JPH05185964A - 磁力による三次元自由走行車及びその車輪 - Google Patents
磁力による三次元自由走行車及びその車輪Info
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- JPH05185964A JPH05185964A JP4195605A JP19560592A JPH05185964A JP H05185964 A JPH05185964 A JP H05185964A JP 4195605 A JP4195605 A JP 4195605A JP 19560592 A JP19560592 A JP 19560592A JP H05185964 A JPH05185964 A JP H05185964A
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- Japan
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- wheel
- outer ring
- arm
- vehicle body
- magnet
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
- F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
- F16L55/28—Constructional aspects
- F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
- F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S180/00—Motor vehicles
- Y10S180/901—Devices for traversing vertical surfaces
Abstract
(57)【要約】
【構成】円環状の周部壁を有した外輪と、該外輪の内周
面上を転動し得る内輪、又は外輪の中心部に回転自在に
装着されたアームと、該内輪又はアームに磁力を付与す
る磁石とを備えている車輪、及び該車輪を備えた三次元
自由走行車。 【効果】例えば水平壁から垂直壁に移行する場合に、外
輪内で内輪又はアームが回動し、その磁力による吸着作
用を水平壁から垂直壁に移行させることにより、垂直壁
を登るというように、多種の障害箇所を自由に走行し得
る。
面上を転動し得る内輪、又は外輪の中心部に回転自在に
装着されたアームと、該内輪又はアームに磁力を付与す
る磁石とを備えている車輪、及び該車輪を備えた三次元
自由走行車。 【効果】例えば水平壁から垂直壁に移行する場合に、外
輪内で内輪又はアームが回動し、その磁力による吸着作
用を水平壁から垂直壁に移行させることにより、垂直壁
を登るというように、多種の障害箇所を自由に走行し得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁力を利用して三次元
空間を自由に走行する車、及びそのような走行車のため
の車輪に関する。
空間を自由に走行する車、及びそのような走行車のため
の車輪に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】このような三次元自由走行
車としては、車体の前部及び後部に各々１対の車輪が取
り付けられ、各車輪は２枚又は３枚の透磁性材料からな
る円板の間に永久磁石を挾んだ構造とされたものが種々
提案されている。しかしながら、それらの三次元自由走
行車においては、透磁性材料の円板が直接走行面に接す
るので、例えば水平壁から垂直壁に移行する際には、円
板が水平壁と垂直壁との双方に吸着した状態となり、水
平壁から離反できず、走行が停止してしまうというよう
に、走行可能な面が限定されていた。また、透磁性材料
の円板及び磁石が共に露出状態で使用されるため、走行
中に磁性体の塵埃が集積するのを防止することができな
かった。
車としては、車体の前部及び後部に各々１対の車輪が取
り付けられ、各車輪は２枚又は３枚の透磁性材料からな
る円板の間に永久磁石を挾んだ構造とされたものが種々
提案されている。しかしながら、それらの三次元自由走
行車においては、透磁性材料の円板が直接走行面に接す
るので、例えば水平壁から垂直壁に移行する際には、円
板が水平壁と垂直壁との双方に吸着した状態となり、水
平壁から離反できず、走行が停止してしまうというよう
に、走行可能な面が限定されていた。また、透磁性材料
の円板及び磁石が共に露出状態で使用されるため、走行
中に磁性体の塵埃が集積するのを防止することができな
かった。
【０００３】
【発明の概要】本願発明は、これらの従来技術の問題点
を解決することを目的とする。
を解決することを目的とする。
【０００４】すなわち、本発明の目的は、垂直壁から水
平壁等のより多くの障害箇所に進行することができる三
次元自由走行車を提供することにある。
平壁等のより多くの障害箇所に進行することができる三
次元自由走行車を提供することにある。
【０００５】本発明の他の目的は、走行中に磁性体の塵
埃が集積するのを防止することができる三次元自由走行
車を提供することにある。
埃が集積するのを防止することができる三次元自由走行
車を提供することにある。
【０００６】本発明の目的はまた、上記走行車に使用す
ることができる車輪を提供することにある。
ることができる車輪を提供することにある。
【０００７】本発明は、前記目的を達成するために、車
体と、該車体に少なくとも１つ設けられた車輪とを備
え、前記車輪は、円環状の周部壁を有した外輪と、前記
外輪の内径より小さい外径を有し前記外輪の内周面上を
転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪と、該透磁性部
分に磁極を接するように前記内輪に装着された磁石とを
備えていることを特徴とする三次元自由走行車を提供す
る。
体と、該車体に少なくとも１つ設けられた車輪とを備
え、前記車輪は、円環状の周部壁を有した外輪と、前記
外輪の内径より小さい外径を有し前記外輪の内周面上を
転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪と、該透磁性部
分に磁極を接するように前記内輪に装着された磁石とを
備えていることを特徴とする三次元自由走行車を提供す
る。
【０００８】本発明はまた、車体と、該車体に少なくと
も１つ設けられた車輪と、前記車体に装着され前記車輪
の少なくとも１つを駆動する駆動部とを備え、前記車輪
は、円環状の周部壁を有した外輪と、前記外輪の中心部
に回転自在に装着され径方向に該外輪の内周面付近まで
延びる透磁性材料部分を備えたアームと、該アームに磁
極を接するように装着された磁石と、該アームを前記外
輪の回転から独立して所望の角度回転させ得るアーム回
動部とを備えていることを特徴とする三次元自由走行車
を提供するものである。
も１つ設けられた車輪と、前記車体に装着され前記車輪
の少なくとも１つを駆動する駆動部とを備え、前記車輪
は、円環状の周部壁を有した外輪と、前記外輪の中心部
に回転自在に装着され径方向に該外輪の内周面付近まで
延びる透磁性材料部分を備えたアームと、該アームに磁
極を接するように装着された磁石と、該アームを前記外
輪の回転から独立して所望の角度回転させ得るアーム回
動部とを備えていることを特徴とする三次元自由走行車
を提供するものである。
【０００９】前記外輪又は内輪のいずれかには、車体に
装着された駆動部の駆動軸を接続することができる。
装着された駆動部の駆動軸を接続することができる。
【００１０】本発明の１実施態様によれば、車体に取り
付けられる車輪が、円環状の周部壁を有した外輪と、透
磁性材料部分を備えた内輪と、該内輪に装着された磁石
とを備えているので、磁石の磁力が内輪を通り、外輪を
越えて走行面に作用する。したがって、垂直面、天井
面、傾斜面などを、磁石の吸着力により滑りや落下を防
止された状態で、確実に走行することができる。特に内
輪は、外輪の内周面上を転動し得るので、水平壁と垂直
壁との間のような傾斜の異なる面の間での移行の際に、
