東京工業大学 広瀬茂男教授(当時助教授)の発案のヘビ型「節体幹移動ロボット」。
東工大との共同開発で、日本ロボット学会技術賞を受賞したロボット。
消防用などとして建物の中の移動、作業に適する。
1つの動力車輪を備えた節体を直列に連接してヘビ状形態で行動する。節の結合・外しは容易なので、消防用としての搬送は例えば消防士一人一人が節体個々を背負った状態で行い、現地にて組み立てる形を取る。
節体間には上下スライド機構、旋回機構の2軸があり、動力車輪で前進しながらそれら軸を動かすことで階段、坂などの登降坂、また任意の方向転換、ヘビ状の蛇行移動などもできる。
階段などの登坂時、不整地走破時は車輪軸、節体間上下スライド軸部の荷重センサの荷重を打ち消すように自動制御(インピーダンス制御)するので操縦者は節体個々の操作などを意識する必要はない。
各節体は、先端のマニピュレータ節以外は動力車輪が右か左かだけで全て同じで写真の6節にこだわらずいくらでも繋げられるため拡張性、ペイロードを大きく取ることができる。
しかも、同じ節体の直列化であるので、長くなっても通過面積は小さく一定であり、建物内のドアの通過などに適している。マニピュレータ自体には自由度は4軸しかないが、前の2節を浮かせてその計6軸を協調制御させることで、多自由度の可動範囲の大きいマニピュレーションができる。
竣工年 |
1990 (機構、電装部の完成) |
総重量 |
320kg (*1 |
全長 |
3.3m (*2 |
全幅 |
0.48m (*2 |
全高 |
1.08m |
最大登坂角 |
40° (*3 |
駆動自由度 |
22 (*4 |
最高速度 |
1.8km/h (0.5m/s) |
動力源 |
シールド鉛電池 84V/12Ah (*5 |
制御装置 |
PC9801(UV11) V33 CPUカードを追加装備 |
操縦 |
無線ジョイスティック操作 |
*1: 全備状態(節体6)。バッテリパック1個搭載状態
*2: 直線列状状態
*3: 直線列状状態で。上から見てW字状に全長を縮めると
(W字状モード)登坂角は向上し、また横安定性も向上する
*4: 節体6、先頭マニピュレータ節込み(3×6+4=22)
*5: この容量のバッテリパックを6節体の場合、4個程度まで積み、
連続稼動時間を増やすことができた。
屋外を走行中のKR−2。障害物の乗り越え(上写真ではで枝を越えている)、節体間が相対的に鉛直スライドして、また移動方向によって節体間が向きを変えている。
各節体内部には、下 1/3 程度にロボット固有の制御機器、モータドライバ等が実装されていが、その上は、空洞であった。その空間には、増加バッテリパックの搭載ができるが、増加バッテリを搭載しなければ、自由なペイロードスペースである。
この程度の地形であれば時速1km/h程度で走破した。節体内構造は、飛行機の胴内を思わせるアルミリブによる、高剛性、軽量化がなされている。
ターンしつつ階段を登るKR−2。KR−2は試作では6連節であったが、さらに性能や通過性を下げずに後に同じ節を増設することができた。能力、ペイロードを増やすことができ、拡張性には優れていた。
本体に搭載のパソコン(当時のNEC PC-9801-UV11)ではインピーダンス制御による階段や障害などの受動踏破制御を行い、無線で進行方向、速度を制御した。節間の相対角度などは、進行に応じて、基本的に後節に順次自動シフトされていた。
節体の構造図。隣につなぐ節体との上下スライド、旋回、そして節体固有の動力車輪の3軸。動力車輪は、節体によって、右側のものと左側のものがあるが、それ以外は同じ構造である。
節体間着脱構造図。数分で外すことができる。電力、制御信号などのバスラインもコネクタで着脱される。輸送性、メインテナンス性に優れる。
段差のある建物扉を走行して出てくるKR−2。
左のオペレータが操作しているのは、先頭節の目標速度と進行方向。先頭節の方向は進行とともに後節に伝えられるので、ヘビ的な蛇行走行が可能であり、従って通過面積は連節数(ロボットとしての規模の大きさ)にかかわらず、1つの節の幅によってのみ決まった。従って、扉などの通過性は全体が大きくても(長大であっても)、高くなる。
マニピュレータには、簡単なグリップ力制御が備えられており、オペレータが把持力を設定できるので、対象物を壊すことなく掴むことができた。