JP5544599B2

JP5544599B2 - 磁気吸着車両

Info

Publication number: JP5544599B2
Application number: JP2010146471A
Authority: JP
Inventors: 茂男廣瀬
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: JP2012006557A

Description

本発明は、磁性体の走行面に吸着しながら移動する磁気吸着車両に関する。

走行車両匡体と匡体に設けたアクチュエータによって回転する複数の磁気車輪で構成された走行車両において、アクチュエータによって回転する磁気車輪を二輪とし、それぞれの磁気車輪を匡体の前後に、対角状に配した磁気吸着二輪走行車両が公知である（特許文献１参照）。

特開平６−１７９３８２号公報

特許文献１に記載されているように車輪自体が永久磁石からなるタイプ、一般的に言うと、磁石の位置が不変である磁気吸着車両は、走行面の状態にかかわらずに走行できるように、過大な磁気吸着力を生成する永久磁石や電磁石を搭載せざるを得ない。その結果、車両の重量が増大してしまうと共にその過大な磁気吸着力は走行時の抵抗となってしまう。また、磁性体と磁石との間の磁気吸着力は、その距離が離れると急激に低下するため、車両が溶接面のビード等の障害物を乗り越える際に、走行面と磁石との距離が一時的にでも離れると磁気吸着力が急減し、壁面や天井を走行していた車両はそのまま落下してしまう。

本発明は、一態様において、走行面の状態に応じて必要十分な磁気吸着力を生成することができる磁気吸着車両を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、磁性体の走行面に磁気で吸着しながら移動する磁気吸着車両であって、磁性体の走行面に対して磁気吸着力を生じさせる磁石と、磁気吸着力を検出する磁力検出部と、磁力検出部によって検出された磁気吸着力に基づいて走行面からの磁石の位置を決定する磁石位置決定部と、磁石位置決定部によって決定された位置に磁石を移動させる磁石位置調整部と、を備えた磁気吸着ユニットを具備し、磁石と走行面との間に非磁性体の磁石カバーをさらに具備し、磁石位置調整部が、磁石の位置を、磁石カバーに当接する位置と離間した位置との間で調整可能な磁気吸着車両が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明では、走行面の状態に応じて必要十分な磁気吸着力を生成することができるという効果を奏する。また、磁石カバーを有することによって、磁石に砂鉄や金属片等の不要物が吸着してしまうことを防止することが可能となる。また、磁石を磁石カバーから離間した位置に配置することによって、磁石カバー越しに吸着した砂鉄等を容易に除去することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、磁石位置調整部が、磁石の位置を、磁気吸着力が生じる位置と生じない位置との間で調整可能な磁気吸着車両が提供される。

すなわち、請求項２に記載の発明では、磁気吸着力が生じない位置に磁石を調整することができるため、磁気吸着力を必要としない水平面上等での走行において、不要な抵抗を生じさせることなく走行することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、進行方向に沿って整列配置された少なくとも２つの前記磁気吸着ユニットを具備する磁気吸着車両が提供される。

すなわち、請求項３に記載の発明では、磁気吸着車両の進行方向に亘って最適な磁気吸着力の分布を生成することもできる。

各請求項に記載の発明によれば、走行面の状態に応じて必要十分な磁気吸着力を生成することができるという共通の効果を奏する。

本発明の一態様による磁気吸着車両の概略を示すブロック図である。本発明の一態様による磁気吸着車両の斜視図である。図２に示された磁気吸着車両の側面図である。本発明の一態様による磁気吸着ユニットの上方向からの斜視図である。本発明の一態様による磁気吸着ユニットの下方向からの斜視図である。図４及び図５に示された磁気吸着ユニットの磁石が磁石カバーに当接した状態を示す縦断面図である。図４及び図５に示された磁気吸着ユニットの磁石が磁石カバーから離間した状態を示す縦断面図である。本発明の一態様による磁気吸着車両が障害物を越える様子を示す概略側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書において、磁気吸着車両が垂直な壁面や天井を走行する場合であっても、走行面に垂直な方向を上下方向とし、走行面側を下方向、その反対側を上方向とし、走行面からの距離を高さとする。

図１は、本発明の一態様による磁気吸着車両１の概略を示すブロック図である。磁気吸着車両１は、少なくとも１つの磁気吸着ユニット２を有し、磁気吸着ユニット２は、永久磁石又は電磁石からなる磁石Ａと、磁力検出部Ｂと、磁石位置決定部Ｃと、磁石位置調整部Ｄとを有する。

