JPH0645347B2 - 壁面吸着走行機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は履帯に装備した吸着手段によって壁面や天井に
吸着し、履帯を駆動して移動する壁面吸着走行機に関
し、特に個々の吸着機構が有する吸着能力は小さいにも
かかわらず大きい積載能力を持つことのできるる壁面吸
着走行機に関する。

（発明の背景） 壁面に吸着して移動する装軌式車両としては、例えば特
開昭48−14095号公報に示されるように履帯（無限軌
道）と被作業壁面間に磁気吸着力を作用させるための磁
石を無限軌道帯の履帯に組み込んだものが知られてい
る。あるいは特開昭55−119573号公報に示されるよう
に、履帯と被作業壁面間に磁気吸着力を作用させるため
の電磁石を履帯に組み込み、壁面に接した部分の電磁石
のみ通電するようにして壁面への着脱を容易にしている
ものがある。また吸着手段に磁石以外の手段を使用した
例として、特開昭56−67669号公報に示されるように、
履帯に真空吸着パッドを配置したものが知られている。

第３図は吸着装置に永久磁石を使用した従来の装軌式壁
面吸着走行機の例を示している。履帯は、チェーンリン
ク３ａ〜３ｉより成る終端の無いチェーンに夫々吸着装
置である永久磁石１ａ〜１ｉとピン２ａ〜２ｉによって
連結したものからなる。走行機本体９には車軸８ａ，８
ｂによって誘導輪７ａ，７ｂが回転可能に取り付けられ
ており、チェーンリンク３ａ〜３ｉ等より成る終端なし
チェーンは誘導輪７ａ，７ｂとかみ合っている。図にお
いては、壁面に面していない部分の永久磁石・チェーン
リンク・ピンの図示は煩雑になるので省略してあり、２
点鎖線１０はピン２の位置を示す想像線である。永久磁
１ａ〜１ｉを強磁性体の壁面に吸着させた状態から、誘
導輪７ａ又は７ｂに接続している図に示されていないア
クチュエータを駆動することによりチェーンが転動して
走行するようになっている。

これに代表されるような、履帯に壁面へ吸着手段を装備
して成る装軌式壁面吸着走行機においては、天井壁面に
逆さに吸着した場合に走行機の自重を有効に支えるため
には、自重は両端の誘導輪（第３図の７ａ，７ｂ）を経
て履帯の両端に位置する吸着装置（第３図では１ａ，１
ｉ）にのみ作用することが必要である。何故なら履帯が
可撓性を持っているからである。したがって一対の履帯
において両端に位置する４カ所の吸着装置のみによって
自重が支持されねばならない。このため、自重をＷkgと
した場合、個々の吸着装置毎に 以上の吸着能力を持たせなければならない。吸着能力が
これより不足する場合は両端の吸着装置から順次剥離し
て、走行機は壁面より脱落する。壁面に接している吸着
装置のうち両端を除く他の吸着装置（第３図では１ｂ〜
１ｈ）は自重を支持することに関しては何ら寄与してお
らず、吸着装置としての機能を無駄にしている。

第４図は従来の装軌式走行機を天井面に逆さに吸着させ
た場合における上述の自重および支持力の作用を図示し
たものであって、本体９の自重１１（Ｗ）は壁面３２に
接している永久磁石（吸着装置）うち両端のもの１ａ，
１ｉにのみ作用する支持力３３ａ，３３ｂ だけで支えられ、他の永久磁石１ｂ〜１ｈには支持力が
作用しないことを示している。

誘導輪７ａ，７ｂに強い張力３４ａ，３４ｂを与えてチ
ェーンを強く張ることによりチェーンの壁面と垂直方向
の動きを無くして両端以外の永久磁石１ｂ〜１ｈにも自
重を分散して作用させることが考えられるが、極端に強
い張力を要し、強度や誘導輪の回転の摩擦抵抗の増大な
どで実際には不可能である。

また他方、装軌式車両が進行方向を変更する場合、一対
の履帯の動作速度を異にして履帯を壁面に対して滑らせ
る、すなわち、壁面に吸着している吸着装置を壁面と平
行な方向に滑らせる必要があるが、これに要する力は進
行方向変更の際の抵抗となる。この際、履帯の両端の吸
着装置だけでなく自重の支持に寄与していない吸着装置
も抵抗として働くため、非常に大きな力が必要となる。
例えば履帯１本当りに配置されている吸着装置の総数を
ｎ、壁面に面している吸着装置の個数のｎに対する割合
をｐ、履帯と壁面の間の摩擦係数をμとすると、進行方
向を変える際に履帯を滑らせるのに必要な力Ｆ_０は(1)
式のようになる。

