JP2012211668A - 壁面移動機械の吸盤機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸盤10内の気圧を低下させて、吸盤10を物体に張り付ける吸盤機構1であって、吸盤10内と連通された、吸盤10内の空気を吸引する空気吸引機構を備えており、空気吸引機構が、吸盤10と空気流路35によって接続された吸引手段32と、空気流路35に介装された吸引力発生機構と、を備えており、吸引力発生機構は、吸引手段32と外部との間を隔離する隔離部材45を備えており、隔離部材45は、吸引手段32によって空気が吸引されると、隔離部材45と吸盤10の開口部との間の容積が大きくなるように設けられている。
【選択図】図1
Description
しかし、ゴンドラは、通常、ワイヤーなどによって吊り下げられているだけであり、安定性が低く風が吹いたりすると揺れるので、清掃作業には危険が伴っていた。
かかる事情もあり、壁面や窓ガラスなどの清掃作業を自動で行う機械が求められていた。
しかし、フィルタが目詰まりしてしまうと、吸引力の喪失や低下により吸盤が壁面に張り付く力を喪失したり張り付く力が小さくなってしまったりするため、フィルタが詰まってしまう前にフィルタの交換を行わなければならない。
とくに、埃や液体(水、油等)が多い環境では、フィルタが短時間で目詰まりしてしまう恐れがあり、頻繁に行わなければならず、作業効率も低下してしまう。
このような吸着力の喪失や低下が、壁面などに張り付いて移動するロボットにおいて生じると、ロボットが壁面などから落下する事故を引き起こす危険性がある。
第2発明の壁面移動機械の吸盤機構は、第1発明において、前記空気吸引機構が、前記空気流路に介装された吸引力発生機構と、を備えており、前記吸引力発生機構は、内部に中空な空間を有する隔離容器を備えており、前記隔離部材が、前記隔離容器内の空間を、前記吸盤に連通された吸盤側室と、前記吸引手段に連通された吸引手段側室と、に隔離するように配設されており、該隔離部材は、前記吸引手段によって前記隔離容器の吸引手段側室内の空気を吸引すると、該隔離容器の吸盤側室の容積が大きくなるように設けられていることを特徴とする。
第3発明の壁面移動機械の吸盤制御機構は、第2発明において、前記吸引力発生機構が、シリンダボディと、該シリンダボディ内に設けられたピストン部材と、を有するシリンダ機構であり、該シリンダ機構のシリンダボディは、その軸方向の一端部に、前記吸引手段側室と前記吸引手段とを連通する吸引手段側空気流路が連通されており、その軸方向の他端部に、前記吸盤側室と前記吸盤とを連通する吸盤側空気流路が連通されていることを特徴とする。
第4発明の壁面移動機械の吸盤制御機構は、第2または第3発明において、前記隔離部材を、前記吸引手段側室側から前記吸盤側室側に向かって付勢する付勢手段を備えており、前記隔離容器における吸盤側室と外部とを連通する排出流路が設けられており、前記排出流路には、前記吸盤側室から外部への空気の流れのみを許容する逆止弁が介装されていることを特徴とする。
第5発明の壁面移動機械の吸盤制御機構は、第2、第3または第4発明において、前記付勢手段が、前記隔離容器の吸引手段側室内に気体を供給して、該吸引手段側室内の気圧を高くする加圧機構であることを特徴とする。
第2発明によれば、吸盤内と吸引手段との間に吸引力発生機構を設けており、吸引力発生機構の隔離部材によって吸盤内と吸引手段との間を隔離しているので、吸盤から埃や液体(水、油等)などを吸引しても、吸引した埃や液体(水、油等)などが吸引手段に入ることを防ぐことができる。すると、埃や液体(水、油等)などに起因する吸引手段の故障を防ぐことができるので、劣悪な環境であっても、吸盤の張り付け効果を維持することができる。
第3発明によれば、吸引力発生機構がシリンダ機構であるので、吸盤側室の容積の変化量を大きくすることができる。したがって、吸盤に発生させる張り付け力の幅を大きくすることができる。
