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JP4845341B2 - Control method of joint robot - Google Patents
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Description

この発明は、ロボットによって狭隘部を含む経路を探索又は前記経路について作業を行うロボットシステムに関する。   The present invention relates to a robot system that searches for a route including a narrow portion by a robot or performs an operation on the route.

従来、直管や屈曲管、或いは容器の内部の検査、修理等のメンテナンスにおいては、管径が小さい場合や、扱われる液体、気体等の流体が人体に対して危険性がある場合、或いは作業員が直接に入り込むのが適切でない場合には、作業員の代わりに経路を走行可能な点検ロボットが用いられている。従来の管内等のための点検ロボットは、ロボット本体に車輪やその駆動を行う走行部を備え、経路の内壁に車輪を当接させながら車輪駆動によって移動したり、或いは尺取り虫の歩行動作と同様のインチング移動をするものが殆どである。しかしながら、こうした点検ロボットは、曲がることができるそれほど小さくない最小半径を有しているので、経路に小曲率部分があるとその部分が狭隘部となって通過することができないという問題がある。   Conventionally, in the maintenance such as inspection, repair, etc. of the inside of a straight pipe, a bent pipe, or a container, when the pipe diameter is small, or a fluid such as a liquid to be handled is dangerous to the human body or work When it is not appropriate for an operator to enter directly, an inspection robot capable of traveling along a route is used instead of an operator. A conventional inspection robot for a pipe or the like includes a wheel and a traveling unit that drives the robot body, and moves by driving the wheel while the wheel is in contact with the inner wall of the path, or is similar to the walking action of a scale insect. Most of them perform inching movement. However, these inspection robots have a minimum radius that is not so small that they can bend, and therefore there is a problem that if there is a small curvature portion in the path, that portion cannot pass as a narrow portion.

阪神淡路大震災をきっかけに、地震等で倒壊した建物等の瓦礫の中を移動可能にしたロボット及びそのシステムが提案・開発されてきている。例えば、瓦礫内探索用多関節型移動システムとして、各リンクにクローラ(キャタピラ)を装着した蛇状の多リンクシステム移動が提案されている(非特許文献1参照)。また、ベローズ状の胴体を持つ尺取り虫運動を行うスライム型がれき内探査ロボットも提案されている。これらの提案では、各リンクに設けられているクローラやキャタピラが、コンクリート、石、木材、家具等が散乱した瓦礫につかえて立ち往生する可能性があり、あるいはベローズ状胴体は、粉体や砂状体の環境では前後進が困難になるなど、実用化までには至っていない。
「大都市大震災軽減化特別プロジェクト、III被害者救済等の災害対応戦略の最適化 4.レスキューロボット等次世代防災基盤技術の開発 平成14年度成果報告書」、特定非営利活動法人国際レスキューシステム研究機構、独立行政法人防災科学技術研究所及び文部科学省研究開発局、平成15年3月、p94〜103,p142〜145,p161〜164
In the wake of the Great Hanshin-Awaji Earthquake, robots and systems have been proposed and developed that can move in rubble such as buildings collapsed by earthquakes. For example, a snake-like multi-link system movement in which a crawler (caterpillar) is attached to each link has been proposed as an articulated movement system for searching in rubble (see Non-Patent Document 1). In addition, a slime-type debris exploration robot has been proposed that has a bellows-shaped body and performs a scale insect movement. In these proposals, crawlers and caterpillars provided at each link may get stuck due to scattered rubble from concrete, stone, wood, furniture, etc. It has not yet been put into practical use because it makes it difficult to move forward and backward in the body environment.
“Special Project for Mitigating Large City Earthquakes, III Disaster Relief Strategy such as Rescue of Victims 4. Development of Next Generation Disaster Prevention Fundamental Technologies such as Rescue Robots, 2002 Results Report”, Research on Non-profit Organization International Rescue System Organization, National Institute for Disaster Prevention Science and Technology and Research and Development Bureau, Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, March 2003, p94-103, p142-145, p161-164

また、上記非特許文献1においては、狭隘部のための点検ツールとして、内部探査用の伸縮アームとその先端にCCDを備えたファイバースコープが提案されているが、方向の誘導が極めて困難であり、再現性がない。カメラ付き覗き筒は、先端だけを曲げて周囲を観察できるが、筒全体は曲がる構造ではないので、一方向だけの探索となる(同文献p146〜149)。更に、上記非特許文献1においては、3自由度関節を有する蛇型ロボットの提案もされている(同文献p176〜182)が、外部情報と内部の制御態様との関連にまで具体的な提案を含むものではない。   Moreover, in the said nonpatent literature 1, although the fiberscope equipped with the telescopic arm for internal exploration and the CCD at the front-end | tip is proposed as an inspection tool for a narrow part, direction guidance is very difficult. There is no reproducibility. Although the peeper with a camera can be observed only by bending the tip, the entire tube is not bent so that only one direction is searched (p. 146 to 149 in the same document). Furthermore, in Non-Patent Document 1, a snake-shaped robot having a joint with three degrees of freedom has been proposed (p. 176 to 182 in the same document), but a concrete proposal up to the relationship between external information and internal control modes is also proposed. Is not included.

現在、ガス配管、上下水道配管、原子炉などの狭隘部での点検修理のニーズが高まっている。ガス配管、上下水道配管、原子炉などの狭隘箇所での作業ロボットは、通常のメンテナンスにおいて重要であるばかりでなく、地震などの災害時のライフライン確保に必須、且つ緊急に確立すべき技術である。狭隘箇所内部の点検修理を行うロボットに要求される項目として、爆発性雰囲気、水中などの劣悪環境での使用に耐える耐環境性や、点検修理ツールの実装法があるが、それにも増して、狭隘部でロボットを動作させるための小型化とスリム化、或いは更に、ロボット内ネットワーク利用による省配線技術とリモート操作の容易化が挙げられる。   Currently, there is a growing need for inspection and repair in narrow areas such as gas piping, water and sewage piping, and nuclear reactors. Working robots in confined areas such as gas pipes, water and sewage pipes, and nuclear reactors are not only important for normal maintenance, but also a technology that is essential for securing a lifeline in the event of a disaster such as an earthquake and should be urgently established. is there. Items required for robots that perform inspections and repairs in confined spaces include environmental resistance that can withstand use in inferior environments such as explosive atmospheres and water, and mounting methods for inspection and repair tools. For example, miniaturization and slimming for operating a robot in a narrow space, or further, wire-saving technology by using a network in the robot and easy remote operation can be mentioned.