２つの面に接して停止した外輪の内周面上を移動するこ
とにより先ず内輪が２つの面の間を移動し、これにより
外輪の移動を容易にする。その結果、走行車は、種々の
障害を含む三次元空間を自由に走行することができる。
付けられる車輪が、円環状の周部壁を有した外輪と、透
磁性材料部分を備えた内輪と、該内輪に装着された磁石
とを備えているので、磁石の磁力が内輪を通り、外輪を
越えて走行面に作用する。したがって、垂直面、天井
面、傾斜面などを、磁石の吸着力により滑りや落下を防
止された状態で、確実に走行することができる。特に内
輪は、外輪の内周面上を転動し得るので、水平壁と垂直
壁との間のような傾斜の異なる面の間での移行の際に、
２つの面に接して停止した外輪の内周面上を移動するこ
とにより先ず内輪が２つの面の間を移動し、これにより
外輪の移動を容易にする。その結果、走行車は、種々の
障害を含む三次元空間を自由に走行することができる。
【００１１】また外輪が、円環状の周部壁と、該周部壁
の両端面を閉じる２つの側壁とを有し、前記内輪を囲ん
でいるものとされた場合は、磁性を有したごみや粉体
が、内輪に付着するのを防止することができる。
の両端面を閉じる２つの側壁とを有し、前記内輪を囲ん
でいるものとされた場合は、磁性を有したごみや粉体
が、内輪に付着するのを防止することができる。
【００１２】本発明の他の実施態様によれば、車体に取
り付けられる車輪は、外輪と、外輪の中心部に回転自在
に装着され径方向に外輪の内周面付近まで延びる透磁性
材料部分を備えたアームと、該アームに装着された磁石
とを備えているので、該アームは磁力に基づいて自由に
走行面に向き、走行面に対する吸着作用を生じる。その
結果、あらゆる角度の走行面を確実に走行することがで
きる。また、アームを所望の角度回転させ得るアーム回
動部を備えているので、車体が段部に当接した場合は、
アームを約９０度回動させて段部に吸着させ、その状態
で外輪を駆動することにより段部を登ることができる。
り付けられる車輪は、外輪と、外輪の中心部に回転自在
に装着され径方向に外輪の内周面付近まで延びる透磁性
材料部分を備えたアームと、該アームに装着された磁石
とを備えているので、該アームは磁力に基づいて自由に
走行面に向き、走行面に対する吸着作用を生じる。その
結果、あらゆる角度の走行面を確実に走行することがで
きる。また、アームを所望の角度回転させ得るアーム回
動部を備えているので、車体が段部に当接した場合は、
アームを約９０度回動させて段部に吸着させ、その状態
で外輪を駆動することにより段部を登ることができる。
【００１３】本発明はまた、円環状の周部壁を有した外
輪と、前記外輪の内径より小さい外径を有し前記外輪の
内周面上を転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪と、
該透磁性部分に磁極を接するように前記内輪に装着され
た磁石とを備えていることを特徴とする車輪を提供する
ものである。
輪と、前記外輪の内径より小さい外径を有し前記外輪の
内周面上を転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪と、
該透磁性部分に磁極を接するように前記内輪に装着され
た磁石とを備えていることを特徴とする車輪を提供する
ものである。
【００１４】本発明はまた、円環状の周部壁を有した外
輪と、該外輪の中心部に回転自在に装着され径方向に該
外輪の内周面付近まで延びる透磁性材料部分を備えたア
ームと、該アームに磁極を接するように装着された磁石
と、該アームを前記外輪の回転から独立して所望の角度
回転させ得るアーム回動部とを備えていることを特徴と
する車輪を提供するものである。
輪と、該外輪の中心部に回転自在に装着され径方向に該
外輪の内周面付近まで延びる透磁性材料部分を備えたア
ームと、該アームに磁極を接するように装着された磁石
と、該アームを前記外輪の回転から独立して所望の角度
回転させ得るアーム回動部とを備えていることを特徴と
する車輪を提供するものである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例につき添付図面を参照
しつつ説明する。図１は、本発明に係る三次元自由走行
車１Ａ、１Ｂ、１Ｃが連結されて管Ａ内を走行している
状態を示している。各三次元自由走行車は、車体１０
と、該車体の前部及び後部に各々１対の車輪２０を備え
ている。走行車１Ａは、さらに駆動部１１（図２参
照）、ステアリング部１２、バッテリ１３、表面状態検
知装置１４、位置検出装置１５、コンピュータ１６を車
体１０内に備えている。位置検出装置１５は、ジャイロ
装置又は傾斜検出装置を備えてものとすることができ
る。走行車１Ｂは、走行車１Ａに電力を供給するための
バッテリ１３を備えている。走行車１Ｃは、進行方向が
前後逆になった場合に使用できる表面状態検知装置１７
を車体内に搭載しており、さらに走行車に必要な種々の
作業装置の搭載が可能となっている。また、走行車１Ａ
の駆動部１１及びステアリング部１２からは、駆動操舵
用フレキシブルケーブル１８が走行車１Ｂ及び１Ｃまで
延び、これらの走行車の車輪２０を操作するようにされ
ている。図１の連結された走行車に代えて、よりおおき
な単一の走行車を使用することもできる。
しつつ説明する。図１は、本発明に係る三次元自由走行
車１Ａ、１Ｂ、１Ｃが連結されて管Ａ内を走行している
状態を示している。各三次元自由走行車は、車体１０
と、該車体の前部及び後部に各々１対の車輪２０を備え
ている。走行車１Ａは、さらに駆動部１１（図２参
照）、ステアリング部１２、バッテリ１３、表面状態検
知装置１４、位置検出装置１５、コンピュータ１６を車
体１０内に備えている。位置検出装置１５は、ジャイロ
装置又は傾斜検出装置を備えてものとすることができ
る。走行車１Ｂは、走行車１Ａに電力を供給するための
バッテリ１３を備えている。走行車１Ｃは、進行方向が
前後逆になった場合に使用できる表面状態検知装置１７
を車体内に搭載しており、さらに走行車に必要な種々の
作業装置の搭載が可能となっている。また、走行車１Ａ
の駆動部１１及びステアリング部１２からは、駆動操舵
用フレキシブルケーブル１８が走行車１Ｂ及び１Ｃまで
延び、これらの走行車の車輪２０を操作するようにされ
ている。図１の連結された走行車に代えて、よりおおき
な単一の走行車を使用することもできる。
【００１６】車輪２０は、図２に示すように、円環状の
周部壁２２及びその両側面を覆う側壁２３を有した外輪
２１と、外輪２１の内径より小さい外径を有し各外輪２
１の内周面上を転動し得る透磁性材料からなる内輪２５
と、該内輪に磁極を接するように前記内輪に装着された
磁石２７とを備えている。外輪の周部壁２２及び側壁２
３は車体からの荷重及び磁力に抗し得る剛性を有した金
属、ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成する
ことができる。周部壁２２は、内部に磁性粒体を含むの
が望ましく、特に径方向に粒子がコラム状に並ぶように
するのが望ましい。これにより、後述する磁石２７から
の磁力線をより有効に走行面に導くことができる。或い
は、外輪を金属シェルとすることもでき、これにより、
外輪は極めて堅固で強度に富むものとなる。図３を参照
して後述するように、堅固な外輪２１は、水平壁から垂
直壁のような変形した箇所での移行の間に外輪が歪むの
を防止する。金属シェルは、牽引力を高めると共に、外
輪２１が転動する面の損傷を防止するために、ゴム等の
柔軟性材料で覆うことができる。さらに、周面部２２
は、磁性を有する鋼、鉄その他の透磁性材料で形成し、
内輪２５から走行面への磁界の伝播を高めることができ
る。この場合は、磁力線が不当に漏れるのを防止すべ
く、側壁２３は、非磁性材料で形成するのが望ましい。
非磁性材料製の側壁２３は、外輪２１の金属シェルを形
成するように、磁性材料製周部壁２２に溶接その他によ
り接合することができる。内輪２５は、この例では相互
に間隔をおいた１対の椀状の軟鉄製円板を備えている。
或いは、内輪２５は、１対の中実のディスクを備えたも
のとすることもできる。ボウル状であろうと、中実であ
