JP2017007372A - 壁面走行装置及び壁面清掃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置及び壁面清掃装置を提供するという効果を奏する。
【解決手段】壁面走行装置（１Ａ）は、筐体（１０）に支持される吸着部（２２）と走行輪（２３・２３）とを備え、吸着部（２２）にて壁面（Ｗ）に吸着しながら走行輪（２３・２３）にて壁面（Ｗ）を走行する。吸着部（２２）は、壁面（Ｗ）の法線方向に進退移動可能に筐体（１０）に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、壁面に吸着しながら走行する壁面走行装置及び壁面清掃装置に関するものである。

窓ガラス等の垂直な壁面を吸着しながら走行する壁面走行装置の従来技術として、例えば特許文献１に開示された窓拭きロボットが知られている。

特許文献１に開示された窓拭きロボットは、吸着パッドによりガラス面に吸着して移動する機構を有しており、窓ガラスの枠内平面を自動移動して清掃する機構を有している。

具体的には、上述の窓拭きロボットからなる壁面走行装置１００は、図１４の（ａ）に示すように、吸着部１２２を窓ガラスである被吸着面つまり壁面Ｗに吸着させて該壁面走行装置１００を壁面Ｗ上に保持する。そして、吸着状態を維持しながら、タイヤや無限軌道等の走行輪１２３を壁面Ｗに押し当て駆動して移動を行う。このとき、吸着部１２２に設けられた吸盤等の減圧部にて発生させた吸着力Ｆｐと、吸着部１２２が壁面Ｗから受ける吸着部反力Ｒ１と、走行輪１２３が壁面Ｗから受ける走行部反力Ｒ２との間には、力の釣り合いから以下の関係式が成立する。
Ｆｐ＝Ｒ１＋Ｒ２ （式１）
ここでは、壁面走行装置１００は走行輪１２３以外の部分が剛体であるとして単純化して考えることにする。また、壁面Ｗは平面状壁面Ｗ１からなるとすると共に、吸着部１２２及び走行輪１２３における、平面状壁面Ｗ１の法線方向への突出距離をｄ・ｄ’とする。尚、図１４の（ａ）に示すように、突出距離ｄ・ｄ’は正負を持ち、平面状壁面Ｗ１よりも突出している吸着部１２２の方が「正」であると定義する。また、吸着部１２２における、平面状壁面Ｗ１の法線方向への等価バネ係数をｋ１とし、走行輪１２３における、平面状壁面Ｗ１の法線方向への等価バネ係数をｋ２と定義する。ここで、走行輪１２３が複数存在する場合は、全走行輪１２３…を合算した等価バネ係数をｋ２と定義する。

この条件において、壁面走行装置１００が平面状壁面Ｗ１に吸着し、吸着部１２２と走行輪１２３との両方が平面状壁面Ｗ１に接地している状態を考える。このような状態となるには、吸着部１２２と走行輪１２３との両方が吸着力Ｆｐを受けて押し縮められ、その結果、同一平面上にならなければならない。

ここで、吸着部１２２と走行輪１２３とが押し縮められる距離は互いに等しく、押し縮め量ｄ’であるとすると、以下の関係式が成立する。
Ｒ１＝ｋ１×（ｄ＋ｄ’） （式２）
Ｒ２＝ｋ２×ｄ’ （式３）
（式１），（式２），（式３）により、
Ｆｐ＝ｋ１×（ｄ＋ｄ’）＋ｋ２×ｄ’
ｄ’＝（Ｆｐ−ｋ１×ｄ）／（ｋ１＋ｋ２） （式４）
これにより、（式４）にて押し縮め量ｄ’が決定できるので、吸着部反力Ｒ１及び走行部反力Ｒ２が決定できる。

上式から分かるように、吸着部反力Ｒ１と走行部反力Ｒ２との比率は、等価バネ係数ｋ１・ｋ２、突出距離ｄ及び吸着力Ｆｐにて決定される。そして、吸着力Ｆｐは、吸着部１２２の面積Ｓ１と吸着部１２２の減圧圧力Ｐとから、
Ｆｐ＝Ｓ１×Ｐ （式５）
となることが分かる。

ところで、吸着走行に際しては、走行輪１２３の走行部反力Ｒ２は大きい方が好ましい。なぜなら、走行部反力Ｒ２に平面状壁面Ｗ１との摩擦係数を乗じた値が駆動力になるからである。

一方、吸着部反力Ｒ１は小さい方が望ましい。しかし、吸着部反力Ｒ１が負になる状態は、吸着できず壁面走行装置１００が脱落することを意味する。このため、常時一定ではなく、一般的には必ずしも平面と限らない壁に対して、吸着部反力Ｒ１が常に正の小さい値になるように壁面走行装置１００を設計する必要がある。

特開２０１３−１５８９０３（２０１２年 ２月７日出願）

しかしながら、上述のような吸着部１２２を平面状壁面Ｗ１に吸着させて壁面走行装置１００を該平面状壁面Ｗ１上に保持し、タイヤや無限軌道等の走行輪１２３を平面状壁面Ｗ１に押し当て駆動して移動を行う壁面走行装置１００を、例えばバスタブ等の曲率の異なる曲面の清掃に用いることを想定すると、以下の問題点がある。

すなわち、特許文献１に開示された窓拭きロボットからなる壁面走行装置１００の壁面吸着走行は単純平面からなる窓ガラス清掃を前提としており、吸着部１２２の接触面と走行輪１２３の接触面とは、原則として同一平面となるように設計されている。このため、壁面Ｗが非平面つまり曲面からなっている場合は、原則として吸着走行できない。

なぜなら、例えば、中央に吸着部１２２が存在し、かつ外縁側に走行輪１２３が存在する壁面走行装置１００にて、凹曲面からなる壁面Ｗ上を走行しようとすると、図１４の（ｂ）に示すように、吸着部１２２と壁面Ｗとの間に隙間Ｇ２が開いてしまい吸着ができない。一方、凸曲面からなる壁面Ｗ上を走行しようとすると、図１４の（ｃ）に示すように、走行輪１２３と壁面Ｗとの間に隙間Ｇ３が開いてしまい、走行輪１２３が接地しないので走行できない。

この課題への簡易的な対策として、例えば、吸着部１２２をゴムのようなヤング率の小さい材質にて構成し、吸着部１２２の弾性変形によって若干の凹凸のある面への対応を図っている装置も存在する。しかし、凹凸両曲面への吸着には限界がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置及び壁面清掃装置を提供することにある。

本発明の一態様における壁面走行装置は、上記の課題を解決するために、筐体に支持される吸着部と走行駆動部とを備え、吸着部にて壁面に吸着しながら走行駆動部にて該壁面を走行する壁面走行装置において、上記吸着部は、壁面の法線方向に進退移動可能に上記筐体に支持されていることを特徴としている。

本発明の一態様における壁面清掃装置は、上記の課題を解決するために、前記記載の壁面走行装置を備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置及び壁面清掃装置を提供するという効果を奏する。

（ａ）は本発明の実施形態１における壁面走行装置を示すものであって、平面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図であり、（ｂ）は凹面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図であり、（ｃ）は凸面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図である。 （ａ）は上記壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は上記壁面走行装置の構成を示す底面図である。 上記壁面走行装置の制御機構の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記壁面走行装置の移動機構それぞれにおける走行輪の回転方向及び回転数と壁面走行装置の駆動走行パターンとの関係を示す模式平面図である。 （ａ）は本発明の実施形態２における壁面走行装置を示すものであって、平面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図であり、（ｂ）は凹面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図であり、（ｃ）は凸面状壁面上での壁面走行装置の吸着動作を示す側面断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態３における壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。 本発明の実施形態４における壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態５における壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態６における壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。 （ａ）は第２減圧空間部に設けられたバネが縮んだ状態の壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は第２減圧空間部に設けられたバネが伸びた状態の壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態７における壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態８における壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は上記壁面走行装置の構成を示す底面図である。 上記壁面走行装置の走行輪及び吸着部の要部構成を示す側面断面図である。 （ａ）は従来の壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は凹面状壁面に吸着部が吸着するときの上記壁面走行装置の構成を示す側面断面図であり、（ｃ）は凸面状壁面に吸着部が吸着するときの上記壁面走行装置の構成を示す側面断面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、以下の説明では、本発明の一実施形態として、壁面上を吸着走行する壁面走行装置について説明する。ただし、壁面走行装置が走行する被吸着面は、壁面に限定されるものではなく、水平面でも傾斜面でもよい。また、以下の説明では、便宜上、壁面の法線方向を上下方向と呼称し、壁面から離れる側を上方、壁面側に近づく側を下方と呼称する。

