(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性ワークピースからコーティングをはがす可動式磁気ロボットであって、
シャーシを支持する少なくとも２つのホイールと、
前記シャーシに接続され、かつ前記ロボットに命令及び制御を与える遠隔制御装置に接続されているパワーモジュールと、
前記シャーシに取り付けられて前記ワークピース上へ超高圧流体を供給する少なくとも２つの除去ユニットと、から成り、
前記少なくとも２つのホイールの一方は前記パワーモジュールの一面に取り付けられ、前記少なくとも２つのホイールの他方は前記パワーモジュールの前記一面の反対側に取り付けられ、前記少なくとも２つのホイールは互いに平行な平面に沿って回転するように配設され、
前記ロボットは、前記ロボットに取り付けられ前記ロボットを前記ワークピースに磁性的に引きつけて保持する永久磁石をさらに含み、
前記永久磁石は前記少なくとも２つのホイールとして形成され、前記少なくとも２つのホイールはその上に固定された非磁性タイヤを有し、前記非磁性タイヤは前記少なくとも２つのホイールと前記ワークピースとの間に間隔を設けて前記少なくとも２つのホイールによって前記ワークピースに損傷が与えられるのを防ぎ、
前記２つの除去ユニットは前記ホイールの各々に並置されていることを特徴とする可動式磁気ロボット。
【請求項２】
前記永久磁石は長手棒状体に形成されていて、前記パワーモジュールに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の可動式磁気ロボット。
【請求項３】
前記少なくとも２つの除去ユニットは、前記２つのホイールの回転軸を挟む位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の可動式磁気ロボット。
【請求項４】
前記永久磁石は、前記ワークピースと対向して配置されていることを特徴とする請求項２記載の可動式磁気ロボット。
【請求項５】
前記除去ユニットは、回転する作業用ヘッドと前記ヘッドを囲む囲い板とを有し、前記囲い板内にあって前記流体を前記作業用ヘッドから排出する排出部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可動式磁気ロボット。
【請求項６】
前記少なくとも２つの除去ユニットは、囲い板を含んで前記ワークピースからの破片を収容し、前記囲い板は前記ワークピースに接触する外周の密閉を備え、前記永久磁石は前記囲い板に取り付けられ、前記外周の密閉は前記磁石に前記ワークピースから間隔をとることを特徴とする請求項１記載の可動式磁気ロボット。
【請求項７】
前記除去ユニットは、前記ワークピースのコーティングに対して、１平方インチにつき約２０，０００から約６０，０００ポンドのエネルギーを与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の可動式磁気ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットが移動するワークピースの金属面と、磁力によって動作中の接触を保つ可動式ロボットを示す。ロボットは、ロボットとワークピースとの間の最大磁場と関係する最適距離をワークピースから動かす磁石を備える。
【０００２】
ロボットは付属部品を備え、ワークピースを横断するときにその表面をはがし、掃除し、磨き直し、かつ／または修復する。これらの付属部品は、環境面で安全な作業全体を提供する構造と後の処理とを備える。
【０００３】
ロボットは、建物や車両などの磁気特性を有する金属製の固定、あるいは可動ワークピースを磨き直すために用いられ得る。これらのワークピースは鉄やスチールで被覆した建物、橋、トンネル、パイプライン、船舶、電車、車、トラック、及び全ての種類の軍用車両を含むがこれらに限定されない。
【背景技術】
【０００４】
ロボットの作業面と接触する磁気ホイールを備える可動式ロボットが従来のものである。しかしながら、ロボットのうちのいくつかは金属面を移動すると接触領域の表面に付随的に損傷をもたらした。磁気ホイールの剛性と、ホイールと硬い作業面との間の磁力が原因で、ワークピースの塗料や保護コーティングが破砕される。
【０００５】
従来技術によるロボットはロボットが取り付けられるワークピースの表面全体を処理することができなかった。なんとなれば、１つのあるいは複数の作業用取付部（ヘッド）がホイールの内向きに設置されているからである。
【０００６】
本発明は従来技術による装置のこれらの特徴を取り除くように意図されている。具体的には、本発明の磁石はワークピースと接触しない。また、作業用取付部は、取付部がワークピースの端にまであるいは端を超えて及ぶことができるよう設置されている。
【先行技術の説明】
【０００７】