ろうと、内輪２５の外周面は、管等の曲面に合う形状と
することができる。内輪２５には他の透磁性材料を使用
することもできる。磁石２７は、細長い棒状をなし、内
輪２５の１対の軟鉄製円板の間に固定され、Ｎ極及びＳ
極をこれらの円板に接している。この例では軽量化のた
めに永久磁石が使用されているが、重量及び磁力がさほ
ど問題とされない場合には、電磁石を使用することもで
きる。このことは、以下の他の例においても同じであ
る。
周部壁２２及びその両側面を覆う側壁２３を有した外輪
２１と、外輪２１の内径より小さい外径を有し各外輪２
１の内周面上を転動し得る透磁性材料からなる内輪２５
と、該内輪に磁極を接するように前記内輪に装着された
磁石２７とを備えている。外輪の周部壁２２及び側壁２
３は車体からの荷重及び磁力に抗し得る剛性を有した金
属、ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成する
ことができる。周部壁２２は、内部に磁性粒体を含むの
が望ましく、特に径方向に粒子がコラム状に並ぶように
するのが望ましい。これにより、後述する磁石２７から
の磁力線をより有効に走行面に導くことができる。或い
は、外輪を金属シェルとすることもでき、これにより、
外輪は極めて堅固で強度に富むものとなる。図３を参照
して後述するように、堅固な外輪２１は、水平壁から垂
直壁のような変形した箇所での移行の間に外輪が歪むの
を防止する。金属シェルは、牽引力を高めると共に、外
輪２１が転動する面の損傷を防止するために、ゴム等の
柔軟性材料で覆うことができる。さらに、周面部２２
は、磁性を有する鋼、鉄その他の透磁性材料で形成し、
内輪２５から走行面への磁界の伝播を高めることができ
る。この場合は、磁力線が不当に漏れるのを防止すべ
く、側壁２３は、非磁性材料で形成するのが望ましい。
非磁性材料製の側壁２３は、外輪２１の金属シェルを形
成するように、磁性材料製周部壁２２に溶接その他によ
り接合することができる。内輪２５は、この例では相互
に間隔をおいた１対の椀状の軟鉄製円板を備えている。
或いは、内輪２５は、１対の中実のディスクを備えたも
のとすることもできる。ボウル状であろうと、中実であ
ろうと、内輪２５の外周面は、管等の曲面に合う形状と
することができる。内輪２５には他の透磁性材料を使用
することもできる。磁石２７は、細長い棒状をなし、内
輪２５の１対の軟鉄製円板の間に固定され、Ｎ極及びＳ
極をこれらの円板に接している。この例では軽量化のた
めに永久磁石が使用されているが、重量及び磁力がさほ
ど問題とされない場合には、電磁石を使用することもで
きる。このことは、以下の他の例においても同じであ
る。
【００１７】図２の例は、ステアリング及び駆動の機能
を有する車輪であるので、以下に説明するこれらのため
の機構を備えている。磁石２７の中央部の周囲には環状
の傘歯車２８が固着され、該傘歯車は駆動部１１及びス
テアリング部１２に接続されている。図には駆動部１１
及びステアリング部１２の一部が示されている。駆動部
１１は、可撓性を有する駆動軸１１０と、車体に支持さ
れ該駆動軸により回転させられる歯車１１１と、該歯車
に一端を接続された駆動用べローズ１１２と、該駆動用
べローズの他端に接続され磁石２７上の環状の傘歯車２
８に噛合する傘歯車１１３とを備えている。ステアリン
グ部１２は、可撓性を有するステアリング軸１２０と、
車体に支持され該ステアリング軸により回転させられる
歯車１２１と、該歯車に一端を接続された操舵用べロー
ズ１２２と、該操舵用べローズの他端に接続され磁石２
７を内部で回転可能に支持するベアリング１２３とを備
えている。ステアリング部の歯車１２１及び操舵用べロ
ーズ１２２は、中央の空所に同軸状に駆動用べローズ１
１２を通し、ベアリング１２３は傘歯車１１３及び２８
の両側に１対設けられている。また、歯車１２１とベア
リング１２３との間には操舵用べローズ１２２を囲むよ
うに、圧縮コイルばね１２５が装着され車体の荷重を支
持している。この車輪２０においては、駆動軸１１０の
回転が傘歯車２８に伝えられて、磁石２７及び内輪２５
が回転し、内輪２５の回転により外輪２１が回転して車
体を進行させる。外輪２１の回転は、塵埃のような不要
な磁石粉を掃除することとなる。一旦強力な磁場から離
反すると、磁石粉は剥落し、或いは容易に掃き取られ得
る。また、ステアリング軸の回転がベアリング１２３を
介して磁石２７に伝えられ、磁石２７，内輪２５及び外
輪２１が、走行面に垂直な軸線回りにステアリングのた
めに回転させられる。駆動用べローズ１１２及び操舵用
べローズ１２２は、金属ベローとされ、軸線方向には自
由に撓んで走行面の凹凸を吸収し、軸線回りの方向には
剛性を有して回転力を伝達する。これらのベローに代え
て、同様の作用をなす構造のものを種々採用することが
でき、例えば駆動軸の途中にユニバーサルジョイントと
テレスコーピック伸縮ジョイントとを設けた構造とする
ことができる。
を有する車輪であるので、以下に説明するこれらのため
の機構を備えている。磁石２７の中央部の周囲には環状
の傘歯車２８が固着され、該傘歯車は駆動部１１及びス
テアリング部１２に接続されている。図には駆動部１１
及びステアリング部１２の一部が示されている。駆動部
１１は、可撓性を有する駆動軸１１０と、車体に支持さ
れ該駆動軸により回転させられる歯車１１１と、該歯車
に一端を接続された駆動用べローズ１１２と、該駆動用
べローズの他端に接続され磁石２７上の環状の傘歯車２
８に噛合する傘歯車１１３とを備えている。ステアリン
グ部１２は、可撓性を有するステアリング軸１２０と、
車体に支持され該ステアリング軸により回転させられる
歯車１２１と、該歯車に一端を接続された操舵用べロー
ズ１２２と、該操舵用べローズの他端に接続され磁石２
７を内部で回転可能に支持するベアリング１２３とを備
えている。ステアリング部の歯車１２１及び操舵用べロ
ーズ１２２は、中央の空所に同軸状に駆動用べローズ１
１２を通し、ベアリング１２３は傘歯車１１３及び２８
の両側に１対設けられている。また、歯車１２１とベア
リング１２３との間には操舵用べローズ１２２を囲むよ
うに、圧縮コイルばね１２５が装着され車体の荷重を支
持している。この車輪２０においては、駆動軸１１０の
回転が傘歯車２８に伝えられて、磁石２７及び内輪２５
が回転し、内輪２５の回転により外輪２１が回転して車
体を進行させる。外輪２１の回転は、塵埃のような不要
な磁石粉を掃除することとなる。一旦強力な磁場から離
反すると、磁石粉は剥落し、或いは容易に掃き取られ得
る。また、ステアリング軸の回転がベアリング１２３を
介して磁石２７に伝えられ、磁石２７，内輪２５及び外
輪２１が、走行面に垂直な軸線回りにステアリングのた
めに回転させられる。駆動用べローズ１１２及び操舵用
べローズ１２２は、金属ベローとされ、軸線方向には自
由に撓んで走行面の凹凸を吸収し、軸線回りの方向には
剛性を有して回転力を伝達する。これらのベローに代え
て、同様の作用をなす構造のものを種々採用することが
でき、例えば駆動軸の途中にユニバーサルジョイントと
テレスコーピック伸縮ジョイントとを設けた構造とする
ことができる。
【００１８】車輪２０に駆動機能が不要な場合は、駆動
軸１１０との接続の必要がないので、歯車１１１及び駆
動用べローズ１１２を省略することができる。さらに車
輪２０にステアリンリグ機能が不要な場合は、図１２に
示すように、傘歯車１１３、２８、操舵用べローズ１２
２などを省略し、磁石２７を支持するベアリング１２３
を、ショックアブソーバ１２６及び圧縮コイルばね１２
５で支持することができる。
軸１１０との接続の必要がないので、歯車１１１及び駆
動用べローズ１１２を省略することができる。さらに車
輪２０にステアリンリグ機能が不要な場合は、図１２に
示すように、傘歯車１１３、２８、操舵用べローズ１２
２などを省略し、磁石２７を支持するベアリング１２３
を、ショックアブソーバ１２６及び圧縮コイルばね１２
５で支持することができる。
【００１９】このように構成された三次元自由走行車
は、例えば水平壁から垂直壁に移る場合、次のように走
行する。図３は、走行車の１つの車輪２０についての走
