JPH10175575A - 磁気吸着移動体の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気吸着対象としての磁性体に送り込まれる
磁束量の変動を正確に検出して、所定の磁束量が磁性体
に送り込まれるように磁石を制御する磁気吸着移動体の
制御装置を提供すること 【解決手段】 被走行磁性体１との間で磁気回路９を形
成する磁気供給手段３と、前記磁気供給手段３の前記磁
性体１への磁気供給量を変更する磁気供給量変更手段２
２と、前記磁気回路９の漏洩磁束を検出する磁気センサ
ー４と、所定の吸着力が得られるように前記磁気供給量
と前記磁気センサー４の検出値とから前記磁気供給量変
更手段２２に対する制御信号を生成する制御手段２１と
が備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体上を磁気吸
着しながら移動する磁気吸着移動体の制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガス供給管、ガスタンク、石油タンク、
船舶などの検査や補修を自動化するために、上記構造物
の鋼製の壁面を磁気吸着しながら移動して、自動的に所
定の作業を行う磁気吸着移動体が、従来から提案されて
いる。例えば、公開特許公報平４−２９３６８９号に
は、磁石として電磁石を採用し、移動体の姿勢に応じて
電磁石への供給電流を制御することにより磁性体に供給
する磁束量、つまり磁気吸着強度を調整する技術が開示
されている。また、公開特許公報平６−１２６６６０号
には、磁石として永久磁石を採用し、この永久磁石を被
走行面として磁性体壁面に対して進退する昇降ロッドの
先端に取り付け、昇降ロッドにかかる引張り力を検出信
号に応じて昇降ロッドの昇降量を制御することにより磁
性体に供給する磁束量、つまり磁気吸着強度を調整する
技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋼材などで作られた構
造物では、腐食等の問題から表面塗装が施されており、
この塗装厚さにより、磁石から送り込まれる磁束量が変
化する。同様にごみなどの表面付着物によっても、同様
に磁束量が変化し、磁気吸着強度も変化する。上述した
前者の従来技術では、そのような被走行面の表面状態等
は全く考慮されていないので、これによる磁気吸着強度
の変動には対処することができない。後者の従来技術で
は、磁気吸着強度を昇降ロッドに及ぼす変形として間接
的に検出しているので、正確な検出系を構築することは
困難である。

【０００４】本発明の目的は、磁気吸着対象としての磁
性体に送り込まれる磁束量の変動を正確に検出して、所
定の磁束量が磁性体に送り込まれるように磁石を制御す
る磁気吸着移動体の制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による、磁性体上を磁気吸着しながら移動す
る磁気吸着移動体の制御装置では、前記磁性体との間で
磁気回路を形成する磁気供給手段と、前記磁気供給手段
の前記磁性体への磁気供給量を変更する磁気供給量変更
手段と、前記磁気回路の漏洩磁束を検出する磁気センサ
ーと、所定の吸着力が得られるように前記磁気供給量と
前記磁気センサーの検出値とから前記磁気供給量変更手
段に対する制御信号を生成する制御手段と、が備えられ
ている。

【０００６】この構成によれば、磁石で構成される磁気
供給手段から出て磁気吸着対象としての磁性体を通って
再び磁気供給手段に戻る磁束の流れが作り出す磁気回路
において、磁性体表面の塗装や付着物の状態により磁性
体に入り込む磁束が変化すると、それにともなって変化
するこの磁気回路の漏洩磁束を磁気センサーが検出し、
この磁気センサーの検出値と磁石の磁性体に対する磁力
とに基づいて所定の吸着力が得られるように磁性体に対
する磁力を調整する。予め、磁石の種々の磁力、つまり
磁気供給量において良好から不良までの磁性体の表面状
態の際に検出される漏洩磁束と磁気吸着力を求めておく
ことで、磁性体の表面状態の変動に基づく磁気吸着力の
変動を磁石の磁性体に対する磁力の増減により、補償す
ることができる。これにより、移動の不安定を導く磁気
吸着力の必要以上の低下や、移動駆動源の過剰負荷を導
く磁気吸着力の必要以上の増加が防止できる。

【０００７】漏洩磁束を正確に検出する磁気センサーと
しては、ホール素子や磁気抵抗効果素子（ＭＲＥ）を採
用することができる。本発明の好適な実施形態として、
前記磁気吸着移動体の姿勢を検出する姿勢センサーが備
えられ、前記制御手段は、前記磁気供給量と前記磁気セ
ンサーの検出値と前記姿勢センサーの検出値から前記磁
気供給量変更手段に対する制御信号を生成するならば、
重力による落下を防ぐ程度の磁力を補充することによ
り、斜面移動ばかりか上面での逆さ移動も可能となる。

