JP6917087B2

JP6917087B2 - 作業システム

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Publication number: JP6917087B2
Application number: JP2020102820A
Authority: JP
Inventors: 寧寧陳
Original assignee: Hangzhou Fuya Science And Technology Co Ltd; Hangzhou Fuya Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Fuya Science And Technology Co Ltd; Hangzhou Fuya Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2040-06-15
Also published as: US20200399911A1; CN112110391A; JP2021000720A; EP3753822A1

Description

本発明は壁面ロボットの応用の技術分野に属し、特に作業システムに関する。

垂直壁面作業ロボットは重力作用を克服して垂直壁面にて施工作業を行うことができるロボットである。従来の垂直壁面作業ロボットは吸着装置により直接建物の垂直壁面に吸着して移動することが多く、作業ツールを携帯して作業する機能を有する。建物としては、ビルであってもよく、大型のオイルタンクや汽船等であってもよい。かかる垂直壁面作業ロボットは以下のような欠点があった。

（１）ロボットが故障した（例えば、吸着機構が作動不能になった）場合には落下してしまうことがあり、重大な結果（ロボットが落ちて壊れることや、地上施設を砕き壊すこと）を招いていた。このため、このようなロボットは安全上の欠陥が非常に大きかった。

（２）ロボットは作業面の摩擦力により自重力や作業による反力及び作業ツールの重力等との釣り合いを取っていた。このため、このようなロボットは荷重能力と作業能力に大きな制限があった。また、高所作業の高さにも制限があった。

図１に示される構造を有する垂直壁面作業ロボットもある。建物Ａの頂面Ｆにおいて二台の巻取装置Ｂが取り付けられ固定されており、巻取装置ＢのロープＣは作業装置Ｄに連結されている。二台の巻取装置Ｂは、それぞれ二本のロープＣの長さを制御することで作業装置Ｄの作業垂直壁面Ｅ（即ち、建物Ａの垂直側面）での位置を変えるようにされている。二本のロープＣは作業装置Ｄに牽引力を与え、牽引力により作業装置Ｄ及びそれに取り付けられた作業ツールの重力との釣り合いが取られている。そのため、この手段によれば、上記二つの課題は解決可能になるが、新しい課題が生じている。作業装置Ｄから巻取装置Ｂまでの垂直距離Ｇが非常に短くなった場合、ロープによる夾角θが非常に大きくなる。作業装置Ｄの重力との釣り合いを取るために、二本のロープＣの牽引力は非常に大きくならなくてはならない。理論的には、作業装置Ｄを作業垂直壁面Ｅの頂部（即ち、巻取装置Ｂからの垂直距離Ｇがゼロとなる）まで到達させるためには、ロープによる夾角θが１８０度に極めて近くなり、二本のロープＣの牽引力が無限大になる場合にのみ、十分な力を生じて作業装置Ｄの重力との釣り合いを取ることができる。巻取装置Ｂが生じ得る牽引力と出力のいずれにも限界があることは明らかであるため、作業装置Ｄが作業垂直壁面Ｅにおける巻取装置Ｂ上部に近い一部の領域に達することは不可能であった。

本発明は、作業装置が垂直壁面から落下するという安全上の欠陥が効果的に防止され、高所作業の高さや作業範囲を広げられる作業システムを提供することを目的とする。

少なくとも一つの固定ロープノードと、少なくとも一つの移動ロープノードと、吊下げロープノードとを備え、固定ロープノード、移動ロープノード及び吊下げロープノードのすべてはそれぞれロープにより連結され、前記移動ロープノードは固定ロープノードと吊下げロープノードとの間に設けられ、移動ロープノードに連結されるロープの長さは可変であり、前記固定ロープノードは建物に固定され、前記吊下げロープノードは重力作用で垂下状態となり、前記吊下げロープノードは指定の作業内容を実施可能な少なくとも一つの作業装置を含み、前記移動ロープノードはノード本体とノード本体に設けられた移動機構とを含み、建物にて移動可能であり、吊下げロープノードの吊下げ位置を変える役割を果たし、前記移動ロープノードは建物に接触して作用力を発生し、作用力によって移動ロープノードが受けるロープの牽引力との釣り合いが取られている作業システムを提供する。

さらには、一つの固定ロープノードと、一つの移動ロープノードと、一つの吊下げロープノードとを備え、前記固定ロープノードは建物に固定され、前記固定ロープノードと移動ロープノードとの間のロープ、及び、前記移動ロープノードと吊下げロープノードとの間のロープの長さは可変である。

さらには、前記固定ロープノードはロープの巻取・放出可能な巻取装置とされ、前記ロープは移動ロープノードのノード本体を通して吊下げロープノードに連結される。

さらには、前記固定ロープノードは建物に固定連結されるロープ固定ブロックを含み、前記ノード本体は第一巻取装置と第二巻取装置とを含み、前記ロープ固定ブロックと第一巻取装置は第一ロープにより連結され、第一巻取装置により第一ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられ、前記第二巻取装置と吊下げロープノードは第二ロープにより連結され、第二巻取装置により第二ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられる。