米国特許第５，６２８，２７１号及び米国特許第５，８４９，０９９号はいずれも船舶の船体の古ペンキをはがす可動式ロボットを開示する。ロボットは磁石からなる４個のホイール上に取り付けられたシャーシを有する。シャーシは室に周囲を囲まれたロータリーヘッドを備え、１平方インチにつき約３０，０００ポンドで船体に水をかける。室に負圧がかけられて水と残留物を取り除く。
【０００８】
船体表面に直接用いられる磁力は、ロボットの重量を支持するのに十分であり、船体上で作用する高圧水の勢いを圧倒する。磁力によって与えられた圧力は、ホイールとの接触領域を通って船体に伝達される。ホイールは剛性磁気金属からなるので、該領域は船体とホイールとの接線方向の接点に限られる。いつなんどきでも、船体とロボットとを共に保持する磁力全体はホイールの轍によって伝達され、ホイールの轍は基本的に、各ホイールの幅を表す長さと、金属ホイール外周と金属船体の平面との間の接線方向の接点を表す幅とを有する４本の線である。
【０００９】
ホイールと船体との間の磁性引力はかかる最小限の接触を通して与えられる大きさだったので、金属ホイールはホイールと船体との間の塗料または保護コーティングを破砕し、あるいは恒久的に損傷する。
【００１０】
シャーシの４つのコーナーに配置された磁気ホイールでは、高圧ロータリーヘッドがうまく操作されて船体の表面全体、特に端にうまく従事するということができなかった。
【発明の概要】
【００１１】
故に、ロボットと表面との間の接触が原因でワークピースの表面上の保護コーティングに損傷を与えることなくワークピースの表面を移動する磁気可動式ロボットを提供することが当該発明の目的である。
【００１２】
ワークピースの表面を清掃し、はがし、磨き直し、かつ／または修復する作業用取付部を備えた磁気的に支持される可動式ロボットを提供することが当該発明のさらなる目的である。
【００１３】
作業用取付部に関する環境的に安全な保護構造を提供しロボットから破片漏れを防ぐことが該発明のさらに別の目的である。保護構造はさらに、さらなる処理を行うために廃棄物を戻り配管へ誘導する。
【００１４】
洗浄液から分離することによって廃棄物を処理し、作業用取付部を通して洗浄液を再利用することが本発明の別の目的である。分離された廃棄物は環境的に安全な処理によって無害な副生成物に還元される。
【００１５】
付着物、堆積物、植物や動物の形状、及び保護コーティングを、磁気的に活性である金属面からはがし、廃棄物を処理する環境的に安全な処理を教唆することが本発明のまたさらなる目的である。
【００１６】
本発明の他の目的及び利点は、説明と例とを目的として本発明のいくつかの実施例を示す添付図面と関連してなされる以下の説明から明らかになるであろう。図面は本明細書の１部を構成し、本発明の模範的実施例を含んで、その様々な目的及び特徴を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示した可動式磁気ロボット１０は、モータ１１とトランスアクスル１２で構成されている電源（パワー）モジュールを有する。モータは電気、油圧、圧縮空気、または燃料の燃焼によるものであるだろう。図のように、トランスアクスルはモータの下に搭載される。しかしながら、この関係は反対であってもよいし、あるいはモータとトランスアクスルは互いに横に配置されてもよい。トランスアクスル１２はユニットの両側に延伸する駆動軸の短い突出部１３及び１４を有する。ホイール１５及び１６は駆動軸の短い突出部１３及び１４に取り外し可能に接続される。トランスアクスルは１つのホイールをある方向に回転させて同時にもう１つのホイールをその反対方向に回転させることができ、ロボットをそれ自身の長さで回す。トランスアクスルはまた１つのホイールを停止させ、同時にもう一方のホイールを回転してロボットの進路方向を変更する。電源モジュールが、コンピュータによるまたは手動の制御装置７からの有線または無線信号によって遠隔操作されて、ワークピースの表面全体を往来するようにロボットが操作される。替わりに、あるいは追加として、電源モジュールが搭載コンピュータを有し、有線または無線で受信される命令に応じて電源及び作業用取付部の構成部品を作動させてもよい。
【００１８】
電源モジュールはシャーシ１７に取り付けられ、シャーシ１７は除去ユニット１８及び１９も支持する。除去ユニット１８及び１９は、ロボットから破片漏れを防ぐ囲いをなす囲い板２０及び２１を含む。各囲い板の下部外周はワークピースの表面と接触して密閉を保つ。囲い板の下部外周はゴム製、シリコン製または高分子材料製のおおい２２及び２３を有する。
【００１９】
囲い板２１はホイール１５と間隔をとり、囲い板２０はホイール１６と間隔をとる。図１に示したように、中心線としてホイールの回転軸を用いると、囲い板２０は中心線の左側に位置し、囲い板２１は中心線の右側に位置する。各囲い板はその関連するホイールと一列に並ぶ。この配置は互いに横にずれた作業用取付部という結果となって、ワークピースのより広い領域を扱う。ロボットの移動方向に応じて、除去ユニットは、除去ユニットがワークピースの端に、あるいは端を超えて伸びることを可能にするその関連ホイールよりも先行する。