以上のことから、履帯に壁面への吸着手段を装備して成
る従来の装軌式壁面吸着走行機においては、充分な吸着
能力を得るのが困難であると同時に、壁面上の移動の自
由度が低いという問題点が存在し、壁面に対する作業機
械を積載してあらゆる傾斜の壁面（天井面も含め）に吸
着して走行が可能な走行機の実現は困難であった。

（本発明の目的） 本発明の目的は、走行機の自重を壁面に面した吸着装置
すべてに分散して負坦させ、最少限の個々の吸着能力で
壁面に確実に吸着して移動が可能な壁面吸着走行機を提
供することにある。

（発明の概要） 無限軌道（履帯）を使用して走行する装備式車両が、壁
面に吸着する手段として履帯外面に配置された複数個の
吸着装置を備えているものとする。これが天井面に逆さ
に吸着する場合を考えると、従来の走行機では、自重は
履帯両端の誘導輪を経て履帯の両端に位置する吸着装置
にのみ作用せねばならない。走行機の自重をＷ、履帯１
本当りに配置されている吸着装置の総数をｎ、壁面に面
している吸着装置の個数のｎに対する割合をｐとする。
このとき履帯の両端に位置する吸着装置の各１個当りに
作用すべき力Ｆ_０は(2)式のようになる。

全ての吸着装置は履帯の動作にしたがって両端の位置に
順に移動し得るため、吸着能力が(2)式に満たない吸着
装置があると、壁面から脱落する。

本発明においては、壁面と垂直をなす方向への走行機本
体に対する履帯の相対的動きを拘束する案内装置を走行
機本体に設置して、自重が壁面に接している吸着装置す
べてに分散して働くようにする。これにより、吸着装置
各１個当りに作用すべきＦ_１は(3)式のようになる。

すなわち、Ｆ_０とＦ_１を比較すると、 となり、本発明のように案内装置を設置することによっ
て吸着装置１個当りに作用すべき力は小さくなり、壁面
に接している吸着装置の数ｎ・ｐが増加するにしたがっ
てこの傾向は強くなる。このことは逆に言えば、吸着装
置各１個に要求される吸着能力は、案内装置の設置によ
って小さくてすむことになる。

さらに(2)，(3)式で与えられるような吸着能力をもつ走
行機を旋回・方向転換のため壁面と平行な方向に力を加
えて壁面上を滑らせるとき、案内装置がない従来の場合
に働く摩擦力Ｆ_２と案内装置を設置した本発明の場合に
働く摩擦力Ｆ_２はそれぞれ(1)，(5)式で与えられる。

Ｆ_２とＦ_３を比較すると、 となり、案内装置を設置することによって走行機を滑ら
せるのに必要な力は小さくなる。このため旋回・進行方
向変換等の、壁面とこれに接する履帯のあいだに滑りが
必要な動作は、案内装置を設置することによって少ない
パワーで実現することができる。

また走行機の吸着の信頼性を上げるために吸着装置各１
個ごとに吸着能力の余裕Ｆ_ｍを与える場合、走行機全体
として得られる吸着能力の余裕は、案内装置がある本発
明の場合をＭ_０、案内装置がない従来の場合をＭ_１とす
れば(7)，(8)式で与えられる。

Ｍ_０とＭ_１を比較すると、 となり、吸着装置各１個ごとに同じ量の余裕を加えた場
合、走行機全体として得られる余裕は本発明のように案
内装置を設置することによって大きくなる。

以上の結果をまとめると第１表のようになる。

すなわち案内装置が無い場合には、個々の吸着装置の吸
着能力を非常に大きくする必要があるがが、現実には要
求を満たすだけの能力をもった吸着装置は存在せず、落
下の可能性は免れない。しかも吸着能力を上げると壁面
上における滑り運動性が低下するため、作業性は低下す
る。また個々の吸着装置に与えた吸着能力の余裕が走行
機全体として見た場合に総和として現われ難く、信頼性
を上げるのが困難である。一方、本発明のように案内装
置を設置した場合には、壁面に接する吸着装置の吸着能
力は全て走行機を支持するのに有効に働くため、個々の
吸着装置は最小限度の吸着能力でありながら、走行機全
体としては高い吸着能力、高い運動性、高い信頼性を兼
ね備えることができる。