（壁面走行装置の構成）
本実施の形態の壁面走行装置１Ａの構成について、図２の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図２の（ａ）は、本実施の形態の壁面走行装置１Ａの構成を示す側面断面図である。図２の（ｂ）は、上記壁面走行装置１Ａの構成を示す底面図である。図３は、上記壁面走行装置１Ａの制御機構の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ａは、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、２つの移動機構２Ａ・２Ｂと、被吸着面である壁面Ｗに吸着する１つの吸着部２２と、２つの押圧部９・９と、移動機構２Ａ・２Ｂ及び吸着部２２を支持する筐体１０とを備えている。

筐体１０には、移動機構２Ａ・２Ｂをそれぞれ駆動する駆動モータ３・３と、吸着部２２に接続された真空ポンプ４と、負圧センサ５と、バッテリ６と、制御基板７等とが収容されている。

吸着部２２は移動機構２Ａ・２Ｂの間に配置されており、吸着部２２の下部は硬質部材にて筒状になっていると共に、吸着部２２の上端には嵌め込み部２２ａが形成されている。この嵌め込み部２２ａは、筐体１０の中央における吸着部支持凹部１０ａに摺動可能に支持されている。この結果、吸着部２２は、筐体１０に対して、壁面Ｗの略法線方向に進退移動可能な構造になっている。本実施の形態では、吸着部２２の上部には連通部２５が形成されている。そして、この連通部２５には、吸着部２２の上方に設けられた真空ポンプ４から垂下された配管４ａが摺動可能に挿入されている。したがって、吸着部２２の下部に形成された第１減圧空間部Ｘは、連通部２５、配管４ａを通して真空ポンプ４に接続されており、この真空ポンプ４にて第１減圧空間部Ｘを減圧できるようになっている。上記真空ポンプ４の上側には外気に連通する排気管２１が設けられている。この結果、本実施の形態の壁面走行装置１Ａにおいては、吸着部２２の第１減圧空間部Ｘは、直接、真空ポンプ４に接続されている。

移動機構２Ａ・２Ｂは、図２の（ｂ）に示すように、吸着部２２の中心を通る仮想的な軸線ＡＬに対して線対称になるように配置されており、それぞれ、壁面Ｗに接触する走行駆動部としての走行輪２３、及び走行輪２３の回転軸である軸部２３ｃを備えている。走行輪２３は、円板状にてなっており、駆動モータ３によって回転駆動される。この円板状の走行輪２３における吸着部２２側の端部の上面には、それぞれ、押圧部９・９が設けられている。その結果、走行輪２３・２３における押圧部９・９にて押圧されている部分の壁面Ｗ側の面が壁面Ｗに接触しているときに、走行輪２３・２３を回転させることによって、後述するように、壁面走行装置１Ａが前後移動及び回転移動できるようになっている。尚、移動パターンにおける各走行輪２３・２３の回転動作については後述する。

また、本実施の形態では、走行輪２３の壁面Ｗに接する底面側は、走行領域に存在する汚れを壁面Ｗから剥離させて塵埃を収集するのに適した比較的柔軟な材料、例えばマイクロファイバー等で覆われている。したがって、壁面走行装置１Ａを壁面Ｗに吸着移動させながら、該壁面Ｗを清掃できるようになっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ａは、図３に示すように、センサとして、１つの負圧センサ５、加速度センサ８ａ、ジャイロセンサ８ｂ、障害物センサ８ｃ及びクリフセンサ８ｄ等を備えている。

負圧センサ５は、前記吸着部２２及び壁面Ｗによって形成された第１減圧空間部Ｘにおける負圧の圧力値を検出するセンサである。

上記加速度センサ８ａ及びジャイロセンサ８ｂは、壁面走行装置１Ａが壁面Ｗに吸着したときの、該壁面走行装置１Ａの姿勢を検知する。

具体的には、加速度センサ８ａは、壁面走行装置１Ａの重力方向を検知するセンサである。加速度センサ８ａは、壁面走行装置１Ａが垂直な壁面Ｗに吸着している場合、重力方向に対する壁面走行装置１Ａの向きを検知することができる。

また、ジャイロセンサ８ｂは、壁面Ｗを走行する壁面走行装置１Ａの角速度を測定するセンサである。このジャイロセンサ８ｂは、壁面走行装置１Ａの走行中、壁面Ｗの状態である曲率や面粗さ等が変わった場合に、壁面走行装置１Ａの進行方向に対して向きが回転したことを検知することができる。尚、ジャイロセンサ８ｂの値には誤差がでるので、加速度センサ値で補正することも可能である。

前記制御基板７に設けられた制御部７ａは、真空ポンプ４、バッテリ６、負圧センサ５、加速度センサ８ａ、ジャイロセンサ８ｂ、障害物センサ８ｃ及びクリフセンサ８ｄからの信号を入力する。そして、各モータドライバ３ａへ信号を出力し、移動機構２Ａ・２Ｂの駆動モータ３・３それぞれを駆動し、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３を回転させる。

上記制御部７ａは、ＣＰＵや専用プロセッサ等の演算処理部、及びＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の図示しない記憶部等により構成されるコンピュータ装置であり、上記記憶部に記憶されている各種情報及び各種制御を実施するためのプログラムを読み出して実行することにより、壁面走行装置１Ａの走行輪２３・２３等の動作を制御し、走行動作を行う。

（壁面走行装置の走行動作）
次に、本実施の形態の壁面走行装置１Ａにおける吸着走行時の動作及び制御について、図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１の（ａ）は、平面状壁面Ｗ１上での壁面走行装置１Ａの吸着動作を示す側面断面図である。図１の（ｂ）は、凹面状壁面Ｗ２上での壁面走行装置１Ａの吸着動作を示す側面断面図である。図１の（ｃ）は、凸面状壁面Ｗ３上での壁面走行装置１Ａの吸着動作を示す側面断面図である。

最初に、壁面Ｗが平面からなる平面状壁面Ｗ１上での壁面走行装置１Ａの動作を説明する。

この場合、壁面走行装置１Ａを平面状壁面Ｗ１に当接させることによって、図１の（ａ）に示すように、吸着部２２が平面状壁面Ｗ１に接触し、気密が保たれる。この状態で、真空ポンプ４を作動させることによって、配管４ａ及び連通部２５を介して第１減圧空間部Ｘが減圧される。その結果、第１減圧空間部Ｘは、規定の減圧圧力Ｐまで減圧される。減圧の開始時に吸着部２２と平面状壁面Ｗ１との間に僅かな隙間が生じていても、第１減圧空間部Ｘの減圧により吸着部２２は平面状壁面Ｗ１に吸い着いて気密が成立する。

第１減圧空間部Ｘが規定の減圧圧力Ｐまで減圧されると、壁面走行装置１Ａには、第１減圧空間部Ｘの実効面積Ｓ１×規定の減圧圧力Ｐの下向きの吸引力が働き、壁面走行装置１Ａは平面状壁面Ｗ１に実効面積Ｓ１×規定の減圧圧力Ｐの力で押し付けられて吸着する。尚、実効面積とは、単なる吸着部２２の開口面積ではなく、吸着に寄与する部分の面積をいう。

このとき、吸着部２２の底面は、走行輪２３・２３の底面と同じ平面上の位置に存在するので、吸着部２２が平面状壁面Ｗ１に吸着すると共に、走行輪２３・２３も平面状壁面Ｗ１に接触している。この結果、壁面走行装置１Ａは、吸着部２２にて平面状壁面Ｗ１に吸着しながら、走行輪２３・２３にて平面状壁面Ｗ１を走行することができる。