行状態を示している。先ず図３（ａ）に示すように、車
輪２０は図の右から左へと水平壁上を転がりながら移動
して来る。車輪２０は、内輪２５が駆動され外輪２１内
を転がることにより、外輪２１を進行させる。図３
（ｂ）に示すように外輪２１が垂直壁に当接すると、外
輪２１は水平方向に前進できなくなり、内輪２５は外輪
の内周面を登って行く（図３（ｃ）参照）。内輪２５が
図３（ｄ）の位置まで外輪の内周面を登った後、さらに
回転を続けると、外輪２１は垂直壁上を上方へ前進し始
める（図３（ｅ）参照）。図１に示されているような垂
直壁から水平壁への移動や、曲面に沿った上昇や下降を
伴う移動の場合は、内輪２５がこれらの走行面に沿って
移動して行けば、外輪２１がそれに伴って移動する。こ
のように、車輪２０は、壁面に沿って三次元空間を自由
に移動できる。
は、例えば水平壁から垂直壁に移る場合、次のように走
行する。図３は、走行車の１つの車輪２０についての走
行状態を示している。先ず図３（ａ）に示すように、車
輪２０は図の右から左へと水平壁上を転がりながら移動
して来る。車輪２０は、内輪２５が駆動され外輪２１内
を転がることにより、外輪２１を進行させる。図３
（ｂ）に示すように外輪２１が垂直壁に当接すると、外
輪２１は水平方向に前進できなくなり、内輪２５は外輪
の内周面を登って行く（図３（ｃ）参照）。内輪２５が
図３（ｄ）の位置まで外輪の内周面を登った後、さらに
回転を続けると、外輪２１は垂直壁上を上方へ前進し始
める（図３（ｅ）参照）。図１に示されているような垂
直壁から水平壁への移動や、曲面に沿った上昇や下降を
伴う移動の場合は、内輪２５がこれらの走行面に沿って
移動して行けば、外輪２１がそれに伴って移動する。こ
のように、車輪２０は、壁面に沿って三次元空間を自由
に移動できる。
【００２０】次に、車輪２０における外輪２１と内輪２
５との径の比率について説明する。図３（ｂ）の状態か
ら図３（ｃ）の状態に移行するためには、内輪２５は、
水平壁に最も近い位置、すなわち外輪内周面の下端か
ら、水平壁方向への磁力Ｆｖに抗して離反し外輪内周面
を登る必要がある。この場合、外輪２１と内輪２５との
径の差が大きい程、内輪２５の１回転当たりに登る高さ
が小さい。したがって、より小さい力で外輪内周面を登
ることができる。しかし、両輪の径の差があまりに大き
いと、図３（ｃ）のような中間状態で壁面への磁力が不
足する場合がある。特に垂直壁と天井面のような水平壁
との間での移行の際にこの磁力の不足あると、車体の落
下の虞れが生じる。一方、内輪２５の径が外輪の径に近
いと、内輪が外輪内周面を登るのに要する力が大きくな
る反面、中間状態での磁力は大きくなる。したがって、
外輪と内輪との径の比率は、磁力に抗して内輪が外輪内
周面上を移動する際の容易さと、走行面への吸着力の大
きさとの双方の要求を満たすべく選択される必要があ
り、吸着力が十分に得られる範囲内で内輪と外輪との差
をできるだけ大きくするのが望ましい。この径の比率の
決定のためには、外輪及び内輪の接触面の摩擦係数、走
行面間の移行の形態、内輪及び磁石の重量、車体の重量
などが考慮される。
５との径の比率について説明する。図３（ｂ）の状態か
ら図３（ｃ）の状態に移行するためには、内輪２５は、
水平壁に最も近い位置、すなわち外輪内周面の下端か
ら、水平壁方向への磁力Ｆｖに抗して離反し外輪内周面
を登る必要がある。この場合、外輪２１と内輪２５との
径の差が大きい程、内輪２５の１回転当たりに登る高さ
が小さい。したがって、より小さい力で外輪内周面を登
ることができる。しかし、両輪の径の差があまりに大き
いと、図３（ｃ）のような中間状態で壁面への磁力が不
足する場合がある。特に垂直壁と天井面のような水平壁
との間での移行の際にこの磁力の不足あると、車体の落
下の虞れが生じる。一方、内輪２５の径が外輪の径に近
いと、内輪が外輪内周面を登るのに要する力が大きくな
る反面、中間状態での磁力は大きくなる。したがって、
外輪と内輪との径の比率は、磁力に抗して内輪が外輪内
周面上を移動する際の容易さと、走行面への吸着力の大
きさとの双方の要求を満たすべく選択される必要があ
り、吸着力が十分に得られる範囲内で内輪と外輪との差
をできるだけ大きくするのが望ましい。この径の比率の
決定のためには、外輪及び内輪の接触面の摩擦係数、走
行面間の移行の形態、内輪及び磁石の重量、車体の重量
などが考慮される。
【００２１】車輪２０が、走行車１Ｂにおける車輪のよ
うに、駆動軸に接続されていない場合においても、内輪
の移動が前方の走行車の牽引等による点で相違するだけ
であり、壁面に沿う車輪の位置保持は同様に行なわれ
る。
うに、駆動軸に接続されていない場合においても、内輪
の移動が前方の走行車の牽引等による点で相違するだけ
であり、壁面に沿う車輪の位置保持は同様に行なわれ
る。
【００２２】図１に示した走行車１Ａは、以下に説明す
る表面検知装置１４、位置検出装置１５及びコンピュー
タ１６を備えている。
る表面検知装置１４、位置検出装置１５及びコンピュー
タ１６を備えている。
【００２３】表面検知装置１４は、車体の前方に光を出
射する投光器と、該投光器からの光の反射光により反射
面の位置を検知し表面位置信号を出力する位置検出器
と、該投光器及び位置検出器を前記車体の進行方向に平
行な軸線回りに回転させる回転装置とを備えている。投
光器としては、半導体レーザをビームとして投光し得る
ものを使用するのが望ましい。位置検出器は、半導体位
置検出器等、反射光から反射面の位置を検知し得る機能
を備えた公知の装置を使用することができる。回転装置
は、投光器及び位置検出器を前述の軸線回りに回転させ
ることにより、管内面を投光器からの光で走査し、内周
面全体の表面位置信号を得ることを可能にする。
射する投光器と、該投光器からの光の反射光により反射
面の位置を検知し表面位置信号を出力する位置検出器
と、該投光器及び位置検出器を前記車体の進行方向に平
行な軸線回りに回転させる回転装置とを備えている。投
光器としては、半導体レーザをビームとして投光し得る
ものを使用するのが望ましい。位置検出器は、半導体位
置検出器等、反射光から反射面の位置を検知し得る機能
を備えた公知の装置を使用することができる。回転装置
は、投光器及び位置検出器を前述の軸線回りに回転させ
ることにより、管内面を投光器からの光で走査し、内周
面全体の表面位置信号を得ることを可能にする。
【００２４】位置検出装置１５において重要なのは、角
度の解像度である。走行車が、Ｔ字形ジョイントのよう
な、管路における開口に接近するとき、位置検出装置１
５は、これを管壁での細い隙間として認識することにな
る。認識される隙間の大きさは、走行車が開口から離れ
ている距離によって変化する。図９は、必要とされる角
度解像度について示している。離反距離Ｌが２００ｍｍ
であり、この地点から測定されるべき最小領域Ｆが５ｍ
ｍだとすると、角度解像度Ｂは、約０．５度である必要
がある。
度の解像度である。走行車が、Ｔ字形ジョイントのよう
な、管路における開口に接近するとき、位置検出装置１
５は、これを管壁での細い隙間として認識することにな
る。認識される隙間の大きさは、走行車が開口から離れ
ている距離によって変化する。図９は、必要とされる角
度解像度について示している。離反距離Ｌが２００ｍｍ
であり、この地点から測定されるべき最小領域Ｆが５ｍ
ｍだとすると、角度解像度Ｂは、約０．５度である必要
がある。
【００２５】位置検出装置１５は、走行車の前方を走査
する。レーザ光源１５１とフォトディテクタ１５２とを
同時に移動することにより、位置検出装置１５は円を描
くように走査を行なう。好ましくは、その走査は、管の
周部と同心状に行なわれる。或いは、その走査は、焦点
決めをなす光学装置を移動させ、レーザ光源及び位置検
出装置は静止させた状態で行なうこともできる。管内に
何かが侵入していたら（図１０におけるＡ）、位置検出
装置には、特異な接近した箇所として現れることにな
る。また、管に開口がある場合は（図１０における
Ｂ）、大きく又は無限に離反した箇所として認識され
る。位置検出装置の処理におけるモジュールは、これら
の距離対時間のデータ（時間は位置検出装置の検知角度
位置を表わす）と対比され、管の清浄性、管内の障害物