第4発明によれば、吸盤側室の容積が最大になった後、付勢手段によって隔離部材を吸引手段側室から吸盤側室に戻せば、吸盤側室内の空気を外部に排出することができる。この状態から、再び吸引手段によって吸引手段側室内の空気を吸引すれば、再び吸盤側室の気圧を低下させることができるので、吸盤内の圧力をさらに低下することができ、張り付け力をさらに大きくすることができる。したがって、吸引手段による吸引停止を繰り返せば、隔離容器内の空間の容積から想定される張り付け力以上の大きな張り付け力を発生させることができる。
第5発明によれば、加圧機構から吸引手段側室の気圧を高くすれば、吸盤側室内の空気を外部に排出することができる。
まず、本発明の吸盤機構を説明する前に、本発明の吸盤機構が採用される壁面移動機械を説明する。
この移動手段5は、ベース部2に回転可能に取り付けられた車輪6と、この車輪6に駆動力を供給する駆動部7とを備えている。駆動部7は、例えば、電動モータとこの電動モータの駆動力を減速して車輪6に供給する減速機とを備えたものを挙げることができるが、車輪6に駆動力を供給できるものであれば、とくに限定されない。
図1に示すように、本発明の吸盤機構30は、吸盤内の空気を吸引する空気吸引機構31を備えている。
例えば、吸盤が、図6に示すような吸盤10である場合には、空気吸引機構31は、吸盤10の本体部11に設けられている吸引通路11rを介して、吸盤10の凹部11h内の空気を吸引できるように構成される。
すると、空気吸引機構31を作動させることによって、凹部11h内の気圧を外部よりも低くすることができ、凹部11h内と外部との圧力差によって吸盤10を壁面に張り付けることができる。
以下では、本発明の吸盤機構30によって図6の吸盤10を制御する場合を説明する。
このシリンダ40は、筒状の中空な空間42hを内部に有するシリンダボディ41を備えている。
このシリンダボディ41の中空な空間42hの内部には、ピストン部材42が設けられている。このピストン部材42は、中空な空間42h内を2つの空間40a,40bに分割するものである。しかも、ピストン部材42は、2つの空間40a,40bの間を気密に隔離でき、かつ、2つの空間40a,40bの間を気密に隔離したまま空間42hの軸方向に沿って移動できるように設けられている。
具体的にいえば、空気流路35の吸盤側空気流路36が、シリンダボディ41の一方の軸端(図1では下端)に接続されており、この空気流路35の吸盤側空気流路36によって、一方の空間40a(図1では下側の空間、以下、吸盤側室40aという)が吸盤10の凹部11h内と連通されている。空気流路35の吸引手段側空気流路37が、シリンダボディ41の他方の軸端(図1では上端)に接続されており、他方の空間40b(図1では上側の空間、以下、吸引手段側室40bという)が吸引手段32における空気を吸引する吸引口と連通されているのである。
以上のごとき構成であるので、本発明の吸盤機構30は以下のように作動させることができる。
ピストン部材42の移動によって吸盤側室40aの容積が大きくなるが、吸盤側室40aは吸盤10における凹部11hと連通されており、この凹部11hは外部から遮断された空間となっているので、吸盤側室40aおよび凹部11h内の圧力は低下する。
すると、凹部11h内と外部の気圧の差によって、吸盤10の本体部11(具体的には側壁部13)を内方に押す力が発生する。この張り付け力によって、側壁部13は内方に凹むように変形し、側壁部13の先端縁が壁面に押し付けられるから、本体部11を壁面に張り付けることができる。
このため、埃や液体(水、油等)などが付着している壁面に吸盤10を取り付けても、埃や液体(水、油等)などが吸引手段32に吸引されないので、埃や液体(水、油等)などに起因する吸引手段32の故障を防ぐことができる。すると、本発明の吸盤機構30を採用すれば、劣悪な環境で使用されても、吸盤10の張り付け効果を維持することができる。
