JP2020192918A

JP2020192918A - 磁気吸着移動装置

Info

Publication number: JP2020192918A
Application number: JP2019100379A
Authority: JP
Inventors: 完米田; Kan Yoneda; 匡浩進藤; Masahiro Shindo; 亀井　聡; Satoshi Kamei; 聡亀井; 俊宏近藤; Toshihiro Kondo
Original assignee: Chiba Institute of Technology; Oriental Shiraishi Corp
Current assignee: Chiba Institute of Technology; Oriental Shiraishi Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: JP7178325B2

Abstract

【課題】被吸着面に対する高い磁気吸着力を安定的に確保することが可能な磁気吸着移動装置を提供する。【解決手段】磁力により天井面５に吸着する吸着ユニット１１０と、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０を天井面５と摺動させながら吸着ユニット１１０と共に天井面５に沿って移動可能に駆動する走行駆動体１２０と、走行駆動体１２０と吸着ユニット１１０とを相対移動可能に接続するスライドガイド機構１３０と、力伝達機構１４０とを備える。力伝達機構１４０は、吸着ユニット１１０に対し走行駆動体１２０が相対移動すべく駆動するときに、駆動力に応じた力を受けて作動し、その受けた力の一部を天井面５から吸着ユニット１１０を引き離す方向の力に変換して吸着ユニット１１０に伝達する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁力により被吸着面に吸着しながら被吸着面に沿って移動する磁気吸着移動装置に関する。

上記のような磁気吸着移動装置としては、橋梁等の構造物における天井面や壁面等の被吸着面（鉄等の強磁性体で構成される）上を、車輪を介して走行移動する走行ロボットが知られている。このような走行ロボットとして下記特許文献１には、車輪の周方向に沿って複数の磁石を配置した構成の走行ロボットが開示されている。この走行ロボットは、磁石を配置した車輪を被吸着面に吸着させることにより被吸着面に支持されるようになっている。また、下記特許文献２には、前後の車輪間の車体上に、被吸着面から距離を置いて磁石を配置した構成の走行ロボットが開示されている。この走行ロボットは、被吸着面から離れて配置された磁石の吸着力（吸引力）により被吸着面に支持されるようになっている。また、この走行ロボットは、被吸着面の状況（段差等の有無）に応じて被吸着面から磁石までの距離（ギャップ）を調整できるように構成されている。

特許第６３７１８９６号公報特開平１０‐２４８７５号公報

車輪に磁石を配置した構成の走行ロボットにおいては、装備した磁石のごく一部しか被吸着面への吸着に寄与しないので、高い磁気吸着力を確保することが難しいという課題がある。被吸着面から磁石との間にギャップを設ける構成の走行ロボットにおいては、ギャップの微小変化に応じて磁石の吸着力が大きく変化してしまうため、磁気吸着力を安定的に確保することが難しいという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被吸着面に対する高い磁気吸着力を安定的に確保することが可能な磁気吸着移動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明に係る磁気吸着移動装置は、磁力により被吸着面（例えば、第１実施形態における天井面５）に吸着する吸着体（例えば、第１実施形態における吸着ユニット１１０）と、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持されるとともに、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を前記被吸着面と摺動させながら前記吸着体と共に前記被吸着面に沿って移動可能に駆動する移動基部（例えば、第１実施形態における走行駆動体１２０）と、前記移動基部と前記吸着体とを相対移動可能に接続する接続機構（例えば、第１実施形態におけるスライドガイド機構１３０）と、前記吸着体と前記移動基部との間に設けられ、前記被吸着面に吸着した前記吸着体に対し前記移動基部が、前記被吸着面に沿って相対移動すべく駆動するときに、前記移動基部の駆動力に応じた力を前記移動基部から受けて作動し、その受けた力の少なくとも一部を前記被吸着面から前記吸着体を引き離す方向の力に変換して前記吸着体に伝達する力伝達機構と、を備えて構成される。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記吸着体と前記移動基部との間に配置され、
前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持される前記移動基部を前記被吸着面に向けて付勢する弾性部材（例えば、第１実施形態におけるコイルばね１５０）を備えることが好ましい。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記力伝達機構は、前記移動基部および前記吸着体の一方に設けられた、斜面を有する第１の力伝達部材（例えば、第１実施形態におけるスロープ部材１４１）と、前記移動基部および前記吸着体の他方に設けられた、前記斜面と接触可能な接触体を有する第２の力伝達部材（例えば、第１実施形態におけるローラ部材１４２）とを備え、前記第１および第２の力伝達部材のうち前記移動基部に設けられた方の力伝達部材が受けた前記駆動力に応じた力の少なくとも一部を、前記斜面および前記接触体を介して前記引き離す方向の力に変換し、その変換した力を前記第１および第２の力伝達部材のうち前記吸着体に設けられた方の力伝達部材を介して前記吸着体に伝達するように構成されることが好ましい。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記斜面が平面により構成され、前記接触体が前記他方に回転可能に保持された円筒体（例えば、第１実施形態における円筒ローラ１４２ｂ）により構成されるとすることができる。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記斜面が曲面により構成され、前記接触体が前記他方に回転可能に保持された球体（例えば、第２実施形態におけるボールローラ４３４）により構成されるとすることもできる。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記接続機構は、前記移動基部と前記吸着体を、前記被吸着面と垂直な方向に相対的にスライド移動可能に接続する第１のスライド機構（例えば、第１実施形態における鉛直スライドガイド機構１３１）と、前記移動基部と前記吸着体を、前記被吸着面と平行な方向に相対的にスライド移動可能に接続する第２のスライド機構（例えば、第１実施形態における水平スライドガイド機構１３２）と、を有して構成されることが好ましい。