の有無、菅接合部の接近（接近した場合はその接合部の
形態）を判別するための処理が行なわれる。
する。レーザ光源１５１とフォトディテクタ１５２とを
同時に移動することにより、位置検出装置１５は円を描
くように走査を行なう。好ましくは、その走査は、管の
周部と同心状に行なわれる。或いは、その走査は、焦点
決めをなす光学装置を移動させ、レーザ光源及び位置検
出装置は静止させた状態で行なうこともできる。管内に
何かが侵入していたら（図１０におけるＡ）、位置検出
装置には、特異な接近した箇所として現れることにな
る。また、管に開口がある場合は（図１０における
Ｂ）、大きく又は無限に離反した箇所として認識され
る。位置検出装置の処理におけるモジュールは、これら
の距離対時間のデータ（時間は位置検出装置の検知角度
位置を表わす）と対比され、管の清浄性、管内の障害物
の有無、菅接合部の接近（接近した場合はその接合部の
形態）を判別するための処理が行なわれる。
【００２６】管が清浄であれば、走行車の径よりやや大
きい管（内径２００ｍｍ）の距離対時間のデータから得
られる結果は、図１１（ａ）に示すように、ほぼ一定で
ある。管の径が走行車より大きくなる場合（内径４００
ｍｍ）は、図１１（ｂ）に示された曲線となる。これに
よると、走行車に近い管部分では離反距離がほぼ一定で
あり、その後なめらかに上昇し、さらになめらかに下が
って一定位置に戻っている。菅内にあるレンチのような
障害物は、図１１（ｃ）のように、通常の離反曲線に対
して不連続な箇所を示し、短い一定値の部分を経て、不
連続的に通常の離反曲線の位置に戻る。管の接合部は、
図１１（ｄ）のように、一定時間に亘って、データがな
い状態として現れる。これは、照射ビームが枝管に入り
込んで戻りが生じず、距離対時間の曲線に欠けを形成す
るからである。Ｔ字形ジョイントでなく、Ｌ字形ジョイ
ントの場合は、図１１（ｅ）に示すように、管の一方の
側においては信号が消失した状態となり、他方の側では
高い値の信号が得られる。
きい管（内径２００ｍｍ）の距離対時間のデータから得
られる結果は、図１１（ａ）に示すように、ほぼ一定で
ある。管の径が走行車より大きくなる場合（内径４００
ｍｍ）は、図１１（ｂ）に示された曲線となる。これに
よると、走行車に近い管部分では離反距離がほぼ一定で
あり、その後なめらかに上昇し、さらになめらかに下が
って一定位置に戻っている。菅内にあるレンチのような
障害物は、図１１（ｃ）のように、通常の離反曲線に対
して不連続な箇所を示し、短い一定値の部分を経て、不
連続的に通常の離反曲線の位置に戻る。管の接合部は、
図１１（ｄ）のように、一定時間に亘って、データがな
い状態として現れる。これは、照射ビームが枝管に入り
込んで戻りが生じず、距離対時間の曲線に欠けを形成す
るからである。Ｔ字形ジョイントでなく、Ｌ字形ジョイ
ントの場合は、図１１（ｅ）に示すように、管の一方の
側においては信号が消失した状態となり、他方の側では
高い値の信号が得られる。
【００２７】表面検知装置１４としては、以上のように
光を利用したものの他、超音波、マイクロ波など種々の
手段を利用したものとすることができる。
光を利用したものの他、超音波、マイクロ波など種々の
手段を利用したものとすることができる。
【００２８】位置検出装置１５としては、種々のジャイ
ロ装置又は傾斜検知装置を使用することができる。ジャ
イロ装置としては、リングレーザジャイロ（Ring Laser
Gyro ）、ターンドジャイロ（Turned Dry Gyro ）、１
自由度フローテッドレイトインテグレイティングジャイ
ロ（Single-degree-of-freedom Floted Rate Integrati
ng Gyro ）等の公知の種々の装置を使用することができ
る。傾斜検知装置としては、振り子式ポテンショメー
タ、磁力対抗型傾斜検知装置（magnetoresistivetilt s
ensor）等の種々の公知の装置を使用することができ
る。ジャイロ装置は走行車の管内での位置を検知し、車
体位置信号を発する。コンピュータ１６は、車体位置信
号と表面検知装置１４からの表面位置信号とに基づき、
車体の位置及び管内面の曲がりや障害物等、前方の表面
形態を識別し、該表面形態に応じて走行方向、速度等、
車体の進行を制御する制御信号を駆動部１１に送る。駆
動部１１は、その信号に基づき、駆動速度、操舵等の制
御をする。管内の表面形態の変化が一定のパターンに限
られている場合は、管内に存在し得る表面形態のパター
ンを予め保存しておき、前記表面位置信号に基づき得ら
れる表面形態情報から、該当する前記表面形態パターン
を選択して表面形態の識別を行なうことができる。この
場合は、識別がより容易になり、識別に要する時間及び
装置の軽減ができる。さらに、コンピュータ１６には、
予め作製された配管地図を記憶させておくことができ、
前述の車体位置信号及び表面位置信号との関連付けによ
り、走行車の進路を自ら選択するようにすることもでき
る。
ロ装置又は傾斜検知装置を使用することができる。ジャ
イロ装置としては、リングレーザジャイロ（Ring Laser
Gyro ）、ターンドジャイロ（Turned Dry Gyro ）、１
自由度フローテッドレイトインテグレイティングジャイ
ロ（Single-degree-of-freedom Floted Rate Integrati
ng Gyro ）等の公知の種々の装置を使用することができ
る。傾斜検知装置としては、振り子式ポテンショメー
タ、磁力対抗型傾斜検知装置（magnetoresistivetilt s
ensor）等の種々の公知の装置を使用することができ
る。ジャイロ装置は走行車の管内での位置を検知し、車
体位置信号を発する。コンピュータ１６は、車体位置信
号と表面検知装置１４からの表面位置信号とに基づき、
車体の位置及び管内面の曲がりや障害物等、前方の表面
形態を識別し、該表面形態に応じて走行方向、速度等、
車体の進行を制御する制御信号を駆動部１１に送る。駆
動部１１は、その信号に基づき、駆動速度、操舵等の制
御をする。管内の表面形態の変化が一定のパターンに限
られている場合は、管内に存在し得る表面形態のパター
ンを予め保存しておき、前記表面位置信号に基づき得ら
れる表面形態情報から、該当する前記表面形態パターン
を選択して表面形態の識別を行なうことができる。この
場合は、識別がより容易になり、識別に要する時間及び
装置の軽減ができる。さらに、コンピュータ１６には、
予め作製された配管地図を記憶させておくことができ、
前述の車体位置信号及び表面位置信号との関連付けによ
り、走行車の進路を自ら選択するようにすることもでき
る。
【００２９】この他、走行車の走行の制御には、予めコ
ンピュータに付与されたプログラムによる方法、リモー
トコントロール等、種々の手段を適用することができ
る。
ンピュータに付与されたプログラムによる方法、リモー
トコントロール等、種々の手段を適用することができ
る。
【００３０】図４は、図１に示した三次元自由走行車に
使用する車輪の他の例を示している。車輪４０は、円環
状の周部壁４２及びその両側面を覆う側壁４３を有した
外輪４１と、外輪４１の内径より小さい外径を有し各外
輪４１の内周面上を転動し得る透磁性材料からなる円盤
状の内輪４５と、該内輪に磁極を接するように前記内輪
に装着された磁石４７とを備えている。外輪４１の内側
の側壁４３には駆動部１１の駆動軸１１０が接続されて
いる。外輪の周部壁４２及び側壁４３は車体からの荷重
に抗し得る剛性を有した金属（非磁性体が好ましい）、
ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成すること
ができる。内輪４５は、この例では、相互に間隔をおい
た一対の軟鉄製円板を備えている。内輪４５には、他の
透磁性材料を使用することもできる。磁石４７は、内輪
４５の１対の軟鉄製円板の間に固定され、Ｎ極及びＳ極
をこれらの円板に接している。
使用する車輪の他の例を示している。車輪４０は、円環
状の周部壁４２及びその両側面を覆う側壁４３を有した
外輪４１と、外輪４１の内径より小さい外径を有し各外
輪４１の内周面上を転動し得る透磁性材料からなる円盤
