JP7491526B2 - 壁面移動ロボット - Google Patents

Description

この発明は、壁面移動ロボットに関する。

近時、建築ビルの老朽化や経年変化に伴う建物の外壁やタイル等の検査のために、様々なタイプのロボットが開発されている。そのようなロボットの１つとして、壁面移動ロボットが知られている（特許文献１）。特許文献１に記載された壁面移動ロボットは、例えば、壁面に吸着して壁面を移動し、壁面の検査、清掃、塗装、及び表面処理等の作業に従事する。

特開２０１１－１９４９３７号公報

日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会2018 講演論文集（DVD）

しかし、非特許文献１の壁面移動ロボットでは、壁面における直進が難しい、という事情がある。

この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、その目的は、壁面における直進性を向上させることが可能な壁面移動ロボットを提供することにある。

第１発明に係る壁面移動ロボットは、遠隔制御が可能な壁面移動ロボットであって、移動ロボット体と、前記移動ロボット体に設けられた、３つのダクトファンと、を備え、前記３つのダクトファンのうち、第１ダクトファン及び第２ダクトファンのそれぞれは、前記移動ロボット体を前記壁面に押し付け、前記３つのダクトファンのうち、第３ダクトファンは、前記第１ダクトファンと前記第２ダクトファンとの間に、前記第１ダクトファン及び前記第２ダクトファンの中心位置を結ぶ仮想線上に略直交する位置に設けられて前記移動ロボット体の自重を支えるように、前記移動ロボット体を前記壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させるとともに、前記移動ロボット体に設けられ、移動ロボット体を駆動可能な駆動台車を、さらに備え、前記駆動台車は、全方向移動車輪駆動台車であり、前記移動ロボット体を前記壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させることを特徴とする。

第２発明に係る壁面移動ロボットは、第１発明において、前記移動ロボット体に設けられた、制御装置と、前記移動ロボット体に設けられた、有線又は無線通信によって前記制御装置を遠隔制御装置と接続させることが可能な通信装置と、を備え、前記壁面移動ロボットは、遠隔制御可能であることを特徴とする。

第３発明に係る壁面移動ロボットは、第１発明又は第２発明において、有線で電力が供給されることを特徴とする。

第１発明～第３発明に係る壁面移動ロボットによれば、３つのダクトファンのうち、第１ダクトファン及び第２ダクトファンのそれぞれが、移動ロボット体を壁面に押し付ける。このため、例えば、１つのダクトファンが、移動ロボット体を壁面に押し付ける場合と比較して、移動ロボット体が、１つのダクトファンの回転方向に曲がろうとする現象を抑制できる。したがって、壁面における直進性を向上させることが可能な壁面移動ロボットを提供できる。
また、第１発明～第３発明に係る壁面移動ロボットによれば、移動ロボット体を駆動可能な駆動台車を備えている。駆動台車は、移動ロボット体を壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させる。したがって、壁面移動ロボットは、壁面に対して上下、左右、斜め方向に動くことが可能となる。
また、第１発明～第３発明に係る壁面移動ロボットによれば、第３ダクトファンは、移動ロボット体を壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させる。したがって、壁面移動ロボットは、壁面に対して上下、左右、斜め方向に動くことが可能となる。
また、第１発明～第３発明に係る壁面移動ロボットによれば、移動ロボット体を壁面に対して上方向及び下方向のそれぞれに推進させる第３ダクトファンが、第１ダクトファンと第２ダクトファンとの間に設けられている。しかも、第３ダクトファンは、第１ダクトファン及び第２ダクトファンの中心位置を結ぶ仮想線上に略直交する位置に設けられている。このため、移動ロボット体が、１つの第３ダクトファンによる推力によって曲がろうとする現象を抑制できる。したがって、移動ロボット体を壁面に対して上方向及び下方向のそれぞれに推進させる第３ダクトファンが１つであったとしても、壁面における直進性を、安定させることが可能な壁面移動ロボットを提供できる。

特に、第３発明に係る壁面移動ロボットによれば、有線で電力が供給される。このため、壁面移動ロボットに電源装置を搭載する必要が無く、壁面移動ロボットの自重を軽くできる。したがって、第１～第３ダクトファンのそれぞれが負担すべき推力を抑制でき、第１～第３ダクトファンそれぞれの小型軽量化、更には壁面移動ロボットの小型軽量化を図ることが可能となる。また、長時間の連続稼働も可能となる。