次に、壁面Ｗが凹面からなる凹面状壁面Ｗ２上での壁面走行装置１Ａの吸着動作を説明する。

この場合、図１の（ｂ）に示すように、吸着部２２が同様の吸着を開始すると、吸着部２２は壁面走行装置１Ａから突出した状態になる。すなわち、吸着部２２の底面は走行輪２３・２３の底面よりも下側に突出した状態となる。このため、壁面走行装置１Ａ及び吸着部２２に作用する吸着力は、図１の（ａ）で説明した吸着力と同じになる。また、このとき、吸着部２２が走行輪２３・２３の底面よりも下側に突出するように凹面状壁面Ｗ２に進出移動することによって、吸着部２２が凹面状壁面Ｗ２に吸着すると共に、走行輪２３・２３も凹面状壁面Ｗ２に接触している。この結果、壁面走行装置１Ａは、吸着部２２にて凹面状壁面Ｗ２に吸着しながら、走行輪２３・２３にて凹面状壁面Ｗ２を走行することができる。

最後に、壁面Ｗが凸面からなる凸面状壁面Ｗ３上での壁面走行装置１Ａの吸着動作を説明する。

図１の（ｃ）に示すように、この場合も、壁面走行装置１Ａ及び吸着部２２に作用する吸着力は、図１の（ａ）（ｂ）にて説明した吸着力と同じになる。また、このとき、吸着部２２が走行輪２３・２３の底面よりも上側に後退移動することによって、吸着部２２が凸面状壁面Ｗ３に吸着すると共に、走行輪２３・２３も凸面状壁面Ｗ３に接触している。この結果、壁面走行装置１Ａは、吸着部２２にて凸面状壁面Ｗ３に吸着しながら、走行輪２３・２３にて凸面状壁面Ｗ３を走行することができる。

したがって、本実施の形態の壁面走行装置１Ａでは、壁面Ｗが平面状壁面Ｗ１、凹面状壁面Ｗ２又は凸面状壁面Ｗ３のいずれの場合でも、吸着部２２は壁面Ｗの法線方向に随時進退移動することにより、壁面Ｗに吸着可能となる。そして、そのときに、押圧部９が下方へ移動し、移動機構２Ａ・２Ｂそれぞれにおいて走行輪２３・２３を壁面Ｗへ向けて押圧する。

移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３のそれぞれにおいて、押圧部９が走行輪２３を押圧すると、走行輪２３の軸部２３ｃは、壁面Ｗの法線に対して傾斜する。軸部２３ｃの壁面Ｗに対する傾斜角度は、１°〜５°程度であることが好ましい。

そして、軸部２３ｃが傾斜すると、走行輪２３は、円板の外周部の一点で壁面Ｗと接触した状態となる。図２の（ａ）（ｂ）に示された構成では、移動機構２Ａ・２Ｂそれぞれにおいて、走行輪２３・２３と壁面Ｗとの接地点２３ａ・２３ｂは、軸線ＡＬ側にかつ該軸線ＡＬに線対称に存在している。

このように、走行輪２３が円板の外周部の一点で壁面Ｗと接触した状態において、制御基板７に設けられた制御部７ａが、モータドライバ３ａを介して駆動モータ３・３を駆動させ、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３を回転させる。

走行輪２３・２３が回転すると、走行輪２３・２３と壁面Ｗとの接地点２３ａ・２３ｂに接線方向に摩擦力が生じる。そして、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３には、この摩擦力と反対方向の推進力が生じる。この推進力により、壁面走行装置１Ａは、壁面Ｗ上を走行する。また、走行時における吸着部２２の吸着底面と壁面Ｗとの間の摩擦は、走行駆動の抵抗となるので、吸着部２２の吸着底面は滑り性をよくするため、例えば、フッ素樹脂のコーティング又は焼付け処理等の摩擦係数を小さくする構成が施されていることが好ましい。

移動機構２Ａ・２Ｂにおける走行輪２３・２３のそれぞれについて、回転数と回転方向とを制御することによって、壁面走行装置１Ａは、前進、後退、右回転、又は斜め右移動といった様々な方向に走行する。

（壁面走行装置の走行パターン）
壁面走行装置１Ａの具体的な走行パターンについて、図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）、及び図４の（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。図４の（ａ）〜（ｄ）は、移動機構２Ａ・２Ｂそれぞれにおける走行輪２３・２３の回転方向及び回転数と壁面走行装置１Ａの駆動走行パターンとの関係を示す模式図である。

壁面走行装置１Ａは、図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、まず、作業者によって壁面Ｗに押し当てられる。そのとき、壁面Ｗと吸着部２２とによって、吸着空間である第１減圧空間部Ｘが形成される。形成された第１減圧空間部Ｘは、真空ポンプ４によって負圧状態となるため、壁面Ｗに対する吸着力が壁面走行装置１Ａに発生する。この吸着力により、吸着部２２が壁面Ｗに接触し、これにより、走行輪２３・２３も壁面Ｗに接触する。このとき、走行輪２３・２３は例えばボルト等の前記押圧部９・９によって各走行輪２３・２３における、壁面走行装置１Ａの中央側が壁面Ｗに近い状態となるように傾斜している。このため、走行輪２３・２３は、壁面走行装置１Ａの中央側のみが壁面Ｗに接地する。すなわち、図４の（ａ）〜（ｄ）における移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３の各中央側の接地点２３ａ・２３ｂのみが壁面Ｗに接触する。

この状態において、図４の（ａ）に示すように、移動機構２Ａの走行輪２３を上方から見て反時計回り方向ＣＣＷに回転させると共に、移動機構２Ｂの走行輪２３を上面から見て時計回り方向ＣＷに回転させる。これにより、走行輪２３・２３の回転速度が一致しているので、バランスよく、壁面走行装置１Ａは前方に直進動作を行う。

すなわち、走行輪２３・２３が回転駆動すると、走行輪２３・２３における壁面Ｗとの接地点２３ａ・２３ｂにおける接線方向に摩擦力が生じる。これにより、壁面走行装置１Ａには該摩擦力とは反対方向の推進力が生じる。この推進力により、壁面走行装置１Ａは、壁面Ｗを走行する。

また、図４の（ｂ）に示すように、移動機構２Ａの走行輪２３を上方から見て時計回り方向ＣＷに回転させると共に、移動機構２Ｂの走行輪２３を上方から見て反時計回り方向ＣＣＷに回転させる。これにより、走行輪２３・２３の回転速度が一致しているので、バランスよく、壁面走行装置１Ａは後方に直進動作を行う。

次に、図４の（ｃ）に示すように、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３を上方から見て両方共それぞれ時計回り方向ＣＷに回転させる。これにより、壁面走行装置１Ａは該壁面走行装置１Ａの中心点を回転中心として時計回り方向ＣＷに回転する。

また、図４の（ｄ）に示すように、移動機構２Ａの走行輪２３の時計回り方向ＣＷに回転させると共に、移動機構２Ｂの走行輪２３を時計回り方向ＣＷに回転させる。このとき、さらに、移動機構２Ａの走行輪２３の回転数が移動機構２Ｂの走行輪２３の回転数よりも小さくなるようにする。これにより、壁面走行装置１Ａは斜め右方向に走行する。

このように、移動機構２Ａ・２Ｂにおける走行輪２３・２３のそれぞれについて、走行輪２３の回転数及び回転方向を制御することよって、壁面走行装置１Ａは、壁面Ｗ上を様々な方向で走行する。尚、移動機構２Ａ・２Ｂにおける走行輪２３・２３それぞれの回転数及び回転方向と壁面走行装置１Ａの走行方向との組合せは、走行輪２３・２３と壁面Ｗとの接地点２３ａ・２３ｂの位置に応じて適宜設定可能である。

また、走行輪２３・２３の底面は、前述のように清掃に適したマイクロファイバー等で覆われているので、走行に伴い走行輪２３・２３の底面が壁面Ｗに接触回転する際に、壁面Ｗの壁面走行装置１Ａの走行領域に存在する汚れが清掃されることになる。

