手投げ式ロボット

【課題】突起物がなくても架台の回転を防止し、略ボール状に縮小を変形可能とした。
【解決手段】モータ４を内蔵した架台２と、架台の左右にギアボックス９を介してモータに連繋して回転可能で、内部中空の略半球状の１対の可動輪３と、ギアボックス９内において可動輪３の駆動軸１２と同一軸線上に配置され、可動輪の回転方向に対して常時逆転方向に回転することにより、架台２を静止状態に保持する逆転機構とを備え、駆動軸１２を可動輪３に設けた軸受部１１に対して軸方向に移動可能に連結し、可動輪３同士を軸方向に沿って離接可能に連結した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さが低い床下、人間が直接はいることができない危険な室内などを観察または偵察する場合などに用いる手投げ式小形ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の小形ロボットの一例として、図６に示すように、左右一対の可動輪ａと、可動輪ａ間に支持された架台ｂとを備えたものがある。この構造の自走式ロボットは、架台ｂに床面に接地する支持棒ｃを有し、移動時に可動輪ａに取付けられた針状のばねが伸びて回転することにより（可動輪に内蔵した動力機構により）移動するようになっている。
【０００３】
また、他のタイプの自走式小形ロボットは、前記支持棒ｃに替えて、後ろに突起式のスタビライザがついており、いずれの構造とも、移動時において可動輪により架台がつれ廻りすることを防止するとともに、停止時における架台の安定を確保するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記小形ロボットでは、長い支持棒または突起式のスタビライザが床面に接地しているために、摩耗したり、移動時の障害になったりすることもありうる。また、これらの支持棒またはスタビライザは、前記ロボットでは移動のために必要不可欠な部品であり、架台から長く突出させなければならず、小型化が困難となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的はこのような支持棒、またはスタビライザがなくても、可動輪の回転に伴う架台のつれ廻りによる回転を防止し、かつ略ボール状に縮小変形可能とすることによって、運搬および、観察ないし偵察現場に対する投擲を容易とするようにした手投げ式ロボットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の手投げ式ロボットは、モータ４を内蔵した架台２と、架台２の左右にギアボックス９を介して前記モータ４に連繋して回転可能とした内部中空の略半球状の１対の可動輪３と、ギアボックス９内において前記可動輪３の駆動軸１２と同一軸線上に配置され、前記可動輪３の回転方向に対して常時逆転方向に回転することにより、前記架台２を静止状態に保持する逆転機構とを備え、前記駆動軸１２を可動輪３内に設けた軸受部１１に対して軸方向に移動可能に連結し、前記可動輪３同士を軸方向に沿って離接可能に連結したことを特徴としている。上記モータは、架台の左右に設けても良いが、一個のモータの駆動軸を連動機構を介して前記一対の可動輪に連動連結させるようにしても差し支えない。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記可動輪同士の接合縁は、雌雄のねじによってねじ込み式に連結可能となっているとともに、前記ギアボックスと軸支部間において、駆動軸の外周に介在された圧縮コイルばねにより、互いに離間側に付勢されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２において、記架台内には前記モータとともに、ＣＰＵ、無線通信手段、バッテリなどの作動手段を内蔵するとともに、架台上には撮像用のカメラおよびアンテナを突設し、無線通信手段により遠隔操縦手段からの制御により前記モータ制御を行うとともに、前記カメラで撮像された画像情報を前記無線通信手段を介して前記遠隔操縦手段に設けたモニタディスプレイに表示可能としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明では、逆転機構により、架台そのものに可動輪とは逆転方向の回転モーメントが生じ、可動輪の回転に伴う、架台のつれ廻りが相殺され、静止状態に安定して保たれる。また、必要に応じて縮小および展開でき、縮小した状態では略ボール状に小型化できる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の作用・効果に加え、移動、投擲時には可動輪同士をねじ込み式に連結しておくことによりボール状に縮小し、接地した段階で、左右のモータねじ込み方とは逆側に逆転することにより、ねじが外れ、ばね力によって自動的に展開状態となるため、縮小・展開のための構造も簡単となる。
