(57)【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
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【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】
【特許文献】
【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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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