(57)【要約】  車両型クライミングロボットは車体（２）を備え、車体の前後端に車輪（３）が装着され、車体の壁面に面する側が吸着機構に接続されて固定され、当該吸着機構は本体を備え、この本体が中空円筒（４）として形成されており、この中空円筒の上方にカバープレート（５）が設置され、このカバープレートの上端面が車体に固定的に接続され、当該カバープレートの下端面が、間隔を置いて設けられた第一パッド（４３）を介して中空円筒の上端面外縁に固定的に接続されており、この中空円筒の内壁表面に接線方向ノズル（４１）が設置されており、当該第一パッド同士の間の間隔によって中空円筒の上端面外縁とカバープレートの下端面との間に第一排気流路（４４）が形成されており、当該中空円筒の下端面と壁面との間に隙間が設けられ、この隙間によって中空円筒の下端面外縁と壁面との間に第二排気流路（４２）が形成されている。車両型クライミングロボットは各種の壁面に吸着可能であり、吸着能力が強く、適用範囲が広いものである。
2017500219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体を備え、車体の前後端に車輪が装着され、車体の壁面に面する側が吸着機構に接続されて固定され、前記吸着機構が本体を備えている車両型クライミングロボットであって、
前記本体は中空円筒として形成されており、前記中空円筒の上方にカバープレートが設置され、前記カバープレートの上端面が前記車体に接続されて固定され、前記カバープレートの下端面が間隔を置いて設けられた第一パッドを介して前記中空円筒の上端面外縁に固定的に接続され、
前記中空円筒の内壁表面に接線方向ノズルが設けられ、
前記第一パッド同士の間の間隔によって、前記中空円筒の上端面外縁と前記カバープレートの下端面との間に第一排気流路が形成され、
前記中空円筒の下端面と壁面との間に隙間が設けられ、前記隙間によって前記中空円筒の下端面外縁と壁面との間に第二排気流路が形成されており、
前記第一排気流路と前記第二排気流路のそれぞれが前記中空円筒の内部と外気環境とを連通させている
ことを特徴とする車両型クライミングロボット。
【請求項２】
前記車体の上端面にモータを取り付け、前記モータは、それが駆動するスクリューを介して前記カバープレートに連結され、
前記スクリューが前記カバープレートにねじ連結され、
前記中空円筒及び前記カバープレートに圧力検出穴が開設され、前記圧力検出穴に圧力センサーが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項３】
前記車体が連結ロッドを介して前記中空円筒に連結され、前記連結ロッドが前記中空円筒の上端面外縁に設けられ、
前記連結ロッドは、両端部にねじが形成され、中間部が円柱体であり、前記円柱体と前記ねじとの間に段差が設けられ、前記両端部のねじが前記車体と前記中空円筒にそれぞれ連結固定されており、前記カバープレートの前記連結ロッドに対応する位置に貫通穴が開設され、前記貫通穴に前記連結ロッドの前記中間部である前記円柱体を摺動可能に嵌合させ、前記カバープレートと前記中空円筒との間の間隔により前記第一排気流路が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項４】
前記車体にガイド穴が開設されており、前記ガイド穴にガイド柱が設置されており、前記ガイド柱の一端が前記ガイド穴を貫通して前記カバープレートの上端面に固定的に接続されており、前記ガイド柱が前記ガイド穴内で摺動可能である
ことを特徴とする請求項２に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項５】
前記中空円筒の下端面外縁に柔軟なスペーサーが設置されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項６】
前記柔軟なスペーサーは細長い綿毛状部材である
ことを特徴とする請求項５に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項７】
前記中空円筒の下方に環状の仕切り板が設置されており、前記環状の仕切り板の上端面が第二パッドを介して前記中空円筒の下端面外縁に固定的に接続され、
前記第二パッドが前記環状の仕切り板の面積の一部を覆っていると共に、前記第二パッド同士の間の間隔によって前記中空円筒の下端面外縁と前記環状の仕切り板との間に第三排気流路が形成されており、前記第三排気流路は前記中空円筒内と外気環境とを連通させており、
前記環状の仕切り板の下端面に柔軟なスペーサーが設置されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項８】
