JP2013503078A - 車両をあらゆる方向に走行させるための転動要素及び該転動要素を備える車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁力により吸引可能なベース（１９）上で車両をあらゆる方向に走行させるための転動要素（１０）に関する。コンパクト及び頑丈でかつ簡単な構成は、転動要素（１０）が、球状の要素（１１）及び少なくとも１つの永久磁石（１４）を含んでおり、球状の要素（１１）が、球状の要素（１１）をベース（１９）上で転動させる場合に、少なくとも１つの永久磁石（１４）がその空間的な方位を維持するように、少なくとも１つの永久磁石（１４）を支持しており、かつ球状の要素（１１）が、少なくとも１つの永久磁石（１４）とベース（１９）との間の磁気的な相互作用により、ベース（１９）上に接触した状態で保持されることにより可能となっている。

Description

本発明は、車両の分野に関する。特に本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、車両をあらゆる方向に走行させるための転動要素に関する。

発電設備若しくは動力装置の分野の構成要素、例えばタービン翼若しくはタービンケーシング等を、超音波で作動する若しくは電磁的に作動するセンサーにより非破壊的に検査するための、手動操作で実施される従来の方法においては、所定の走査パターンが維持され、若しくはなぞられねばならない。検査を実施すようとする作業員は、検査に適したセンサーを手で持って、構成部分の関係する領域上を移動させねばならない。典型的な走査パターンは、検査すべき領域上をメアンダ状に、つまり蛇行して延びている。

前述の検査過程をロボット若しくはスキャナーにより自動化しようとする場合には、従来次の２つの構成がある：１つの構成によれば、連続的に作動するロボット、例えばロボットアームが用いられ、ロボットアームの自由な端部にセンサーが取り付けられている。別の構成によれば、検査すべき領域にフレームが配置されており、フレーム内において、センサーが、互いに直交する２つの方向にＸＹプロッターの形式で独立して走行可能となっている。

連続的に作動する上記ロボットは、所要スペース及び装備の点で厄介であるだけでなく、走査のために、対象面の空間的な形状に合わせて設定されねばならない。スキャナーの場合には、フレームが、あらかじめ対象物幾何学形状に適合されねばならず、これにより、使用の際のフレキシブル性が著しく低くなっている。

前述の欠点は、自律型で小型の検査ロボット形車両又は検査ロボット形運搬機を用いることにより取り除かれるものと思われ、このような検査ロボット形車両又は検査ロボット形運搬機は、あらゆる方向に走行可能に、検査すべき対象物の表面に付着していて、検査のためのセンサーを、プログラムされた走査パターンに沿って対象物の表面上を移動させるものである。あらゆる方向の走行には、球状の転動要素（転がり要素）が必要とされ、転動要素上に車両（運搬機若しくは搬送体）が支承されている。同時に、車両を表面に保持する吸引力が形成されることになる。この場合に、検査すべき対象物がたいてい強磁性の材料から成っているので、磁力の利用が考えられる。

本発明の課題は、磁力により吸引可能なベース上で車両をあらゆる方向に走行させるための転動要素を提供して、該転動要素が、前述の条件を満たし、簡単かつコンパクトに構成され、その頑丈な構造に基づき過酷な条件下での使用に適しているようにすることである。

上記課題は、請求項１に記載の構成により解決される。本発明にとって重要なことは、転動要素が、球状の１つの要素及び少なくとも１つの永久磁石を含んでおり、球状の要素が、球状の要素をベース上で転動させる場合に、永久磁石をその空間的な方位又は所定の位置に保つように、永久磁石を支持しており、かつ球状の要素が、永久磁石とベースとの間の磁気的な相互作用により、ベース上に接触した状態で保持されるようになっていることである。

本発明の形態によれば、球状の要素が、球体であり、かつあらゆる方向に回転可能に少なくとも１つの永久磁石の内部に支承されている。この場合に特に、少なくとも１つの永久磁石が、球体を取り囲む中空円筒として形成されている。

本発明の別の形態によれば、球状の要素が球形シェルであり、球形シェル（球殻）の内部に少なくとも１つの永久磁石があらゆる方向に回転可能に支承されている。好ましくは、球形シェルが非強磁性の材料から成っている。

更に有利には、少なくとも１つの永久磁石が、非強磁性の材料から成る球体内に埋め込まれており、球体が、球形シェル内にあらゆる方向に回転可能に支承されている。

必要な運動特性を達成するために、球形シェルと、少なくとも１つの永久磁石を取り囲む球体との間に、中間スペースが設けられている。中間スペースは、ガス、特に空気を満たされていてよいものである。