本発明者らは、既に、駆動側アームと従動側アームがアーム軸線に対して傾斜したオフセット回転軸線回りに回転駆動されるオフセット回転関節を少なくとも複数個有する多関節ロボットにおいて、前記駆動側アーム先端に高減速比の関節回転伝動機構部が所定のオフセット角度で傾斜して固定され、該関節回転伝動機構は駆動側であるステータ部と従動側であるロータ部とで構成され、前記ステータ部がステータハウジング、該ステータハウジングに回転自在に固定され外周面にカム面が形成され、モータで回転駆動される中空回転軸、内周面が前記中空回転軸のカム面と係合するカム作動面で外周面が歯面となって弾性変形可能に固定されてなる入力ギア部材からなり、前記ロータ部材が、ロータハウジング、該ロータハウジングに固定され、前記ステータ部の入力ギア部材と噛合い前記中空軸と同一回転軸心で回転する出力ギア部材からなり、前記ロータハウジングに従動側アームを固定してオフセット回転関節を構成した多関節ロボットを提案している(特許第3326472号)。この多関節ロボットは、各関節がオフセット回転関節となっており、各関節がオフセット回転するのみで従来の3次元ロボットでは実現が困難であったエンドエフェクタの3次元空間での自由な向きと位置を選択することができる。しかも各アームの動きの組合せが蛇のようにうねった動きをさせることができ、例えばエンドエフェクタが作業対象物に達するまで複雑経路を経なければならない位置(例えば障害物の背後等)にある作業対象物にも作業を行うことが可能である。従来のように、例えば作業点の教示をエンドエフェクタの始点から目標位置までの軌道の教示を行い、その教示された作業点間を多関節ロボットの各関節に配置されたモータの制御量として計算して軌道生成すると、非常に膨大な量の情報を各時刻毎に処理しなければならず、コンピュータの負荷が増大し、応答速度が遅くなる問題点があるので、各関節と中央コンピュータとのネットワークを構築し、継承制御を行うことを提案している。   The present inventors have already provided a tip of the driving side arm in an articulated robot having at least a plurality of offset rotary joints in which the driving side arm and the driven side arm are rotationally driven around the offset rotary axis inclined with respect to the arm axis. The joint rotation transmission mechanism having a high reduction ratio is fixed at an inclination angle with a predetermined offset angle, and the joint rotation transmission mechanism includes a stator portion on the driving side and a rotor portion on the driven side, and the stator portion is A stator housing, a hollow rotating shaft that is rotatably fixed to the stator housing and has a cam surface formed on an outer peripheral surface thereof, and is driven by a motor. An inner peripheral surface is a cam operating surface that engages with the cam surface of the hollow rotating shaft. The rotor member is fixed to the rotor housing, and the rotor member is fixed to the rotor housing. An articulated robot comprising an output gear member that meshes with the input gear member of the stator portion and rotates at the same rotational axis as the hollow shaft, and that constitutes an offset rotary joint by fixing the driven arm of the rotor housing. It has been proposed (Japanese Patent No. 3326472). In this multi-joint robot, each joint is an offset rotary joint, and the end effector's free orientation and position in a three-dimensional space, which was difficult to realize with a conventional three-dimensional robot simply by each joint being offset-rotated. Can be selected. In addition, the combination of the movements of the arms can cause a undulating movement like a snake. For example, work in a position where the end effector must go through a complicated path (for example, behind an obstacle) until it reaches the work object. It is possible to work on an object. As in the past, for example, teaching of the work point is performed by teaching the trajectory from the start point of the end effector to the target position, and the distance between the taught work points is calculated as the control amount of the motor arranged at each joint of the articulated robot. If a trajectory is generated, a huge amount of information must be processed at each time, which increases the load on the computer and slows down the response speed. It proposes to build a network and perform inheritance control.

また、本発明者らは、既に、ロボットの腕を構成している両端部がオフセット角をもってカットされた円筒形状である各関節ユニットの全面に亘って圧力分布が測定できる接触センサを提供し、該センサからの検出値をもちいてロボットの腕のリアルタイムの駆動制御を可能にする技術を提供している(特開2001−287189号公報)。平行に配置された行電極と糸巻き形態に配置された列電極とを組み合わせて感圧シートセンサを構成することによって、両端部がオフセット角をもってカットされた円筒形状である各関節の全面に亘り電極交点が分布させることを可能にしている。また、行列ともに所定幅をカバーする電極構造とすることによって、出力信号端子の数を減少させて演算処理の負担を軽減することを可能にした。更に各関節毎に備えた感圧シートセンサ、エンコーダと情報処理手段とによってローカル処理を実行してからCPUに送信することで、中央の演算処理負担を軽減している。   Further, the present inventors have already provided a contact sensor capable of measuring the pressure distribution over the entire surface of each joint unit having a cylindrical shape in which both ends constituting the arm of the robot are cut with an offset angle, There is provided a technique that enables real-time drive control of a robot arm using a detection value from the sensor (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-287189). By constructing a pressure sensitive sheet sensor by combining row electrodes arranged in parallel and column electrodes arranged in a pincushion form, electrodes are formed over the entire surface of each joint having a cylindrical shape with both ends cut with an offset angle. It allows the intersections to be distributed. In addition, by adopting an electrode structure that covers a predetermined width for both matrices, it is possible to reduce the number of output signal terminals and reduce the burden of arithmetic processing. Further, the central processing load is reduced by executing local processing by the pressure-sensitive sheet sensor, encoder and information processing means provided for each joint and then transmitting to the CPU.

更に、本発明者らは、既に、回転機構のみで二次元面の曲げ動作ができて高負荷加重に対応でき、介護補助ロボット等の双腕機構に適用できる回転修正機構付きオフセット回転関節ユニットを提案している(特開2003−25269号公報)。この回転修正機構付きオフセット回転関節ユニットによれば、第1アーム、その軸線を中心に回転駆動される回転修正アーム、該回転修正アームと斜交する軸線を中心として回転駆動される第2アームとで1組のオフセット回転関節ユニットが構成される。第1アームと回転修正アームを連結する回転修正関節機構部と、回転修正アームと第2アームを連結するオフセット回転関節機構部を単一のモータで駆動し、オフセット回転関節機構部の回転に伴って、回転修正関節機構部が同期して逆回転することによって、回転機構のみで第2アームを、第1アームに対して2次元面で曲げ動作をさせることができる。   Furthermore, the present inventors have already provided an offset rotary joint unit with a rotation correction mechanism that can be applied to a double arm mechanism such as a care assisting robot that can perform a bending operation of a two-dimensional surface with only a rotation mechanism and can cope with a high load load. This is proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-25269). According to the offset rotary joint unit with the rotation correction mechanism, the first arm, the rotation correction arm that is driven to rotate about its axis, and the second arm that is driven to rotate about the axis that is oblique to the rotation correction arm. A set of offset rotary joint units is configured. The rotation correction joint mechanism unit that connects the first arm and the rotation correction arm, and the offset rotation joint mechanism unit that connects the rotation correction arm and the second arm are driven by a single motor. Thus, when the rotation correcting joint mechanism unit rotates in reverse in synchronization, the second arm can be bent with respect to the first arm in a two-dimensional plane only by the rotation mechanism.

そこで、ロボットによって狭隘部を含む経路を探索又はその経路について作業を行うロボットシステムにおいて、手先が進むべき経路を自動的に探索し、関節構造によって狭隘部が存在していても通過可能とする点で解決すべき課題がある。   Therefore, in a robot system that searches for a route including a narrow portion by a robot or performs a work on the route, a route on which a hand should proceed is automatically searched, and even if a narrow portion exists due to a joint structure, the robot can pass. There is a problem to be solved.

この発明の目的は、各種センサによる誘導で、手先が必要な方向に向けて経路を進行可能であり、従来のロボットでは不可能であった狭隘部の通過を含む経路での自在な作業を可能にするロボットシステムを提供することである。   The object of the present invention is that guidance by various sensors allows the hand to travel in the required direction, and allows flexible work on routes including narrow passages that were impossible with conventional robots. To provide a robot system.

上記課題を解決するため、この発明によるロボットシステムは、ロボットによって狭隘部を含む経路を探索又は前記経路について作業を行うロボットシステムにおいて、ロボットと、該ロボットの作動を監視制御する制御用コンピュータと、ロボット内部に巡らされ且つ前記制御用コンピュータに接続されているネットワークで構成され、前記ロボットは複数のアームを関節によって手先まで順次繋いで多関節構造に構成された多関節ロボットであり、前記手先を含む先端部は探索センサを備え、前記関節はそれぞれ小型のコンピュータ(CPU)、通信デバイス、関節駆動用モータを備えてなり、前記探索センサの検出に基づいて前記手先が進むべき方向を定め、前記狭隘部を前記手先の前進に伴って前記手先が占めていた向きと位置とを後続のアームが順次占めるように、その制御内容を後続アームの関節に順次継承して、前記関節のくねり運動の継承制御によって前記狭隘部を通過することから成ることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a robot system according to the present invention is a robot system that searches for a route including a narrow portion by a robot or performs an operation on the route , and a control computer that monitors and controls the operation of the robot, The robot is a multi-joint robot having a multi-joint structure in which a plurality of arms are sequentially connected to the hand by joints, and is connected to the control computer. the tip portion including equipped with search sensors, the joint compact respective computer (CPU), a communication device, it includes a joint drive motor, determine the direction to go is the hand on the basis of detection of the search sensor, the The direction and position that the hand occupied in the narrow part with the advance of the hand As connection of the arm occupies successively, the control content is sequentially inherited to the subsequent arm joints, inheritance control Bend movement of the joint is characterized in that it consists of passing the narrow portion.