図１は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。 図２は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式側面図である。 図３は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す別の模式側面図である。 図４は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。図４は、図１に示した模式平面図と対応する。なお、図４では、制御装置、通信装置、遠隔制御装置及び気流の方向は省略する。 図５は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの動きの例を示す模式平面図である。 図６は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの別の例を示す模式平面図である。 図７は、この発明の第３実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。 図８は、この発明の第３実施形態に係る壁面移動ロボットの動きの例を示す模式平面図である。

以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照しながら説明する。各図において、共通する部分については、共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式側面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す別の模式側面図である。

図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る壁面移動ロボット１００は、遠隔制御が可能である。壁面移動ロボット１００は、移動ロボット体１と、少なくとも３つのダクトファン１１～１３を備えている。第１ダクトファン１１～１３のそれぞれは、移動ロボット体１に設けられている。

第１ダクトファン１１及び第２ダクトファン１２のそれぞれは、推力を、壁面２００に対して略垂直な方向に及ぼす。これにより、第１ダクトファン１１及び第２ダクトファン１２のそれぞれは、移動ロボット体１を壁面２００に押し付ける。第１ダクトファン１１の回転方向及び第２ダクトファン１２の回転方向はそれぞれ同一方向であっても良いし、互いに逆方向であっても良い。

第３ダクトファン１３は、推力を、壁面２００に対して略水平な方向に及ぼす。これにより、第３ダクトファン１３は、移動ロボット体１を壁面２００に対して上方向及び下方向のそれぞれに推進させる。

第３ダクトファン１３は、第１ダクトファン１１と第２ダクトファン１２との間に設けられている。第３ダクトファン１３は、例えば、第１ダクトファン１１の中心位置１１ｃ及び第２ダクトファン１２の中心位置１２ｃを結ぶ第１仮想線２１と略直交する第２仮想線２２上に位置に設けられている。第２仮想線２２は、例えば、移動ロボット体１の中心線である。

移動ロボット体１には、転動体が設けられている。第１実施形態では、転動体として、移動ロボット体１を駆動可能な駆動台車３１ａ～３１ｄを用いている。駆動台車３１ａ～３１ｄは、移動ロボット体１と壁面２００との間にある。駆動台車３１ａ～３１ｄは、駆動滑車、例えば、車輪である。これにより、移動ロボット体１が、壁面２００上をスムーズに移動することが可能である。

壁面移動ロボット１００では、第１ダクトファン１１及び第２ダクトファン１２で移動ロボット体１を壁面２００に押し付け、第３ダクトファン１３で、壁面移動ロボット１００の自重、少なくとも移動ロボット体１の自重を支える。この場合、駆動台車３１ａ～３１ｄの駆動力は、移動ロボット体１が壁面２００を上昇していくための推力となる。このとき、第３ダクトファン１３の推力は、壁面移動ロボット１００の自重をキャンセルするように作用するので、駆動台車３１ａ～３１ｄにかかる負荷が小さくなる。このため、駆動台車３１ａ～３１ｄを小型で軽量の駆動機構として実現することができる。

さらに、壁面移動ロボット１００では、第１ダクトファン１１及び第２ダクトファン１２のそれぞれで、壁面移動ロボット１００の自重、少なくとも移動ロボット体１の自重を支えることができれば、図３に示すように、壁面２００だけでなく、天井３００の走行も可能である。

なお、転動体に駆動力が無い場合には、移動ロボット体１は、第３ダクトファン１３によって壁面２００を上昇することとなる。このときの移動は、下記の式１を満たすことで可能となる。
Ｗ－Ｆｖ≦μＦｈ ・・・式１
式１において、
Ｗ ：移動ロボット体１の重量
Ｆｖ ：第３ダクトファン１３の推力
μＦｈ：第１、第２ダクトファン１１、１２の推力Ｆｈによる摩擦力
式１に示す関係を考慮しながら、第３ダクトファン１３の推力を調整することにより、壁面移動ロボット１００は、壁面２００に対して上昇移動、下降移動及び停止が可能となる。

移動ロボット体１は、制御装置４１と、通信装置４２とを備えている。制御装置４１は、例えば、第１ダクトファン１１～第３ダクトファン１３を制御する。また、制御装置４１は、転動体が駆動台車３１ａ～３１ｄであった場合には、これら駆動台車３１ａ～３１ｄを制御する。通信装置４２は、移動ロボット体１から離れた位置にある遠隔制御装置５１と、有線通信又は無線通信によって制御装置４１と、遠隔制御装置とを接続させる。これにより、壁面移動ロボット１００は、無線による遠隔制御が可能となる。