本発明の有利な形態によれば、中間スペースは、球体と球形シェルとの間の摩擦の減少のための潤滑剤をも満たされていてよいものである。

更に別の形態によれば、少なくとも１つの永久磁石が、円柱状に形成されている。

本発明の別の形態によれば、転動要素が、球状の要素の外周面に接触する駆動ホイールにより駆動可能となっている。

磁力により吸引可能なベース上をあらゆる方向に走行するための本発明に基づく車両は、本発明に基づく前記少なくとも１つの転動要素を装備している。特に、車両は複数の転動要素上で運動するようになっており、つまり複数の転動要素を介して運動するようになっており、即ち複数の転動要素により支承されている。

好ましくは、３つの転動要素を設けてあり、３つの転動要素は三角形に配置されている。この場合に有利には、転動要素の少なくとも１つに、駆動部が配設されており、駆動部により転動要素が駆動可能となっている。

特に好ましくは、複数の転動要素が、共有の１つのプラットフォームにより互いに結合されており、プラットフォームの下側及び／又は上側に、車両の使用又は機能のための装置が配置されている。車両の使用又は機能のための装置は、好ましくは、車両の運動の自動制御のための制御部を含んでいる。

本発明の有利な形態によれば、車両が、特に、強磁性の材料から成る被検査体の非破壊検査のための、特に圧縮機若しくはタービンの翼ブレードの非破壊検査のための検査ロボットとして形成されていて、かつ対応する検査装置を支持している。

もちろん、本発明に基づく転動要素並びに、該転動要素を装備する車両は、本発明の範囲内でほかの目的にも用いられるものである。

次に、本発明を図示の実施形態に基づき詳細に述べる。

本発明に基づく転動要素の第１の実施形態の断面図であり、永久磁石が球形シェルの内部に配置されており、追加的に駆動部が概略的に示されている。 本発明の別の形態に基づく、三角形に配置された転動要素を装備する車両の斜視図である。 図２の、運転のための種々の装置を装備する車両の側面図である。 本発明に基づく転動要素の第２の実施形態の断面図であり、球体が永久磁石の内部に配置されている。 タービン翼若しくは圧縮機翼の翼ブレードの検査のために図３の車両の使用を示す図である。

車両を任意の方向に動かし得るようにし、かつ固有の軸を中心として回転し得るようにするために、可能な構成として、車両が球体に支承される。ここで、車両は一般的に、ベース上を走行させようとするほぼ任意の大きさの物体を意味するものである。以下に述べる実施形態において、車両は、手の大きさの自律型のロボットであり、該ロボットは、非破壊検査のために、運転時に負荷を受ける構成部分、例えばタービン翼の表面に沿って走行されるものである。

多くの場合に、ベースを成す部材が、強磁性の材料から成っているので、車両は、走行に際して磁力を用いて表面に保持され得るものと考えられる。磁気は常に双極の形で生じるので、１つの球体の均一な磁化は物理的に不可能であり、従って、車両の支承に用いられる複数の球体が、吸引作用を強磁性のベースに対して互いに同時に及ぼし得るものでもない。

従って、本発明により、車両の、磁気的な付着を生ぜしめかつあらゆる方向の運動に適した「車輪」として、転動体要素を提供するものである。

図１は、本発明に基づく転動体要素１０の第１の実施形態の断面図である。（好ましくは円柱状の）永久磁石１４が、非強磁性の材料から成る球体１３内に配置されている（例えば、埋め込まれている）。内部に配置された永久磁石１４を含む球体１３が、非強磁性の材料から成る球形シェル１１内に任意に回転可能に収容されている。球体１３と、球体１３を取り囲む球形シェル１１との間に、（ほぼ球形シェル状の）中間スペース１２が設けられており、中間スペース１２は、球体１３に対する球形シェル１１の容易な回転を保証するために、ガス、特に空気を満たされており、或いは潤滑剤、例えば油等をも満たされている。

転動体要素１０が、図１に示してあるように、強磁性の材料から成るベース１９（例えば、発電設備領域のタービン軸、管、タービン翼、タンク若しくは類似の構成要素）上に載っている場合に、永久磁石１４により形成される磁力が、転動体要素１０をベース１９の表面上に強く保持している。このような磁気式の吸引は、転動体要素１０が、球形シェル１１で以てベース１９上を転動しながら移動する場合でも、球体１３が球形シェル１１内で自由に回転できることに基づき、永久磁石１４が、その円柱軸線を常にベース１９の表面に対して垂直に向けて、ベース１９に対する距離を一定に保つので、一様に維持されるものである。

ベース１９上における転動体要素１０の運動にとって、３つの自由度がある：ベース１９の表面に対して平行でかつ互いに直交する２つ（ｘ，ｙ）の方向、並びに永久磁石１４の円柱軸線を中心とした回転である。

