JPH0664570A - バキュームカップ式自走ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作コストが安く、構造が簡単で段差移動も
スムーズに行えるバキュームカップ式自走ロボットを提
供する。 【構成】 前後左右端に配設された回頭自在の２ヶの駆
動車輪及び２ヶの遊動車輪により支持される水平長方形
の機枠と、遠隔操作により上記４ヶの車輪４５を連動的
に回頭する操舵手段６０，６１，６２，６５，６６，６
７，６８と、上記機枠の中央に固着され下方へ向かって
拡開する大径円錐状をなし剛性を有する上部と、これに
連続し先端にゆくにつれて薄肉となる下端部を形成する
可撓性裾端部とよりなり、上記上部の中心孔に真空引き
ホース３８の下端が嵌着されるバキュームパッド３０
と、上記裾端部に等間隔で内向半径方向の所定長にわた
って加工された複数のカット４１により形成された複数
の花弁片の下面にそれぞれ貼着された低摩擦係数の高分
子樹脂製摺接膜材４２とを具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に筒身の検査や塗装
用として使用するバキュームカップ式自走ロボットに関
する。

【０００２】

【従来の技術】壁面を移動しながら塗装，ブラスト，肉
厚検査，表面状況の観察等を行うロボットには下記する
ように種々の構造のものが知られている。まず、磁石方
式のものとしては、図４側面図に示すように、磁石２，
２を用いて壁面に吸着し、モーター７によりチェーン８
を介して車輪５を回転して走行する方式のものである。
ここで３は磁石２の押付用エア圧シリンダー、４はフレ
ーム、６は磁石２の前後退用エア圧シリンダー、６′は
ロボットである。このロボットは、磁石２，２を交互に
励磁消磁し、エア圧シリンダー６にてこれを移動して車
輪５にて全体移動する構造であり、いわば磁石２の歩行
式ともいえる。しかしながら、この種の磁石式のものは
壁面が磁性体でないと吸着しないため使用できない欠点
があり、また磁性体壁面の場合でも、塗膜が厚かった
り、サビが多量に発生していると、所要の吸着力が作用
しないこともある。次に、バキュームパッド方式のもの
としては、図５平面図及び縦断面図に示すように、複数
個の例えばゴム硬度Ｈｓ６５〜７０の硬質ゴム製パッド
２０を設け、このパッド２０内の空気を真空引きするこ
とにより壁面１に吸着する構造である。この構造は壁面
が非磁性体であっても吸着可能となる。ここで、２１は
バキュームホース、２２，２５はフレーム、２３は車輪
駆動用モーター、２４は車輪を示す。このように複数個
の吸着パッド２０を配設するのは、図６に示すように段
差部１８の移動時に有利なためであり、同図（Ａ）平面
図及び同図（Ｂ）側面図に示すように、硬質ゴム製パッ
ド２０が壁面１に付設されている段差部１８を横切って
移動する場合、一般に、パッド２０が十分段差部１８に
なじまずに空間部１９が発生し、この空間部１９よりパ
ッド２０内に空気が侵入し、負圧が減少して吸着力が低
下する。この現象に対処するため複数個のパッドとし、
数個のパッド２０が段差部１８を移動中は、他の平面部
１のパッド２０による吸着力でロボット全体を保持する
ものである。この種のロボットは、広い壁面には有効で
あるが、狹い場所では装置自体が大きいため不向きであ
り、また製作コストも高い。そこで、図７平面図及び縦
断面図に示すように、大径のバキュームパッド９により
負圧を発生させて吸着する方式も知られている。ここで
パッド本体９は鋼製とし、外周にパッド内の負圧力が減
少しないように、ゴム製で花びら状のカーテン１０を設
けてあり、１１はフレーム、１２は車輪、１４はチェー
ン、１５は車輪駆動用モーターを示す。この種の構造の
場合は、１ヶのバキュームカップ９で壁面の段差を移動
する場合、花びら状のカーテン１０が柔らかいため段差
部になじみやすく、真空もれが少なくなるので、必要吸
着力を保持しながら比較的容易に段差を横切って移動で
きるのであるが、花びら状カーテン１０をカップ９の外
周に、多数枚取付けるため製作コストが高くなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の電磁石方式の場合は非磁性体には使用できず、バキ
ュームカップ方式の場合は製作コストが高くなり、また
狹い場所には不向きとなる欠点がある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みて提案さ
れたもので、製作コストが安く、構造が簡単で段差移動
もスムースに行えるバキュームカップ式自走ロボットを
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
前後左右端に配設された回頭自在の２ヶの駆動車輪及び
２ヶの遊動車輪により支持される水平長方形の機枠と、
遠隔操作により上記４ヶの車輪を連動的に回頭する操舵
手段と、上記機枠の中央に固着され下方へ向かって拡開
する大径円錐状をなし剛性を有する上部と、これに連続
し先端にゆくにつれて薄肉となる下端部を形成する可撓
性裾端部とよりなり、上記上部の中心孔に真空引きホー
スの下端が嵌着されるバキュームパッドと、上記裾端部
に等間隔で内向半径方向の所定長にわたって加工された
複数のカットにより形成された複数の花弁片の下面にそ
れぞれ貼着された低摩擦係数の高分子樹脂製摺接膜材と
を具えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】このような構成において、機枠の中央に下方へ
向かって突設された末広円錐状パッドの上部は剛性に富
んだゴム等よりなり、これに連続する裾野部は先端へゆ
くにつれて薄肉となる可撓性裾端部をなし、さらにその
外周には等間隔で内向半径方向の一定長のカットが加工
されて花弁状をなし、各花弁の下面には小摩擦係数を有
する高分子樹脂膜がそれぞれ貼着されている。それ故、
パッドの上部は剛性が十分あり、裾端部は先端にゆくに
つれて十分な可撓性を有し、しかも下端外周は全体的に
花弁状に複数の花弁片に形成されている故、各花弁片が
それぞれ相手壁面上の凸凹になじんで変形することで、
十分な気密性を発揮し、小段差を円滑に越えることが可
能となる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図１はその概略縦断面図、図２は図１のII−II矢視
底面図、図３は図１の全体正面図及び平面図である。

