JP2000052701A - 磁性体面走行用車輪および台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性体に対する吸着力が強く粉塵を排除しな
がら磁性体面上を走行する車輪と磁性体面走行台車を提
供する。 【解決手段】 車輪１１の接地面中央に間隔を空けて対
峙するように設けられた一対の磁極が、車輪に内蔵した
電磁石１４により励磁されるようにするとともに、車輪
表面の磁極の両側部分を外側に向かうにつれて徐々に減
径させて、車輪を樽状に構成する。また、互いに独立駆
動できるようにした上記車輪を少なくとも２個備えて磁
性体面を走行する磁性体面走行台車。特に２個の車輪の
回転軸が同軸上に来るように配設した走行台車が好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性材料からなる
面上を走行しながら作業する自動溶接装置、自動切断装
置、自動検査車、自動清掃装置などの走行機構に用いる
車輪と走行台車に関し、特に作業中に走行面にスパッタ
やキリコなどの粉塵が存在する場合にも適用できる運転
性の良い車輪と走行台車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動溶接装置は、溶接対象に沿っ
て敷設したレールの上を、溶接トーチを搭載した溶接台
車が移動しながら、溶接トーチと開先の相対的位置を検
出して溶接を行っていた。あるいは接触式のバーを用い
て溶接台車による粗倣いをしながらアークセンサを用い
て精密な溶接をしていた。しかし、レールの上を走行さ
せながら溶接をするためにはレールの敷設が必要であ
り、また接触棒による倣い制御では溶接母材の表面状態
により溶接性能が左右されるという欠点があった。

【０００３】特公平７−４６６５号公報には、底面端部
に走行車輪とボールキャスターをそれぞれ２個ずつ設け
た溶接台車が開示されている。走行車輪は回転軸が同軸
上にあってそれぞれ独立に回転駆動され、溶接台車を移
動したり旋回したりできるようになっている。溶接線と
溶接台車の間隔が常に所定の距離になるように走行車輪
のそれぞれの回転速度を制御することにより溶接台車の
走行方向を調整して溶接線の粗倣いを行う。こうしてレ
ールの敷設や特別なセンサを要せず、簡素な構成により
装置のコスト低減が図れると共に正確な溶接線倣い制御
を行うことが可能になる。しかし、上記開示発明は、同
軸２輪の独立駆動方式であるが、４輪駆動のものと比較
すると走行面との接地面が小さいため走行面との滑りが
発生しやすく、正確な制御が難しい。

【０００４】走行面との接触を安定させるための工夫と
して、車輪タイヤの材質をゴムなど摩擦力の大きいもの
とする方法があるが、溶接を行う環境ではこれら材料の
耐久性が不足して車輪を比較的短い周期で交換する必要
がある。特に走行面が磁性体である場合には、１対の金
属製車輪を用い車軸に電磁石を設けて両車輪間に形成さ
れる１対の磁極で発生する磁力を利用する方法もある
が、車軸に付設する電磁石が大きくないと必要な吸着力
を発揮しないため、装置全体が大型になって現状では通
常の使用に耐えない。

【０００５】また、金属製の車輪に磁力を付加した場合
は、溶接で発生するスパッタや溶接用ワイヤの切れ端な
どが車輪に吸着されて車輪の走行を妨げ台車の走行制御
性能を著しく低下させるという問題もある。この問題
は、自動溶接装置に限らず、粉体や塵が散在する磁性体
面上を走行しながら作業する自動切断装置、自動検査
車、自動清掃装置などでも同様に生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、磁性体面に対する吸着力が強く粉
塵を排除しながら走行できる走行制御が容易な車輪と磁
性体面走行台車を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の磁性体面走行用車輪は、車輪の中に電磁石
を設置し、この電磁石により励磁される一対の磁極が車
輪のタイヤの接地面中央に間隔を空けて対峙するように
設けられ、さらにタイヤ表面の磁極の両側部分が外側に
向かうにつれて単調に減径して車輪が樽状を呈している
ことを特徴とする。特に、車輪表面が外側に向かうにつ
れて直線的に減径するような形状であることが好まし
い。

