JP6707227B2 - 吸着装置、飛行ロボット - Google Patents
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Description
吸着装置は、マルチコプターの上側に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、天井に張り付くことが可能となる。吸着装置は、マルチコプターの前方に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、壁面に張り付くことが可能となる。吸着装置は、マルチコプターの下方に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、対象物を搬送することが可能となる。
図1(a)は、第1の実施の形態に係る吸着装置の断面図であり、図1(b)はその底面側からみた平面図である。吸着装置10は、対象物1に吸着する。対象物1は特に限定されず、建物や橋梁の壁面、天井、柱などであってもよい。あるいは、対象物1は、工業製品、電子部品、食品、半導体ウェハなどであってもよい。
F=FSUCKER+FGEL …(1)
FSUCKERは、吸盤としての吸引力であり、式(2)で表され、密閉空間の圧力p[Pa]に比例する。
FSUCKER=S1×p …(2)
ただしS1は、図1(a)において吸着手段22に囲まれる面積[m2]である。
FGEL=S2×pGEL …(3)
S2は吸着手段22と対象物1の接触面積[m2]であり、pGELは吸着手段22の単位面積あたりの粘着力[Pa]である。pGELは、対象物1に依存する定数である。図4(a)、(b)に示すように、理論計算値と実測値はよく一致してる。図4(a)、(b)において、圧力pをゼロとしたときの力Fは、粘着力FGELに相当し、また力Fの傾きは、面積S1に応じている。
圧力制御装置60は、ポンプ62、第1電磁弁64、第2電磁弁66を備える。
図6は、第2の実施の形態に係る吸着ヘッド12a(吸着装置10a)の断面図である。第1の実施の形態では、バルーン30に流路52をなす開口部34が設けられたが、第2の実施の形態では、基体21に、凹部24と圧力制御装置60とを連通する流路52が設けられ、逆止弁40は、流路52上に設けられている。図6では逆止弁40をボール弁として示すが、その限りではない。
図8は、第3の実施の形態に係る吸着ヘッド12b(吸着装置10b)の断面図である。これまでの吸着装置10では、吸着手段22が対象物1と密着することで、吸盤の密閉空間の気密性が確保されていた。第3の実施の形態では、密閉空間の気密性を高めるための弾性部材26が、吸着手段22bとは別に設けられている。弾性部材26には粘着性は不要であり、対象物1に対して密着可能な粘弾性を有していればよい。この場合、吸着手段22には密閉空間の気密性を高める機能は不要であるため、吸着手段22は必ずしも凹部24を囲む環状である必要は無い。
図9(a)〜(c)は、バルーン30の変形例を示す図である。図9(a)のバルーン30aはドーナツ型である。すでに説明したバルーン30の場合、図2(b)に示したように、膨張による離脱時に、対象物1に対して底面側の狭い領域のみで接することとなる。したがって吸着ヘッド12の上に、質量の大きな物体が取り付けられている場合、物体が接地領域を支点として傾き、バランスが損なわれる場合がある。図9(a)のドーナツ型のバルーン30aでは、対象物1に対して、広い面積で接することができるため、離脱時のバランスを保つことができる。
これまでの実施の形態では、吸着手段22として、粘着力を有する粘着部剤を用いたが、それには限定されない。吸着手段22は磁力、静電気力あるいはファンデルワールス力を利用してもよい。たとえば対象物1が金属である場合には、吸着手段22として永久磁石を用いてもよい。
最後に、吸着装置10の用途の一例を説明する。図10(a)、(b)は、吸着装置10を備える飛行ロボット100の斜視図である。飛行ロボット100は、マルチコプター102と、少なくともひとつの吸着装置10を備える。飛行ロボット100は、危険建物内や橋梁検査、放射線濃度が高い現場など、人間の進入が困難な作業環境において、人間に代わり情報収集やメンテナンス作業を行う無人飛行ロボット(Unmanned Aerial Vehicle :UAV)であってもよい。
Claims (9)
- 基体と、対象物との間に吸着力を発揮する吸着手段と、を有し、吸着状態において密閉空間をなす凹部が形成される本体と、
圧力制御装置と前記凹部とを連通する流路上に設けられ、前記圧力制御装置による減圧状態において前記凹部から前記圧力制御装置に向かう流れを許し、前記圧力制御装置による加圧状態において反対の流れを阻止する逆止弁と、
前記圧力制御装置と接続され、前記圧力制御装置による加圧状態において膨張する、前記凹部内に設けられたバルーンと、
を備えることを特徴とする吸着装置。 - 前記バルーンには開口部が設けられ、前記逆止弁は前記開口部に設けられることを特徴とする請求項1に記載の吸着装置。
- 前記逆止弁は、前記バルーンの内壁に沿って前記開口部とオーバーラップして設けられ、その一部が前記開口部の近傍において前記内壁と接合されているチェック弁層を含むことを特徴とする請求項2に記載の吸着装置。
- 前記吸着手段の吸着力は、粘着力、磁力、静電気力、ファンデルワールス力のいずれかであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の吸着装置。
- 前記吸着手段は、粘着性および弾性を有する粘着部材を含み、前記基体の前記対象物との接触面側に取り付けられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の吸着装置。
- 凹部を有する本体と、
粘着性および弾性を有し、前記本体の接触面側に前記凹部を囲む態様にて取り付けられる環状の粘着部材と、
前記本体の前記凹部および前記粘着部材によって囲まれる密閉空間に収容され、開口部を有するバルーンと、
前記バルーンの前記開口部に設けられ、前記バルーンの内部から外部へ向かう流れを阻止し、前記バルーンの外部から内部へ向かう流れを許す逆止弁と、
前記バルーンの内部の圧力を制御する圧力制御装置と、
を備えることを特徴とする吸着装置。 - 吸着状態において前記密閉空間の圧力を測定する圧力センサをさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の吸着装置。
- 前記圧力制御装置は、
ポンプと、
第1状態において前記ポンプの第1端を前記逆止弁および前記バルーンと接続し、第2状態において、前記ポンプの前記第1端を排気弁と接続する第1電磁弁と、
前記第1状態において、前記ポンプの第2端を吸気弁と接続し、前記第2状態において前記ポンプの前記第2端を前記逆止弁および前記バルーンと接続する第2電磁弁と、
を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の吸着装置。 - マルチコプターと、
前記マルチコプターに取り付けられた請求項1から8のいずれかに記載の吸着装置と、
を備えることを特徴とする飛行ロボット。
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