(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直壁面を吸着走行する壁面走行ロボットにおいて、自重による回転モーメントにより枠体と壁面が平行を保てずに走行時に壁面から吸着剥離するとの課題、及び、安定した走行をするためには、上下の吸着パッドの移動間隔を大きくはできず、壁面走行速度が遅くなるとの課題を解決する壁面走行ロボットを提供する。【解決手段】ロボット枠体２の下端部を壁面逆方向に付勢する回転モーメント相殺機構４を設け、また段差面の場合は、吸着パッドに段差に応じ壁面との高さを変える伸縮機構を設け、枠体２と壁面との平行を維持し、吸着パッドの移動距離を長くし、移動速度を枠体移動速度の２倍に高速化する。【選択図】図１−１
0003207533.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
方形枠体と、該枠体に設けられ、被吸着壁面に着脱する吸着パッドが壁面と平行に、壁面上下方向に移動し、かつ壁面方向に伸縮する伸縮型吸着パッド機構と、該枠体の下端部に壁面逆方向の力を付与する回転モーメント相殺機構とを備え、垂直壁面を吸着走行する壁面走行ロボットにおいて、
前記伸縮型吸着パッド機構は、上下の枠体に架設された任意偶数のガイドレールと、該ガイドレールに摺接し、上下方向へ滑動可能な往復動機構部と、該往復動機構部と対で設けられ、真空発生装置を備える吸着パッドを壁面方向に立設した吸着パッド機構部と、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに係合し、前記吸着パッド機構部を前記壁面と平行に壁面方向へ伸縮する伸縮機構部と、前記往復動機構部を上下枠体方向に移動させる走行駆動機構とを備え、前記枠体の移動と同時に、非吸着の伸縮吸着パッド機構を枠体の移動方向へ移動させ、移動後に前記吸着パッドを壁面方向へ伸長し壁面吸着を行い、今迄壁面吸着し前記枠体の移動を支持してきた前記吸着パッドの吸着を解除し縮短することにより、枠体を支える役目は、新たに吸着した前記伸縮吸着パッド機構に切り替わり、次の枠体の移動と同時に非吸着となった前記伸縮吸着パッド機構は前記枠体の移動方向へ移動を行うという一連の動作を、複数の伸縮吸着パッド機構が交互に連続的に繰り返すことにより、前記枠体を連続的に昇降させること、且つ、
前記回転モーメント相殺機構は、前記枠体下端部に設けられ、壁面を付勢する車輪と、該車輪に一端を軸着し他端を前記枠体の下端部に係止する支持板と、該支持板の回動又は壁面への押動を行う駆動手段とを備えたことを特徴とする壁面走行ロボット。
【請求項２】
前記伸縮機構部は、前記往復動機構部の壁面側の前記吸着パッド機構部方向に設けられたリニアシャフトと、該リニアシャフトに螺合し、前記吸着パッド機構部に設けられたリニアブッシュ又はリニアボールと、前記リニアシャフトを軸支する駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の壁面走行ロボット。
【請求項３】
前記伸縮機構部には、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とを貫き設けられ、一端は前記往復動機構部又は前記吸着パッド機構部に固設されたガイド桿と、該ガイド桿の他端の遊貫端部には、前記往復動機構部又は前記吸着パッド機構部の前記ガイド桿貫通穴に当接するストッパーとを設けたことを特徴とする請求項２に記載の壁面走行ロボット。
【請求項４】
前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに係合する前記伸縮機構部は、上下移動方向の左右両側に対をなして設けられ、中央軸によって中央部が軸着されたリンク板を備え、それぞれのリンク板の一端は、各々前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに設けられた回動軸に軸支され、他端は前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに設けられた摺動穴に各々摺動輪により摺接され、該摺動輪には、摺動穴に沿って前記摺動輪を往復動させる駆動手段が設けられることを特徴とする請求項１記載の壁面走行ロボット。
【請求項５】
前記伸縮機構部は、前記往復動機構の壁面側の所定位置に立設するラックと、前記吸着パッド機構部の壁面逆側の所定位置に設けられ、ラックに噛合するピニオンと、前記ラック背面を挾持するローラ又は船底形のシューと、前記ピニオンを軸支する駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の壁面走行ロボット。
【請求項６】
前記走行駆動機構は、上下枠体に各々設けられた所定数のプーリと、該プーリ間に張架された所定数の無端の回動帯と、該回動帯の所定箇所を前記往復動機構部に各々緊結する締結機構と、前記プーリに軸支された駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の壁面走行ロボット。
【請求項７】
前記走行駆動機構は、上下枠体に軸支された回動直動変換のリニアシャフトと、該リニアシャフトの一端に軸支された駆動手段と、前記リニアシャフトに螺合し前記往復動機構部に設けられたリニアブッシュ又はリニアボールとを備えたことを特徴とする請求項１記載の壁面走行ロボット。
【請求項８】