このロボットシステムによれば、ロボットは複数のアームを関節によって手先まで順次繋いで多関節構造に構成された多関節ロボットであり、手先を含む先端部には探索センサを備えているので、先ず、探索センサの検出に基づいて手先が進むべき方向が定められ、その進行方向に対応して手先を繋ぐ関節が作動し、手先の向きが進行方向に合わせられる。ロボットは全体が手動又は作動装置による自動にて進行させられるが、このとき、手先の進行方向を維持する態様で後続の多関節構造のアームと関節が作動する。手先に繋がるアームは1ステップ前の手先と同じ位置及び姿勢を取るように作動し、以下、更に後続のアームと関節も同様の作動をして、全体としてはくねり運動の継承制御を受けて作動する。したがって、経路に狭隘部が存在していても、手先が通過可能であれば、以後のアームや関節(全部、又は一部)が通過可能であるかが判断可能である。狭隘部の広さが、手先が通過可能でない場合には、無理に通過しようとするときに何れかの関節又は作動装置の作動トルクが過大になるので、そうした場合を判断可能である。なお、ロボットは、逆のくねり運動をすることによって元の位置に戻ることができる。   According to this robot system, the robot is a multi-joint robot constructed in a multi-joint structure by sequentially connecting a plurality of arms to the hand by joints, and since the tip including the hand has a search sensor, Based on the detection of the search sensor, the direction in which the hand should advance is determined, the joint connecting the hands is operated in accordance with the traveling direction, and the orientation of the hand is adjusted to the traveling direction. The entire robot is advanced manually or automatically by an actuating device. At this time, the arms and joints of the following multi-joint structure are operated in such a manner that the moving direction of the hand is maintained. The arm connected to the hand operates to take the same position and posture as the hand one step before, and the following arm and joint operate in the same manner, and receive the inheritance control of the bending motion as a whole. To do. Therefore, even if a narrow portion exists in the path, if the hand can pass, it can be determined whether the subsequent arms and joints (all or a part) can pass. If the narrow part is not wide enough to allow the hand to pass through, the operating torque of any joint or operating device will be excessive when trying to pass by force, so that such a case can be determined. The robot can return to the original position by performing a reverse bend motion.

このロボットシステムにおいて、前記アームは中空構造を有し、前記関節の一部はオフセット回転関節とすることができる。アームを中空構造に構成することによって、中空内部に手先や関節を作動させるに必要な配線を、外部に曝すことなく収容することができ、配線を保護した状態でロボット内ネットワークを構成することができる。また、そうしたネットワークを利用することで、省配線を達成しリモート操作を容易に行うことができ、結果として多関節ロボットのくねり運動の継承制御を行い易くすることができる。   In this robot system, the arm has a hollow structure, and a part of the joint can be an offset rotary joint. By configuring the arm in a hollow structure, it is possible to accommodate the wiring necessary to operate the hand and joint inside the hollow without exposing it to the outside, and it is possible to configure the network in the robot with the wiring protected. it can. In addition, by using such a network, it is possible to reduce wiring and easily perform remote operation, and as a result, it is possible to easily carry out inheritance control of the bending motion of an articulated robot.

このロボットシステムにおいて、前記探索センサは、前記手先の周囲を撮影するカメラ、音源方向を探知可能なマイクロフォン、又はガスの濃度や流れを検出可能なガス検出器とすることができる。探索センサはCCDカメラ等の適宜のカメラでよく、撮像信号は光ファイバーで送信することができる。必要があれば周囲を照らす光源も、カメラに合わせて備えることができる。カメラで撮影した画像を別場所に設置した表示器に表示させることで、探索方向を手動で設定することができる。また、撮影画像のデータから探索方向を自動的に決定することも可能である。探索センサが音源方向を探知可能なマイクロフォンである場合、探知した音源方向は、何かの事象の発生方向と考えられるので、探索方向の有力な候補に定めることができる。探索センサがガスの濃度や流れを検出可能なガス検出器である場合、ガス濃度が高い方向、或いはガス流れの上流方向は、ガス漏出源が存在する方向と考えられるので、探索方向の有力な候補に定めることができる。   In this robot system, the search sensor may be a camera that captures the periphery of the hand, a microphone that can detect the direction of the sound source, or a gas detector that can detect the concentration and flow of gas. The search sensor may be an appropriate camera such as a CCD camera, and the imaging signal can be transmitted through an optical fiber. If necessary, a light source that illuminates the surroundings can also be provided for the camera. The search direction can be manually set by displaying an image captured by the camera on a display installed at another location. It is also possible to automatically determine the search direction from the captured image data. When the search sensor is a microphone that can detect the sound source direction, the detected sound source direction is considered to be the occurrence direction of some event, and can be determined as a promising candidate for the search direction. When the search sensor is a gas detector that can detect the gas concentration and flow, the direction in which the gas concentration is high or the upstream direction of the gas flow is considered to be the direction in which the gas leakage source exists. Can be determined as a candidate.

このロボットシステムは、前記経路として形成されている内部管路の全体又は一部を前記狭隘部とする直管又は屈曲配管についての探索又は作業に適用することができる。直管又は屈曲配管は、ロボットによるメンテナンスに適しており、特に、経路として全体又は一部が狭隘部を構成している場合には、狭隘部を通過するために本ロボットシステムが好適である。   This robot system can be applied to a search or work for a straight pipe or a bent pipe in which the whole or a part of the internal pipe formed as the path is the narrow part. The straight pipe or the bent pipe is suitable for maintenance by the robot. In particular, when the whole or a part of the path forms a narrow portion, the robot system is suitable for passing through the narrow portion.

また、このロボットシステムは、前記経路の一部として形成されている入口部を前記狭隘部とする容器についての探索又は作業に適用することができる。入口部が狭隘部となっている容器に外部からロボットを入り込ませる場合、狭隘部を通過するのに本ロボットシステムは好適である。   Further, this robot system can be applied to a search or work for a container having an inlet portion formed as a part of the path as the narrow portion. This robot system is suitable for passing through a narrow portion when the robot is to be entered from the outside into a container having a narrow entrance portion.

更に、このロボットシステムは、瓦礫内に形成されている通路の探索又は作業に適用することができる。瓦礫内においては、経路の存在自体を探索するのが重要になり、その経路は狭隘部を持つことが十分考えられる。本ロボットシステムは、狭隘部を持つか否かに関わらず、経路を探索して作業を行うのに適している。   Furthermore, the robot system can be applied to search or work for a passage formed in the rubble. In the rubble, it is important to search for the existence of the route itself, and it is considered that the route has a narrow part. This robot system is suitable for searching a route and performing work regardless of whether or not it has a narrow portion.

この発明によるロボットシステムは、上記のように構成されているので、ガス配管内、上下水道管内、原子炉施設の配管等の、狭隘部を含む作業領域で、点検、修理、メンテナンス等の作業をスムーズに行うことができる。特に、狭隘部が配管のエルボのように曲率が小さい部分を含んでいても、誘導が容易であってスムーズに通過し且つ作業を行うことができる。また、この発明による作業ロボットは、地震で建物等が倒壊して生じる瓦礫内でも、手先が進むべき方向を自動的に探索するので、人命救助、ライフラインの確保等、災害発生時に緊要な作業を行うことができる。   Since the robot system according to the present invention is configured as described above, inspection, repair, maintenance, and the like are performed in a work area including a narrow portion such as a gas pipe, a water and sewage pipe, and a reactor facility pipe. It can be done smoothly. In particular, even if the narrow portion includes a portion with a small curvature such as an elbow of a pipe, it is easy to guide, and can pass smoothly and work. Moreover, the work robot according to the present invention automatically searches for the direction in which the hand should move even in rubble caused by the collapse of a building or the like due to an earthquake. It can be performed.

