JPH0699867A - 壁面吸着移動機構のサスペンション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量コンパクトで、ボディ分割を必要とせ
ず、ペイロードを減少させない壁面吸着移動機構のサス
ペンションを提供する。 【構成】 対向する２輪４をそれぞれボールネジ８に取
り付け、これらボールネジ８をボールネジナット９に螺
合させ、且つこのボールネジナット９をボディ１に設け
られたボールネジナット支持用ベアリング３１に回転自
在に支持させることにより上記ボールネジ８を昇降自在
に支持すると共に、両ボールネジ８の昇降が逆になるよ
うに連動させる連動ストローク手段１２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、壁面に吸着して４輪で
走行する壁面吸着移動機構のサスペンションに係り、特
に、軽量コンパクトで、ボディ分割を必要とせず、ペイ
ロードを減少させない壁面吸着移動機構のサスペンショ
ンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラント、工場等の保守点検、工事のた
めに、これらの建造物や設備の任意の場所に検査ロボッ
トや、作業ロボット等を移動させるシステムにおいて、
建造物や設備の垂直或いは傾斜した側壁面や天井等に沿
ってロボットを走行させるために、壁面等に吸着するこ
とによって自重を支えながら走行する吸着走行装置を利
用することが考えられている。

【０００３】吸着走行装置は、例えば、磁石で構成した
車輪を有する磁気吸着式壁面移動車であれば、車輪と壁
面（鉄等）との接触部に働く吸着力でもって自重及びペ
イロードを壁面から剥離しないように支えることにな
る。壁面が凹凸や湾曲を有しているときには、車輪に壁
面を追従させる必要がある。しかし、地上を走行する自
動車と同じようなスプリングサスペンションを用いて車
輪を懸架すると、スプリングの反力が吸着力の一部を相
殺してしまうので、ペイロードが減少してしまう。そこ
で、上記磁気吸着式壁面移動車にあっては、ボディを分
割形成してヒンジで連結し、自由度を持たせることによ
り、それぞれの分割片に設けた車輪が壁面の変化に追従
できるように構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸着走行装
置には、上記磁気吸着式の他に真空吸着式のものが考え
られている。真空吸着式の吸着走行装置は、ボディと壁
面との間に大気圧よりも低圧の負圧空間を形成すること
によりボディを壁面に吸着させる吸着機構と、上記負圧
に対抗してボディを壁面から隔てて支持すると共に壁面
に沿って走行するための車輪が具備される。吸着機構
は、ボディの周縁に沿ってボディから壁面まで延出され
るスカート部材を設けることにより、ボディと壁面とス
カート部材とにより空気室を区画形成すると共に、この
空気室から空気を吸い込んで外部に吹き出すブロアを設
けて、この空気室を負圧空間に形成することで構成され
る。このように真空吸着式の吸着走行装置は、ボディ自
体が吸着機構の一部を構成している。

【０００５】磁気吸着式と真空吸着式との違いは、自重
及びペイロードを支える吸着力が、磁気吸着式では車輪
に働き、真空吸着式ではボディ全体に働くことである。
この違いは、車輪を壁面に追従させる手段にも影響を与
える。即ち、磁気吸着式の場合、吸着力が車輪に働き、
ヒンジやボディには大きな力は加わらない。従って、ヒ
ンジやボディにはさほど剛性を必要としない。反対に、
真空吸着式では吸着力がヒンジやボディに直接働くの
で、それに耐え得る剛性が必要である。また、シール性
も必要である。

【０００６】真空吸着式の吸着走行装置に、壁面追従の
機構として上記ボディ分割による自由度のあるものを採
用する場合、吸着力に耐える剛性及びシール性を保ちつ
つ自由度を確保するには、相当の自重の増加を招くこと
になる。自重の増加は、相対的にペイロードの減少を意
味しており問題である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、軽量コンパクトで、ボディ分割を必要とせず、ペイ
ロードを減少させない壁面吸着移動機構のサスペンショ
ンを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、対向する２輪をそれぞれボールネジに取り
付け、これらボールネジをボールネジナットに螺合さ
せ、且つこのボールネジナットをボディに設けられたボ
ールネジナット支持用ベアリングに回転自在に支持させ
ることにより上記ボールネジを昇降自在に支持すると共
に、両ボールネジの昇降が逆になるように連動させる連
動ストローク手段を設けた。

【０００９】

【作用】上記構成により、壁面の湾曲により一方の車輪
にボディの押圧力が集中し、他方の車輪でその力が弱ま
ると、一方の車輪においては、ボールネジがボディに対
して上昇ストロークし、ボディと車輪との間隔が短くな
る。これに応じて連動ストローク手段が他方のボールネ
ジを下降ストロークさせるので、他方の車輪はボディと
の間隔が長くなる。両車輪は互いに逆方向に昇降移動し
て、押圧力の平行する位置で安定する。このようにして
一方の車輪が壁面の凸部に追従すれば、連動して他方の
車輪が壁面の凹部に追従することになる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１１】図６に示されるように壁面吸着移動機構
は、腹部に壁面Ｗに対向する面を有したボディ１と、ボ
ディ腹部１ａに環状に設けられたスカート部材６１と、
このスカート部材６１とボディ１と壁面Ｗとにより区画
形成された空気室６２と、この空気室６２から空気を吸
い込んで外部に吹き出す２個のブロア２を有している。
この壁面吸着移動機構において、図１は、本発明に係る
サスペンションを説明するための機構概略図であり、図
２は、このサスペンションを備えた壁面吸着移動機構の
前半部の部分斜視図である。