前記吸着パッド機構部は、複数の吸着パッドを壁面方向の上下方向に立設したことを特徴とする請求項１記載の壁面走行ロボット。
【請求項９】
前記吸着パッド機構部は、複数の吸着パッドが設けられるとともに、該吸着パッド機構部の基板を貫き設けられ、壁面方向に滑動自在で、かつ壁面側の一端に前記吸着パッドを止着し、他端の外周壁には滑動方向と垂直に凹状の溝を備え、かつ弾性体により壁面方向に付勢され、上下方向に設けられた複数の吸着パッド支持桿と、該吸着パッド支持桿の凹状の溝に係合し前記吸着パッド支持桿の滑動を拘止する咬持機構と、前記吸着パッドが接面吸着した時に前記吸着パッド支持桿の滑動を拘止し、前記吸着パッドが離面する時に前記吸着パッド支持桿の滑動の開始を制御する駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項８記載の壁面走行ロボット。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、垂直壁面を吸着し走行する壁面走行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建造物の耐久性や信頼性が問われている。ビルや橋脚などの建造物の多くは、経年変化、地震や自然環境の変化による環境ストレスにより劣化が早まっており、法的な検査の義務付けも開始された。壁面メンテナンスの需要は増加しているが、現場の作業においては、省力化や自動化の手段はなく需要に追いつかず、また足場やゴンドラ等の機材費用、人件費など、経済的な負担が大きいことも課題になっている。
【０００３】
この課題を解決するために、壁面走行ロボットは従来から種々考案され開示されてきた。然しながら、従来の壁面走行ロボットでは、機能性能面や運用面に課題が多く、装置コストや付帯設備コストや運用コストも高いとの課題もあり、従来に比べてロボット化のメリットがなく、ロボットは普及せずにきた。
【０００４】
非磁性体の壁面を走行するロボットには、米ＳＲＩの静電吸着方式走行ロボットや日本でも研究されてきた真空吸着方式走行ロボットがあるが、静電吸着方式や滑性吸着パッド方式は壁面吸着力が弱く、壁面に密着する真空吸着方式の方が壁面吸着力に優れている。
【０００５】
真空吸着方式の走行方式には、壁面吸着の吸着パッドを無端回動帯の外周部に配置し接面部のみを真空引きし壁面に吸着し無端回動帯を回動し走行する無限軌道方式（クローラ方式）や、構造の簡素化や軽量化のため、吸着パッドの壁面方向先端を壁面から微小間隔で保ち、走行駆動輪を設けた滑性吸着パッド方式や、多関節多足脚の先端部に吸着パッド多数を備え、多足脚を三次元的に制御することにより壁面を吸着走行する多足歩行方式（蜘蛛走行方式）のロボットがあった。
【０００６】
無限軌道方式には、吸着パッドが壁面に当接する場所でのシール先端の巻き込みが発生し吸着力を急に失うことや吸着は接面側吸着パッドしか働かないため吸着パッドの稼働率は１／３程度で効率が悪いとの課題があり、吸着力を得るためには、吸着パッドを大型化するか吸着パッド個数を増やすことが必要で、小型化や軽量化や低コスト化が困難との課題もある。滑性吸着パッド方式には、コンクリートやモルタル壁の不整壁面では、真空漏れが大きく吸着力を失い脱落するか、吸着しても吸着力が弱いため、平滑面に限った使い方が主になっているとの課題がある。多足歩行（蜘蛛）方式には、多足制御を行うため、機構が多く、制御も複雑で、高重量で走行速度が上げられず、高コストとの課題がある。
【０００７】
これに対して、特許３３９６３２５号に記載の考案は環状の本体枠に、真空吸着盤を壁面に平行な方向と垂直な方向に動かす真空吸着式のロボットが示されている。この方式によれば、吸着パッドの稼働率が高く、吸着力も確保することができ、制御も比較的容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許２５５７７８６号公報（特開平７−０１７４４３号公報）
【特許文献２】特開２００５−０４７４５１号公報
【特許文献３】特許３３９６３２５号公報（特開平８−２５７９５１号公報）
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
然し、特許３３９６３２５号に記載の考案は、実施例に「吸着式壁面歩行装置の役割は、ブラスト機構の緩やかな保持と、同機構の左右方向の振れ止めを図ることにあり、ブラスト機構全体をサポートするものではない」と記載される様に、ブラスト機構や上下枠体に設けられている左右４個の吸着パッドによる吸着補助がない走行装置と考えた場合、上下走行において次の課題がある。
【００１０】
特許３３９６３２５号に記載の発明は、真空吸着盤を一つずつ動かすものであるが、このような移動方法だと走行速度が遅くなってしまうという課題がある。走行速度を早くするためには、枠の移動と壁面から離れた吸着パッドの移動とを同時に行うようにすることが考えられる。例えば、上方向への走行において、左右横枠の上側の吸着パッドの吸着を解除し、左右横枠の下側の吸着パッドのピストンを伸ばすことで枠を移動させるとともに、上側の吸着パッドのピストンも伸ばせば上側の吸着パッドは単純にピストンを伸ばした場合の倍の距離だけ移動することが可能となり、走行速度を早くすることができる。しかし、特許３３９６３２５号に記載の考案では構造的にこのような走行は困難である。
【００１１】