磁気吸着車両１は、磁石Ａと磁性体の走行面Ｓとの間に作用する磁気吸着力Ｆによって、垂直な壁面や天井であっても吸着しながら落下することなく走行が可能となっている。その際、磁気吸着力Ｆは、磁力検出部Ｂによってリアルタイム又は一定間隔毎に検出され、検出値は、磁石位置決定部Ｃへ送られる。なお、磁石位置決定部Ｃは、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）とを備えている。

磁気吸着力Ｆは、上述のように、磁石Ａと磁性体の走行面Ｓとの間の距離、すなわち高さに応じて変化する。磁石位置決定部Ｃは、磁力検出部Ｂによって検出された磁気吸着力Ｆに基づき、磁気吸着車両１が現在走行中の走行面Ｓから離れないだけの磁気吸着力Ｆであって、それが走行のための過度な抵抗にならない必要十分な磁気吸着力Ｆを生じさせるような磁石Ａの高さ方向の位置を決定する。

その決定の際には、磁気吸着力Ｆ以外に、磁気吸着車両１の重量及び重心、磁気吸着車両１の走行速度、垂直な壁面や天井も含む走行面の斜度、磁気吸着車両１の中の磁石Ａの相対的な位置、磁気吸着ユニット２が複数ある場合には磁気吸着力Ｆの合力の大きさと合力の作用点の位置等、様々な要素を考慮してもよく、必要なセンサ類を有してもよい。磁気吸着車両１が複数の磁気吸着ユニット２を有する場合、磁石位置決定部Ｃは、互いに連携して動作してもよく、独立で動作してもよく、車両全体で共通に１つだけでもよい。磁気吸着車両１が、水平面上を走行する場合等、磁気吸着力が不要な場合には、磁気吸着ユニット２の磁石Ａを走行面から遠ざけ、磁気吸着力がほとんど働かないようにしてもよい。

図２は、本発明の一態様による磁気吸着車両１の斜視図であり、図３は、図１に示された磁気吸着車両１の側面図である。説明の都合上、磁気吸着車両１上面を覆うプレートは省略して描かれている。

図２及び図３を参照すると、磁気吸着車両１は、６個の磁気吸着ユニット２と、４個の車輪３と、２個の車両駆動モータ４と、車両本体５と、車両制御装置（図示せず）とを有している。車両制御装置が、車両駆動モータ４を制御し、それによって車軸（図示せず）を回転させ、車軸に連結された主スプロケット６を回転させる。主スプロケット６の回転によって、スプロケットチェーン７及び従スプロケット８を介して、車輪３が駆動する。

図２及び図３に示された磁気吸着車両１は、４個の車輪を有しているが、車輪の数は２個若しくは３個又は５個以上でもよい。また、磁気吸着ユニットの数は少なくとも１つ、好ましくは２つ以上である。

図４は、本発明の一態様による磁気吸着ユニット２の上方向からの斜視図であり、図５は、本発明の一態様による磁気吸着ユニット２の下方向からの斜視図であり、図６は、図４及び図５に示された磁気吸着ユニット２の磁石が磁石カバーに当接した状態を示す縦断面図であり、図７は、図４及び図５に示された磁気吸着ユニット２の磁石が磁石カバーから離間した状態を示す縦断面図である。

図４乃至図７を参照すると、磁気吸着ユニット２は、走行面に対して平行に配置される上部プレート９及び下部プレート１０を有し、上部プレート９及び下部プレート１０は、表面が平滑な円柱状の４個のガイドロッド１１によって連結されている。上部プレート９及び下部プレート１０とガイドロッド１１とは、ボルト１２によって固定されているが、ピン、接着又は溶接等のその他の手段によって固定してもよい。上部プレート９及び下部プレート１０間には、これらプレートと平行にメインプレート１３が配置されている。メインプレート１３は、ガイドロッド１１の外面と嵌合する平滑な内面を有する円筒状の４個のガイド１４の中央のフランジ部と連結し、ガイド１４と共にガイドロッド１１に沿って摺動することができる。

上部プレート９の下方側表面中央には、上部ベアリング１５が配置されている。また、下部プレート１０上には、４個の脚部を有し且つ下部プレート１０及びメインプレート１３間で脚部によって支持された保持面を形成するベアリングホルダ１６が配置されている。下部プレート１０の上記保持面には、上部ベアリング１５に対向する位置に下部ベアリング１７が配置されている。さらに、メインプレート１３の中央には開口が設けられており、開口内にはボールねじ１８に係合するナット１９がメインプレート１３に対して固定して配置されている。従って、ボールねじ１８はメインプレート１３を貫通し、その両端は、上部ベアリング１５及び下部ベアリング１７によってガイドロッド１１と平行且つ回転自在に支持されている。

