JPH05293067A - 壁面移動ロボット用吸盤装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボット本体側における吸盤脱着用のアクチ
ュエータを不必要にすると共に、移動時における吸盤の
一部を引きずるという状態を改善し、装置全体における
移動時の円滑性向上を図る。 【構成】 壁面３に対向し且つ該壁面３に近接した状態
で空気等を常時吸込む吸入孔２と、この吸入孔２の開口
端部２Ａ近傍に備えられ当該開口端部２Ａと壁面３との
近接距離を一定に保つと共に壁面３に沿ってコロガリ接
触するベアリング４と、開口端部２Ａの周囲に設けられ
た軟質ゴム吸盤５と、この軟質ゴム吸盤５を必要に応じ
て上記壁面３に向けて膨出させ当該壁面３に押圧する軟
質ゴム吸盤膨出機構６とを装備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、壁面移動ロボット用吸
盤装置に係り、特に、壁面に対して垂直に移動するロボ
ット等に装備する壁面移動ロボット用吸盤装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術】近年、超高層ビル等の建設の増大に伴い、
この超高層ビル等の壁面の塗装及び洗浄等を目的とする
壁面移動ロボットの開発研究が進められている。この壁
面移動ロボットには、壁面に対して垂直に移動する必要
性から、所定の吸盤が装備されているのが一般的であ
る。そして、この吸盤を用いて壁面移動ロボットが壁面
を移動する方法は、大きく分て次の２種類がある。ま
ず、交互吸着による移動方式。次に、吸盤装置の一
部を引きずりながら移動する強制移動方式。

【０００３】このうち、の交互吸着による移動方式と
は、ロボットの胴体から伸びる４本の脚の先端に所定の
吸盤をそれぞれ装着し、これらの吸盤をロボット本体に
装備された昇降アクチュエタを用いて交互に駆動して壁
面から壁面へと脱着させて行く方式である。具体的に
は、まず、最初に４本の脚のうちの一本をアクチュエタ
によって駆動させ、この脚の先端に装着された吸盤を壁
面に吸着させる。次に、他の脚をアクチュエタによって
駆動させ、この脚の先端に装着された吸盤を壁面に吸着
させる。そして、最初に駆動した脚を再びアクチュエタ
によって駆動させ、この脚の先端に装着された吸盤を壁
面から引き離すと共に，次の壁面に移動させ再び吸着さ
せる。この動作を４本の脚で交互に繰り返すことにより
ロボット本体が所定方向に移動できるようになってい
る。

【０００４】一方、の吸盤装置の一部を引きずりなが
ら移動する強制移動方式とは、尺取り虫のように伸縮し
ながら壁面を移動する方式である。具体的には、図５に
示すように真空吸盤装置５１，５２を空気シリンダ５３
によって連結した壁面移動ロボット５０が使用されてい
る。真空吸盤装置５１，５２は、本体部５１Ａ，５２Ａ
と、この本体部５１Ａ，５２Ａの下部（図５に示す下
側）に装備され壁面５４に向けて突出し当該壁面に沿っ
てコロガリ接触可能な車輪部５１Ｂ，５２Ｂと、この車
輪部５１Ｂ，５２Ｂの周囲に装備され壁面５４に当接可
能な吸盤部材５１Ｃ，５２Ｃとにより構成されている。

【０００５】また、吸盤部材５１Ｃ，５２Ｃは、内側の
円筒部５１Ｄ，５２Ｄと外側の吸盤５１Ｅ，５２Ｅとに
より形成されている。そして、このうち、円筒部５１
Ｄ，５２Ｄの下端５１Ｆ，５２Ｆは、車輪部５１Ｂ，５
２Ｂが壁面５４に向けて突出していない場合には壁面５
４に当接するようになっており、車輪部５１Ｂ，５２Ｂ
が壁面５４に向けて突出した場合には壁面５４から離れ
るようになっている。吸盤５１Ｅ，５２Ｅの下端５１
Ｇ，５２Ｇは、車輪部５１Ｂ，５２Ｂが壁面５４に向け
て突出した場合でも突出しない場合でも常に壁面５４に
当接するようになっている。ここで、符号５５，５６は
車輪部５１Ｂ，５２Ｂを必要に応じて壁面５４に向けて
突出したり引っ込めたりする空圧シリンダを、符号５
７，５８は真空吸盤装置５１，５２内の空気等を吸い込
む吸気管を、符号５３は真空吸盤装置５１，５２の間隔
を伸縮させる空圧シリンダを、符号Ａ，Ｂに示す矢印は
吸気管５１，５２によって吸い込まれる空気流をそれぞ
れ示す。