また、特許３３９６３２５号に記載の発明は、上下方向の走行において、左右横枠の上側の吸着パッドの壁面吸着を解除した場合には、左右横枠の下側の吸着パッドの壁面吸着点を支点とした回転モーメントにより、枠体上部を壁面から離す付勢力が動き、枠体上部の壁面との距離は枠体下部の壁面との距離より広くなり、走行の安定姿勢が保てずに壁面から吸着剥離するとの課題がある。
【００１２】
さらに、壁面との距離の広がりが大きくない場合にも、前記左右横枠の下側の吸着パッドが枠体を支えて上昇し、前記上側の吸着パッドを壁面に再吸着させようとした時には、壁面との距離が、回転モーメントにより上側では広く、下側では狭いため、枠体の傾きにより、前記上側の吸着パッドの吸着部は壁面とは垂直には接面せず、吸着パッドの接面周縁部のシールを巻き込み真空漏れを生じ吸着力を減じ、次第に吸着力を失っていくとの課題がある。走行速度が速い場合には、前記吸着パッドの接面周縁部シールの巻き込みは短周期で繰り返され、真空漏れや前記シールの繰り返しの巻き込みによる痛みにより、壁面との吸着剥離は短時間で発生するとの課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１によれば、方形枠体と、該枠体に設けられ、被吸着壁面に着脱する吸着パッドが壁面と平行に、壁面上下方向に移動し、かつ壁面方向に伸縮する伸縮型吸着パッド機構と、該枠体の下端部に壁面逆方向の力を付与する回転モーメント相殺機構とを備え、垂直壁面を吸着走行する壁面走行ロボットにおいて、前記伸縮型吸着パッド機構は、上下の枠体に架設された任意偶数のガイドレールと、該ガイドレールに摺接し、上下方向へ滑動可能な往復動機構部と、該往復動機構部と対で設けられ、真空発生装置を備える吸着パッドを壁面方向に立設した吸着パッド機構部と、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに係合し、前記吸着パッド機構部を前記壁面と平行に壁面方向へ伸縮する伸縮機構部と、前記往復動機構部を上下枠体方向に移動させる走行駆動機構とを備え、前記枠体の移動と同時に、非吸着の伸縮吸着パッド機構を枠体の移動方向へ移動させ、移動後に前記吸着パッドを壁面方向へ伸長し壁面吸着を行い、今迄壁面吸着し前記枠体の移動を支持してきた前記吸着パッドの吸着を解除し縮短することにより、枠体を支える役目は、新たに吸着した前記伸縮吸着パッド機構に切り替わり、次の枠体の移動と同時に非吸着となった前記伸縮吸着パッド機構は前記枠体の移動方向へ移動を行うという一連の動作を、複数の伸縮吸着パッド機構が交互に連続的に繰り返すことにより、前記枠体を連続的に昇降させること、且つ、前記回転モーメント相殺機構は、前記枠体下端部に設けられ、壁面を付勢する車輪と、該車輪の一端を軸着し他端を前記枠体の下端部に係止する支持板と、該支持板の回動又は壁面への押動を行う駆動手段と、を備えた点に特徴を有する。
【００１４】
請求項２によれば、前記伸縮機構部は、前記往復動機構部の壁面側の前記吸着パッド機構部方向に設けられたリニアシャフトと、該リニアシャフトに螺合し、前記吸着パッド機構部に設けられたリニアブッシュ又はリニアボールと、前記リニアシャフトを軸支する駆動手段と、を備えた点に特徴を有する。
【００１５】
請求項３によれば、前記伸縮機構部には、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とを貫き設けられ、一端は前記往復動機構部又は前記吸着パッド機構部に固設されたガイド桿と、該ガイド桿の他端の遊貫端部には、前記往復動機構部又は前記吸着パッド機構部の前記ガイド桿貫通穴に当接するストッパーと、を設けた点に特徴を有する。
【００１６】
請求項４によれば、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに係合する前記伸縮機構部は、上下移動方向の左右両側の設けられた対をなすリンク板と、前記リンク板の中央部を軸着する中央軸を備え、それぞれのリンク板の一端は、各々前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに設けられた回動軸に軸支され、他端は前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とに設けられた摺動穴に各々摺動輪により摺接され、該摺動輪には、摺動穴に沿って前記摺動輪を往復動させる駆動手段が設けられることを備えた点に特徴を有する。
【００１７】
請求項５によれば、前記伸縮機構部は、前記往復動機構の壁面側の所定位置に立設するラックと、前記吸着パッド機構部の壁面逆側の所定位置に設けられ、ラックに噛合するピニオンと、前記ラック背面を挾持するローラ又は船底形のシューと、前記ピニオンを軸支する駆動手段と、を備えた点に特徴を有する。
【００１８】
請求項６によれば、前記走行駆動機構は、上下枠体に各々設けられた所定数のプーリと、該プーリ間に張架された所定数の無端の回動帯と、該回動帯の所定箇所を前記往復動機構部に各々緊結する締結機構と、前記プーリに軸支された駆動手段を備えた点に特徴を有する。
【００１９】
請求項７によれば、前記走行駆動機構は、上下枠体に軸支された回動直動変換のリニアシャフトと、該リニアシャフトの一端に軸支された駆動手段と、前記リニアシャフトに螺合し前記往復動機構部に設けられたリニアブッシュ又はリニアボールと、を備えた点に特徴を有する。
【００２０】
請求項８によれば、前記吸着パッド機構部は、複数の吸着パッドを壁面方向の上下方向に立設した点に特徴を有する。