【００１２】図２に示されるようにボディ１は、略円盤
状に形成され、その四隅に径方向外方に突き出されたフ
ランジ３が設けられている。各フランジには、ボディ１
を壁面Ｗから隔てて支持すると共に壁面Ｗに沿って走行
するための車輪４が設けられている。この実施例では、
どの車輪が駆動輪であるかは限定されない。図に向かっ
て左側が右車輪４Ｒ、右側が左車輪４Ｌとする。

【００１３】図示されるようにボディ１の一辺に面し、
左右両側に配置された２個の車輪４は、２個のドラム状
のタイヤ５を軸方向に連ねて配置したものである。タイ
ヤ５の転がる方向が進行方向となる。これらのタイヤ５
は、タイヤ５のための軸受けを有する矩形状枠６内に収
容されている。この矩形状枠６の進行方向前後に臨む辺
を挟んで且つ壁面に臨んだ開口部を有するコ字状枠７が
設けられている。矩形状枠６は、コ字状枠７の開口部に
挟まれ壁面Ｗの傾きに応じて傾斜自在に軸承されてい
る。左右両輪４Ｒ、４Ｌのコ字状枠７同士を連結する操
舵棒１３が設けられている。操舵棒１３とコ字状枠７と
の連結は球面軸受３２を介してなされている。

【００１４】コ字状枠７には、その上辺にボールネジ８
が起立させて取り付けられている。ボールネジ８は、右
ネジと左ネジとのいずれかが用いられ、ここでは右車輪
４Ｒが右ネジボールネジ８Ｒ、左車輪４Ｌが左ネジボー
ルネジ８Ｌとなっている。ボールネジ８Ｒ、８Ｌは、そ
れぞれボディ１のフランジ３に設けた右ネジ・左ネジの
ボールネジナット９（９Ｒ、９Ｌ）に螺合している。各
ボールネジナット９Ｒ、９Ｌは、ボディ１に固定されて
いるボールネジナット支持用ベアリング３１により回転
自在に支持されている。ボールネジ８のストロークは、
ボールネジナット９の回転運動に変換されるので、車輪
４は、ボディ１に昇降自在に支持されていることにな
る。もちろんストローク方向と回転方向との関係は、右
ネジと左ネジとで逆になる。

【００１５】ボールネジナット９には、それぞれスプロ
ケットギア１０が同軸に取り付けられている。２つのス
プロケットギア１０にチェーン１１が掛け渡されてい
る。チェーン１１は、一方のスプロケットギア１０が回
転すると他方のスプロケットギア１０を同じ方向に回転
させるものである。スプロケットギア１０及びチェーン
１１は、両ボールネジ８を互い違いの方向に連動させる
連動ストローク手段１２を構成している。

【００１６】次に実施例の作用を述べる。

【００１７】ブロア２がボディ１の腹部に形成された空
気室６２から背面方向に空気を排出すると、空気室６２
内は減圧され、ボディ腹部は均等な力で壁面Ｗに吸い寄
せられる。この力は、ボディ１を壁面Ｗに向かって下降
させる方向に働くので、ボールネジ８に対してボールネ
ジナット９が回転する力に変換される。この回転方向
は、右ネジのボールネジナット９Ｒと左ネジのボールネ
ジナット９Ｌとで丁度逆方向である。両ボールネジナッ
トはチェーン１１で連結されているので図３（ａ）のよ
うに壁面とボディ腹部とが平行であるとき、これらの回
転力は平衡している。一方、操舵棒１３は、図示してい
ない操舵モータと共に両ボールネジを単独或いは別々の
方向に回転しないように規制する働きをしている。

【００１８】次に、図３（ｂ）に示されるように壁面に
凹凸、湾曲のある場合には、凸部上にある車輪４Ｒに荷
重が集中するので、ボールネジ８Ｒが上昇ストロークす
る。この上昇ストロークに伴ってボールネジナット９Ｒ
が回転する。ボールネジナット９Ｒの回転は、スプロケ
ットギア１０及びチェーン１１からなる連動ストローク
手段１２を介して、他方のボールネジナット９Ｌを同じ
方向に回転させるように伝わる。他方のボールネジナッ
ト９Ｌが同じ方向に回転すると、当該ボールネジ８Ｌ
は、上記凸部上のボールネジ８Ｒとは逆方向にストロー
クし、車輪４Ｌが下降する。この車輪４Ｌが、凹部に届
いて、荷重を支えるようになると、ボールネジナット９
Ｒ、９Ｌの回転トルクが等しくなり安定する。この様に
して、前輪２輪が互いに逆方向に昇降するので、壁面吸
着移動機構の４輪すべてが凹凸、湾曲を有する壁面に接
することができる。