このように、本実施の形態の壁面走行装置１Ａでは、筐体１０に支持される吸着部２２と走行駆動部としての走行輪２３・２３とを備え、吸着部２２にて壁面Ｗに吸着しながら走行輪２３・２３にて該壁面Ｗを走行する。そして、吸着部２２は、壁面Ｗの法線方向に進退移動可能に上記筐体１０に支持されている。

上記の構成によれば、吸着部２２は、壁面Ｗの法線方向に進退移動可能に筐体１０に支持されている。このため、壁面Ｗが平面状壁面Ｗ１のみならず、凹面状壁面Ｗ２であっても、吸着部２２が筐体１０に対して進出移動することにより、吸着部２２は凹面状壁面Ｗ２に当接することができ、そのとき、走行輪２３・２３も凹面状壁面Ｗ２に当接することができる。この結果、壁面走行装置１Ａは、凹面状壁面Ｗ２を吸着しながら走行することができる。

また、壁面Ｗが凸面状壁面Ｗ３であっても、吸着部２２が筐体１０に対して後退移動することにより、吸着部２２は凸面状壁面Ｗ３に当接することができ、そのとき、走行輪２３・２３も凸面状壁面Ｗ３に当接することができる。この結果、壁面走行装置１Ａは、凸面状壁面Ｗ３を吸着しながら走行することができる。

したがって、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置１Ａを提供することができる。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ａでは、吸着部２２における壁面Ｗへの接触面の摩擦係数は、走行駆動部としての走行輪２３・２３における壁面Ｗへの接触面の摩擦係数よりも小さい。

これにより、走行輪２３・２３が壁面Ｗに接触しているときに、走行輪２３・２３の壁面Ｗとの摩擦係数が大きいので、走行輪２３・２３が壁面Ｗにて滑ることなく走行することができる。このとき、吸着部２２における壁面Ｗへの接触面の摩擦係数は、走行輪２３・２３における壁面Ｗへの接触面の摩擦係数よりも小さい。このため、吸着部２２が壁面Ｗに吸着していても吸着部２２は壁面Ｗを滑ることができる。

この結果、壁面走行装置１Ａは、確実に、吸着部２２にて壁面Ｗに吸着しながら走行輪２３・２３にて壁面Ｗを走行することが可能となる。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ａは、壁面清掃装置に利用できる。すなわり、走行輪２３の壁面Ｗに接する底面側は走行領域に存在する汚れを壁面Ｗから剥離させ塵埃を収集するに適した比較的柔軟な材料、例えばマイクロファイバー等で覆うことができる。

これにより、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面Ｗに対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置１Ａを備えた壁面清掃装置を提供することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｂは、上記実施の形態１の壁面走行装置１Ａの構成に加えて、第２減圧空間部Ｙを設けることにより吸着部２２の吸着力を調整できるようになっている点が異なっている。

（壁面走行装置の構成）
本実施の形態の壁面走行装置１Ｂの構成について、図５の（ａ）に基づいて説明する。図５の（ａ）は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｂの構成を示すものであって、平面状壁面Ｗ１上での壁面走行装置１Ｂの吸着動作を示す側面断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｂでは、図５の（ａ）に示すように、吸着部２２は、筐体１０の中央における吸着部支持凹部１０ａに支持されて設けられており、移動機構２Ａ・２Ｂの間に配置されている。本実施の形態においても、実施の形態１の壁面走行装置１Ａと同様に、吸着部２２は、移動機構２Ａ・２Ｂの間に配置されている。そして、吸着部２２の上端に嵌め込み部２２ａが形成されており、この嵌め込み部２２ａが筐体１０の中央における吸着部支持凹部１０ａに摺動可能に支持されている。この結果、吸着部２２は、筐体１０に対して、壁面Ｗの略法線方向に進退移動可能な構造になっている。

ここで、本実施の形態では、吸着部２２の上端の嵌め込み部２２ａと筐体１０の吸着部支持凹部１０ａとの間には、第２減圧空間部Ｙが形成されており、この第２減圧空間部Ｙは、壁面Ｗに対向する実質的な面積が実効面積Ｓ２となっている。一方、吸着部２２の下部の第１減圧空間部Ｘの壁面Ｗに対向する実質的な面積は実効面積Ｓ１となっている。また、実効面積Ｓ１＞実効面積Ｓ２となっている。

そして、本実施の形態では、吸着部２２の下部の第１減圧空間部Ｘと上端の嵌め込み部２２ａとの間には、連通部２５が形成されており、この連通部２５は、上記第１減圧空間部Ｘと第２減圧空間部Ｙとを連通している。したがって、吸着部２２の下部に形成された第１減圧空間部Ｘは、連通部２５、第２減圧空間部Ｙを通して真空ポンプ４に接続されており、この真空ポンプ４にて第１減圧空間部Ｘ及び第２減圧空間部Ｙを減圧できるようになっている。上記真空ポンプ４の上側には外気に連通する排気管２１が設けられている。

壁面走行装置１Ｂのその他の構成については、前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａの構成と同じであるので、その説明を省略する。

（壁面走行装置の走行動作）
次に、上記構成の壁面走行装置１Ｂにおける吸着走行時の動作及び制御について、図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図５の（ｂ）は、凹面状壁面Ｗ２上での壁面走行装置１Ｂの吸着動作を示す側面断面図である。図５の（ｃ）は、凸面状壁面Ｗ３上での壁面走行装置１Ｂの吸着動作を示す側面断面図である。

最初に、壁面Ｗが平面からなる平面状壁面Ｗ１上での壁面走行装置１Ｂの動作を説明する。

この場合、図５の（ａ）に示すように、吸着部２２が平面状壁面Ｗ１に接触して気密が保たれた状態で、真空ポンプ４を作動させることによって、第２減圧空間部Ｙが減圧され、連通部２５を介して第１減圧空間部Ｘも減圧される。その結果、第１減圧空間部Ｘ及び第２減圧空間部Ｙは、吸引圧としての規定の減圧圧力Ｐまで減圧される。減圧の開始時に吸着部２２と平面状壁面Ｗ１との間に僅かな隙間が生じていても、第１減圧空間部Ｘの減圧により吸着部２２は平面状壁面Ｗ１に吸い着いて気密が成立する。

第１減圧空間部Ｘ及び第２減圧空間部Ｙの両方が規定の減圧圧力Ｐまで減圧されると、吸着部２２には、第２減圧空間部Ｙにより実効面積Ｓ２×規定の減圧圧力Ｐの上向きの吸引力が働き、第１減圧空間部Ｘにより実効面積Ｓ１×規定の減圧圧力Ｐの下向きの吸引力が働く。その結果、合計すると、吸着部２２は、（実効面積Ｓ１−実効面積Ｓ２）×規定の減圧圧力Ｐの下向きの力で平面状壁面Ｗ１に押し付けられる。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｂでは、実効面積Ｓ１＞実効面積Ｓ２にて設計されているので、この力は下向き、つまり平面状壁面Ｗ１に吸着する方向の力である。

次に、壁面Ｗが凹面からなる凹面状壁面Ｗ２上での壁面走行装置１Ｂの吸着動作を説明する。

この場合、図５の（ｂ）に示すように、吸着部２２が同様の吸着を開始すると、吸着部２２は筐体１０から進出移動して壁面走行装置１Ｂから突出した状態になる。つまり、吸着部２２の下端は、走行輪２３・２３の下端よりも下方に位置している。このとき、第２減圧空間部Ｙ’の体積は第２減圧空間部Ｙの体積よりも増加しているが、実効面積Ｓ１・Ｓ２と規定の減圧圧力Ｐとは、平面状壁面Ｗ１への吸着時と同じである。このため、壁面走行装置１Ｂの吸着部２２に作用する吸着力は、図５の（ａ）で説明した吸着力と同じになる。

