JP2016074401A - Wall surface suction type travelling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビルの壁など大型構造物の垂直面の保守点検に利用できる壁面吸着走行装置に関する。 The present invention relates to a wall surface adsorption traveling device that can be used for maintenance inspection of a vertical surface of a large structure such as a building wall.
ビルの壁や高速道路・橋梁の橋脚等、大型構造物の垂直面を検査・保守するための自走式装置が望まれている。例えば特許文献1には、永久磁石による吸着機構と車輪による草稿機構とを備えた壁面吸着式移動装置が開示されている。また、特許文献2には、バキュームパッドを備え、回動自在の2個の駆動車輪と2個の遊動車輪を有する自走ロボットが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載された壁面吸着走行装置は、磁石による吸着機構を備えているため、鉄製の橋梁等には使用できるが、コンクリート製の橋梁やビルには使用できないという問題点がある。また、特許文献2に記載のバキュームカップ式自走ロボットは、減圧するための機構について開示されていないが、例えば減圧装置として真空ポンプを想定した場合、真空度は高くなるものの、空気流量が小さいため、ホースの長さが長くなると効率が低下し真空圧力も低下する。特に、裾端部に等間隔で内向半径方向の所定長にわたって加工された複数のカットにより形成された複数の花弁片を備えたようなバキュームパッドで、完全密閉でなく花弁片同士の間から外気が流入するため、真空ポンプの性能が著しく低下してしまう。さらに、真空で吸着したロボットを2個の駆動車輪のみで走行させることは、摩擦がこの2個の車輪に集中するためきわめて大きなトルクが必要となる問題がある。 However, since the wall surface adsorption traveling device described in Patent Document 1 has an adsorption mechanism using magnets, it can be used for iron bridges and the like, but it cannot be used for concrete bridges and buildings. . Moreover, although the vacuum cup type self-propelled robot described in Patent Document 2 does not disclose a mechanism for depressurization, for example, when a vacuum pump is assumed as a depressurization device, the degree of vacuum increases, but the air flow rate is small. Therefore, when the length of the hose is increased, the efficiency is reduced and the vacuum pressure is also reduced. In particular, it is a vacuum pad that has a plurality of petal pieces formed by a plurality of cuts processed at predetermined intervals in the inward radial direction at equal intervals at the hem end part. Flows in, the performance of the vacuum pump is significantly reduced. Furthermore, running the robot adsorbed in vacuum with only two drive wheels has a problem that a very large torque is required because friction is concentrated on the two wheels.
本発明の課題は、壁面等の吸着面の凹凸形状に合わせて柔軟に接合させ、多様な表面状態であっても装置を吸着させて走行することができる壁面吸着走行装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wall surface adsorption traveling device that can be flexibly bonded in accordance with the uneven shape of an adsorption surface such as a wall surface and can travel while adsorbing the device even in various surface states. .
本発明による壁面吸着走行装置は、基体下面に形成され、吸着面と接する開口に所定幅を有する半独立半連続気泡型の低応力圧縮スポンジからなる柔軟性部材が配置された減圧室と、前記減圧室内を負圧にするとともに、前記柔軟性部材と吸着面との微小隙間から流入する空気量よりも大きい風量で強制排気する電動ファンと、前記減圧室の周縁に配設した複数個の駆動車輪を備えたことを要旨としている。 A wall surface adsorption traveling device according to the present invention includes a decompression chamber in which a flexible member made of a semi-independent semi-continuous cell type low-stress compression sponge is formed in an opening in contact with the adsorption surface and having a predetermined width. An electric fan that makes negative pressure in the decompression chamber and forcibly exhausts air with a larger air volume than the amount of air flowing in through the minute gap between the flexible member and the suction surface, and a plurality of drives disposed on the periphery of the decompression chamber The gist is that it has wheels.
また、柔軟性部材の少なくとも走行する壁面と接する部位には、低摩擦部材を配置することが望ましい。 Moreover, it is desirable to arrange a low friction member at least at a portion of the flexible member that contacts the traveling wall surface.