【０００８】本発明の磁性体面走行用車輪は、車軸でな
く車輪の中に電磁石を収納して電磁石で励磁される１対
の磁極が互いに近接してタイヤ中央の表面に露呈してい
るので、車軸に設ける電磁石と比較すると小さな電磁石
でも走行面を含む磁路中に強力な磁束を発生し車輪の吸
着力が強化され、また車輪の間隔が自由に設定できるの
で、小型の走行台車に取り付けることが可能である。な
お、タイヤの磁極を電磁石で励磁しているので、透磁率
の高い粉塵などがタイヤに付着するが、付着したものは
電磁石の励磁を切ることにより容易にタイヤから離脱さ
せることができる。

【０００９】また、磁極部分の外側は単調に減径してタ
イヤ部に傾斜が形成されているため、走行面とタイヤに
挟まった粉塵などは容易にタイヤ中心から外側に排除さ
れて走行を邪魔することが無く、走行制御が容易であ
る。特に、タイヤ部分が直線的に形成された車輪は粉塵
などの排除効率が良く、また単純な形状のため製造も容
易である。

【００１０】また、上記課題を解決するため、本発明の
磁性体面走行台車は、車輪を備えて磁性体面を走行する
台車であって、この車輪のうち少なくとも２個が、前記
の磁性体面走行用車輪であって互いに独立駆動できるこ
とを特徴とする。なお、磁性体面走行用車輪は、回転面
が同じ平面内にこないように配設することができ、特
に、磁性体面走行用車輪２個を回転軸が同軸上に来るよ
うに配設することが好ましい。また、本発明の磁性体面
走行台車に溶接トーチを搭載して溶接ロボットとして使
用することができる。

【００１１】磁性体面走行を行う台車は上記電磁石を内
蔵した車輪を用いることにより走行面に対する吸着力が
向上し、回転動作や操舵動作が正確に行え安定な走行を
実現するようになる。走行用車輪を同じ平面中に配設し
ないようにしたものでは、車輪の回転をそれぞれ制御す
ることにより台車を回転させて向きを変えたり走行速度
や回転速度を調整することができる。特に、１対の磁性
体面走行用車輪を同軸上に配設して独立駆動するように
したものは、簡単な操縦により容易に直線走行させたり
や小さな回転半径で回転走行させたり、さらに定位置に
おける回転をさせたりすることができる。

【００１２】このような磁性体面走行台車は、鉄系の金
属材料を切断加工する切断装置、仕上がり状態を検査す
る検査ロボット、表面を清掃する清掃ロボットなど、粉
塵が散在する状態にある磁性体面上を自走して作業する
自走台車として活用できる。特に、溶接作業の際は溶接
面付近にスパッタや溶接用ワイヤの切れ端が大量に散在
するので、粉塵を排除しながら走行する走行台車は溶接
ロボットに使用するときの効果が大きく、本発明の台車
は自動溶接装置に大きな需要が見込める。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の磁
性体面走行用車輪の１実施例を示す一部断面図、図２は
本発明の磁性体面走行台車の１実施例の底面図、図３は
図２の磁性体面走行台車の側面図、図４は図２のＩＶ−
ＩＶ面から見た側面図、図５は本実施例の磁性体面走行
台車を適用した溶接ロボットの斜視図である。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の磁性体面走行用車輪の実施例
を表した図面で、上半分が断面を表し、下半分が表面を
表している。車輪１はホイール１０とこれを貫く軸２０
からなる。ホイール１０の外周のタイヤ部分は透磁率の
大きい第１の金属１１、１３が僅かの間隙を持って突き
合わされ、その間隙に透磁率の小さい第２の金属１２を
挟んだ形になっている。タイヤの内部には電磁コイル１
４を巻いたコア１５がタイヤの第１金属１１、１３に密
着していて設けられている。コイルの作る磁気回路がコ
ア１５、第１金属１１、第２金属１２、第１金属１３を
通って形成され、第１金属の突き合わせ部分には１対の
磁極が形成される。