状の内輪４５と、該内輪に磁極を接するように前記内輪
に装着された磁石４７とを備えている。外輪４１の内側
の側壁４３には駆動部１１の駆動軸１１０が接続されて
いる。外輪の周部壁４２及び側壁４３は車体からの荷重
に抗し得る剛性を有した金属（非磁性体が好ましい）、
ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成すること
ができる。内輪４５は、この例では、相互に間隔をおい
た一対の軟鉄製円板を備えている。内輪４５には、他の
透磁性材料を使用することもできる。磁石４７は、内輪
４５の１対の軟鉄製円板の間に固定され、Ｎ極及びＳ極
をこれらの円板に接している。
【００３１】図５は、このように構成された車輪４０
が、水平壁から垂直壁に移行する状態を示している。図
５（ａ）に示すように、車輪４０は外輪４１を駆動され
て図の右から左へと水平壁上を転がりながら移動して来
る。内輪４５は水平壁に近い位置にあり水平壁に向かう
大きな力Ｆｖを受けているが、垂直壁に接近すると垂直
壁に向かう力Ｆｈが生じる。次に、外輪４１が垂直壁に
当接する。内輪４５は、図５（ｂ）に示すように、その
重量の分だけ水平壁に近い位置をとり、近い分だけ水平
壁に強く引かれ、垂直壁に向かう力Ｆｈは水平壁に向か
う力Ｆｖよりわずかに小さい。この状態で走行車の駆動
力を働かせることにより、車輪４０は次のようにして水
平壁から離反する。すなわち、前輪及び後輪の双方に駆
動機能を有している走行車の前輪（図の車輪４０）が垂
直壁に当接したとすると、後輪の駆動力が車体を前方に
進めようとし前輪を垂直壁に対して強く押圧するという
作用の下に、前輪が駆動力をもって回転することにより
行なわれる。或いは、図の車輪４０が後輪である場合に
は、水平壁からの離反は、既に垂直壁を上昇した前輪の
牽引により行なわれる。いずれにしても、外輪が垂直壁
に当接した状態においては、内輪４５が垂直壁よりに少
し移動して水平壁からの距離を当初より増大させてい
る。その結果、水平壁に向かう力Ｆｖは、当初より小さ
くなっており、外輪を水平壁から離反させるのに必要な
力は、その分小さくて済むのである。水平壁からの離反
の後、外輪の上昇量が増大するにつれて、水平壁に向か
う力Ｆｖは弱まる。そして、図５（ｃ）に示すように、
水平壁に向かう力Ｆｖと垂直壁に向かう力Ｆｈとが等し
くなった後、上昇量がさらに増すと、水平壁に向かう力
Ｆｖは垂直壁に向かう力Ｆｈより弱まる。これより内輪
４５は、図５（ｄ）に示すように、垂直壁側へさらに少
し移動し、これと共に垂直壁に向かう力Ｆｈはさらに増
大する。このように上昇量が増すにつれて、垂直壁側へ
の内輪の移動と力Ｆｈの増大が進行し、ついに図５
（ｅ）に示すように力Ｆｈに引かれて内輪４５は垂直壁
に最も近い位置に移行する。その結果、垂直壁に対する
強い吸着力Ｆｈが作用し、走行車は確実に垂直壁を上昇
することができる。図１に示されているような垂直壁か
ら水平壁への移動や、曲面に沿った上昇や下降を伴う移
動の場合は、外輪４３がこれらの走行面に沿って移動し
て行けば、内輪４５がそれに伴って移動する。このよう
に、車輪２０は、壁面に沿って三次元空間を自由に移動
できる。
が、水平壁から垂直壁に移行する状態を示している。図
５（ａ）に示すように、車輪４０は外輪４１を駆動され
て図の右から左へと水平壁上を転がりながら移動して来
る。内輪４５は水平壁に近い位置にあり水平壁に向かう
大きな力Ｆｖを受けているが、垂直壁に接近すると垂直
壁に向かう力Ｆｈが生じる。次に、外輪４１が垂直壁に
当接する。内輪４５は、図５（ｂ）に示すように、その
重量の分だけ水平壁に近い位置をとり、近い分だけ水平
壁に強く引かれ、垂直壁に向かう力Ｆｈは水平壁に向か
う力Ｆｖよりわずかに小さい。この状態で走行車の駆動
力を働かせることにより、車輪４０は次のようにして水
平壁から離反する。すなわち、前輪及び後輪の双方に駆
動機能を有している走行車の前輪（図の車輪４０）が垂
直壁に当接したとすると、後輪の駆動力が車体を前方に
進めようとし前輪を垂直壁に対して強く押圧するという
作用の下に、前輪が駆動力をもって回転することにより
行なわれる。或いは、図の車輪４０が後輪である場合に
は、水平壁からの離反は、既に垂直壁を上昇した前輪の
牽引により行なわれる。いずれにしても、外輪が垂直壁
に当接した状態においては、内輪４５が垂直壁よりに少
し移動して水平壁からの距離を当初より増大させてい
る。その結果、水平壁に向かう力Ｆｖは、当初より小さ
くなっており、外輪を水平壁から離反させるのに必要な
力は、その分小さくて済むのである。水平壁からの離反
の後、外輪の上昇量が増大するにつれて、水平壁に向か
う力Ｆｖは弱まる。そして、図５（ｃ）に示すように、
水平壁に向かう力Ｆｖと垂直壁に向かう力Ｆｈとが等し
くなった後、上昇量がさらに増すと、水平壁に向かう力
Ｆｖは垂直壁に向かう力Ｆｈより弱まる。これより内輪
４５は、図５（ｄ）に示すように、垂直壁側へさらに少
し移動し、これと共に垂直壁に向かう力Ｆｈはさらに増
大する。このように上昇量が増すにつれて、垂直壁側へ
の内輪の移動と力Ｆｈの増大が進行し、ついに図５
（ｅ）に示すように力Ｆｈに引かれて内輪４５は垂直壁
に最も近い位置に移行する。その結果、垂直壁に対する
強い吸着力Ｆｈが作用し、走行車は確実に垂直壁を上昇
することができる。図１に示されているような垂直壁か
ら水平壁への移動や、曲面に沿った上昇や下降を伴う移
動の場合は、外輪４３がこれらの走行面に沿って移動し
て行けば、内輪４５がそれに伴って移動する。このよう
に、車輪２０は、壁面に沿って三次元空間を自由に移動
できる。
【００３２】次に外輪４２と内輪４５との径の比率につ
いて説明する。図６は、外輪４２と内輪４５と径の差が
大きい場合（図６（ａ））と、その径の差が小さい場合
（図６（ｂ））とを示している。図６（ａ）、（ｂ）
共、外輪が水平壁上を進行して垂直壁に当接した状態を
示しており、内輪４５は、図５での説明で述べた通り、
水平壁及び垂直壁から等距離の位置より内輪の重量分だ
け水平壁に近い位置にあり、２つの壁に等距離にある場
合よりも、近い分だけ水平壁に向かって強く引かれる。
外輪４２と内輪４５との径の差があまりに大きくなる
と、一方の壁から他方の壁に移行する際における図６
（ａ）のような中間状態で内輪４５が、水平壁及び垂直
壁双方から遠い位置をとるようになる。したがって、そ
の際の水平壁及び垂直壁に向かう力が共に弱くなり、そ
の状態での走行面への吸着が不十分となる。特に天井面
のような水平壁と垂直壁との間での移行の場合は、走行
面への吸着力の不足は、走行車の落下を招く虞がある。
これらの作用は、垂直壁から水平壁に移行する場合、及
び異なる傾斜を有した壁間での移行の場合にも、重力の
働き方は異なるが、基本的には同様である。逆に、大き
な径の外輪は、磁石粉を内輪からより遠くに移動させる
ことができるので、磁石粉の除去に有利である。図６
（ｂ）は、内輪と外輪との径の差が小さいときに、内輪
が走行面に対して、より近い位置を採ることを示してい
る。したがって、外輪と内輪との径の比率は、磁石粉を
除去する際の有利さと走行面への吸着力の大きさとの双
方の要求を満たすべく選択される必要があり、吸着力が
十分に得られる範囲内で内輪と外輪との差をできるだけ
大きくするのが望ましい。この径の比率の決定のために
は、走行面の摩擦係数、走行面間の移行の形態、内輪及
び磁石の重量、車体の重量などが考慮される。
いて説明する。図６は、外輪４２と内輪４５と径の差が
大きい場合（図６（ａ））と、その径の差が小さい場合
（図６（ｂ））とを示している。図６（ａ）、（ｂ）
共、外輪が水平壁上を進行して垂直壁に当接した状態を
示しており、内輪４５は、図５での説明で述べた通り、
水平壁及び垂直壁から等距離の位置より内輪の重量分だ
け水平壁に近い位置にあり、２つの壁に等距離にある場
合よりも、近い分だけ水平壁に向かって強く引かれる。
外輪４２と内輪４５との径の差があまりに大きくなる
と、一方の壁から他方の壁に移行する際における図６
（ａ）のような中間状態で内輪４５が、水平壁及び垂直
壁双方から遠い位置をとるようになる。したがって、そ