また、吸盤10に発生させることができる張り付け力は、吸盤側室40aの容積の増加割合によって決定される。つまり、シリンダボディ41の中空な空間42hの容積(つまり、吸盤側室40aの容積と吸引手段側室40bの容積を合わせた容積)によって決定される。
ここで、図1(B)に示すような構成とすれば、シリンダボディ41の中空な空間42hの容積に係わらず、張り付け力を大きくすることができる。
また、吸盤側空気流路36には、吸盤10の凹部11hから吸盤側室40aへの空気の流れのみを許容する逆止弁36aが介装されている。
この供給流路56には、シリンダボディ41の吸引手段側室40bと空気供給手段57との間に、電磁バルブなどの流路切換弁58が介装されている。この流路切換弁58は、吸引手段側室40bと空気供給手段57との間を連通する連通位置と、吸引手段側室40bと空気供給手段57との間を遮断する遮断位置とを備えており、連通位置と遮断位置との間で切り換え可能なものである。
この制御手段100は、吸引手段32、空気供給手段57および流路切換弁58の作動を制御するものである。
なお、この状態では、空気供給手段57は作動されておらず、流路切換弁58は、遮断位置となっている。
また、排出流路51には、逆止弁52が介装されているので、排出流路51から吸盤側室40a内に外気が吸入されることはない。
圧力計Sの値に基づいて、吸盤側室40a内の圧力が低下しない状態になったことを制御手段100が認識すると、制御手段100によって吸引手段32の作動が停止される。このとき、吸盤側空気流路36には、吸盤10の凹部11hから吸盤側室40aへの空気の流れのみを許容する逆止弁36aが介装されているので、吸盤10の凹部11h内は吸引手段32の作動を停止する前の圧力に維持される。
吸引手段側室40b内の圧力が高くなると、吸盤側室40a内は、外気よりも低い圧力になっているので、ピストン部材42はシリンダボディ41の一端(図1(B)では下端)に向かって押されて移動し、やがて、ピストン部材42はシリンダボディ41の一端に到達する。なお、この間も、吸盤10の凹部11h内は吸引手段32の作動を停止する前の圧力に維持される。
ピストン部材42はシリンダボディ41の一端に到達したことを、制御手段100が認識すると、空気供給手段57の作動が停止されるとともに、流路切換弁58が連通位置から遮断位置に切り換えられる。
なお、ピストン部材42はシリンダボディ41の一端に到達したことを制御手段100が認識する方法はとくに限定されず、上述したような圧力によって検出してもよいし、シリンダ40にリミットスイッチや、光学式センサなどの検出手段を設けておき、その検出手段からの信号によってピストン部材42の位置を検出するようにしてもよい。ピストン部材42の位置を検出できるシリンダをシリンダ40として用いれば、特別な検出手段を使用しなくても、ピストン部材42がシリンダボディ41の一端に到達したことを制御手段100に認識させることができる。
したがって、吸盤10の凹部11hから再び吸盤側室40a内に空気が吸引されるので、吸盤10の凹部11h内の気圧はさらに低下する。すると、外気と吸盤10の凹部11h内との差圧がさらに大きくなるので、吸盤10を壁面に張り付ける力がさらに大きくなる。
また、吸盤側空気流路36に、排出流路51の圧力計Sとは別の圧力計を設けてもよい。この場合、吸盤10の凹部11h内の気圧を直接把握することができるので、吸盤10の凹部11h内の気圧を所望の圧力に調整することできる。つまり、圧力計から把握される吸盤10の凹部11h内の気圧に基づいて、制御手段100が、吸引手段32、空気供給手段57および流路切換弁58を制御することが可能となるので、吸盤10の凹部11h内が所望の圧力となるように正確に調整することができる。
とくに、凹部11h内の圧力を測定する圧力計として、凹部11h内の圧力をゲージ圧として計測できるものを使用することが好ましい。この場合、凹部11h内の気圧と周囲の気圧の差に基づいて張り付け力を算出することができるので、かかる張り付け力算出機能を制御手段100に設けておくようにすれば、所望の張り付け力で吸盤10を壁面に張り付けることも可能となる。
