TOP > 国内特許検索 > 壁面登攀装置 > 明細書

明細書 :壁面登攀装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2014-083985 (P2014-083985A)
公開日 平成26年5月12日(2014.5.12)
発明の名称または考案の名称 壁面登攀装置
国際特許分類 B62D  57/024       (2006.01)
E04G   3/28        (2006.01)
A47L  11/38        (2006.01)
FI B62D 57/02 D
E04G 3/28 304
A47L 11/38
請求項の数または発明の数 6
出願形態 OL
全頁数 13
出願番号 特願2012-234732 (P2012-234732)
出願日 平成24年10月24日(2012.10.24)
発明者または考案者 【氏名】土井 誠
【氏名】栗山 敏秀
【氏名】那須 敏朗
出願人 【識別番号】000125347
【氏名又は名称】学校法人近畿大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100157107、【弁理士】、【氏名又は名称】岡 健司
審査請求 未請求
テーマコード 2E003
Fターム 2E003AB00
2E003CC00
2E003DA01
2E003EB03
要約 【課題】壁面の凹凸の影響を受けることなく当該装置を壁面に吸着させることができ、壁面を自在に登攀させることができる壁面登攀装置が望まれていた。
【解決手段】本発明に係る壁面登攀装置は、本体部と、圧縮空気を噴射することによって負圧状態を作り出して本体部を壁面に吸着させる非接触吸着手段と、本体部および非接触吸着手段を移動させる移動手段と、非接触吸着手段と移動手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
本体部と、
圧縮空気を噴射することによって負圧状態を作り出して前記本体部を壁面に吸着させる非接触吸着手段と、
前記本体部および前記非接触吸着手段を移動させる移動手段と、
前記非接触吸着手段と前記移動手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする壁面登攀装置。

【請求項2】
前記非接触吸着手段によって作り出された負圧状態の当該負圧を計測する圧力計測センサと、
前記非接触吸着手段と前記壁面との距離を計測する距離計測センサを備えることを特徴とする請求項1に記載の壁面登攀装置。

【請求項3】
前記非接触吸着手段と前記壁面との距離を可変する可変手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の壁面登攀装置。

【請求項4】
前記壁面に対する前記非接触吸着手段の角度を可変する揺動手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の壁面登攀装置。

【請求項5】
前記制御手段が、
前記圧力計測センサおよび/または前記距離計測センサからの情報に基づいて、前記可変手段および/または前記揺動手段を制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の壁面登攀装置。

【請求項6】
前記本体部に、
清掃部材を設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の壁面登攀装置。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、壁面を登攀する壁面登攀装置に係り、さらに詳しくは壁面への吸着機構としてベルヌーイ効果を利用した吸着機構を用いた壁面登攀装置であり、壁面の凹凸の影響を受けることなく当該装置を壁面に吸着させることができ、壁面を自在に登攀させることができる壁面登攀装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から壁面を登攀する壁面登攀装置は知られており、各種の壁面登攀装置が開示されている(特許文献1~3参照)。
ここで、特許文献1~3にも開示されているような従来の壁面登攀装置は、装置を壁面に吸着させるための吸着手段が、いずれも1)吸盤を用いるもの(特許文献1、2参照)や2)弾性部材によって装置と壁面との間に密閉された吸着室を形成してかかる吸着室内の空気を吸引して負圧にすることによって吸着させるもの(特許文献3参照)となっている。
【0003】
従って登攀する壁面に凹凸がある場合には、特許文献1~3に記載の従来の壁面登攀装置では吸盤が十分に吸着しない事態や密閉状態が十分に確保できない事態が発生し、その結果壁面によっては、最初から壁面登攀装置を吸着させることができなかったり、仮に壁面に吸着させることができた場合でも登攀中に吸着力が確保できずに装置が落下してしまったりするという問題があった。また、このような事態を防止するために吸盤や吸引機構を常にメンテナンスしておく必要があり、この点においても欠点が多いものであった。
【0004】
また、特許文献1、2に記載の壁面登攀装置は、吸盤によって吸着力を確保していることから壁面上を壁面登攀装置が移動する際には複数の吸盤を用意して各吸盤の吸着状態を切り替えなければならず、制御が複雑になるとともに動作(移動速度)も遅くなってしまうという問題があった。
【0005】
さらに、特許文献3に記載の壁面登攀装置は、吸着室内の空気を吸引して負圧にすることによって吸着力を確保していることから壁面上にゴミやほこりなどの異物がある場合にはかかる異物を吸着手段が吸い込んでしまい、その結果吸着手段の故障や吸着力の低下が発生してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【0006】