さらには、前記固定ロープノードは建物に固定連結される第一巻取装置を含み、前記ノード本体は第二巻取装置を含み、前記第一巻取装置と移動ロープノードは第一ロープにより連結され、前記第一巻取装置により第一ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられ、前記第二巻取装置と吊下げロープノードは第二ロープにより連結され、前記第二巻取装置により第二ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられる。

さらには、二つ又はそれ以上の固定ロープノードを備え、すべての固定ロープノードは一本のロープにより直列連結されるようにロープの経路と方向を変える。

さらには、前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードは巻取装置と少なくとも一つのプーリとを含み、前記巻取装置に連結されるロープは順に前記プーリを通して移動ロープノードに連結され、前記プーリによりロープの経路と方向が変えられる。

さらには、二つ又はそれ以上の固定ロープノードを備え、すべての固定ロープノードはそれぞれロープにより移動ロープノードに連結され、移動ロープノードに作用する各ロープの牽引力の移動ロープノードの移動方向における分力は互いに相殺している。

さらには、前記移動ロープノードは一つのロープ案内機構をさらに含み、前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードのロープはロープ案内機構に連結され、前記ロープ案内機構とノード本体はロープにより連結され、固定ロープノードとロープ案内機構との間のロープの長さを変えることでロープ案内機構とノード本体との間のロープの方向が変えられる。

さらには、前記固定ロープノードは第一巻取装置と第二巻取装置とを含み、前記ロープ案内機構はプーリとプーリを支持するホルダとを含み、前記プーリはプーリホルダに取り付けられ、前記第一巻取装置のロープはプーリを通してからノード本体に連結され、前記第二巻取装置のロープはプーリホルダに連結され、第一巻取装置及び／又は第二巻取装置のロープの巻取・放出を行うことでロープ案内機構とノード本体との間のロープの方向が変えられる。

さらには、前記ノード本体においては、ノード本体とロープ案内機構との間のロープの揺動方向を検出するためのロープ方向検出機構が設けられている。

さらには、前記ロープ方向検出機構は、ロープに連動するロープ連動ロッドと、ロープ連動ロッドの角度の変化を検出する角度センサとを含む。

さらには、前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードと移動ロープノードを連結するロープのうちの一本は、移動ロープノードを通してから吊下げロープノードに連結される。

さらには、前記移動ロープノードは建物にて吸着力を生じ得る移動ノード吸着機構を含む。

さらには、前記吊下げロープノードは建物の表面に吸着する吊下げ吸着機構を含む。

さらには、前記移動ロープノードはＬ字状の構造で、建物の複数の表面に接触し、それらにおいて作用力を生じる。

さらには、前記移動ロープノードはΠ字状の構造で建物に被せられ、建物の複数の表面に接触し作用力を生じる。

さらには、前記作業装置に作業用移動機構が設けられ、前記作業用移動機構により作業装置はその作動している建物の表面にて移動可能になり、前記作業用移動機構にホイールが設けられている。

さらには、前記作業装置の端部に障害物横断用そりが設けられ、前記障害物横断用そりは外へ広がる傾斜形状又は弧形状を成して設けられている。

さらには、前記吊下げロープノードは二つ又はそれ以上の作業装置を含み、隣接する二つの作業装置の間が柔軟に連結され、この柔軟な連結はロープ連結とされている。

従来技術に比べて、本発明による作業システムは、ロープにより互いに順に連結される固定ロープノード、移動ロープノード及び吊下げロープノードを備え、固定ロープノードは建物の表面に固定され、作業装置は吊下げロープノードに設けられる。移動ロープノードと吊下げロープノードにはそれぞれ移動機構と吸着機構が設けられ、作業装置の作動範囲を広げながら、移動ロープノードと吊下げロープノードの吸着能力が向上し、作業装置が作動の時に垂直壁面から落ちてしまうという安全上の欠陥が効果的に防止され、安全性が向上している。

従来技術による垂直壁面作業ロボットの構造模式図である。本発明による作業システムの好適な実施例の構造原理模式図である。図２ａにおける移動ロープノードの実施例の拡大模式図である。図２ａにおける移動ロープノードの他の実施例の拡大模式図である。図２における移動ロープノードが建物の頂面にある場合の力解析の模式図である。図２における移動ロープノードが建物の垂直側面にある場合の力解析の模式図である。図２における移動ロープノードが建物の頂面と垂直側面にある場合の力解析の模式図である。図２における移動ロープノードが建物の薄肉壁にある場合の力解析の模式図である。本発明による作業システムの移動ロープノードの第二実施例の構造原理模式図である。本発明による作業システムの移動ロープノードの他実施例の構造原理模式図である。図２ａの作業システムにおいて固定ロープノード（プーリ）を一つ増設した場合の構造原理模式図である。図２ａの作業システムにおいて固定ロープノードと移動ロープノードをそれぞれ一つ増設した場合の構造原理模式図である。図６の移動ロープノードにロープ方向検出機構を設けた場合の構造原理模式図である。図２ａの作業システムにおいて固定ロープノードを二つ増設した場合の構造原理模式図である。本発明による作業における二つの固定ロープノードと一つの移動ロープノードのいずれをも薄肉壁に設けた場合の構造原理模式図である。図２ａの作業における吊下げロープノードの障害物横断時の原理模式図である。図２ａの作業における吊下げロープノードに二つの作業装置が設けられた場合の構造模式図である。図１１の吊下げロープノードの二つの作業装置の障害物横断時の原理模式図である。

