JP2000301907A - 小型走行ロボット用車輪と小型走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走行性能に優れた小型走行ロボット用車輪及
びこの車輪を備えた小型走行ロボットの提供。 【解決手段】 小型走行ロボット用車輪は、磁性材料に
て構成された主車輪と、柔軟材料で構成された補助輪と
を同軸的に設けたことを特徴とする。又、補助輪は主車
輪の両側に併設されたことを特徴とする小型走行ロボッ
トは、その駆動輪の主車輪における磁気吸引力が従動輪
の主車輪における磁気吸引力よりも大きく着磁されたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性材料にて構成
された車輪を備えた小型走行ロボット用車輪とこの車輪
を備えた小型走行ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６及び図７において、１９９７年発行
の日本機械学会第７回設計工学・システム部門講演会講
演論文集第５１５頁〜第５１６頁に掲載された小型走行
ロボットを示す。図６はロボットの構成を示す分解斜視
図、図７はロボットの走行状態を示す鳥瞰図である。。
図中の符号、１は小型走行ロボット（以下、ロボットと
もいう）、２は駆動デバイスであり、この例ではマイク
ロ電磁モータが用いられている。３は駆動デバイス２に
連結された減速・走行デバイスである。この例の減速・
走行デバイスは、遊星歯車列が用いられた減速機構４、
減速・走行デバイス３の前側下部に取付けられた駆動輪
５、後側下部に取付けられた水平従動輪６、前側上部に
取付けられた垂直従動輪７、側板８、中板９、車軸１０
等で構成されている。

【０００３】駆動輪５、水平従動輪６、垂直従動輪７等
の車輪は、磁性材料にて構成された所謂「磁石車輪」で
あり、この磁石車輪を備えた小型走行ロボットは、例え
ば、図７に示すように、細管群の間を自在に水平走行
し、作業対象の細管の外周面を他のロボットと共に取囲
み、取囲んだ状態で当該細管を昇降することで、細管の
破損や亀裂等傷の有無を検査する。１１は細管の傷を検
査する渦電流探傷センサ１２を搭載した探傷デバイスで
あり、１３は各ロボットが細管の外周面を環状に取囲ん
で連結する際のマイクロコネクタである。

【０００４】次に動作について説明する。この種の小型
走行ロボット１は、マイクロコネクタ１３を介して外部
から供給された電力で、駆動源であるマイクロモータ２
の回転力を発生させる。この回転力が、減速機構４を介
して駆動輪５に伝へられて車輪が回転し、地面（鉄板１
４）に駆動力が与えられ、この駆動力によって小型走行
ロボット１は、図７の矢印に示すように任意の方向へと
走行する。磁性材料にて構成された駆動輪５は、地面即
ち通常は鉄板１４で構成された面との間に、磁気吸引力
を発生しているので、地面（鉄板１４）に対して少ない
スリップで回転し、駆動力を効率よく伝えることができ
る。又、左右の駆動輪５の回転数や回転方向を変えるこ
とで、小型走行ロボット１は左右に曲がったり、Ｕター
ンしたりする。

【０００５】この種の小型走行ロボット１の使用が想定
されている場所では、行動し易いよう環境が整えられて
おり、例えば、発電所の蒸気発生管を束ねる地面は鉄板
１４で、しかも、その表面は滑らかに形成されて、行動
の邪魔となるような大きな障害や突起は除去されてい
る。このような環境下において、小型走行ロボット１
は、図７の細管（蒸気発生管）１５の隙間を走行しなが
ら、目標の細管１５ａに到着する。細管１５の外径は２
２ｍｍ、細管の間隔は１０ｍｍであり、小型走行ロボッ
ト１は、林立する細管１５の間を走行可能なように、容
積が１０ｍｍ³ 以下に形成されている。

【０００６】目標の細管１５ａに到着した小型走行ロボ
ット１は、駆動輪５及び垂直従動輪７を細管１５ａの外
周面に接触させる。この場合、駆動輪５及び垂直従動輪
７は、小型走行ロボット１が細管１５ａの外周面から転
落しない程度の磁気吸引力を発生するよう着磁されてい
る。

【０００７】このように、磁性材料にて構成された車
輪、この例では駆動輪５や従動輪７に着磁しておくと、
細管１５ａの外周面に対してそれほどスリップすること
なく回転し、駆動力を伝えることができるので、小型走
行ロボット１は、図７に示すように、細管１５ａの外周
面上を容易に昇降することができる。以上のように、駆
動輪５は、小型走行ロボット１が水平面上（地面として
の鉄板１４上）を走行する場合には少ないスリップで確
実に水平面に駆動力を伝達でき、小型走行ロボット１が
垂直面上（細管の外周面上）を昇降する場合にも垂直面
に駆動力を伝達できるように形成されている。こうし
て、小型走行ロボット１は、搭載された探傷センサ１２
を用いて細管１５ａの外周面の傷や割れ目等の有無を検
査する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、自動車等の
タイヤ車輪では、図８に示すように、旋回する場合に
は、タイヤ車輪１６が弾性変形して横力１７を有効に伝
達するために、滑らかな旋回が可能となる。ところが、
上記のような、従来の小型走行ロボット１では、重量低
下によるグリップ力の低減を補償するため、駆動輪５、
水平従動輪６、垂直従動輪７等の車輪を永久磁石で構成
していた。