【０００８】磁気供給手段の好適な実施形態として、磁
石を電磁石で構成し、前記磁気供給量変更手段が電磁石
のコイルへの給電量を調節する給電調節器として構成さ
れているものがある。コイルに流す電流を大きくすると
この電磁石から出ていく磁束も大きくなり、磁気供給量
が大きくなる。電流の調整は簡単かつ精密に行うことが
できることも、この形態の利点である。

【０００９】電磁石だけで大きな磁力を得るためには大
きな電流が必要であるため、最低必要な磁力、いわゆる
バイアス量は永久磁石によって供給することにより、バ
ッテリー式の場合バッテリーの容量或いは、ケーブル給
電式の場合集電装置の負荷を低減することができる。

【００１０】さらに、給電上の問題から電磁石を採用で
きない場合、前記磁気供給手段が永久磁石として構成さ
れ、前記磁気供給量変更手段が前記永久磁石を前記磁性
体に対して進退移動させる昇降機構として構成されてい
る実施形態が提案される。永久磁石と磁性体とのギャッ
プ量を変化させることにより、磁性体に送り込む磁束
を、結果的に吸着力を変更する。

【００１１】本発明の好適な実施形態として、前記磁気
吸着移動体が車輪走行式であり、前記磁気供給手段は車
軸に設けられた磁石とヨークとして機能する車輪とによ
って構成されているものがある。この構成では、前記磁
石と前記車輪と前記磁性体によって前記磁気回路が構築
され、車輪と磁性体との間に存在する塗装や付着物の状
態により変化する漏洩磁束が磁気センサーによって検出
され、吸着力の制御に利用される。車輪走行式の採用に
より高い走行性が得られるだけでなく、車軸に磁石を設
けるとともに車輪をヨークとする省スペースな磁石構造
にもかかわらず、効率よく強い磁束を磁性体に送り込む
ことが可能となる。本発明のその他の特徴及び利点は以
下図面を用いた発明の実施の形態の説明とともに明らか
になるだろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１と図２は本発明による制御装
置によって磁気吸着強度が制御される磁気吸着移動体と
しての磁気吸着走行機１０の側面図であり、図１では被
走行磁性体としての鋼管１の内面を軸方向に走行する状
態が示されており、図２では鋼管１の内面を周方向に走
行する状態が示されている。機体１１には前輪１２と、
後輪１３が配置されている。前輪１２を駆動するために
前輪駆動機構１４が設けられているが、この前輪駆動機
構１４は前輪走行用モータ１４ａとこの前輪走行用モー
タ１４ａからの動力を前輪１２に伝達する伝動機構１４
ｂから構成されている。同様に後輪１３を駆動するため
にギヤ式の後輪駆動機構１５が設けられているが、この
後輪駆動機構１５は後輪走行用モータ１５ａとこの後輪
走行用モータ１５ａからの動力を後輪１３に伝達するギ
ヤ式の伝動機構１５ｂから構成されている。

【００１３】図２からよく理解できるように、前輪駆動
機構１４を収納している前側ミッションケース１８は前
輪１２とともに台車上下方向の軸Ｙ周りで回転可能であ
り、この目的のために前輪操舵機構１６が備えられてい
る。同様に、後輪駆動機構１５を収納している後側ミッ
ションケース１９とともに後輪１３も後輪操舵機構１７
によって機体１１の上下方向の軸Ｙ周りで回転可能であ
る。前輪・後輪操舵機構１６と１７は、それぞれ操舵モ
ータ１６ａと１７ａ及びウオームギヤを含むギヤ伝動機
構１６ｂと１７ｂとから構成されている。

【００１４】図３で模式的に示しているように、前輪１
２は、鉄棒からなる車軸１２ａとこの車軸１２ａの両端
に取り付けられた一対の鋼製輪体１２ｂとから構成され
るとともに、車軸１２ａにコイル３１を外囲することに
より車軸１２ａを鉄心とした電磁石３が構成され、さら
に鋼製輪体１２ｂがヨークとして機能し、コイル３０に
電流を流すことにより、車軸１２ａから鋼製輪体１２ｂ
と鋼管１を通り、再び鋼製輪体１２を通って車軸１２ａ
に至る磁気回路９が形成され、前輪１２は被走行磁性体
としての鋼管１に磁気吸着しながら走行することができ
る。後輪１３も同様に電磁石３を構成する車軸１３ａと
鋼製輪体１３ｂとコイル３０からなる。このことによ
り、この磁気吸着走行機１０は傾斜面を走行することが
できるばかりか、逆さ吊り走行も可能である。

