JP4549632B2

JP4549632B2 - 振動式移動装置

Info

Publication number: JP4549632B2
Application number: JP2003070575A
Authority: JP
Inventors: 昭雄田中
Original assignee: 昭雄田中
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004275885A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動による移動機構を用いた振動式移動装置に関し、特に教育に適し、特殊な空間にも侵入できる振動式移動装置に関する。
【０００２】
【技術背景】
従来、振動を用いた移動機構としてブラシ移動手段に用いた振動式移動装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この振動式移動装置は、シャシの下面に「毛」を寝かせたブラシが取り付けられ、シャシの上面に振動手段が設けられている。振動手段が駆動されると、振動がブラシに伝えられ、振動式移動装置はブラシの「毛」が寝た方向とは逆方向に移動する。
【０００４】
特許文献１では、シャシの下部にレール受けが形成されており、振動式移動装置はレールを軌道として移動する。
ところが、この振動式移動装置では、ブラシの配置、振動手段の位置、振動周波数・振動振幅・偏心錘体の重心、シャシの形状等により移動効率が大きく変化するが、これらを変更できるようには構成されていない。このため、振動式移動装置の動作原理の理解や動作特性の把握をすることは容易ではない。
【０００５】
一方、水道管等の配管内を移動するタイヤで動く装置も知られている。この装置は、タイヤのスリップにより移動ができなかったり、垂直移動ができなかったりすることがある。
【０００６】
【特許文献１】
実開平５−８２４９３号
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、教育に適し、特殊な空間に侵入できる振動による移動機構を用いた振動式移動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の振動式移動手段は、回転軸に偏心錘体が取り付けられているモータからなる振動手段と、この振動手段が発生する振動により移動面に沿う移動力を発生する移動力発生手段とを備えた振動式移動装置であって、
前記移動力発生手段は左右対称に配置された左右一対で構成され、前記振動手段は各移動力発生手段に対応して左右対称に進行方向に対して「ハ」字形状に開くように配置された左右一対で構成されており、前記モーターの回転方向を相互に逆向きとし、
前記移動力発生手段は、その移動方向後方に斜めに湾曲して突出する多数のワイヤーを有すること、または、移動力発生手段は、その移動方向後方に斜めに突出する多数の波形断面部が連続して形成された軟質部材で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の振動式移動装置は、左右一対の振動手段を個別に制御する制御手段と、移動面に描かれた軌道を検出する左右一対の軌道検出手段とを備え、この軌道検出手段からの検出信号に応じて制御手段が左右一対の振動手段を個別に制御するように構成することができる。この場合、移動面に描かれた軌道に追従するように振動式移動装置を移動させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の振動式移動装置は、振動手段、移動力発生手段および制御手段を搭載する基板を備え、この基板は、振動手段および移動力発生手段の搭載位置を変更可能とする搭載位置変更手段を有する構成とすることができる。
【００１１】
ここで、本発明の振動式移動装置が管路の内面を移動面とする場合、左右一対の移動力発生手段は、管路内面に沿う断面円弧状に形成される。また、本発明の振動式移動装置が一対の壁面を移動面とする場合、左右一対の移動力発生手段は、一対の壁面に対面して配置される。
【００１２】
本発明の振動式移動装置では、前記移動力発生手段を、前記移動力発生手段が、移動要素としての「毛」または「毛」状突起が基部に対して一定方向に傾斜する部材とすることができるし、振動により振動式移動装置を移動させることができるものであれば、あるいは移動要素としてのフィンまたはフィン状突起が基部に対して一定方向に傾斜する部材とすることもできる。
【００１３】