【００２０】
図２には、囲い板２１の排気（排出）誘導装置２７が取り付けられた排気（排出）導管２９とともに示されており、囲い板の中から外へ洗浄液の勢いを指示する遠心分離動作によって破片を除去する。囲い板は未処理の粒子や湿気を取り除く真空導管を有する。
【００２１】
電源モジュールは緊密取付部品３１を有し、それを経由して電源用ライン及び制御ラインはロボットのモータ１１及びトランスアクスル１２を遠隔制御局に接続する。緊密取付部品は万能取付台であり（図示されず）、ライン上に付加的な回転応力を配置することなくロボットが如何なる方向へも移動することを可能にする。緊密取付部品３１は電気素子または電子素子を含み、遠隔制御装置に対応して制御装置の命令を円滑に進める。
【００２２】
囲い板２０は緊密取付部品３２を備え、作業用取付部１８に送り込む圧力導管及び真空導管が取り付けられる。囲い板２１は同様の緊密取付部品３３を有する。これらの取付部品は万能取付台（図示されず）に接続され、導管上に回転応力を与えることなく側方移動及び回転を可能にする。緊密取付３２は高圧流体導管、真空導管、及び排気導管を含む。
【００２３】
緊密取付３１、３２及び３３によって収容される全ての導管は共通のハーネスへ経路を定められ、ハーネスは遠隔局からの全ての必要な導管と万能の接続を有しロボットの自由な移動を可能にする。
【００２４】
ホイール１５は、図３及び４に示したように、磁石３４からなる。図のように、ホイールは永久磁石からなるが、電磁石が用いられるだろう。ホイールによって生成された磁力はロボットの重量を支持するのに十分であり、ワークピースにあたる高圧洗浄液によって生成される圧力を圧倒する。図のように、ホイールは順に並べられたいくつかの磁石からなり、ホイールが回転するときにホイールとワークピースとの間に連続的な磁性引力をもたらす。各ホイールには、ポリウレタン、ポリスチレン、及びナイロンなどの他のポリマー製のゴムからなる、磁石の圧縮力に耐えるタイヤが備えられる。タイヤ素材は連続的でもよいし細胞状でもよい。タイヤ２５はホイール全体に亘って広がっていてもよいし、あるいは図面に示したように、分離されて相隔たった輪であってもよい。タイヤは磁気ホイール上に形成されてもよいし、摩擦または接着剤によって正しい位置に保持されてもよい。また、ホイールは溝などの構造を有し、タイヤをホイールと特定の関係に保持する。
【００２５】
タイヤはホイールとワークピースとの間にはたらく磁力に耐え、同時にホイールとワークピースとの間の一定の間隔を維持することができる。タイヤがゆがむとワークピースとの接触においてより大きな轍が生じる。しかしながら、タイヤの厚みと、ホイールとワークピースとの間の結果として生じるすき間とが最適化されて最大磁性引力が現れる範囲内の距離に対応される。例えば、少なくとも１／３２インチのタイヤ厚は十分な磁性引力をもたらす。タイヤ２５及び２６はホイールとワークピースとの間の磁性引力が失われるに至るまでのより厚い厚みを有するかもしれない。固有のタイヤ厚は磁石によって生成される磁力の強さによって異なるだろう。タイヤは中まで固いか空気入りか、あるいは他の流体で満たされているだろう。
【００２６】
タイヤ２５及び２６も磁石タイヤと作業面との間の接触の衝撃を和らげる。タイヤのゆがみはワークピースとの接触領域を増し、作業面上に加えられる圧力の平方インチごとのポンドを減少させる。ロボットが作業面を移動するとき、タイヤは保護コーティングまたは塗料に損傷を与えない。このことはワークピースの表面コーティングが完全に除去されず単に磨き直されるときにさらに重要となる。表面コーティングがホイールによって破砕されると、磨き直されたコーティングは恒久的な損傷がある基調領域を有して、それはコーティングの平均寿命を減少させるだろう。
【００２７】
替わりの実施例として、ロボット１０は棒磁石３５を備え、図２に示したように、電源モジュールに搭載されるだろう。棒磁石は棒磁石とワークピースとの間で最も強力な磁性引力を得るように形成されて配置される。棒磁石はホイールの幅左右に広がっているだろう。本実施例において、ホイールは、棒磁石によって与えられる磁力及びロボットを支持するのに必要な所要の磁力に依存する磁石からなるかもしれないし、そうでないかもしれない。磁石は棒上に配置され最大量の磁力を生ずるよう方向付けされるだろう。
【００２８】
磁石は図５に示したような他の替わりの構成でロボットに組み込まれるかもしれない。磁石３６は囲い板の底面外周に接続される。柔軟性のあるおおいが磁石の下に伸び、ロボットとワークピースとの間をしっかりふさぐ。図５では、囲い板２０の底面外周４２がおおい２２を取り除いた状態で示されている。この実施例において、ホイールは磁石であるかもしれないし、そうでないかもしれない。また、棒磁石３５は外周磁石３６と組み合わせて用いられるかもしれないし、用いられないかもしれない。