【０００９】しかし、永久磁石はその剛性が高いため、
タイヤ車輪１６のような弾性変形による横力伝達を行う
ことができず、旋回性能が劣るという問題がある。本発
明は、上記課題を解決し、走行性能に優れた小型走行ロ
ボット用車輪及びこの車輪を備えた小型走行ロボットの
提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の小型走行ロボ
ット用車輪の発明は、磁性材料にて構成された主車輪
と、柔軟材料で構成された補助輪とが同軸的に設けられ
たことを特徴とする。

【００１１】請求項２の小型走行ロボット用車輪の発明
は、請求項１に記載の小型走行ロボット用車輪におい
て、補助輪は主車輪の両側に併設されたことを特徴とす
る。

【００１２】請求項３の小型走行ロボットの発明は、請
求項１又は請求項２に記載の小型走行ロボット用車輪を
駆動輪及び従動輪として備えた小型走行ロボットにおい
て、駆動輪の主車輪における磁気吸引力が従動輪の主車
輪における磁気吸引力よりも大きく着磁されたことを特
徴とする。

【００１３】請求項４の小型走行ロボットの発明は、請
求項３に記載の小型走行ロボットにおいて、従動輪の補
助輪における接地面積が駆動輪の補助輪における接地面
積より小さく構成されたことを特徴とする。

【００１４】請求項５の小型走行ロボットの発明は、請
求項３乃至請求項４の何れかに記載された小型走行ロボ
ットにおいて、従動輪の補助輪における摩擦係数が駆動
輪の補助輪における摩擦係数より小さく構成されたこと
を特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．実施の形態１を図
１乃至図２に基づいて説明する。図１は車輪が接地して
いない状態の拡大断面説明図、図２は車輪が接地してい
る状態の拡大断面説明図で、何れの図も、小型走行ロボ
ット１の駆動輪５或いは従動輪６周りの、接地面として
の鉄板１４との関係を示す。尚、図６乃至図８において
説明した従来例と同一若しくは共通事項は同一符号で示
し、その説明を省略する。

【００１６】図中の符号１８は、磁性材料にて構成され
た車輪（以下、主車輪という）で、駆動輪５、水平従動
輪６、垂直従動輪７等の車輪として用いられて来た従来
例でいう所謂「磁石車輪」と同様の構成である。本発明
の小型走行ロボット用車輪の特徴の一つは、この磁石車
輪を主車輪１８とし、この主車輪１８に対して、柔軟材
料で構成された補助輪１９を同軸的に設けた構成とした
ことにある。この実施の形態では、２つの補助輪１９，
１９が主車輪１８の両側に同軸的に併設された構成とな
っている。

【００１７】このように、磁性材料にて構成された主車
輪１８と柔軟材料で構成された補助輪１９とが組み合わ
されて併設された構成の車輪では、図２に示すように、
駆動輪としての車輪５或いは従動輪としての車輪６が、
地面としての鉄板１４に接触した状態では、小型走行ロ
ボット１の重力、及び、車輪の磁性材料部分としての主
車輪１８と鉄板１４との間に作用する磁界２０による磁
石吸着力によって、、車輪の柔軟材料部分としての補助
輪１９が、図８に示す自動車のタイヤ車輪１６のよう
に、弾性変形させられるため、横力１７が有効に伝達さ
れることになる。

【００１８】実施の形態２．実施の形態２を図３に基づ
いて説明する。図３は小型走行ロボット１の駆動輪５と
従動輪６とを示すものである。図に示すように、駆動輪
５及び従動輪６の車輪の構造は上記実施の形態１と同じ
である。この実施の形態２は、このような車輪を駆動輪
５及び従動輪６として備えた小型走行ロボットにおい
て、駆動輪５の主車輪１８における磁気吸引力を従動輪
の主車輪１８における磁気吸引力よりも相対的に大きく
着磁した例である。このように、駆動輪５の磁気吸引力
の方が従動輪６の磁気吸引力よりも大きくなるように、
それぞれの車輪の磁性材料部分としての主車輪１８を着
磁すると、磁気吸引力の小さい従動輪６の方の走行抵抗
が減少するので、小型走行ロボット１の旋回性能が向上
する。

