特開 2017-213663 吸着装置、飛行ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-213663(P2017-213663A)

(43)【公開日】2017年12月7日

(54)【発明の名称】吸着装置、飛行ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/06 20060101AFI20171110BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20171110BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20171110BHJP

   B64C 25/32 20060101ALI20171110BHJP

   F16B 47/00 20060101ALI20171110BHJP

【ＦＩ】

   B25J15/06 E

   B64C27/08

   B64C39/02

   B64C25/32

   F16B47/00 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-110767(P2016-110767)

(22)【出願日】2016年6月2日

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】塚越 秀行

(72)【発明者】

【氏名】長田 勇一

【テーマコード（参考）】

3C707

3J038

【Ｆターム（参考）】

3C707CS08

3C707FS01

3C707FS08

3C707FS10

3C707FU04

3C707FU06

3C707GU06

3C707LV22

3C707WA26

3J038AA02

3J038CA09

3J038CB05

(57)【要約】

【課題】さまざまな対象物に対しても吸着可能な吸着装置あるいは吸着ヘッドを提供する。
【解決手段】本体２０は、基体２１と、対象物１との間に吸着力を発揮する吸着手段２２と、を有し、吸着状態において密閉空間をなす凹部２４が形成される。逆止弁４０は、圧力制御装置６０と凹部２４とを連通する流路５２上に設けられ、圧力制御装置６０による減圧状態において凹部２４から圧力制御装置６０に向かう流れを許し、圧力制御装置６０による加圧状態において反対の流れを阻止する。バルーン３０は凹部２４内に設けられ、圧力制御装置６０と接続され、圧力制御装置６０による加圧状態において膨張する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、対象物との間に吸着力を発揮する吸着手段と、を有し、吸着状態において密閉空間をなす凹部が形成される本体と、
圧力制御装置と前記凹部とを連通する流路上に設けられ、前記圧力制御装置による減圧状態において前記凹部から前記圧力制御装置に向かう流れを許し、前記圧力制御装置による加圧状態において反対の流れを阻止する逆止弁と、
前記圧力制御装置と接続され、前記圧力制御装置による加圧状態において膨張する、前記凹部内に設けられたバルーンと、
を備えることを特徴とする吸着装置。

【請求項2】

前記バルーンには開口部が設けられ、前記逆止弁は前記開口部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の吸着装置。

【請求項3】

前記逆止弁は、前記バルーンの内壁に沿って前記開口部とオーバーラップして設けられ、その一部が前記開口部の近傍において前記内壁と接合されているチェック弁層を含むことを特徴とする請求項２に記載の吸着装置。

【請求項4】

前記吸着手段の吸着力は、粘着力、磁力、静電気力、ファンデルワールス力のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の吸着装置。

【請求項5】

前記吸着手段は、粘着性および弾性を有する粘着部材を含み、前記基体の前記対象物との接触面側に取り付けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の吸着装置。

【請求項6】

凹部を有する本体と、
粘着性および弾性を有し、前記本体の接触面側に前記凹部を囲む態様にて取り付けられる環状の粘着部材と、
前記本体の前記凹部および前記粘着部材によって囲まれる密閉空間に収容され、開口部を有するバルーンと、
前記バルーンの前記開口部に設けられ、前記バルーンの内部から外部へ向かう流れを阻止し、前記バルーンの外部から内部へ向かう流れを許す逆止弁と、
前記バルーンの内部の圧力を制御する圧力制御装置と、
を備えることを特徴とする吸着装置。

【請求項7】

吸着状態において前記密閉空間の圧力を測定する圧力センサをさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の吸着装置。

【請求項8】

前記圧力制御装置は、
ポンプと、
第１状態において前記ポンプの第１端を前記逆止弁および前記バルーンと接続し、第２状態において、前記ポンプの前記第１端を排気弁と接続する第１電磁弁と、
前記第１状態において、前記ポンプの第２端を吸気弁と接続し、前記第２状態において前記ポンプの前記第２端を前記逆止弁および前記バルーンと接続する第２電磁弁と、
を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の吸着装置。