【００２９】
図４において、除去ユニット１８は作業用取付部４８を囲む囲い板２０を有する。囲い板の下部外周は流体密封２２を備える。緊密取付部品３２は囲い板の上部表面から伸びている。供給導管及び排気導管が取付部品に接続される。
【００３０】
作業用取付部４８は、開口部４４で終端する斜めに角度が取られた孔４６を通る供給導管４１からの高圧流体に対応して囲い板２０の内部で回転する。軸受け４０とブラケット４５は、固定された囲い板の内部で素早く回転する取付部を支持する。高圧流体は孔４６を通って流れ、作業面上にあたる。流体の回転する勢いが、囲い板とスカートによって限定された取付部について作業面からコーティングをはがし続ける。流体は破片を表面から排気誘導装置２８へ、そして排気導管３０へと運び出す。真空導管４３は囲い板と取付部との間の空間に接続され残りの流体及び破片を除去する。除去処理全体が如何なる破片も大気中へ放出することなく達成される。
【００３１】
作業面上にあたる高圧流体の圧力及び円運動が作用して、所望すれば、基調構造から地金面を残して表面をはがす。いくつかの例では、構造上の保護コーティングを完全に除去することは望ましくないかもしれない。流体の圧力、ロボットの移動速度、作業面からの開口部の距離、あるいはこれらの変数の組み合わせを調整することによって、コーティングをはがして地金にしてもよいし、深さを制御することができる。
【００３２】
ロボットは付属部品（図示せず）が装備されて、修復された面への後処理としてワークピースに新しい保護コーティングを塗布する。このように、修復された面が雨風にさらされる時間が最小限度にされるかあるいはなくなる。
【００３３】
図６では、乾ドック２における船舶１が示されている。船舶の船体は、ロボット１０によってはがされるべき、あるいは修復されるべきコーティング３を有している。ロボット１０及びシステムは、ライン８として一般的に示したように、接続を通して制御装置７に制御される。高圧流体がポンプ５８により導管６０を通ってロボット１０に供給される。導管６０及びライン８はロボットへの連結物の一部をなす。流体は船舶にあたった後、ポンプ５２に助けられて収集タンク５４へと注ぐ。収集タンク５４は船舶からの流体及び破片の懸濁液を受け取る。ろ過工程の後、フィルタ６１を越えて、廃棄物が流体と分離される。この有害性廃棄物はさらに環境的に安全な処理施設６８に送られて、乾燥されるか、焼却処分にされるか、あるいは別の方法で化学的に変化させられて、無害の副生成物が生成される。副生成物は容器７０などのコンテナによって移動されるだろう。
【００３４】
タンク５６内のろ過された流体は、ポンプ５３で汚水槽６２へ移動されてロボットを通して再利用される。追加の流体が注入口８０を通してタンク内に加えられてもよい。
【００３５】
処理で用いられた高圧流体は、水や他の適当な流体であるだろう。開口部４４でのウォータージェット超高圧は、容積移送式ポンプ５８によって生成された１平方インチにつき３５，０００から６０，０００ポンド（ｐｓｉ）の範囲内である。開口部の大きさは毎秒１，５００から３，０００フィート（ｆｔ／ｓｅｃ）の範囲内で流体の流出を可能にするのに十分である。ホイール１５、１６は、少なくとも２，０００ポンドの範囲内の磁力を有する３極ネオジミウム−鉄−ボロンであるだろう。モータ１１は約４，０００ｒｐｍを実現する２４ボルトＤＣ電気モータであるだろう。トランスアクスル１２は減速装置を備え、それは鉄−金属ワークピース上で磁気ホイールを回転させるのに十分なトルクを生成する。
【００３６】
発明の特定の形式が図示されているが、ここに説明され示された特定の形式や部品の配置に限定されないということが理解されるべきである。様々な変化形が本発明の範囲から乖離することなく成され、本発明は明細書及び図面に示され記載されたことに限定されて考えられるべきでないということは当業者に明らかであるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるロボットの実施例の略平面図である。
【図２】本発明による別の実施例の略側面図である。
【図３】本発明によるホイールの斜視である。
【図４】本発明による作業用取付部の側面図である。
【図５】本発明による別の作業用取付部の底面図である。
【図６】システム全体のブロック図である。
【図１】
0004088159.tif 000002
【図２】
0004088159.tif 000003
【図３】
0004088159.tif 000004
【図４】
0004088159.tif 000005
【図５】
0004088159.tif 000006
【図６】
0004088159.tif 000007