最後に、壁面Ｗが凸面からなる凸面状壁面Ｗ３上での壁面走行装置１Ｂの吸着動作を説明する。

図５の（ｃ）に示すように、吸着部２２が同様の吸着を開始すると、吸着部２２は筐体１０に対して後退移動した状態になる。つまり、吸着部２２の下端は、走行輪２３・２３の下端よりも上方に位置している。このとき、第２減圧空間部Ｙ’ ’の体積は第２減圧空間部Ｙの体積よりも減少しているが、実効面積Ｓ１・Ｓ２と規定の減圧圧力Ｐとは、平面状壁面Ｗ１への吸着時と同じである。このため、壁面走行装置１Ｂ及び吸着部２２に作用する吸着力は、図５の（ａ）で説明した吸着力と同じになる。

この結果、壁面Ｗが平面状壁面Ｗ１、凹面状壁面Ｗ２又は凸面状壁面Ｗ３のいずれの場合でも、前記図１４の（ａ）にて説明したように、吸着により筐体１０は僅かな距離ｄ’だけ縮む。そして、そのときに、押圧部９は下方へ移動し、移動機構２Ａ・２Ｂそれぞれにおいて走行輪２３・２３を壁面Ｗへ向けて押圧する。

移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３のそれぞれにおいて、前記押圧部９が走行輪２３を押圧すると、走行輪２３の軸部２３ｃは、壁面Ｗの法線に対して傾斜する。軸部２３ｃの壁面Ｗに対する傾斜角度は、１°〜５°程度であることが好ましい。

そして、軸部２３ｃが傾斜すると、走行輪２３は、円板の外周部の一点で壁面Ｗと接触した状態となる。

このように、走行輪２３が円板の外周部の一点で壁面Ｗと接触した状態で、制御基板７に設けられた前記制御部７ａは、モータドライバ３ａを介して駆動モータ３・３を駆動させ、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３を回転させる。

走行輪２３・２３が回転すると、走行輪２３・２３と壁面Ｗとの前記接地点２３ａ・２３ｂに接線方向に摩擦力が生じる。そして、移動機構２Ａ・２Ｂの走行輪２３・２３には、この摩擦力と反対方向の推進力が生じる。この推進力により、壁面走行装置１Ｂは、壁面Ｗ上を走行する。

このように、本実施の形態の壁面走行装置１Ｂでは、吸着部２２には、壁面Ｗに対向しかつ吸着部２２が実効面積Ｓ１で減圧される第１減圧空間部Ｘと、第１減圧空間部Ｘよりも壁面Ｗから遠ざかる側に位置しかつ該第１減圧空間部Ｘに連通して実効面積Ｓ２にて減圧される第２減圧空間部Ｙとが設けられ、実効面積Ｓ１＞実効面積Ｓ２となっている。

これにより、吸着部２２が平面状壁面Ｗ１、凹面状壁面Ｗ２、又は凸面状壁面Ｗ３のいずれの壁面Ｗに吸着しても、吸着部２２の第１減圧空間部Ｘには、（実効面積Ｓ１−実効面積Ｓ２）×規定の減圧圧力Ｐの吸引力が作用する。

したがって、第１減圧空間部Ｘの実効面積Ｓ１及び第２減圧空間部Ｙの実効面積Ｓ２を適切に調整することによって、吸着部２２の壁面Ｗへの吸着力を適切な値に調整することが可能となる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｃは、上記実施の形態１の壁面走行装置１Ａの構成に加えて、吸着部２２が筐体１０から離れる方向に進出移動した際に、壁面走行装置１Ｃから吸着部２２が脱落するのを抑制する脱落防止機構２６を有する構成となっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｃの構成について、図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図６の（ａ）は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｃの構成を示す側面断面図である。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図６の（ｃ）は、図６の（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｃは、図６の（ａ）に示すように、吸着部２２が、筐体１０から離れる方向に進出移動した場合に、吸着部２２が壁面走行装置１Ｃから脱落するのを抑制する脱落防止機構２６を備えている。

脱落防止機構２６は、本実施の形態では、図６の（ｂ）に示すように、吸着部２２の第２減圧空間部Ｙの内部へ向けて全周の一部分だけ突出する一対の突出部２６ａ・２６ａを有している。一方、図６の（ｃ）に示すように、吸着部２２の第２減圧空間部Ｙへの嵌め込み部２２ａには上記突出部２６ａ・２６ａが通過できる一対の切り欠き２２ｂ・２２ｂが設けられている。尚、この一対の切り欠き２２ｂ・２２ｂは、一対の突出部２６ａ・２６ａに対して例えば９０度回転した位置に設けられている。

この構成により、突出部２６ａ・２６ａが切り欠き２２ｂ・２２ｂを通過できる角度に、吸着部２２を位置合わせして該吸着部２２の嵌め込み部２２ａを筐体１０の吸着部支持凹部１０ａに嵌め込み、その嵌め込み後に、吸着部２２を回転させれば、吸着部２２が壁面走行装置１Ｃから脱落しないようになる。この結果、本実施の形態の脱落防止機構２６としての機能を有する突出部２６ａ・２６ａは、吸着部２２の脱着時に、吸着部２２及び壁面走行装置１Ｃを分解する手間が掛からないので、好適である。

ここで、突出部２６ａ・２６ａは、壁面走行装置１Ｃの筐体１０と同一部品になっていてもよいし、又は別部品として成形されたものを接着・ネジ止め・嵌合等の方法で固定しても構わない。

尚、上記の説明では、脱落防止機構２６としての突出部２６ａ・２６ａについて説明した。しかし、脱落防止機構２６は、必ずしもこれに限らず、例えば、吸着部２２の第２減圧空間部Ｙへの嵌め込み部２２ａよりも内寸の小さいドーナツ型でもよい。

このように、本実施の形態の壁面走行装置１Ｃには、吸着部２２が壁面Ｗに向けて進出移動したときに、吸着部２２の筐体１０からの脱落を防止する脱落防止機構２６が備えられている。

すなわち、本実施の形態では、壁面Ｗが凹面状壁面Ｗ２である場合には、吸着部２２は筐体１０に対して進出移動する。この場合に、途中で進出移動を停止させる部材が存在しない場合には、吸着部２２の筐体１０による支持が解除され、吸着部２２が筐体１０から落下する虞がある。

これに対して、本実施の形態では、吸着部２２が壁面Ｗに向けて進出移動したときに、吸着部２２の筐体１０からの脱落を防止する脱落防止機構２６が備えられているので、吸着部２２の脱落を防止することができる。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ｃでは、脱落防止機構２６は、吸着部２２における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止するものとなっている。

これにより、吸着部２２が進出移動した場合に、脱落防止機構２６にて予め設定した進出移動量以上の進出移動が阻止される。したがって、吸着部２２の進出移動量を適切に設定し得る壁面走行装置１Ｃを提供することができる。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ｃでは、脱落防止機構２６は、吸着部２２における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止し、かつ吸着部２２の筐体１０への脱着を可能とする移動停止部材としての突出部２６ａ・２６ａ、及び嵌め込み部２２ａの切り欠き２２ｂ・２２ｂを有している。

これにより、脱落防止機構２６は、吸着部２２における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止する場合に、脱落防止機構２６として移動停止部材である突出部２６ａ・２６ａ、及び嵌め込み部２２ａの切り欠き２２ｂ・２２ｂを採用することによって、吸着部２２の進出移動を容易に停止することができる。

また、本実施の形態では、移動停止部材としての突出部２６ａ・２６ａ、及び嵌め込み部２２ａの切り欠き２２ｂ・２２ｂは吸着部２２における筐体１０の吸着部支持凹部１０ａへの脱着を可能とするものとなっている。この結果、吸着部２２及び筐体１０を分解することなく、吸着部２２の筐体１０への脱着を容易に行うことができる。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態３の壁面走行装置１Ｃでは、吸着部２２は硬質部材からなっていた。本実施の形態の壁面走行装置１Ｄでは、吸着部２２の底面側に該吸着部２２よりもヤング率の低い材料にて構成された吸着気密確保部２２ｃを有している点が異なっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｄの構成について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｄの構成を示す側面断面図である。

前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態３の壁面走行装置１Ｃでは、吸着部２２は筒状の硬質部材からなっている。この場合、吸着部２２が例えば円筒状からなり底面が環状になっていれば、壁面Ｗが球面の場合には、壁面Ｗの曲率半径にかかわりなく、吸着部２２の上下動だけで隙間なく壁面Ｗに押し当てることができる。しかし、壁面Ｗがそうでない例えば非球面であるときには壁面Ｗとの間に隙間ができて空いてしまう。