以下、本発明が解決しようとする技術的課題や解決手段及び有益な効果をより明らかにするために、添付図面及び実施例に合わせて本発明をより詳細に説明する。ここで述べられる具体的な実施例は本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するためのものではないことは理解されたい。

図２ａを参照すると、建物Ｒはビルであり、その垂直側面Ｓは作業垂直壁面となる。建物Ｒにおいて複数のロープノードによるシステムを構築する。固定ロープノード１は建物Ｒの頂面Ｔに固定される。移動ロープノード２は頂面Ｔにて移動可能である。吊下げロープノード３は垂直側面Ｓにあり、その自重力で吊下げ状態となる。固定ロープノード１と移動ロープノード２は第一ロープ４によって互いに連結され、移動ロープノード２と吊下げロープノード３は第二ロープ５により互いに連結される。吊下げロープノード３の重力作用で、第二ロープ５は引張状態となる。力の伝達により、第一ロープ４も引張状態となる。第一ロープ４と第二ロープ５の長さは可変である。第二ロープ５は、重力との釣り合いを取る牽引力を吊下げロープノード３に対して提供するものである。

具体的には、本実施例では、固定ロープノード１は巻取装置であり、第一ロープ４の巻取・放出を行うことができ、建物Ｒの頂面Ｔに固定されている。移動ロープノード２はノード本体２１とノード本体２１に設けられた移動機構とで構成される。移動機構はホイールを用いたものであってもよく、足を用いたものであってもよく、ここでは具体的に指定していない。吊下げロープノード３は作業装置であり、建物Ｒの垂直側面Ｓに対して特定の作業、例えば洗浄や吹付け等を実施することができる。図２ｂでは、移動機構はホイール８とされ、第一ロープ４は巻取装置から放出されてノード本体２１のロープ案内溝２２を通している。図２ｃはもう一つの解決手段を示している。ノード本体２１は一つのプーリ２３を含み、第一ロープ４は巻取装置から放出されてプーリ２３に巻き付けられている。第二ロープ５の末端に作業装置が連結されている。つまり、図中の第一ロープ４と第二ロープ５は一本のロープの両側部分である。移動ロープノード２は、吊下げロープノードに対して吊下げ用支点を提供する役目を果たしている。移動ロープノードの移動に伴い、吊下げ用支点も対応して位置が変わる。移動ロープノード２の移動により第一ロープ４の長さを変えている。巻取装置によりロープの巻取・放出を行うことで、第二ロープ５の長さを調節でき、作業装置は垂直壁面を移動しながら作動することが可能になる。

次に、移動ロープノード２が受ける力について解析を行う。移動ロープノード２は自重力を受けている以外に、第一ロープ４の牽引力Ｔ１と第二ロープ５の牽引力Ｔ２をも受けている。また、移動ロープノード２は建物Ｒに接触し作用力を生じている。作用力によりロープの牽引力と重力との釣り合いを取ることができなければ、移動ロープノード２は正常に移動して安定した吊下げ用支点を提供することができない。このため、移動ロープノード２は、建物Ｒに接触し作用力を生じてロープの牽引力と自重力との釣り合いを取ることをその重要な機能の一つとし、移動ロープノード２は力学的平衡状態になる。この機能を実現する構造は様々であり、本願では網羅できないため、下記の例のみを挙げる。

（１）図２ａと図３ａを参照すると、建物Ｒは頂面Ｔと垂直側面Ｓを有する。移動ロープノード２は頂面Ｔに置かれ、設けられた移動機構８におけるホイールを駆動することで移動し、第一ロープ４の牽引力Ｔ１と第二ロープ５の牽引力Ｔ２及び自重力を受けている。牽引力Ｔ２と自重力の作用で、移動ロープノード２と頂面Ｔとの間に押圧力が発生してホイールに作用しながら摩擦力が発生する。押圧力と摩擦力は建物Ｒから移動ロープノード２に与えられる作用力となる。押圧力により牽引力Ｔ２と自重力との釣り合いが取られ、摩擦力により牽引力Ｔ１との釣り合いが取られる。移動ロープノード２の重量を増やすことで移動ロープノード２と頂面Ｔとの間の押圧力を増加させることができ、それにより、十分に大きな摩擦力が得られ、牽引力Ｔ１との釣り合いを取られる十分な摩擦力が確保される。また、図２ａに示されるように、頂面Ｔと垂直側面Ｓとのなす夾角δは９０度に限らない。移動ロープノード２が力学的平衡状態にあることを満たし得れば、夾角δは任意の角度を取ってもよい。