【００２１】
請求項９によれば、前記吸着パッド機構部は、複数の吸着パッドが設けられるとともに、該吸着パッド機構部の基板を貫き設けられ、壁面方向に滑動自在で、かつ壁面側の一端に前記吸着パッドを止着し、他端の外周壁には滑動方向と垂直に凹状の溝を備え、かつ弾性体により壁面方向に付勢され、上下方向に設けられた複数の吸着パッド支持桿と、該吸着パッド支持桿の凹状の溝に係合し前記吸着パッド支持桿の滑動を拘止する咬持機構と、前記吸着パッドが接面吸着した時に前記吸着パッド支持桿の滑動を拘止し、前記吸着パッドが離面する時に前記吸着パッド支持桿の滑動の開始を制御する駆動手段と、を備えた点に特徴を有する。
【考案の効果】
【００２２】
請求項１の考案によれば、前記枠体下端部に設けられた前記回転モーメント相殺機構により壁面と逆方向の力を枠体下端部が得ると、下側に位置し吸着する吸着パッドを支点として、枠体上端部には壁面に向かう力が付与されるので、枠体を上下方向に壁面と平行な姿勢保つことができる。
また、請求項１の考案によれば、任意偶数の上下動する前記伸縮型吸着パッド機構によって、下側に位置し吸着する吸着パッドを２つ以上吸着させた状態で、残りの吸着パッドを上方へ移動させることができるので、左右方向に安定を保つことができ、前記回転モーメント相殺機構と相まって、枠体は壁面と上下方向のみならず、左右方向にも平行を保つことができる。
従って、走行においては前記枠体と壁面との上下左右方向の平行は保たれ、吸着パッドは接面シールの周縁部が壁面へ密着し吸着するため、高真空により強吸着力を得ることができる。
また、密着による高真空により強吸着力を短時間で得られるため、壁面吸着の姿勢の安定性は高く、吸着パッドの吸着と非吸着の切換え時間が短縮でき、高速走行することができる。
また、前記枠体と壁面との上下左右方向の平行は保たれるため、上下方向に架設された前記ガイドレールの上下の長さを任意の長さにすることができ、壁面に非吸着で枠体の移動方向へ移動する前記伸縮型吸着パッド機構の移動距離も長くできるので、吸着パッドの吸着と非吸着の切換え回数を少なく、高速に走行することができる。
【００２３】
請求項１の考案は、該伸縮吸着パッドの複数列の各々が、壁面方向への吸着パッド伸長、接面及び吸着、既吸着の前記伸縮型吸着パッド機構の枠体に対する上下駆動、吸着パッドの吸着解除、吸着パッドの縮短、非吸着の前記伸縮吸着パッド機構の枠体に対する上下駆動との一連の動作を繰り返し行い、枠体は上下の進行方向に移動することができる。
即ち、前記枠体の移動と同時に、非吸着の前記伸縮型吸着パッド機構を枠体の移動方向へ移動させ、移動後に前記吸着パッドを壁面方向へ伸長し壁面吸着を行い、今迄壁面吸着し前記枠体の移動を支持してきた前記吸着パッドの吸着を解除し縮短することにより、枠体を支える役目は、新たに吸着した前記伸縮型吸着パッド機構に切り替わり、次の枠体の移動と同時に、非吸着となった前記伸縮型吸着パッド機構は前記枠体の移動方向へ移動を行うと言う、一連の動作を、複数の前記伸縮型吸着パッド機構が交互に連続的に繰り返すことにより、前記枠体を連続的に昇降させることができる。
【００２４】
請求項１の考案において、非吸着で移動方向へ移動する前記伸縮型吸着パッド機構は、前記枠体の移動と同時に、前記枠体の進行方向に移動するため、前記伸縮型吸着パッド機構の移動速度は、前記枠体移動速度＋前記伸縮型吸着パッド機構の前記枠体に対する移動速度となり、枠体の移動速度の２倍で移動することができ、ロボットは壁面を高速に上下昇降することができる。
【００２５】
請求項２から５の考案では、各々リニアシャフト機構、リンク機構、ラックアンドピニオン機構により、前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部とを平行移動させる前記伸縮機構部を小型、低コストに実現できた。請求項３の考案は、請求項２の１本のリニアシャフト機構の回動による平行移動で課題となる前記往復動機構部と前記吸着パッド機構部との位置のずれ、及び前記伸縮機構部に壁面吸着時に掛ってくる自重による回転モーメントへの対応を、前記ガイド桿と該ガイド桿のストッパーを設け解決した。
【００２６】
請求項６及び７の考案は、上下枠体に張架された無端回動帯の所定箇所を、またはリニアシャフトに螺合されたリニアブッシュ又はリニアボールを前記走行駆動機構に係止し、壁面に平行に上下動する前記走行駆動機構を実現した。
【００２７】
請求項８の考案は、前記吸着パッド機構部の壁面上下方向に複数の前期吸着パッドを設けたため、壁面の上下方向に吸着パッドが吸着し、下側の吸着パッドを支点とした回転モーメントを上側の吸着パッドが吸着し相殺することで、前記吸着パッド機構部自体にも回転モーメントを相殺する機構を設けた。
【００２８】
請求項９の考案は、壁面に段差があり、前記吸着パッドが段差面に当接した場合には、壁面側に付勢された吸着パッドは壁面に密着した位置で壁面方向の滑動を停止し、同時に前記咬持機構が、壁面側の一端に吸着パッドを止着する前記吸着パッド支持桿の凹状の溝に噛合し、壁面の高さに合わせて前記吸着パッド支持桿の高さを変えて拘止するので、壁面の高さの違いを前記吸着パッド機構部が吸収し、段差面においてもロボットの枠体と壁面は平行を保ち、前記吸着パッドは接面シールの周縁部を壁面へ密着し吸着させることができる。これにより、壁面に段差面があっても吸着走行を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１−１】本考案の実施例１の壁面走行ロボットの斜視外観図である。