本発明では、車輪等の回転駆動機構を用いずに振動式移動装置を移動させている（すなわち、振動手段による振動エネルギーを基板を介して移動力発生手段に伝える）ので、機構部分の故障が生じにくい。また、本発明の振動式移動装置において、振動手段および移動力発生手段をそれぞれ左右1対設けた場合において、右側の振動手段が駆動された場合においても、左側の移動力発生手段に基板を介して振動が幾分か伝達し、左側の振動手段が駆動された場合においても、右側の移動力発生手段に基板を介して振動が幾分か伝達する。これにより、振動式移動装置の移動性能を向上させることができる。
【００１４】
本発明の振動式移動装置では、前記振動手段が、振動用偏心錘体が軸に取り付けられたモータとすることができるが、移動力発生手段に振動を与えることができるものであれば、ピエゾ素子を用いた振動手段等、他の振動手段を用いることができる。なお、本発明の振動式移動装置は、移動要素としてのフィンまたはフィン状突起としたときには、水中・水上を移動することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。図１において、振動式移動装置１は、移動力発生手段１１１，１１２と、振動手段１２１，１２２と、軌道検出手段１３１，１３２と、制御手段１４とを有している。
【００１６】
移動力発生手段１１１，１１２は、押接対象面に対する押接後の角度が押接前の角度よりも小さくなる移動要素を多数備え、当該移動要素が押接対象面に対して所定方向に一定の配向で設けられて構成されている。
【００１７】
振動手段１２１，１２２は、移動力発生手段１１１，１１２に振動を付与する。また、軌道検出手段１３１，１３２は、押接対象面に描かれたラインを検出する。制御手段１４は、軌道検出手段１３１，１３２からの信号に基づき、振動手段１２１，１２２を制御することができる。
【００１８】
図２（Ａ），（Ｂ）は図１の振動式移動装置を具体的に示す上面平面説明図、下面平面図である。図２（Ａ），（Ｂ）において、振動式移動装置２は、ワイヤーブラシ２１１，２１２と、モータ２２１，２２２と、ラインセンサ２３１，２３２と、トランジスタ回路２４と、電源スイッチ２５と、電池ユニット２６と、基板２７とからなる。
【００１９】
ワイヤーブラシ２１１，２１２は、図１の移動力発生手段１１１，１１２に対応するもので、図３（Ａ）に詳細を示すように、基部Ｂには多数の金属からなる「毛」（ワイヤー：本発明の移動要素）Ｗが所定角度角度配向して（所定角度寝かせて）設けられている。なお、ワイヤーブラシ２１１に代えて、図４（Ａ）に示すようにラバー等の軟質部材の下面を波状に形成した移動力発生手段２１Ａを採用することができ、図４（Ｂ）に示すように傾斜を持たせたフィンを基部に形成した移動力発生手段２１Ｂを採用することもできる。これら移動力発生手段２１Ａ，２１Ｂは、押接対象面に接する部分を、滑りが少なくなるように（摩擦が大きくなるように）構成することができる。たとえば、図４（Ａ）の移動力発生手段２１Ａでは、軟質部材を滑り摩擦係数が大きい材料としたり、下部にバンプを形成したりすることができ、図４（Ａ）の移動力発生手段２１Ｂでは図示したように、下部を鋸歯状等の形状に形成することができる。
【００２０】
モータ２２１，２２２には、図１の振動手段１２１，１２２に対応するもので、図３（Ｂ）にも示すように、回転軸には偏心錘体２２３，２２４が取り付けられている。本実施形態では、モータ２２１，２２２は、進行方向に対して「ハ」字形状に開くように配置し、またモータ２２１，２２２の回転方向を相互に逆向きとすることで、移動性能を向上させている。
【００２１】
ラインセンサ２３１，２３２は、図１の軌道検出手段１３１，１３２に対応するもので、それぞれ発光ダイオードＬＥＤとフォトセンサＰＳとからなる。
トランジスタ回路２４は、図１の制御手段１４に対応するもので、ラインセンサ２３１，２３２からの対応するモータの駆動指示によりトランジスタがオンするように構成されている。
【００２２】
電源スイッチ２５はトグルスイッチからなり、オンとすることでトランジスタ回路２４を動作状態とすることができる。
電池ユニット２６は、電源スイッチ２５とトランジスタ回路２４を介してモータ２２１，２２２に電力を供給することができる。
【００２３】
基板２７には、取付け孔が格子点状に設けられており、これらの取付け穴を利用して基板２７の表面側（図２（Ａ）参照）にモータ２２１，２２２と、トランジスタ回路２４と、電源スイッチ２５と、電池ユニット２６とがビスＢＺにより取り付けられ、基板２７の裏面側（図２（Ｂ）参照）にはワイヤーブラシ２１１，２１２と、ラインセンサ２３１，２３２とがビスＢＺにより取り付けられている。
【００２４】