【００１１】
請求項３の発明では、遠隔操縦によって、移動、方向転換を自在に行えるとともに、撮像された画像をリアルタイムで遠隔操縦手段のモニタディスプレイに表示できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る手投げ式ロボットの展開状態における右半部を断面して示す正面図、図２は、同ギアボックス内における動力伝達機構を示す右半部の断面図である。
【００１３】
図において、手投げ式ロボット１は、縮小時は、手投弾と同様、掌で握れる程度の大きさであり、架台２と、架台２の左右に展開配置された１対の可動輪３とからなっている。
【００１４】
架台２は、左右一対のモータ４、および後述する各種電子部品を内蔵するとともに、上部中央に撮像用のカメラ５並びにアンテナ６を突設した格納部７と、格納部７の左右に立設された取付ベース８を介して固定されたギアボックス９、並びに格納部７の正面中央部に突出配置された起動用のスイッチＳＷを備えている。
【００１５】
各可動輪３は、半球形の端部に筒部一体化した内部中空状のものであり、その筒状の外周部には、周方向に沿ってゴム製の多数の突起１０が突設され、この突起１０を接地面として回転可能となっている。
【００１６】
また、可動輪３の内奥部には軸受部１１が一体化され、この軸受部１１における可動輪３の回転中心には前記ギアボックス９の端部より突出する駆動軸１２を摺動可能に軸支している。なお、駆動軸１２の軸受部１１に対する回り止め手段としては、図示のスプライン溝１３による係合のほか、キーとキー溝による係合手段などを採用できる。
【００１７】
また、軸受部１１と、ギアボックス９の間には、駆動軸１１の外周には圧縮コイルばね１４が介挿され、このばね１４のばね圧により各可動輪３は常時架台２より離間する側に付勢されている。
【００１８】
さらに、両可動輪３同士の接合端における開口縁の一方には、雄ネジ部１５が突出し、他方の内周部に雌ねじ部１６が形成され、図１に示すような架台２を解放した状態から、操作者の人手により、前記ばね１４のばね圧に抗して両可動輪３を引寄せ、互いにねじることによって、両可動輪３間に前記架台２を格納した状態でカプセル状に閉じられるようになっている。
【００１９】
図２にしめすように、ギアボックス９内の前記軸受部１１に近い位置には、モータ４の出力軸４ａに入力ギア１７、中間ギア１８および出力ギア１９を介して前記駆動軸１２に連繋してモータ４の回転方向と同方向に回転し、その回転動力を軸受部１１を介して可動輪３に伝達するようになっている。
【００２０】
またギアボックス９内の取付ベース８に近い位置には、出力軸４ａの根本側に軸装された入力ギア２０に、前記駆動軸１２と同軸上に配置された反転軸２１に固定された反転用ギア２２が噛合している。
【００２１】
この反転軸２１にはバランサー２３が同軸に接合され、モータ４の回転方向とは常時逆の回転力が与えられることにより、バランサー２３のフライホイール効果によって、可動輪３の回転方向とは逆の回転モーメントを生じさせることにより、架台２が可動輪３の回転方向につれ廻りすることを防止し静止状態に保持するようになっている。
【００２２】
図３，４は前記格納部７内に格納された上述する電子部品の配置を示している。格納部７の底部側左右には上述する１対のモータ４が配置されているとともに、各モータ４間には加速度・方位センサ２４が配置され、各モータ４の上部には各部の駆動電源となるバッテリ２５が配置され、さらにその上部側の一方には、各部制御用のＣＰＵ２６、他方には無線通信装置２７が配置され、各部を図示しない配線により接続している。
この構造によれば重量の重いバッテリ２５、モータ４が低位置に配置されることによって低重心に保たれ、可動輪３の停止状態でも、図１、２に示すごとく架台２は撮像用のカメラ５を上部に位置させた状態で定位置に安定して保持されるものとなる。
【００２３】
ＣＰＵ２６は、図５に示すように、遠隔操縦装置２８からの指令を通信装置２７を介して受け、遠隔操縦装置２８からの指令に基づき左右のモータ４を動かして、指令方向に移動するとともに、撮像用のカメラ５で受像した画像信号を通信装置２７を介して操縦装置２８側に送出する動作を行う。
【００２４】
図５は、以上のロボット１の投擲から展開動作までを示すものである。投擲前には、スイッチＳＷを入れた上で、（ａ）に示すように、可動輪３同士を接合し、その後に恰も手投弾と同様な投擲方法により、操作者が目的とする室内に投入れた後、操作者自身は安全な場所に待避することで、操作者の安全を確保できる。
【００２５】
