Four quite different types of wall-climbing robot model have been developed in our laboratory. The third type can move speedy on a wall by using the thrust force of propellers and the drive force of wheels. In this paper following articles are briefly described, 
1) Outline of the third type of wall-climbing robot 
2) Propulsive force and wheel drive controller 
3) Pilot assist radio control system 
4) A result of outdoor testsconference pape

21913

5872

90219741

Miyagi, Hiromori

Nishi, Akira

ニシ, アキラ

ミヤギ, ヒロモリ

宮城, 弘守

西, 亮

Japanese

University of Miyazaki Academic Repository

プロペラ推進型壁面移動ロボットの移動機構と壁面移動実験言語: Japanese出版者: 日本機械学会公開日: 2020-06-21キーワード (Ja): キーワード (En): Wall-climbing robot, Thrust force,Propeller, Pilot assist system, Radio control作成者: 宮城, 弘守, 西, 亮, Nishi, Akiraメールアドレス: 所属: メタデータhttp://hdl.handle.net/10458/1826URL21朝22 プロペラ推進聖壁面移動 ロボッ トの移動積標 と壁面移動実験 IMobileMechanismoftheYalュ-ClimbingRobotusingThrustForceofPropellerandaResultofOutdoorTestsO正 宮城 弘守 (宮崎大) 正 酉 亮 (宮崎大)HiromoriMIYAGLNiyazakiUniversity,1-1,GakuenKibanadaiNishi.NiyazakiAkiraNISHI ,MiyazakiUniversityilFourquitedifferenttypesofwal卜climbingrobotmodelhavebeendevelopedinourlaboratory.Thethirdtypecanmovespeedyonawallbyusingthethrustforceofpropellersandthedriveforceofwheels.lnthispaperfollowingarticlesarebrieflydescribed.1)Outlineofthethirdtypeofwal卜climbingrobot2)Propulsiveforceandwheeldrivecontroller3)Pilotassistradiocontrolsystem4)AresultofoutdoortestsXey lOrds:Wa ll-clim bing robot.Th r u s tfor c e , Prope ller,P il o t ass ist sy s t em,Rad io control1.は じめに当研究室では､これまでに4つのタイプの壁面移動ロボットの研究を行 ってきた1) 2' 4'｡ここで紹介するのはそのうちの第 3のタイプで､プロペ ラの推進力でロボゥト自身の重量を支えなが ら､車輪尊区動力を利用 して連続な鉛直壁面を高速移動す る形式である3) ｡第 2葺でこのロボットの概要を述べ､第 3章でロボットを浮揚 し壁面上を車輪駆動力を利用 して移動する機構について述べる｡第 4章で遠隔無線操縦による制御方法を述べ､･第 5章で壁面移動実験 の模様を紹介する｡最後 に第 6葺でプロペラ推進型壁面走行 ロボットのこれまでの研究成果をまとめる｡2. ロボットの概要Fig.Zにロボ ットの概要をFig.3に制御機器を示す｡ロボ ットの寸法は､長 さ1.76m幅0.93m高 さ0.73m(プロペラを含む)でアル ミ材を主体に作 られており､全備重量は20kgで可搬重量2kgである｡ ロボッ トを浮揚 し壁面に押 しつけるため､直径0.55mの木製固定 ピッ･.jlプ ロペラを上下で反転駆動 している｡ 推力軸の方向は､上を1Zo､下を20●壁面方向に傾 けて固Fig.1photographofaoutdoortest (Synchronizedsteeringcontrolmethod)日本機械学会 lNu96-2〕ロボティクス ･メカ トロニ クス講演会'96講演論文集 (Vol.B) 〔●96.6.20-21.宇部市〕- 82 9 -定 している｡ プロペラ動力は上下とも56ccの 2ス トロークサイクルガソリンエンジンからクランク軸直結で得ており､最大出力約5PS/7,000rpmで114Nの推1力を発生する｡移動は4輪 に取 り付けた定格出力3.2WのDCギア ドモータとステア リング機構で制御 しており､移動速度は安全のため約0.5m/Sに制限 している｡モータのの合計が53.3N､下 (級) 2輪の合計が17.3Nで､後輪の荷重が/J)さいが､弱風時の実験では問題がなかった (Fig.4)｡ロボ ッ トの重量はプロペラ推力で支えているので､弱風状態では車輪駆動力に必要な動力は僅かである｡