以下、添付した図面に基づいて、この発明によるロボットシステムの実施例を説明する。図1は、この発明によるロボットシステムの一実施例を示す模式図、図2は図1に示すロボットシステムの作動を制御するための制御ブロック図、図3は図2に示す制御ブロックにおける制御フローを示すフローチャートである。   Hereinafter, an embodiment of a robot system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a robot system according to the present invention, FIG. 2 is a control block diagram for controlling the operation of the robot system shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a control flow in the control block shown in FIG. It is a flowchart which shows.

図1において模式図として示すこの発明によるロボットシステム1は、基部12から複数のアーム(13a等の一部のみを図示)を回転関節(14aのみ図示)及びオフセット関節(15eのみ図示)を介して手先16まで順次繋いで多関節構造に構成された多関節ロボット(以下、「ロボット」と略す)2と、ロボット2の作動を監視制御する制御用コンピュータ3と、ロボット2の内部に巡らされ且つ制御用コンピュータ3に接続されているネットワーク4とを備えている。ロボット2自体の構造の詳細については、図4を参照して後述する。制御用コンピュータ3は通常はロボット2から離れた位置に配置されており、作業者等は、制御用コンピュータ3を用いてディスプレイ上でセンサ20等の探索センサからの検知信号をモニタするとともに、手先16が進むべき方向とその移動距離を指示することができる。   A robot system 1 according to the present invention shown as a schematic diagram in FIG. 1 includes a plurality of arms (only a part of 13a and the like are shown) from a base 12 via a rotary joint (only 14a is shown) and an offset joint (only 15e is shown). An articulated robot (hereinafter abbreviated as “robot”) 2 connected in sequence to the hand 16, a control computer 3 for monitoring and controlling the operation of the robot 2, and the robot 2 And a network 4 connected to the control computer 3. Details of the structure of the robot 2 itself will be described later with reference to FIG. The control computer 3 is usually arranged at a position away from the robot 2, and an operator or the like monitors the detection signal from a search sensor such as the sensor 20 on the display using the control computer 3, and It is possible to instruct the direction in which 16 should travel and the moving distance.

探索センサは、例えばCCDカメラから成るセンサ20とすることができるが、センサ20以外にも複数構成に配置することができる。また、センサ20に複合機能を備えさせてもよい。例えば、ステレオ視で狭隘部の開口の大きさと距離を計測する構成としたり、画像処理にて開口の大きさ、レーザ距離計又は超音波距離計で狭隘部までの距離を計測する構成とすることができる。ネットワーク4は、センサ20等の探索センサからの検知信号と制御用コンピュータ3からの制御信号とを受けて、すべての関節14,15との間、及び各関節14,15同士の間で信号の遣り取りを可能にしている。各関節14,15は内部に小型のコンピュータ(CPU)、通信デバイス、関節駆動用モータ等の必要な部品・機構を備えている。したがって、ロボット2の全体の作動の制御についてはセンサ20等の探索センサの検知信号と制御用コンピュータ3からの指令・操作信号とを受けて行われ、後述するくねり運動制御等については、各関節14,15がそれぞれの役割を他の関節と連携しつつ果たすことによる分散制御で行われる。   The search sensor can be, for example, the sensor 20 including a CCD camera, but can be arranged in a plurality of configurations other than the sensor 20. Further, the sensor 20 may be provided with a composite function. For example, it is configured to measure the size and distance of the opening of the narrow part by stereo vision, or to be configured to measure the size of the opening by image processing, the distance to the narrow part by a laser distance meter or an ultrasonic distance meter. Can do. The network 4 receives a detection signal from a search sensor such as the sensor 20 and a control signal from the control computer 3, and transmits signals between all the joints 14 and 15 and between each joint 14 and 15. Exchange is possible. Each joint 14 and 15 includes necessary components and mechanisms such as a small computer (CPU), a communication device, and a joint driving motor. Therefore, the overall operation of the robot 2 is controlled in response to a detection signal from a search sensor such as the sensor 20 and a command / operation signal from the control computer 3. 14 and 15 are performed by distributed control by playing their respective roles in cooperation with other joints.

図2には、ロボットシステム1の作動を制御するための制御ブロック図が示されている。この制御ブロック図によれば、探索センサ(センサ20、及び後述するセンサ21も含む)からの検知信号は目標認識処理部5に送られる。目標認識処理部5は、探索センサからの情報に基づいて狭隘部が存在する方向とその狭隘部までの距離、即ち進むべき目標方向と移動すべき目標距離を定める。作業者は、制御用コンピュータ3において、前進・後進の指令や又はその具体的な操作を指示することができ、その指令・操作信号が前後進制御部6に入力される。前後進制御部6には目標認識処理部5からの目標距離に関する情報が入力されるので、両入力に基づいて実際に移動すべき前後進距離が決定され、継承制御部8に送られる。   FIG. 2 shows a control block diagram for controlling the operation of the robot system 1. According to this control block diagram, the detection signal from the search sensor (including the sensor 20 and the sensor 21 described later) is sent to the target recognition processing unit 5. The target recognition processing unit 5 determines the direction in which the narrow portion exists and the distance to the narrow portion based on the information from the search sensor, that is, the target direction to be advanced and the target distance to be moved. The operator can instruct a forward / reverse command or a specific operation thereof in the control computer 3, and the command / operation signal is input to the forward / reverse control unit 6. Since the information related to the target distance from the target recognition processing unit 5 is input to the forward / reverse control unit 6, the forward / backward travel distance to be actually moved is determined based on both inputs and sent to the inheritance control unit 8.

目標認識処理部5が設定した目標方向は、手先方向制御部7に送られる。手先方向制御部7は手先16の向き目標方向に合わせるように制御する。手先16にはセンサ20が機械的に取り付けてあるので、その制御結果によってセンサ20の向きが変化するが、センサ20の向きの変化の情報は目標認識処理部5に直ちに送られて、その変化については目標方向に反映される。手先16が向いた手先角度についての情報は、継承制御部8に送られる。継承制御部8は、手先16が向いた手先角度の情報と前後進制御部6からの進むべき距離の情報とに基づいて、各アーム13を接続する回転関節14及びオフセット関節15を制御して、手先16が占めていた位置と方向が手先16に繋がる各アーム13後続のアームに順次継承されていく、所謂、くねり運動を可能にする制御を行う。目標認識処理部5、前後進制御部6及び手先方向制御部7は、通常、制御用コンピュータ3内に設けることができるが、継承制御部8は、制御用コンピュータ3内及び各関節14、15に分散配置されたCPUとで構成することができる。   The target direction set by the target recognition processing unit 5 is sent to the hand direction control unit 7. The hand direction control unit 7 performs control so as to match the direction target direction of the hand 16. Since the sensor 20 is mechanically attached to the hand 16, the direction of the sensor 20 changes depending on the control result. Information on the change in the direction of the sensor 20 is immediately sent to the target recognition processing unit 5, and the change is made. Is reflected in the target direction. Information about the hand angle to which the hand 16 is directed is sent to the inheritance control unit 8. The inheritance control unit 8 controls the rotary joint 14 and the offset joint 15 that connect the arms 13 based on the information on the hand angle to which the hand 16 is directed and the information on the distance to be advanced from the forward / reverse control unit 6. The position and direction occupied by the hand 16 are successively inherited by the succeeding arm of each arm 13 connected to the hand 16, and so-called bend motion is controlled. The target recognition processing unit 5, the forward / reverse control unit 6, and the hand direction control unit 7 can be normally provided in the control computer 3, but the inheritance control unit 8 is provided in the control computer 3 and the joints 14, 15. It can be configured with CPUs that are distributed and arranged.