【図１−２】本考案の実施例１の壁面走行ロボットの平面図である。
【図１−３】本考案の実施例１の壁面走行ロボットの図１−２のＡ−Ａ断面による側面図である。
【図２】本考案の回転モーメント相殺機構の図示であり、（ａ）は、枠体とその下端    部に設けられた回転モーメント相殺機構の側面図であり（ｂ）は、図（ａ）のＮ部の拡大側面図である。
【図３】本考案の実施例２のリニアシャフトによる上下駆動機構を設けた装置の平面図である。
【図４−（ａ）】は、本考案の実施例１、２の伸縮型吸着パッド機構部を図示した斜    視外観図であり、
【図４−（ｂ）】は、側面図である。
【図５】本考案の実施例３のリンク機構の例示である。
【図６−（ａ）】は、本考案の実施例４の拘持機構を設けた伸縮型吸着パッド機構部の側面図であり、
【図６−（ｂ）】は、拘持機構を設けた吸着パッド機構部の斜視外観図である。
【図７】図６−（ｂ）の図示Ｅ部の拡大図である。
【図８】本考案の実施例５の拘持機構の図示である。
【図９】図８の図示Ｊ部の拡大図である。
【図１０】実施例５の拘持機構の各々の斜視外観図を図示したものであり、（ａ）は半割ナットによる拘持機構の開閉を行う開閉板機構の図示であり、（ｂ）は半割ナットによる拘持機構の図示である。
【図１１】図１０−（ｂ）の半割ナットによる拘持機構部を詳細に図示するものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図（ａ）のＭ−Ｍ断面を図示したものである。
【図１２】本考案の壁面走行ロボットの走行を状態遷移として伸縮型吸着パッド機構の動作により説明するためのものであり、（ａ）は図示１の伸縮型吸着パッド機構が壁面吸着し枠体上昇後の、図示２の伸縮型吸着パッド機構が非吸着状態の図示であり、（ｂ）は図示２の伸縮型吸着パッド機構も壁面吸着した状態を図示し、（ｃ）は図示１の伸縮型吸着パッド機構が非吸着になった状況を図示し、（ｄ）は図示２の伸縮型吸着パッド機構の駆動により枠体が上昇し、図示１の伸縮型吸着パッド機構も駆動により上昇中の状況の図示である。
【考案を実施するための形態】
【００３０】
本考案を、以下の実施例にもとづき説明する。  
【実施例１】
【００３１】
実施例１を、図１−１、１−２、及び１−３にもとづき説明する。
方形枠体２と、該枠体の上端部枠体２−１−１と下端部枠体２−１−２の間に、左右側面部枠体２−２と平行に架設された任意偶数の往復動機構ガイドレール２−３と、該ガイドレール２−３に摺接するガイド輪３−１２、３−１３を備え、該ガイドレール上下方向に往復上下動が可能な伸縮型吸着パッド機構３を所定複数設け、前記上下端部枠体２−１−１、２−１−２には駆動用ベルト２−１０を軸支する上下１対のプーリ２−９を前記往復動機構ガイドレール２−３と平行に配設し、前記プーリ２−９には前記駆動用ベルト２−１０が巻装され、前記上下端枠体２−１−１、２−１−２間に張架される。前記駆動用ベルト２−１０の前記往復動機構部３−１側の所定箇所は、往復動機構部ベルト締結機構２−１１により前記伸縮型吸着パッド機構３の往復動機構部３−１に締結される。
前記下端部枠体２−１−２には前記プーリ２−９に軸着されたモータ２−８が設けられ、該モータ２−８の回動により前記駆動用ベルト２−１０も回動し、前記往復動機構部ベルト締結機構２−１１で締結された前記往復動機構部３−１は上下動をすることができる。
前記伸縮型吸着パッド機構３の吸着パッド３−３が壁面に吸着している場合に、前記駆動用ベルト２−１０を回動させれば、前記プーリ２−９で支持された前記枠体２は壁面上下方向に移動することができる。
【００３２】
図１−３に示される回転モーメント相殺機構４は、前記伸縮型吸着パッド機構３が前記枠体２を持ち上げ、非吸着の前記伸縮型吸着パッド機構３が、往復動機構ガイドレール２−３に摺接し移動するときに、前記枠体に掛ってくる下方への回転モーメントを、前記枠体２の下端部に設けられた車輪を壁面方向に制御付勢し、その反力で前記枠体２の下端部を持ち上げ、上側で壁面吸着している前記伸縮型吸着パッド機構３を支点とした逆回転モーメントを得ることで、枠体と壁面との平行を制御している。
【００３３】
回転モーメント相殺機構の詳細を、図２にもとづき説明する。
走行時の伸縮型吸着パッド機構３の枠体２の位置及び姿勢の変化により壁面走行ロボットへ掛る自重による回転モーメントは変化するため、壁面への付勢力により該回転モーメントを相殺する回転モーメント相殺機構４を枠体下端部に設けている。
前記回転モーメント相殺機構４は、垂線と枠体との傾斜の差異を計測し、該差異に相当する壁面への付勢力を与えるものであり、付勢力を生じるモーメント制御輪４−１と、モーメント制御輪４−１を軸支するモーメント制御輪支持板４−２と、付勢力を生じるために回動する前記モーメント制御輪支持板４−２を軸支するモーメント制御輪回動支持板４−３と、モータ、アクチェータ等の駆動手段４−５の力を付勢力として前記モーメント制御輪支持板４−２に伝えるための制御輪回動リンク４−４とを備え設ける。
壁面と枠体との平行の差異を検知し、枠体後部からの壁面への付勢力として制御することで、枠体姿勢は壁面と平行を保ち、段差においても安定した姿勢での走行ができる。
【００３４】
前記において、前記駆動用ベルト２−１０は、チェーン等のその他の回動帯であり、前記プーリ２−９がギア等のその他の支持輪であっても良い。