さらに、柔軟性部材は、内側と外側の2列に配置され、前記柔軟性部材のそれぞれにおいて少なくとも走行する壁面と接する側を複数の柔軟性部材片に分離する切り込みが設けられており、この切断線が内側と外側の柔軟性部材において互い違いにすることが望ましい。 Further, the flexible members are arranged in two rows of the inner side and the outer side, and are provided with cuts for separating at least the side in contact with the traveling wall surface of each of the flexible members into a plurality of flexible member pieces. It is desirable that the lines be staggered on the inner and outer flexible members.
本発明による壁面吸着走行装置によれば、電気掃除機用電動ファン等の電動ファンを使用することにより、柔軟性部材と吸着面との間の機密性が低く、微小隙間から流入することがあっても、排気する空気量が大きいので必要とする負圧を得ることができる。このため、壁面と装置を負圧によって確実に吸着することができる。また、柔軟性部材として、半独立半連続気泡型の低応力圧縮スポンジからなる柔軟性部材を用いることにより、壁面等の吸着面に凹凸があっても、凹凸形状に合わせて柔軟に接合するので、多様な表面状態であっても装置を吸着させて走行することができる。 According to the wall surface adsorption traveling device of the present invention, by using an electric fan such as an electric fan for a vacuum cleaner, the confidentiality between the flexible member and the adsorption surface is low, and there is a possibility that the air flows from a minute gap. However, since the amount of air to be exhausted is large, the required negative pressure can be obtained. For this reason, a wall surface and an apparatus can be reliably adsorbed by a negative pressure. In addition, by using a flexible member made of a semi-independent semi-open cell type low stress compression sponge as the flexible member, even if the adsorption surface such as the wall surface has irregularities, it can be flexibly joined to the irregular shape. Even in various surface states, the apparatus can be adsorbed and run.
また、柔軟性部材の少なくとも走行する壁面と接する部位に低摩擦部材を配置することにより、壁面等の吸着面が凹凸或いは平坦であっても、低摩擦部材によって円滑な走行が可能となる。 In addition, by arranging the low friction member at least at a portion of the flexible member in contact with the traveling wall surface, even if the adsorption surface such as the wall surface is uneven or flat, the low friction member can smoothly travel.
さらに、軟性部材を内側と外側の2列に配置することにより、減圧室と外気との接触をできるだけ少なくすることができるため、段差等を走行する場合でも吸着力の低下を防止することが可能となる。しかも、柔軟性部材を複数の柔軟性部材片に分離する切り込みを設けることにより、壁面等の吸着面に凹凸があっても、切り込みによって柔軟性部材片がさらに柔軟に変形するので、接合面積が増大して吸着力を一段と大きくすることが可能となる。また、分離した切断線が内側と外側の柔軟性部材において互い違いにすることにより、柔軟性部材片間の隙間が遮断されるので、吸着力の減少を阻止することができる。 Furthermore, since the soft members are arranged in two rows on the inner side and the outer side, the contact between the decompression chamber and the outside air can be reduced as much as possible. It becomes. In addition, by providing a cut for separating the flexible member into a plurality of flexible member pieces, even if there are irregularities on the adsorption surface such as the wall surface, the flexible member pieces are deformed more flexibly by the cut, so the bonding area is increased. It increases, and it becomes possible to further increase the suction force. Moreover, since the separated cutting lines are alternated between the flexible member on the inner side and the outer side, the gap between the flexible member pieces is blocked, so that it is possible to prevent the adsorption force from decreasing.