投入れ動作に伴い、加速度・方位センサ２４は、この状態を検出するが、着地衝撃以後の検出しなくなった状態、すなわち、（ｂ）に示すように、床面Ｆ上に静止した段階でＣＰＵ２６は、両モータ４をねじ弛み方向に逆転させることにより、ねじの係合が外され、ばね１４のばね圧により可動輪３が左右に自動的に展開することにより、（ｃ）および図１に示すように、架台２が露出し、撮像用のカメラ５による室内の撮像が可能となり、アンテナ６を通じて操縦装置２８に対する相互通信が可能となり、操縦装置２８からの指令に応じて、以後はこの展開状態のまま室内を自走しつつその内部を観察または偵察することができる。操縦装置２８からの指令によっても可動輪３を左右に展開することができる。
【００２６】
操縦装置２８は、通常のパソコンに類似するものであり、無線通信装置を内蔵したパソコン本体２８ａと、モニタディスプレイ２８ｂおよびキーボード２８ｃを備えるほか、図示しない操作用マウス、ジョイステックなどを有し、パソコン本体２８ａ内に内蔵されたソフトにより、モニタディスプレイ２８ｂには、図示のごとく、加速度・方位センサ２４からの位置・方向情報及び撮像用のカメラ５により撮像された室内画像を表示させるとともに、撮像用のカメラ５のターゲット画像および、操縦者側のチェック入力などに応じてそのターゲット内における危険物、あるいは危険人物の存在を示すブリック点などが表示される。
【００２７】
また、操縦装置２８からの移動命令に応じてロボット１のモータ４を駆動することにより、ロボット１は室内を自走しつつその室内風景およびターゲット画像を映し出し、モニタディスプレイ２８ｂに表示させる。方向転換する場合には、左右のモータ４を逆転させることにより、心地旋回により直ちに方向転換てきる。
【００２８】
なお、図では遠隔操縦装置２８として、ディスクトップ形パソコンを示しているが、実際の災害現場や事件現場などにおいては、可搬できるラップトップパソコンなどの携帯型パソコンに代替することが望ましい。また、図示しないが、災害現場、事件現場などにおいて、投擲動作など、ロボット１に対する蛮用に抗すべく、架台２内に内蔵される前記各電子部品を緩衝材などで保護し、耐衝撃性を付与しておくことも勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る手投げ式ロボットの展開状態における右半部を断面して示す正面図である。
【図２】同ギアボックス内における動力伝達機構を示す右半部の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は格納部内の部品配置を示す平断面図、正断面図および側断面図である。
【図４】同格納部内の部品配置を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は同手投げ式ロボットの投擲から展開状態までの過程と、遠隔操縦装置との関係を示す説明図である。
【図６】従来の自走式小形ロボットの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１手投げ式ロボット
２架台
３可動輪
４モータ
４ａ出力軸
５撮像用のカメラ
６アンテナ
７格納部
８取付ベース
９ギアボックス
１１軸受部
１２駆動軸
１４圧縮コイルばね
１５雄ネジ部
１６雌ねじ部
１７，２０入力ギア
１８中間ギア
１９出力ギア
２１反転軸
２２反転用ギア
２３バランサー
２４加速度・方位センサ
２５バッテリ
２６ＣＰＵ
２７通信装置
２８遠隔操縦装置
２８ｂモニタディスプレイ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを内蔵した架台と、架台の左右にギアボックスを介して前記モータに連繋して回転可能で、内部中空とした略半球状の１対の可動輪と、ギアボックス内において前記可動輪の駆動軸と同一軸線上に配置され、前記可動輪の回転方向に対して常時逆転方向に回転することにより、前記架台を静止状態に保持する逆転機構とを備え、
前記駆動軸を可動輪内に設けた軸受部に対して軸方向に移動可能に連結し、前記可動輪同士を軸方向に沿って離接可能に連結したことを特徴とする手投げ式ロボット。
【請求項２】
前記可動輪同士の接合縁は、雌雄のねじによってねじ込み式に連結可能となっているとともに、前記ギアボックスと軸支部間において、駆動軸の外周に介在された圧縮コイルばねにより、互いに離間側に付勢されていることを特徴とする請求項１記載の手投げ式ロボット。
【請求項３】
前記架台内には前記モータとともに、ＣＰＵ、無線通信手段、バッテリなどの作動手段を内蔵するとともに、架台上には撮像用のカメラおよびアンテナを突設し、無線通信手段により遠隔操縦手段からの制御により前記モータ制御を行うとともに、前記カメラで撮像された画像情報を前記無線通信手段を介して前記遠隔操縦手段に設けたモニタディスプレイに表示可能としたことを特徴とする請求項１または２記載の手投げ式ロボット。

【図１】