JPH10324105A - 走行具及びロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボット本体と磁気吸着車輪との間にあって
は、ある程度のサスペンション機能を発揮できるととも
に、ロボットが天井走行をおこなう場合に車高の変化し
にくいロボットを得る走行具を得る。 【解決手段】 走行体本体に備えられる本体軸２周りに
揺動自在な一対の揺動支持部材３を備え、この揺動支持
部材の自由端側それぞれに磁気吸着車輪４を備え、前記
一対の揺動支持部材間に、揺動支持部材間の開き角を減
少させる閉じ力を付与する第１ダンパー機構６を備え、
各揺動支持部材３の自由端側に備えられる一対の磁気吸
着車輪４間にあって、両者の磁気吸着車輪４の配置を、
一対の磁気吸着車輪４間で磁気反発力を生じる配置とす
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、磁気吸着により走
行面に吸着しながら走行する走行具に関するとともに、
このような走行具を備えたロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような磁石吸着車輪を使用した壁面
移動ロボットは、磁石が壁面に付着している状態におい
て、車輪を回転させ走行する。このため磁石である車輪
が壁面に付着している保証は極めて重要であり、磁石
（磁力）の強化だけでなく、走行ロボット本体の構造に
工夫を加えることにより、安定した吸着状態を確保でき
るようにしている。即ち、特公平５−５１５１４には、
ねじれ機構及び水平蛇行機構を備えたロボット本体の構
造が開示されている。さらに、日本鋼管技法Ｎｏ．１２
２，１７６／１８１（１９８８）「車輪型壁面走行ロボ
ットの開発」には、ロボット本体の左右部の折れ機構が
開示されている。

【０００３】一方、走行ロボット本体側でなく、磁気吸
着車輪と走行ロボット本体との間における磁気吸着車輪
の支持構造を工夫することにより、磁気吸着車輪の吸着
状態を確保しようとする試みもある。このような試みの
代表的なものとしては、ロボット本体と磁気吸着車輪と
の間に、図７（イ）に示すような、走行面に直角な方向
に配設されるバネ部材６０を配置し、サスペンション機
能を備えることである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、ロボット本体側に、ねじれ機構、水平蛇行機
構、さらには、左右折れ機構を備える構成では、走行面
の状態の変化に対して、ロボット本体全体が、何らかの
変形を伴って対応することとなるため、本体側が複雑に
なるとともに、この機構の耐久性も問題となりやすい。
一方、このような問題を解消する方策として、ロボット
本体に対して磁気吸着車輪をサスペンション機能を介し
て連接し、系を構成することが好ましいが、このような
構成を取る場合は、以下のような問題が発生する。即
ち、ロボットが上下逆転した状態で走行する場合にあっ
て、重力がロボットを走行面から離間させるように働く
天井走行の場合、図７（ロ）に示すように、自重の影響
でサスペンションが延びた状態となり、容易に車高が高
くなり、ロボットの走行安定性が確保しにくい。この問
題は、サスペンション構造に限定されたものではなく、
先に説明した左右部の折れ機構の場合にあっても同様な
問題が発生する。

