JP3318978B2 - 吸着走行装置の吸着機構 - Google Patents

吸着走行装置の吸着機構

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利昭 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、壁面等に吸着して壁面
上を走行する吸着走行装置に係り、特に、壁面との摺動
抵抗が小さく、軽量且つ簡単な構成で、ペイロードを大
きく取れる吸着走行装置の吸着機構に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】プラント、工場等の保守点検、工事のた
めに、これらの建造物や設備の任意の場所に検査ロボッ
トや、作業ロボット等を移動させるシステムにおいて、
建造物や設備の垂直或いは傾斜した側壁面や天井等に沿
ってロボットを走行させるために、壁面等に吸着するこ
とによって自重を支えながら走行する吸着走行装置を利
用することが考えられている。
【0003】壁面等に吸着して壁面上を走行する吸着走
行装置は、吸着走行装置の本体と壁面との間に大気圧よ
りも低圧の負圧空間を形成することにより本体を壁面に
吸着させる吸着機構と、上記負圧に対抗して本体を壁面
から隔てて支持する支持部材と、壁面に沿って走行する
ための走行機構とを具備する必要がある。
【0004】一般に、支持部材と走行機構とは、本体の
壁面側に車輪等を装着することによって構成される。吸
着機構は、本体の周縁に沿って本体から壁面まで延出さ
れるスカート部材を設けることにより、本体と壁面とス
カート部材とにより空気室を区画形成すると共に、この
空気室から空気を吸い込んで外部に吹き出すブロアを設
けて、この空気室を負圧空間に形成することで構成され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の吸着機構
は、空気室の負圧を保つべくスカート部材にシール性を
持たせるものであるが、逆にシール性が良いためにブロ
アに過負荷がかかってしまう。これを防止するために
は、空気室内に外気を導入するリリーフ弁を設けて空気
室の負圧を調整する必要がある。そうすると、装置が複
雑化し、重量も増加するという問題が発生する。
【0006】また、上記従来の吸着機構は、スカート部
材がその先端部の周縁を壁面に接触している構造であ
る。従って、走行の際には、スカート部材と壁面との間
に摺動抵抗が生じる。この摺動抵抗に打ち勝って走行す
るためには、走行機構の動力部を強力にしなければなら
ず、動力の無駄が生じると共に動力部の重量の増大を招
くことになる。このため吸着走行装置全体の自重が増大
し、その分だけペイロードが小さくなるという問題があ
った。
【0007】この摺動抵抗を低減するために、スカート
部材と壁面との接触部に空気を吹き込んで浮かせること
も考えられているが、そのための空気注入機構を装備す
れば、やはり、装置が複雑化し、重量も増加するという
問題が発生する。
【0008】さらに、スカート部材は、壁面をトレース
させるために、ある程度の可撓性と弾性とを兼ね備えて
いる必要があり、例えばゴムを用いて蛇腹状に形成され
るが、スカート部材は常に付勢された状態であり、この
付勢力が本体を壁から引き離す力として働くため、負圧
を発生するブロアの吸引力を強力にしなければならず、
これもまた動力の無駄が生じると共にブロアの重量の増
大により吸着走行装置全体の自重の増大を招き、その分
だけペイロードが小さくなるという問題があった。
【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、壁面との摺動抵抗が小さく、軽量且つ簡単な構成
で、ペイロードを大きく取れる吸着走行装置の吸着機構
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ボディに壁面を走行するための走行輪を設
け、ボディの壁面側に布状体で形成されボディの外周側
を巡る断面がU字状を呈するように折り返されたスカー
ト部材を取り付けると共にこのスカート部材の丈を壁面
に接するような丈とし、このスカート部材で囲まれたボ
ディの内周側に排気口を設けると共にこの排気口に排気
ブロワを付けてこのボディの内周側に吸引室を形成し、