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説明する。図1は、本発明による壁面吸着走行装置の実施例の側面図を示す。枠状の基体10の下部に減圧室壁11が設けられ、さらにその下面に柔軟性部材12が配置されている。柔軟性部材の材質としては、柔軟性と機密性を兼ね備えた部材が適切であるため、例えば市販の半独立半連続気泡による帯状の低応力圧縮スポンジが利用できる。低応力圧縮スポンジとは、小さな圧力で変形し、変形が回復するのに一定の時間を要するウレタン素材等のものである。この実施例では、幅と高さが20mm乃至40mm程度のスポンジを使用した。減圧室壁11の上部には減圧発生装置としての電動ファン13が配置されている。この壁面吸着走行装置の場合、減圧により壁面に吸着しながら上下左右に走行する必要があるため、柔軟性部材12の機密性があまり高いと走行のために大きな駆動力が必要となり実用的でない。また、ビルの壁などでは凹凸も想定されるため、そのような場合にも吸着力を維持することが必須である。そこで、本発明による壁面吸着走行装置では、真空ポンプではなく電気掃除機用の電動ファン13を使用する。電動ファンは、空気流量が多くかつ吸引力が強いため、この用途に適している。できれば、吸入空気の排出口とモーター駆動用の排気口が別に接地されているものが好適である。基体10にはまた、複数の車輪ステー25が接続されており、その下部に片側3組の車輪駆動装置24の各々を介して3組の車輪20が連結されている。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side view of an embodiment of a wall surface adsorption traveling device according to the present invention. A
図2は、図1に示した実施例の正面図を示す。各車輪(図1の20)は、差動装置22とこの差動装置22の両側に配置された2個の車輪片21とからなり、さらにベルト等の動力伝達手段を通じて車輪駆動装置24に接続されている。各車輪(図1の20)は、その場で360度回動できるよう、走行装置本体(基体10と減圧室壁11)から所定距離離れて配置されている。また、各車輪(図1の20)の下面は柔軟性部材12の下面と略同一平面になるよう構成されている。 FIG. 2 shows a front view of the embodiment shown in FIG. Each wheel (20 in FIG. 1) includes a
図2のA−A‘面における断面図を図3に示す。減圧室壁11内部には空洞が形成され減圧室14を構成している。減圧室14上部には減圧室壁11を貫通する吸入口15が設けられ、電動ファン13に連絡されている。 A cross-sectional view taken along the plane A-A 'of FIG. 2 is shown in FIG. A cavity is formed inside the
図には示してないが、この走行装置本体(基体10と減圧室壁11)上または外部に電動ファン13と各車輪駆動装置24を制御する制御装置を配置する。この制御に無線通信を利用することもできるが、制御ケーブルで接続して有線制御とすることも可能である。また、電動ファン13と各車輪駆動装置24の電源としては、電池を積載することも可能であるが、走行装置の重量が大きくなりそのために電動ファン13や各車輪駆動装置24の容量を大きくしなければならなくなるため、現実的ではない。電源ケーブルを外部に延出して外部より電源を供給するほうがコストを抑制することができる。その場合、少なくとも電源ケーブルは、走行装置が突発的な事態により壁面より離脱した際に落下防止ロープの役割を果たす。 Although not shown in the drawing, a control device for controlling the
次に、上記実施例の動作について説明する。まず、実際に作業する壁面に壁面吸着走行装置を接触させ電動ファン13を作動させる。これにより減圧室14内に負圧が発生し、柔軟性部材12を押圧しつつ走行装置を壁に吸着させる。この状態で、各車輪20も壁面に押圧されるため、壁面との密着性が高まり回転時の摩擦係数が大きくなる。次に、各車輪駆動装置24を操作して各車輪を走行したい方向に向け回転させる。これにより、走行装置は壁面に吸着した状態で壁面に沿って移動することになる。 Next, the operation of the above embodiment will be described. First, the wall surface adsorption traveling device is brought into contact with the wall surface to be actually operated to operate the
走行方向を変更するには各車輪の方向を変える必要があるが、本発明による壁面吸着走行装置では、各車輪が内側及び外側の2つの車輪片からなる二重車輪であって、これらの車輪片が互いに差動装置により連結されているため、2つの車輪片を互いに逆方向に回転させることにより、走行装置本体は静止したまま車輪のみを回転させて方向転換することができる。従って、直角に方向転換することが可能となり、走行装置の操作性が高まる。また、上記実施例における車輪の数は片側3組ずつ合計6組である。車輪が少ないと個別の車輪に必要なトルクが大きくなるためより高出力のモーターが必要となり、重量が増える。また、車輪の数を多くするとモーター出力は小さくてすむが、全体としての車輪の重量が増える。従って、好適な車輪の数は4乃至8組となる。 In order to change the traveling direction, it is necessary to change the direction of each wheel. In the wall surface adsorption traveling apparatus according to the present invention, each wheel is a double wheel composed of two inner and outer wheel pieces. Since the pieces are connected to each other by a differential device, by rotating the two wheel pieces in directions opposite to each other, the traveling device main body can be turned by rotating only the wheels while still. Therefore, the direction can be changed at a right angle, and the operability of the traveling device is enhanced. Further, the number of wheels in the above embodiment is a total of 6 sets, 3 sets on each side. When there are few wheels, the torque required for each wheel increases, so a higher output motor is required and the weight increases. Further, if the number of wheels is increased, the motor output can be reduced, but the weight of the wheels as a whole increases. Therefore, the preferred number of wheels is 4 to 8 sets.