【請求項9】

マルチコプターと、
前記マルチコプターに取り付けられた請求項１から８のいずれかに記載の吸着装置と、
を備えることを特徴とする飛行ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸着装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物体（ワーク）を運搬する運搬機構や、物体を壁面などの建造物の一部に固定させる用途に、吸着装置が利用される。吸着装置としては、磁石を用いたもの、粘性を用いたものの他、特許文献１や２に記載される真空吸着パッドを用いたものが知られている。

【0003】

真空吸着パッドを用いた吸着装置は、円錐形状の弾性体で形成される吸着パッドを有し、吸着パッドを対象物と接触させて密閉した後、吸着パッドと対象物との間に生ずる密閉空間を負圧にし、それにより吸着パッドと対象物の間に吸着力を発生させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−９４３７０号公報

【特許文献2】特開２００３−１９１１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

こうした従来の真空吸着パッドは、平坦な対象物に対しては有効であるが、凹凸を有する対象物に対する吸着力が弱いという問題がある。

【0006】

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、さまざまな対象物に対しても吸着可能な吸着装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は、吸着装置に関する。吸着装置は、本体と、逆止弁と、バルーンと、を備える。本体は、基体と、対象物との間に吸着力を発揮する吸着手段と、を有し、さらに吸着状態において密閉空間をなす凹部が形成されている。逆止弁は、圧力制御装置と凹部とを連通する流路上に設けられ、圧力制御装置による減圧状態において凹部から圧力制御装置に向かう流れを許し、圧力制御装置による加圧状態において反対の流れを阻止する。バルーンは圧力制御装置と接続されており、凹部内に設けられ、圧力制御装置による加圧状態において膨張する。

【0008】

圧力制御装置によって減圧状態を発生すると、凹部が形成する密閉空間が減圧されて負圧状態が形成され、吸盤として機能する。この吸盤の吸着力と吸着手段の吸着力が発揮されることにより、さまざまな対象物に吸着することができる。また、バルーンを加圧して膨張させると、吸盤としての機能が失われ、さらにバルーンが対象物を押すことにより、吸着手段による吸着を解除でき、吸着装置のヘッド部分を対象物から離脱させることができる。

【0009】

バルーンには開口部が設けられ、逆止弁は開口部に設けられてもよい。この場合、バルーンの内部が、密閉空間と圧力制御装置とを連通する流路として機能し、構造を簡素化できる。

【0010】

逆止弁は、バルーンの内壁に沿って開口部とオーバーラップして設けられ、その一部が開口部の近傍において内壁と接合されているチェック弁層を含んでもよい。チェック弁層は、バルーン内部を加圧すると開口部を塞ぎ、バルーン内部を減圧すると、チェック弁層から離れるように変形する。これにより逆止弁の機能を実現できる。

【0011】

吸着手段の吸着力は、粘着力、磁力、静電気力、ファンデルワールス力のいずれかであってもよい。

【0012】

吸着手段は、粘着性および弾性を有する粘着部材を含み、基体の対象物との接触面側に取り付けられてもよい。粘着部材は、ウレタンゲル、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）であってもよい。この場合の吸着手段は、密閉空間の密閉性を高める機能も発揮することとなり、吸盤としての吸着力をさらに高めることができる。

【0013】

本発明の別の態様も、吸着装置に関する。吸着装置は、凹部を有する本体と、粘着性および弾性を有し、本体の接触面側に凹部を囲む態様にて取り付けられる環状の粘着部材と、本体の凹部および粘着部材によって囲まれる密閉空間に収容され、開口部を有するバルーンと、バルーンの開口部に設けられ、バルーンの内部から外部へ向かう流れを阻止し、バルーンの外部から内部へ向かう流れを許す逆止弁と、バルーンの内部の圧力を制御する圧力制御装置と、を備える。