そこで、本実施の形態の壁面走行装置１Ｄでは、図７に示すように、吸着部２２の底面側に、該吸着部２２よりもヤング率の低い例えばゴム等の弾性材料にて構成された吸着気密確保部２２ｃを設けている。

このため、吸着部２２の底面部に設けられた吸着気密確保部２２ｃが壁面Ｗに接触したときに、吸着気密確保部２２ｃが弾性変形する。この結果、壁面Ｗが球面でなくても壁面Ｗと吸着部２２との間に隙間がないように、吸着部２２を壁面Ｗに接触させることができる。この結果、第１減圧空間部Ｘの気密を保つことができる。

このように、本実施の形態における壁面走行装置１Ｄでは、吸着部２２における壁面Ｗへの接触面の近傍部分には、吸着部２２よりも低いヤング率を有する材料からなる吸着気密確保部２２ｃが設けられている。

これにより、吸着気密確保部２２ｃの弾性変形により、壁面Ｗが球面でなくても、吸着部２２と壁面Ｗとの間の気密が確保され易くなる。延いては、壁面Ｗが平面でなくても、及び壁面Ｗが均一な曲率を有する凹凸面でなくても、吸着部２２と壁面Ｗとの間の気密が確保され易くなる。

〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態４と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態４の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｅは、前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａの構成に加えて、吸着部２２の第２減圧空間部Ｙへの嵌め込み部２２ａにおける吸着部支持凹部１０ａとの接触部に、シール部材としてのＯリング２２ｄが設けられている点が異なっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｅの構成について、図８に基づいて説明する。図８は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｅの構成を示す側面断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｅでは、図８に示すように、吸着部２２の第２減圧空間部Ｙへの嵌め込み部２２ａにおける吸着部支持凹部１０ａとの接触部に、シール部材としてのＯリング２２ｄが設けられている。

この結果、Ｏリング２２ｄが設けられていることにより、第２減圧空間部Ｙの気密をより確実に確保することができる。したがって、吸着部２２及び筐体１０の材質選択の自由度が高まる。

このように、本実施の形態における壁面走行装置１Ｅでは、吸着部２２は、第２減圧空間部Ｙの内部にて壁面Ｗの法線方向に摺動可能に筐体１０に支持されており、吸着部２２における筐体１０への摺動面である吸着部支持凹部１０ａには、Ｏリング２２ｄが設けられている。

これにより、吸着部２２は、進退移動時における摺動時の圧力の漏れを無くし、第２減圧空間部Ｙの気密を確保して吸着力を低下することなく壁面Ｗに吸着することができる。また、吸着部２２及び筐体１０の材質選択の自由度が高まる。

〔実施の形態６〕
本発明のさらに他の実施の形態について図９及び図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態５と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態５の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｆは、実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態５の壁面走行装置１Ｅの構成に加えて、第２減圧空間部Ｙに押し当て機構である弾性部材としてのバネ２７が設けられている点が異なっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｆの構成について、図９及び図１０の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図９は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｆの構成を示す側面断面図である。図１０の（ａ）は、第２減圧空間部Ｙに設けられたバネ２７が縮んだ状態の壁面走行装置１Ｆの構成を示す側面断面図である。図１０の（ｂ）は、第２減圧空間部Ｙに設けられたバネ２７が伸びた状態の壁面走行装置１Ｆの構成を示す側面断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｆは、図９に示すように、第２減圧空間部Ｙに押し当て機構である弾性部材としてのバネ２７が設けられており、このバネ２７によって、吸着部２２を壁面走行装置１Ｅから離れる方向に押し出す力Ｆを発生させている。

例えば、図１０の（ａ）に示すように、壁面走行装置１Ｆが凸面状壁面Ｗ３に一旦吸着すると、吸着部２２は壁面走行装置１Ｆの底面よりも上昇した状態になる。このような状態の壁面走行装置１Ｆにおいて、壁面走行装置１Ｆの電源が切られると、吸着部２２が上昇した状態で壁面走行装置１Ｆが停止する。したがって、この状態で、例えば平面状壁面Ｗ１又は凹面状壁面Ｗ２に壁面走行装置１Ｅを押し当てて再起動すると、吸着部２２と平面状壁面Ｗ１又は凹面状壁面Ｗ２との間に大きな隙間が存在することになる。この結果、第１減圧空間部Ｘが成立せず、壁面走行装置１Ｆの壁面Ｗへの吸着が成立しないことになる。

これに対して、本実施の形態の壁面走行装置１Ｆでは、第２減圧空間部Ｙにバネ２７が設けられている。この結果、図１０の（ａ）に示すように、壁面走行装置１Ｆの吸着部２２が凸面状壁面Ｗ３に吸着しているときには、バネ２７が縮んだ状態となっている。しかし、この状態で、壁面走行装置１Ｆを凸面状壁面Ｗ３から強制的に取り外した場合、バネ２７が伸びて該バネ２７の力が開放された状態となり、吸着部２２が壁面走行装置１Ｆにおける初期位置に戻る。この結果、平面状壁面Ｗ１又は凹面状壁面Ｗ２に壁面走行装置１Ｆを押し当てた場合に、容易に、吸着部２２が平面状壁面Ｗ１又は凹面状壁面Ｗ２に押し当てられ、吸着部２２の吸着が成立する。

一方、図１０の（ｂ）に示すように、逆に、壁面走行装置１Ｆが凹面状壁面Ｗ２に一旦吸着すると、吸着部２２は壁面走行装置１Ｆの底面よりも下降した状態になる。このような状態の壁面走行装置１Ｆにおいて、壁面走行装置１Ｆの電源が切られると、吸着部２２が下降した状態で壁面走行装置１Ｆが停止する。この場合、吸着部２２が壁面走行装置１Ｆから突出した状態となっているので、安全性に問題がある。

これに対して、本実施の形態の壁面走行装置１Ｆでは、第２減圧空間部Ｙにバネ２７が設けられている。この結果、バネ２７が元の位置に縮むことにより吸着部２２が壁面走行装置１Ｆにおける初期位置に戻る。この結果、吸着部２２が壁面走行装置１Ｅから突出することが無くなるので、安全性が高いものとなる。

尚、本実施の形態の壁面走行装置１Ｆでは、押し当て機構である弾性部材としてのバネ２７を使用した。しかし、本発明においては、押し当て機構である弾性部材は必ずしもバネ２７に限らず、バネ２７以外の部材で構成してもよい。例えば、第２減圧空間部Ｙの全部又は一部に、通気可能なスポンジ等の弾性部材を詰めてもよい。これにより、吸着部２２が上昇すると、スポンジ等の弾性部材によって、下降させるような反発力が生じる。

すなわち、本実施の形態では、吸着部２２が筐体１０から離れる方向つまり第２減圧空間部Ｙの体積を増加させる方向に向けて、吸着部２２と筐体１０の間に力Ｆを発生させることができる。

このように、本実施の形態の壁面走行装置１Ｆでは、吸着部２２を、壁面Ｗに向けて進出移動させる弾性部材が設けられている。

これにより、弾性部材の弾性力により、吸着部２２を壁面Ｗに向けて進出移動させることができる。

この結果、弾性部材という簡単な構成によって、吸着部２２を容易に進出移動させることができる。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ｆでは、弾性部材は、第２減圧空間部Ｙにおける筐体１０と吸着部２２との間に設けられたバネ２７にてなっている。

これにより、簡単な構成によって、吸着部２２を容易に進退移動させることができる。

〔実施の形態７〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態６と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態６の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態６の壁面走行装置１Ｆでは、走行駆動部としての円板状の走行輪２３が設けられていた。これに対して、本実施の形態の壁面走行装置１Ｇでは走行駆動部としてのタイヤ４０が設けられている点が異なっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｇの構成について、図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施の形態の壁面走行装置１Ｇの構成を示す側面断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｇは、図１１に示すように、走行駆動部としてのタイヤ４０が設けられている。これにより、走行駆動部としての円板状の走行輪２３に比べて高速にて進むことが可能となる。