また、前記回転モーメント相殺機構４を設ける位置は、前記伸縮型吸着パッド機構３が壁面吸着する位置より低い位置に前記枠体に係合して設ければ良い。
また、前記モーメント制御輪支持板４−２及び制御輪回動リンク４−４を利用した回転による付勢力が壁面への押動による付勢力であっても構わない。
また、前記回転モーメント相殺機構４は、平面走行時では車輪を軸支した板片を枠体２に係合して設け、該車輪が壁面を付勢する簡単な構造で設けても良い。
【００３５】
前記伸縮型吸着パッド機構の詳細について、図４にもとづき説明する。
図４に図示する前記伸縮型吸着パッド機構３は、前記往復動機構ガイドレール２−３に摺接するガイド輪３−１２、３−１３が往復動方向の左右両側に設けられた前記往復動機構部３−１と、該往復動機構部３−１の壁側の前記吸着パッド機構部３−２側に設けられたリニアシャフト３−５−１と該リニアシャフト３−５−１に螺合するリニアブッシュ又はリニアボール３−５−２を前記吸着パッド機構部３−２に備え、前記リニアシャフト３−５−１の回動による前記吸着パッド機構部３−２の回動を防止するために、前記往復動機構部３−１と前記吸着パッド機構部３−２とを貫通し前記往復動機構部３−１に立設された伸縮機構ガイド桿３−９と、伸縮機構ガイド桿３−９に摺動するガイド桿用ブッシュ３−９−１を該吸着パッド機構部３−２とを備えた前記伸縮機構部３−５と、真空発生装置３−１０に連通する複数の前記吸着パッド３−３が壁面方向に立設され、前記伸縮機構３−５の前記リニアシャフト３−５−１の正転逆転により壁面方向に伸縮動作を行う前記吸着パッド機構部３−２とからなり、前記吸着パッド機構部３−２の壁面方向に伸縮動作により、前記吸着パッド３−３は壁面との接離を行うことができる。
【００３６】
前記伸縮機構ガイド桿３−９の先端に、前記ガイド桿用ブッシュ３−９−１に当接する場所には、前記吸着パッド機構部３−３が壁面方向に伸長し吸着した場合に、前記伸縮機構部３−５に掛る回転モーメントを受け保護するための、ストッパーが設けられる。
このストッパーは、前記伸縮機構ガイド桿３−９に螺着された螺子等で設けられたものであっても構わない。
【実施例２】
【００３７】
実施例２を、図３にもとづき説明する。
前記枠体２の上下端部枠体２−１間に架設され軸支された往復動リニアシャフト２−５に螺合する往復動リニアシャフト用リニアブッシュ又はリニアボール３−１１が、前記伸縮型吸着パッド機構３の往復動機構部３−１に設けられ、且つ前記往復動リニアシャフト２−５は一端をモータ２−８に軸支され設けられる。
前記モータの回動により前記伸縮型吸着パッド機構３は、前記往復動機構ガイドレール２−３に摺接し、前記枠体２の上下方向へ移動することができる。
また、前記リニアシャフトによる往復動機構が、前記枠体２の上下方向にラックを架設し、前記往復動機構部３−１に前記ラックに噛合するピニオンからなるラックアンドピニオン機構であっても往復動機構とすることもできる。
これによっても、前記伸縮型吸着パッド機構３の吸着パッド３−３が壁面に吸着している場合に、前記往復動リニアシャフト２−５を回動させれば、前記枠体２は壁面上下方向に平行移動できる。
【実施例３】
【００３８】
実施例３を、図５にもとづき説明する。
前記往復動機構部３−１と前記吸着パッド機構部３−２とに係合する前記伸縮機構部３−５は、上下移動方向の左右両側の設けられた対をなすリンク板３−１４−１、３−１４−２、３−１５−１、３−１５−２と、前記リンク板の中央部を軸着する中央軸３−１７を備え、リンク板３−１４−１、３−１４−２、３−１５−１、３−１５−２の一端は、各々前記往復動機構部３−１と前記吸着パッド機構部３−２とに設けられた回動軸３−１９−１，３−１９−２に軸支され、他端は前記往復動機構部３−１と前記吸着パッド機構部３−２とに設けられた摺動穴３−１８−１，３−１８−２に各々摺動輪３−１６−１により摺接される。
該摺動輪３−１６−１には、摺動穴３−１８−１，３−１８−２に沿って前記摺動輪を往復動させるリニアモータやシリンダー等の駆動手段３−２０が設けられる。
前記伸縮機構部３−５が、前記リンク板により構成されるリンク構造が他のリンク構造により構成されても良い。
【００３９】
また、実施例３の前記伸縮機構部は、前記往復動機構の所定位置に立設するラックと、前記吸着パッド機構部の所定位置に設けられラックに噛合するピニオンと、前記ラック背面を挾持するローラ又は船底形のシューと、前記ピニオンを軸支するモータを備えたラックアンドピニオン機構とすることもできる。
【実施例４】
【００４０】
実施例４の拘持機構を、図６、７にもとづき説明する。
吸着パッド機構部３−２には、壁面方向に押動自在にコイルバネ等の弾性体３−８により付勢され、一端には吸着パッド３−３が、他端の外周壁には、凹状の溝が押動方向と垂直に複数設けられた吸着パッド支持桿３−３−１が、基板に配置されたパッド支持桿用ブッシュを軸通し滑動自在に設けられている。
また、前記吸着パッド支持桿３−３−１には、一端に設けられた前記吸着パッド３−３の周縁シール壁内側の真空室に連通する真空孔が軸方向に穿設され、該真空孔の終端には継ぎ手３−３−３が設けられ、真空発生装置３−１０に連通している。
前記吸着パッド支持桿３−３−１の壁面方向の滑動を制御するために、前記吸着パッド支持桿３−３−１に係合して吸着パッド拘持機構部３−４が設けられている。