【０００８】まず、図１〜図３において、その全体構造
を説明すると、前後１対の平行横材及び左右１対の平行
縦材よりなるII字型フレーム４０で構成された本体の前
後左右端に後記するリンク機構でステアリング可能とし
た４ヶの車輪４５を配設し、左右１対のモーター５０に
て駆動するものである。走行方向の変更はエア圧シリン
ダー７０の作用によりロッド７１が横方向へ移動し、こ
れにより各車輪４５に設けてあるリンク機構６０，６
１，６２，６５，６６，６７，６８が作動して各回転軸
５５を回転させ４ヶの車輪４５の方向を連動的に回頭す
るようにし、モーター５０の正逆転との組合せにより本
ロボットは自在に走行できる。

【０００９】次に、吸着パッドについて説明すると、図
１（Ａ）は吸着前の状態を、同図（Ｂ）は吸着時の状態
をそれぞれ断面図的に示し、図２は吸着パッドの正面図
を示す。上図において、駆動車輪４５を設けたフレーム
４０に位置調整及び固定治具３６，３９で大径パッド３
０が固定され、このパッド３０は上部中央に吸引用のホ
ース３８が接続され、このホース３８からパッド内の空
気を吸引し、パッド内を負圧にする。パッド３０自体は
軟質ゴム材で一体成形されており、図１に示すように、
上部から先端部にかけて肉厚が次第に薄くなっており、
壁面１に接する裾部分ｌは柔らかくし、壁面凹凸になじ
みやすくなっている。このｌ₀ 部の剛性として例えばパ
ッド外径φ４００ｍｍ程度で３〜５ｋｇ／ｍｍとしてあ
る。このような軟質ゴムの場合、変形しやすいので吸着
性は良いが、反面パッド内外の圧力差によりパッド３０
自体が変形してしまう惧れもある。そこで、本発明では
パッド内面に補強用の倒置皿状の鋼板リング３５を内面
に添着してあり、これにより負圧を大きくしても、パッ
ド３０は先端ｌ_S 部のみ変形し、上部は変形しないので
安定した吸着力が得られる。さらに、このパッド先端ｌ
_S 部の壁面接地部分には図２に示すように、円周方向全
面にわたって半径方向のスリット４１により等間隔に切
断されたほぼ長方形のテープ４２を貼りつけてある。こ
のテープ４２はパッド３０と壁面１との摩擦係数を低下
させ、移動しやすくするためであり、例えば０．１〜
０．３ｍｍ厚のテープ等を用いる。スリット４１により
それぞれ切断してあるのは、パッド３０の先端部ｌ_S の
剛性がテープ４２を貼ることにより増加するのを防止す
るためである。