また、ピストン部材42をシリンダボディ41の一方の端部まで完全に移動させる必要がないのであれば、吸盤側室40a側に、ピストン部材42をシリンダボディ41の一方の端部に向かって引っ張るバネを設けてもよい。
しかし、付勢手段を設けておけば、吸盤10が壁面から離れたときに、吸引手段32の作動を停止して、付勢手段によってピストン部材42をシリンダボディ41の一方の端部に移動させておけば、吸盤10が再度壁面に接触したときに、迅速に張り付け力を回復させることができる。
上記例では、空気吸引機構31の吸引力発生機構がシリンダ機構の場合を説明したが、吸引力発生機構は、上記のごとき構成でなくてもよい。つまり、吸引力発生機構は、内部に中空な空間を有する隔離容器と、この隔離容器内の空間を吸盤側室と吸引手段側室とに隔離する隔離部材と、を備えており、吸引手段によって吸引手段側室内の空気を吸引すると、該隔離容器の吸盤側室の容積が大きくなるように設けられていればよい。
したがって、壁面移動機械のように軽量小型であることが要求される機械などに本発明の吸盤機構を採用する場合、また、小型かつ強い張り付け力の両方を満たさなければならない用途で使用する場合には、吸引力発生機構として、隔離部材がピストン部材であるシリンダ機構を採用することが好ましい。
また、壁面移動機械1では、吸盤が一つの場合もあるが、落下防止のためなどに、通常は複数の吸盤が設けられる。
複数の吸盤を有する場合には、各吸盤にそれぞれに真空ポンプなどの吸引手段を設けてもよいし、一つの吸引手段で複数の吸盤を作動させてもよい。
なぜなら、吸引力発生機構40は、隔離部材42によって吸盤10と連通する吸盤側室40aと、吸引手段32と連通する吸引手段側室40bとが、気密に分離されており、吸引手段32は、吸引手段側室40b内に存在する空気以上を吸引できないからである。すると、壁面から離れた吸盤10における吸引手段側室40bでも、ある程度時間が経過すると、他の吸盤10に連通されている吸引力発生機構40の吸引手段側室40b内と同程度の気圧になるから、他の吸盤10は張り付け力を維持することができるのである。
また、壁面移動機械において、複数の吸盤を有している場合には、以下のように吸盤をグループに分けて制御してもよい。
そして、各グループの空気流路35と、吸引手段32との接続を切り換える流路切換弁38を設ける。具体的には、一のグループの空気流路35を吸引手段32の吸引口に接続したときには、他のグループの空気流路35を吸引手段32の排出口に接続することができるような回路を有する流路切換弁38を設ける。
一方、吸引手段32の排出口に接続されているグループの吸盤10では、そのグループに張り付け力を喪失した吸盤10が存在していても、吸引手段32からの排気が吸引手段側室40bに供給されるので、張り付け力を喪失していた吸盤10の張り付け力を回復することができる。
つまり、流路切換弁38を適宜切り換える、または、定期的に切り換えることによって、壁面移動機械を吸盤10によって張り付けた状態のまま、張り付け力を喪失した吸盤10の張り付け力を回復することができる。
なお、図7に示すように、吸盤10とは別の吸引力発生機構を設けずに、吸盤10の開口にこの開口を塞ぐように隔離部材として、ゴムなどの弾性素材によって形成された膜46を設けて、吸盤10自体に吸引力発生機構と同等の機能を持たせるようにしてもよい。この場合でも、吸盤10の開口を壁面に接触させて、吸引手段32によって膜46と吸盤10の本体部11に囲まれた空間45bの空気を吸引すると、膜46が変形して、吸盤10内に凹む(図7(B)参照)。すると、膜46の変形によって、膜46と壁面との間に空間45aが形成される。この空間45aは、ほぼ真空に近い状態になるので、空間45a内の気圧と外気との気圧差によって、本体部11を内方に押す力、つまり、張り付け力が発生する。したがって、吸盤10を壁面に張り付けることができる。