【特許文献1】特開平8-207839号公報
【特許文献2】WO2004/028324号公報
【特許文献3】特開平10-82169号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明者らはかかる問題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ベルヌーイ効果を利用して吸着手段を構成することによって、上記した従来の問題点を解決することができるとの知見を得るに至ったのである。具体的には、壁面登攀装置と壁面との間に圧縮空気を噴射することによって装置と壁面との間に負圧状態を作り出し、その吸引力によって壁面登攀装置を壁面に吸着させることで壁面の凹凸や汚れの状態に左右されることなく壁面登攀装置を壁面に吸着させることができることを見出したのである。
【0008】
このように本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、壁面の凹凸の影響を受けることなく当該装置を壁面に吸着させることができ、壁面を自在に登攀させることができる壁面登攀装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る壁面登攀装置は、本体部と、圧縮空気を噴射することによって負圧状態を作り出して本体部を壁面に吸着させる非接触吸着手段と、本体部および非接触吸着手段を移動させる移動手段と、非接触吸着手段と移動手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【0010】
本発明の請求項2に係る壁面登攀装置は、非接触吸着手段によって作り出された負圧状態の当該負圧を計測する圧力計測センサと、非接触吸着手段と壁面との距離を計測する距離計測センサを備えることを特徴とする。
【0011】
本発明の請求項3に係る壁面登攀装置は、非接触吸着手段と壁面との距離を可変する可変手段を備えることを特徴とする。
【0012】
本発明の請求項4に係る壁面登攀装置は、壁面に対する非接触吸着手段の角度を可変する揺動手段を備えることを特徴とする。
【0013】
本発明の請求項5に係る壁面登攀装置は、制御手段が、圧力計測センサおよび/または距離計測センサからの情報に基づいて、可変手段および/または揺動手段を制御することを特徴とする。
【0014】
本発明の請求項6に係る壁面登攀装置は、本体部に、清掃部材を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係る壁面登攀装置によれば、装置と壁面との間に圧縮空気を噴射する非接触吸着手段によって装置と壁面との間に負圧状態を作り出して、その吸引力によって壁面登攀装置を壁面に吸着させるように構成しているので、壁面の凹凸状態に左右されることなく壁面登攀装置を壁面に吸着させることができる
【0016】
また、非接触吸着手段によって壁面登攀装置を壁面に吸着させているので、壁面上に存在するゴミやほこりなどの異物の影響を受けずに安定した吸着状態を保持し続けることができる。
【0017】
さらに、従前の吸盤タイプの壁面登攀装置のように、移動の際において複数の吸盤の吸引状態のON/OFF制御や各吸盤の稼働制御などの複雑な制御を行う必要がないことから、特別な制御機構を設けることなく構造を簡単にしながら壁面上を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明に係る壁面登攀装置の第1の実施形態を下方から見た状態を示す図である。
【図2】図1の壁面登攀装置のA-A‘断面を示す図である。
【図3】図1の壁面登攀装置に使用されている非接触吸着手段の要部を示す拡大斜視図である。
【図4】図3の非接触吸着手段の断面斜視図である。
【図5】図1の壁面登攀装置が壁面を移動する状態を示す図である。
【図6】本発明に係る壁面登攀装置の第2の実施形態を上方から見た状態を示す図である。
【図7】図6の壁面登攀装置のA-A‘断面を示す図である。
【図8】図6の壁面登攀装置が壁面を移動する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。
図1は本発明に係る壁面登攀装置の第1の実施形態を下方から見た状態を示す図であり、図2は図1の壁面登攀装置のA-A‘断面を示す図であり、図3は図1の壁面登攀装置に使用されている非接触吸着手段の要部を示す拡大斜視図であり、図4は図3の非接触吸着手段の断面斜視図であり、図5は図1の壁面登攀装置が壁面を移動する状態を示す図である。

【0020】
まず最初に、本発明に係る壁面登攀装置の基本的な構成について説明する。本発明にかかる壁面登攀装置1は、いずれの実施形態においても本体部2と非接触吸着手段3と移動手段4と制御手段5を備えている。また、非接触吸着手段3、移動手段4、制御手段5は本体部2の内部または外部に設けられている構造となっている。

【0021】
(第1の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aを構成する主要な構成要件を図1~図5に基づいて説明する。

【0022】
(本体部)
本体部2は本発明に係る壁面登攀装置1に用いられる他の構成要件を接続するためのものである。なお、第1の実施形態における壁面登攀装置1aの本体部2は板状部材6を用いているがこれに限定されるものではなく、筐体でもよく、また各種の形状、材質のものを採用することができる。

【0023】
(非接触吸着手段)
非接触吸着手段3は本発明に係る壁面登攀装置1の主要部品であり、圧縮空気を噴射することによって非接触吸着手段3と壁面7との間に負圧状態を作り出して壁面登攀装置1を壁面7に吸着させるためのものである。