上記構成の磁気吸着移動装置において、複数の前記吸着体を備えることが好ましい。その場合、前記複数の吸着体のそれぞれに対応する複数の前記力伝達機構を備えることが好ましい。

上記構成の磁気吸着移動装置において、前記移動基部は、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持されているときに前記被吸着面に接触する車輪を有し、前記車輪を回転駆動させて前記被吸着面上を移動するように構成することができる。その場合、前記車輪は、前記被吸着面上の任意の方向に移動可能な全方向移動車輪とすることができる。前記車輪を、全方向移動車輪以外の一般的な車輪（操舵輪でも非操舵輪でも可）としてもよい。

本発明においては、被吸着面に吸着した吸着体を介して被吸着面に支持される移動基部が駆動することにより、被吸着面に吸着した吸着体を被吸着面と摺動させながら被吸着面に沿って移動する。移動中も吸着体は被吸着面に接触して磁気吸着した状態に保たれる（吸着体が被吸着面から離れない）ので、被吸着面に対する高い磁気吸着力を安定的に確保することができる。

また、本発明においては、被吸着面に吸着した吸着体に対し移動基部が被吸着面に沿って相対移動すべく駆動するときに、力伝達機構が、移動基部の駆動力に応じた力を移動基部から受けて作動し、その受けた力の少なくとも一部を被吸着面から吸着体を引き離す方
向の力に変換して吸着体に伝達する。この引き離す方向の力が吸着体に伝達されることにより、被吸着面に対する吸着体の接触力が低減し、それによって吸着体を被吸着面に摺動させるために必要となる駆動力が低減する。そのため、このような力伝達機構を有していない場合と比較して、より小さな駆動力により、被吸着面に吸着した吸着体を被吸着面と摺動させながら、被吸着面に沿って移動することができる。

ニューマチックケーソン工法の主要設備を示す縦断面図である。第１実施形態に係る磁気吸着移動装置の全体構成を示す模式図である。第１実施形態に係る磁気吸着移動装置が天井面の凸部を乗り越える場合の状態例を示す模式図である。第１実施形態に係る磁気吸着移動装置における力伝達機構の作用を説明するための模式図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置の全体構成を示す斜視図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置の正面図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置の一部を破断して示す平面図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置の一部を破断して示す側面図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置における車輪駆動装置を示す斜視図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置における磁気吸着・力伝達装置の全体構成を示す斜視図である。上記磁気吸着・力伝達装置の平面図である。上記磁気吸着・力伝達装置の正面図である。上記磁気吸着・力伝達装置の側面図である。上記磁気吸着・力伝達装置の、図１２に示すＡ‐Ａ線に沿った断面図である。第２実施形態に係る磁気吸着移動装置が天井面に吸着支持された状態を示す図である。上記磁気吸着・力伝達装置が天井面に吸着した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る磁気吸着移動装置が使用されるニューマチックケーソン工法の主要設備について図１を用いて説明する。ニューマチックケーソン工法においては、掘削設備Ｅ１、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３、送気設備Ｅ４および予備・安全設備Ｅ５を用いて、鉄筋コンクリート製のケーソン１を地中に沈下させていくことにより、地下構造物を構築する。