【０００５】従って、本発明の目的は、ロボット本体と
磁気吸着車輪との間にあっては、ある程度のサスペンシ
ョン機能を発揮できるとともに、例えば、ロボット本体
と磁気吸着車輪とを離間させる方向に重力等が働いた場
合に、容易に車高が変化しない走行具及び磁気吸着型の
ロボットを得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による、走行体本体に備えられる本体軸周りに
揺動自在な一対の揺動支持部材を備え、前記揺動支持部
材の自由端側それぞれに磁気吸着車輪を備えた走行具の
特徴構成は、以下の通りである。即ち、両揺動支持部材
間の開き角について、前記開き角を所定角度以上とする
揺動に対して、前記一対の揺動支持部材間に比例的に閉
じ力を発生する第１ダンパー機構を備えるとともに、前
記開き角を所定角度以下とする揺動に対して、一対の磁
気吸着車輪間の離間距離の２乗に反比例する非線形の開
き力を発生する第２ダンパー機構を備えて、走行具を構
成するのである。この走行具は、磁気吸着車輪をその自
由端側に備え、他端側を本体軸周りに揺動自在に構成さ
れる少なくとも一対の揺動支持部材を備えて構成され
る。そしてその自由端側に存する磁気吸着車輪により走
行面に吸着しながら走行をおこなう。この状態にあって
本体軸は、走行体本体（例えばロボット本体）に設けら
れて、この軸により本体を支持する。さて、走行具にお
けるサスペンション機能に関しては、第１ダンパー機
構、第２ダンパー機構がこれを受けもつ。即ち、その開
き変形に対しては第１ダンパー機構が働き、ある程度の
揺動支持部材間の開き変形を許容しながら、これを抑制
する。一方、逆の閉じ変形に対しては、第２ダンパー機
構が働く。従って、例えば走行面の変化を揺動支持部材
間の開き具合で吸収することができる。即ち、ある程度
のサスペンション機能が発揮できる。さて、この走行具
を使用する場合、所謂、車高は、走行面と本体軸間との
距離、あるいは、揺動支持部材間の開き角と見なすこと
ができるが、この開き角の変化の度合いに対して、所定
角度を基準として、開き側に対しては第１ダンパー機構
が働き、閉じ力が比例的に増加する構造が採用されてお
り、閉じ側に対しては、少なくとも第２ダンパー機構が
働き、開き力が、一対の磁気吸着車輪間の離間距離の２
乗に反比例して変化する構成が取られている。このこと
により、車高を増加させる要因となりやすい、一対の磁
気吸着車輪の近接移動に関しては、これを、発生しにく
いものとすることができ、結果的に、走行安定性の劣化
につながる車高の増加を抑制することが可能となる。

【０００７】さて、上記の目的を達成するための、走行
体本体に備えられる本体軸周りに揺動自在な一対の揺動
支持部材を備え、前記揺動支持部材の自由端側それぞれ
に磁気吸着車輪を備え、前記一対の揺動支持部材間に、
所定状態で揺動支持部材間の開き角を減少させる閉じ力
を付与する第１ダンパー機構を備えた走行具の特徴構成
は、以下のようにすることもできる。即ち、一対の揺動
支持部材の自由端側に備えられる一対の前記磁気吸着車
輪間にあって、両者の磁気吸着車輪の配置を、前記一対
の磁気吸着車輪間で磁気反発力を生じる配置とするので
ある。基本的な走行具の働きは、上記と同様であるが、
この構成の走行具にあっては、先に説明した第２ダンパ
ー機構としての機能が、本来、走行面に対する磁気吸着
を目的とした磁気吸着車輪により得られる。即ち、この
走行具においては、何らかの理由（例えばロボットが天
井面での走行をおこなう場合）で、一対の磁気吸着車輪
が近接する方向に作用力が働いた場合に、磁気吸着車輪
の配置構成により、両者が反発・離間する方向で磁気反
発力が働く。従って、両、磁気吸着車輪のある程度以上
の近接状態が発生することを避けることができ、結果的
に、車高が大きく変化（増加）することを避けることが
できる。

【０００８】このような構成とする場合にあって、前記
各揺動支持部材の自由端側に備えられる前記磁気吸着車
輪が、揺動支持部材の揺動方向に対して直角な方向に配
設される車軸と、前記車軸の軸方向の一対の部位に配設
される磁性体からなる一対の輪体とを備えて構成され、
前記一対の輪体が異なった磁極とされるとともに、異な
った揺動支持部材にそれぞれ配設される前記一対の輪体
間で、前記揺動方向において対応する前記輪体が互いに
同一の磁極とされていることが好ましい。この構成の場
合は、車軸とこの車軸の軸方向、２か所の部位に設けら
れる一対の輪体により、磁気吸着車輪が構成される。そ
して、同一の磁気吸着車輪に属する一対の輪体で、これ
らの磁極を異なったものとすることにより、一方の輪体
から他方の輪体への磁気回路を走行面内に形成して、強
い付着力を得ることができる。一方、一対の揺動支持部
材に、それぞれ備えられる磁気吸着車輪間にあって、揺
動支持部材の揺動方向において対応する位置（例えば、
本体軸が走行体本体を横断する方向に設けられている場
合は、走行体本体の前後方向で一致する位置）にある輪
体間にあっては、それらの磁極が同一に選択されてい
る。従って、これらの輪体間にあっては、磁気反発力が
発生することとなり、これらの磁気吸着車輪が所定離間
距離より近接するのを避けることが可能となり、同時
に、車高が大きく増加するのを避けることができる。