図１の転動体要素１０は、車両のあらゆる方向での運動性及びベース１９上における磁気式の付着性を確保するために、受動式（即ち従動式）の「車輪」として用いられるものである。本発明の転動体要素は、駆動要素としても用いられ得るものである。このような例では、１つ若しくは複数の駆動輪１５が設けられており、駆動輪１５は、摩擦を伴って球形シェル１１の表面上を転動して、球形シェル１１を１つ若しくは複数の方向に運動させるようになっており、このことは、図１に、個別の１つの駆動輪１５の例につき概略的に示してある。

１つ若しくは複数の転動体要素１０を１つの車両に配置する場合には、このために適した支承部が設けられねばならない。自律型の検査ロボットの形の車両の最も簡単な例が、図２に側方からの斜視図で示されている。図２の自律型の検査ロボット２０において、図１に示す形式の３つの転動体要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、検査すべき構成要素の表面における検査ロボット２０の安定的な支持を保証するために、三角形に配置されている。各転動体要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、該転動体要素に配設される各支承部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内に低い摩擦でかつあらゆる方向に回転可能に支承されている。配設の転動体要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含む支承部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、三角形のプラットフォーム１７の各角部に固定されており、検査ロボット２０の自律的な運転のために必要な装置を受容するようになっている。このために、一方ではプラットフォーム１７の上面が用いられる。プラットフォーム１７の下面には、支承部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ間に、ほかの利用可能スペース１８が形成されており、利用可能スペース１８は、特に、ベース１９に向けられる検査装置の取り付けのために利用される。

例として装備される検査ロボット２０′が、図３に側面図で示されている。ここではプラットフォーム１７に、制御部２１が配置されており、制御部２１は、アンテナ２９を介して無線で外部の制御装置と通信して、車両の運動も検査プロセスの経過も制御並びに監視するようになっている。転動体要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃの駆動のために、対応する（電気式の）駆動部２３が設けられており、駆動部２３は制御部２１に接続されている。検査ロボット２０′の位置をスリップ誤差のない状態で決定するために、１つ若しくは複数の位置センサー２４が車両に取り付けられており、位置センサー２４が、例えば光学式に、ベース１９に対する車両の位置を決定して、該位置に対応する信号を制御部２１に送信するようになっている。プラットフォーム１７の下側には、超音波で作動する若しくは電磁的に作動する検査装置２２も配置されており、検査装置２２によって、ベース１９、つまり検査すべき構成要素が走査されるようになっている。

前述の検査ロボット２０，２０′は、例として図５に示してあるように、タービン翼の翼ブレード３０上に設置されて、翼のき裂やほかの欠陥を検知するために、所定の運動パターンに沿って翼ブレード３０の表面上を走行するようになっている。図１に示されている形式の、外径２０ｍｍの転動体要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いて、適切な永久磁石を使用することにより、３０Ｎまでの付着力が得られる。このような力は、むき出しの検査ロボットの１８０ｇの重量及びその上に配置された装置の１ｋｇの重量を保持するために十分である。

本発明の範囲内で、転動体要素の図１に示してある構成の代わりに、永久磁石が球状の要素を外側から取り囲むというような逆の構成を選ぶことも考えられる。このような別の構成が、図４に示してある。この場合には転動体要素１０′において、球体２５が、中空円筒状の永久磁石２６内に支承要素２７，２８を介して回転可能に支承されている。球体２５は、ベース１９上を自由に転動できるように、下方へ十分な距離にわたって突出している。永久磁石２６の位置は、自由な転動体要素１０′において安定していないものの、永久磁石２６は、転動体要素１０′を、図２に示すように、車両に組み込む場合に、プラットフォーム１７により固定されるようになっている。

全体的にみて、本発明により、個々の転動体要素のほかに、あらゆる方向に運動可能でかつ次に述べる特性及び利点を有する検査ロボットが得られ：
・ 全方向性のセンサーとして、検査ロボットが、これまで手動で行われている検査の自動化のための必須条件を有している。
・ 検査ロボットが、小型、軽量及びフレキシブルであり、かつ万能に、つまり極めて種々の形状で使用可能となっている。
・ 検査ロボットが、容易に運搬可能であり、かつ現場での検査を著しく容易にしている。
・ 検査ロボットは、極めて多くの構成部分が強磁性の材料から成っているので、たいていの場合に用いられるようになっている。