掘削設備Ｅ１は、ケーソン１の底部に設けられた作業室２内に設置されるケーソンショベル６０と、ケーソンショベル６０により掘削された土砂をアースバケット３１に積み込む土砂自動積込装置１１と、ケーソンショベル６０を遠隔操作する遠隔操作装置１２を備える地上遠隔操作室１３とを有している。

艤装設備Ｅ２は、地上と作業室２とを繋ぐマンシャフト２１と、マンシャフト２１に設けられたマンロック２２および螺旋階段２５と、アースバケット３１を地上に運び出すためのマテリアルシャフト２３と、マテリアルシャフト２３に設けられたマテリアルロック２４とを有している。

排土設備Ｅ３は、アースバケット３１と、土砂を積んだアースバケット３１を地上まで運び出すためのキャリア装置３２と、運び出された土砂を一時的に貯めておく土砂ホッパー３３とを有している。

送気設備Ｅ４は、送気管４１および送気路３を介して作業室２内に圧縮空気を送る空気圧縮機４２と、圧縮空気を浄化する空気清浄装置４３と、空気圧縮機４２から作業室２内へ送る圧縮空気の量（圧力）を調整する送気圧力調整装置４４と、マンロック２２内の気圧を減圧する自動減圧装置４５とを有している。

予備・安全設備Ｅ５は、空気圧縮機４２に代わって作業室２内に圧縮空気を送ることが可能な非常用空気圧縮機５１と、作業室２内で作業を行った作業者の身体を大気圧に慣らしていくためのホスピタルロック５３（減圧室）とを有している。

次に、本発明の第１実施形態に係る磁気吸着移動装置１００について、図２〜図４を追加参照して説明する。以下の説明では、図２および図３に示す矢印Ｆの向きを前方と称し、矢印Ｒの向きを後方と称する。磁気吸着移動装置１００は、図２に示すように、作業室２の天井面５（鉄板で構成される）に磁気吸着する吸着ユニット１１０と、天井面５に沿って移動可能に駆動する走行駆動体１２０とを主体として構成されている。

吸着ユニット１１０は、永久磁石１１１と、永久磁石１１１を保持する磁石保持フレーム１１２とを備える。磁石保持フレーム１１２は、上下方向に延びて上端部が永久磁石１１１に取り付けられた鉛直フレーム部１１２ａと、前後方向に延びて鉛直フレーム部１１２ａに固定された水平フレーム部１１２ｂとを有している。

走行駆動体１２０は、基部フレーム１２１と、基部フレーム１２１に回転自在に設けられた４個の車輪１２２（紙面手前側の２個のみを図示）と、車輪１２２を回転駆動させる車輪駆動装置（図示せず）とを備える。車輪駆動装置は、例えば、電動モータや歯車機構を有して構成され、車輪１２２ごとに設けられる。

磁気吸着移動装置１００は、さらに、吸着ユニット１１０と走行駆動体１２０とを相対移動（相対変位）可能に接続するスライドガイド機構１３０と、吸着ユニット１１０と走行駆動体１２０との間に設けられた力伝達機構１４０と、吸着ユニット１１０と走行駆動体１２０との間に配置された２個のコイルばね１５０とを備えている。

スライドガイド機構１３０は、吸着ユニット１１０と走行駆動体１２０（基部フレーム１２１）とを上下方向に相対移動可能に接続する鉛直スライドガイド機構１３１と、吸着ユニット１１０と走行駆動体１２０（基部フレーム１２１）とを前後方向に相対移動可能に接続する水平スライドガイド機構１３２とから構成されている。