前記第一パッドと前記第二パッドが、それぞれ、前記カバープレートの下端面と前記中空円筒の上端面外縁との間、及び前記環状の仕切り板の上端面と前記中空円筒の下端面との間に等間隔で設置されている
ことを特徴とする請求項７に記載の車両型クライミングロボット。
【請求項９】
前記接線方向ノズルが管を介して高圧流体源に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の車両型クライミングロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両型クライミングロボットに関する。
【０００２】
車両型クライミングロボットは鉛直壁面や天井壁面上を走行する車体であって、多くの特定の場合において重要な作用をするものである。例えば、車体に超音波探傷器を取り付けた場合、車両型クライミングロボットが人間の代わりに大きな建物（橋や暗渠等）に対して探傷検査などの作業を行うことが可能であり、作業コストが大幅に低減され、作業時間が短縮される。
【０００３】
車両型クライミングロボットを壁面を登らせるには、壁面に向けた圧迫力を車体に付加する必要がある。車両型クライミングロボットが鉛直壁面を登る場合、圧迫力によって車体と壁面との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力が車体自身の重力に抗すると共に、車体の移動に必要な駆動力を生じさせる。車両型クライミングロボットが天井壁面を登る場合、圧迫力の一部がそのまま車体自身の重力に抗すると共に、残りの圧迫力によって車体と壁面との間に摩擦力を発生させて、車体を移動させるための駆動力が得られる。
【０００４】
中国特許出願番号ＣＮ２０１２１０４０５６８９の発明特許には、電磁吸盤が取り付けられ、当該電磁吸盤によって吸着力を生じさせるクライミングロボットが開示されているが、当該ロボットが登ることが可能な壁面は、磁場によって吸引力を発生させることができる壁面でなければならないため、応用性に大きな制限があるという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の車両型クライミングロボットにおける応用性が小さいという欠点を解消できる車両型クライミングロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る技術手段は以下の通りである。
【０００７】
車体を備え、車体の前後端に車輪が装着され、車体の壁面に面する側が吸着機構に接続されて固定され、前記吸着機構が本体を備えている車両型クライミングロボットであって、前記本体は中空円筒として形成されており、前記中空円筒の上方にカバープレートが設置され、前記カバープレートの上端面が前記車体に接続されて固定され、前記カバープレートの下端面が間隔を置いて設けられた第一パッドを介して前記中空円筒の上端面外縁に固定的に接続され、前記中空円筒の内壁表面に接線方向ノズルが設けられ、前記第一パッド同士の間の間隔によって、前記中空円筒の上端面外縁と前記カバープレートの下端面との間に第一排気流路が形成され、前記中空円筒の下端面と壁面との間に隙間が設けられ、前記隙間によって前記中空円筒の下端面外縁と壁面との間に第二排気流路が形成されており、前記第一排気流路と第二排気流路のそれぞれが前記中空円筒の内部と外気環境とを連通させていることを特徴とする。
【０００８】
更に、前記車体の上端面にモータを取り付け、前記モータは、それが駆動するスクリューを介して前記カバープレートに連結され、前記スクリューが前記カバープレートにねじ連結され、前記中空円筒及び前記カバープレートに圧力検出穴が開設され、前記圧力検出穴に圧力センサーが接続されている。
【０００９】
更に、前記車体が連結ロッドを介して前記中空円筒に連結され、前記連結ロッドが前記中空円筒の上端面外縁に設けられ、前記連結ロッドは、両端部にねじが形成され、中間部が円柱体であり、前記円柱体と前記ねじとの間に段差が設けられ、前記両端部のねじが前記車体と前記中空円筒にそれぞれ連結固定されており、前記カバープレートの前記連結ロッドに対応する位置に貫通穴が開設され、前記貫通穴に前記連結ロッドの前記中間部である前記円柱体を摺動可能に嵌合させ、前記カバープレートと前記中空円筒との間の間隔により前記第一排気流路が形成されている。
【００１０】
更に、前記車体にガイド穴が開設されており、前記ガイド穴にガイド柱が設置されており、前記ガイド柱の一端が前記ガイド穴を貫通して前記カバープレートの上端面に固定的に接続されており、前記ガイド柱が前記ガイド穴内で摺動可能である。
【００１１】
更に、前記中空円筒の下端面外縁に柔軟なスペーサーが設置されている。
【００１２】
更に、前記柔軟なスペーサーは細長い綿毛状部材である。
【００１３】