【０００９】さて、上記のように構成される走行具にあ
って、前記一対の磁気吸着車輪の一方以上が、駆動車輪
である場合は、この駆動車輪によって、駆動をおこなう
ことができる。さらに、先に説明した本体軸が、駆動機
構により回転駆動を受ける構造とされ、この本体軸より
駆動力を駆動車輪に伝達する伝達機構を備えた構造を採
用しておくと、揺動支持部材の開き動によってサスペン
ション機能を発揮できる構成の走行具の一部を成す本体
軸を、駆動走行用の駆動力の伝達用部材としても利用で
き、結果的に、磁気吸着、サスペンション、駆動の多く
の機能を比較的簡単な構造で実現できる。

【００１０】さて、このような走行具を、一対、ロボッ
ト本体を横断して設けられる前記本体軸の両端部部位に
備えて、ロボットを構成することが好ましい。ロボット
本体を比較的、簡単な構成としたままで、天井走行にお
いても走行安定性を大きく害することのないロボットと
することができる。

【００１１】さらに、上記のような走行具を一対、ロボ
ット本体を横断して設けられる本体軸両端部部位に備
え、それぞれ前記一対の走行具を備えた前記本体軸が一
対、ロボット前後方向に平行に備えられていることが好
ましい。この構成は、一対の本体軸を備えることによ
り、結果的に、４個の走行具を備えることになる。ロボ
ット本体を充分な支点で支持することで、安定した構造
とすることができる。ある程度のサスペンション機能を
発揮できるとともに、本体側に関しては、比較的、簡単
な構造とできることな、先に述べた通りである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本願の実施の形態を図面に基づい
て以下説明する。図１は、本願の走行具１を４個（２
対）備えた本願に係わる走行ロボット１００の側面図を
示しており、図２は平面図を示している。図１、２に示
すように、この走行ロボット１００は、ロボット本体１
０１に前方部位に前方監視用のカメラ１０２を、さら
に、ロボット本体１０１の中間部位に超音波探傷、磁気
探傷等の検査用の機器１０３を備えて構成されている。
従って、このロボット１００にあっては、例えば管内部
１０４等を走行しながら、管底部、管天井部等の検査を
おこなうことができる。さて、先にも説明したように、
この走行ロボット１００は、本願の走行具１を４個備え
た構成とされている。即ち、図２に示すように、ロボッ
ト本体１０１の前後方向Ａに対してこれを横断する方向
に、一対の本体軸２が備えられている。これらの本体軸
２は概略平行な配置とされている。そして、ロボット本
体１０１の前後方向で後部側に位置する本体軸２ｂは、
ロボット本体１０１に備えられるモータ１０５により、
その軸芯周りの回転駆動力を受ける構成とされている。
一方、走行具１の配置に関して説明すると、それぞれの
本体軸２の両端部部位に本願の走行具１が備えられる構
成とされている。即ち、これらの走行具１は、ロボット
本体１０１から、それを横断する横方向で離間した位置
にそれぞれ備えられる構成とされている。