さらにボディ外周側にスカート部材内へ大気を導入する
開口部を開口させ、スカート部材の壁面寄りにスカート
部材に沿ってスカート部材の変形を規制する骨部材を設
けたものである。
【0011】また、ボディに壁面を走行するための走行
輪を設け、ボディの壁面側に布状体で形成されボディの
外周側を巡る断面がJ字状を呈するように大径側が大気
開放されたスカート部材を取り付けると共にこのスカー
ト部材の丈を壁面に接するような丈とし、このスカート
部材で囲まれたボディの内周側に排気口を設けると共に
この排気口に排気ブロワを付けてこのボディの内周側に
吸引室を形成し、スカート部材の壁面寄りにスカート部
材に沿ってスカート部材の変形を規制する骨部材を設け
てもよい。
【0012】
【作用】本出願人は、スカート部材自体の軽量化を図る
ためと、上記スカート部材の付勢による動力の無駄を軽
減するために、スカート部材を軽くて、しかも弾性も無
く剛性も無い部材、例えば、布や柔らかい樹脂シート等
の布状体で構成してはどうかと考えた。布状体からなる
スカート部材は、一重ではなく袋状に折り返して二重に
することで断面中空になるようにし、これをボディ周縁
に沿って枠状に形成する。このときスカート部材は、あ
る程度の接触面積をもって壁面に接触するように充分な
丈を有するものとする。このようにすれば、ボディと壁
面との間には、スカート部材で囲まれた吸引室と、この
吸引室を囲撓してスカート部材の中空部からなる枠状の
空間が区画形成されることになる。吸引室は排気ブロワ
で減圧してボディを吸引する力を働かせ、スカート部材
中空部は微圧を印加することにより、外気圧によって萎
まないようにする。また、吸引室の負圧のためにスカー
ト部材全体が吸引室側に引き込まれないように、スカー
ト部材の変形を規制する骨部材を設ける。骨部材を壁面
寄りに設置することで壁面との接触が失われないように
することができる。
【0013】ここまでの構成で、布状体で構成したスカ
ート部材でも弾性のあるスカート部材と同等の働きをさ
せることができることが分かったが、更に、この構成で
は、スカート部材が弾性も剛性も持たないので、壁面と
の接触部が適当なシール性の甘さを有している。即ち、
外気がスカート部材と壁面との接触部から吸引室内に漏
れ込むので、シール性が良い場合に起きるブロアの過負
荷という問題がない。しかも、この漏れ込みによる空気
流が、スカート部材と壁面とを適度に隔てるので摺動抵
抗の問題が解消される。また、この空気流は、スカート
部材を壁面側に引き寄せる働きもするので、スカート部
材を特別に付勢する必要がないことが分かった。
【0014】こうして、布状体で構成したスカート部材
で弾性のあるスカート部材よりも優れた働きをさせるこ
とができることが分かったが、更に、本出願人は、スカ
ート部材中空部に微圧を印加しなくても、ボディに穴を
開けてスカート部材中空部を大気開放するだけでスカー
トの機能を実現できることをことを見出だした。
【0015】即ち、本発明にあっては、上記構成によ
り、ブロアに過負荷をかけることなく、摺動抵抗や付勢
力による動力の無駄がなく、吸着を達成できることにな
る。しかも、布状体で構成したスカート部材は軽量であ
り、スカート部材を膨らませるための特別な装置も必要
でない。従って、壁面との摺動抵抗が小さく、軽量且つ
簡単な構成で、ペイロードを大きく取れる吸着走行装置
の吸着機構が実現される。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
【0017】図1は、本発明の吸着機構を備えた吸着走
行装置の側断面図である。図示されるように、吸着走行
装置のボディ1は、壁面Wに対抗する平面部2を有し、
その平面部の四隅にフランジ3を設けたものである。ボ
ディ1の平面部2の平面形状は、特に限定されないが例
えば円形、矩形等に形成される。ボディの四隅には、壁
面を走行するための走行輪4が設けられている。各走行
輪4は、フランジ3より突き出された車輪枠5に回転自
在に取り付けられ、図示されないがこれら走行輪には、
駆動機構、ステアリング機構等が連結されている。
【0018】ボディ1の壁面Wに面する平面部2には、
ボディ1の外周側を巡らせてスカート部材6が取り付け
られている。スカート部材6は、可撓性を有する布状体
からなり、本実施例ではわずかに通気性のある布生地が