の際の水平壁及び垂直壁に向かう力が共に弱くなり、そ
の状態での走行面への吸着が不十分となる。特に天井面
のような水平壁と垂直壁との間での移行の場合は、走行
面への吸着力の不足は、走行車の落下を招く虞がある。
これらの作用は、垂直壁から水平壁に移行する場合、及
び異なる傾斜を有した壁間での移行の場合にも、重力の
働き方は異なるが、基本的には同様である。逆に、大き
な径の外輪は、磁石粉を内輪からより遠くに移動させる
ことができるので、磁石粉の除去に有利である。図６
（ｂ）は、内輪と外輪との径の差が小さいときに、内輪
が走行面に対して、より近い位置を採ることを示してい
る。したがって、外輪と内輪との径の比率は、磁石粉を
除去する際の有利さと走行面への吸着力の大きさとの双
方の要求を満たすべく選択される必要があり、吸着力が
十分に得られる範囲内で内輪と外輪との差をできるだけ
大きくするのが望ましい。この径の比率の決定のために
は、走行面の摩擦係数、走行面間の移行の形態、内輪及
び磁石の重量、車体の重量などが考慮される。
【００３３】外輪４３が駆動軸に接続されていない場合
にも、外輪４３の移動が前方の走行車の牽引等により行
なわれる点が相違するだけであり、内輪の移動に伴う車
輪の壁面上の位置保持は、同様に行なわれる。
にも、外輪４３の移動が前方の走行車の牽引等により行
なわれる点が相違するだけであり、内輪の移動に伴う車
輪の壁面上の位置保持は、同様に行なわれる。
【００３４】図７は、三次元自由走行車の他の例とその
走行状態とを示している。その走行車１Ｄは、車体６０
と該車体の前部及び後部に１対ずつ設けられた車輪７０
とを備えている。車体６０は、図１の車体１Ａと同様の
構成を有する上に、後述するアーム駆動部を備えてい
る。車体６０は、図１の車体１Ｂ、１Ｃのように種々の
形態とし、相互に連結することもできる。車輪７０は、
図８に示すように、円環状の周部壁７２及びその両側面
を覆う側壁７３を有した外輪７１と、透磁性材料で構成
され前記外輪７１の中心部に回転自在に装着され径方向
に該外輪の内周面付近まで延びる透磁性材料からなるア
ーム７５と、該アームに装着された磁石７７とを備えて
いる。外輪の周部壁７２及び側壁７３は車体からの荷重
に抗し得る剛性を有した金属（非磁性体が好ましい）、
ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成すること
ができる。外輪７１の内側の側壁７３には駆動部１１の
駆動軸１１０が接続されている。駆動軸１１０は、筒状
をなし、その内部には、アーム７５を所望の角度回転さ
せ得るアーム回動軸７６が通されている。アーム回動軸
７６は、車体６０のアーム駆動部に接続されている。ア
ーム７５は、この例では相互に間隔をおいた一対の軟鉄
製ロッドを備えている。アーム７５には他の透磁性材料
を使用することもできる。磁石７７は、アーム７５の１
対の軟鉄製ロッドの間に固定され、Ｎ極及びＳ極をこれ
らのロッドに接している。
走行状態とを示している。その走行車１Ｄは、車体６０
と該車体の前部及び後部に１対ずつ設けられた車輪７０
とを備えている。車体６０は、図１の車体１Ａと同様の
構成を有する上に、後述するアーム駆動部を備えてい
る。車体６０は、図１の車体１Ｂ、１Ｃのように種々の
形態とし、相互に連結することもできる。車輪７０は、
図８に示すように、円環状の周部壁７２及びその両側面
を覆う側壁７３を有した外輪７１と、透磁性材料で構成
され前記外輪７１の中心部に回転自在に装着され径方向
に該外輪の内周面付近まで延びる透磁性材料からなるア
ーム７５と、該アームに装着された磁石７７とを備えて
いる。外輪の周部壁７２及び側壁７３は車体からの荷重
に抗し得る剛性を有した金属（非磁性体が好ましい）、
ゴム、合成樹脂及びこれらの合成材などで構成すること
ができる。外輪７１の内側の側壁７３には駆動部１１の
駆動軸１１０が接続されている。駆動軸１１０は、筒状
をなし、その内部には、アーム７５を所望の角度回転さ
せ得るアーム回動軸７６が通されている。アーム回動軸
７６は、車体６０のアーム駆動部に接続されている。ア
ーム７５は、この例では相互に間隔をおいた一対の軟鉄
製ロッドを備えている。アーム７５には他の透磁性材料
を使用することもできる。磁石７７は、アーム７５の１
対の軟鉄製ロッドの間に固定され、Ｎ極及びＳ極をこれ
らのロッドに接している。
【００３５】この走行車１Ｄは、次のように作動する。
平らな又は連続した曲面を走行するときは、アーム７５
を軸回りに自由に回動し得るように支持する。これによ
り、走行面との間に作用する磁力で、アーム先端が走行
面に向き、走行面とアーム７５との間に磁力による吸着
作用が生じる。したがって、走行面が垂直壁、天井面の
ような水平壁、或いは傾斜した壁面となっても、その吸
着作用により、車体の滑りや落下が防止される。走行面
に段部がある場合は、図７（ａ）に示すように、外輪７
１が段部に当接することにより車体が停止する。この場
合には、アーム駆動部１９によりアーム回動軸７６を前
方へ約９０度回転する（図７（ｂ）参照）。これによ
り、アーム７５先端は段部の方を向き、段部との間に磁
力による吸着作用を生じる。この状態で車輪７１を前進
方向へ駆動すると、段部との接触状態を保って外輪が回
転し、車体７０は図７（ｃ）に示すように、段部を登
る。図は前輪が段部に当接した状態を示しているが、後
輪の場合も同様の過程が踏まれる。段部に当接しない方
の車輪に前進方向への駆動力が作用し続けることによ
り、段部の登りはより容易となる。このような場合は、
外輪がある程度回転したところで（例えば１５〜２０
度）、アーム回動軸によるアームの保持を解いて自由に
回転し得る状態とするのが望ましい。
平らな又は連続した曲面を走行するときは、アーム７５
を軸回りに自由に回動し得るように支持する。これによ
り、走行面との間に作用する磁力で、アーム先端が走行
面に向き、走行面とアーム７５との間に磁力による吸着
作用が生じる。したがって、走行面が垂直壁、天井面の
ような水平壁、或いは傾斜した壁面となっても、その吸
着作用により、車体の滑りや落下が防止される。走行面
に段部がある場合は、図７（ａ）に示すように、外輪７
１が段部に当接することにより車体が停止する。この場
合には、アーム駆動部１９によりアーム回動軸７６を前
方へ約９０度回転する（図７（ｂ）参照）。これによ
り、アーム７５先端は段部の方を向き、段部との間に磁
力による吸着作用を生じる。この状態で車輪７１を前進
方向へ駆動すると、段部との接触状態を保って外輪が回
転し、車体７０は図７（ｃ）に示すように、段部を登
る。図は前輪が段部に当接した状態を示しているが、後
輪の場合も同様の過程が踏まれる。段部に当接しない方
の車輪に前進方向への駆動力が作用し続けることによ
り、段部の登りはより容易となる。このような場合は、
外輪がある程度回転したところで（例えば１５〜２０
度）、アーム回動軸によるアームの保持を解いて自由に
回転し得る状態とするのが望ましい。
【００３６】なお、図７の例では、アーム先端は、外輪
との間に隙間を置いているが、アーム先端にローラーを
装着し、ローラーが回転を伴って外輪に接するようにし
てもよい。
との間に隙間を置いているが、アーム先端にローラーを
装着し、ローラーが回転を伴って外輪に接するようにし
てもよい。
【００３７】本発明に係る走行車は、以上のように磁性
体壁面上での自由な走行が可能であり、これに基づき、
管内、ガス・石油・水等の種々のタンク、船体、危険領
域等、種々の場所での走行及び装着された設備による作
業が可能である。
体壁面上での自由な走行が可能であり、これに基づき、
管内、ガス・石油・水等の種々のタンク、船体、危険領
域等、種々の場所での走行及び装着された設備による作
業が可能である。
【図１】 本発明に係る三次元自由走行車を連結し管内
を進行させている状態を示す縦断側面図である。
を進行させている状態を示す縦断側面図である。
【図２】 図１の三次元自由走行車に使用され得る車輪
の１例を概略的に示す断面図である。
の１例を概略的に示す断面図である。
【図３】 図２の車輪の走行状態を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】 図１の三次元自由走行車に使用され得る車輪