【００１３】次に、図１、図２に基づいて、先に説明し
た走行具１の構成に関して、説明する。これらの走行具
１は、走行体本体であるロボット本体側に備えられる本
体軸２周りに揺動自在な一対の揺動支持部材３を備え、
これらの揺動支持部材３の自由端側それぞれに磁気吸着
車輪４を備えて構成されている。従って、単一の走行具
１について、少なくとも一対の揺動支持部材３が備えら
れ、この自由端であり、走行具１が走行面５と接触する
位置に、対応して磁気吸着車輪４が備えられている。さ
て、これら一対の揺動支持部材３間には、図１に示すよ
うに、第１バネ６が備えられており、所定状態で、揺動
支持部材３間の開き角を減少させる閉じ力を付与する第
１ダンパー機構を構成するものとされている。この第１
バネ６は、一対の揺動支持部材３間の所定の開き角（例
えば標準開き角と呼ぶ）で、その自由長となる構成とさ
れており、開き角が標準開き角より広がった場合（先の
所定状態が、この例ではこの場合に相当する）に、比例
的な閉じ力を一対の揺動支持部材３間に付与する。一
方、開き角が標準開き角より狭くなった場合には、線形
の開き力を一対の揺動支持部材３間に付与する。

【００１４】先に説明した磁気吸着車輪４に関して説明
すると、これらの磁気吸着車輪４は、本願独特の構成が
採用されている。即ち、各揺動支持部材３の自由端側に
備えられる一対の前記磁気吸着車輪４間にあって、両者
の磁気吸着車輪４の配置が、前記一対の磁気吸着車輪４
間で磁気反発力を生じる配置とされている。さらに具体
的に説明すると、図２、３に示するように、磁気吸着車
輪４は、揺動支持部材３の揺動方向Ｂに対して直角な方
向に配設される車軸７と、この車軸７の軸方向の一対の
部位（具体的には図示するように両端部部位）に配設さ
れる磁性体からなる一対の輪体８（この輪体は車軸７と
一体に回転する）とを備えて構成されている。さらに、
この車軸７内に、両輪体８と磁気的に接続された磁石９
が介装されており、車軸両端部位に配設される一対の輪
体８が異なった磁極となる構成とされている。この構造
を採用することにより、走行面５を介して一対の輪体８
間に渡って磁場が形成されることにより、磁気吸着車輪
４は大きな付着力で走行面５に磁気吸着することができ
る。次に、異なる揺動支持部材３に装備される磁気吸着
車輪４の磁極の配置関係に関して説明すると、図２に示
すように、異なった揺動支持部材３にそれぞれ配設され
る一対の輪体８間で、揺動支持部材３が揺動する方向で
ある揺動方向Ｂにおいて対応する位置（揺動移動した場
合に重なる位置）に配設される輪体８が同一の磁極とさ
れている。従って、図３に示す左右の一対の輪体８間に
あっては、互いに磁気反発力Ｆが働く。この磁気反発力
Ｆは、開き角が小さくなるに従って、その絶対値が互い
の輪体８の離間距離の２乗値に反比例して非線形に変化
する。従って、この走行具１は、両揺動支持部材３間の
開き角に関して、開き角を所定角度以下とする揺動に対
して、一対の磁気吸着車輪４間の離間距離の２乗値に反
比例する非線形の開き力を発生する第２ダンパー機構を
備えることとなっている。この第２ダンパー機構の構成
は、この例の場合は、磁気吸着車輪４の構成と、この磁
気吸着車輪４の輪体８の磁極配置構成によって決定付け
られる。以上の構成を採用することにより、走行ロボッ
ト１００が管底面を走行する場合にあっては、図３
（イ）に示すように、ロボット重量が各走行具１に働
き、揺動支持部材３間を開こうとするが、第１バネ６の
働きにより、この動きが抑制される。一方、走行ロボッ
ト１００が管天井面を走行する場合にあっては、図３
（ロ）に示すように、ロボット重量が揺動支持部材３間
を閉じようとするが、第１バネ６及び磁気吸着車輪４間
に働く磁気反発力Ｆにより、大きく閉じ側に変形するこ
とは避けられる。さらに、これらの機構（第１ダンパー
機構及び第２ダンパー機構）は、ある程度の変形を受け
入れるものであるため、実質上のサスペンション機能を
発揮することができる。開き角の変化に対する揺動支持
部材３間に働く開き力を、模式的に図４に示した。揺動
支持部材３間が何らかの理由で閉じ付勢された場合にあ
って、非線形で大きな開き力が働き、走行ロボット１０
０の重心が走行面５に対して大きく離間することが避け
られる。