力伝達機構１４０は、走行駆動体１２０（基部フレーム１２１の下面部）に設けられたスロープ部材１４１と、吸着ユニット１１０（鉛直フレーム部１１２ａの下端部）に設けられたローラ部材１４２とを備えている。スロープ部材１４１は、前後方向に傾斜した平面で構成される２個の斜面１４１ａ，１４１ｂを有しており、２個の斜面１４１ａ，１４１ｂは下方に向かって凹状となるように前後対称に配置されている。ローラ部材１４２は、吸着ユニット１１０（鉛直フレーム部１１２ａの下端部）に支持された軸部１４２ａと、この軸部１４２ａに回転自在に取り付けられた円筒ローラ１４２ｂとを有している。

コイルばね１５０は、吸着ユニット１１０の水平フレーム部１１２ｂと走行駆動体１２０の基部フレーム１２１との間に、スライドガイド機構１３０を介して配置される。吸着ユニット１１０を天井面５に吸着することによりコイルばね１５０は圧縮された状態となり、基部フレーム１２１を天井面５に向けて押圧付勢するともに吸着ユニット１１０を天井面５から引き離す方向に押圧付勢する。

このように構成された磁気吸着移動装置１００においては、吸着ユニット１１０（永久磁石１１１）が天井面５に吸着されることにより、走行駆動体１２０（磁気吸着移動装置１００）が天井面５に支持される。具体的には吸着ユニット１１０が天井面５に吸着された状態において、コイルばね１５０が走行駆動体１２０（基部フレーム１２１）を天井面５に向けて押圧付勢することにより、走行駆動体１２０が天井面５に支持され車輪１２２が天井面５に押し当てられる。

以下、磁気吸着移動装置１００が天井面５に沿って移動する際の作動内容について説明する。磁気吸着移動装置１００（走行駆動体１２０）が天井面５に対し停止した状態（車輪１２２が駆動していない状態）において吸着ユニット１１０には、永久磁石１１１の吸着力による鉛直上向きの力（Ｆａとする）が作用するとともに、コイルばね１５０の弾性力による鉛直下向きの力（Ｆｅとする）が作用する。これにより、吸着ユニット１１０（永久磁石１１１）と天井面５との間には（Ｆａ−Ｆｅ）の力に応じた接触力が作用する。この状態では、吸着ユニット１１０を天井面５と摺動させることに対する最大静止摩擦力は、摩擦係数をμとしてμ×（Ｆａ−Ｆｅ）となる。よって、μ×（Ｆａ−Ｆｅ）以上の水平方向の力を吸着ユニット１１０に作用させない限り、吸着ユニット１１０は動き出さない。なお、ここでは簡略化のため、吸着ユニット１１０の自重による重力は無視して考える。また、磁気吸着移動装置１００が停止した状態のとき、力伝達機構１４０におけるローラ部材１４２の円筒ローラ１４２ａは、スロープ部材１４１の中央部に位置して、２個の斜面１４１ａ，１４１ｂと軽く接触した状態になる。そして、このとき円筒ローラ１４２ａと斜面１４１ａ，１４１ｂとの間に作用する力は微小であり無視して考える。

走行駆動体１２０が天井面５に沿って移動（ここでは前方への移動とする）すべく車輪１２２を回転駆動させると、その駆動力によりスロープ部材１４１が走行駆動体１２０と共に前方へ移動しようとする。このとき、その駆動力に応じた力の一部が、スロープ部材１４１の斜面１４１ｂを介してローラ部材１４２の円筒ローラ１４２ｂに作用する。具体的には、図４に示すように、斜面１４１ｂの楔効果により斜面１４１ｂから円筒ローラ１４２ｂに対し斜面１４１ｂと垂直な方向の力が作用する。この垂直方向の力により円筒ローラ１４２ｂには、鉛直下向きの分力と水平前向きの分力とが作用する。そのうち、鉛直下向きの分力は、ローラ部材１４２を介して吸着ユニット１１０に、吸着ユニット１１０を天井面５から引き離す方向の力（Ｆｂとする）として伝達される。