該吸着パッド拘持機構部３−４は、前記吸着パッド支持桿３−３−１の凹状の溝に咬合する咬持板３−４−１と、該咬持板を嵌通し前記凹状の溝側に保持する咬持板機構支持板３−４−３と、前記咬持板を前記凹状の溝方向に付勢するバネ等の弾性体３−４−２と、通電時に前記咬持板の前記凹状の溝との咬合を解除するソレノイド等の駆動手段３−４−４とを備えている。
【００４１】
前記吸着パッド機構部３−２が壁面方向へ伸長した場合には、同時に、通電により、前記咬持板は前記凹状の溝との咬合を解除するため、前記吸着パッド支持桿３−３−１は滑動自在となり、コイルバネ等の弾性体３−８により付勢され、前記吸着パッド３−３を壁面に密着させ吸着させる。前記吸着パッド３−３は、前記弾性の所定の付勢力により壁面に押しつけられ、壁面に密着して停止するので、前記ソレノイド等の駆動手段３−４−４は非通電となり、前記バネ等の弾性体３−４−２により付勢された前記咬持板３−４−１は、前記吸着パッド支持桿３−３−１の凹状の溝に咬合し、前記吸着パッド支持桿３−３−１の壁面垂直方向の滑動を停止し拘持される。
前記吸着パッド機構部３−２に壁面方向の上下方向に列設する前記吸着パッド３−３の各々が、壁面に密着し、その後前記吸着パッド支持桿３−３−１を拘持すれば、壁面の高さに応じた壁面吸着ができるため、前記枠体２は段差面においても壁面と平行を維持し走行することができる。
【実施例５】
【００４２】
実施例５の拘持機構を、図８から図１１にもとづき説明する。
図８のＪに図示する拘持機構の吸着パッド拘持機構部３−４’は、図１０−（ｂ）に示す半割ナット部と、図１０−（ａ）に示す半割ナット開閉板部を備え設けられる。
図１０−（ｂ）に示す半割ナット部は、図１１−（ｂ）に断面を示す様に、縦２分割されたナット３−４’−２、３−４’−３を、該ナットの分割された１側を半割ナット開閉板バネ３−４’−７により止着し分割前の形状とし、通常時は前記ナットが開いた形状に設けた。
該半割ナット部は、図９に示す様に、壁面方向に摺動可能に前記吸着パッド機構部３−２の基板を貫き設けられ、壁面逆側の桿の外周壁に複数の前記ナットに歯合する溝を備えた前記吸着パッド支持桿３−３−１に周設され設けられる。
前記半割ナットの上下側面には図１０−（ｂ）に示す半割ナットストッパ３−４’−４及び３−４’−５を備え設けられる。
【００４３】
先端は細く奥方向に幅広となる図１０−（ｂ）に示す前記半割ナット先端部３−４’−２―ａ、３−４’−３―ａと向かい合って、図１０−（ａ）に示す該半割ナット先端部３−４’−２―ａ、３−４’−３―ａへコイルバネ等の弾性体３−４−２で付勢され、前記半割ナット先端部に嵌着し半割ナットを締めつけるための半割ナット開閉板３−４’−１が設けられる。
弾性体３−４−２により半割ナット部方向へ付勢された前記半割ナット開閉板３−４’−１は、ソレノイド等の駆動手段３−４−４に係合し、非通電時には前記半割ナット部を閉じ、ナットの歯の突起が、前記吸着パッド支持桿３−３−１の外周壁の前記ナットに歯合する溝部に咬合し前記吸着パッド３−３の壁面方向への摺動を停止させ、通電時には前記半割ナット部への付勢を解放し、該ナットの歯の突起が前記吸着パッド支持桿３−３−１の前記ナットに歯合する溝へ咬合することを解除し、前記吸着パッド支持桿３−３−１の壁面側に止着される前記吸着パッド３−３の壁面方向への運動を可能とする。
【００４４】
この吸着パッド拘持機構により、前記吸着パッド機構部３−２に壁面側の上下方向に複数立設する前記吸着パッド３−３の各々が、壁面に密着した時に、非通電により前記半割ナット部方向へ付勢された前記半割ナット開閉板３−４’−１が前記半割ナット先端部に嵌着し、半割ナットは前記吸着パッド支持桿３−３−１の外周壁に設けられた前記ナットに歯合する溝へ咬合し、前記吸着パッド支持桿３−３−１の壁面方向の滑動を停止させ、前記吸着パッド３−３を、異なる壁面の高さに合わせて拘持することが出来る。
従って、壁面の高さの違いを前記吸着パッド支持桿３−３−１の伸縮により調整し、前記枠体２は壁面と平行を保ち走行することができる。
【００４５】
本考案の壁面走行ロボットの壁面走行の動作を図１２にもとづき、順を追って説明する。図１２は壁面横方向からの側面図であり、垂直壁面を昇るケースで説明している。
図示（ａ）では、下側の前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａが壁面吸着し、ロボットを壁面に固着させている。
図示（ｂ）では、（ａ）では非吸着であった上側の前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂの伸縮機構３−５−Ｂにより、吸着パッド３−３−Ｂは接面し壁面へ吸着し、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂも継続で吸着のため、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａ，３−Ｂが共に壁面吸着し、ロボットを壁面吸着させている。
図示（ｃ）では、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａの壁面吸着を解除し、伸縮機構３−５−Ａを離面させた状況であり、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂの壁面吸着によりロボットは壁面吸着を維持している。