【0014】

吸着装置は、密閉空間の圧力を測定する圧力センサをさらに備えてもよい。これにより、吸着状態と非吸着状態を判別でき、あるいは吸着状態における吸着力を推定することができる。

【0015】

吸着装置は、バルーンの圧力を制御する圧力制御装置と、バルーンと圧力制御装置を接続するチューブと、をさらに備えてもよい。

【0016】

吸着装置は、チューブ内に設けられたフィルタをさらに備えてもよい。これにより、ほこりやごみを除去できる。

【0017】

圧力制御装置は、ポンプと、第１状態においてポンプの第１端をバルーンと接続し、第２状態において、ポンプの第１端を排気側と接続する第１電磁弁と、第１状態において、ポンプの第２端を吸気側と接続し、第２状態においてポンプの第２端をバルーンと接続する第２電磁弁と、を含んでもよい。これによりひとつのポンプで、加圧状態と減圧状態を生成できる。

【0018】

本発明の別の態様は飛行ロボットに関する。飛行ロボットは、マルチコプターと、マルチコプターに取り付けられた上述のいずれかの吸着装置と、を備えてもよい。
吸着装置は、マルチコプターの上側に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、天井に張り付くことが可能となる。吸着装置は、マルチコプターの前方に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、壁面に張り付くことが可能となる。吸着装置は、マルチコプターの下方に取り付けられてもよい。これにより、飛行ロボットは、対象物を搬送することが可能となる。

【発明の効果】

【0019】

本発明のある態様に係る吸着装置によれば、さまざまな対象物に吸着可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る吸着装置の断面図であり、図１（ｂ）はその底面側からみた平面図である。

【図2】図２（ａ）は、図１の吸着ヘッドと対象物との吸着動作を、図２（ａ）は、吸着ヘッドの対象物からの離脱動作を示す図である。

【図3】図３（ａ）は、バルーンおよび逆止弁の組立斜視図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は、図３（ａ）の逆止弁の動作を説明する図である。

【図4】図４（ａ）、（ｂ）は、作製した吸着装置の吸着力の測定結果を示す図である。

【図5】図５（ａ）、（ｂ）は、圧力制御装置の構成例を示す図である。

【図6】第２の実施の形態に係る吸着ヘッド（吸着装置）の断面図である。

【図7】図７（ａ）、（ｂ）は、図６の吸着装置の流体回路を示す図である。

【図8】第３の実施の形態に係る吸着ヘッド（吸着装置）の断面図である。

【図9】図９（ａ）〜（ｃ）は、バルーンの変形例を示す図である。

【図10】図１０（ａ）、（ｂ）は、吸着装置を備える飛行ロボットの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0022】

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る吸着装置の断面図であり、図１（ｂ）はその底面側からみた平面図である。吸着装置１０は、対象物１に吸着する。対象物１は特に限定されず、建物や橋梁の壁面、天井、柱などであってもよい。あるいは、対象物１は、工業製品、電子部品、食品、半導体ウェハなどであってもよい。

【0023】

吸着装置１０は、本体２０、バルーン３０、逆止弁４０、チューブ５０、圧力制御装置６０を備える。本体２０、バルーン３０、逆止弁４０を、吸着ヘッド１２とも称する。吸着ヘッド１２は、圧力制御装置６０と着脱可能であってもよい。

【0024】

本体２０は、基体２１および吸着手段２２を備える。吸着手段２２は、対象物１との間に吸着力を発揮する。本体２０には、吸着状態において対象物１との間に密閉空間をなす凹部２４が形成されている。

【0025】

基体２１の材質は特に限定されないが、ゴム、エラストマー、プラスチックなどを用いることができる。一例としてニトリルを用いてもよい。また基体２１の形状は底面側からみたときに円形であることが好ましいが、矩形や楕円、多角形等であってもよい。