用いられている。この布生地がボディ外縁1aから壁面
Wに接するまで延出され、袋状に折り返されてボディ内
側平面部2aまで延出されて、断面中空の枠状を呈する
スカート部材6を形成している。図1は、吸着走行装置
を動作させない状態で水平床面Fに載置した状態を示し
ており、スカート部材6の断面形状は略U字状を呈して
いる。スカート部材6の丈Hsは、走行輪4によって決
まる平面部2の床面Fからの高さHwに対して、 Hs=Hw+α(αは、任意の正数) の関係にある。
【0019】ボディ1には、スカート部材6で囲まれた
ボディ内周側に位置されて、壁面に面する腹部7から背
部8に抜ける排気口9が設けられている。この排気口9
には、腹部7から背部8に空気を排出する排気ブロワ1
0が設けられている。排気口9及び排気ブロワ10は、
図示されるように1箇所でもよいし、多箇所設けてもよ
い。この排気ブロワ10を設けた腹部7とスカート部材
6と壁面Wとに区画された吸引室11が形成されてい
る。また、ボディ1には、ボディ内周側のスカート部材
中空部12に対応する位置に、スカート部材内へ大気を
導入するための開口部13が開口されている。スカート
部材中空部12には、スカート部材6の径の大きい側に
沿って壁面寄りにスカート部材6の変形を規制する枠状
の骨部材14が設けられている。骨部材14は、スカー
ト部材6が径方向外方より空気圧で押されても、その周
りの各方向からの押圧が平衡することで同じ位置を維持
できるものである。
【0020】次に実施例の作用を述べる。
【0021】吸着走行装置の吸着機構が吸着動作を行っ
ているときの様子を図2に示す。図2において、排気ブ
ロワ10が腹部7から背部8に空気を排出すると、吸引
室11の内圧は、大気圧Paよりも低いPiとなる。ス
カート部材6は、そのボディ内側部分6aが吸引されて
吸引室11側に張り出されるが、骨部材14によって変
形が規制されているので、張り出しはある程度の大きさ
にとどまる。一方、このスカート部材6の張り出しに伴
って、スカート部材中空部12には開口部13から大気
が導入される。このためスカート部材中空部の内圧は、
大気圧Paよりもやや低いか等しいPtとなる。勿論、
Pt>Piである。
【0022】吸引室11が内圧Piになったことによ
り、ボディ1は、大気によって壁面Wに押し付けられ走
行輪4によって支えられる。従って、壁面吸着走行が可
能となる。この時、スカート部材6と壁面Wとの間から
吸引室11へ外気が漏れ込むため、スカート部材6と壁
面Wとの間には、骨部材14によって規制された狭い流
路15が形成される。流路15内の図示されるP1 、P
2 、P3 、P4 の圧力には、 Pi=P4 <P3 <P2 <P1 の関係が成り立っている。また、 Pt>P1 、P2 、P3 、P4 であるので、スカート部材6が壁面Wに吸い寄せられ
る。ここで、PtとP1 等との圧差は、例えば、0.0
2Kgf/cm2 未満と小さいけれども、スカート部材
6を構成する布生地が軽量且つ可撓性を有し、弾性も剛
性もないので容易に吸い寄せられることになる。また、
スカート部材6が壁面Wに完全に接すると、スカート部
材6を壁面Wに吸い寄せる力がなくなるので、大気圧に
よってスカート部材6が押されて流路15が開くことに
なる。実際には、流路15が開閉することはなく、つり
あいがとられて安定且つ好適な流路15が形成される。
また、この流路15は、スカート部材6の全周に亘って
略均一に形成される。従って、スカート部材6は、壁面
Wから浮いていることになり、摺動抵抗を有する接触面
が存在しないことになる。また、壁面Wに凹凸がある場
合、スカート部材6に可撓性があるので、自然に凹凸が
トレースされることになる。
【0023】以上説明したように、本発明にあっては、
吸引室11に外気が漏れ込むため、Piが極端に低くな
ることがなく排気ブロア10に過負荷をかけない。ま
た、スカート部材6の摺動抵抗がないので、走行の際の
無駄な動力が節約される。そして、スカート部材6を付
勢して壁面Wに押し付ける必要がないので、付勢力によ
る無駄な動力が節約される。しかも、布状体で構成した
スカート部材6は軽量であり、スカート部材6を膨らま
せるための特別な装置も必要でない。従って、壁面との
摺動抵抗が小さく、軽量且つ簡単な構成で、ペイロード
を大きく取れる吸着走行装置の吸着機構が実現される。