【００１５】この１対の磁極が鋼板や鉄板等の磁性体面
６に接触すると、磁気回路は第２金属１２と鋼板等６と
並列回路を形成するが、より磁気抵抗の小さい鋼板等に
多くの磁束を通すのでホイール１０は鋼板等６に強い力
で吸引される。電磁石１４、１５の電力は回転中にもス
リップリングや水銀接点あるいは誘導を用いた非接触伝
達装置など回転可能な接続装置２１を介して外部電源と
電気的に接続されているリード線２２により供給され
る。リード線２２は車輪の軸２０に開けられた導通孔２
３の中に敷設される。

【００１６】第１金属１１、１３は中央部が最も径が大
きく内側の磁極部分から外側に行くにつれて径が小さく
なっている。このため、走行面上に異物があってもこれ
を踏みつぶしたり乗り上げたりしないで、ホイール１０
が回転するにつれて異物をタイヤの外側に押し出して排
除することができる。また磁化したタイヤに付着した磁
性体の異物があっても、コイル１４の電源を切断すれば
簡単に脱落させることができる。なお、第１金属１１、
１３のギャップや電磁コイル１４などは走行する磁性体
や必要とする吸着力に基づいて自由に設計することがで
きる。また、第１金属１１、１３の接地面の幅は狭いほ
ど操縦性が良く異物の排除が容易になるが、搭載するも
のの荷重や走行面の強度などにより制約があるので、適
切な設計をしなければならない。

【００１７】図２から図４は、図１の磁性体面走行用車
輪を走行台車に組み込んだ状態を説明する図面である。
図２は走行台車を下から見た図面で、台座３の下に２個
のＬ字形をした支持板３１が固定されており、この支持
板３１のそれぞれに固定されたベアリングボックス２４
に車軸２０が嵌合し車輪１が軸支されている。２個の車
輪１の車軸は同じ直線上に来るように配置されている。
また、台座３には２個のフリーベアリング５１がセット
されている。フリーベアリング５１はバネに支えられて
ベアリングケース５に収納されており、床面までの距離
が変わらないようにして台座３を水平に維持する。

【００１８】車輪１は歯付き伝達ベルト４１を介して車
輪駆動機構４により駆動される。車輪駆動機構４は、磁
性体面走行台車の側面を表す図３に示すように、歯付き
伝達ベルト４１が係合する歯付きプーリ４２が減速機４
３を介して電動モータ４４により回転駆動される。電動
モータ４４の回転状態はモータの軸に取り付けられたエ
ンコーダ４５により測定されて図外の制御装置に情報フ
ィードバックされる。車輪１を支持する支持板３１に固
定されたフランジ３２に減速機４３の端面をネジにより
固定しているので、車輪駆動機構４と車輪１の相対位置
関係は変化しない。なお、説明の必要から図３ではベア
リングケース５を省略して表示した。

【００１９】図４は台座３に対する車輪１の固定状態を
見やすくするため車輪駆動機構４を外して図２のＩＶ−
ＩＶ面で切った面から見た状態を表す図面である。車輪
１の軸２０には歯付きプーリ２５とベアリングボックス
２４が固定されている。ベアリングボックス２４は支持
板３１に固定される。歯付きプーリ２５には歯付き伝達
ベルト４１が係合しているので、車輪駆動機構４の歯付
きプーリ４２が回転すると車輪１のホイール１０が回転
する。

【００２０】ホイール１０のタイヤの中に仕込んだ電磁
石にリード線２２を介して外部電源から電力が供給され
ると、タイヤ中央の最大径部分が励磁され磁性体表面６
の間に吸引力が働き、車輪１は磁性体表面６上を滑るこ
となく回転する。このとき、両方の車輪１を同じ方向に
回転すると台車３はその方向に前進し、回転速度が異な
ると回転の差に従って進行方向が曲がる。また、ふたつ
の車輪１の回転方向を逆にすると、台車３は回転数の比
で内分した車軸上の点を中心にして回転して方向を変化
させるので、極めて小さい回転半径で方向転換すること
ができる。さらにはその場で位置を変えずに方向だけを
変更することもできる。

【００２１】また、車輪１のタイヤの表面には傾斜があ
るので、異物がタイヤと走行面６の間に挟まっても、車
輪１の回転に従って異物がタイヤの外側にずれていきや
がて車輪の外に排除される。なお、タイヤに磁力により
磁性を持った異物が付着したままになっている場合に
は、励磁を切ることにより容易に脱落する。