更に、前記中空円筒の下方に環状の仕切り板が設置されており、前記環状の仕切り板の上端面が第二パッドを介して前記中空円筒の下端面外縁に固定的に接続され、前記第二パッドが前記環状の仕切り板の面積の一部を覆っていると共に、前記第二パッド同士の間の間隔によって前記中空円筒の下端面外縁と前記環状の仕切り板との間に第三排気流路が形成されており、前記第三排気流路は前記中空円筒内と外気環境とを連通させており、前記環状の仕切り板の下端面に前記柔軟なスペーサーが設置されている。
【００１４】
更に、前記第一パッドと前記第二パッドが、それぞれ、前記カバープレートの下端面と前記中空円筒の上端面外縁との間、及び前記環状の仕切り板の上端面と前記中空円筒の下端面との間に等間隔で設置されている。
【００１５】
更に、前記接線方向ノズルが管を介して高圧流体源に接続されており、前記高圧流体源は高圧気体源と高圧液体源を含み、前記高圧気体源は空気圧縮機や、燃料エンジン又はターボジェットエンジンであっても良く、前記高圧液体源は高圧ウォーターポンプであっても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有益な効果は以下の通りである。
【００１７】
１、第一排気流路を設けることによって、カバープレートの下面に形成された局所的な高圧分布を解消することができ、車体に圧迫力を確実に付加することができる。車両型クライミングロボットが鉛直壁面を登る時、圧迫力によって車体と壁面との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力が車体自身の重力に抗するだけでなく、車体の運動に必要な駆動力を与える。
【００１８】
２、第二排気流路を設けることによって，中空円筒の下端面と壁面とが接触しないため、車体がスムーズに壁面を走行することができる。
【００１９】
３、中空円筒とカバープレートとの間の第一排気流路の高さ、及び中空円筒と壁面との間の第二排気流路の高さを調節することによって、車体が受ける圧迫力を常に最大圧迫力又はそれに近いものとすることができる。
【００２０】
４、柔軟なスペーサーを設置することによって、壁面と中空円筒との間の第二排気流路内の排気流が遮断されるため、壁面の凹凸や平坦ではないことによる第二排気流路内の乱流が解消され、壁面の凹凸や平坦ではないことによる、圧力分布への影響が最大限に抑制され、また、柔軟なスペーサーは空気が外部から中空円筒内に逆流する空気流も遮断するため、中空円筒内の旋回流動が最大限に保護される。
【００２１】
５、第三排気流路を設けることによって、環状の仕切り板と壁面との間の、柔軟なスペーサーがない部分の圧力を低減させることができ、車両型ロボットが受ける圧迫力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】本発明に係る実施例１を示す図である。
【図１ｂ】中空円筒の接線方向ノズルの位置における断面図である。
【図１ｃ】本発明に係る実施例１における、気体がＣ−Ｇ面とＤ−Ｈ面において形成する円周方向の流速成分の分布図である。
【図２】第一排気流路が設けられていない場合と第一排気流路が設けられている場合における圧力分布を対比した圧力分布対比図である。
【図３】本発明における、第一排気流路が設けられた中空円筒の内壁表面付近の高密度空気の流れを示す図である。
【図４】本発明に係る実施例２を示す図である。
【図５】本発明に係る実施例３を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例４を示す図である（実施例２に対して柔軟なスペーサーが設置されるもの）。
【図７】本発明に係る車両型ロボットの前に障害物がある時の状況を示す図である。
【図８】本発明に係る実施例５を示す図である。
【図９】第三排気流路が設けられている場合と第三排気流路が設けられていない場合における圧力分布を示す図である。
【図１０ａ】本発明における接線方向ノズルとターボジェットエンジンが接続されていることを示す図である。
【図１０ｂ】本発明に係る接線方向ノズルと燃料エンジンが接続されていることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
図１ａ，図１ｂ及び図１ｃを参照すると、車両型クライミングロボットは、車体２を備え、車体２の前後端に車輪３が装着され、車体２の壁面１に面する側に吸着機構が接続されて固定され、前記吸着機構は本体を備え、前記本体が中空円筒４として形成されており、前記中空円筒４の上方にカバープレート５が設置され、中空円筒４の内壁表面に接線方向ノズル４１が設置されており、上記カバープレート５の上端面が車体２に接続されて固定されており、上記カバープレート５の下端面が、間隔を置いて設けられた第一パッド４３を介して中空円筒４の上端面外縁に固定的に接続されており、上記第一パッド４３同士の間の間隔によって、中空円筒の上端面外縁とカバープレートの下端面との間に第一排気流路４４が形成されており、前記第一排気流路４４により中空円筒の内部と外気環境とが連通している。上記中空円筒４の下端面と壁面との間に隙間が設けられ、前記隙間によって中空円筒の下端面外縁と壁面との間に第二排気流路４２が形成されており、第二排気流路４２により中空円筒の内部と外気環境とが連通している。