【0024】
ここで、第1の実施形態における非接触吸着手段3は、図1に示すように円盤状の板状部材8であり、本体部2の下方に設置されている構造となっている。
そして、円盤状の板状部材8の下面9には、図2~4に示すように断面視凹状の溝10がドーナツ状に設けられている。
また、円盤状の板状部材8の上面11には、図3に示すように圧縮空気の供給口12が設けられているとともに、溝10の内壁面13には圧縮空気の噴射口14が複数設けられており、供給口12と噴射口14は円盤状の板状部材8の内部に設けられた通路15によって連結されている。なお、供給口12にはチューブ16が連結されており、チューブ16はさらにコンプレッサー(図示せず)に接続されている。

【0025】
また、第1の実施形態における非接触吸着手段3の噴射口14は、図3、4に示すように噴射口14が溝10の内壁面13に対して斜め方向の開口となるように設けられており、噴射した圧縮空気がドーナツ状に設けた溝10によって旋回しながら溝10の外に排出することで渦流が発生するような構造となっている。

【0026】
なお、第1の実施形態においては非接触吸着手段3を上記の形態で構成しているが、負圧を発生させることができる形態であればこれに限定されるものではなく、板状部材の形状、溝の形状や数、噴射口の数や開口方向など必要に応じて適宜設定することができる。
また、第1の実施形態においては圧縮空気を発生するコンプレッサーを壁面登攀装置1aの外部に設けたがこれに限定されるものではなく、圧縮空気の発生機構を本体部2の内部や外部に設けることもできる。

【0027】
(移動手段)
移動手段4は本発明に係る壁面登攀装置1を移動させるためのものであり、本体部2に接続されているものである。
なお、第1の実施形態における移動手段4は図1に示すようにモータ17によって稼働される無限軌道機構(クローラ)18を採用しているがこれに限定されるものではなく、必要に応じて車輪(ローラ)、オムニホイール、メカナムホイール、ボールタイプやホイールタイプなどのキャスタ機構を用いることができる。

【0028】
また、第1の実施形態における移動手段4は本体部2の両側に2つの無限軌道機構18を設けているがこれに特に限定されるものではなく、移動手段4の取り付け位置や数についても必要に応じて適宜変更することができる。

【0029】
(制御手段)
制御手段5は主に上記した非接触吸着手段3、移動手段4を制御するためのものである。具体的には、主に非接触吸着手段3の圧縮空気の噴射量や噴射圧力、移動手段4の稼動などを制御する。

【0030】
ここで、第1の実施形態における制御手段5は図1に示すように非接触吸着手段3および移動手段4と接続されている。さらに制御手段5はケーブル19によってスイッチ類(図示せず)と接続されている構造となっており、作業者はかかるスイッチ類を用いて遠隔操作を行うことによって非接触吸着手段3の圧縮空気の噴射量や噴射圧力、移動手段4の稼動などの制御を行うことになる。
なお、本発明の壁面登攀装置1における制御手段4としてはこれに限定されるものではなく、本体部2に設置したアンテナ(図示せず)が接続された制御手段5と、制御信号を無線によってアンテナに送信する送信部(図示せず)を設けて、かかる送信部のスイッチ類を作業者が操作することによって非接触吸着手段3および移動手段4を遠隔操作することもできる。
また、予め制御内容を制御手段5にプログラミングしておくことによって、作業者が操作を行うことなく非接触吸着手段3および移動手段4を制御することもできる。

【0031】
次に、上記のように構成された第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aの動作および作用を説明する。

【0032】
まず、コンプレッサーからチューブ16を通じて非接触吸着手段3の供給口12に圧縮空気を供給する。そうすると供給口12に供給された圧縮空気は図3、4に示すように通路15を通って噴射口14からドーナツ状に設けた溝10に噴射される。そしてかかる圧縮空気は溝10によって旋回しながら溝10の外に排出され、非接触吸着手段3の下部において渦流20が発生することになる。その結果渦流20の中が負圧状態になり、図3に示すように非接触吸着手段3にはFの方向に力が発生することになり、その結果、非接触吸着手段3には壁面7を吸引する力が生じることになる。
ここで、この吸引力は換言すれば図5に示すように非接触吸着手段3を壁面7に吸着させる吸着力Fということができることから、非接触吸着手段3が設けられている壁面登攀装置1aは非接触吸着手段3によって壁面7に吸着されることになる。

【0033】
また、第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aは、上記の通り吸着機構が非接触状態で壁面登攀装置1aを壁面に吸着させていることから、壁面7に凹凸がある場合でもかかる壁面状態に左右されることなく安定して壁面登攀装置1aを壁面に吸着させることができることとなる。