【0026】

吸着手段２２の吸着力は、粘着力、磁力、静電気力のいずれかを利用することができる。本実施の形態において吸着力は粘着力であり、吸着手段２２は、基体２１の対象物との接触面側に、凹部２４を囲む態様にて取り付けられる環状の粘着部材である。別の観点からみると、吸着手段２２が、凹部２４の外形をなしているとも言える。粘着部材は、ウレタンゲルなどの粘着性および弾性を有する材料が好適である。

【0027】

逆止弁４０は、圧力制御装置６０と凹部２４とを連通する流路５２上に設けられ、（i）圧力制御装置６０による減圧状態において、凹部２４から圧力制御装置６０に向かう流れを許し、（ii）圧力制御装置６０による加圧状態において反対の流れを阻止する。逆止弁４０の構造、形式は特に限定されず、ボール式、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、フート式などを用いることができる。

【0028】

バルーン３０は、本体２０の凹部２４内に収容されており、チューブ５０を介して圧力制御装置６０と接続され、バルーン３０の内部３２に収容される空気や窒素などの気体の圧力が、圧力制御装置６０によって制御可能となっている。バルーン３０は内部３２の加圧状態において、凹部２４からはみ出るように膨張する。チューブ５０の内部には、フィルタ５４を設けてもよい。これにより、動作中に吸い込んだほこりやごみを除去できる。

【0029】

より詳しくは、本実施の形態において、バルーン３０には開口部３４が設けられ、この開口部３４は、圧力制御装置６０と凹部２４とを連通する流路５２を形成する。そして逆止弁４０は、開口部３４に設けられる。逆止弁４０は、バルーン３０を加圧したとき、言い換えればバルーン３０の内部３２の圧力の方が凹部２４の圧力より高いときに閉状態となり、したがってバルーン３０は膨張する。バルーン３０を減圧したとき、言い換えればバルーン３０の内部３２の圧力の方が凹部２４の圧力より低いときには逆止弁４０は開状態となり、したがって凹部２４が減圧される。

【0030】

図１（ａ）では、開口部４４がバルーン３０の底面側に形成されるが、バルーン３０の上面側に形成してもよい。

【0031】

以上が吸着装置１０の構成である。続いてその動作を説明する。図２（ａ）は、図１の吸着ヘッド１２と対象物１との吸着動作を、図２（ａ）は、吸着ヘッド１２の対象物１からの離脱動作を示す。

【0032】

図２（ａ）を参照し、吸着動作を説明する。吸着ヘッド１２と対象物１が接触すると、吸着手段２２の粘着力によって、対象物１との間に吸着力が発生する。そして対象物１と本体２０によって密閉空間が形成される。吸着手段２２は粘弾性を有するため、吸着手段２２と対象物１は密着することとなり、密閉空間の空気の漏れを非常に小さくできる。これは吸盤としての吸着力を高めることに寄与する。

【0033】

圧力制御装置６０によってバルーン３０の内部３２を減圧すると、逆止弁４０が開状態となり、開口部３４を介して内部３２と凹部２４が連通する。この状態では、バルーン３０の内部３２の内部圧と本体２０の密閉空間の圧力は実質的に等しくなる。バルーン３０の内部３２を減圧すると、それにともなって凹部２４が対象物１とともに形成する密閉空間の圧力ｐが低下する。密閉空間に負圧ｐ＜ｐ_ＥＸＴ（ｐ_ＥＸＴは大気圧）が形成されると、本体２０および吸着手段２２が吸盤として機能し、吸着力が発生する。以上が吸着動作である。