【0024】なお、本実施例にあっては、スカート部材
6をわずかに通気性のある布生地で構成したが、布目か
らの通気性のない布生地を用いても、Pa≧Pt>Pi
の関係が成立すれば同等の作用効果を発揮することは勿
論である。また、スカート部材6を均一の生地で構成し
ないで、一部に通気性を持たせ他部に通気性をなくして
もよい。
【0025】次に本発明の変形実施例を説明する。
【0026】図3は、図1の吸着走行装置と同様のボデ
ィ1、走行輪4、スカート部材6、排気ブロワ10、骨
部材14を有しているが、スカート部材6の大径側にあ
たるボディ外側部分6bを取り除いて、この取り除いた
ボディ外側部分6bを図1の実施例の開口部13にかわ
る開口部16としたものである。ボディ外側部分6bを
取り除いたことにより、スカート部材6の断面はJ字状
を呈する。この構成においても、排気ブロワ10が腹部
7から背部8に空気を排出すると、吸引室11の内圧が
下がり、スカート部材6は、そのボディ内側部分6aが
吸引されて吸引室11側に張り出される。この場合、骨
部材14はスカート部材6の端部に取り付けられてお
り、スカート部材6が必要以上にボディ内側に吸い込ま
れないようにして変形を規制している。開口部16は、
図1の実施例の開口部13と同等の働きをする。その結
果、排気ブロア10の過負荷、スカート部材6の摺動抵
抗、スカート部材6の付勢力等の問題が、図1の実施例
と同じように解決される。
【0027】なお、実施例、変形実施例ともに、布状体
で形成されたスカート部材6をボディ1に直接取り付け
る構成としたが、ボディ1より剛性のある材料からなる
スカート部材を延出し、その先端の壁面に接する近傍の
み布状体で形成されたスカート部材6を用いてもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0029】(1)吸着機構が軽量且つ簡単な構成とな
るので、吸着走行装置のペイロードを大きく取れること
になり、実用性が高まる。
【0030】(2)スカート部材が柔らかいので、壁面
に凹凸があっても影響されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す吸着走行装置の側断面
図である。
【図2】図1の吸着走行装置において吸着機構が吸着動
作を行っているときの様子を示す説明図である。
【図3】本発明の変形実施例を示す吸着走行装置の側断
面図である。
【符号の説明】
1 ボディ 4 走行輪 6 スカート部材 9 排気口 10 排気ブロワ 11 吸引室 13 開口部 14 骨部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 57/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボディに壁面を走行するための走行輪を
    設け、ボディの壁面側に布状体で形成されボディの外周
    側を巡る断面がU字状を呈するように折り返されたスカ
    ート部材を取り付けると共にこのスカート部材の丈を壁
    面に接するような丈とし、このスカート部材で囲まれた
    ボディの内周側に排気口を設けると共にこの排気口に排
    気ブロワを付けてこのボディの内周側に吸引室を形成
    し、さらにボディ外周側にスカート部材内へ大気を導入
    する開口部を開口させ、スカート部材の壁面寄りにスカ
    ート部材に沿ってスカート部材の変形を規制する骨部材
    を設けたことを特徴とする吸着走行装置の吸着構造。
  2. 【請求項2】 ボディに壁面を走行するための走行輪を
    設け、ボディの壁面側に布状体で形成されボディの外周
    側を巡る断面がJ字状を呈するように大径側が大気開放
    されたスカート部材を取り付けると共にこのスカート部
    材の丈を壁面に接するような丈とし、このスカート部材
    で囲まれたボディの内周側に排気口を設けると共にこの
    排気口に排気ブロワを付けてこのボディの内周側に吸引
    室を形成し、スカート部材の壁面寄りにスカート部材に
    沿ってスカート部材の変形を規制する骨部材を設けたこ
    とを特徴とする吸着走行装置の吸着構造。
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