【００２２】図５は、本実施例の磁性体面走行台車に自
動溶接装置７を搭載して自走式の溶接ロボットを構成し
た状態を示す斜視図である。この溶接ロボットは狭い橋
梁箱桁内に搬出入して溶接線に倣いながら水平すみ肉を
自動アーク溶接するために使用されるものである。溶接
トーチ７１とこれを支持する支持機構７２は走行台車の
台座３の上に搭載されている。溶接ロボットは、前側立
板までの距離を測定する変位センサと横側立板への接近
を検出する近接センサを組み合わせて用いて、溶接トー
チ７１と支持機構７２の動作を制御して倣い溶接をす
る。

【００２３】走行台車は磁化された車輪１で床の鉄板に
しっかりと吸着しながら走行、回転することができ、溶
接線へのアプローチ、溶接始端の位置決め、倣い溶接を
行う間の走行、溶接終端から次の溶接辺へ方向変換する
ための回転を円滑に行う。なお、フリーベアリング５に
より台座３の面は水平に維持される。床面に散在するス
パッタ等の粉塵が車輪１に付着しても側部へ自動的に移
動し、タイヤの中心が常に床面を把持するので、溶接ロ
ボットは安定した走行を続けることが可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の磁性体面走
行用車輪は、従来と比較して著しく小型で走行面への吸
着性がよくまたタイヤ面に付着する粉塵を排除する。こ
の磁性体面走行用車輪を走行台車に取り付けて独立駆動
できるようにして自動溶接装置、検査装置等を搭載する
ことにより小回りの利く溶接ロボットや検査ロボットな
どが構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性体面走行用車輪の１実施例を示す
一部断面図である。

【図２】本発明の磁性体面走行台車の１実施例の底面図
である。

【図３】図２の磁性体面走行台車の側面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ面から見た側面図である。

【図５】本実施例の磁性体面走行台車を組み込んだ溶接
ロボットの斜視図である。

【符号の説明】

１ 車輪 １０ ホイール １１、１３ 第１金属 １２ 第２金属 １４ 電磁コイル １５ コア ２０ 車軸 ２１ 接続装置 ２２ リード線 ２３ 導通孔 ２４ ベアリングボックス ２５ 歯付きプーリ ３ 台座 ３１ 支持板 ３２ フランジ ４ 車輪駆動機構 ４１ 歯付き伝達ベルト ４２ 歯付きプーリ ４３ 減速機 ４４ 電動モータ ４５ エンコーダ ５ ベアリングケース ５１ フリーベアリング ６ 磁性体面 ７ 自動溶接装置 ７１ 溶接トーチ ７２ 支持機構

フロントページの続き (72)発明者 河原 秀夫 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 伊藤 純 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁石を内蔵し該電磁石により励磁され
   る一対の磁極がタイヤの接地面中央に間隔を空けて対峙
   し、該磁極の外側のタイヤ表面が外側に向かうにつれて
   単調に減径してタイヤが樽状を呈していることを特徴と
   する磁性体面走行用車輪。
2. 【請求項２】 前記タイヤ表面が外側に向かうにつれて
   直線的に減径していることを特徴とする請求項１記載の
   磁性体面走行用車輪。
3. 【請求項３】 複数の車輪を備えて鉄面上を走行する台
   車であって、該車輪のうち少なくとも２個が、請求項１
   または２記載の磁性体面走行用車輪であって互いに独立
   駆動できることを特徴とする磁性体面走行台車。
4. 【請求項４】 前記２個の磁性体面走行用車輪の回転面
   が回転方向に重ならないように配設されていることを特
   徴とする請求項３記載の磁性体面走行台車。
5. 【請求項５】 前記磁性体面走行用車輪を２個備え、該
   車輪の回転軸が同軸上に来るように配設されることを特
   徴とする請求項３または４記載の磁性体面走行台車。
6. 【請求項６】 溶接ロボットを搭載することを特徴とす
   る請求項３から５のいずれかに記載の磁性体面走行台
   車。