JPH06190747A - 二重バキュームカップ式自走ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作コストが安く、構造が簡単で段差移動も
スムーズに行えるバキュームカップ式自走ロボットを提
供する。 【構成】 前後左右端に配設された回頭自在の２ヶの駆
動車輪６６及び２ヶの遊動車輪６６により支持される水
平長方形の機枠と、遠隔操作により上記４ヶの車輪を連
動的に回頭する操舵手段と、上記機枠の中央に固着され
下方へ向かって互いに同軸的に垂設され、それぞれ上端
が頂板で閉塞されるとともに外周に周設されたコーミン
グの下端に外方へ拡開するゴムスカート５６，５７が周
設された大径吸着パッド５２，小径吸着パッド５１と、
上記各吸着パッド５２，５１にそれぞれ接続されその真
空引きをそれぞれ個別的に行うバキュームホース５４，
５３とを具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に筒身の検査や塗装
用として使用する二重バキュームカップ式自走ロボット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】壁面を移動しながら塗装，ブラスト，肉
厚検査，表面状況の観察等を行うロボットには下記する
ように種々の構造のものが知られている。まず、磁石方
式のものとしては、図４側面図に示すように、磁石２，
２を用いて壁面に吸着し、モーター７によりチェーン８
を介して車輪５を回転して走行する方式のものである。
ここで３は磁石２の押付用エア圧シリンダー、４はフレ
ーム、６は磁石２の前後退用エア圧シリンダー、６′は
ロボットである。このロボットは、磁石２，２を交互に
励磁消磁し、エア圧シリンダー６にてこれを移動して車
輪５にて全体移動する構造であり、いわば磁石２の歩行
式ともいえる。

【０００３】しかしながら、この種の磁石式のものは壁
面が磁性体でないと吸着しないため使用できない欠点が
あり、また磁性体壁面の場合でも、塗膜が厚かったり、
サビが多量に発生していると、所要の吸着力が作用しな
いこともある。

【０００４】次に、バキュームパッド方式のものとして
は、図５平面図及び縦断面図に示すように、複数個の例
えばゴム硬度Ｈｓ６５〜７０の硬質ゴム製パッド２０を
設け、このパッド２０内の空気を真空引きすることによ
り壁面１に吸着する構造である。

【０００５】この構造は壁面が非磁性体であっても吸着
可能となる。ここで、２１はバキュームホース、２２，
２５はフレーム、２３は車輪駆動用モーター、２４は車
輪を示す。このように複数個の吸着パッド２０を配設す
るのは、図６に示すように段差部１８の移動時に有利な
ためであり、同図（Ａ）平面図及び同図（Ｂ）側面図に
示すように、硬質ゴム製パッド２０が壁面１に付設され
ている段差部１８を横切って移動する場合、一般に、パ
ッド２０が十分段差部１８になじまずに空間部１９が発
生し、この空間部１９よりパッド２０内に空気が侵入
し、負圧が減少して吸着力が低下する。

【０００６】この現象に対処するため複数個のパッドと
し、数個のパッド２０が段差部１８を移動中は、他の平
面部１のパッド２０による吸着力でロボット全体を保持
するものである。この種のロボットは、広い壁面には有
効であるが、狹い場所では装置自体が大きいため不向き
であり、また製作コストも高い。

【０００７】そこで、図７平面図及び縦断面図に示すよ
うに、大径のバキュームパッド９により負圧を発生させ
て吸着する方式も知られている。ここでパッド本体９は
鋼製とし、外周にパッド内の負圧力が減少しないよう
に、ゴム製で花びら状のカーテン１０を設けてあり、１
１はフレーム、１２は車輪、１４はチェーン、１５は車
輪駆動用モーターを示す。