ボールねじ１８上部には、ボールねじプーリ２０が、ボールねじ１８と共に回転するように固定して配置されている。駆動モータ２１によって伝動ベルト２２を介してボールねじプーリ２０を回転させると、ボールねじ１８が回転し、回転方向に応じてナット１９が上下に移動する。その結果、メインプレート１３を、ガイド１４と共にガイドロッド１１に沿って上下に摺動させることができる。

下部プレート１０には、大きな開口２３が設けられ、内部に磁石を収容する非磁性体からなる磁石ケース２４が開口２３を通って、ベアリングホルダ１６内に収容される。磁石ケース２４の下方部分は、同じく非磁性体からなる磁石カバー２５によって覆われており、磁石カバー２５は、フランジ部２５ａを有している。磁石ケース２４内には、永久磁石である磁石２６を環状に保持した磁性体からなる環状のヨーク２７が収容されている。メインプレート１３及びヨーク２７は、ベアリングホルダ１６及び磁石ケース２４を貫通する４個の連結ロッド２８によって連結されている。メインプレート１３とヨーク２７とは、ボルト２９によって固定されているが、ピン、接着又は溶接等のその他の手段によって固定してもよい。磁石ケース２４は、２個のばね３０によって上部プレート９に連結され、ばね３０によって上部プレート９方向へ付勢されている。

メインプレート１３の表面には、ボールねじ１８を包囲するように環状の切り込み部１３ａが形成されている。さらに、メインプレート１３の表面には、この環状の内側にボルト３１によって支持され、環状の内側に対する外側の微小な変位を検出する変位センサ３２が配置されている。また、下方に磁石２６が保持された連結ロッド２８は、環状の切り込み部１３ａの外側でメインプレート１３と連結している。従って、磁石２６がその近傍に配置された磁性体を吸引すると、連結ロッド２８を介してその磁気吸着力がメインプレート１３に伝達される。切り込み部１３ａの内側にあるメインプレート１３の部分は、ボールねじ１８との嵌合によって上下方向の動きが規制されたナット１９によって支持されていることから、磁石２６の磁気吸着力に起因する変位が小さい。一方、切り込み部１３ａの外側にあるメインプレート１３の部分は、ガイド１４によって上下に摺動可能であることから、磁石２６の磁気吸着力に起因する変位が大きい。すなわち、変位センサ３２によって検出された変位量は、磁石２６の磁気吸着力に比例することとなり、これらの関係を予め実験等によって求めておくことによって、変位センサ３２は磁力検出部Ｂとして機能する磁力センサとして利用することができる。なお、磁石２６の磁気吸着力を測定する手段として他の手段を用いてもよい。

磁気吸着ユニット２の磁石位置調整部Ｄとしての機能について説明すると、駆動モータ２１によってボールねじ１８が回転されると、その回転量及び回転方向に応じてナット１９が上下に移動する。その結果、ナット１９とメインプレート１３とガイド１４と連結ロッド２８とヨーク２７と磁石２６とが一体となって、上部プレート９及び下部プレート１０等に対して、また、磁気吸着ユニット２が取り付けられた磁気吸着車両１に対して相対的に上下に移動する。すなわち、磁石２６と走行面との間の距離を調整することが可能となる。なお、この調整は、磁力センサによって検出された磁気吸着力に基づき、磁気吸着力が必要十分な最適値となるよう、図示しない磁石位置決定部Ｃによって、上述のように行われる。

より大きな磁気吸着力を得るために、ナット１９を下方向へ移動させると、磁石２６又はヨーク２７の先端は、図６に示されるように、下部プレート１０を越えて下方向へ突出する。磁石ケース２４及び磁石カバー２５は、ばね３０によって上方向へ付勢されているため、磁石２６又はヨーク２７は、磁石カバー２５と当接した状態を維持する。なお、磁石２６の下限は、ガイド１４の下端面が下部プレート１０に当接することによって規定される。