【０００６】そして、上記のように構成された壁面移動
ロボット５０の移動方式は、図５に示すように、まず、
真空吸盤装置５１側の車輪部５１Ｂを壁面５４から離
し、円筒部５１Ｄの下端部５１Ｆと吸盤５１Ｅの下端部
５１Ｇを壁面５４に当接させる。一方、真空吸盤装置５
２側の車輪部５２Ｂは壁面５４に向けて突出させ、円筒
部５１Ｄの下端部５２Ｆを壁面５４から離す。すると、
真空吸盤装置５１側は、壁面５４に対して円筒部５１Ｄ
の下端５１Ｆと吸盤５１Ｅの下端部５１Ｇとが接触した
状態となり、反対に真空吸盤装置５２側は壁面５４に対
して車輪部５２Ｂと吸盤５１Ｅの下端部５１Ｇとが接触
した状態になる。従って、この状態のときに、空圧シリ
ンダ５３を伸展させると、車輪部５２Ｂが壁面５４に接
触している方の真空吸盤装置５２側の摩擦力が小さくな
るので当該真空吸盤装置５２側が矢印Ｃ方向に吸盤５１
Ｅの下端部５１Ｇを引きずりながら移動する。そして、
ある程度真空吸盤装置５２側が移動した時点で、上記の
真空吸盤装置５１側の動作を真空吸盤装置５２側に、こ
の真空吸盤装置５２側の動作を真空吸盤装置５１側にそ
れぞれ逆転して行なわさせた後、空圧シリンダ５３を収
縮させると、こんどは、真空吸盤装置５１側の壁面５４
に対する摩擦が上記した理由により小さくなるので当該
真空吸盤装置５１側が矢印Ｃ方向に移動する。

【０００７】そして、この一連の動作を上記した真空吸
盤装置５１側と真空吸盤装置５２側とで交互に行なうこ
とにより壁面移動ロボット５０が所定方向に移動するよ
うになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例におけるの方式では、吸盤脱着専用のアクチ
ュエタをロボット本体側に装備する必要があり、装置全
体の縮小化及び価格の低価格化に支障を来すという不都
合があった。更に、の方式では、吸盤装置の移動時に
当該吸盤装置の一部を壁面に対して引きずりながら移動
するため、移動時における壁面に対する動摩擦が増大
し、装置全体の円滑な移動に支障を来すという不都合が
あった。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、係る従来例の有する不
都合を改善し、特に、ロボット本体側における吸盤脱着
用のアクチュエータを不必要にすると共に、移動時にお
ける吸盤の一部を引きずるという状態を改善し、装置全
体における移動時の円滑性向上を図った壁面移動ロボッ
ト用吸盤装置を提供することを、その目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、２つ以上の
吸盤の間隔を被吸引面に沿って伸縮する所定の伸縮機構
を介して連結された壁面移動ロボット用吸盤装置を設け
ている。そして、上記吸盤の少なくとも一方に、上記被
吸引面に対向し且つ該被吸引面に近接した状態で空気等
を常時吸込む吸入孔と、この吸入孔の開口端部近傍に備
えられ当該開口端部と被吸引面との近接距離を一定に保
つと共に被吸引面に沿ってコロガリ接触するベアリング
機構と、開口端部の周囲に設けられた円環状のゴム状軟
質部材と、このゴム状軟質部材を必要に応じて上記被吸
引面に向けて膨出させ当該吸引面に押圧するゴム状軟質
部材膨出機構とを装備している。これによって前に述べ
た目的を達成しようとしている。