（２）図３ｂを参照すると、建物Ｒに薄肉壁Ｕが設けられることがある。移動ロープノード２は垂直側面Ｓに置かれている。牽引力Ｔ１は移動ロープノード２に与えられ、垂直側面Ｓとの間に押圧力が発生する。この押圧力は移動機構８におけるホイールに作用しながら摩擦力を発生する。この摩擦力により牽引力Ｔ１と移動ロープノード２の重力との釣り合いが取られる。

（３）図３ｃを参照すると、移動ロープノード２はＬ字状の構造で、その一方側のホイールが建物Ｒの頂面Ｔに押し付けられ、他方側のホイールが建物Ｒの垂直側面Ｓに接触し、頂面Ｔと垂直側面Ｓはいずれもホイールに作用力を与えている。作用力のうちの押圧力によれば、大部分のロープ牽引力との釣り合いが取られ、作用力のうちの摩擦力により小部分のロープ牽引力との釣り合いを取ればよい。このため、図３ｂに比べて、図３ｃにおける移動ロープノード２はより安定的、且つ安全な力受け状態とすることができる。そして、移動ロープノード２を所定の位置に保持できる。

（４）図３ｄを参照すると、建物Ｒに薄肉壁Ｕが設けられることがある。移動ロープノード２はΠ字状の構造で建物Ｒに被せられ、移動機構８のホイールは薄肉壁Ｕの複数の面に接触している。このため、ロープ牽引力はどのように変化しても、移動ロープノード２は薄肉壁Ｕから落ちることがない一方、薄肉壁Ｕとの間に３個の移動機構の摩擦力が発生するため、移動ロープノード２を所定の位置に保持する。

このため、図２ａ〜ｃと図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄに示される解決手段は下記の利点を有する。

１）建物Ｒに固定される巻取装置のロープにより移動ロープノード２と作業装置は連結されているため、すべての装置は落下のリスクがなくなる。

２）移動ロープノード２は左右に移動し、巻取装置によりロープの巻取・放出を行うことで作業装置を上下に移動させる。このため、作業装置は垂直側面Ｓ全体にわたって走行が可能になる。

３）牽引力Ｔ１と牽引力Ｔ２による合力は建物Ｒに向かっており、移動ロープノード２を転覆させるモーメントが発生することはない。このため、移動ロープノード２は建物Ｒにて移動する場合にはレールを使用せず、建物Ｒにレールを敷く等の補助的作業が省かれる。

図２ａ〜ｃと図４ａ・ｂを参照して、追加の説明をする。上記実施例では、第一ロープ４と第二ロープ５は一本のロープの両側部分とされている。この両区間のロープを別体にしてもよい。図４ａに示されるように、本発明による作業システムの移動ロープノードの他の実施例であり、固定ロープノード１はロープ固定ブロックとされ、建物Ｒに固定連結されている。移動ロープノード２は移動機構８（図示せず）とノード本体２１とを含む。ノード本体２１は第一巻取装置６と第二巻取装置７とを含む。第一巻取装置６の第一ロープ４はロープ固定ブロックに連結され、第一巻取装置６により第一ロープ４の巻取・放出を行うことでその長さが変えられる。第二巻取装置７の第二ロープ５は吊下げロープノード３に連結され、第二巻取装置７により第二ロープ５の巻取・放出を行うことでその長さが変えられる。また図４ｂに示されるように、固定ロープノード１は建物Ｒに固定連結される第一巻取装置６を含み、ノード本体２１は第二巻取装置７を含み、前記第一巻取装置６と移動ロープノード２は第一ロープ４により連結され、前記第一巻取装置６により第一ロープ４の巻取・放出を行うことでその長さが変えられる。前記第二巻取装置７と吊下げロープノード３は第二ロープ５により連結され、前記第二巻取装置７により第二ロープ５の巻取・放出を行うことでその長さが変えられる。

なお、第一ロープ４と第二ロープ５の長さを変える他の方法は多くあるが、それらのすべてをここで挙げることはしない。

実施例１のもとに、移動ロープノード２は移動ノード吸着機構９を含む。移動ノード吸着機構９はノード本体２１に取り付けられる。移動ノード吸着機構９は真空により吸着力を発生させるようにしてもよく、頂面Ｔが磁性材料とされている場合、磁気吸着機構により吸着力を発生させるようにしてもよく、吸着方式として非接触方式や接触方式のいずれを採用してもよい。
ここで、移動ノード吸着機構の原理や取付け方式及び位置については特に指定していないが、吸着機構９としては、本出願人が日本国特許第６１２３０３０号公報、及び特許第６１８９５５１号公報で提案している機構を採用しても良い。移動ノード吸着機構９は移動ロープノード２に対して吸着力を付与し、移動ロープノード２と建物Ｒとの間の作用力を増やす役目を果たしている。