このような第１実施形態に係る壁面移動ロボット１００によれば、２つ以上の第１ダクトファン１１及び第２ダクトファン１２のそれぞれが、移動ロボット体１を壁面２００に押し付ける。このため、例えば、１つのダクトファンが、移動ロボット体１を壁面２００に押し付ける場合と比較して、移動ロボット体１が、移動ロボット体１を壁面２００に押付けるダクトファンの、例えば、回転方向に曲がろうとする現象を抑制できる。

したがって、第１実施形態によれば、壁面２００における直進性を向上させることが可能な壁面移動ロボット１００を提供できる。

また、第１実施形態によれば、第３ダクトファン１３は、第１ダクトファン１１の中心位置及び第２ダクトファン１２の中心位置を結ぶ第１仮想線２１上に略直交する第２仮想線２２上に位置に設けられている。第２仮想線２２は、例えば、移動ロボット体１の左右の中心線である。このため、第３ダクトファン１３の位置は、第３ダクトファン１３の中心線から偏心することが抑制される。したがって、第３ダクトファン１３の中心線からの偏心に起因した移動ロボット体１が曲がろうとする現象を、さらに抑制できる。したがって、移動ロボット体１を壁面２００に対して上方向及び下方向のそれぞれに推進させる第３ダクトファン１３が１つであったとしても、壁面２００上における直進性を、安定させることが可能な壁面移動ロボット１００を提供できる。

第１実施形態に係る壁面移動ロボット１００には、例えば、検査装置、保守装置、点検装置を搭載することにより、構造物の壁面等の検査、保守、点検に応用することができる。また、壁面移動ロボット１００を利用した検査、保守、点検等は、災害等により倒壊の危険性が増した構造物であっても可能である。このため、倒壊の危険性が増した構造物の検査、保守、点検から作業員を開放でき、作業員の安全を確保することもできる。

（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。図５は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの動きの例を示す模式平面図である。

図４に示すように、第２実施形態に係る壁面移動ロボット１００ｂが、図１に示した壁面移動ロボット１００と異なるところは、駆動台車３１ａ～３１ｄが、全方向移動車輪駆動台車（例えばオムニホイール機構）を用いたことである。

駆動台車３１ａ～３１ｄに、例えば、オムニホイール機構を用いた場合、壁面移動ロボット１００は、図５に示すように、壁面２００又は天井３００上を、前後、左右、右斜め上、左斜め上、右斜め下及び左斜め下のそれぞれに走行（全方向走行）することができる。また、駆動台車３１ａ～３１ｄは、クローラであっても良い。クローラであっても、全方向走行が可能である。

図６は、この発明の第２実施形態に係る壁面移動ロボットの別の例を示す模式平面図である。

図６に示すように、第３ダクトファン１３を壁面２００の下型において回動可能としても良い。この場合、壁面移動ロボット１００は、壁面２００又は天井３００上を、少なくとも前後、左右、右斜め上及び左斜め上のそれぞれに走行することができる。この別の例は、図４に示した壁面移動ロボット１００ｂと併用しても良く、また、駆動台車３１ａ～３１ｄから駆動力を取り除き、転動体として、駆動力無しの全方向移動車輪を取り付けるようにしても良い。

（第３実施形態）
図７は、この発明の第３実施形態に係る壁面移動ロボットの一例を示す模式平面図である。図８及び図９は、この発明の第３実施形態に係る壁面移動ロボットの動きの例を示す模式平面図である。

図７及び図８に示すように、第３実施形態に係る壁面移動ロボット１００ｃが、図１に示した壁面移動ロボット１００と異なるところは、電源装置６１を、外置き型としたことである。壁面移動ロボット１００ｃには、電源ケーブル６２を介して有線で電力が供給される。

第３実施形態に係る壁面移動ロボット１００ｃによれば、壁面移動ロボットに電源装置６１を搭載する必要が無く、壁面移動ロボットの自重を軽くできる。したがって、第１～第３ダクトファンのそれぞれが負担すべき推力を抑制でき、第１～第３ダクトファンそれぞれの小型軽量化、更には壁面移動ロボットの小型軽量化を図ることが可能となる。また、長時間の連続稼働も可能となる。