【００１５】前輪１２及び後輪１３のそれぞれの近傍に
は、車軸１２ａと鋼製輪体１２ｂと鋼管１とから形成さ
れる磁気回路９の漏洩磁束を検出する磁気センサーとし
て第１ホール素子４ａ、第２ホール素子４ｂ、第３ホー
ル素子４ｃが備えられている。詳しくは、図４に示すよ
うに、第１ホール素子４ａは、前側ミッションケース１
８を避けて車軸１２ａの軸方向中央斜め上方位置に、漏
れ磁束線９ａに方向を合わせて取り付けられている。さ
らに、左右の輪体１２ｂの上方に第２ホール素子４ｂと
第３ホール素子４ｃが漏れ磁束線９ａに方向を合わせて
取り付けられている。同様に配置された磁気センサー
が、後輪１３の近傍にも取り付けられている。さらにこ
の磁気吸着走行機１０には、鉛直線に対する機体１１の
姿勢を検出する姿勢センサー５が備えられている。図示
はされていないが、磁気探傷プローブや超音波探傷プロ
ーブなど検査用ディバイスは機体下部に装着される。

【００１６】磁気吸着の強さを制御する制御装置２は、
第１ホール素子４ａ、第２ホール素子４ｂ、第３ホール
素子４ｃ及び姿勢センサー５からの検出信号を受け取る
制御手段２１と、制御手段２１からの制御指令に基づい
て電磁石３のコイル３０への供給電流を調節し、鉄芯と
しての車軸１２ａを流れる磁束を変更する磁気供給量変
更手段としての給電調節器２２とを備えている。

【００１７】磁気回路９を形成する輪体１２ｂと磁性体
としての鋼管１の間に塗装や付着物の存在によってギャ
ップが生じるが、そのギャップ量に応じて磁気回路９の
磁束が変化し、その結果磁気吸着力も変化する。さら
に、ギャップ量に応じて磁気回路９からの漏洩磁束９ａ
も変化するので、この漏洩磁束９ａの磁気センサー４に
よる検出量に基づいてコイル３０への供給電流を調節す
ることにより、損失した磁気吸着力を補償することがで
きる。

【００１８】図５に示すように、輪体１２ｂと磁性体１
との間の塗装などの介在物１ａによるギャップ：ｔを変
える毎にコイル３０に流す電流：ｃも変化させ、その都
度の各ホール素子４ａ、４ｂ、４ｃの出力をグラフにし
たものがそれぞれ図６（イ）、（ロ）、（ハ）に示めさ
れている。これらのグラフから明らかなように、各ホー
ル素子４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈi（i=1,2,3）は、ギ
ャップ：ｔと電流：ｃの関数 ｈi＝Ｈ（ｔ，ｃ） で表すことができ、これを変形すると、ギャップ：ｔ
は、各ホール素子４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈiと電
流：ｃの関数 ｔ＝Ｇ（ｈi，ｃ） で表すことができる。ギャップ：ｔが大きくなると磁気
吸着力が低下するのは明らかであるが、ギャップ：ｔに
応じて電流：ｃを変更することにより所望の磁気吸着力
を維持することが可能となる。例えば、実験により、電
流：ｃとギャップ：ｔと磁気吸着力：ｆとの間に図７
（イ）で示す関係が得られた。図（ロ）は図７（イ）の
３次元グラフの電流：ｉ＝３Ａにおける断面図である。