図2に示す制御ブロックにおける制御フローが図3においてフローチャートとして示されている。図1及び図2を参照しつつ、図3示すフローチャートを説明すると、制御が開始する(ステップ0、「S0」と略す、以下同様)と、センサ20等によって空隙検出と狭隘部の開口径の計測が行われると、目標認識処理部6において手先16の目標方向と目標距離とを定める目標認識処理が行われる(S1)。先ず、狭隘部の開口径をロボット2が進入可能か否かが判定され(S2)、S2において進入可能であると判定された場合には、次に、前進距離計測が行われる(S3)。前進距離が定まると、前後進制御部6において前進制御が行われる(S4)。同時に、継承制御部8は、手先16の前進に伴って手先16が占めていた向きと位置とを後続のアームが順次占めるように、回転関節14及びオフセット関節15を制御する継承制御を行う(S5)。ロボット2が前進すると、前進位置において再度、S1が開始され、以下、同様の制御が繰り返される。その結果、ロボット2はくねり運動を行い、曲がった経路であっても狭隘部を通過することができる。   A control flow in the control block shown in FIG. 2 is shown as a flowchart in FIG. The flowchart shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. When control starts (step 0, abbreviated as “S0”, the same applies hereinafter), the sensor 20 or the like detects the gap and the opening diameter of the narrow portion. When the measurement is performed, the target recognition processing unit 6 performs target recognition processing for determining the target direction and target distance of the hand 16 (S1). First, it is determined whether or not the robot 2 can enter the opening diameter of the narrow portion (S2). If it is determined in S2 that the robot 2 can enter, then the forward distance is measured (S3). When the advance distance is determined, the forward / reverse control unit 6 performs forward control (S4). At the same time, the inheritance control unit 8 performs inheritance control for controlling the rotary joint 14 and the offset joint 15 so that the subsequent arm sequentially occupies the direction and position occupied by the hand 16 as the hand 16 moves forward ( S5). When the robot 2 moves forward, S1 is started again at the forward movement position, and the same control is repeated thereafter. As a result, the robot 2 performs a tortuous movement and can pass through the narrow portion even on a curved path.

S2において進入可能でないと判定された場合には、センサ20が全方向を探索したか否かを判定する(S6)。全方向を探索済みであると判定される場合には、前進が不可能であると判断して、ロボット2が全体的に後退して、別の空隙(狭隘部)を探索する(S7)。S6における判定で、まだ全方向を探索済みでない場合には、手先方向制御部7によって手先16の方向を変える手先角度変更が行われ、S1に戻って、新たな空隙検出と狭隘部の開口径の計測に基づいて目標認識処理が行われる。なお、手先16が最終目標に到達した場合や、作業者からの割り込み命令があったときには、例えばS5の継承制御の後で、適当な判定を行ってこの制御ループから離脱することができる。   If it is determined in S2 that entry is not possible, it is determined whether the sensor 20 has searched in all directions (S6). When it is determined that all directions have been searched, it is determined that advance is impossible, and the robot 2 moves backward as a whole to search for another gap (narrow portion) (S7). If it is determined in S6 that all directions have not yet been searched, the hand direction controller 7 changes the hand angle to change the direction of the hand 16 and returns to S1 to detect a new gap and the opening diameter of the narrow portion. The target recognition process is performed based on the measurement. When the hand 16 reaches the final target or when there is an interrupt command from the worker, for example, after the inheritance control in S5, an appropriate determination can be made to leave the control loop.

図4はこの発明によるロボットシステムに用いられるロボットの一適用例を示す概略図、図5は図4に示すロボットの別の適用例を示す概略図、図6及び図7は、この発明によるロボットシステムを、入口部を狭隘部とする容器についての探索又は作業への適用例の概要を示す図、図8は図4に示すロボットを瓦礫内に形成されている通路の探索又は作業への適用例の概要を示す図である。   4 is a schematic diagram showing an application example of the robot used in the robot system according to the present invention, FIG. 5 is a schematic diagram showing another application example of the robot shown in FIG. 4, and FIGS. 6 and 7 are robots according to the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an outline of an example of application of the system to a search or operation for a container having a narrow entrance portion, and FIG. 8 is an application of the robot shown in FIG. 4 to the search or operation of a passage formed in rubble. It is a figure which shows the outline | summary of an example.

図4は、この発明によるロボットシステムに用いられるロボットによって直管の内部を検査している状態のイメージ図である。図4では直管30が模式的に示されており、ロボットシステム1が直管30の最深位置まで進行した状態で示されている。この例では、ストレートな経路31の全体が狭隘部32となっている。ロボットシステムに用いられるロボット2は、基部12から複数のアーム13a〜13jを、回転関節14a〜14e又はオフセット関節15a〜15eを介して手先16まで順次繋いで多関節構造に構成された多関節ロボットである。回転関節14a〜14eは、ロボット2の軸線17の周りに回転する、即ち、ロール軸の周りの回転のみを行う関節である。一方、オフセット関節15a〜15eは、後述するように、その前後のアームの向きを変えることができる関節である。回転関節14a〜14eとオフセット関節15a〜15eとは、アーム13a〜13jに対して交互に適用されて、隣り合う二つのアームを接続している。こうした多関節構造には、上記した本出願人が既に特許を取得している特許第3326472号、或いは特開2003−25269号公報に開示の技術を用いることができる。   FIG. 4 is an image diagram of a state in which the inside of the straight pipe is inspected by the robot used in the robot system according to the present invention. In FIG. 4, the straight pipe 30 is schematically shown, and the robot system 1 is shown in a state where it has advanced to the deepest position of the straight pipe 30. In this example, the entire straight path 31 is a narrow portion 32. A robot 2 used in the robot system is a multi-joint robot configured in a multi-joint structure by sequentially connecting a plurality of arms 13a to 13j from a base 12 to a hand 16 via rotary joints 14a to 14e or offset joints 15a to 15e. It is. The rotary joints 14a to 14e are joints that rotate around the axis 17 of the robot 2, that is, only rotate around the roll axis. On the other hand, as will be described later, the offset joints 15a to 15e are joints that can change the direction of the front and rear arms. The rotary joints 14a to 14e and the offset joints 15a to 15e are alternately applied to the arms 13a to 13j and connect two adjacent arms. For such a multi-joint structure, the technology disclosed in Japanese Patent No. 3326472 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-25269, which has already been patented by the present applicant, can be used.

ロボット2の手先16は、最も先端側のアーム13jに対して進退可能な手先基部18と、手先基部18の先端部分に取り付けられたハンド19と、探索センサの一つとして手先基部18の先端端面に設けられた光ファイバーカメラ20とを備えている。ハンド19は、図示の例では、開閉動作可能な一対のフィンガから構成されている。ロボット2は、最も先端側のアーム13jにもう一つの探索センサとしての光ファイバーカメラ21を備えている。なお、探索センサとしては別の種類の情報を得るためのセンサを含むものであってもよいことは明らかであり、ハンド19に代えて他の作業ツールを備えてよいことも明らかである。   The hand 16 of the robot 2 includes a hand base 18 that can be advanced and retracted with respect to the most distal arm 13j, a hand 19 attached to the tip of the hand base 18, and a tip end surface of the hand base 18 as one of the search sensors. And an optical fiber camera 20 provided in the camera. In the illustrated example, the hand 19 is composed of a pair of fingers that can be opened and closed. The robot 2 includes an optical fiber camera 21 as another search sensor on the most distal arm 13j. It is obvious that the search sensor may include a sensor for obtaining another type of information, and it is also obvious that another work tool may be provided instead of the hand 19.