【０００８】この種の構造の場合は、１ヶのバキューム
カップ９で壁面の段差を移動する場合、花びら状のカー
テン１０が柔らかいため段差部になじみやすく、真空も
れが少なくなるので、必要吸着力を保持しながら比較的
容易に段差を横切って移動できるのであるが、花びら状
カーテン１０をカップ９の外周に、多数枚取付けるため
製作コストが高くなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の電磁石方式の場合は非磁性体には使用できず、バキ
ュームカップ方式の場合は製作コストが高くなり、また
狹い場所には不向きとなる欠点がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みて提案さ
れたもので、製作コストが安く、構造が簡単で段差移動
もスムースに行える二重バキュームカップ式自走ロボッ
トを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
前後左右端に配設された回頭自在の２ヶの駆動車輪及び
２ヶの遊動車輪により支持される水平長方形の機枠と、
遠隔操作により上記４ヶの車輪を連動的に回頭する操舵
手段と、上記機枠の中央に固着され下方へ向かって互い
に同軸的に垂設され、それぞれ上端が頂板で閉塞される
とともに外周に周設されたコーミングの下端に外方へ拡
開するゴムスカートが周設された大径吸着パッド，小径
吸着パッドと、上記各吸着パッドにそれぞれ接続されそ
の真空引きをそれぞれ個別的に行うバキュームホースと
を具えたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】このような構成によれば、同軸的大径バキュー
ムカップ，小径バキュームカップよりなる二重構造のバ
キュームパッドとすることにより、壁面上の凹凸部を移
動する場合、最初外側の大径パッドが凹凸部を通過する
が、このとき、大径パッド内の負圧が減少するにもかか
わらず、内側の小径パッドの負圧は変化しないので、吸
着力が確保される。また、壁面上の連続した段差部を通
過する場合、外側，内側のパッドが同時に段差移動する
が、その際は、外側の負圧減少に対し、内側の負圧減少
は外側パッド内が負圧のため、大気開放時と異なり、微
小な減少となり、吸着力が確保される。これにより、本
装置は壁面上の凹凸や段差を円滑に越えることが可能と
なる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図１はその概略縦断面図、図２は図１のパッドのみ
を示す縦断面図及び平面図、、図３は図１の全体正面図
及び平面図である。

【００１４】まず、図３において、その全体構造を説明
すると、前後１対の平行横材と平行縦材よりなる異形長
方形フレーム６５で構成された本体は、その前後左右端
に、後記するリンク機構でステアリング可能とした４ヶ
の車輪６６を配設し、左右１対のモーター６７にて遠隔
操作で走行可能になっている。走行方向の変更はエア圧
シリンダー７０の作用により、ロッド７１が横方向へ移
動し、これにより各車輪６６に設けてあるリンク機構８
０，８２，８３，８４，７５，７６が作動して、各回転
軸８５を回転させ、４ヶの車輪６６の方向を連動的に回
頭するようにし、モーター６７の正逆転との組合せによ
り本ロボットは所望の方向に自在に走行できる。

【００１５】次に、吸着パッドについて図２にて説明す
ると、同図（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図を示す。
５０は鉛直同軸的に二重バキュームカップを構成するバ
キュームパッドであり、バキュームパッド５０は機枠の
中央部に互いに同軸的に垂設され、それぞれ上端が円形
頂板で閉塞されるとともに、頂板の外周に周設されたコ
ーミングよりなる倒立偏平円筒状大径カップ５２，小径
カップ５１と各カップ５２，５１の下端に沿って周設さ
れた外方へ拡開するゴムスカート５６，５７よりなる。
５５は大径カップ５０及び小径カップ５１を機枠に支持
する支柱、５３は小径カップの内部室５８、５４は大径
カップ５２の内部室５９をそれぞれ負圧にするための真
空引き用バキュームホースの取付口である。このよう
に、本装置のバキュームカップは同軸的に二重に配設さ
れた二重パッドとなっており、小径カップ内部室５８，
大径カップ内部室５９の負圧はそれぞれ個別的に制御可
能となっている。自走に必要な吸着力は、小径カップ５
８の負圧のみで確保できる負圧力とし、大径パッド内部
室５９の負圧が減少しても、自走できるようにする。壁
面と密着するゴムスカートパッド５６，５７は、軟質ゴ
ムとし、壁面凹凸になじみやすくする。また、摩擦係数
を小さくし、走行がスムースとなるように、ゴムの下面
には高分子樹脂膜を貼着してある。

【００１６】このような構造において、図１にて吸着状
況を説明すると、同図（Ａ），（Ｂ）は吸着前の状態，
吸着時の状態をそれぞれ示し、始め、同図（Ａ）におい
て、駆動車輪６６を設けたフレーム６５に、位置調整治
具６１及び固定治具６０でバキュームパッド５０を支柱
５５にて固定する。バキュームホースにてパッド内部室
５８，５９をそれぞれ真空引きして負圧にしながら同図
（Ｂ）に示すように、車輪６６を壁面１に接地させる
と、吸着力Ｐ_F が発生し、この吸着力Ｐ_F は吸着時のパ
ッド内径と、負圧Ｐ₁ ，Ｐ₂ により計算される。