本発明は船舶、ガスタンク、化学又は原子力プラント等
の設備の壁面に吸着走行して該壁面に対し検査、保修等
の作業を行うための吸着走行機に関するものであり、こ
のような壁面は一般に凹凸等の形状変化が存在しても、
その程度は小さく、ほぼ平坦と考えられるものであるか
ら、上述のように壁面に対する履帯の垂直方向の動きを
拘束する案内装置を設けることは走行機の走行にとって
何ら支障を来たすものではない。他方、建設工事や地上
運搬等に用いられるような地表走行用の装軌式車輌にお
いては、地表の凹凸の程度が大きいため、これに履帯を
順応させるためには上記のような拘束をする案内装置は
不可である。このように、本発明は特に壁面の一般的平
坦性に着目し、壁面吸着走行に最適の走行機を提供し得
るものである。

〔発明の実施例〕

第１図は吸着装置に永久磁石を使用した本発明の実施例
である。履帯はチェーンリンク３ａ〜３ｉより成る終端
の無いチェーンを使用している。吸着装置である永久磁
石１ａ〜１ｉはピン２ａ〜２ｉによってチェーンリンク
３ａ〜３ｉに連結されている。走行機本体９には車軸８
ａ〜８ｂによって誘導輪７ａ，７ｂが回転可能に取り付
けられており、チェーンリンク３ａ〜３ｉより成る終端
なしチェーンはこれら誘導輪とかみ合っている。壁面に
面していない部分の永久磁石・チェーンリンク・ピンの
図示は煩雑になるので省略して示してあり、２点鎖線１
０はピン２の位置を示す想像線である。案内装置である
ガイドレール３とガイドレール４は、腕６ａ，６ｂによ
って本体９に固定されており、ピン２ａ〜２ｉはガイド
レール３とガイドレール４によって壁面に垂直方向の動
きが拘束されている。。ピン２ａ〜２ｉはチェーンリン
ク３ａ〜３ｉに嵌合されているため、チェーンリンク３
ａ〜３ｉも壁面と垂直方向の動きが拘束される。

よって、第１図に示した壁面吸着走行機の吸着装置に作
用する自重に対する支持力の分布は第２図に示したよう
になる。本体９の自重１１はガイドレール４・ガイドレ
ール５からピン２ａ〜２ｉを経て、壁面１２に接してい
る全ての永久磁石１ａ〜１ｉに作用して支持力１３ａ〜
１３ｉによって支持される。力１３ａ〜１３ｉはすべて
ほぼ均一の大きさであるため、永久磁石１個あたりに作
用する力は従来の方式に比較してはるかに小さくなる。
本実施例による壁面吸着走行機は従来の走行機に比べる
と、ガイドレール４・ガイドレール５を付け加えるだけ
でよく、構造が単純で僅かな重量増でありながら大きな
吸着能力と自由な運動能力と高い信頼性を得ることがで
きる。さらにチェーンにたるみが存在する場合であって
も同じ効果が得られるため、履帯の緊張装置を設置する
必要がない。

案内装置の効果を示すために、走行機の構造を簡略化し
て示したものが第５〜７図である。

まず従来の走行機の例を示す第５図においては履帯の表
面に吸着装置１ａ〜１ｃが配置されており、壁面１２に
吸着している。履帯は誘導輪７ａ，７ｂとかみ合ってお
り、この誘導輪に接続されて図に示されていないアクチ
ュエータを駆動することによって走行させるものとす
る。このとき自重Ｗ（１１）は誘導輪、履帯を経て吸着
装置に伝達され、両端の吸着装置１ａ，１ｃにはそれぞ
れ支持力W/2が負荷されるが、中央の吸着装置１ｂに支
持力はかからない。

この走行機の誘導輪７ａ，７ｂに緊張力Ｔ（４６ａ，４
６ｂ）を加えて履帯を緊張させたものが第６図である。
この結果壁面に垂直な方向の履帯の動きを少なくするこ
とができ、緊張力Ｔ（４６ａ・４６ｂ）を大きくするに
したがって中央の吸着装置１ｂに負荷する支持力も徐々
に大きくなり、理論的には緊張力Ｔを無限大に大きくす
ると中央の吸着装置１ｂに負荷する引張り力は両端の吸
着装置１ａ，１ｃに加わる引張り力と等しくなるが、応
力や誘導輪を駆動する駆動系の摩擦も無限大に大きくな
って実際上は不可能である。

第７図は本発明の走行機を模式的に簡略化して示したも
のである。履帯の表面には吸着装置１ａ〜１ｃが配置さ
れている。壁面１２に垂直方向に働く自重を支える力学
系に関して考える場合、吸着装置１ａ〜１ｃは剛体より
成る案内装置５６によって連結されており、自重Ｗ（１
１）は案内装置５６に負荷され、最終的には吸着装置１
ａ〜１ｃに均等に負荷される。この場合、履帯には自重
Ｗ（１１）は負荷されず、誘導輪７ａ，７ｂの１方又は
双方を駆動することにより走行が可能である。すなわ
ち、吸着装置１ａ〜１ｃの送りは履帯で行い、負荷荷重
すなわち自重Ｗ１１の伝達はガイドレール５６によって
行われる。