【００１９】従って、磁気吸着力：ｆは、各ホール素子
４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈiと電流：ｃの関数 ｆ＝Ｆ（ｈi，ｃ） で表すことができる。この実験からは、輪体１２ｂと磁
性体１との間のギャップ：ｔが両側で同じであると想定
すると、各ホール素子４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈiの
うちいずれか１つを用いるだけでギャップ：ｔ、結果的
には磁気吸着力：ｆを求めることができるので、他の２
つのホール素子を省略することが可能となる。例えば、
第２ホール素子４ｂを用いたケースでは、電流：ｃが３
Ａの際第２ホール素子の出力が６３mVであれば、ギャッ
プ：ｔは０．５４ｍｍと推定され（図６（ロ）参照）、
磁気吸着力は１．９kgとなる（図７（イ）参照）。よっ
て、もし、所望の磁気吸着力が２．５kgであれば、電流
量を４Ａとすればよいし、所望の磁気吸着力が１．５kg
であれば、電流量を１．５Ａとすればよい。もちろん、
輪体１２ｂと磁性体１との間のギャップ：ｔが両側で異
なるような状況も考慮するならば、少なくとも２つのホ
ール素子、好ましくは３つのホール素子４ａ、４ｂ、４
ｃの出力：ｈi（i=1,2,3）を入力として、両側のギャッ
プ：ｔ、結果的には磁気吸着力：ｆを求めるとよい。

【００２０】この実施の形態では、磁気吸着力：ｆと各
ホール素子４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈiと電流：ｃの
関係をテーブル化した第１ＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）２３が制御手段２１からアクセス可能なように制御
装置２に備えられている。制御手段２１は、各ホール素
子４ａ、４ｂ、４ｃの出力：ｈiと現状の電流量：ｃか
ら算定された磁気吸着力を所望の磁気吸着力：ｆと比較
評価し、所望の磁気吸着力：ｆが得られるように、磁気
供給量変更手段として構成された給電調節器２２に制御
信号を与え、給電調節器２２はコイル３０に対し必要な
電流を供給する。その他の制御方法としては、特に複数
のホール素子の出力を制御入力として用いる場合には、
ファジーやニューラルネットワークに基づく制御方式を
採用することにより、制御入力数が増大しても簡単な構
成で高速な制御が期待できる。

【００２１】さらに、機体１１の姿勢（傾斜）に基づい
て必要となる磁気吸着力の増加量をテーブル化した第２
ＬＵＴ（ルックアップテーブル）２４も、制御手段２１
からアクセス可能なように制御装置２に備えられてい
る。これにより、制御手段２１は、姿勢センサー５から
の検出信号から機体１１の姿勢を算定し、傾斜走行時に
おいて必要となる磁気吸着力を求め、それに応じた制御
信号を磁気供給量変更手段２２に与えることができる。
第１ＬＵＴ２３や第２ＬＵＴ２４は、ＲＯＭで構成して
もよいし、ＰＣメモリーカードなどで構成し、作業状況
に応じて最適なものを選択可能としてもよい。

【００２２】上記の説明では、磁気供給手段３として電
磁石が提案されているが、電磁石だけで必要な磁気吸着
力を得るためには大きな電流が必要になるので、電磁石
と永久磁石の組み合わせによって構築することができ
る。そのような電磁石と永久磁石の組み合わせの最も簡
単な構成は電磁石の鉄心の部分に永久磁石を備えること
であるが、もちろん前述した磁気回路９を補強すること
ができる箇所なら任意に選択できる。この変形例は、磁
気吸着力のバイアス力として永久磁石による磁束を利用
し、変更可能な磁束は電磁石で供給することで、給電を
最小限に抑えることができ、磁気吸着走行機のコンパク
ト化、軽量化に寄与する。

【００２３】図８に示された磁気吸着走行機１１０は、
磁気供給手段３が車輪１２、１３とは別体で備えられた
永久磁石１１２ａとこの永久磁石１１２ａの両端に接続
されたヨーク１１２ｂで構成されており、この磁気供給
手段３は磁気供給量変更手段２２としての昇降機構１２
２の先端に取り付けられている。昇降機構１２２は、送
りネジ式や、スライドソレノイド式などの公知の技術で
構成することができるが、その昇降制御は、制御手段２
１からの制御信号によって行われる。磁気センサー４
は、ヨーク１１２ｂの間に配置されており、永久磁石１
１２ａとヨーク１１２ｂと被走行磁性体１とにわたって
形成される磁気回路９からの漏洩磁束を検出して、制御
手段２１に送る。

【００２４】昇降機構１２２は、ヨーク１１２ｂ下端面
と車輪１２、１３の下端面とのレベル差：ｄを調節する
ものであり、この調節により被走行磁性体１に入る磁束
を、結果的には磁気吸着力を変更することができる。走
行において、被走行磁性体１に塗装などの付着物１ａよ
って生じる車輪１２、１３とのギャップ：ｔが大きくな
れば、磁気センサー４の出力：ｈも大きくなる。