図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄの各実施例において、移動ロープノード２に移動ノード吸着機構９を増設することで建物Ｒ表面への吸着を行い、移動機構８のホイールと建物Ｒ表面との間の作用力（押圧力と摩擦力を含む）が向上し、移動ロープノード２がより良好な力学的平衡状態にあるようにするのに役立つ。図３ａと図３ｂにおいて、移動ノード吸着機構９の吸着面をＶ面に設けることができ、図３ｃにおいて、移動ノード吸着機構９の吸着面をＶ面又はＷ面に設けてもよく、Ｖ面とＷ面の両方に設けてもよい。

図２ａと図５を参照すると、作用力が建物Ｒの頂面Ｔと垂直側面Ｓのいずれからも移動ロープノード２のホイールに与えられている。作用力のうちの押圧力によって、大部分のロープ牽引力との釣り合いが取られ、作用力のうちの摩擦力により小部分のロープ牽引力（例えば、牽引力Ｔ１の移動ロープノード２の移動方向での分力）との釣り合いを取ればよい。しかし、移動ロープノード２の横方向移動に伴い、図２ａにおける夾角εが大きくなるため、牽引力Ｔ１の移動ロープノード２の移動方向における分力も大きくなる。移動ロープノード２と建物Ｒ表面との間の摩擦力がこの分力よりも小さくなると、移動ロープノード２は継続して移動できなくなり、装置の横方向の移動範囲が制限されるようになる。

固定ロープノードを増やすことにより上記問題を解決可能である。移動ロープノードに連結されるロープの牽引力は移動ロープノードの移動方向において分力がある。そして、固定ロープノードを増やすことは、それらの分力の大きさや方向を変えて、それらの分力による移動ロープノードの移動への影響を低減することを目的としている。以下、三つの具体的な解決手段によりさらに説明する。

（１）図２ａを参照すると、固定ロープノード１と移動ロープノード２との間の直線距離Ｈを増加させることで移動ロープノード２の移動範囲を広げることができる。横方向に同一距離を移動する場合、直線距離Ｈが長くなるほど、夾角εが小さくなり、牽引力Ｔ１の横方向の分力も小さくなり、横方向の移動範囲の拡張に役立つ。固定ロープノード１の巻取装置を一層遠い場所に取り付け固定することで垂直距離を増加させることができる。しかし、巻取装置は大きくて重いものであるから、運搬と取付けが面倒になる。これに対して、図５に示されるように、二つの固定ロープノード１’と１’’を増設し、これら二つの固定ロープノードは二つのプーリとしている。プーリは小型かつ軽量で、取付けや固定の自由度が高く、建物Ｒにおける鉄骨フレームや水道、旗ざお、手すり等の構造物に非常に容易に取り付けて固定することができる。三つの固定ロープノードはロープにより直列連結される。即ち、巻取装置のロープは二つのプーリに巻き付けられてから移動ロープノード２に達している。プーリによりロープの経路と方向が変えられ、建物の頂面にある障害物Ｘを避けることができ、固定ロープノードから移動ロープノード２までの直線距離Ｈを増加させることもできるため、移動ロープノード２の横方向の移動範囲を広げることが可能になる。固定ロープノード１’と１’’は、その代わりとしてロープ用リング等の他の部品を用いてもよい。

（２）図２ａと図６を参照する。図２ａと図６を比較すると、図６においては固定ロープノード１’’が増設され、移動ロープノード２に対してロープ案内機構２’が増設されている。ロープ案内機構２’とノード本体２１はロープ４’により連結されている。固定ロープノード１’’も巻取装置であり、ロープ案内機構２’はプーリホルダとプーリホルダに取り付けられたプーリとを含む。固定ロープノード１’’は第三ロープ１０によりプーリホルダに連結されている。第一ロープ４はプーリを通してノード本体２１に達し、つまり、ロープ案内機構２’とノード本体２１との間のロープ４’は第一ロープ４の一部である。固定ロープノード１’’のロープの巻取・放出を行うことで、第一ロープ４と第三ロープ１０の長さは変わり、それにより、ロープ案内機構２’の位置が変えられ、さらにロープ４’がノード本体２１に入る角度が変えられる。ロープ４’とノード本体２１の移動方向とのなす角度が垂直になると、ロープ４’の牽引力１は移動方向において分力がなくなることは明らかである。このため、ノード本体２１の移動は牽引力の移動方向での分力に影響されることがなくなる。