また､ 4輪合計の最大摩襟ガを49.4Nとすると (摩擦係数〟=0.7)J無風状態ならロボットの傾斜角度が電源は9.6vl.700mAhのNi-Cdバ ッテ リを使用 している｡13.0°までは耐えられる｡実際には第 4章に示す方法制御は地上か ら無線操縦で行い､地上のパーソナルコンピュータを操縦機につないでオペ レータの操縦負担盲軽減 している｡ ロボットの本体には､コンピュータを搭載 していない｡3.推力及び移動制御機構ロボットを壁面上で浮揚す るためのエンジン動力は､実験中はプロペラ推力の鉛直方向成分が ロボットの重量にほぼ釣 り合うスロッ トル位置で固定 している｡実際にはエンジンの回転数が微妙に変化するで傾斜角度を安全な範囲に修正するので､車輪が滑って ロボ ットが墜落するようなことはない｡4.移動制御方法プロペラ推力の大 きさと方向を固定 して使用するこのタイプの ロボットでは､傾斜角度を鉛直に保つことが重要である｡従 って移動制御 システムもこのことを考慮 して構成されている｡Fig.5に示すのは､このロボットの制御方法の概要で､ aが上下 (前後)のステア リングを連接棒で械が､摩擦抗力によって車輪が滑るようなことはない｡械的に連動 した古いタイプの もので､ bが上下のススロットルのコン トロールを制御系から切 り放す こ テア リングを別々に制御できるよう改良 した新 しいとによって､制御 システムが簡素化 され､信頼性が タイプのものである｡向上 した｡ aの制御方法では､ステア リングがきられた状態壁面へロボットを押 しつける力は､プロペ ラの椎 で車輪を差動 (前輪ま和 ま後輪を制動) させて傾斜力成分62.7Nと下部プロペラ後流の偏向板 による揚力 角度を修正 したo 少々ぎ こちない動 きではあるが､8.5Nの計70.7Nである｡また車輪荷重は上 (前) 2輪 傾斜角度の修正は十分行えた｡ ロボットの傾斜角度steeringcontroller＼ /steeringLOtOr○I --＼/2-■ME-' ＼ ､ーく>一■rヽopellerも ー Aノク/=二一′ち 購 d/ei胤 F三 1 1. I tank㌔■_A亡 >0 - 号 tJ~~~一己く=>リ■I-k…詔 と?56cc)aliこ, ig,I ド ′t I■ty o-S rga solinnoise l e ss sspark i ngp10.271 C .G. 一一■一■-■●く二 '｢ つ reCelVyhcontrogrosstrams.,litter1ass22kgC.G.■弓 lQ- ○〉) TLec y/O r{ ≠一d ~● ~l.J< ' -'､ー上-_～_ ノI -airfoil I＼犬＼08IlFig.2Yall-cliThbingrobot引!G川E.TJIROTTLEl､■clinoleteモア喜野 S,com oLTuEELDRtYECONTROL四 seTVOTl0tOr'CONTROLfro一receiverS'teer'itLgangleerror㊨ .DCg.;声ybatteryFig_3Propulsiveforceandyheeldrivecontroller- 830-は無線機で地上 に送信されてきているので､コンピュータで自動修正することも可能であったが､エンジンのイグニッションノイズ等による誤作動 の対策が十分でなかったため､オペ レータが傾斜修正の方向をマニュアル操作するように した｡差動 させる車輪を進行方向によって刻々変化 させる必要があり､誤りのないようコンピュータで処理 した｡この方法による壁面走行実験は､2年行 っており､その間のロボッ ト本体の全面改修などによってノイズ対策はほぼ満足できるレベルに遷 した｡そこで､直進中でもロボットの傾斜角度の修正が可能な､ bのタイプへの改良を行 った｡bの制御方法では､ステア リング角度の大小によって､ aと同 じに車輪を差動 させる方法 と､ステアリングを差動 させる方法とを使い分ける｡正常状態a･synchronizedsteeringcontrolJ)ethodsteeringsensor､ ～しド/ら(8′/-)F ig.4 Yhee l loadand f ric t i ona l forceこ † - 千＼ 3--｡-~亡ユ ー■■一 一●01コAI一■●S と三･l.〇一 ■一白亡○4>一⊇JI-ラ○■くL-()l1ー一h 三.i onltOrrecord_¢ i.4qJE ｣■4>(≡Q O SeTYOqOtOr+POtentiopet≠① ¢ ⊂⊃ rl ー ocJ s主Aul～ onof " E_ <U ¢(steeringc一■-=I∋ ■lt■- J一三 E-.JL:-AJ,3 Q l'.L.4AC)㌦ ら,iI △O eerlngange Qr.(inclinatio comandF/8 J(drivediTeCtioncoMandyTJ塾 妻, ～､Lも小が 乙 が 0､小冊 顔モp｡tentioAeterS)eroMand)1)silulate≠ Thenthereceiyedst-eeringsigLtalisdfsordered,b:advancedsteeringcontrolqethodPilotassistco叩uter vLgTJa^UOUY凸 13u3叫JatraTearSteeT=1gcotl■and0-;d,+△d.△ ≠･ft(3..ド/8.≠′cr.e三三ans占eoe:tnj,differentialdrI've coMand8./r-f)(△0..F/8,≠rJ¢ r:O rHA a .