【００１１】

【作用】まず、壁面移動ロボット用吸盤装置の静止時
は、ゴム状軟質部材膨出機構によって円環状のゴム状軟
質部材を被吸引面に押圧する。すると、被吸引面と吸入
孔の開口端部との隙間が小さくなり、吸入孔内の気圧が
低下し壁面移動ロボット用吸盤装置の被吸引面に対する
吸着力が増大する。一方、壁面移動ロボット用吸盤装置
の移動時は、ゴム状軟質部材膨出機構によって円環状の
ゴム状軟質部材を収縮させ当該円環状のゴム状軟質部材
を被吸引面から引き離す。すると、被吸引面には壁面移
動ロボット用吸盤装置のベアリング機構のみ接触し、伸
縮機構の伸縮動作によって上記の壁面移動ロボット用吸
盤装置が底コロガリ摩擦で移動できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図４に
基づいて説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る一実施例の壁面移動
ロボット用吸盤装置を説明する断面図を示す。この図１
に示す壁面移動ロボット用吸盤装置１は、２つ以上の吸
盤としての上記した壁面移動ロボット用吸盤装置１が一
組として構成されている。また、これらの壁面移動ロボ
ット用吸盤装置１それぞれは、互いの間隔を被吸引面と
しての壁面３に沿って伸縮する所定の伸縮機構（図示せ
ず）を介して連結されている（ここで、本実施例におい
ては、上記した２つの壁面移動ロボット用吸盤装置１そ
れぞれは同一の構成及び動作をするため、一方側の壁面
移動ロボット用吸盤装置１のみを図示して説明するもの
とする）。そして、少なくとも上記の壁面移動ロボット
用吸盤装置１の一方側に、壁面３に対向し且つ該壁面３
に近接した状態で空気等を常時吸込む吸入孔２と、この
吸入孔２の開口端部２Ａ近傍に備えられ当該開口端部２
Ａと壁面３との近接距離を一定に保つと共に壁面に沿っ
てコロガリ接触するベアリング機構としてのベアリング
４と、開口端部２Ａの周囲に設けられた円環状のゴム状
軟質部材としての軟質ゴム吸盤５と、この軟質ゴム吸盤
５を必要に応じて上記壁面３に向けて膨出させ当該壁面
３に押圧するゴム状軟質部材膨出機構としての軟質ゴム
吸盤膨出機構６とを装備している。

【００１４】これを更に詳述すると、吸入孔２は図１な
いし図２（図１に示す矢印Ｄ方向から壁面３を取り払っ
てみた図）に示すように、全体的に筒状の形状を有して
壁面移動ロボット用吸盤装置１の内部中央に配置されて
おり、その開口端部２Ａを壁面３側に向けた状態になっ
ている。この吸入孔２の外周面２Ｂには、円形状の吸盤
固定用フランジ７が装着されている。更に、この吸盤固
定用フランジ７の下側（図１に示す下側）で且つ吸入孔
２の開口端部２Ａの外周面２Ｃの下側位置にはリング状
の第１の硬質ウレタンゴムガイド８が装着されている。
更に、上記の吸盤固定用フランジ７の下側で且つ第１の
硬質ウレタンゴムガイド８の外周側８Ａに所定距離を隔
ててリング状の第２の硬質ウレタンゴムガイド９が装着
されている。また、これら第１の硬質ウレタンゴムガイ
ド８及び第２の硬質ウレタンゴムガイド９の下端部８
Ｂ，９Ｂそれぞれは、同一平面上に位置するようになっ
ている。

【００１５】軟質ゴム吸盤膨出機構６は、上述した第１
の硬質ウレタンゴムガイド８及び第２の硬質ウレタンゴ
ムガイド９と，これら第１の硬質ウレタンゴムガイド８
の外周側８Ａの下方と第２の硬質ウレタンゴムガイド９
の内周側９Ｃの下方との間に装着された多孔円盤ガイド
１０と，吸盤固定用フランジ７とによって形成された空
気室６Ａと、上記吸盤固定用フランジ７に設けられ空気
室６Ａに空気を流入させるバルブ１１と、硬質ウレタン
ゴムガイド８に設けられ空気室６Ａの空気を吸入孔２に
流出させるバルブ１２とにより構成されている。また、
上記の多孔円盤ガイド１０には、複数の貫通孔１０Ａが
形成されている。

【００１６】軟質ゴム吸盤５は、全体的に薄膜状でドー
ナッツ状の形状を有して形成されており、多孔円盤ガイ
ド１０下側（図１に示す下側）にその内周側短部５Ａと
外周側短部５Ｂとが一様に固着されている。このため、
軟質ゴム吸盤５は、空気室６Ａの気圧が高くなると壁面
３に向けて膨張し当該壁面３に当接するようになってお
り、空気室６Ａの気圧が低くなると多孔円盤ガイド１０
側に収縮するようになっている。