【００２４】
接線方向ノズルの上流に加圧空気が供給されると、空気がノズルから高速噴出され、中空円筒内の円形壁面に沿って旋回流動する。旋回した空気のうち、一部が第一排気流路を経て排出される一方、他の一部が第二排気流路を経て排出される。第一排気流路と第二排気流路は重要な作用をするものであるので、以下、この二つの排気流路の作用を詳しく説明する。
【００２５】
以下の説明の便宜のために、車体における要部に符号が付けられている（図１ａ参照）。車体が受ける圧迫力は、空気がＡ−Ｂ面、Ｃ−Ｄ面及びＥ−Ｆ面上を流れて生じる圧力分布（特定されない場合、ここでの圧力はゲージ圧力を指す）による力の和となる。
【００２６】
第一排気流路の作用は以下の通りである。
【００２７】
第一排気流路は主にＣ−Ｄ面における圧力分布に影響する。空気が中空円筒内で旋回すると、中空円筒内の中心部における空気が遠心力によって外周へ飛ばされることにより、中心部において空気が薄くなる一方、中空円筒の内壁表面付近において空気の密度が高くなる。即ち、中空円筒内において、中心が低く外周が高い凹形状の圧力分布が形成される（図２参照）。第一排気流路がなければ、Ｃ−Ｄ面における外周の圧力分布は高圧になる、即ち、ゲージ圧力が０より大きくなることがある。この高圧部分によって、車体に排斥力が付加されるだけではなく、中空円筒内の凹形状の圧力分布全体が高圧方向へ移動することになる。これらの状況は車体が受ける圧迫力を弱くする。中空円筒の上端面とカバープレートとの間に第一排気流路が設けられることによって、圧迫力を大幅に高めることができる。第一排気流路は中空円筒の内部と外気環境とを連通させるため、旋回気流による遠心力によって外周壁面に飛ばされた空気が第一排気流路に流入し、それを経て排出することによって、中空円筒の内壁表面付近に集中した高密度の空気がガイドされて図３に示す流れを形成し、これにより、中空円筒の内壁表面付近の高圧を下げることができる。また、第一排気流路とＣ−Ｄ面が同一の断面にあるので、Ｃ−Ｄ面がこの流れの最下流にあり、よって、Ｃ−Ｄ面における圧力が他の断面よりも低くなる。また、空気は第一排気流路に流入する時に円周方向の流速成分を有し、空気が第一排気流路を流れて外部に排出されるにつれて、この流速成分が粘性摩擦の作用で徐々に０になるように小さくなっていく。図１ｂは第一排気流路内（即ちＣ−Ｇ部とＤ−Ｈ部）に形成される円周方向の流速成分の分布図である。流体運動方程式（即ち、Navier-Stokes方程式）により分析すると、円周方向の流速成分は半径方向における圧力分布に影響を及ぼす可能性があることが分かる。第一排気流路の高さが適切な高さにある時、円周方向の流速成分によって、第一排気流路内において弱い低圧分布が形成される。また、第一排気流路とＣ−Ｄ面が同一の断面にあるので、図２に示すように、第一排気流路内に形成されている低圧分布によりＣ−Ｄ面の圧力を低圧方向へ移動させることができる。上記により、第一排気流路は車体が受ける圧迫力を高めることができる。
【００２８】
第二排気流路の作用は以下の通りである。
【００２９】
中空円筒の下端面と壁面との間に形成されている第二排気流路によって、中空円筒と壁面が接触していないので、車体は壁面をスムーズに走行することができる。仮に第二排気流路がなければ、中空円筒の下端面と壁面との間には接触による摩擦力が生じ、摩擦力が壁面上の車体の走行を妨げることになり、また、壁面に突起などの障害物がある場合に、中空円筒が障害物に突き当たって車体が止まってしまうことになる。更に、第二排気流路の他の作用は、Ａ−Ｂ面とＥ−Ｆ面において弱い低圧分布を形成させることである。空気の一部が第二排気流路を通じて排出される。空気は第二排気流路に流入する時に円周方向の流速成分を有し、空気が第二排気流路を流れて外部に排出されるにつれて、この流速成分が粘性摩擦の作用で徐々に０になるように小さくなっていく。流体運動方程式（即ち、Navier-Stokes方程式）により分析すると、円周方向の流速成分は半径方向での圧力分布に影響を及ぼす可能性があることが分かる。第二排気流路の高さが適切な高さにある時、円周方向の流速成分によって、第二排気流路内（即ち、Ａ−Ｂ部とＥ−Ｆ部）において弱い低圧分布が形成される。当該低圧分布によって、車体に圧迫力が付加されるので、車体が受ける圧迫力の和を大きくすることができる。