本発明の転動体要素は、アクセスしにくい箇所において検査だけではなく、作業（清掃や修復等）を行う車両にも用いられるものである。

１０，１０′，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 転動要素、 １１ 球形シェル、 １２ 中間スペース、 １３ 球体、 １４ 永久磁石、 １５ 駆動輪、 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 支承部、 １７ プラットフォーム、 １９ ベース、 ２０，２０′ 検査ロボット、 ２１ 制御部、 ２２ 検査装置、 ２３ 駆動部、 ２４ 位置センサー、 ２５ 球体、 ２６ 永久磁石、 ２７，２８ 支承要素、 ２９ アンテナ、 ３０ 翼ブレード

Claims (18)

1. 磁力により吸引可能なベース（１９）上で車両（２０，２０′）をあらゆる方向に走行させるための転動要素（１０，１０′）において、前記転動要素（１０，１０′）が、球状の要素（１１，２５）及び少なくとも１つの永久磁石（１４，２６）を含んでおり、前記球状の要素（１１，２５）は、該球状の要素（１１，２５）が前記ベース（１９）上を転動する場合に、前記少なくとも１つの永久磁石（１４，２６）が該永久磁石（１４，２６）の空間的な方位を維持するように、該少なくとも１つの永久磁石（１４，２６）を支持しており、かつ前記球状の要素（１１，２５）が、前記少なくとも１つの永久磁石（１４，２６）と前記ベース（１９）との間の磁気的な相互作用により、該ベース（１９）上に接触した状態で保持されるようになっていることを特徴とする、車両をあらゆる方向に走行させるための転動要素。
2. 前記球状の要素が、球体（２５）であり、かつ前記少なくとも１つの永久磁石（２６）の内部に、あらゆる方向に回転可能に支承されている請求項１に記載の転動要素。
3. 前記少なくとも１つの永久磁石（２６）が、前記球体（２５）を取り囲む中空円筒として形成されている請求項２に記載の転動要素。
4. 前記球状の要素が球形シェル（１１）であり、前記少なくとも１つの永久磁石（１４）が、前記球形シェル（１１）の内部に、あらゆる方向に回転可能に支承されている請求項１に記載の転動要素。
5. 前記球形シェル（１１）が非強磁性の材料から成っている請求項４に記載の転動要素。
6. 前記少なくとも１つの永久磁石（１４）が、非強磁性の材料から成る球体（１３）内に埋め込まれており、該球体（１３）が、前記球形シェル（１１）内にあらゆる方向に回転可能に支承されている請求項４又は５に記載の転動要素。
7. 前記球形シェル（１１）と前記少なくとも１つの永久磁石（１４）を取り囲む球体（１３）との間に、中間スペース（１２）が設けられている請求項６に記載の転動要素。
8. 前記中間スペース（１２）が、ガス、特に空気で満たされている請求項７に記載の転動要素。
9. 前記中間スペース（１２）が、前記球体（１３）と前記球形シェル（１１）との間の摩擦を減少させる潤滑剤で満たされている請求項７に記載の転動要素。
10. 前記少なくとも１つの永久磁石（１４）が、円柱状に形成されている請求項６から９のいずれか１項に記載の転動要素。
11. 転動要素（１０）が、前記球状の要素（１１）の外周面に接触する駆動輪（１５）により駆動可能となっている請求項１から１０のいずれか１項に記載の転動要素。
12. 磁力により吸引可能なベース（１９）上をあらゆる方向に走行するための車両（２０，２０′）において、前記車両が、請求項１から１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの転動要素（１０，１０′）を装備していることを特徴とする、転動要素を備える車両。
13. 前記車両が、複数の前記転動要素（１０，１０′；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）上で運動するようになっている請求項１２に記載の車両。
14. ３つの前記転動要素（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が設けられており、該３つの転動要素（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は三角形に配置されている請求項１３に記載の車両。
15. 前記転動要素（１０，１０′；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の少なくとも１つに、駆動部（２３）が配設されており、該駆動部（２３）により前記転動要素が駆動可能となっている請求項１３又は１４に記載の車両。
16. 複数の前記転動要素（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が、共有の１つのプラットフォーム（１７）により互いに結合されており、該プラットフォーム（１７）の下側及び／又は上側に、該車両（２０，２０′）の使用のための装置（２１，２２）が配置されている請求項１３から１５のいずれか１項に記載の車両。
17. 該車両（２０，２０′）の使用のための前記装置が、該車両（２０，２０′）の運動の自動制御のための制御部（２１）を含んでいる請求項１６に記載の車両。
18. 該車両（２０′）が、特に、強磁性の材料から成る被検査体の非破壊検査のための、特に圧縮機若しくはタービンの翼ブレードの非破壊検査のための検査ロボットとして形成されており、かつ対応する検査装置（２２）を支持している請求項１６又は１７に記載の車両。

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