【００１７】ベアリング４は、図１ないし図２に示すよ
うに、第２の硬質ウレタンゴムガイド９の外周側９Ａに
装着されたリング状のベアリング保持部材１３に装備さ
れている。具体的には、このベアリング４は、全部で３
つ上記のベアリング保持部材１３に装備されており、そ
れぞれ吸入孔２の中心位置から放射線上に同間隔を隔て
て配置されている。また、これらのベアリング４の下端
部４Ａは、第１の硬質ウレタンゴムガイド８及び第２の
硬質ウレタンゴムガイド９のそれぞれの下端部８Ｂ，９
Ｂより壁面３に向けて突出した状態になっている。この
ため、壁面移動ロボット用吸盤装置１は、壁面３に対し
て近接距離を一定に保てるようになっている。

【００１８】ここで、図１ないし図２に示す符号１４は
壁面移動ロボット用吸盤装置１を保護するカバー部材
を、符号１５は吸入孔２と当該吸入孔２内の空気を常時
吸い込む吸入手段（図示ぜず）とをつなぐ連結管を、符
号Ｅにおける矢印は壁面移動ロボット用吸盤装置１内に
おける空気の流れをそれぞれ示す。

【００１９】次に、上記実施例の動作を図３ないし図４
に基づいて説明する。

【００２０】まず、壁面移動ロボット用吸盤装置１の静
止時は、図３に示すように、図示しないロボット本体側
の制御手段等の信号出力によってバルブ１２を閉じ，バ
ルブ１１を開くと、カバー部材１３内の空気が空気室６
Ａに流入し当該空気室６Ａ内が大気圧となる。すると、
空気室６Ａの空気が多孔円盤ガイド１０に形成された複
数の貫通孔１０Ａを介して軟質ゴム吸盤５の内側５Ｃに
流入し、この軟質ゴム吸盤５の弾性復帰力によって該軟
質ゴム吸盤５が壁面３に向けて膨出し当該軟質ゴム吸盤
５が壁面３に押し付られる。これにより壁面３と吸入孔
２の開口端部２Ａとの隙間を小さくし壁面移動ロボット
用吸盤装置１の壁面３に対する吸着力を大きくし、この
壁面移動ロボット用吸盤装置１を壁面３に確実に吸着さ
せる。

【００２１】次に、壁面移動ロボット用吸盤装置１の移
動時は、図４に示すように、図示しないロボット本体側
の制御手段等の信号出力によってバルブ１２を開き，バ
ルブ１１を閉じると、空気室６Ａ内の空気がバルブ１２
を介して吸入孔２に流入する。すると、空気室６Ａ内が
負圧状態となり、軟質ゴム吸盤５が多孔円盤ガイド１０
に向けて収縮する。これにより、壁面３に接触している
のは３つのベアリング４のみとなり、壁面移動ロボット
用吸盤装置１が底コロガリ摩擦で移動できる状態にな
る。また、この状態でも吸気孔２における空気の吸入作
用は常時続けられているので、壁面移動ロボット用吸盤
装置１の壁面３に対する吸着力も充分残っている。

【００２２】以上、説明したように、本実施例による
と、壁面移動ロボット用吸盤装置１の静止時は、軟質ゴ
ム吸盤膨出機構６によって軟質ゴム吸盤５を壁面に押圧
する。すると、壁面３と吸入孔２の開口端部２Ａとの隙
間が小さくなり、吸入孔２内の気圧が低下し壁面移動ロ
ボット用吸盤装置１の壁面３に対する吸着力が増大す
る。一方、壁面移動ロボット用吸盤装置１の移動時は、
軟質ゴム吸盤膨出機構６によって軟質ゴム吸盤５を収縮
させ当該軟質ゴム吸盤５を壁面３から引き離す。する
と、壁面３には壁面移動ロボット用吸盤装置１の３つの
ベアリング４のみ接触し、上記の壁面移動ロボット用吸
盤装置１の底コロガリ摩擦による移動が可能となる。

【００２３】したがって、上記のように構成され機能す
る壁面移動ロボット用吸盤装置１を２つ以上設け、これ
らの壁面移動ロボット用吸盤装置１，１の間隔を壁面３
に沿って伸縮する所定の伸縮機構を介して連結し、更
に、これら２つの壁面移動ロボット用吸盤装置１，１を
所定の壁面移動ロボットに搭載した場合には、ロボット
本体側における吸盤脱着用のアクチュエータを不必要に
することができるため、装置全体の縮小化及び価格の低
価格化を実現できる。また、移動時における吸盤の一部
を引きずるという状態を改善することができ、移動時の
動摩擦が低減する。したがって、装置全体における移動
時の円滑性向上を図ることができる。