【実施例２】
【００３０】
図４を参照すると、上述した実施例１を基にして、上記車体２の上端面にモータ６を取り付け、モータ６は、それが駆動するスクリュー６１を介して上記カバープレート５に連結され、前記スクリュー６１が上記カバープレート５にねじ連結され、カバープレート５に圧力検出穴が開設され、前記圧力検出穴に圧力センサー７が接続され、上記カバープレートが連結ロッド９を介して上記中空円筒４に連結され、連結ロッド９が中空円筒４の上端面外縁に設けられている。上記連結ロッド９は、両端部にねじが形成され、中間部が円柱体であり、円柱体とスクリューとの間に段差が設けられ、両端部のねじが車体と中空円筒にそれぞれ連結固定されており、上記カバープレートの連結ロッドに対応する位置に貫通穴が開設され、貫通穴に前記連結ロッドの中間部である円柱体を摺動可能に嵌合させ、カバープレートと中空円筒の上端面との間の間隔が第一排気流路を形成する。
【００３１】
本実施例において、空気は中空円筒内で旋回流動した後、一部が中空円筒とカバープレートとの間の第一排気流路を経て排出される一方、他の一部が中空円筒と壁面との間の第二排気流路を経て排出される。本実施例は実施例１を更に改良した方案であり、この方案によれば、第一排気流路の高さを自動的に調節可能である。
【００３２】
本実施例において、中空円筒が複数の連結ロッドを介して車体に固定されている。連結ロッドは、両端部にねじが形成され、中間部が円柱体であり、円柱体とねじとの間に段差が設けられている。カバープレートの連結ロッドに対応する位置に貫通穴が開設されており、貫通穴に連結ロッドの中間部である円柱体を摺動可能に嵌合させているので、連結ロッドによって、カバープレートが移動する時に傾斜しないように制限されている。中空円筒又はカバープレートには一つ又は若干の圧力検出穴が加工されており、この圧力検出穴に圧力センサーが接続されている。車体が受ける圧迫力が常に最大圧迫力又はそれに近いものとなるように、モータによって、圧力センサーにより検出された圧力信号に基づいて第一排気流路の高さを調節する。次に、例を挙げてこの設計の必要性を説明する。
【００３３】
車両の車輪に空気漏れの現象が起きた場合について検討する。車輪は空気漏れがあると、車輪の半径が小さくなって、車体と壁面との距離が短くなるため、中空円筒の下端面と壁面により構成されている第二排気流路の高さも小さくなる。これにより、空気が第二排気流路を流れる時の粘性摩擦抵抗の増加を招き、よって、第二排気流路内（即ち、Ａ−Ｂ面とＥ−Ｆ面）の圧力分布が高圧方向へ移動することになる。また、第二排気流路の粘性摩擦抵抗が増加するため、空気の一部がカバープレートと中空円筒との間の第一排気流路に移行して排出されることになる。空気が大量に第一排気流路を流れることにより、第一排気流路内（即ち、Ｃ−Ｇ面とＤ−Ｈ面）の圧力分布が高圧方向へ移動することを引き起こし、更に、Ｃ−Ｄ面の圧力分布が高圧方向へ移動することを引き起こす。上記したことは車体が受ける圧迫力を弱くする要因となる。この課題を解決するために、本実施形態では、第一排気流路の高さを調節する形態を採用する。即ち、圧力センサーを利用して中空円筒内及び排気流路内の圧力変化をリアルタイムに検出すると共に、圧力の変化に基づいて第一排気流路の高さを調節する。
【００３４】
図４に示す実施例では、３つの圧力センサー用いて３箇所の圧力をそれぞれ検出し、そのうちの１つの圧力センサーが第一排気流路の中間位置に設けられた圧力検出穴を介して接続され、第一排気流路内の圧力変化状況を反映可能である。また、別の１つの圧力センサーが中空円筒の中心位置に近接して設けられた圧力検出穴を介して接続され、中空円筒内の圧力変化状況を反映可能である。さらに別の１つの圧力センサーが中空円筒に設けられ、圧力検出穴を介して第二排気流路内の圧力変化を測量する。車両型クライミングロボットのタイヤに空気漏れがあった場合を例として説明する。３つの圧力センサーにより圧力の増大が検出されると、第一排気流路の高さを適宜増大させて、第一排気流路を流れる時に空気が受ける粘性摩擦抵抗を低下させ、第一排気流路内の圧力分布を低下させる。また、第一排気流路の高さが増大すると、より多くの空気が第一排気流路を経て排出されて、第二排気流路を流れる空気流量が減少するため、第二排気流路内の圧力分布を低下させることができる。上記により、３つの圧力センサーの検出値が最低値に低下するまで第一排気流路の高さを増加させることによって、車体が受ける圧迫力を確実に最大値又はそれに近いものにすることができる。
【実施例３】
【００３５】