そして、膜46があることによって、壁面の埃や液体(水、油等)などが吸盤10の開口から内部に侵入することを防いでいる。つまり、埃や液体(水、油等)などが全く空気を吸引する空気通路35内に全く入らないので、空気通路35の詰まりや吸引手段32の損傷などの問題も全く生じない。
しかも、膜46として、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やポリエチレン、ナイロン樹脂などのシートや、ゴムなどで形成された可撓性の部材の表面にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)をコーティングしたものなど、摩擦の低い表面をもつ材料を使用することが好ましい。かかる構成を採用すれば、壁面に張り付いた状態で壁面に沿って移動する壁面移動機械に吸盤機構30を採用した場合に、膜46によって壁面と吸盤10との間の摩擦抵抗を減少させることができる。すると、壁面移動機械をスムースに壁面に沿って移動させることができるので、壁面移動機構による壁面の清掃や窓ふき作業などの作業効率を向上させることができる。
なお、上記膜46は、特許請求の範囲にいう隔離部材の一例に該当する。
2 ベース部
5 移動手段
6 車輪
7 駆動部
10 吸盤
11 本体部
11r 吸引通路
11h 凹部
12 基板部
13 側壁部
30 吸盤機構
31 空気吸引機構
32 吸引手段
35 空気流路
36 吸盤側空気流路
37 吸引手段側空気流路
40 シリンダ
40a 吸引手段側室
40b 吸引手段側室
41 シリンダボディ
42 ピストン部材
51 排出通路
52 逆止弁
55 加圧機構
Claims (5)
- 吸盤内の気圧を低下させて、該吸盤を物体に張り付ける吸盤機構であって、
前記吸盤内と連通された、該吸盤内の空気を吸引する空気吸引機構を備えており、
該空気吸引機構が、
前記吸盤と空気流路によって接続された吸引手段と、
前記吸引手段と外部との間を隔離する隔離部材と、を備えており、
該隔離部材は、
前記吸引手段によって空気が吸引されると、該隔離部材と前記吸盤の開口部との間の容積が大きくなるように設けられている
ことを特徴とする壁面移動機械の吸盤機構。 - 前記空気吸引機構が、
前記空気流路に介装された吸引力発生機構と、を備えており、
前記吸引力発生機構は、
内部に中空な空間を有する隔離容器を備えており、
前記隔離部材が、
前記隔離容器内の空間を、前記吸盤に連通された吸盤側室と、前記吸引手段に連通された吸引手段側室と、に隔離するように配設されており、
該隔離部材は、
前記吸引手段によって前記隔離容器の吸引手段側室内の空気を吸引すると、該隔離容器の吸盤側室の容積が大きくなるように設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の壁面移動機械の吸盤機構。 - 前記吸引力発生機構が、
シリンダボディと、該シリンダボディ内に設けられたピストン部材と、を有するシリンダ機構であり、
該シリンダ機構のシリンダボディは、
その軸方向の一端部に、前記吸引手段側室と前記吸引手段とを連通する吸引手段側空気流路が連通されており、
その軸方向の他端部に、前記吸盤側室と前記吸盤とを連通する吸盤側空気流路が連通されている
ことを特徴とする請求項2記載の壁面移動機械の吸盤制御機構。 - 前記隔離部材を、前記吸引手段側室側から前記吸盤側室側に向かって付勢する付勢手段を備えており、
前記隔離容器における吸盤側室と外部とを連通する排出流路が設けられており、
前記排出流路には、
前記吸盤側室から外部への空気の流れのみを許容する逆止弁が介装されている
ことを特徴とする請求項2または3記載の壁面移動機械の吸盤制御機構。 - 前記付勢手段が、
前記隔離容器の吸引手段側室内に気体を供給して、該吸引手段側室内の気圧を高くする加圧機構である
ことを特徴とする請求項2、3または4記載の壁面移動機械の吸盤制御機構。
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