図示（ｄ）では、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａとロボットの枠体２の上方移動により、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａは前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂの上方に配置されることになる。上方に配置された前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａは伸縮機構３−５−Ａを伸張し、吸着パッド３−３−Ａは接面し壁面へ吸着する。
【００４６】
これによって、図示（ａ）の状態に戻るものであるが、この場合、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａが前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂとなり、前記伸縮型吸着パッド機構３−Ｂが前記伸縮型吸着パッド機構３−Ａとなるもので、（ａ）〜（ｄ）の状態を繰り返しながら壁面を吸着走行するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
従来の壁面走行ロボットが普及してこなかった原因は、付帯装備が必要で、多様な外壁面での吸着走行が難しい、大型／高重量／高コストで運用が難しい等の課題があり、結局人手に頼った方が、汎用性があり、経済性に優れるとの理由で普及してこなかった。
本考案のロボットは、平滑壁面のみならずコンクリート／モルタル／タイルなどの凹凸壁面や壁面の高さが異なる段差面にも吸着し、吸着力に優れ高速に壁面走行する新たな方式のロボットを、人手で運べる小型／軽量、付帯装備がいらずに従来の１／３以下の装置コストで実現した。
本考案のロボットには、作業機器の搭載ができるため、壁面作業のプラットホームとしての利用ができる。
足場やゴンドラ等を利用した人手によるしかなかった従来型の高所危険な場所での作業は、汎用性に優れ小型低コストのロボットの普及により、省力化、自動化、省エネルギー、効率化による、経済性の向上と安全性の向上を促進できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  壁面走行ロボット
２  枠体
２−１  上下端部枠体
２−１−１  上端部枠体
２−１−２  下端部枠体
２−２  左右側面部枠体
２−３  往復動機構ガイドレール
２−５  往復動リニアシャフト
２−６  往復動リニアシャフト用リニアブッシュ又はリニアボール
２−７  カップラー
２−８  駆動手段
２−９  プーリ
２−１０  駆動用ベルト
２−１１  往復動機構部ベルト締結機構
３  伸縮型吸着パッド機構
３−１  往復動機構部
３−２  吸着パッド機構部
３−３  吸着パッド
３−３−１、３−３−２  吸着パッド支持桿
３−３−３  真空継手
３−４、３−４’  吸着パッド拘持機構部
３−４−１  咬持板
３−４’−１  半割ナット開閉板
３−４−２  バネ等の弾性体
３−４’−２、３−４’−３、  半割ナット
３−４’−２―ａ、３−４’−３―ａ  半割ナット先端部
３−４−３  咬持板機構支持板
３−４−４  駆動手段
３−４’−４、３−４’―５  半割ナットストッパ
３−４’−７  半割ナット開閉用板バネ
３−５  伸縮機構部
３−５−１  伸縮機構リニアシャフト
３−５−２  伸縮機構リニアシャフト用リニアブッシュ又はリニアボール
３−５−３  伸縮機構リニアシャフト用ブッシュ又はベアリング
３−６  駆動手段
３−７  トルクリミット・カップラ
３−８  バネ等の弾性体
３−９  伸縮機構ガイド桿
３−９−１  ガイド桿用ブッシュ
３−１０  真空発生装置
３−１１  往復動リニアシャフト用リニアリニアブッシュ又はリニアボール
３−１２、３−１３  ガイド輪
３−１４−１、３−１４−２、３−１５−１、３−１５−２  リンク板
３−１６−１  摺動輪
３−１７  中央軸
３−１８−１，３−１８−２  摺動穴
３−１９−１，３−１９−２  回動軸
３−２０  リニアモータ、アクチェータ等
４  回転モーメント相殺機構
４−１  モーメント制御輪
４−２  モーメント制御輪支持板
４−３  モーメント制御輪回動支持板
４−４  制御輪回動リンク
４−５  駆動手段
【図１−１】
0003207533.tif 000003
【図１−２】
0003207533.tif 000004
【図１−３】
0003207533.tif 000005
【図２】
0003207533.tif 000006
【図３】
0003207533.tif 000007
【図４−（ａ）】
0003207533.tif 000008
【図４−（ｂ）】
0003207533.tif 000009
【図５】
0003207533.tif 000010
【図６−（ａ）】
0003207533.tif 000011
【図６−（ｂ）】
0003207533.tif 000012
【図７】
0003207533.tif 000013
【図８】
0003207533.tif 000014
【図９】
0003207533.tif 000015
【図１０】
0003207533.tif 000016
【図１１】
0003207533.tif 000017
【図１２】
0003207533.tif 000018