図５を参照すると、上述した実施例１を基にして、上記車体２の上端面にモータ６を取り付け、前記モータ６は、それが駆動するスクリュー６１を介して上記カバープレート５に連結され、前記スクリュー６１が上記カバープレート５にねじ連結され、上記カバープレート５及び中空円筒４に圧力検出穴が開設され、前記圧力検出穴に圧力センサー７が接続されている。上記車体２にガイド穴が開設され、前記ガイド穴にガイド柱８が設置されており、ガイド柱８の一端が上記ガイド穴を貫通して上記カバープレート５の上端面に固定連結されており、上記ガイド柱８は上記ガイド穴内で摺動可能である。
【００３６】
本実施例において、空気は中空円筒内で旋回流動した後、一部が中空円筒とカバープレートとの間の第一排気流路を経て排出される一方、もう一部が中空円筒と壁面との間の第二排気流路を経て排出される。本実施例は実施例１を更に改良した方案であり、この方案によれば、第二排気流路の高さを自動的に調節可能である。カバープレートがパッドを介して中空円筒と一体になるように固定接続されている。車体にはモータが固定されており、モータ軸にねじが形成されていると共に、カバープレートの中心に、それと螺合するねじ穴が形成されており、モータが回転すると、動力がねじに伝達されて、車体の下にあるカバープレートと中空円筒を移動させる。カバープレートの上表面にはガイド柱が取り付けられて固定されており、ガイド柱は車体に形成されているガイド穴に摺動可能に挿入されている。ガイド柱とガイド穴によって、カバープレート及び中空円筒が移動する時に傾斜しないように制限されている。中空円筒及びカバープレートには一つ又は若干の圧力検出穴が形成されており、これらの圧力検出穴に圧力センサーが接続されている。車体が受ける圧迫力が常に最大圧迫力又はそれに近いものとなるように、モータにより、圧力センサーにより検出された圧力信号に基づいて第二排気流路の高さを調節する。次に、例を挙げてこの設計の必要性を説明する。
【００３７】
車両の車輪に空気漏れの現象が起きた場合について検討する。車輪は空気漏れがあると、車輪の半径が小さくなって、車体と壁面との距離が短くなり、中空円筒と壁面により構成されている第二排気流路の高さも小さくなる。これにより、空気が第二排気流路を流れる時の粘性摩擦抵抗の増加を招き、よって、第二排気流路内（即ち、Ａ−Ｂ面とＥ−Ｆ面）の圧力分布が高圧方向へ移動することになる。また、第二排気流路の粘性摩擦抵抗が増加するため、空気の一部がカバープレートと中空円筒との間の第一排気流路に移行して排出されることになる。空気が大量に第一排気流路を流れることにより、第一排気流路内（即ち、Ｃ−Ｇ面とＤ−Ｈ面）の圧力分布が高圧の方向へ移動することを引き起こし、更に、Ｃ−Ｄ面の圧力分布が高圧方向へ移動することを引き起こす。上記したことは車体が受ける圧迫力を弱くする要因となる。この課題を解決するために、本実施形態では、第二排気流路の高さを調節する形態を採用する。即ち、圧力センサーを利用して中空円筒内及び排気流路内の圧力変化をリアルタイムに検出すると共に、圧力の変化に基づいて第二排気流路の高さを調節する。
【００３８】
図５に示す実施例では、３つの圧力センサーを用いて３箇所の圧力をそれぞれ検出し、そのうちの１つの圧力センサーが第一排気流路の中間位置に設けられた圧力検出穴を介して接続され、第一排気流路内の圧力変化状況を反映可能である。また、別の１つの圧力センサーが中空円筒の中心位置に近接して設けられた圧力検出穴を介して接続され、中空円筒内の圧力変化状況を反映可能である。さらに別の１つの圧力センサーが中空円筒に設けられ、圧力検出穴を介して第二排気流路内の圧力変化を測量する。車両型クライミングロボットのタイヤに空気漏れがあった場合を例として説明する。３つの圧力センサーにより圧力の増大が検出されると、第二排気流路の高さを適宜増大させて、第二排気流路における粘性摩擦抵抗を低減させ、第二排気流路内（Ａ−Ｂ面とＥ−Ｆ面）の圧力を低下させる。また、第二排気流路の排気抵抗が低下すると、より多くの空気が第二排気流路を経て排出されて、第一排気流路の排気量が減少するため、第一排気流路内の圧力、即ちＣ−Ｄ面の圧力分布を低下させることができる。３つの圧力センサーの検出値が最低値に低下するまで第二排気流路の高さを増加させることによって、車体が受ける圧迫力を確実に最大値又はそれに近いものにすることができる。
【実施例４】
【００３９】
図６を参照すると、実施例２を基にして、上記中空円筒４の下端面外縁に柔軟なスペーサー４５が設置されている。
【００４０】