図２（Ａ），（Ｂ）の振動式移動装置２（図１の振動式移動装置１に対応する）では、電源スイッチ２５をオンすると、モータ２２１，２２２が偏心錘体２２３，２２４を回転させ振動が発生する。この振動は、基板２７を介してワイヤーブラシ２１１，２１２に伝えられる。ワイヤーブラシ２１１，２１２のワイヤーＷに振動が伝わる。これにより振動式移動装置２は、ワイヤーＷの傾斜方向とは逆方向に移動する。
【００２５】
図５（Ａ），（Ｂ）は、振動式移動装置２が、ラインセンサ２３１，２３２により、押接対象面に描かれたラインＬを検出して移動する様子を示す図である。ここでは、ラインＬの幅がラインセンサ２３１，２３２間隔よりも小さい場合を示している。ここでは、ラインＬは黒のラインであり、ラインセンサ２３１，２３２は、ラインＬを外れたときにトランジスタ回路２４に、それぞれモータ２２１，２２２の駆動指示を出力する。すなわち、ラインセンサ２３１は、ラインＬから外れているときは、トランジスタ回路２４にモータ２２１を駆動する指示信号を出力し、ラインＬ内に入ったときは、トランジスタ回路２４に当該指示信号を出力しない。同様に、ラインセンサ２３２は、ラインＬから外れているときは、トランジスタ回路２４にモータ２２２を駆動する指示信号を出力し、ラインＬ内に入ったときは、トランジスタ回路２４に当該指示信号を出力しない。
【００２６】
図５（Ａ）では、ラインセンサ２３１，２３２は、共にラインＬ外にあるので、トランジスタ回路２４にモータ２２１，２２２を駆動する指示信号を出力し、振動式移動装置２は直進する。図５（Ｂ）では、ラインセンサ２３１はラインＬの外側にあるのでトランジスタ回路２４に駆動指示を出力しモータ２２１は駆動され、ラインセンサ２３２はラインＬ内にあるので、トランジスタ回路２４に駆動指示を出力せずモータ２２２は駆動されない。したがって、振動式移動装置２はラインＬのカーブに沿って進む。
【００２７】
図５（Ａ），（Ｂ）では、ラインＬの幅がラインセンサ２３１と２３２との間隔よりも小さい場合を示したが、本発明は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ラインＬの幅がラインセンサ２３１と２３２との間隔よりも大きい場合にも適用できる。ここでは、ラインＬは白のラインであり、ライン以外の部分は黒であるものとする。
【００２８】
この場合には、ラインセンサ２３１，２３２は、ラインＬを検出しないときは、トランジスタ回路２４に駆動指示を出力せず、ラインＬを検出したときは、トランジスタ回路２４に駆動指示を出力する。
【００２９】
図６（Ａ）では、ラインセンサ２３１，２３２は、共にラインＬを検出しているで、トランジスタ回路２４に駆動指示を出力しモータ２２１，２２２が駆動され、振動式移動装置２は直進する。図６（Ｂ）では、ラインセンサ２３１はラインＬを検出していないのでトランジスタ回路２４に駆動指示を出力しモータ２２２は駆動されないが、ラインセンサ２３２はラインＬを検出しているので、トランジスタ回路２４に駆動指示を出力しモータ２２１は駆動される。したがって、振動式移動装置２はラインＬのカーブに沿って進む。
【００３０】
本発明では、基板２７には取付け孔が設けられているので、モータ２２１，２２２、ワイヤーブラシ２１１，２１２等の取付け位置を適宜変更することができ、これにより、振動式移動装置２の動作原理の理解や動作特性の把握をすることが容易となる。
【００３１】
図７は本発明の第２実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。図７において、振動式移動装置３は、移動力発生手段３１と、振動手段３２と、制御手段３４と、インタフェース３５とを有している。
【００３２】
振動手段３２は、押接対象面に対する押接後の角度が押接前の角度よりも小さくなる移動要素を多数備え、当該移動要素が押接対象面に対して所定方向に一定の配向で設けられて構成されている。
移動力発生手段３１は移動力発生手段３１に振動を付与する。制御手段３３は、通信手段３５からの信号に基づき、振動手段３２を制御することができる。
【００３３】
図８は図７の振動式移動装置を具体的に示す外観説明図である。図８において、振動式移動装置４は、図７に対応する移動力発生手段１１に対応するワイヤーブラシ形成プレート４１１，４１２と、基板４７のみを示す。図７における振動手段３２に対応する振動用偏心錘体が取り付けられたモータ、図７における振動手段３２に対応するトランジスタ回路、図７における通信手段３５に対応するインタフェースの図示はしておらず、また、電源スイッチ、電池ユニットの図示もしていないが、これらは基板４７の適宜個所に搭載される。
【００３４】
ワイヤーブラシ形成プレート４１１，４１２は、断面円弧状をなし、振動式移動装置４は、ガス管，水道管等の内部を、インタフェースからの制御指令に基づくモータ駆動により移動することができる。図８にけるワイヤーブラシ形成プレート４１１，４１２を平板により形成することで、振動式移動装置４は壁間を移動することができる。