【００２５】つまり、前述した実施の形態と同様、磁気
センサー４の出力：ｈは、ギャップ：ｔとレベル差：ｄ
の関数、 ｈ＝Ｈ'（ｔ，ｄ） で表すことができ、これを変形すると、ギャップ：ｄ
は、磁気センサー４の出力：ｈとレベル差：ｄの関数、 ｔ＝Ｇ'（ｈi，ｃ） で表すことができる。ギャップ：ｔが大きくなると磁気
吸着力が低下するのは明らかであるが、ギャップ：ｔに
応じてレベル差：ｄを変更することにより所望の磁気吸
着力を維持することが可能となる。従って、磁気吸着
力：ｆは、磁気センサー４の出力：ｈとレベル差：ｄの
関数 ｆ＝Ｆ'（ｄ，ｃ） で表すことができる。

【００２６】このような磁気吸着力：ｆと磁気センサー
４の出力：ｈとレベル差：ｄの関係をテーブル化して、
第１ＬＵＴ（ルックアップテーブル）２３に、制御手段
２１によってアクセス可能なように格納しておく。制御
手段２１は、磁気センサー４の出力：ｈと現状のレベル
差：ｄとから算定された磁気吸着力：ｆが、所望値と満
足しているかどうか評価し、所望の磁気吸着力：ｆが得
られるように磁気供給量変更手段２２としての昇降機構
１２２に制御信号を与える。 この実施の形態において
も、姿勢センサー５と、機体１１の姿勢（傾斜）に基づ
いて必要となる磁気吸着力の増加量をテーブル化した第
２ＬＵＴ（ルックアップテーブル）２４を備えることに
より、制御手段２１は、傾斜走行時において必要となる
磁気吸着力を算定し、それに応じた制御信号を昇降機構
１２２に与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御装置を備えた磁気吸着走行機
の直進時の部分断面側面図

【図２】本発明による制御装置を備えた磁気吸着走行機
の横進時の部分断面側面図

【図３】本発明による制御装置のブロック図

【図４】ホール素子の配置を示す説明図

【図５】車輪と走行面との間でギャップが生じた状態を
示す説明図

【図６】ホール素子の出力、コイル電流、ギャップ量の
関係を示すグラフ

【図７】磁気吸着力、コイル電流、ギャップ量の関係を
示すグラフ

【図８】本発明による制御装置を備えた別形態の磁気吸
着走行機の制御ブロック図

【符号の説明】

１ 被走行磁性体 ３ 磁気供給手段 ４ 磁気センサー ９ 磁気回路 ２１ 制御手段 ２２ 磁気供給量変更手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体上を磁気吸着しながら移動する磁
   気吸着移動体の制御装置において、 前記磁性体との間で磁気回路を形成する磁気供給手段
   と、 前記磁気供給手段の前記磁性体への磁気供給量を変更す
   る磁気供給量変更手段と、 前記磁気回路の漏洩磁束を検出する磁気センサーと、 所定の吸着力が得られるように前記磁気供給量と前記磁
   気センサーの検出値とから前記磁気供給量変更手段に対
   する制御信号を生成する制御手段と、が備えられている
   ことを特徴とする磁気吸着移動体の制御装置。
2. 【請求項２】 前記磁気吸着移動体の姿勢を検出する姿
   勢センサーが備えられ、前記制御手段は、前記磁気供給
   量と前記磁気センサーの検出値と前記姿勢センサーの検
   出値から前記磁気供給量変更手段に対する制御信号を生
   成することを特徴とする請求項１に記載の磁気吸着移動
   体の制御装置。
3. 【請求項３】 前記磁気供給手段が電磁石を備えてお
   り、前記磁気供給量変更手段が前記電磁石のコイルへの
   給電量を調節する給電調節器として構成されていること
   を特徴とする請求項２に記載の磁気吸着移動体の制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記電磁石による磁気供給を補強するた
   めに前記磁気供給手段が永久磁石を備えていることを特
   徴とする請求項３に記載の磁気吸着移動体の制御装置。
5. 【請求項５】 前記磁気供給手段が永久磁石として構成
   され、前記磁気供給量変更手段が前記永久磁石を前記磁
   性体に対して進退移動させる昇降機構として構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の磁気吸着移動体
   の制御装置。
6. 【請求項６】 前記磁気吸着移動体が車輪走行式であ
   り、前記磁気供給手段は車軸に設けられた磁石とヨーク
   として機能する車輪とによって構成されていることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気吸着
   移動体の制御装置。