ロボットシステム1としては、回転関節14a〜14eとオフセット関節15a〜15eとを通じてアーム13a〜13jの内部に引き回される配線を、基部12から別場所に設けられた操作室(図示せず)まで有線又は無線で接続することでネットワーク4(図1)が構成されている。ロボット2の状態及び管内壁34のような経路31内部の情報がネットワーク4を通じて外部の制御用コンピュータ3へ伝達され、また、制御用コンピュータ3からの指令によってロボット2は探索、進退、検査、修理等の必要な動作と作業とを行うように構成されている。   As the robot system 1, wiring routed into the arms 13 a to 13 j through the rotary joints 14 a to 14 e and the offset joints 15 a to 15 e is provided from the base 12 to an operation room (not shown) provided at another place. The network 4 (FIG. 1) is configured by connecting by wire or wireless. The state of the robot 2 and the information in the path 31 such as the pipe inner wall 34 are transmitted to the external control computer 3 through the network 4, and the robot 2 is searched, advanced / retreated, inspected and repaired by a command from the control computer 3. It is configured to perform necessary operations and work.

ロボット2は、例えば手動によって、その先端部である手先16が入口部33を通じて直管30の内部のストレートな経路31に挿入され、その後、手先16とそれに続くロボット2の本体が経路31に進められる。探索センサ20,21による経路31の探索結果に基づいて、手先16が進むべき方向が定められる。本例の場合には、経路31の全体がストレート状であるので、進行方向は直進方向に定められる。手先16に後続する各アーム13a〜13jは、手先16の進行に伴って回転関節14a〜14eとオフセット関節15a〜15eとについてもそのままの姿勢で手先16に繋がった状態で進行するので、多関節構造はくねり運動の継承制御を必要としていない。光ファイバーセンサ20,21による検出情報に基づいて直管30の内部が検査され、手先16は管内壁34等に対して修理等の必要な作業を行う。なお、ロボット2が直管30の経路31から後退する場合の動作は、進行方向が異なる以外、経路31内に進行する場合と同様であるので、重複する説明を省略する。   In the robot 2, for example, the hand 16 that is the tip is manually inserted into the straight path 31 inside the straight pipe 30 through the inlet 33, and then the hand 16 and the body of the robot 2 that follows are advanced to the path 31. It is done. Based on the search result of the route 31 by the search sensors 20 and 21, the direction in which the hand 16 should travel is determined. In the case of this example, since the entire path 31 is straight, the traveling direction is determined as the straight traveling direction. Each arm 13a to 13j following the hand 16 advances in a state where the rotary joints 14a to 14e and the offset joints 15a to 15e are connected to the hand 16 in the same posture as the hand 16 is advanced. The structure does not require the inheritance control of torsional motion. The inside of the straight pipe 30 is inspected based on information detected by the optical fiber sensors 20 and 21, and the hand 16 performs necessary work such as repair on the pipe inner wall 34 and the like. Note that the operation when the robot 2 moves backward from the path 31 of the straight pipe 30 is the same as that when the robot 2 travels in the path 31 except for the traveling direction, and thus redundant description is omitted.

図5は、図4に示すロボットを屈曲配管の内部を検査や作業に適用した状態のイメージ図である。図5に示すロボットシステムそれ自体の構成(ロボット2及び外部に設けられ得る設備)は、図4に示すロボットシステム1と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。図5に示す例では、ロボットシステム1が適用される配管が屈曲配管40である。屈曲配管40は、入口部42に繋がる上部側の直管部43、S字状の曲管部44及び下部側の直管部45から構成されており、内部に屈曲した経路41を形成している。この例においても、屈曲配管40の経路41の全体が狭隘部を形成しており、ロボット2は、屈曲配管40の例えば内壁面46について、探索、進退、検査、修理等の必要な動作と作業とを行うように構成されている。   FIG. 5 is an image diagram of a state in which the robot shown in FIG. 4 is applied to inspection and work inside the bent pipe. The configuration of the robot system itself shown in FIG. 5 (the robot 2 and equipment that can be provided outside) is the same as that of the robot system 1 shown in FIG. Is omitted. In the example shown in FIG. 5, the pipe to which the robot system 1 is applied is a bent pipe 40. The bent pipe 40 includes an upper straight pipe portion 43, an S-shaped bent pipe portion 44, and a lower straight pipe portion 45 connected to the inlet portion 42, and forms a bent path 41 inside. Yes. Also in this example, the entire path 41 of the bent pipe 40 forms a narrow portion, and the robot 2 performs necessary operations and operations such as search, advance / retreat, inspection, repair, etc., for example, the inner wall surface 46 of the bent pipe 40. And is configured to do.

ロボット2は、その先端部である手先16が入口部42を通じて屈曲配管40の内部の屈曲した経路41に挿入され、その後、手先16が経路41に沿って進められる。光ファイバーカメラ20,21から成る探索センサによる経路41の探索結果に基づいて、手先16が進むべき方向が定められる。本例の場合には、直管部43の短いストレートな経路に続いてS字状に屈曲した曲管部44が続き、更にその後再び直管部45に続いているので、探索センサによってそうした管内部の屈曲状態が検出されたときに、その情報に基づいて手先16が進むべき進行方向がその都度定められる。例えば手動でロボット2を全体的に進行させるときに、手先16に後続する各アーム13a〜13jは、手先16の進行に伴って回転関節14a〜14eとオフセット関節15a〜15eとを順次作動させる。ロボット2の進行に伴って手先16が順次占めていた位置とその位置における方向の情報は、内部のネットワーク4を通じて後続の各アーム13a〜13j或いは各関節14,15に伝達されているので、後続の各アーム13a〜13jは、嘗て手先16が占めていた位置に順次到達させるように且つその位置に到達したときには手先16が指していた方向と同じ方向を指すように、各関節14,15が作動する。即ち、手先16に繋がった状態で多関節構造がくねり運動の継承制御を行う。光ファイバーセンサ20,21による検出情報に基づいて屈曲配管40の内部が検査され、手先16は内壁面46等に対して修理等の必要な作業を行う。なお、ロボット2が屈曲配管40の経路41から後退する場合は、進行方向が異なる以外、経路41内に進行する場合と同様に、くねり運動の継承制御で動作するので、重複する説明を省略する。   In the robot 2, the hand 16 that is the tip is inserted into the bent path 41 inside the bent pipe 40 through the inlet 42, and then the hand 16 is advanced along the path 41. The direction in which the hand 16 should travel is determined based on the search result of the route 41 by the search sensor including the optical fiber cameras 20 and 21. In the case of this example, the curved pipe portion 44 bent in an S shape follows the short straight path of the straight pipe portion 43 and then continues to the straight pipe portion 45 again. When the internal bending state is detected, a traveling direction in which the hand 16 should travel is determined each time based on the information. For example, when the robot 2 is manually advanced as a whole, the arms 13a to 13j following the hand 16 sequentially operate the rotary joints 14a to 14e and the offset joints 15a to 15e as the hand 16 advances. Information on the position sequentially occupied by the hand 16 with the progress of the robot 2 and the direction at the position are transmitted to the subsequent arms 13a to 13j or the joints 14 and 15 through the internal network 4, so that Each of the joints 14 and 15 is configured so that the arms 13a to 13j sequentially reach the position occupied by the hand 16 and point in the same direction as the hand 16 is pointing when reaching the position. Operate. In other words, the articulated structure performs the inheriting control of the torsional motion while being connected to the hand 16. The inside of the bent pipe 40 is inspected based on information detected by the optical fiber sensors 20 and 21, and the hand 16 performs necessary work such as repair on the inner wall surface 46 and the like. When the robot 2 moves backward from the path 41 of the bent pipe 40, except for the direction of travel, the robot 2 operates in the inheritance control of the torsional motion as in the case of traveling in the path 41. .