本実施例において、中空円筒の壁面に面する下端面に柔軟なスペーサーが取り付けられている。柔軟なスペーサーは軟質材により構成されたものであって、軟質材の一側が中空円筒に固定されていると共に、他側が壁面と接触している。例を挙げて説明すると、柔軟なスペーサーは細長い綿毛状部材であってよく、細長い綿毛状部材の一側が中空円筒に固定されていると共に、他側が壁面と接触している。凹凸がある平坦ではない壁面であっても、細長い綿毛状部材を、壁面と細長い綿毛状部材との間に隙間なく壁面に密着させることができる。細長い綿毛状部材は柔軟なものであるので、車体の壁面上の移動に影響を与えない。細長い綿毛状部材によって、壁面と中空円筒との間に非常に大きな流動抵抗が形成される。細長い綿毛状部材は、それ自身にも隙間が存在しているが、中空円筒内の空気が第二排気流路から排出されることを十分阻止することができる。なぜなら、各排気流路の高さを適切な値に設定した場合、排気流路内の圧力は大気圧に非常に近いものであり、即ち、排気流路内の圧力と外気環境との間に大きな差圧がないので、細長い綿毛状部材による流動抵抗は中空円筒内の空気が第二排気流路を経て排出されることを阻止するのに十分であり、よって、空気全体がほとんど平坦な第一排気流路から排出されるからである。
【００４１】
車両型ロボットは凹凸のある平坦ではない壁面を登る場合、柔軟なスペーサーを設けなければ、空気が中空円筒と壁面との間の第二排気流路から排出される時に、壁面における平坦ではない凹凸によって、排気流路内の空気流れに乱れが生じることになる。乱れた流れによって、第二排気流路内には高圧分布が生じ、且つ当該高圧分布は円周方向において対称にならない可能性がある。第二排気流路内の高圧分布によって、中空円筒に排斥力が付加されるだけではなく、中空円筒内の圧力分布も高圧方向へ移動される。これらの状況は車体が受ける圧迫力を弱め、車体の壁面への吸着に不利である。柔軟なスペーサー（例えば、細長い綿毛状部材）を設けると、柔軟なスペーサーが常に壁面にぴったり接しているので、中空円筒と壁面との間に非常に大きな流動抵抗が形成され、この流動抵抗により空気が第二排気流路を経て排出されることを阻止できる。柔軟なスペーサーの設置により以下の利点が得られる。
【００４２】
（１）  第二排気流路内の空気流動を遮断したので、第二排気流路内の乱流が解消され、即ち、壁面の凹凸や平坦ではないことによる、中空円筒内の旋回流への影響が最大限に抑制される。
【００４３】
（２）  車両型ロボットはシャーシ（即ち吸着機構の下端面）と壁面との間の距離が大きいほど良い。距離が大きいほど、車両型ロボットが大きい障害を越えることが可能である。図７に示すように、車両型ロボットの前方に障害物のブロックがある例を挙げて説明する。中空円筒と壁面との距離が障害物の高さより小さいと、車両型ロボットがこの障害物を乗り越えることが困難であることは明らかである。柔軟なスペーサーにより第二排気流路内の空気流動を遮断しているので、第二排気流路の高さを適宜増加させることができ、中空円筒の下端面と壁面との距離を大きくすることもでき、車両型ロボットの障害を乗り越える能力を向上させることができる。
【００４４】
柔軟なスペーサーは中空円筒内の空気が第二排気流路を通じて排出されることを阻止するので、空気全体がほとんど平坦な第一排気流路から排出されることになる。また、Ｃ−Ｄ面の圧力が最低になることを確保するように第一排気流路の高さを調節して、車体の受ける圧迫力が最大値又はそれに近いものになることを確保する。
【実施例５】
【００４５】
図８と図９を参照すると、上述した実施例４を基にして、上記中空円筒４の下方に環状の仕切り板４６が設置されており、環状の仕切り板４６の上端面が第二パッド４７を介して中空円筒４の下端面外縁に固定的に接続され、上記環状の仕切り板４６の下端面と壁面とで第二排気流路を形成し、上記第二パッド４７が環状の仕切り板４６の面積の一部を覆っていると共に、第二パッド４７同士の間の間隔によって中空円筒の下端面外縁と環状の仕切り板との間に第三排気流路が形成されており、前記第三排気流路により中空円筒内が外気環境に連通している。前記環状の仕切り板の下端面に柔軟なスペーサーが設置されている。柔軟なスペーサーは細長い綿毛状部材でもよい。
【００４６】
本実施例において、第三排気流路を設ける目的は、Ａ−Ｂ面及びＥ−Ｆ面における柔軟なスペーサーがない部分（図面におけるＢＢ’とＥ’Ｅ面）の圧力を低下させることである。以下に、詳細に説明する。
【００４７】
良好なシール効果を得るために、一般的に、柔軟なスペーサーを環状の仕切り板の下端面の外周に設置している。これにより、環状の仕切り板と壁面との間には、柔軟なスペーサーのない隙間空間（図面におけるＢＢ’とＥ’Ｅ面）が存在している。旋回流による遠心力により空気が外周に飛ばされ、当該隙間空間内に高圧分布が形成されるため、排気するための流路が外周になければ、外周に高圧が形成されることになるからである。この考えに基づいて実験で検証すると、柔軟なスペーサーで環状の仕切り板の下端面と壁面との間の第二排気流路内における空気流動を遮断した後、Ａ−Ｂ’−Ｂ−Ｅ−Ｅ’−Ｆ面の圧力分布が全体として高圧方向へ移動する。図９に示すように、隙間空間において弱い高圧分布を形成し、当該高圧分布によって環状の仕切り板に排斥力が付加されて、車両型ロボットの受ける圧迫力が弱くなることが分かる。