【0034】
また、第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aは、非接触吸着手段3による圧縮空気の噴射によって負圧(吸着力)を発生させていることから、壁面上にゴミやほこりなどの異物がある場合でもかかる壁面状態に左右されることなく安定して壁面登攀装置1aを壁面7に吸着させることができることとなる。

【0035】
なお、この際の吸引力(吸着力)は、渦流20の強さに比例して強くなっていくことになる。そしてかかる渦流20の強さは、噴射口14の角度や数、溝10の有無やその形状、噴射口14から噴射される圧縮空気の圧力や流量などによって決定されることになる。
従って、本発明に係る壁面登攀装置は、壁面登攀装置1の重量や登攀する壁面7の状態に応じて、噴射口14の角度や数、溝10の有無やその形状、供給口12に供給される圧縮空気の圧力、噴射口14から噴射される圧縮空気の流量、非接触吸着手段3と壁面との距離や傾きなどを調整することで最適な吸引力(吸着力)を得ることとなる。
例えば、図1、3、4に示すような深さ4mmの溝および4箇所の噴射口14を設けた直径100mmの非接触吸着手段3に、0.2MPa~0.8Mpaの圧力で圧縮空気を供給し、非接触吸着手段3の下面9と壁面7との距離を0.5mm~3mmとすることによって、10N~80N程度の吸引力を発生させることができる。また、上記の各調整因子を調整したり、さらに大型の非接触吸着手段3を用いたり、非接触吸着手段3を複数用いたりすれば、更に大きな吸引力(吸着力)を発生させることができることになる。

【0036】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bについて、主に第1の実施形態と異なる点を図6~図8に基づいて説明する。
図6は本発明に係る壁面登攀装置の第2の実施形態を上方から見た状態を示す図であり、図7は図6の壁面登攀装置のA-A‘断面を示す図であり、図8は図6の壁面登攀装置が壁面を移動する状態を示す図である。

【0037】
まず、第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bについても、第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aと同様に本体部2、非接触吸着手段3、移動手段4を主要な構成要件とするものである。
ここで、第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bは、本発明に係る壁面登攀装置を清掃ロボットとして用いた場合の一例を示すものであり、図6~8に示すように本体部2に清掃部材21(回転ブラシ)がモータ22によって稼働するように設けられている構造となっている。なお、清掃部材21としてはこれに限定されるものではなく、ワイパーやスポンジなどの各種の清掃部材を用いることができ、取り付け位置や数についても必要に応じて適宜変更することができる。

【0038】
また、第2の実施形態においては非接触吸着手段3が2つ設けられており、さらに本体部2に、非接触吸着手段3によって作り出された負圧状態の当該負圧を計測する圧力計測センサ23と、壁面7と非接触吸着手段3との間の距離を計測する距離計測センサ24が設けられていることが特徴となっている。なお、第2の実施形態においては圧力計測センサ23と距離計測センサ24の両方を設けているが、必要に応じて、いずれか一方のみを設けても良い。

【0039】
また、第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bには、非接触吸着手段3と壁面7との距離を可変する可変手段25と、非接触吸着手段3の下面8が壁面7に対して正対するように非接触吸着手段3の角度を変更するための揺動手段26が設けられている。

【0040】
次に、上記のように構成された第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bの動作および作用を説明する。

【0041】
第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bについては、上記した第1の実施形態に係る壁面登攀装置1aにおける動作に加えて、図8に示すように制御手段5が圧力計測センサ23および距離計測センサ24によって計測された結果に基づいて、可変手段25を制御することによって非接触吸着手段3と壁面7との間の距離を調整したり、揺動手段26を制御することによって壁面7に対する非接触吸着手段3の角度を調整することになる。

【0042】
その結果、壁面登攀装置1bの壁面に対して一定の吸着力が常に保持されることになり、壁面登攀装置1bが壁面を移動している際に壁面状態が変化した場合でも壁面登攀装置1bが落下するような事態をより有効に防止することができることとなる。

【0043】
なお、第2の実施形態に係る壁面登攀装置1bの制御手段については、必要に応じて圧縮空気の噴射量や噴射圧力、さらに清掃部材の稼働などを制御させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明の壁面登攀装置は、壁面を移動して清掃などの各種の作業を行うロボットなどに用いることができる。
【符号の説明】
【0045】
1 壁面登攀装置
1a 壁面登攀装置
1b 壁面登攀装置
2 本体部
3 非接触吸着手段
4 移動手段
5 制御手段
6 板状部材
7 壁面
8 円盤状の板状部材
9 下面
10 溝
11 上面
12 供給口
13 内壁面
14 噴射口
15 通路
16 チューブ
17 モータ
18 無限軌道機構(クローラ)
19 ケーブル
20 渦流
21 清掃部材(回転ブラシ)
22 モータ
23 圧力計測センサ
24 距離計測センサ
25 可変手段
26 揺動手段
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7