ただし、電源ケーブル６２に高電流が流れる場合、電源ケーブル６２の重量が重くなる。このため、移動ロボット体１の壁面２００への押し付けに影響が出る。したがって、電源ケーブル６２の長さは、例えば、第１、第２ダクトファン１１、１２の壁面２００への押し付けに余裕あるだけの重さとなるように調節されることが良い。この長さ６１Ｌは、電源ケーブル６２の種類、第１ダクトファン１１の推力、第２ダクトファン１２の推力及び壁面移動ロボット１００の自重等で変わるが、例えば１０ｍ以下とする。

例えば、１０ｍを超える部分の、例えば検査を行う場合には、図８に示すように、上下に移動する移動足場７１に電源装置６１を設置し、移動足場７１を上下に移動させる。これにより、１０ｍを超える部分の、例えば検査を行うことができる。この際、移動足場７１は、電源ケーブル６２の長さの範囲内で、移動させる。

このように、壁面移動ロボット１００と、電源装置６１と、移動足場７１とを連携させることで、長時間の検査を休むことなく実施できる。このため、作業の効率化が可能となる。

また、電源ケーブル６２には、各種のセンサーからの計測データ等を送信する送信ケーブルを搭載することもできる。このため、作業階でのリアルタイムでのデータ解析も可能となる。

上記第１実施形態～第３実施形態で説明した壁面移動ロボットは、構造物の壁面等の検査、保守、点検に限らず、構造物の、例えば、清掃、塗装、表面処理等に応用することも可能である。この場合には、壁面移動ロボットに、清掃装置、塗装装置、表面処理装置等を搭載すれば良い。

さらに、上記第１実施形態～第３実施形態で説明した壁面移動ロボットは、移動ロボット体１を壁面に押し付けるダクトファンを２つ以上有するため、移動ロボット体１を壁面に押し付ける力が強い。このため、移動ロボット体１は、構造物の壁面だけでなく、図３に示したように、構造物の天井３００等にも押し付けることが可能である。このため、壁面移動ロボット１００は、構造物の天井の検査、保守、点検、清掃、塗装、表面処理等にも利用することができる。

以上、この発明をいくつかの実施形態を参照して説明したが、上記いくつかの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、上記いくつかの実施形態は、様々な新規な形態で実施することができ、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更も可能である。このような新規な形態や変形は、この発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

１００、１００ｂ、１００ｃ：壁面移動ロボット
２００：壁面
３００：天井
１ ：移動ロボット体
１１ ：第１ダクトファン
１１ｃ：第１ダクトファン１１の中心位置
１２ ：第２ダクトファン
１２ｃ：第２ダクトファン１２の中心位置
１３ ：第３ダクトファン
２１ ：第１仮想線
２２ ：第２仮想線
３１ａ～３１ｄ：駆動台車（転動体）
４１ ：制御装置
４２ ：通信装置
５１ ：遠隔制御装置
６１ ：電源装置
６２ ：電源ケーブル
７１ ：移動足場

Claims (3)

1. 遠隔制御が可能な壁面移動ロボットであって、
   移動ロボット体と、
   前記移動ロボット体に設けられた、３つのダクトファンと、を備え、
   前記３つのダクトファンのうち、第１ダクトファン及び第２ダクトファンのそれぞれは、前記移動ロボット体を前記壁面に押し付け、
   前記３つのダクトファンのうち、第３ダクトファンは、前記第１ダクトファンと前記第２ダクトファンとの間に、前記第１ダクトファン及び前記第２ダクトファンの中心位置を結ぶ仮想線上に略直交する位置に設けられて回動可能に構成され、前記移動ロボット体の自重を支えるとともに、前記移動ロボット体を前記壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させ、
   前記移動ロボット体に設けられ、移動ロボット体を駆動可能な駆動台車を、さらに備え、前記駆動台車は、全方向移動車輪駆動台車であり、前記移動ロボット体を前記壁面に対して上下、左右、斜め方向に推進させること
   を特徴とする壁面移動ロボット。
2. 前記移動ロボット体に設けられた、制御装置と、
   前記移動ロボット体に設けられた、有線又は無線通信によって前記制御装置を遠隔制御装置と接続させることが可能な通信装置と、を備え、
   前記壁面移動ロボットは、遠隔制御可能であること
   を特徴とする請求項１に記載の壁面移動ロボット。
3. 前記壁面移動ロボットは、有線で電力が供給されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の壁面移動ロボット。

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