【００２４】更に、本実施例における壁面移動ロボット
用吸盤装置１では、円滑な移動と確実吸着とを１つの吸
盤装置で行なうことができ、また、移動時にも吸引して
いるため、壁面３に対する吸着力を維持できる。

【００２５】また、本実施例における壁面移動ロボット
用吸盤装置１では、動摩擦の少ない移動と静止時の確実
な吸着を１つの吸盤装置で実現でき、この特性を実現す
るためにバルブ１１，１２の切り換えだけですむ。

【００２６】更に、本実施例における壁面移動ロボット
用吸盤装置１の吸入孔２に空気の代わりに水等を吸い込
むようにすれば、水中内の壁（例えば、水槽内など）で
も充分にその特性を発揮でき、前述した作用効果を得る
ことができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明では、以上のように構成され機能
するので、これによると、壁面移動ロボット用吸盤装置
の静止時は、軟質ゴム吸盤膨出機構によって軟質ゴム吸
盤を壁面に押圧する。すると、壁面と吸入孔の開口端部
との隙間が小さくなり、吸入孔内の気圧が低下し壁面移
動ロボット用吸盤装置の壁面に対する吸着力が増大す
る。一方、壁面移動ロボット用吸盤装置の移動時は、軟
質ゴム吸盤膨出機構によって軟質ゴム吸盤を収縮させ当
該軟質ゴム吸盤を壁面から引き離す。すると、壁面には
壁面移動ロボット用吸盤装置の３つのベアリングのみ接
触し、上記の壁面移動ロボット用吸盤装置の底コロガリ
摩擦による移動が可能となる。

【００２８】したがって、上記のように構成され機能す
る壁面移動ロボット用吸盤装置を２つ以上設け、これら
の壁面移動ロボット用吸盤装置の間隔を壁面に沿って伸
縮する所定の伸縮機構を介して連結し、更に、これら２
つの壁面移動ロボット用吸盤装置を所定の壁面移動ロボ
ットに搭載した場合には、ロボット本体側における吸盤
脱着用のアクチュエータを不必要にすることができるた
め、装置全体の縮小化及び価格の低価格化をはかること
ができ、また、移動時における吸盤の一部を引きずると
いう状態を改善することができ、移動時における動摩擦
を低減し装置全体における移動時の円滑性向上を有効に
図ることができるという従来にない優れた壁面移動ロボ
ット用吸盤装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における一実施例の壁面移動ロボット用
吸盤装置を説明する概略断面図である。

【図２】図１に示す壁面移動ロボット用吸盤装置を壁面
を取り払った状態で矢印Ｄ方向からみた図である。

【図３】図１に示す壁面移動ロボット用吸盤装置の静止
時の状態を説明する概略断面図である。

【図４】図１に示す壁面移動ロボット用吸盤装置の移動
時の状態を説明する概略断面図である。

【図５】従来例を説明する図である。

【符号の説明】

１ 壁面移動ロボット用吸盤装置 ２ 吸入孔 ２Ａ 開口端部 ３ 被吸引面としての壁面 ４ ベアリング機構としてのベアリング ５ 円環状のゴム状軟質部材としての軟質ゴム吸盤 ６ ゴム状軟質部材膨出機構としての軟質ゴム吸盤膨
出機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つ以上の吸盤の間隔を被吸引面に沿っ
   て伸縮する所定の伸縮機構を介して連結された壁面移動
   ロボット用吸盤装置において、前記吸盤の少なくとも一
   方に、前記被吸引面に対向し且つ該被吸引面に近接した
   状態で空気等を常時吸込む吸入孔と、この吸入孔の開口
   端部近傍に備えられ当該開口端部と前記被吸引面との近
   接距離を一定に保つと共に前記被吸引面に沿ってコロガ
   リ接触するベアリング機構と、前記開口端部の周囲に設
   けられた円環状のゴム状軟質部材と、このゴム状軟質部
   材を必要に応じて前記被吸引面に向けて膨出させ当該吸
   引面に押圧するゴム状軟質部材膨出機構とを装備したこ
   とを特徴とする壁面移動ロボット用吸盤装置。