尚、本実施の形態では、走行駆動部としてのタイヤ４０が設けられた壁面走行装置１Ｇについて説明した。しかし、本発明においては、走行駆動部としてのタイヤ４０に限らず、例えば、走行駆動部としての無限軌道等の他方式の駆動方式を採用することも可能である。

〔実施の形態８〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１２及び図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態７と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態７の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態７の壁面走行装置１Ｇでは、吸着部２２は筐体１０の中央に１個設けられていた。これに対して、本実施の形態の壁面走行装置１Ｈでは、走行駆動部としての走行輪２３・２３の内部にそれぞれ吸着部２２・２２が設けられている点が異なっている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｈの構成について、図１２の（ａ）（ｂ）及び図１３に基づいて説明する。図１２の（ａ）は、本実施の形態における壁面走行装置１Ｈの構成を示す側面断面図である。図１２（ｂ）は、上記壁面走行装置１Ｈの構成を示す底面図である。図１３は、上記壁面走行装置１Ｈの走行輪２３及び吸着部２２の要部構成を示す側面断面図である。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｈは、図１２の（ａ）（ｂ）に示すように、２つの円板状の移動機構２Ｃ・２Ｄと、壁面Ｗに吸着する２つの吸着部２２・２２と、２つの押圧部９・９と、移動機構２Ｃ・２Ｄ及び吸着部２２・２２を支持する筐体１０とを備えている。筐体１０には、移動機構２Ｃ・２Ｄを駆動する駆動モータ３・３、それぞれの吸着部２２・２２に接続された真空ポンプ４・４、負圧センサ５・５、前記制御部７ａ、前記バッテリ６等が収容されている。

本実施の形態の壁面走行装置１Ｈでは、各移動機構２Ｃ・２Ｄは、それぞれ、同心円状に内側から、吸着部２２、走行輪２３及び清掃パッド２４を備えている。駆動モータ３・３と、走行輪２３・２３とは、歯車を介して回転力が伝達されるように接続されている。

これらの構成を採用することによって、壁面走行装置１Ｇは、壁面Ｗに対して略垂直に移動機構２Ｃ・２Ｄが位置する。そして、壁面走行装置１Ｇは、壁面Ｗに吸着部２２・２２が吸着し、走行輪２３・２３及び清掃パッド２４・２４が回転する。

ここで、本実施の形態の壁面走行装置１Ｈでは、図１２の（ｂ）に示すように、移動機構２Ｃ・２Ｄは、壁面走行装置１Ｇが前進する方向に沿った仮想的な軸線ＡＬに対して線対称になるように配置されている。また、吸着部２２・２２は、移動機構２Ｃ・２Ｄそれぞれの回転軸中心に配置されている。

また、本実施の形態では、図１３に示すように、吸着部２２・２２は、移動機構２Ｃ・２Ｄに対して、壁面Ｗの略法線方向に可動可能な構造になっている。この結果、実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態７の壁面走行装置１Ｇと同様に、壁面Ｗが、平面状壁面Ｗ１、凹面状壁面Ｗ２又は凸面状壁面Ｗ３のいずれであっても安定して吸着走行することができるようになっている。

また、本実施の形態における壁面走行装置１Ｈは、壁面清掃装置に利用できる。すなわち、本実施の形態の壁面走行装置１Ｈにおける各移動機構２Ｃ・２Ｄは、それぞれ、同心円状に内側から、吸着部２２、走行輪２３及び清掃パッド２４を備えている。このため、清掃パッド２４にて壁面Ｗを清掃することができる。

これにより、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面Ｗに対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置１Ｈを備えた壁面清掃装置を提供することができる。

〔実施の形態９〕
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１〜実施の形態８と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１〜実施の形態８の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１の壁面走行装置１Ａ〜実施の形態８の壁面走行装置１Ｈでは、壁面Ｗを清掃する用途を想定した構成であった。しかし、本発明の壁面走行装置１Ａ〜１Ｈは、清掃用途に限定されず、使用用途に応じて様々の利用分野に利用可能である。

例えば、本実施の形態１〜８の壁面走行装置１Ａ〜１Ｈは、荷物を運搬する運搬部としての荷役運搬装置を備えた構成であってもよい。

また、運搬部は、荷物以外にも機能部材等を載せて走行することも可能である。例えば塗装装置や検査装置を載せて走行することが可能である。これにより、壁面Ｗを塗装したり、検査したりすることも可能である。これにより、人が作業するには危険な場所や、人の手が届かないような場所に存在する壁面Ｗであっても様々な作業を行うことが可能となる。

〔まとめ〕
本発明の態様１における壁面走行装置１Ａ〜１Ｈは、筐体１０に支持される吸着部２２と走行駆動部（走行輪２３・２３）とを備え、吸着部２２にて壁面Ｗに吸着しながら走行駆動部（走行輪２３・２３）にて該壁面Ｗを走行する壁面走行装置において、上記吸着部２２は、壁面Ｗの法線方向に進退移動可能に上記筐体１０に支持されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、吸着部は、壁面の法線方向に進退移動可能に上記筐体に支持されている。このため、壁面が平面状壁面のみならず、凹面状壁面であっても、吸着部が筐体に対して進出移動することにより、吸着部は凹面状壁面に当接することができ、そのとき走行駆動部も凹面状壁面に当接することができる。この結果、壁面走行装置は、凹面状壁面を吸着しながら走行することができる。

また、壁面が凸面状壁面であっても、吸着部が筐体に対して後退移動することにより、吸着部は凸面状壁面に当接することができ、そのとき走行駆動部も凸面状壁面に当接することができる。この結果、壁面走行装置は、凸面状壁面を吸着しながら走行することができる。

したがって、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置を提供することができる。

本発明の態様２における壁面走行装置１Ｂは、態様１における壁面走行装置において、前記吸着部２２には、前記壁面Ｗに対向しかつ上記吸着部２２が実効面積Ｓ１で減圧される第１減圧空間部Ｘと、上記第１減圧空間部Ｘよりも壁面Ｗから遠ざかる側に位置しかつ該第１減圧空間部Ｘに連通して実効面積Ｓ２にて減圧される第２減圧空間部Ｙとが設けられ、
実効面積Ｓ１＞実効面積Ｓ２
となっているとすることが可能である。

これにより、吸着部が平面状壁面、凹面状壁面、又は凸面状壁面のいずれの壁面に吸着しても、吸着部の第１減圧空間部には、（実効面積Ｓ１−実効面積Ｓ２）×吸引圧の吸引力が作用する。

したがって、第１減圧空間部の実効面積Ｓ１及び第２減圧空間部の実効面積Ｓ２を適切に調整することによって、吸着部の壁面への吸着力を適切な値に調整することが可能となる。

本発明の態様３における壁面走行装置１Ｅは、態様２における壁面走行装置において、前記吸着部２２は、前記第２減圧空間部Ｙの内部にて前記壁面Ｗの法線方向に摺動可能に前記筐体１０に支持されており、上記吸着部２２における筐体１０への摺動面には、シール部材（Ｏリング２２ｄ）が設けられていることが好ましい。

すなわち、吸着部が筐体に対して進退移動すべく、第２減圧空間部の内部にて壁面の法線方向に摺動する場合の吸着部と筐体との接触面にシール部材が存在している。その結果、吸着部は、進退移動時における摺動時の圧力の漏れを無くし、第２減圧空間部の気密を確保して吸着力を低下することなく壁面に吸着することができる。

本発明の態様４における壁面走行装置１Ｃは、態様２又は３における壁面走行装置において、前記吸着部２２が壁面Ｗに向けて進出移動したときに、上記吸着部２２の前記筐体１０からの脱落を防止する脱落防止機構２６が備えられていることが好ましい。

すなわち、本発明では、壁面が凹面状壁面である場合には、吸着部は筐体に対して進出移動する。この場合に、途中で進出移動を停止させる部材が存在しない場合には、吸着部の筐体による支持が解除され、吸着部が筐体から落下する虞がある。