(incIL'nation coFbqand)serYOA OtOr+potentioAeter｢~~一~~~~~~~~I4anualcontrolFig.5Pilotasistradiocontrolsystem-831-backuptransnitter(inarteAergenCy)V(auto/septiautothresholdcoEb■artd)2)sTitchonilaE)eJ-ergenCl.3)fai卜saEedesignedforanoisyconand.4)si一ulate一,fortheCOnaTLd¢,..controler(potentioAeterS)では､ステア リング角 ¢ Fが小 さい場合に自動的に作動するオー トコントロールと､ステア リング角に関係なく常時作動するセ ミオー トコントロールの並列処理が行われる｡異常が生 じるとその程度に応 じて次のような措置が行えるシステムとしており､ 2重3童の操縦安全性が確保 されている｡ロボットか らの情報が断たれた場合､コン トローラでオー ト/ セ ミオ- トの しきい値Vをセ ミオー ト側いっぱいに変更 して車輪差動だけで傾斜角度を操作する｡この時のステア リング角度命令は前後 とも同 じ値を出力する｡ コンピュータの演算処理 に ミスを生 じた場合には､割 り込み操作により､あ らか じめ設定 した後輪 ステア リング角度 (o●)と車輪差動スイッチOFFの信号を送信機に出力する｡コンピュータが暴走 した場合には､緊急用操縦桟に切 り替えてマニュアル操作だけでロボッ トを回収する｡不測の原因で無線操縦信号が乱 された場合には､受信機のフェイルセーフ機能が働いて､スロットルを維持 したままロボッ トの移動が停止 される｡5.壁面移動実験Fig.1は第 4葺のaの制御方法による屋外実験の-こまである｡本学工学部の6階建ての ビルの壁面(高 さ25m幅8m)を利用 しており､燃料搭載量､駆動用バ ッテリ及び受/送信機バ ッテ リの容量の関係で､始動準備を含め最長15分程度の移動実験を実施 している｡bの制御方法については現在､装置の作動確認を進めており､屋外実験の結果は ビデオ収録 して報告する｡6.おわりに平成 2年以来プロペラ推進型壁面走行 ロボ ットの研究を続けて きた結果､本 ロボットの実用性の確認はほぼ完了 した｡それは以下のとおりである｡1.プロペラの推進力を利角 してロボットを浮揚する方法では､吸盤吸着等従来の方法によるよりも大 きな動力を必要 とし､一般に騒音 レベルも高いが､車輪駆動の動力が小容量のバ ッテ リで足 りるので､無線化 (自立化)が容易である｡2.制御性 と安全性を重視 した結果､4輪に常時駆動 (制動)力を加え移動速度を約0.5m/Sに制限 してきたが､車輪駆動用モータの減速比を小 さくするか車輪に空転/制動桟橋を追加すれば､相当高速で移動 させることも可能で､高速移動性が要求される用途 に適 している｡その場合にはプロペラ推力 も同時に制御する必要がある｡3.このモデルでは､ステア リングの角度が左右45●程度に制限 され､斜め方向への移動 しかできなかったが､様様を改善すれば真横への移動 も可能である｡その場合の傾斜角度修正には､前後の車輪を差動 させる制御方法が利用できる｡4.地上のパーソナルコンピュータによる操縦支援システムを利用 した結果､制御プログラム作成の手間が軽減 され､研究が容易に行えた｡この結果をもとに今後はコンピュータ搭載型に改良 し､ロボット1台 と無線操縦機 1台による簡素なシステムに変更す ることが望まれる｡5.本研究で使用 した､地上のコンピュータと壁面上のロボッ トとを無線相互通信で結ぶ操縦支援 システムでは､高度な情報処理､外部との通信ネットワーク形成等のシステムの拡張が容易で､今後はその用途での利用を考えていく必要を感 じるり ｡6.今年､産業用のラジオコントロール周波数として73MHz帯の 6波が指定 された｡これまでホビー用との混信に苦慮 しなが ら産業用無線操縦機器の開発にあたってきた関係者には朗報であるが､ ドイツで認められているようなラジオコントロール用周波数帯を利用 した機器側からの情報伝送は日本では実現 していない｡産業用無線操縦機器の安全な運用を考えるうえで も､相互通信可能な送受信システムが望まれることを本研究を通 じて痛感 したことを申 し添える｡最後に本研究を進めるにあたり協力頂いた各位に､この誌面をか りてお礼申し上げる｡川崎重工業 (樵)にはガソ リンエンジンを､三和電子械器 (樵)には無線操縦機器を無償提供頂いた｡(樵)こうべ技研の古市精克氏 と小松ゼノア (樵)研究開発センターには､イグニッションノイズの対策につきご指導頂いた｡参考文献1)西 ･ほか 2名､垂直壁面移動機構の設計､ロボ学誌､2-3(1984)､39.一2)西 ･江口､吸盤を持っ二足歩行 ロボットの研究､宮崎大学工学部研究報告､31(1984)､119.3)西 ･宮城､推進力による壁面移動ロボットの研究(第 1報)､機論､57-543､C(199卜11)､179.4)宮城 ･西､飛行型壁面移動 ロボットの遠隔位置 ･高度計測 システム､第 5回ロボットセンサ シンポジウム講論集､(1996)､投稿.-832-

Mobile Mechanism of the Wall-Climbing Robot using Thrust Force of Propeller and a Result of Outdoor Tests

https://miyazaki-u.repo.nii.ac.jp/record/4205/files/13650282-01.pdf

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