このとき、吸着ユニット１１０（永久磁石１１１）と天井面５との間には（Ｆａ−Ｆｅ−Ｆｂ）の力に応じた接触力が作用する。すなわち、接触力は、車輪１２２を回転駆動させない状態のときと比べて減少する。この接触力の減少により、天井面５と吸着ユニット１１０との間の最大静止摩擦力（吸着ユニット１１０が動き出す直前の静止摩擦力）が減少する。これにより、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０を摺動させるために必要となる駆動力（必要駆動力と称する）も低減する。この低減した必要駆動力を超える駆動力を発生させることにより走行駆動体１２０は、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０を天井面５と摺動させながら、吸着ユニット１１０と共に天井面５に沿って移動することができる。なお、接触力が低減した場合でも、吸着ユニット１１０の吸着力（Ｆａ）は、走行駆動体１２０を支持するのに必要な力以上となるようにしている。

このように力伝達機構１４０は、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０を天井面５と摺動させるための必要駆動力が小さくなるように、吸着ユニット１１０が天井面５に吸着した状態において、天井面５に対する吸着ユニット１１０の接触力を自動調整する機能を有している。そのため、このような力伝達機構１４０を備えていない場合と比較すると磁気吸着移動装置１００は、より小さな駆動力により、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０を天井面５と摺動させながら、天井面５に沿ってスムーズに移動することができる。ここでは、磁気吸着移動装置１００が移動を開始する場合について説明したが、磁気吸着
移動装置１００が移動中の場合も、力伝達機構１４０は同様に機能する。

次に、図３に示すように、天井面５に凸部５ａが形成されており、天井面５に吸着した吸着ユニット１１０が、この凸部５ａを乗り越える場合について説明する。磁気吸着移動装置１００が天井面５に沿って前方に移動しているときに、吸着ユニット１１０（永久磁石１１１）が凸部５ａに差し掛かると、凸部５ａにより吸着ユニット１１０の移動が妨げられ、これにより走行駆動体１２０が吸着ユニット１１０に対し前方に相対移動（相対変位）する。この相対移動の際、力伝達機構１４０の円筒ローラ１４２ａが斜面１４１ａに沿って後方および下方へと移動し、これにより走行駆動体１２０に対し吸着ユニット１１０を鉛直下方へ自動的に相対移動させることができる。そのため、磁気吸着移動装置１００は、吸着ユニット１１０を凸部５ａと摺動させながら凸部５ａを乗り越えて移動することができる。

なお、吸着ユニット１１０を凸部５ａと摺動させながら凸部５ａをスムーズに乗り越えられるようにするため、永久磁石１１１の全周の端部または前後方向の端部に斜面やＲ面でテーパをつけてもよい。また、図２に示す状態のときに、力伝達機構１４０の円筒ローラ１４２ａが斜面１４１ａ，１４１ｂから所定距離だけ離間する配置となるように、力伝達機構１４０を構成してもよい。こうすることにより、天井面５に凹部（図示せず）が形成されている場合でも対応することが可能となる。例えば、磁気吸着移動装置１００が前方に移動しているときに吸着ユニット１１０が凹部に差し掛かかった場合、力伝達機構１４０の円筒ローラ１４２ａが斜面１４１ａに沿って前方および上方へと移動することにより、走行駆動体１２０に対し吸着ユニット１１０を鉛直上方へ自動的に相対移動させることができる。そのため、磁気吸着移動装置１００は、吸着ユニット１１０を凹部と摺動させながら凹部を越えて移動することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る磁気吸着移動装置２００について、図５〜図１６を追加参照して説明する。以下の説明において方向について言及するときは、図５等に付した矢印の方向Ｘ（Ｘ^＋，Ｘ⁻）、Ｙ（Ｙ^＋，Ｙ⁻）、Ｚ（Ｚ^＋，Ｚ⁻）に従う。また、図５〜図８に示す磁気吸着移動装置２００は、被吸着面（天井面５）に吸着していない状態のものである。図５〜図８に示すように、磁気吸着移動装置２００は、走行駆動体３００と、４個の磁気吸着・力伝達装置４００とを主体として構成されている。