【００３５】
図８には図示していないが基板４７に図２（Ａ），（Ｂ）に示したと同様の取付け孔を設け、モータの取付け位置を変更するようにもできる。
【００３６】
図９は本発明の第３実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。図３において、振動式移動装置５は、３つの移動ユニット５Ａ，５Ｂ，５Ｃからなる。
移動ユニット５Ａは、移動力発生手段５１１，５１２と、振動手段５２１，５２２と、軌道検出手段５３１，５３２と、制御手段５４とを有している。移動力発生手段５１１，５１２は、押接対象面に対する押接後の角度が押接前の角度よりも小さくなる移動要素を多数備え、当該移動要素が押接対象面に対して所定方向に一定の配向で設けられて構成されている。
【００３７】
振動手段５２１，５２２は、移動力発生手段５１１，５１２に振動を付与する。また、軌道検出手段５３１，５３２は、押接対象面に描かれたラインを検出する。制御手段５３は、軌道検出手段５３１，５３２からの信号に基づき、振動手段５２１，５２２を制御することができる。
【００３８】
移動ユニット５Ｂ，５Ｃは、移動力発生手段５１と振動手段５２とを有している。移動力発生手段５１は、移動力発生手段５１１，５１２と同様、押接対象面に対する押接後の角度が押接前の角度よりも小さくなる移動要素を多数備え、当該移動要素が押接対象面に対して前記所定方向に一定の配向で設けられて構成されている。振動手段５２は、移動力発生手段５１に振動を付与する。
【００３９】
図１０は図９の振動式移動装置を具体的に示す外観説明図である。図１０において、移動ユニット６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、図９の移動ユニット５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応するもので、移動ユニット６Ａと６Ｂ、移動ユニット６Ｂと６Ｃは接続部材６７によりピン結合されている。
【００４０】
移動ユニット６Ａは、ワイヤーブラシ６１１，６１２と、モータ６２１，６２２と、ラインセンサ６３１，６３２と、トランジスタ回路６４と、電源スイッチ６５と、基板６８とからなる。
【００４１】
ワイヤーブラシ６１１，６１２は、図９の移動力発生手段５１１，５１２に対応する。ワイヤーブラシ６１１，６１２は、第１実施形態において説明したワイヤーブラシ２１１，２１２と同様の構成をなしている。なお、ワイヤーブラシ６１１，６１２に代えて、第１実施形態で示したラバー等の軟質部材の下面を波状に形成して移動力発生手段２１Ａ（図４（Ａ）参照）や、傾斜を持たせたフィンを基部に形成して移動力発生手段２１Ｂ（図４（Ｂ）参照）を用いることができる。
【００４２】
モータ６２１，６２２は、図９の振動手段５２１，５２２に対応するもので、第１実施形態の場合と同様、モータ回転軸には偏心錘体が取り付けられている。
ラインセンサ６３１，６３２は、図９の軌道検出手段５３１，５３２に対応するもので、第１実施形態と同様、それぞれ発光ダイオードとフォトセンサとからなる。
【００４３】
トランジスタ回路６４は、図９の制御手段５４に対応するもので、ラインセンサ６３１，６３２からの駆動指示によりトランジスタがオンし、対応するモータを駆動するように構成されている。
電源スイッチ６５はトグルスイッチからなり、オンとすることでトランジスタ回路６４を動作可能とすることができる。
【００４４】
図１０において、移動ユニット６Ｂは、ワイヤーブラシ６１とモータ６２と基板６８とからなり、移動ユニット６Ｃは、ワイヤーブラシ６１とモータ６２と電池ユニット６６と基板６８とからなる。移動ユニット６Ｂ，６Ｃの各モータ６２は、移動ユニット６Ａのトランジスタ回路６４により制御される。移動ユニット６Ｃの電池ユニット６６は、移動ユニット６Ａの電源スイッチ６５とトランジスタ回路６４を介して、移動ユニット６Ａのモータ６２１，６２２、移動ユニット６Ｂ，６Ｃのモータ６２に電力を供給することができる。
【００４５】
図１０の振動式移動装置６では、電源スイッチ６５をオンすると、移動ユニット６Ａのモータ６２１，６２２、移動ユニット６Ｂ，６Ｃの各モータ６２がそれぞれ偏心錘体を回転させ、振動が生じる。この振動は、移動ユニット６Ａ、６Ｂ，６Ｃの各基板６８を介して、移動ユニット６Ａのワイヤーブラシ６１１，６１２、移動ユニット６Ｂ，６Ｃの各ワイヤーブラシ６１に伝えられる。これにより振動式移動装置６は、ワイヤーの傾斜方向とは逆方向に移動する。
【００４６】
なお、移動ユニット６Ａの基板６８には、第１実施形態におけると同様の取付け孔を設けることができる。