【００１７】この吸着力Ｐ_F は吸着パッド部の押付力Ｐ
_P1，Ｐ_P2と車輪６６の押付力Ｐ_T とに分かれ、両者には
摩擦力が発生する。つまり、車輪６６と壁面１の間には
摩擦力Ｆ_R が、吸着パッドゴムスカートパッド５６，５
７と壁面１との間には摩擦力Ｆ_S1，Ｆ_S2がそれぞれ発生
する。それ故、ロボットの全体重量をＷとすれば、移動
装置が壁面を上昇する場合、Ｆ_R ＞Ｆ_S1＋Ｆ_S2＋Ｗの条
件とすれば、車輪駆動により走行可能となる。つまり、
吸着パッド５６，５７の摩擦力Ｆ_S1，Ｆ_S2と、自重Ｗが
小さいほど、移動しやすくなる。そのため、本発明装置
ではゴムパッド５６，５７の先端部の剛性を小さくする
ことで、吸着力Ｐ_F によって生ずる押付力Ｐ_P1，Ｐ_P2を
小さくするとともに、四弗化エチレン，超高分子ポリエ
チレン樹脂等のテープ貼付けにより、摩擦係数を小さく
し、摩擦力Ｆ_S1，Ｆ_S2の減少を図っている。

【００１８】このような構造によれば、吸着パッドは吸
着移動が容易であり、しかも壁面１の凹凸や段差があっ
ても二重の負圧保持機構により、内側の負圧減少が防止
できるので、必要吸着力は常に安定して確保でき、装置
移動が可能となる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の吸着パッドによれば、二重構造
となっているため、下記の効果が奏せられる。 （１）凹凸段差部で外側の負圧が減少しても、外部空気
の侵入量が少ないので内側の負圧減少は少なくて済み、
十分な吸着力が確保できる。 （２）１ヶの大径パッドでロボット全体を支持すること
ができるので、装置の簡易化，軽量化が行えるととも
に、狭い場所への適応も可能であり、製造コスト，作業
コストの低減化が図れる。 （３）また走行制御機構として、回頭自在の２ヶの駆動
車輪及び２ヶの遊動車輪により、遠隔操作にて連動的に
操舵できるので、自在に走行可能である。

【００２０】要するに本発明によれば、前後左右端に配
設された回頭自在の２ヶの駆動車輪及び２ヶの遊動車輪
により支持される水平長方形の機枠と、遠隔操作により
上記４ヶの車輪を連動的に回頭する操舵手段と、上記機
枠の中央に固着され下方へ向かって互いに同軸的に垂設
され、それぞれ上端が頂板で閉塞されるとともに外周に
周設されたコーミングの下端に外方へ拡開するゴムスカ
ートが周設された大径吸着パッド，小径吸着パッドと、
上記各吸着パッドにそれぞれ接続されその真空引きをそ
れぞれ個別的に行うバキュームホースとを具えたことに
より、製作コストが安く、構造が簡単で段差移動もスム
ースに行える二重バキュームカップ式自走ロボットを得
るから、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略縦断面図であり、
同図（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ吸着前の状態，吸着後の
状態を示す。

【図２】図１の吸着パッドを示す縦断面図及び平面図で
ある。

【図３】図１の全体正面図及び平面図である。

【図４】従来の磁石方式のロボットを示す側面図であ
る。

【図５】従来の吸着パッド方式のロボットを示す平面図
及び縦断面図である。

【図６】図５におけるパッドの段差部での吸着状況を示
す説明図である。

【図７】図５とは異なる従来の吸着パッド方式のロボッ
トを示す同じく平面図及び縦断面図である。

【符号の説明】

５０ バキュームパッド ５１ 小径カップ ５２ 大径カップ ５３ バキュームホース取付口 ５４ バキュームホース取付口 ５５ 支柱 ５６，５７ ゴムスカート ５８ 小径カップ内部室 ５９ 大径カップ内部室 ６０，６１ 固定治具 ６５ フレーム ６６ 車輪 ６７ モーター ７１ ロッド ７５，７６，８０，８２，８３，８４ リンク機構 ８５ 回転軸

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前後左右端に配設された回頭自在の２ヶ
   の駆動車輪及び２ヶの遊動車輪により支持される水平長
   方形の機枠と、遠隔操作により上記４ヶの車輪を連動的
   に回頭する操舵手段と、上記機枠の中央に固着され下方
   へ向かって互いに同軸的に垂設され、それぞれ上端が頂
   板で閉塞されるとともに外周に周設されたコーミングの
   下端に外方へ拡開するゴムスカートが周設された大径吸
   着パッド，小径吸着パッドと、上記各吸着パッドにそれ
   ぞれ接続されその真空引きをそれぞれ個別的に行うバキ
   ュームホースとを具えたことを特徴とする二重バキュー
   ムカップ式自走ロボット。