【００１５】さて、ロボット後部位置に配設される本体
軸２ｂに備えられる走行具１に備えられる磁気吸着車輪
４が、この例にあっては、駆動車輪として構成されてい
る。この駆動構造に関して、以下説明する。図２に示す
ように、ロボット後部位置に配設される本体軸２ｂは、
駆動機構としてのモータ１０５からの回転駆動を受ける
構成とされている。そして、この本体軸２ｂから駆動力
を駆動車輪（ロボット後部位置に配設される本体軸２ｂ
を備えた走行具１ｂに備えられる磁気吸着車輪４ｂ）に
伝達する伝達機構１０６が備えられている。具体的に
は、本体軸２ｂから、対応する磁気吸着車輪４ｂの車軸
７ｂに動力が伝達され、この車軸７ｂの回転により、こ
の車軸７ｂに設けられた輪体８ｂが駆動回転される。以
上の構造を備えることにより、ロボット本体１０１は、
管底、管天井部の別無く、ロボット本体高さを所定の範
囲内に抑えて、安定した走行状態を維持することができ
る。

【００１６】〔別実施の形態〕本願の別実施の形態に関
して、以下説明する。 （イ） 上記の実施の形態にあっては、ロボット本体に
対して一対の本体軸を設け、これら両本体軸の両端部位
に一対の走行具を備えた走行ロボットを構成したが、ロ
ボット本体が、その前後方向においてそう大きくなく、
揺動支持部材の開き角及び本体軸と磁気吸着輪体との離
間距離（揺動支持部材の長手方向長さ）を充分に確保で
きる場合は、本体軸及びこれに一対備えられる走行具を
単一備える構成とすることも可能である。 （ロ） さらに、図５に示す例にあっては、第２ダンパ
ー機構は、先に示したとは別の構成が採用されている。
即ち、一対の揺動支持部材３間には、先に説明した第１
ダンパー機構を構成する第１バネ６が備えられるととも
に、第２ダンパー機構として、互いに磁気反発力を発生
する配置で収納される一対の磁石４２を備え、これらの
磁石４２が、対応する揺動支持部材３に接続される構造
のものが採用されている。この場合も、揺動支持部材３
間の閉じ変形に対して磁気反発力を利用してその開き角
を確保することができる。 （ハ） 上記の実施の形態にあっては、第１ダンパー機
構及び第２ダンパー機構の働きが、おもに、標準開き角
を基準として、これから開き角が変化するに従って働き
始める場合（標準開き角で０に近く、変化の増加に従っ
て閉じ付勢力、開き付勢力を発生する）を示したが、そ
れぞれの機構が標準開き角において、ある程度の力を発
揮している構造としてもよい。第１ダンパー機構はある
状態（所定状態）で閉じ力を発揮し、他の状態で開き力
を発揮するものとすることもできる。 （ニ） 上記の実施の形態にあっては、第１ダンパー機
構を構成するに、単一の第１バネ６を揺動支持部材間に
配設する例を示したが、揺動支持部材３を、本体軸２に
対して磁気吸着車輪配設側の端部側とは反対側に延出し
ておき、この延出端５１に揺動支持部材３間を閉じ付勢
する状態で、バネを設けてもよい。このような例を図６
に示した。この例にあっては、一対のバネ５２を収納す
るシリンダ５３が設けられており、磁気吸着車輪配設側
の端部側とは反対側の延出端５１間距離が所定長さより
長くなった場合にバネ力が働き、閉じ付勢される構成と
されている。 （ホ） 上記の実施の形態にあっては、走行具１それ自
体は、全体として、本体軸２に直角な方向（走行面に対
して直角な方向）周りに回動する構成とはされていない
が、この方向の軸周りに走行具全体を回動操舵可能とす
ることも好ましい。このような構成とすると、これまで
説明してきたように、走行ロボットがそのロボット本体
の前後方向Ａに走行する状態と、走行具１の走行方向を
走行ロボットの前後方向Ａに対して直交する状態として
横方向への移動が可能な構造とすることができる。