図６と図７を参照すると、ノード本体２１においてロープ４’とノード本体２１の相対角度を検出するためのロープ方向検出機構を増設する。そして、制御システム中のワンチップコンピュータはこの相対角度に応じて、第三ロープ１０の巻取・放出を行うように固定ロープノード１’’を制御し、ロープ４’がノード本体２１の移動方向に垂直となることを確保している。具体的な実現手法として、ノード本体２１にロープ連動ロッド１２を取り付ける。ロープ連動ロッド１２は軸線の回りに回転可能なものであり、前端にホールがあり、ロープ４’はホールを通している。ロープ４’を揺動すると、ロープ連動ロッド１２が揺動するように動く。ロープ連動ロッド１２の揺動角度は角度センサ１３により検出される。

（３）図８を参照する。図２ａにおいて二つの固定ロープノード１’’と１’’’を増設すると、図８の解決手段が得られる。それらは二つの巻取装置であり、建物Ｒに固定連結され、それぞれ第三ロープ１０と第四ロープ１１により移動ロープノード２に連結されている。移動ロープノード２の移動に伴い、三つの巻取装置は協働してロープの巻取・放出を行うことで、三本のロープが適切な長さになる。三本のロープによる移動ロープノード２に作用する牽引力は、移動ロープノードの移動方向におけるその分力が異なる方向を有する。図８に示される状態を例とすれば、１’’の分力が左方向となり、１と１’’’の分力が右方向となる。このように、三つの分力は互いに相殺しているため、移動ロープノード２は横方向に移動する時にはいつも力学的平衡状態になることができる。以上から、複数の固定ロープノードは、各固定ロープノードのロープ牽引力について移動ロープノード２の移動方向において異なる方向の分力を発生させて、分力を互いに相殺させるために設けられていることが分かる。また、移動ロープノード２と吊下げロープノード３を連結する第二ロープ５は、第一ロープ４、第三ロープ１０、第四ロープ１１のいずれかから伸びたものとしてもよい。例えば、第三ロープ１０と第二ロープ５は巻取装置１’’のロープとしてもよく、そして、巻取装置１’’のロープの巻取・放出を行えば、第三ロープ１０と第二ロープ５の長さを変えることができる。

（４）図９を参照する。図９の建物Ｒに薄肉壁Ｕがあり、固定ロープノード１と移動ロープノード２は薄肉壁Ｕに設けられ、移動ロープノード２の他方側に固定ロープノード１’’がさらに増設されている。移動ロープノード２は図３ｄにおけるコの字状の構造を採用しており、薄肉壁Ｕの複数の表面のいずれにも接触している。固定ロープノード１の巻取装置の第一ロープ４は移動ロープノード２を通して吊下げロープノード３の作業装置に連結されている。つまり、第一ロープ４と第二ロープ５は一本のロープの両側部分である。固定ロープノード１の巻取装置によりロープの巻取・放出を行えば、第一ロープ４と第二ロープ５の長さを変えることができる。固定ロープノード１’’の巻取装置は第三ロープ１０により移動ロープノード２に連結されている。固定ロープノード１’’の巻取装置によりロープの巻取・放出を行えば、第三ロープ１０の長さを変えることができる。牽引力Ｔ２は移動ロープノード２と薄肉壁Ｕとの間の作用力と釣り合いが取られる。第一ロープ４の牽引力Ｔ１は第三ロープ１０の牽引力Ｔ３と釣り合いが取られる。そして、移動ロープノード２は力学的平衡状態にある。固定ロープノード１’’の巻取装置により第三ロープ１０の巻取・放出を行えば、移動ロープノード２の薄肉壁Ｕでの横方向位置を変えることができる。巻取装置１と１’’は移動ロープノードの両側にあるため、第一ロープ４と第三ロープ１０の牽引力Ｔ１とＴ３は移動ロープノードの移動方向における分力が異なる方向に互いに相殺しており、移動ロープノード２は良好な力学的平衡状態にできる。

実施例１では、吊下げロープノード３は特定の機能、例えば洗浄や吹付け等を果たし得る作業装置を含む。作業装置は垂直側面Ｓにて作業する場合、作業反力が発生する。この作業反力により作業装置を押して揺れ動かせるようになる。また、作業装置は高所の横風に影響されて揺動しやすく、安全上の欠陥になってしまう。これらの問題を解決するために、吊下げロープノード３の作業装置に作業用吸着機構（図示せず）を取り付ける。それは、建物の垂直壁面への吸着により吊下げロープノードを安定させながら作業装置の作業能力を向上させる役目を果たしている。作業用吸着機構は真空により吸着力を発生させるようにしてもよく、建物の垂直壁面が磁性材料とされている場合、磁気吸着機構により吸着力を発生させるようにしてもよく、吸着方式として非接触方式や接触方式のいずれかを採用するようにしてもよい。ここで、作業用吸着機構の原理や取付け方式及び位置については特に指定していない。作業用吸着機構は作業装置に対して吸着力を付与し、作業装置の作業能力と高所での安定性を向上させる役目を果たしている。