これに対して、本発明では、吸着部が壁面に向けて進出移動したときに、吸着部の筐体からの脱落を防止する脱落防止機構が備えられているので、吸着部の脱落を防止することができる。

本発明の態様５における壁面走行装置１Ｃは、態様４における壁面走行装置において、前記脱落防止機構２６は、前記吸着部２２における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止するものとなっていることが好ましい。

これにより、吸着部が進出移動した場合に、脱落防止機構にて予め設定した進出移動量以上の進出移動が阻止される。したがって、吸着部の進出移動量を適切に設定し得る壁面走行装置を提供することができる。

本発明の態様６における壁面走行装置１Ｃは、態様４又は５における壁面走行装置において、前記脱落防止機構２６は、前記吸着部２２における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止し、かつ上記吸着部２２の前記筐体１０への脱着を可能とする移動停止部材（突出部２６ａ・２６ａ・切り欠き２２ｂ・２２ｂ）からなっているとすることができる。

これにより、脱落防止機構は、吸着部における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止する場合に、脱落防止機構として移動停止部材を採用することによって、吸着部の進出移動を容易に停止することができる。

また、本発明では、移動停止部材は吸着部の筐体への脱着を可能とするものとなっている。この結果、吸着部及び筐体を分解することなく、吸着部の筐体への脱着を容易に行うことができる。

本発明の態様７における壁面走行装置１Ｆは、態様２〜６のいずれか１における壁面走行装置において、前記吸着部２２を、壁面Ｗに向けて進出移動させる弾性部材（バネ２７）が設けられていることが好ましい。

これにより、弾性部材の弾性力により、吸着部を、壁面Ｗに向けて進出移動させることができる。

この結果、弾性部材という簡単な構成によって、吸着部を容易に進出移動させることができる。

本発明の態様８における壁面走行装置１Ｆは、態様７における壁面走行装置において、前記弾性部材は、前記第２減圧空間部Ｙにおける前記筐体１０と前記吸着部２２との間に設けられたバネ２７にてなっているとすることができる。

これにより、弾性部材はバネにてなっているので、簡単な構成によって、吸着部を容易に進退移動させることができる。

本発明の態様９における壁面走行装置１Ａ〜１Ｈは、態様１〜８のいずれか１における壁面走行装置において、前記吸着部２２における前記壁面Ｗへの接触面の摩擦係数は、前記走行駆動部（走行輪２３・２３）における上記壁面Ｗへの接触面の摩擦係数よりも小さいことが好ましい。

これにより、走行駆動部が壁面に接触しているときに、走行駆動部の壁面との摩擦係数が大きいので、走行駆動部が壁面にて滑ることなく走行することができる。このとき、吸着部における壁面への接触面の摩擦係数は、走行駆動部における壁面への接触面の摩擦係数よりも小さい。このため、吸着部が壁面に吸着していても吸着部は壁面を滑ることができる。

この結果、壁面走行装置は、確実に、吸着部にて壁面に吸着しながら走行駆動部にて壁面を走行することが可能となる。

本発明の態様１０における壁面走行装置１Ｄは、態様１〜９のいずれか１における壁面走行装置において、前記吸着部２２における前記壁面Ｗへの接触面の近傍部分には、上記吸着部２２よりも低いヤング率を有する材料からなる吸着気密確保部が設けられていることが好ましい。

これにより、吸着気密確保部の弾性変形により、壁面が平面でなくても、吸着部と壁面との間の気密が確保され易くなる。

本発明の態様１１における壁面清掃装置は、態様１〜１０のいずれか１における壁面走行装置１Ａ〜１Ｈを備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、平面だけでなく、凹面又は凸面からなる壁面に対しても、安定して吸着走行することが可能な壁面走行装置を備えた壁面清掃装置を提供することができる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、壁面等の被吸着面に吸着して走行する壁面走行装置及び壁面清掃装置に利用することができる。具体的には、例えば、壁面を清掃する清掃パッドを備えた壁面走行装置及び壁面清掃装置として、浴槽、ビル、又は飛行機、船の外面、内面、底面、天井面を含む壁面の自動清掃装置に利用できる。また、例えば、荷物を運搬する運搬部としての荷役運搬装置を備えた構成とし、運搬ケースに荷物を載せて壁面を走行することが可能になる。さらに、塗装装置や検査装置を載せて壁面を走行することによって、壁面を塗装したり又は検査したりすることも可能である。これにより、人が作業するには危険な場所や人の手が届かないような場所にある壁面であっても、無人で作業をさせる壁面走行装置への適用が可能である。

１Ａ〜１Ｈ 壁面走行装置
２Ａ・２Ｂ 移動機構
２Ｃ・２Ｄ 移動機構
３ 駆動モータ
３ａ モータドライバ
４ 真空ポンプ
４ａ 配管
５ 負圧センサ
７ 制御基板
７ａ 制御部
９ 押圧部
１０ 筐体
１０ａ 吸着部支持凹部
２１ 排気管
２２ 吸着部
２２ａ 嵌め込み部
２２ｂ 切り欠き（脱落防止機構、移動停止部材）
２２ｃ 吸着気密確保部
２２ｄ Ｏリング（シール部材）
２３ 走行輪（走行駆動部）
２３ａ・２３ｂ 接地点
２３ｃ 軸部
２４ 清掃パッド
２５ 連通部
２６ 脱落防止機構
２６ａ 突出部（脱落防止機構、移動停止部材）
２７ バネ（弾性部材）
４０ タイヤ（走行駆動部）
Ｐ 規定の減圧圧力（吸引圧）
Ｓ１ 実効面積
Ｓ２ 実効面積
Ｗ 壁面
Ｗ１ 平面状壁面（壁面）
Ｗ２ 凹面状壁面（壁面）
Ｗ３ 凸面状壁面（壁面）
Ｘ 第１減圧空間部
Ｙ 第２減圧空間部

Claims (11)

1. 筐体に支持される吸着部と走行駆動部とを備え、吸着部にて壁面に吸着しながら走行駆動部にて該壁面を走行する壁面走行装置において、
   上記吸着部は、壁面の法線方向に進退移動可能に上記筐体に支持されていることを特徴とする壁面走行装置。
2. 前記吸着部には、前記壁面に対向しかつ上記吸着部が実効面積Ｓ１で減圧される第１減圧空間部と、上記第１減圧空間部よりも壁面から遠ざかる側に位置しかつ該第１減圧空間部に連通して実効面積Ｓ２にて減圧される第２減圧空間部とが設けられ、
   実効面積Ｓ１＞実効面積Ｓ２
   となっていることを特徴とする請求項１記載の壁面走行装置。
3. 前記吸着部は、前記第２減圧空間部の内部にて前記壁面の法線方向に摺動可能に前記筐体に支持されており、
   上記吸着部における筐体への摺動面には、シール部材が設けられていることを特徴とする請求項２記載の壁面走行装置。
4. 前記吸着部が壁面に向けて進出移動したときに、上記吸着部の前記筐体からの脱落を防止する脱落防止機構が備えられていることを特徴とする請求項２又は３記載の壁面走行装置。
5. 前記脱落防止機構は、前記吸着部における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止するものとなっていることを特徴とする請求項４記載の壁面走行装置。
6. 前記脱落防止機構は、前記吸着部における予め設定した進出移動量以上の進出移動を阻止し、かつ上記吸着部の前記筐体への脱着を可能とする移動停止部材からなっていることを特徴とする請求項４又は５記載の壁面走行装置。
7. 前記吸着部を、壁面に向けて進出移動させる弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の壁面走行装置。
8. 前記弾性部材は、前記第２減圧空間部における前記筐体と前記吸着部との間に設けられたバネにてなっていることを特徴とする請求項７記載の壁面走行装置。
9. 前記吸着部における前記壁面への接触面の摩擦係数は、前記走行駆動部における上記壁面への接触面の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の壁面走行装置。
10. 前記吸着部における前記壁面への接触面の近傍部分には、上記吸着部よりも低いヤング率を有する材料からなる吸着気密確保部が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の壁面走行装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の壁面走行装置を備えていることを特徴とする壁面清掃装置。

Images