントまで浸入させた後に電磁波を発信させて人体の存在が検出できれば、電磁波送信方向の何ｍ〜何十ｍか先に人体が存在することになり、人体位置を特定するための一軸の情報が確定する。その後、異なるポイントから瓦礫内探索ロボットを複数回侵入させて同様の処理を行って複数の軸情報を取得することで、その複数の軸が重なる点、すなわち人体が存在する位置を算出できる。算出結果を元に処理コンピュータにて位置表示させることも可能である。
【００３７】
また、原理上この電磁波を用いた人体検出システムは複数の人体が重なっているとその心臓や肺からの帰還波が複数混合するため識別が困難になる時があるが、そのような場合においても、瓦礫内探索ロボットを移動させ人体が重ならない位置から電磁波を再発信することで、曖昧さを排除することが出来る。
【００３８】
また、電磁波送受信用のアンテナに広域・狭域の切替機能を付加することで、瓦礫内探索ロボットが潜りはじめた段階では広域スキャン、ピンポイントで近接させていく際には狭域スキャンと切り替えることで迅速な人体検出が可能になる。アンテナ部は並列実装、あるいは切替手段で実装してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るフレキシブルセンサチューブは、瓦礫内探索ロボットの自己位置同定手段として利用できる可能性を有する。
また、ロボットが先導者を追従するシステムにおいて、先導者の通過空間および着地場所の同定手段としても有用である。
さらに、本発明のフレキシブルセンサチューブは接合手段、分岐手段を具備することで、様々な用途に活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】フレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概念図
【図２】フレキシブルセンサチューブを用いた走行ロボット自己位置同定システムの概略構成図
【図３】フレキシブルセンサチューブの一実施例の構成図
【図４】フレキシブルセンサチューブの一実施例の外観図
【図５】フレキシブルセンサチューブを用いたロボット追従システムの概略図
【図６】接合手段と分岐手段を用いたフレキシブルセンサチューブの概念図
【図７】フレキシブルセンサチューブの他の実施例の外観図を示すもので、（ａ）は真っ直ぐに伸びたフレキシブルセンサチューブ、（ｂ）は、蛇行したフレキシブルセンサチューブの様子を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１ フレキシブルセンサチューブ
２ 関節
３ リンク部
４ 瓦礫内探索ロボット
５ 信号処理部（ＣＰＵボード）
６ ポテンショメータ
７ 処理演算部（処理コンピュータ）
８ 有線通信ネットワーク
９ 携帯ディスプレイ
１０ 動力源
１１ 瓦礫内探索ロボットを構成する台車
１２ 瓦礫内探索ロボットを構成する関節
１３ 空洞
１４ 収納ドラム
１５ 信号線
２０ 先導者
２１ 追尾ロボット
２２ 腰から両足先にかけてのフレキシブルセンサチューブ
３０ 接合手段
３１ 分岐手段
Ｘ Ｘ軸（横軸）方向に自由度を有する関節
Ｙ Ｙ軸（縦軸）方向に自由度を有する関節
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節構造のチューブであって、各関節の可動部にポテンショメータ等の変化量検出センサが設けられ、１ないし複数のセンサをグループ単位とし、前記グループ単位に前記センサの信号が信号処理部に取り込まれ、前記信号処理部間は通信ネットワークに接続され、前記通信ネットワークに接続された処理演算部が、前記センサの信号データに基づいて多関節構造のチューブの形状を算出する手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【請求項２】
前記多関節構造のチューブが硬質性の樹脂、複合素材、金属、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項３】
前記多関節構造のチューブの関節部をチューブ内に格納したことを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項４】
前記多関節構造のチューブの関節部に駆動手段を設け、チューブ単体での移動を可能とした請求項１乃至３に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載のフレキシブルセンサチューブの一端が走行ロボットに取り付けられ、前記多関節構造のチューブの形状を算出することにより、前記走行ロボットの位置を同定することを特徴とする走行ロボット自己位置同定システム。
【請求項６】
請求項５の走行ロボット自己位置同定システムにおいて、ロボットに存在する可動軸の情報入手手段を備えたことを特徴とする走行ロボット自己位置同定システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の走行ロボット自己位置同定システムにおける走行ロボットが、生体の生命機能検出手段を備えたことを特徴とする人体位置特定システム。
【請求項８】
前記生体の生命機能検出手段が電磁波送受信用アンテナを備え、反射電磁波を利用して人体の生命機能を検出するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の人体位置特定システム。
【請求項９】
前記電磁波送受信用アンテナが広域スキャンと狭域スキャンの切替機能を有することを特徴とする請求項８に記載の人体位置特定システム。
【請求項１０】
前記生体の生命機能検出手段による測定位置を動的に修正し、かつ、複数の測定位置における人体位置の特定に関する情報を組み合せて人体位置の特定を行うことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の人体位置特定システム。
【請求項１１】
前記人体位置特定に加え、前記走行ロボットが走行した経路に関する情報も備えたことを特徴とする請求項１０に記載の人体位置特定システム。
【請求項１２】