【００１７】

【発明の効果】従って、磁気吸着車輪を備えた走行ロボ
ットにあって、ロボット本体とは独立した走行具を備
え、この走行具にある程度のサスペンション機能を持た
せるとともに、過度に車高（ロボット本体の重心と走行
面との間の離間距離）が大きくなることのない走行ロボ
ットを得ることができるようになった。即ち、走行安定
性において優れた走行ロボットを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の走行具を備えた走行ロボットの側面図

【図２】本願の走行具を備えた走行ロボットの平面図

【図３】走行具の作動状態を示す図

【図４】開き角と開き力の関係を示す図

【図５】走行具の別構成例を示す図

【図６】走行具の別構成例を示す図

【図７】従来型のサスペンション構造を備えたロボット
の問題点を示す説明図

【符号の説明】

１ 走行具 ２ 本体軸 ３ 揺動支持部材 ４ 磁気吸着車輪 ５ 走行面 ６ 第１バネ（第１ダンパー機構） ７ 車軸 ８ 輪体 ９ 磁石 Ａ 前後方向 Ｂ 揺動方向 Ｆ 磁気反発力 １０６ 伝達機構

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行体本体に備えられる本体軸周りに揺
   動自在な一対の揺動支持部材を備え、前記揺動支持部材
   の自由端側それぞれに磁気吸着車輪を備えた走行具であ
   って、 両揺動支持部材間の開き角について、 前記開き角を所定角度以上とする揺動に対して、前記一
   対の揺動支持部材間に比例的に閉じ力を発生する第１ダ
   ンパー機構を備えるとともに、 前記開き角を所定角度以下とする揺動に対して、一対の
   磁気吸着車輪間の離間距離の２乗に反比例する非線形の
   開き力を発生する第２ダンパー機構を備えた走行具。
2. 【請求項２】 走行体本体に備えられる本体軸周りに揺
   動自在な一対の揺動支持部材を備え、前記揺動支持部材
   の自由端側それぞれに磁気吸着車輪を備え、前記一対の
   揺動支持部材間に、所定状態で揺動支持部材間の開き角
   を減少させる閉じ力を付与する第１ダンパー機構を備え
   た走行具であって、 各揺動支持部材の自由端側に備えられる一対の前記磁気
   吸着車輪間にあって、両者の磁気吸着車輪の配置を、前
   記一対の磁気吸着車輪間で磁気反発力を生じる配置とし
   た走行具。
3. 【請求項３】 前記各揺動支持部材の自由端側に備えら
   れる前記磁気吸着車輪が、揺動支持部材の揺動方向に対
   して直角な方向に配設される車軸と、前記車軸の軸方向
   の一対の部位に配設される磁性体からなる一対の輪体と
   を備えて構成され、前記一対の輪体が異なった磁極とさ
   れるとともに、異なった揺動支持部材にそれぞれ配設さ
   れる前記一対の輪体間で、前記揺動方向において対応す
   る前記輪体が互いに同一の磁極とされている請求項２記
   載の走行具。
4. 【請求項４】 前記一対の磁気吸着車輪の一方以上が、
   駆動車輪である請求項１、２又は３記載の走行具。
5. 【請求項５】 前記本体軸が、駆動機構により回転駆動
   を受けるとともに、前記本体軸より駆動力を前記駆動車
   輪に伝達する伝達機構を備えた請求項４記載の走行具。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５の走行具を
   一対、ロボット本体を横断して設けられる前記本体軸の
   両端部部位に備えたロボット。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４又は５の走行具を
   一対、ロボット本体を横断して設けられる本体軸両端部
   部位に備え、それぞれ前記一対の走行具を備えた前記本
   体軸が一対、ロボット前後方向に平行に備えられている
   ロボット。