【００１９】実施の形態３．実施の形態３を図４に基づ
いて説明する。図４は小型走行ロボット１の駆動輪５と
従動輪６とを示すものである。図に示すように、駆動輪
５及び従動輪６の車輪の基本構造は上記実施の形態１或
いは２と同じであるが、この実施の形態３では、このよ
うな車輪を駆動輪５及び従動輪６として備えた小型走行
ロボットにおいて、駆動輪５の補助輪１９ａの幅を従動
輪６の補助輪１９ｂの幅よりも大きくして、その接地面
積が大きくなるように構成した例である。このように、
従動輪６の柔軟材料部分としての補助輪１９ｂの方が、
駆動輪５の柔軟材料部分としての補助輪１９ａに比べ
て、その接地面積を相対的に小さく構成すると、従動輪
６の走行抵抗が小さくなり、小型走行ロボット１の旋回
性能が向上する。

【００２０】実施の形態４．実施の形態４を図５に基づ
いて説明する。図５は小型走行ロボット１の駆動輪５と
従動輪６とを示すものである。図に示すように、駆動輪
５及び従動輪６の車輪の基本構造は上記実施の形態１乃
至３と同じであるが、この実施の形態４では、このよう
な車輪を駆動輪５及び従動輪６として備えた小型走行ロ
ボットにおいて、駆動輪５の補助輪１９ａの摩擦係数を
従動輪６の補助輪１９ｂの摩擦係数よりも大きくして、
その走行抵抗が大きくなるように構成した例である。
尚、摩擦抵抗の大小については、材料の選定や車輪表面
の溝の形成如何等、常套手段を用いればよい。このよう
に、駆動輪５に比べて従動輪６の方の走行抵抗を相対的
に小さく構成すると、小型走行ロボット１の旋回性能が
向上する。

【００２１】上記実施の形態４では、駆動輪５及び従動
輪６のそれぞれの柔軟材料部分としての補助輪１９ａ及
び補助輪１９ｂの材料全体を変えた例であるが、材料全
体は変えず、従って材料は同一であるが、それぞれの表
面に摩擦係数の異なる膜を形成して走行抵抗を相対的に
異ならしめてもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１乃至５の発明によれば、車輪を
磁性材料部分と柔軟材料部分とを組み合わせた構成とし
たので、小型走行ロボットの重力及び磁性材料部分と地
面（鉄板）との間に作用する磁石吸着力により、車輪の
柔軟材料部分が、自動車のタイヤ車輪のように、弾性変
形させられるため、横力が有効に伝達され、旋回性能に
優れた高性能の小型走行ロボット用車輪を提供すること
ができる。

【００２３】請求項３の発明によれば、駆動輪の磁気吸
引力の方が従動輪の磁気吸引力よりも大きくなるように
着磁したので、従動輪の走行抵抗が減少し、旋回性能の
優れた小型走行ロボットを提供できる。

【００２４】請求項４の発明によれば、従動輪の柔軟材
料の占める面積の方が駆動輪の柔軟材料の占める面積よ
り小さくするように構成したので、従動輪の走行抵抗が
減少し、旋回性能の優れた小型走行ロボットを提供でき
る。

【００２５】請求項５の発明によれば、従動輪の柔軟材
料の摩擦係数を駆動輪の柔軟材料の摩擦係数より小さく
するように構成したので、従動輪の走行抵抗が減少し、
旋回性能の優れた小型走行ロボットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の車輪が接地していない状態の
拡大断面説明図である。

【図２】 実施の形態１の車輪が接地している状態の拡
大断面説明図である。

【図３】 実施の形態２の小型走行ロボットの駆動輪
と従動輪とを示す図である。

【図４】 実施の形態３の小型走行ロボットの駆動輪と
従動輪とを示す図である。

【図５】 実施の形態４の小型走行ロボットの駆動輪と
従動輪とを示す図である。

【図６】 従来の小型走行ロボット分解斜視図である。

【図７】 小型走行ロボットの走行状態を示す鳥瞰図で
ある。。

【図８】 自動車のタイヤ車輪の弾性変形を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 小型走行ロボット、２ 駆動源、５ 駆動輪（車
輪）、６ 従動輪（車輪）、１７ 横力、１８ 主車輪
（車輪の磁性材料部分）、１９、１９ａ，１９ｂ補助輪
（車輪の柔軟材料部分）、２０ 磁石車輪の磁界。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料にて構成された主車輪と、柔軟
   材料で構成された補助輪とが同軸的に設けられたことを
   特徴とする小型走行ロボット用車輪。
2. 【請求項２】 補助輪は主車輪の両側に併設されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の小型走行ロボット用車
   輪。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の小型走行
   ロボット用車輪を駆動輪及び従動輪として備えた小型走
   行ロボットにおいて、 駆動輪の主車輪における磁気吸引力が従動輪の主車輪に
   おける磁気吸引力よりも大きく着磁されたことを特徴と
   する小型走行ロボット。
4. 【請求項４】 従動輪の補助輪における接地面積が駆動
   輪の補助輪における接地面積より小さく構成されたこと
   を特徴とする請求項３に記載の小型走行ロボット。
5. 【請求項５】 従動輪の補助輪における摩擦係数が駆動
   輪の補助輪における摩擦係数より小さく構成されたこと
   を特徴とする請求項３乃至請求項４の何れかに記載され
   た小型走行ロボット。