ところで走行機本体に上記の如く履帯の案内装置を設置
した場合、壁面と垂直方向の履帯の動きは案内装置によ
って拘束されるため、壁面の表面形状に多少の変化があ
るとき、これに履帯が追随することができない。しかし
壁面に面している履帯上の吸着装置は、壁面の表面形状
に追随することが一定の吸着能力を保つ上で必要であ
る。

このことは履帯と履帯外面に設置した吸着装置との間に
弾性体より成る緩衝装置を設置することで達成できる。
第８図は、このように履帯と履帯外面に装備した吸着装
置との間に緩衝装置を設けた本発明実施例を示す。同図
において、吸着装置である永久磁石１には直径Ｄの穴１
０２が設けてある。一方、履帯であるチェーンをなすチ
ェーンリンク３には直径ｄの穴１０９が設けられてい
る。外径Ｄ、内径ｄの弾性材料（例えばゴム）よりなる
チューブ１０３を永久磁石１の孔１０２に通し、これに
チェーンリンク３を合わせてピン１０５を通して止め輪
１０６によって固定する。よって永久磁石１はピン１０
５に対して弾性チューブ１０３の肉厚で支持されるので
ピン１０５に対してあらゆる方向に 近くの行程だけ動きうる。ピンの端部１０７・１０８は
走行機の前記案内装置に沿ってスライド自在に支持され
ている。これにより、チェーンリンク３すなわち履帯が
壁面と垂直方向に動くのを拘束しながら、同時に永久磁
石１は案内装置に対して弾性支持され、壁面の任意の表
面形状に追随することができる。

上述のような緩衝装置を設けることの利点は次のように
説明することができる。すなわち、走行機本体と、該本
体に設置された案内装置と、壁面と垂直方向の動きを案
内装置によって拘束された履帯とは、壁面と垂直方向に
加わる力に対しては剛体とみなすことができる。すると
壁面に吸着した走行機は、本体を含む剛体を片側につい
て３個以上の吸着装置で壁面に固定したモデルと見なす
ことができる。このとき、本体を含む剛体から壁面に至
る距離は、剛体のあらゆる部位において一定ではなく、
壁面の表面形状に多少の変化があるため、むしろ現実に
は部位ごとに多少異なるので、その距離差が僅かであっ
ても吸着装置に加わる力は各吸着装置ごとに大きく異な
った値になり易い。したがって、力の殆んど加わらない
吸着装置は自重を支持するのに寄与せず、大きな力が加
わった吸着装置は剥離するという事態が起る恐れがあ
る。ところが弾性体を用いた上記緩衝装置を設けること
により、壁面が完全に平坦でなくても全ての吸着装置を
壁面に一様に接せしめて実重を平等に分坦させることが
でき、吸着の信頼性を上げることができる。

走行機が吸着する壁面の傾斜によって上記緩衝装置に力
の働く方向は変わるが、本実施例の緩衝装置によればあ
らゆる方向の力に対して緩衝作用が働くため、あらゆる
傾斜角の壁面において緩衝装置として有効である。また
緩衝装置の行程は を超えることはできないため、緩衝装置が伸びすぎて走
行機本体が壁面から離れすぎたり、あるいは逆に緩衝装
置が縮みすぎて本体が壁面に接触したりすることがな
い。緩衝行程の最大値は、予め吸着の対象とする壁面の
凹凸の最大値を調査して、これを下回らないように設定
すればよい。

第９図は、第１図に示す走行機構に第８図に示した緩衝
装置を組み込んだものを示す。壁面１２の凹凸１１１・
１１２・１１３に対して永久磁石１ａ，１ｂ，１ｄ，１
ｈが追随して吸着しており、平滑な壁面に吸着している
場合と同程度の吸着能力を保つことができる。

さらに緩衝装置を設置することによる別の効果を第１０
図、第１１図を使用して説明する。第１０図には緩衝装
置が無い場合の例を模式的に示されており、案内装置は
本体に固定されており、両者は合わせてひとつの剛体１
２１とみなすことができる。吸着装置で壁面１２に吸着
している状態はリンク１２３ａ〜１２３ｃを介して接合
部１２４ａ〜１２４ｆで壁面１２と剛体１２１が連結さ
れているとみなすことができる。壁面１２と剛体１２１
との距離が剛体１２１の部位によって異なる場合、その
差が微小であっても、同じ長さのリンク１２３ａ〜１２
３ｃを用いて支持するとリンクごとに異なった大きさの
負荷がかかる。