走行駆動体３００は、矩形箱状に形成された基部フレーム３１０と、基部フレーム３１０に回転自在に設けられた４個の車輪３２０と、車輪３２０を回転駆動させる４個の車輪駆動装置３３０とを備える。車輪駆動装置３３０は、図９に示すように、電動モータ３３１と、電動モータ３３１の駆動力を車輪３２０に伝える歯車機構３３２とを有して構成され、車輪３２０ごとに設けられる。詳細な構成の図示は省略しているが、各車輪３２０は、メカナムホイール等の全方向移動車輪により構成されている。

４個の磁気吸着・力伝達装置４００は、基部フレーム３１０の底部３１１に形成された４個の開口部３１２（図７を参照）の位置にそれぞれ設けられている。磁気吸着・力伝達装置４００は、図１０〜図１４に示すように、吸着ユニット４１０と、力伝達機構４３０と、スライドガイド機構４５０とが組み合わされて構成されている。

吸着ユニット４１０は、Ｚ方向（Ｚ^＋方向およびＺ⁻方向）に延びる４本のシャフト４１１と、各シャフト４１１の一端部に設けられた保持プレート４１２と、各シャフト４１１の他端部に設けられた斜面プレート４１３と、保持プレート４１２の片面（Ｚ⁻方向側の面）に設けられた６個の磁石部材４１４とを備える。詳しい構成の図示は省略しているが、各磁石部材４１４は、永久磁石とヨークとを組み合わせて構成されている。

力伝達機構４３０は、図１４に示すように、上述の斜面プレート４１３とローラユニット４３１とから構成されている。ローラユニット４３１は、基部フレーム３１０の底部３１１に固定される台座部材４３２と、台座部材４３２に固定された球受け部材４３３と、球受け部材４３３にベアリング（図示せず）を介して回転自在に設けられたボールローラ４３４とを有する。斜面プレート４１３は、ボールローラ４３４と接触するように配置された、球面で構成される斜面４３５を有している。

スライドガイド機構４５０は、走行駆動体３００と吸着ユニット４１０とを相対移動可能に接続する接続機構を構成する。スライドガイド機構４５０は、４本のシャフト４１１のそれぞれに、Ｚ方向に移動自在に設けられた４個のリニアブッシュ４５１と、４個のリニアブッシュ４５１を保持する第１スライドプレート４５２と有している。また、スライドガイド機構４５０は、基部フレーム３１０の底部３１１に固定される一対の固定プレート４５３と、各固定プレート４５３の片面（Ｚ^＋方向側の面）に、Ｙ方向（Ｙ^＋方向およびＹ⁻方向）に延びるように設けられた第１ガイドレール４５４と、第１ガイドレール４５４にスライド移動可能に取り付けられた第１スライダ４５５（図１２を参照）と、第１スライダ４５５をそれぞれ保持する一対の第２スライドプレート４５６と、一対の第２スライドプレート４５６の間に架け渡されるように設けられた、Ｘ方向（Ｘ^＋方向およびＸ⁻方向）に延びる一対の第２ガイドレール４５７と、第２ガイドレール４５７にスライド移動可能に取り付けられた第２スライダ４５８（図１３を参照）とを有している。第２スライダ４５８は、第１スライドプレート４５２のＺ⁻方向側の面に固定されている。

シャフト４１１、リニアブッシュ４５１および第１スライドプレート４５２により、走行駆動体３００と吸着ユニット４１０とを、Ｚ方向に相対的にスライド移動可能に接続する第１のスライド機構が構成されている。また、固定プレート４５３、第１ガイドレール４５４、第１スライダ４５５、第２スライドプレート４５６、第２ガイドレール４５７、第２スライダ４５８および第１スライドプレート４５２により、走行駆動体３００と吸着ユニット４１０とを、Ｘ方向およびＹ方向に相対的にスライド移動可能に接続する第２のスライド機構が構成されている。図１１〜図１３では、スライド移動した吸着ユニット４１０を破線で図示している。

また、図１４に示すように各シャフト４１１には、斜面プレート４１３と第１スライドプレート４５２との間にコイルばね４６０が設けられている。このコイルばね４６０は、吸着ユニット４１０を被吸着面（天井面５）に吸着させることにより圧縮された状態となり、走行駆動体３００（基部フレーム３１０）を天井面５に向けて押圧付勢するともに吸着ユニット４１０を天井面５から引き離す方向に押圧付勢する。