中空円筒には第三排気流路が増設され、当該流路は中空円筒内と外気環境とを連通させるものであって、できるだけＡ−Ｂ面とＥ−Ｆ面に近接して設けられている。第三排気流路は流路入口付近の高密度空気をガイドして排出することができるので、流路入口付近の圧力を低減させることができる。また、当該流路がＡ−Ｂ面とＥ−Ｆ面に近接しているので、Ｂ−Ｂ’面とＥ−Ｅ’面の圧力を低減させることができる。図９において、ｃは第三排気流路を設けていない場合の圧力分布であり、ｄは第三排気流路を設けている場合の圧力分布であり、結果として、第三排気流路を設けている場合の圧力分布が全体として低圧方向へ移動し、Ｂ−Ｂ’面とＥ−Ｅ’面にも弱い低圧になることを示している。これらは車両型ロボットが受ける圧迫力を大きくできる要因となる。
【００４８】
更に、各面における圧力の状況に基づいて第三排気流路の高さを自動的に調節可能な構成として設計し、車体の受ける圧迫力を確実に最大値又はそれに近いものにする。
【００４９】
図１０ａと図１０ｂを参照すると、上述した実施例１〜５のいずれにおいても、接線方向ノズルから高速気流を噴出することによって、中空円筒内に高速に旋回する流れを形成することができる。一般的に、ノズルは気体管を介して高圧気体源に接続され、気体流が供給される。高圧気体源として、通常、空気圧縮機を採用して高圧空気を発生させる。圧縮機は重いので、圧縮機を車両型クライミングロボットに固装することは困難であり、圧縮機と車両型クライミングロボットとを分離させた形態を採用しなければならない。このため、以下の問題、即ち、（１）圧縮機と車両型ロボットとの間の気体管が車両型ロボットの移動範囲を制限してしまうこと、（２）車両型ロボットが空気圧縮機のある場合においてだけ作動でき、車両型クライミングロボットの適用範囲が制限されてしまうこと、（３）空気圧縮機が気体管を介して気流を供給する過程において、気体管に圧力損失が生じ、また気体管が長いほど圧力損失が大きくなり、気体管の出口（接線方向ノズルの入口）の圧力不足になってしまうこと、という問題が生じる場合がある。
【００５０】
上記した問題を解決するために、燃料エンジンを採用して高圧気体源による供給に係る問題を解決する。燃料エンジンは、燃料（例えばガソリン、ディーゼル油など）の爆発、燃焼によって高圧気流を発生させる。図１０ａでは、高圧気体源に代えて、小型のターボジェットエンジン４１１を採用している。小型のターボジェットエンジンは中空円筒の接線位置に取り付けられている。小型のターボジェットエンジンは燃料が燃焼した時に発生したガスを中空円筒内に高速で噴射流入させ、中空円筒内に旋回流が形成される。図１０ｂでは、高圧気体源として燃料エンジン４１２を用い、ノズルがガス管を介して燃料エンジンに接続されていることを示す。燃料エンジンは燃焼と爆発によって高圧気流を発生させ、当該高圧気流がガス管を介してノズルに接続されている。この技術方案は上記問題を良好に解決することができる。即ち、（１）燃料エンジンは小型且つ軽量であり、車体に直接取り付けることができるので、車体を外部装置や設備に接続する必要はなく、移動範囲が制限されることがなく、（２）燃料が充填された後、車両型クライミングロボットはいかなる場所でも作動でき、適用範囲が広く、（３）燃料エンジンは車体に直接固定して取り付けられるので、エンジンとノズルとの間のガス管が非常に短く、ガス管における圧力損失をあまり考慮しなくても良いため、ノズルの入口の圧力を確保することができる。
【００５１】
本明細書に記載されている実施例はいずれも大気環境で作動させるものである。本発明に係る車両型クライミングロボットは液体環境で作動させることもでき、例えば、本発明に係る車両型クライミングロボットは深海で作動させることができる。車両型ロボットを液体環境で作動させる際に、ウォーターポンプを利用して接線方向ノズルに高圧水流を供給することができ、水流がノズルから噴出されて中空円筒内に旋回流を形成する。圧迫力が生じる原理は実施例１〜５と同じである。ここで、高圧気体源や高圧液体源を高圧流体源と総称する。
【００５２】
圧迫力を大きくするために、吸着機構は１つに限らず、複数であってもよい。
【００５３】
なお、本発明に係る実施例に記載されている内容は本願発明の構想を実施する形態の例として挙げられたものに過ぎなく、本発明の保護範囲は実施例に述べた具体的形式のみに限定されると見なされるべきではなく、当業者が本発明の構想を基にして想到可能な同等の技術手段も本発明の範囲内に含まれる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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