【００４７】
第１実施形態および第２実施形態では、たとえば図１１（Ａ），（Ｂ）に示すような、円柱形の基部Ｂの周囲にワイヤーＷが形成されたワイヤーブラシ７を用いることができる。図１１（Ａ）はワイヤーブラシ７の長さ方向の断面図、図１１（Ｂ）はワイヤーブラシ７の軸に垂直な方向の断面図である。図１１（Ａ），（Ｂ）のワイヤーブラシ７では、中心角πの一方の側と、中心角πの他方の側とでは、ワイヤーの傾斜方向が軸方向を基準として逆向きとなっている。このワイヤーブラシ７を用いた振動式移動装置では、軸回転機構によりワイヤーブラシ７を軸回転させ、振動式移動装置の進行方向を変更することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明では、教育に適し、特殊な空間に侵入できる振動による移動機構を用いた振動式移動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。
【図２】図１の振動式移動装置を具体的に示す説明図であり、（Ａ）は上面平面図、（Ｂ）は下面平面図である。
【図３】（Ａ）は移動力発生手段の説明図、（Ｂ）は回転軸に偏心錘体が取り付けられた振動手段を示す図である。
【図４】（Ａ）はラバー等の軟質部材の下面を波状に形成した移動力発生手段を示す図、（Ｂ）は傾斜を持たせたフィンを基部に形成した移動力発生手段を示す図である。
【図５】ラインセンサにより、押接対象面に描かれたセンサ間隔よりも幅が狭いラインを検出して移動する様子を示す図であり、（Ａ）は直進時、（Ｂ）はカーブ時の様子を示している。
【図６】ラインセンサにより、押接対象面に描かれたセンサ間隔よりも幅が広いラインを検出して移動する様子を示す図であり、（Ａ）は直進時、（Ｂ）はカーブ時の様子を示している。
【図７】本発明の第２実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。
【図８】図７の振動式移動装置を具体的に示す外観説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態の振動式移動装置の機能ブロック図である。
【図１０】図９の振動式移動装置を具体的に示す外観説明図である。
【図１１】方向転換を可能とする本発明の振動式移動装置に用いるワイヤーブラシを示す図であり、（Ａ）はワイヤーブラシの長さ方向の断面図、（Ｂ）はワイヤーブラシの軸に垂直な方向の断面図である。
【符号の説明】
１，２振動式移動装置
１４制御手段
２４トランジスタ回路
２５電源スイッチ
２６電池ユニット
２７基板
１１１，１１２移動力発生手段
１２１，１２２振動手段
１３１，１３２軌道検出手段
２１１，２１２ワイヤーブラシ
２２１，２２２モータ
２３１，２３２ラインセンサ
Ｂワイヤーブラシの基部
Ｌライン
Ｗワイヤー

Claims

回転軸に偏心錘体が取り付けられているモータからなる振動手段と、この振動手段が発生する振動により移動面に沿う移動力を発生する移動力発生手段とを備えた振動式移動装置であって、
前記移動力発生手段は左右対称に配置された左右一対で構成され、前記振動手段は各移動力発生手段に対応して左右対称に進行方向に対して「ハ」字形状に開くように配置された左右一対で構成されており、前記モーターの回転方向を相互に逆向きとし、
前記移動力発生手段は、その移動方向後方に斜めに湾曲して突出する多数のワイヤーを有することを特徴とする振動式移動手段
前記移動力発生手段は、その移動方向後方に斜めに突出する多数の波形断面部が連続して形成された軟質部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動式移動装置。
前記左右一対の振動手段を個別に制御する制御手段と、移動面に描かれた軌道を検出する左右一対の軌道検出手段とを備え、この軌道検出手段からの検出信号に応じて制御手段が左右一対の振動手段を個別に制御することを特徴とする請求項１または２に記載の振動式移動装置。
前記振動手段、移動力発生手段および制御手段を搭載する基板を備え、この基板は、振動手段および移動力発生手段の搭載位置を変更可能とする搭載位置変更手段を有することを特徴とする請求項３に記載の振動式移動装置。
前記左右一対の移動力発生手段は、移動面として管路内内面に沿う断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の振動式移動装置。
前記左右一対の移動力発生手段は、移動面としての一対の壁面に対面して配置されている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の振動式移動装置。