このように構成された磁気吸着移動装置２００においては、吸着ユニット４１０（磁石部材４１４）が天井面５に吸着されることにより、走行駆動体３００（磁気吸着移動装置２００）が天井面５に支持される。具体的にはコイルばね４６０が走行駆動体３００（基部フレーム３１０）を天井面５に向けて押圧付勢し、これにより、走行駆動体３００が天井面５に支持され車輪３２０が天井面５に押し当てられる（図１５および図１６を参照）。そして、車輪３２０を回転駆動することにより、走行駆動体３００は、天井面５に吸着した吸着ユニット４１０を天井面５と摺動させながら、吸着ユニット４１０と共に天井面５に沿って移動する。磁気吸着移動装置２００においては、車輪３２０が全方向移動車輪なので、各車輪３２０の回転駆動を制御することにより、天井面５上の任意の方向に移動することができる。

走行駆動体３００が天井面５に沿って移動するとき力伝達機構４３０は、天井面５に吸着した吸着ユニット４１０を天井面５と摺動させるための必要駆動力が小さくなるように、吸着ユニット４１０が天井面５に吸着した状態において、天井面５に対する吸着ユニッ
ト４１０の接触力を自動調整する。このような力伝達機構４３０の機能は、第１実施形態の力伝達機構１４０と同様のものであり、詳細な説明は省略する。なお、第１実施形態の力伝達機構１４０では、駆動力に応じた力の一部が、スロープ部材１４１の斜面１４１ｂを介してローラ部材１４２の円筒ローラ１４２ｂに作用する。これに対し、力伝達機構４３０では、駆動力に応じた力の一部が、ローラユニット４３１のボールローラ４３４を介して斜面プレート４１３の斜面４３５に作用する。そして、斜面プレート４１３を介して吸着ユニット４１０に、吸着ユニット４１０を天井面５から引き離す方向の力が伝達される。

また、磁気吸着移動装置２００においては、天井面５に沿って移動しているときに、吸着ユニット４１０（磁石部材４１４）が天井面５上の凹凸部に差し掛かった場合、走行駆動体３００が吸着ユニット４１０に対し相対移動（相対変位）し、これにより、力伝達機構４３０のボールローラ４３４が斜面４３５に沿って移動する。この移動により、走行駆動体３００に対し吸着ユニット４１０を鉛直方向に自動的に相対移動させることができる。そのため、磁気吸着移動装置２００は、吸着ユニッ４１０を凹凸部と摺動させながら凹凸部を越えて移動することができる。なお、力伝達機構４３０においては、斜面４３５が球面で構成され、斜面４３５と接触して力を伝達する接触体がボールローラ４３４で構成されている。そのため、走行駆動体３００が天井面５上のどのような方向に移動する場合でも、所期の機能を発揮することができる。斜面４３５は、球面以外の曲面、例えば、円錐面や放物面、双曲面等で構成してもよい。

さらに、磁気吸着移動装置２００においては、４個の吸着ユニット４１０を備えており、いずれかの吸着ユニット４１０が天井面５から離れても天井面５に対する支持力を確保できるようになっている。そのため、いずれかの吸着ユニット４１０が段差等の障害部により移動を妨げられた場合でも対応可能である。具体的には、磁気吸着移動装置２００が天井面５に沿って移動しているときに、いずれかの吸着ユニット４１０が段差等の障害部に差し掛かり、その障害部によって当該吸着ユニット４１０の移動が妨げられた場合、走行駆動体３００が当該吸着ユニット４１０に対し相対移動し、これにより、当該吸着ユニット４１０に対応する力伝達機構４３０のボールローラ４３４が斜面４３５に沿って移動する。この移動により、当該吸着ユニット４１０を鉛直下方に移動させて天井面５から引き離し、障害部を越えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、車輪を駆動させて被吸着面上を移動するように構成されているが、クローラ装置等の他の走行装置を駆動させて被吸着面上を移動するように構成してもよい。あるいは、被吸着面と接触して駆動力を伝達可能な複数の脚部を備え、これらの脚部を移動させながら被吸着面に沿って移動するように構成してもよい。また、力伝達機構については、リンク機構を用いてこれを構成してもよい。吸着体の磁石として電磁石を用いてもよい。