図6及び図7は、この発明によるロボットシステムに用いられるロボットを、入口部を狭隘部とする容器についての探索又は作業に適用した適用例の概要を示す図である。図6はこの発明によるロボットシステムにおいてロボットを容器に導入した状態を示す図であり、図7は図6に示すロボットによって容器内部の点検を行っている状態を示す図である。図6及び図7に示すロボットシステムそれ自体の構成(ロボット2及び外部に設けられ得る設備)は、図4に示すロボットシステム1と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。図6及び図7に示す容器50は、原子炉容器であり、放射線の漏れを無くすために出入り口の数や広さは極力制限されている。容器50に関連して、その経路51は、入口部として設けられている長さの短い観察用貫通孔52と、観察用貫通孔52に繋がる容器50の内部53である。観察用貫通孔52は経路51において狭隘部を構成しており、ロボット2は観察用貫通孔52を通じて容器50の内部53に導入される。この例では、探索センサ20,21の検出によって、観察用貫通孔52は長さが短く且つ直下に広がる容器50の内部53の領域は、容器50の空間であるとの情報が得られる。手先16を含めたロボット2の進行方向は、その情報に基づいて真下方向に決定され、ロボット2は観察用貫通孔52を通過した後も真っ直ぐな状態で導入される。入口部である観察用貫通孔52が狭隘部となっている容器50に外部からロボット2を入り込ませる場合、狭隘部を通過するのに本ロボットシステム1は好適である。   6 and 7 are diagrams showing an outline of an application example in which the robot used in the robot system according to the present invention is applied to search or work for a container having an inlet portion as a narrow portion. 6 is a view showing a state in which the robot is introduced into the container in the robot system according to the present invention, and FIG. 7 is a view showing a state in which the inside of the container is being inspected by the robot shown in FIG. The configuration of the robot system itself shown in FIGS. 6 and 7 (the robot 2 and equipment that can be provided outside) is the same as that of the robot system 1 shown in FIG. The description will not be repeated. The container 50 shown in FIGS. 6 and 7 is a nuclear reactor container, and the number and size of the entrances and exits are limited as much as possible in order to eliminate leakage of radiation. In relation to the container 50, the path 51 is an observation through-hole 52 having a short length provided as an inlet and an interior 53 of the container 50 connected to the observation through-hole 52. The observation through hole 52 forms a narrow portion in the path 51, and the robot 2 is introduced into the inside 53 of the container 50 through the observation through hole 52. In this example, by the detection of the search sensors 20 and 21, information is obtained that the region of the inside 53 of the container 50 having a short length and extending directly below the observation through hole 52 is a space of the container 50. The traveling direction of the robot 2 including the hand 16 is determined to be a downward direction based on the information, and the robot 2 is introduced in a straight state even after passing through the observation through hole 52. When the robot 2 is inserted from the outside into the container 50 in which the observation through hole 52 that is the entrance is a narrow portion, the robot system 1 is suitable for passing through the narrow portion.

ロボット2の容器50への導入時或いはその直後に、探索センサ20,21によって、観察用貫通孔52の周囲における容器50の様子、例えば、容器50の内壁面54の存在位置が検出される。ロボット2の容器50への導入後には、その情報に基づいて、内壁面54に対するロボット2の作動範囲、即ち、手先16の到達範囲や位置、方向が決定される。経路51は、狭隘部となる観察用貫通孔52以外の領域では大きく開放されているので、くねり運動の継承制御で動作する必要は必ずしもないが、内部53の構造が複雑になる場合には、そうしたくねり運動の継承制御が必要となる。   When the robot 2 is introduced into the container 50 or immediately after that, the search sensors 20 and 21 detect the state of the container 50 around the observation through hole 52, for example, the position of the inner wall surface 54 of the container 50. After the introduction of the robot 2 into the container 50, the operation range of the robot 2 relative to the inner wall surface 54, that is, the reach range, position, and direction of the hand 16 are determined based on the information. Since the path 51 is largely open in a region other than the observation through-hole 52 that becomes a narrow portion, it is not always necessary to operate in the inheritance control of the twisting motion, but when the structure of the internal 53 becomes complicated, It is necessary to control the inheritance of such bend movement.

図8は、この発明によるロボットシステムに用いられるロボットを瓦礫内に形成されている通路の探索又は作業に適用した状態を示す概略図である。地震の発生によって建物等が崩壊したとき、人やライフラインが瓦礫内に埋まったり取り残されることがあり得る(閉じ込められた人が、図8において符号65で示されている)。このような場合、瓦礫内に、人の救出やライフラインの確保・修理には、瓦礫内に経路の存在自体を探索するのが重要になり、その経路は狭隘部が含まれる可能性が高いが、具体的にどの部分が狭隘部になっているかは不明であることが多い。この発明によるロボットシステム1は、こうした瓦礫内に形成されている可能性がある通路の探索又は作業に適している。ロボットシステム1それ自体の構成(ロボット2及び外部に設けられ得る設備)は、図4に示すロボットシステム1と同様であるので再度の説明を省略する。   FIG. 8 is a schematic view showing a state in which the robot used in the robot system according to the present invention is applied to search or work for a passage formed in rubble. When a building or the like collapses due to the occurrence of an earthquake, people or lifelines may be buried or left behind in the rubble (the confined person is indicated by reference numeral 65 in FIG. 8). In such cases, it is important to search for the route itself in the rubble for rescue of people and securing / repairing lifelines in the rubble, and there is a high possibility that the route will contain a narrow part. However, it is often unclear which part is specifically a narrow part. The robot system 1 according to the present invention is suitable for searching or working on a passage that may be formed in such debris. The configuration of the robot system 1 itself (the robot 2 and equipment that can be provided outside) is the same as that of the robot system 1 shown in FIG.

図示の例では、瓦礫60は、外からでは経路が存在するか、また存在するとして狭隘部を持つか否かまでは判らないことがある。そこで、例えば手動によって、ロボット2を当初、認識可能な経路61を手がかりに瓦礫60内に押し込んでゆく。ロボット2の先端の手先16には探索センサとして光ファイバーカメラ20,21が設けられているので、撮影された画像を手がかりに、手先16が進むべき方向が選択・決定される。瓦礫60内に存在する狭隘部62,63,64が検出されたときには、画像から又は押し進めたときの抵抗を検出する等によって通過可能か否かを判断する。なお、探索センサは、光ファイバーカメラ20,21のみならず、人が発する声や水が漏れる音のような音声を拾うマイクロフォン、ライフラインの一つとして供給管から漏れたガスの種類や流れを検出するガスセンサ、火災による熱や煙を検出する熱・煙センサとしてもよいことは明らかである。   In the illustrated example, the rubble 60 may not know whether there is a route from the outside or whether it has a narrow portion as it exists. Therefore, for example, the robot 2 is initially pushed into the rubble 60 by using the path 61 that can be recognized as a clue. Since the hand 16 at the tip of the robot 2 is provided with optical fiber cameras 20 and 21 as search sensors, the direction in which the hand 16 should travel is selected and determined based on the captured image. When the narrow portions 62, 63, 64 existing in the rubble 60 are detected, it is determined whether or not the passage is possible from the image or by detecting resistance when pushed forward. The search sensor detects not only the optical fiber cameras 20 and 21, but also microphones that pick up sounds such as human voices and water leaks, and the type and flow of gas leaked from the supply pipe as one of the lifelines. Obviously, it may be a gas sensor that detects heat or smoke due to fire.

本発明におけるロボットシステムにおいて用いられるロボットにおいて、使用されるオフセット関節機構は、従来のヒンジ型関節に比べて中空構造であるため、配管配線を内部に収容できる。したがって、このロボットシステムは狭隘箇所での作業を行うシステムとして適している。また、ロボットは、関節可動部の気密化が容易であるので、さまざまな気体液体雰囲気内での作業が可能である。また、構造重量当たりの発生トルクが大きく、軽量な多関節ロボットが実現できる。更に、ロボット内のネットワークにより、接続電線数を減少できるなどを特徴とする独創的なロボットシステムを構築することができる。この関節を用いたロボットは、狭い箇所から内部に侵入し、内部で手先をいろいろな方向に向けることで、従来にはできなかった狭い場所での自在な作業が可能になる。   In the robot used in the robot system according to the present invention, the offset joint mechanism used has a hollow structure as compared with the conventional hinge-type joint, and therefore can accommodate the piping wiring inside. Therefore, this robot system is suitable as a system for performing work in a narrow place. Moreover, since the robot can easily seal the joint movable part, the robot can work in various gas liquid atmospheres. In addition, a lightweight articulated robot with a large generated torque per structural weight can be realized. Furthermore, it is possible to construct an original robot system characterized in that the number of connected wires can be reduced by a network in the robot. The robot using this joint can enter the inside from a narrow place and point the hand in various directions inside, thereby enabling free work in a narrow place that has not been possible in the past.