先導者をロボットが追従するシステムにおいて、請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブの一端が先導者の体に取り付けられ、前記先導者の両足先と前記フレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を備えたことを特徴とするロボット追従システム。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブが接合手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【請求項１４】
請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブが分岐手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【請求項１】
多関節構造のチューブであって、各関節の可動部にポテンショメータ等の変化量検出センサが設けられ、１ないし複数のセンサをグループ単位とし、前記グループ単位に前記センサの信号が信号処理部に取り込まれ、前記信号処理部間は通信ネットワークに接続され、前記通信ネットワークに接続された処理演算部が、前記センサの信号データに基づいて多関節構造のチューブの形状を算出する手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【請求項２】
前記多関節構造のチューブが硬質性の樹脂、複合素材、金属、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項３】
前記多関節構造のチューブの関節部をチューブ内に格納したことを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項４】
前記多関節構造のチューブの関節部に駆動手段を設け、チューブ単体での移動を可能とした請求項１乃至３に記載のフレキシブルセンサチューブ。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載のフレキシブルセンサチューブの一端が走行ロボットに取り付けられ、前記多関節構造のチューブの形状を算出することにより、前記走行ロボットの位置を同定することを特徴とする走行ロボット自己位置同定システム。
【請求項６】
請求項５の走行ロボット自己位置同定システムにおいて、ロボットに存在する可動軸の情報入手手段を備えたことを特徴とする走行ロボット自己位置同定システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の走行ロボット自己位置同定システムにおける走行ロボットが、生体の生命機能検出手段を備えたことを特徴とする人体位置特定システム。
【請求項８】
前記生体の生命機能検出手段が電磁波送受信用アンテナを備え、反射電磁波を利用して人体の生命機能を検出するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の人体位置特定システム。
【請求項９】
前記電磁波送受信用アンテナが広域スキャンと狭域スキャンの切替機能を有することを特徴とする請求項８に記載の人体位置特定システム。
【請求項１０】
前記生体の生命機能検出手段による測定位置を動的に修正し、かつ、複数の測定位置における人体位置の特定に関する情報を組み合せて人体位置の特定を行うことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の人体位置特定システム。
【請求項１１】
前記人体位置特定に加え、前記走行ロボットが走行した経路に関する情報も備えたことを特徴とする請求項１０に記載の人体位置特定システム。
【請求項１２】
先導者をロボットが追従するシステムにおいて、請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブの一端が先導者の体に取り付けられ、前記先導者の両足先と前記フレキシブルセンサチューブの一端の間の相対運動を検出する手段を備えたことを特徴とするロボット追従システム。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブが接合手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【請求項１４】
請求項１又は２に記載のフレキシブルセンサチューブが分岐手段を備えたことを特徴とするフレキシブルセンサチューブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３４３１１４（Ｐ２００６−３４３１１４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６６５５８（Ｐ２００５−１６６５５８）
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度 独立行政法人 防災科学技術研究所、文部科学省大都市大震災軽減化特別プロジェクト「レスキューロボット等次世代防災基盤技術の開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３１３２２８０）特定非営利活動法人 国際レスキューシステム研究機構 (6)
【出願人】（５０１３９７９２０）旭光電機株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度 独立行政法人 防災科学技術研究所、文部科学省大都市大震災軽減化特別プロジェクト「レスキューロボット等次世代防災基盤技術の開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３１３２２８０）特定非営利活動法人 国際レスキューシステム研究機構 (6)
【出願人】（５０１３９７９２０）旭光電機株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
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