また、上述の実施形態では、ニューマチックケーソン工法における作業室内の天井面に吸着しながら移動する場合の態様を例にとって説明したが、本発明は、橋梁や鉄塔、建造物の壁面等、磁気吸着することが可能な被吸着面がある種々の場所で被吸着面に沿って移動するための移動装置として適用することができる。

１ケーソン
２作業室
５天井面（被吸着面）
１００，２００磁気吸着移動装置
１１０，４１０吸着ユニット（吸着体）
１２０，３００走行駆動体（走行基部）
１３０，４５０スライドガイド機構（接続機構）
１４０，４３０力伝達機構
１４１スロープ部材（第１の力伝達部材）
１４１ａ，１４１ｂ，４３５斜面
１４２ローラ部材（第２の力伝達部材）
１４２ｂ円筒ローラ（円筒体）
１５０，４６０コイルばね（弾性部材）
４００磁気吸着・力伝達装置
４１３斜面プレート（第１の力伝達部材）
４３１ローラユニット（第２の力伝達部材）
４３４ボールローラ（球体）

Claims

磁力により被吸着面に吸着する吸着体と、
前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持されるとともに、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を前記被吸着面と摺動させながら前記吸着体と共に前記被吸着面に沿って移動可能に駆動する移動基部と、
前記移動基部と前記吸着体とを相対移動可能に接続する接続機構と、
前記吸着体と前記移動基部との間に設けられ、前記被吸着面に吸着した前記吸着体に対し前記移動基部が、前記被吸着面に沿って相対移動すべく駆動するときに、前記移動基部の駆動力に応じた力を前記移動基部から受けて作動し、その受けた力の少なくとも一部を前記被吸着面から前記吸着体を引き離す方向の力に変換して前記吸着体に伝達する力伝達機構と、を備えて構成されることを特徴とする磁気吸着移動装置。
前記吸着体と前記移動基部との間に配置され、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持される前記移動基部を前記被吸着面に向けて付勢する弾性部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気吸着移動装置。
前記力伝達機構は、
前記移動基部および前記吸着体の一方に設けられた、斜面を有する第１の力伝達部材と、
前記移動基部および前記吸着体の他方に設けられた、前記斜面と接触可能な接触体を有する第２の力伝達部材とを備え、
前記第１および第２の力伝達部材のうち前記移動基部に設けられた方の力伝達部材が受けた前記駆動力に応じた力の少なくとも一部を、前記斜面および前記接触体を介して前記引き離す方向の力に変換し、その変換した力を前記第１および第２の力伝達部材のうち前記吸着体に設けられた方の力伝達部材を介して前記吸着体に伝達するように構成されることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の磁気吸着移動装置。
前記斜面が平面により構成され、前記接触体が前記他方に回転可能に保持された円筒体により構成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気吸着移動装置。
前記斜面が曲面により構成され、前記接触体が前記他方に回転可能に保持された球体により構成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気吸着移動装置。
前記接続機構は、
前記移動基部と前記吸着体を、前記被吸着面と垂直な方向に相対的にスライド移動可能に接続する第１のスライド機構と、
前記移動基部と前記吸着体を、前記被吸着面と平行な方向に相対的にスライド移動可能に接続する第２のスライド機構と、を有して構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気吸着移動装置。
複数の前記吸着体を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気吸着移動装置。
前記複数の吸着体のそれぞれに対応する複数の前記力伝達機構を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁気吸着移動装置。
前記移動基部は、前記被吸着面に吸着した前記吸着体を介して前記被吸着面に支持されているときに前記被吸着面に接触する車輪を有し、前記車輪を回転駆動させて前記被吸着面上を移動することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁気吸着移動装置。
前記車輪は、前記被吸着面上の任意の方向に移動可能な全方向移動車輪であることを特徴とする請求項９に記載の磁気吸着移動装置。