磁気吸着力を弱めたい場合、又は、ほぼゼロにしたい場合、ナット１９を上方向へ移動させると、磁石２６又はヨーク２７の先端は、上方向へ付勢された磁石カバー２５と当接した状態を維持したまま上方向へ移動する。さらに、移動を続けると、最終的には図７に示されるように、磁石２６又はヨーク２７の先端が下部プレート１０よりも上方向へ移動し、磁石カバー２５から離間した状態となる。すなわち、磁石２６又はヨーク２７は、ガイド１４の上端面が上部プレート９に当接するまで上方向へ移動可能であるが、それよりも先に、磁石カバー２５のフランジ部２５ａが下部プレート１０と係合し、磁石ケース２４及び磁石カバー２５の上昇が停止する。

仮に、磁石カバー２５が無い場合を考えると、磁気吸着車両１の走行中、磁石２６は走行面にある砂鉄や金属片などを直接吸着してしまう。その状態で砂鉄等を磁石２６からすべて分離させるのは困難である。本発明の一態様による磁気吸着車両１においては、磁石２６の磁気吸着力によって磁石カバー２５越しに砂鉄等を吸着する。しかし、図７に示されるように磁石２６を磁石カバー２５から十分離間させると、吸着していた砂鉄等は、磁石２６の磁気吸着力から解放され、磁石カバー２５から容易に分離することが可能となる。また、この状態では、磁石２６の磁気吸着力は走行面に対してもほとんど働かないため、磁気吸着車両１が、磁性体の走行面であるが通常の水平面上を走行する場合等において、少ない抵抗で走行することができる。

図８は、本発明の一態様による磁気吸着車両１が障害物３３を越える様子を示す概略側面図である。図８に示された磁気吸着車両１は、車両の進行方向に沿って整列した複数の磁気吸着ユニット２を有し、その磁石３４，３５，３６，３７の位置が模式的に示されている。図８の（ａ）から（ｅ）は、磁気吸着車両１が、図面左方向から右方向に向かって進行し、例えば、溶接のビードのような障害物３３を乗り越える様子を順に示している。

図８（ａ）に示された磁石の位置及びその位置の磁気吸着力を基準位置にする。図８（ｂ）は、磁石３４が障害物３３を丁度乗り越えている最中であるが、このとき、磁石３４と走行面Ｓとの間の距離が遠くなることによって、磁石３４による磁気吸着力が弱くなる。従って、それを補うために、その他の磁石３５，３６，３７をより下方向へ移動させている。また、図８（ｃ）では、障害物３３と干渉しないように、磁石３５，３６を上方向へ移動させているが、それによって弱まった磁気吸着力を補うために、磁石３４，３７を下方向へ移動させている。図８（ｄ）では、図８（ｂ）と同様のことを行っている。

以上より、本発明の一態様による磁気吸着車両によれば、走行面の状態に応じて必要十分な磁気吸着力を生成することができると共に、図８に示されるような磁石の位置制御を行うことによって、磁気吸着車両の進行方向に亘って最適な磁気吸着力の分布を生成することもできる。

なお、上述の態様では、磁石として永久磁石を使用したが、電磁石を使用した場合にも、一定の電流によって一定の磁気吸着力を生成させつつ上述の態様のように位置を調整してもよい。また、電磁石の位置を固定して、電流量を調整することによって、すなわち、磁石位置調整部に代えて電流値調整部を有することによって、永久磁石の位置を調整したときと同様に磁気吸着力を変化させてもよい。

１磁気吸着車両
２磁気吸着ユニット
Ａ磁石
Ｂ磁力検出部
Ｃ磁石位置決定部
Ｄ磁石位置調整部
Ｓ走行面

Claims

磁性体の走行面に磁気で吸着しながら移動する磁気吸着車両であって、
磁性体の走行面に対して磁気吸着力を生じさせる磁石と、
磁気吸着力を検出する磁力検出部と、
磁力検出部によって検出された磁気吸着力に基づいて走行面からの磁石の位置を決定する磁石位置決定部と、
磁石位置決定部によって決定された位置に磁石を移動させる磁石位置調整部と、
を備えた磁気吸着ユニットを具備し、
磁石と走行面との間に非磁性体の磁石カバーをさらに具備し、
磁石位置調整部が、磁石の位置を、磁石カバーに当接する位置と離間した位置との間で調整可能な磁気吸着車両。
磁石位置調整部が、磁石の位置を、磁気吸着力が生じる位置と生じない位置との間で調整可能な請求項１に記載の磁気吸着車両。
進行方向に沿って整列配置された少なくとも２つの前記磁気吸着ユニットを具備する請求項１又は２に記載の磁気吸着車両。