【００１９】以上説明したように、本発明の壁面吸着移
動機構のサスペンションにあっては、凹部に車輪を延ば
すために付勢力を使用する必要がないので、ペイロード
の一部が相殺されることがない。また、車輪がボディに
対して昇降するので、ボディを分割形成する必要がな
い。従って、ボディ分割に伴うシール性、強度の補強が
必要ない。このため、軽量化、コンパクト化が達成さ
れ、ペイロードの減少が避けられる。

【００２０】次に、応用実施例を説明する。

【００２１】応用実施例は、これまで説明したサスペン
ションに方向変換のための操舵機構を一体化すると共に
車輪の走行抵抗等によりボールネジとボールネジナット
との間に作用するモーメント荷重を極小化したものであ
る。

【００２２】図５には、この応用実施例に使用されるボ
ールネジ・スプライン５１の断面図が示されている。ボ
ールネジ・スプライン５１にあっては、ボールネジ８
は、ボールネジナット９に螺合するボールネジ溝の他に
ボールスプライン溝を有している。このボールスプライ
ン溝に嵌合してボールネジ８をストローク自在に且つ回
転に対してはボールネジ８と一体的に回転するスプライ
ンナット４１が設けられ、スプラインナット４１はスプ
ラインナット支持用ベアリング４２で支持されている。

【００２３】このボールネジ・スプライン５１が図４の
壁面吸着移動機構に組み込まれている。図４の壁面吸着
移動機構は、ボールネジ・スプライン５１が図１で示し
たボールネジ８、ボールネジナット９、ボールネジナッ
ト支持用ベアリング３１を有しており、両側のボールネ
ジナット９を連動させる連動ストローク手段１２を備え
ている。これに加えて、スプラインナット支持用ベアリ
ング４２がボディ１に固定されており、スプラインナッ
ト４１がボディ１に軸承されている構成である。また、
スプラインナット４１には、これを回転させるための回
転レバー４４が取り付けられ、左右両輪の回転レバー４
４が互いに同じ方向に回転すべく操舵棒４３で連結され
ている。この操舵棒４３は、図１の場合のように球面軸
受を必要としない。

【００２４】図示していない操舵モータにより左右いず
れかのスプラインナット４１を回転させると、左右両方
のスプラインナット４１が同じように回転し、各ボール
ネジ８は各スプラインナット４１と一体的に回転するの
で車輪４が同じように方向転換する。

【００２５】なお、前記実施例、及び変形実施例にあっ
ては、それぞれのボールネジ８及びボールネジナット９
を右ネジ・左ネジで構成することにより、ボールネジ８
のストロークが互いに逆方向になるようにしたが、連動
ストローク手段１２に逆転機構を介在させることで両ボ
ールネジ８及びボールネジナット９を共に右ネジで構成
することもできる。これは、左ネジ部材が比較的高価で
ある場合に、コストを抑える構成となる。

【００２６】また、連動ストローク手段１２は、スプロ
ケットギア１０及びチェーン１１の組み合わせに限定さ
れるものではなく、タイミングベルト、シャフト、その
他の伝達機構を使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２８】（１） 凹部に車輪を延ばすために付勢力
を使用する必要がないので、ペイロードの一部が相殺さ
れることがない （２） ボディを分割形成する必要がなく、ボディ分割
に伴うシール性、強度の補強が必要ない。このため、軽
量化、コンパクト化が達成されペイロードの減少が避け
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、壁面吸着移動機構の
サスペンションを説明するための機構概略図である。

【図２】本発明のサスペンションを備えた壁面吸着移動
機構の前半部の部分斜視図である。

【図３】本発明のサスペンションの動作説明図である。

【図４】本発明の応用実施例の機構概略図である。

【図５】本発明の応用実施例に使用されるボールネジ・
スプラインの断面図である。

【図６】壁面吸着移動機構の断面図である。

【符号の説明】

１ ボディ ４ 車輪 ８ ボールネジ ９ ボールネジナット １２ 連動ストローク手段 ３１ ボールネジナット支持用ベアリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボディに壁面に吸着する吸着手段と壁面
   を走行するための車輪を設けた壁面吸着移動機構におい
   て、対向する２輪をそれぞれボールネジに取り付け、こ
   れらボールネジをボールネジナットに螺合させ、且つ該
   ボールネジナットをボディに設けられたボールネジナッ
   ト支持用ベアリングに回転自在に支持させることにより
   上記ボールネジを昇降自在に支持すると共に、両ボール
   ネジの昇降が逆になるように連動させる連動ストローク
   手段を設けたことを特徴とする壁面吸着移動機構のサス
   ペンション。