以上、この発明によるロボットシステムについて、実施例を挙げて説明したが、いずれも探索センサの検出情報に基づいてロボットの手先が進むべき方向を定めている。しかしながら、経路についての情報は、一部が既に判明している情報、即ち、設計図によって予め判明している経路情報を利用してもよいことは明らかである。   As described above, the robot system according to the present invention has been described with reference to the embodiment. In any case, the direction in which the hand of the robot should proceed is determined based on the detection information of the search sensor. However, it is obvious that the information about the route may use information that is partly known, that is, route information that is known in advance based on the design drawing.

この発明によるロボットシステムの一実施例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Example of the robot system by this invention. 図1に示すロボットシステムの作動を制御するための制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram for controlling the operation of the robot system shown in FIG. 1. 図2に示す制御ブロックにおける制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control flow in the control block shown in FIG. この発明によるロボットシステムに用いられるロボットの一適用例を示す概略図である。It is the schematic which shows one application example of the robot used for the robot system by this invention. 図4に示すロボットの別の適用例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of application of the robot shown in FIG. この発明によるロボットシステムを、入口部を狭隘部とする容器についての探索又は作業へ適用した適用例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the example of application which applied the robot system by this invention to the search or operation | work about the container which makes an entrance part a narrow part. 図6に示すロボットによって容器内部の点検を行っている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is inspecting the inside of a container with the robot shown in FIG. 図4に示すロボットを瓦礫内に形成されている通路の探索又は作業に適用した適用例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the example of application which applied the robot shown in FIG. 4 to the search or operation | work of the channel | path currently formed in the debris.

符号の説明Explanation of symbols

1 ロボットシステム 2 ロボット
3 制御用コンピュータ 4 ネットワーク
5 目標認識処理部 6 前後進制御部
7 手先方向制御部 8 継承制御部
13a〜13j アーム
12 基部
14a〜14e 回転関節 15a〜15e オフセット関節
16 手先 17 軸線
18 手先基部 19 ハンド
20,21 光ファイバーカメラ
30 直管 31 経路
32 狭隘部 33 入口部
34 管内壁
40 屈曲配管 41 経路
42 入口部 43,45 直管部
44 曲管部 46 内壁面
50 容器(原子炉容器) 51 経路
52 観察用貫通孔 53 容器50の内部
54 容器50の内壁面
60 瓦礫 61 経路
62,63,64 狭隘部 65 閉じ込められた人
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot system 2 Robot 3 Control computer 4 Network 5 Target recognition processing part 6 Forward / reverse control part 7 Hand direction control part 8 Inheritance control part 13a-13j Arm 12 Base part 14a-14e Rotary joint 15a-15e Offset joint 16 Hand 17 Axis line 18 Hand base 19 Hand 20, 21 Optical fiber camera 30 Straight pipe 31 Path 32 Narrow part 33 Entrance part 34 Pipe inner wall 40 Bent pipe 41 Path 42 Entrance part 43, 45 Straight pipe part 44 Curved pipe part 46 Inner wall 50 Container (reactor) (Container) 51 path 52 through-hole for observation 53 inside of container 50 inner wall surface 60 of container 50 debris 61 path 62, 63, 64 narrow part 65 confined person

Claims (6)

ロボットによって狭隘部を含む経路を探索又は前記経路について作業を行うロボットシステムにおいて、ロボットと、該ロボットの作動を監視制御する制御用コンピュータと、ロボット内部に巡らされ且つ前記制御用コンピュータに接続されているネットワークで構成され、前記ロボットは複数のアームを関節によって手先まで順次繋いで多関節構造に構成された多関節ロボットであり、前記手先を含む先端部は探索センサを備え、前記関節はそれぞれCPU、通信デバイス、関節駆動用モータを備え
前記制御用コンピュータには目標認識処理部、前後進制御部及び手先方向制御部が、また前記制御用コンピュータと各関節に配設された前記CPUには継承制御部が分散配置されてなり、
前記目標認識処理部は前記探索センサからの検知信号に基づいて前記手先が進むべき目標方向と移動すべき目標距離を定め、前記手先方向制御部は前記目標認識処理部から送られる目標方向の情報により手先角度を制御し、且つ前記前後進制御部で前記目標認識処理部からの情報と前記制御用コンピュータからの情報に基づいて前後進距離が決定され、
前記継承制御部は、前記手先方向制御部からの手先角度と前後進制御部からの進むべき距離の情報とに基づいて、前記狭隘部を前記手先の前進に伴って前記手先が占めていた向きと位置該手先に繋がるアームが1ステップ前の手先と同じ向き及び位置をとるように制御し、以下後続のアームが同じ向き及び位置を順次占めるように、その関節角と前後進距離とを後続アームの関節に順次継承して、前記関節のくねり運動の継承制御によって前記狭隘部を通過することから成ることを特徴とするロボットシステム。
In a robot system that searches for a route including a narrow portion by a robot or performs an operation on the route, a robot, a control computer that monitors and controls the operation of the robot, and a robot that is circulated inside and connected to the control computer The robot is a multi-joint robot constructed in a multi-joint structure by sequentially connecting a plurality of arms to the hand by joints, the tip including the hand includes a search sensor, and each of the joints is a CPU. , Equipped with communication device, joint drive motor ,
In the control computer, a target recognition processing unit, a forward / reverse control unit and a hand direction control unit, and a succession control unit is distributed in the control computer and the CPU arranged in each joint,
The target recognition processing unit determines a target direction to which the hand should travel and a target distance to move based on a detection signal from the search sensor, and the hand direction control unit transmits information on the target direction sent from the target recognition processing unit. The forward / backward travel distance is determined based on the information from the target recognition processing unit and the information from the control computer in the forward / backward control unit.
The inheritance control unit is based on the hand angle from the hand direction control unit and the information on the distance to be advanced from the forward / reverse control unit, the direction that the hand occupied the narrow portion with the advance of the hand The arm connecting the position to the hand is controlled so that it takes the same direction and position as the hand before one step , and the joint angle and the forward / reverse distance are set so that the subsequent arm occupies the same direction and position sequentially. A robot system comprising: sequentially inheriting to a joint of a succeeding arm and passing through the narrow portion by inheritance control of the bending motion of the joint.
前記アームは中空構造を有し、前記関節の一部はオフセット回転関節であることから成る請求項1に記載のロボットシステム。   The robot system according to claim 1, wherein the arm has a hollow structure, and a part of the joint is an offset rotary joint. 前記探索センサは、前記手先の周囲を撮影するカメラ、音源方向を探知可能なマイクロフォン、又はガスの濃度又は流れを検出可能なガス検出器であることから成る請求項1に記載のロボットシステム。   2. The robot system according to claim 1, wherein the search sensor is a camera that captures an image around the hand, a microphone that can detect a sound source direction, or a gas detector that can detect a gas concentration or flow. 前記経路として形成されている内部管路の全体又は一部を前記狭隘部とする直管又は屈曲配管についての探索又は作業に適用されることから成る請求項1に記載のロボットシステム。   2. The robot system according to claim 1, wherein the robot system is applied to a search or work for a straight pipe or a bent pipe in which the whole or a part of the internal pipe formed as the path is the narrow portion. 前記経路の一部として形成されている入口部を前記狭隘部とする容器についての探索又は作業に適用されることから成る請求項1に記載のロボットシステム。   2. The robot system according to claim 1, wherein the robot system is applied to a search or work for a container having an inlet portion formed as a part of the path as the narrow portion. 瓦礫内に形成されている通路の探索又は作業に適用されることから成る請求項1に記載のロボットシステム。   The robot system according to claim 1, wherein the robot system is applied to search or work for a passage formed in rubble.
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