走行をより円滑にするためには、柔軟性部材12の表面にフッ素樹脂やプラスチック樹脂等の低摩擦部材を配置し、各車輪の表面にゴム等の高摩擦部材を配置するとよい。ただし、車輪自体は変形しないことが望ましいので、軽量で剛性のある樹脂やアルミニウムで形成することが望ましい。 In order to make the running smoother, a low friction member such as a fluororesin or a plastic resin may be disposed on the surface of the
図4は、本発明による壁面吸着走行装置の第2の実施例における減圧室14を示す底面図である。上記の実施例では柔軟性部材12を1列のみ配置した。低応力圧縮スポンジのため、凹みや段差等では容易に変形して減圧室14内の負圧をある程度維持できるが、それでも十分でない場合は、図4に示したように、柔軟性部材12を内側121及び外側122の2列配置とし、各部材ごとに一定間隔で切り込み124を設けることにより、細分化する。ただし、内側部材121と外側部材122とで切り込み124が重ならないようにする。柔軟性部材12が二重になることにより密閉性は向上し、さらに切り込み124を設けることにより凹みや段差等に対する柔軟性部材12の追従性が格段と高くなる。 FIG. 4 is a bottom view showing the
本発明による壁面吸着走行装置では、単純な構成で吸着性及び走行性の高い走行装置を提供することができ、所望の作業機構と組み合わせることにより、ビルの壁や高速道路・橋梁の橋脚等、大型構造物の垂直面の検査・保守に貢献できる。 The wall surface adsorption traveling device according to the present invention can provide a traveling device with a simple structure and high adsorptivity and traveling property, and in combination with a desired work mechanism, a building wall, a highway, a bridge pier, etc. Contributes to the inspection and maintenance of vertical surfaces of large structures.
10 基体
11 減圧室壁
12 柔軟性部材
13 電動ファン
14 減圧室
15 吸入口
20 車輪
21 車輪片
22 差動装置
23 動力伝達手段
24 車輪駆動装置
25 車輪ステー
121 内側柔軟性部材
122 外側柔軟性部材
123 柔軟性部材片
124 切り込みDESCRIPTION OF
Claims (3)
前記減圧室内を負圧にするとともに、前記柔軟性部材と吸着面との微小隙間から流入する空気量よりも大きい風量で強制排気する電動ファンと、
前記減圧室の周縁に配設した複数個の駆動車輪を備えたことを特徴とする壁面吸着走行装置。A decompression chamber in which a flexible member made of a semi-independent semi-open cell type low-stress compression sponge having a predetermined width is formed in an opening that is formed on the lower surface of the substrate and is in contact with the adsorption surface;
An electric fan that forcibly exhausts air with a larger amount of air than the amount of air flowing in from a minute gap between the flexible member and the suction surface while making the decompression chamber negative pressure;
A wall surface adsorption traveling device comprising a plurality of drive wheels disposed on a peripheral edge of the decompression chamber.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109795580A (en) * | 2019-03-01 | 2019-05-24 | 厦门大学 | A kind of mobile robot with shockproof function |
CN111605639A (en) * | 2020-06-30 | 2020-09-01 | 吉林大学 | Novel wall climbing vehicle with wall edge detection and steering functions |
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