図１０を参照すると、吊下げロープノード３の作業装置に作業用移動機構１４が設けられることで、作業装置はその作動している建物の垂直側面Ｓにて移動するようになる。作業用移動機構１４には無動力で駆動するホイールが設けられ、第二ロープ５の巻取・放出に伴い、作業装置のホイールが作業垂直側面Ｓにて転がり、作業装置は上下に移動するようになる。垂直側面Ｓにおいて突起した障害物Ｘがあると、作業装置は障害物Ｘを超えることができなくなる。作業装置の障害物横断能力を向上させるために、図１０に示されるように、作業装置の端部に障害物横断用そり１５が取り付けられている。障害物横断用そり１５は外へ広がる傾斜形状又は弧形状として設けられ、その傾斜面又は弧形状の最外端の高さが障害物Ｘよりも高くされている。障害物横断用そり１５が障害物Ｘにぶつかると、作業装置は障害物横断用そり１５により持ち上げられるようになり、障害物Ｘを超えることが可能になる。

図１１を参照すると、作業用吸着機構が取り付けられた作業装置は、垂直側面Ｓに吸着し移動して作業する場合では、作業用吸着機構が作動不能になると、例えば、磁気吸着機構が取り付けられた作業装置が作業垂直壁面における非磁性材料の領域にまで移動すると、高所の横風により作業装置が揺れてしまう。ロープが長くなるほど、大きく揺れるようになる。そして、作業装置は再度吸着を行える磁性材料の領域まで移動しても、大きく揺れることにより作業装置は再度作業垂直側面Ｓに吸着することができない。これに対して、図１１の解決手段を提出している。吊下げロープノード３は二つ又はそれ以上の作業装置１７を含み、作業装置１７毎に作業用吸着機構と作業用移動機構１４が取り付けられ、作業用吸着機構の吸着面Ｖが垂直側面Ｓに向かっている。隣接する作業装置１７の間は柔軟に連結される。例えば、この柔軟な連結はロープ連結とされており、隣接する作業装置１７の間に連結ロープ１６がある。一部の作業装置１７の作業用吸着機構が作動不能になった場合、他の作業装置１７の作業用吸着機構がやはり垂直側面Ｓに吸着し続けて支点になり、連結ロープ１６が原因となって、作業用吸着機構が作動不能になった作業装置１７が揺れることは制約されている。このため、吸着条件が再び成立すると、作動不能になった作業用吸着機構は再度垂直側面Ｓに吸着することができる。この解決手段によれば、作業装置１７の垂直側面Ｓでの安定性が確保されている。例えば、図１１に示されるように、何らかの原因で、上部にある作業装置１７の作業用吸着機構は作動不能になった。ただし、下部にある作業装置１７の作業用吸着機構が垂直側面Ｓに吸着し続けているため、下部にある作業装置１７が揺動し揺れることがなく、連結ロープ１６に制約されるようになり、そして吸着条件が再び成立すると、作動不能になった作業用吸着機構は再度垂直側面Ｓに吸着することができる。

図１２を参照する。実施例５のもとに、吊下げロープノード３は二つ又はそれ以上の作業装置１７を含み、作業装置１７毎の端部に障害物横断用そり１５が取り付けられている。例えば、吊下げロープノード３が下へ移動する場合、まずは下方にある作業装置１７が突起した障害物Ｘを超えるようになる。下方にある作業装置１７は障害物Ｘを超えている時には垂直側面Ｓから離れるから、この作業装置１７の作業用吸着機構が作動不能になってしまう。ただし、上方にある作業装置１７はやはり垂直側面Ｓに吸着し続けているため、下方にある作業装置１７は大きく揺れることがなく連結ロープ１６に制約されるようになる。障害物Ｘを超えた場合、下方にある作業装置１７は再度垂直側面Ｓに吸着することができる。吊下げロープノード３は下へ移動し続けると、上方にある作業装置１７が障害物Ｘを超えるようになり、下方にある作業装置１７による吸着により上方にある作業装置１７も大きく揺れず、それにより、吊下げロープノード３全体の作業装置１７システムの安定性が保持されている。

上記は本発明の好適な実施例にすぎず、本発明の制限となるものではなく、本発明の精神や原則の範囲においてなされたあらゆる変更や等価取替及び改良等は本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims

少なくとも一つの固定ロープノードと、少なくとも一つの移動ロープノードと、吊下げロープノードとを備え、固定ロープノード、移動ロープノード及び吊下げロープノードのすべてはそれぞれロープにより連結され、前記移動ロープノードは固定ロープノードと吊下げロープノードとの間に設けられ、移動ロープノードに連結されるロープの長さは可変であり、前記固定ロープノードは建物に固定され、前記吊下げロープノードは重力作用で垂下状態となり、前記吊下げロープノードは指定の作業内容を実施可能な少なくとも一つの作業装置を含み、前記移動ロープノードはノード本体とノード本体に設けられた移動機構とを含み、建物にて移動可能であり、吊下げロープノードの吊下げ位置を変える役割を果たし、そして、前記移動ロープノードは建物に接触して作用力が発生し、作用力によって移動ロープノードが受けるロープの牽引力と自重力との釣り合いが取られていることを特徴とする作業システム。
一つの固定ロープノードと、一つの移動ロープノードと、一つの吊下げロープノードとを備え、前記固定ロープノードは建物に固定され、前記固定ロープノードと移動ロープノードとの間のロープ、及び、前記移動ロープノードと吊下げロープノードとの間のロープの長さは可変であることを特徴とする、請求項１に記載の作業システム。
前記固定ロープノードはロープの巻取・放出可能な巻取装置とされ、前記ロープは移動ロープノードのノード本体を通して吊下げロープノードに連結されることを特徴とする、請求項２に記載の作業システム。
前記固定ロープノードは建物に固定連結されるロープ固定ブロックを含み、前記ノード本体は第一巻取装置と第二巻取装置とを含み、前記ロープ固定ブロックと前記第一巻取装置は第一ロープにより連結され、第一巻取装置により第一ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられ、前記第二巻取装置と吊下げロープノードは第二ロープにより連結され、第二巻取装置により第二ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられることを特徴とする、請求項２に記載の作業システム。
前記固定ロープノードは建物に固定連結される第一巻取装置を含み、前記ノード本体は第二巻取装置を含み、前記第一巻取装置と移動ロープノードは第一ロープにより連結され、前記第一巻取装置により第一ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられ、前記第二巻取装置と吊下げロープノードは第二ロープにより連結され、前記第二巻取装置により第二ロープの巻取・放出が行われてその長さが変えられることを特徴とする、請求項２に記載の作業システム。
二つ又はそれ以上の固定ロープノードを備え、すべての固定ロープノードは一本のロープにより直列連結されるようにロープの経路と方向を変えることを特徴とする、請求項１に記載の作業システム。
前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードは巻取装置と少なくとも一つのプーリとを含み、前記巻取装置に連結されるロープは順に前記プーリを通して移動ロープノードに連結され、前記プーリによりロープの経路と方向が変えられることを特徴とする、請求項６に記載の作業システム。
二つ又はそれ以上の固定ロープノードを備え、すべての固定ロープノードはそれぞれロープにより移動ロープノードに連結され、移動ロープノードに作用する各ロープの牽引力の移動ロープノードの移動方向における分力は互いに相殺していることを特徴とする、請求項１に記載の作業システム。
前記移動ロープノードは一つのロープ案内機構をさらに含み、前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードのロープはロープ案内機構に連結され、前記ロープ案内機構と前記ノード本体はロープにより連結され、固定ロープノードとロープ案内機構との間のロープの長さを変えることでロープ案内機構とノード本体との間のロープの方向が変えられることを特徴とする、請求項８に記載の作業システム。
前記固定ロープノードは第一巻取装置と第二巻取装置とを含み、前記ロープ案内機構はプーリとプーリを支持するホルダとを含み、前記プーリはプーリホルダに取り付けられ、前記第一巻取装置のロープはプーリを通してからノード本体に連結され、前記第二巻取装置のロープはプーリホルダに連結され、第一巻取装置及び／又は第二巻取装置のロープの巻取・放出を行うことでロープ案内機構とノード本体との間のロープの方向が変えられることを特徴とする、請求項９に記載の作業システム。
前記ノード本体においては、ノード本体とロープ案内機構との間のロープの揺動方向を検出するためのロープ方向検出機構がさらに設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の作業システム。
前記ロープ方向検出機構は、ロープに連動するロープ連動ロッドと、ロープ連動ロッドの角度の変化を検出する角度センサとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の作業システム。
前記二つ又はそれ以上の固定ロープノードと移動ロープノードを連結するロープのうちの一本は移動ロープノードを通してから吊下げロープノードに連結されることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の作業システム。
前記移動ロープノードは建物にて吸着力を生じ得る移動ノード吸着機構を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の作業システム。
前記吊下げロープノードは建物の表面に吸着する吊下げ吸着機構を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の作業システム。
前記移動ロープノードはＬ字状の構造で、建物の複数の表面に接触し、それらにおいて作用力を生じることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の作業システム。
前記移動ロープノードはΠ字状の構造で建物に被せられ、建物の複数の表面に接触して作用力を生じることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の作業システム。
前記作業装置に作業用移動機構が設けられ、前記作業用移動機構により作業装置はその作動している建物の表面にて移動可能になり、前記作業用移動機構にホイールが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の作業システム。
前記作業装置の端部に障害物横断用そりが設けられ、前記障害物横断用そりは外へ広がる傾斜形状又は弧形状を成して設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項１８に記載の作業システム。
前記吊下げロープノードは二つ又はそれ以上の作業装置を含み、隣接する二つの作業装置の間を柔軟に連結することを特徴とする、請求項１又は請求項１８に記載の作業システム。