の他の例を概略的に示す断面図である。
の他の例を概略的に示す断面図である。
【図５】 図１の車輪の走行状態を説明するための図で
ある。
ある。
【図６】 図１の車輪の走行状態を説明するための図で
ある。
ある。
【図７】 本発明に係る三次元自由走行車の他の例の進
行状態を順を追って示す概略図である。
行状態を順を追って示す概略図である。
【図８】 図７の例の車輪を示す断面図である。
【図９】 本発明に係る三次元自由走行車に使用される
表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
【図１０】 本発明に係る三次元自由走行車に使用され
る表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
る表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
【図１１】 本発明に係る三次元自由走行車に使用され
る表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
る表面状態検知装置による検知原理の説明図である。
【図１２】 三次元自由走行車に使用され得る車輪の他
の例を概略的に示す断面図である。
の例を概略的に示す断面図である。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 三次元自由走行車 １０ 車体 １１ 駆動部 １２ ステアリング部 １４ 表面状態検知装置 １５ 位置検出器装置 １６ コンピュータ ２０ 車輪 ２１ 外輪 ２５ 内輪 ２７ 磁石 ２８ 傘歯車 ４０ 車輪 ４１ 外輪 ４５ 内輪 ４７ 磁石 ６０ 車体 ７０ 車輪 ７１ 外輪 ７５ アーム ７７ 磁石 １１０ 駆動軸 １１１ 歯車 １１２ 駆動用べローズ １１３ 傘歯車 １２０ ステアリング軸 １２２ 操舵用べローズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス エス． ガルマン アメリカ合衆国 カリフォルニア 94020 ラ ホンダ ボックス 30 ルート ３
Claims (14)
- 【請求項１】 車体と、該車体に少なくとも１つ設けら
れた車輪とを備え、前記車輪は、円環状の周部壁を有し
た外輪と、前記外輪の内径より小さい外径を有し前記外
輪の内周面上を転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪
と、該透磁性部分に磁極を接するように前記内輪に装着
された磁石とを備えていることを特徴とする三次元自由
走行車。 - 【請求項２】 前記車体に駆動部が設けられ、前記内輪
の少なくとも１つが、該駆動部の駆動軸に接続されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の三次元自由走行
車。 - 【請求項３】 前記車体に駆動部が設けられ、前記外輪
の少なくとも１つが、該駆動部の駆動軸に接続されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の三次元自由走行
車。 - 【請求項４】 前記内輪の透磁性材料部分が車体幅方向
に並ぶ１対の円形部材を構成し、前記磁石はこれら円形
部材の間に配置されて磁極を該円形部材に接しており、
前記磁石の中間部には、該磁石の軸線に垂直な面に沿っ
て前記磁石周面を囲むように環状の歯車が設けられ、前
記駆動軸は、該歯車に噛合する歯車を備えていることを
特徴とする請求項２に記載の三次元自由走行車。 - 【請求項５】 前記外輪が、走行面に接する１対の円形
状車輪本体を備えていることを特徴とする請求項４に記
載の三次元自由走行車。 - 【請求項６】前記１対の円形状車輪本体の各々が、カッ
プ状をなしていることを特徴とする請求項５に記載の三
次元自由走行車。 - 【請求項７】 前記外輪が、中央部に前記磁石を通す開
口を有し前記円形状車輪本体の開口面を覆うように設け
られた円盤を備え、該円盤は、前記開口の位置を径方向
に移動させ得るように可撓性を有していることを特徴と
する請求項５に記載の三次元自由走行車。 - 【請求項８】 前記内輪の透磁性材料部分が車体幅方向
に並ぶ１対の円形部材を構成し、前記磁石はこれら円形
部材の間に配置されて磁極を該円形部材に接しており、
前記外輪は、円環状の周部壁と、該周部壁の両端面を閉
じる２つの側壁とを有し、前記内輪を囲んでいることを
特徴とする請求項３に記載の三次元自由走行車。 - 【請求項９】 車体と、該車体に少なくとも１つ設けら
れた車輪と、前記車体に装着され前記車輪の少なくとも
１つを駆動する駆動部とを備え、前記車輪は、円環状の
周部壁を有した外輪と、前記外輪の中心部に回転自在に
装着され径方向に該外輪の内周面付近まで延びる透磁性
材料部分を備えたアームと、該アームに磁極を接するよ
うに装着された磁石と、該アームを前記外輪の回転から
独立して所望の角度回転させ得るアーム回動部とを備え
ていることを特徴とする三次元自由走行車。 - 【請求項１０】 前記アームの透磁性材料部分が、車体
幅方向に並ぶように１対設けられ、前記磁石はこれら１
対のアームの間に配置されて磁極を該透磁性材料部分に
接していることを特徴とする請求項９に記載の三次元自
由走行車。 - 【請求項１１】 円環状の周部壁を有した外輪と、前記
外輪の内径より小さい外径を有し前記外輪の内周面上を
転動し得る透磁性材料部分を備えた内輪と、該透磁性部
分に磁極を接するように前記内輪に装着された磁石とを
備えていることを特徴とする車輪。 - 【請求項１２】 前記外輪が、金属シェルを備えている
ことを特徴とする請求項１１に記載の車輪。 - 【請求項１３】 前記外輪の円環状の周部壁が、透磁性
材料を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の
車輪。 - 【請求項１４】 円環状の周部壁を有した外輪と、該外
輪の中心部に回転自在に装着され径方向に該外輪の内周
面付近まで延びる透磁性材料部分を備えたアームと、該
アームに磁極を接するように装着された磁石と、該アー
ムを前記外輪の回転から独立して所望の角度回転させ得
るアーム回動部とを備えていることを特徴とする車輪。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/741,330 US5220869A (en) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | Vehicle adapted to freely travel three-dimensionally and up vertical walls by magnetic force and wheel for the vehicle |
| US741330 | 1991-08-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05185964A true JPH05185964A (ja) | 1993-07-27 |
| JP3113955B2 JP3113955B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=24980290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04195605A Expired - Fee Related JP3113955B2 (ja) | 1991-08-07 | 1992-07-22 | 磁力による三次元自由走行車及びその車輪 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5220869A (ja) |
| EP (1) | EP0526901B1 (ja) |
| JP (1) | JP3113955B2 (ja) |
| DE (1) | DE69210911T2 (ja) |
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