一方第１１図は、剛体１２８を壁面１２に支持するの
に、接合部１２７ａ〜１２７ｃで連結されたリンク１２
６ａ〜１２６ｃに弾性体より成る緩衝装置１２５ａ〜１
２５ｃを介在させた例を示している。この場合には、壁
面１２と剛体１２８との距離が剛体１２８の部位によっ
て異なるときでも各リンクにかかる負荷はほぼ等しくな
る。すなわち、緩衝装置１２５ａのばね定数をｋ_１、変
位ををｘ_１、緩衝装置１２５ｂのばね定数をｋ_２、変位
をｘ_２、緩衝装置１５２ｃのばね数定をｋ_３、変位をｘ
_３とし、剛体１２８の自重をＷとすると、(10)式が成り
立つ。

Ｗ＝ｋ_１ｘ_１＋ｋ_２ｘ_２＋ｋ_３ｘ_３ …(10) 緩衝装置１２５ａ〜１２５ｃにすべて同一の仕様のもの
を使用すると、ｋ_１ｋ_２ｋ_３が成り立つ。一方、剛
体１２８と壁面１２９との距離が剛体１２８の部位によ
って異なるときでもその差が大きくなければｘ_１ｘ_２
ｘ_３であるから(10)式右辺の各項はほぼ等しくなる。
したがって各リンク１２６ａ〜１２６ｃに働く負荷はほ
ぼ等しくなる。

以上のように緩衝装置を設置することによって、吸着装
置の数にかかわらず各吸着装置にほぼ均一な負荷を分散
してかけることができ、吸着の信頼性向上を得ることが
できる。

以上の実施例においては、吸着装置として磁石を用いた
が、その代りに、電磁石又は真空吸盤を吸着装置に用い
てもよいことは言うまでもない。

なお、弾性材製の吸盤を用いた吸着装置の如く、それ自
体において壁面の多少の形状変化に順応して吸着力を十
分に発揮するような吸着装置を用いる場合には、前記の
ような緩衝装置は必ずしも必要でない。

（発明の効果） 本発明によれば、壁面に面した全ての吸着装置の有する
吸着力をすべて走行機の支持に利用できるため、必要最
小限の吸着能力を各吸着装置に持たせることで最大の吸
着能力を得ることができ、走行機の積載重量を増すこと
が可能となる。また同時に、荷重の両端の吸着装置のみ
で支持する場合に比べて、壁面に対する滑り摩擦抵抗を
大巾に軽減し得るので、壁面上における旋回・方向変換
など高い運動性を得ることが可能になり、更には、吸着
力の余裕を大きくとることができる。さらに、弾性体よ
り成る緩衝装置を履帯と吸着手段との間に装備したの
で、壁面が完全に平坦でなくても、全ての吸着手段を一
様に壁面に吸着させ走行装置の自重を各吸着手段に平等
に分坦させることができ、吸着の信頼性を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による壁面吸着走行機の一
実施例の側面図および力の作用図、第３図および第４図
は従来の壁面吸着走行機の側面図および力の作用図、第
５図，第６図および第７図は従来の走行機および本発明
による案内装置を有する走行機の効果を示す概略図、第
８図は本発明に用い得る緩衝装置の例を示す分解斜視
図、第９図は緩衝装置を組み込んだ本発明の壁面吸着走
行機の動作の例示図、第１０図および第１１図は従来の
走行機および本発明における緩衝装置を備えた走行機の
効果を示す概略図である。 （符号の説明） １ａ〜１ｉ……永久磁石、２ａ〜２ｉ……ピン ３ａ〜３ｉ……チェーンリンク、４・５・５６……案内
装置 ９……本体、７ａ，７ｂ……誘導輪 １２……壁面、１０３……弾性体チューブ １２５ａ〜１２５ｃ……緩衝装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体と、本体に装着された複数の誘導輪
   と、該誘導輪に懸架され、対象とする壁面への吸着手段
   を装着した履帯とから成る壁面吸着走行機において、 吸着手段を履帯の外面より外部へ突出して履帯に装着
   し、壁面と交差する向きの、本体に対する履帯の相対的
   な動きを拘束する履帯案内装置を本体に固定して設け、
   吸着手段の本体方向への移動を許容し、弾性体より成る
   緩衝装置を履帯と吸着手段との間に装備し、本体に対す
   る履帯の相対的な動きを履帯案内装置で拘束すると同時
   に、吸着手段のみ本体に対して変位可能なことを特徴と
   する壁面吸着走行機。