【００１０】このような構造において、図１（Ｂ）に示
すように、車輪４５を壁面１に接地させ、吸引用ホース
３８でパッド内の空気を吸引し、パッド３０内に負圧を
発生させると、吸着力Ｐ_F が発生し、この吸着力Ｐ_F は
吸着時のパッド内径と負圧Ｐより計算される。この吸着
力はＰ_F は吸着パッド部の押付力Ｐ_P と車輪４５の押付
力Ｐ_T に分かれ、両者には摩擦力が発生する。つまり車
輪４５と壁面の間には摩擦力Ｆ_R が、吸着パッド３０と
壁面１の間には摩擦力Ｆ_S がそれぞれ発生する。ロボッ
トの全体重量をＷとし、移動装置が垂直な壁面を上昇す
る場合、Ｆ_R ＞Ｆ_S ＋Ｗの条件とすれば、車輪駆動によ
り走行可能となる。つまり吸着パッド３０の摩擦力Ｆ_S
と自重Ｗが小さい程、移動しやすくなる。そのため本発
明では、パッド３０の先端部ｌ_S の剛性を小さくし、吸
着力Ｐ_Fによって生じるパッド部の押付力Ｐ_P を小さく
するとともに、四弗化エチレン，超高分子ポリエチレン
樹脂等のテープの貼付けにより、摩擦係数を小さくし、
摩擦力Ｆ_S の減少を図っている。また、吸着パッド３０
は１ヶとし、自重Ｗの減量をも図っている。

【００１１】このような構造によれば、吸着パッドは吸
着移動が容易であり、しかも壁面１の凹凸や段差に沿っ
てパッド部の先端部が容易に変形し、なじみやすく負圧
減少が防止できるので、安定した装置移動が可能とな
る。

【００１２】

【発明の効果】本発明の吸着パッドによれば、下記の効
果が奏せられる。 （１）吸着パッド部の押付力は小さく、吸着力のほとん
どを車輪に伝えるので、吸着効果が大きい。 （２）またパッド先端部は柔らかく、しかもテープ貼付
けにより摩擦係数も小さいことから、壁面の凹凸や段差
になじみやすく、外部空気の侵入量が減少し、吸着力低
下が防止でき、装置の安定走行が確保できる。 （３）１ヶの大径パッドでロボット全体を支持すること
ができるので、装置の簡易化，軽量化が行えるととも
に、狹い場所への適応も可能であり、製造コスト及び作
業コスト等の低減化も図れる。

【００１３】要するに本発明によれば、前後左右端に配
設された回頭自在の２ヶの駆動車輪及び２ヶの遊動車輪
により支持される水平長方形の機枠と、遠隔操作により
上記４ヶの車輪を連動的に回頭する操舵手段と、上記機
枠の中央に固着され下方へ向かって拡開する大径円錐状
をなし剛性を有する上部と、これに連続し先端にゆくに
つれて薄肉となる下端部を形成する可撓性裾端部とより
なり、上記上部の中心孔に真空引きホースの下端が嵌着
されるバキュームパッドと、上記裾端部に等間隔で内向
半径方向の所定長にわたって加工された複数のカットに
より形成された複数の花弁片の下面にそれぞれ貼着され
た低摩擦係数の高分子樹脂製摺接膜材とを具えたことに
より、製作コストが安く、構造が簡単で段差移動もスム
ーズに行えるバキュームカップ式自走ロボットを得るか
ら、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略縦断面図である。

【図２】図１の吸着パッドを示すII−II矢視底面図であ
る。

【図３】図１の全体正面図及び平面図である。

【図４】従来の磁石方式のロボットを示す側面図であ
る。

【図５】従来の吸着パッド方式のロボットを示す平面図
及び縦断面図である。

【図６】図５におけるパッドの段差部での吸着状況を示
す説明図である。

【図７】図５とは異なる従来の吸着パッド方式のロボッ
トを示す同じく平面図及び縦断面図である。

【符号の説明】

１，２ 壁面 １８ 段差 ３０ パッド ３５ 鋼板リング ３６ 固定治具 ３８ ホース ３９ 固定治具 ４０Ｌ 縦材 ４０Ｔ 横材 ４１ スリット ４２ テープ ４５ 車輪 ５０ モーター ５５ 回転軸 ６０ 縦ロッド ６１ 縦ロッド ６２ 横ロッド ６５ クランクアーム ６６ クランクアーム ６７ リンク ６８ クランクアーム ７０ エア圧シリンダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前後左右端に配設された回頭自在の２ヶ
   の駆動車輪及び２ヶの遊動車輪により支持される水平長
   方形の機枠と、遠隔操作により上記４ヶの車輪を連動的
   に回頭する操舵手段と、上記機枠の中央に固着され下方
   へ向かって拡開する大径円錐状をなし剛性を有する上部
   と、これに連続し先端にゆくにつれて薄肉となる下端部
   を形成する可撓性裾端部とよりなり、上記上部の中心孔
   に真空引きホースの下端が嵌着されるバキュームパッド
   と、上記裾端部に等間隔で内向半径方向の所定長にわた
   って加工された複数のカットにより形成された複数の花
   弁片の下面にそれぞれ貼着された低摩擦係数の高分子樹
   脂製摺接膜材とを具えたことを特徴とするバキュームカ
   ップ式自走ロボット。