【0034】

続いて図２（ｂ）を参照し、離脱動作を説明する。圧力制御装置６０によってバルーン３０の内部３２を加圧すると、逆止弁４０が閉状態となり、開口部３４が塞がれる。この状態でバルーン３０の内部３２を加圧すると、バルーン３０が膨張する。バルーン３０の膨張によって凹部２４の負圧状態が解除され、吸盤としての機能が失われる。さらにバルーン３０を膨張させると、バルーン３０が対象物１を押す力が発生する。この力が、吸着手段２２と対象物１の間の吸着力（粘着力）を上回ると、吸着手段２２が対象物１から剥がされ、吸着ヘッド１２が対象物１から完全に離脱する。

【0035】

以上が吸着装置１０の動作である。吸着装置１０の利点を説明する。吸着装置１０は、吸盤による吸着力と吸着手段２２による粘着力の合力によって、対象物１に吸着する。すなわち吸着手段２２の粘着性によって、表面に凹凸形状を有する対象物１に対して、確実に吸着することができる。また吸着手段２２が対象物１に対して密着することで、吸着装置１０と対象物１の間に形成される密閉空間の気密性を高めることができるため、吸盤としての吸着力を高めることができる。つまり吸着手段２２による吸着力（粘着力）と、吸盤としての吸着力が相乗効果を発揮する。

【0036】

対象物１が棒状等であり、密閉空間を形成できない場合には、吸盤としての機能が発揮されないが、この場合にも、吸着手段２２の粘着力によって、吸着ヘッド１２は対象物１に吸着することができる。

【0037】

また圧力制御装置６０に故障や異常が発生して吸盤の吸着力が低下した場合に、吸着手段２２の粘着力によって吸着状態を維持できる。

【0038】

続いて吸着装置１０の具体的な構成例を説明する。図３（ａ）は、バルーン３０および逆止弁４０の組立斜視図である。バルーン３０は、第１シート７０および第２シート７２を含む。第１シート７０、第２シート７２は、たとえばウレタンシートであってもよい。第１シート７０、第２シート７２は、実質的に同一径を有し、それらの縁部７４において接合されている。接合は、溶着が好ましいが接着剤を用いてもよい。第１シート７０には開口７６が設けられ、チューブ５０が開口７６と接合される。また第２シート７２には、図１の開口部３４に相当する開口７８が設けられる。

【0039】

チェック弁層８０は、バルーンの内壁をなす第２シート７２の表面側に開口部３４（７８）とオーバーラップして設けられる。チェック弁層８０は、そのハッチングを付した一部８２が開口部３４の近傍において内壁（第２シート７２の表面）と接合されている。

【0040】

図３（ｂ）、（ｃ）は、逆止弁４０の動作を説明する図である。図３（ｂ）は加圧状態を示す。バルーン３０の内部３２を加圧すると、チェック弁層８０が第２シート７２に抑え付けられて開口７８が塞がり、逆止弁４０が閉状態となる。図３（ｃ）は減圧状態を示す。バルーン３０の内部３２を減圧すると、チェック弁層８０の非接合箇所が、第２シート７２から離間するように変形し、逆止弁４０が開状態となり、開口７８を介した流路８４（図１（ａ）の流路５２）が形成される。

【0041】

なお図３では、チェック弁層８０は、その二辺において第２シート７２と接合されるが、１辺のみ、あるいは３辺において第２シート７２と接合されてもよい。またチェック弁層８０の形状は矩形に限定されるものでもない。

【0042】

また逆止弁４０をバルーン３０の上側に設ける場合、第１シート７０側に開口７８を形成し、開口７８とオーバーラップしてチェック弁層８０を接合すればよい。

【0043】

本発明者らは、吸着装置１０を作製し、その特性を測定した。作製した吸着装置１０は、バルーン３０および逆止弁４０については、図３の構造を有しており、第１シート７０、第２シート７２は、エクシールコーポレーション社製の人肌ゲル（ウレタンゲル）を厚さ０．２ｍｍに成形したものを用いている。第１シート７０、第２シート７２の厚みは０．２ｍｍである。また第１シート７０、第２シート７２の直径は４４ｍｍ、第１シート７０、第２シート７２の縁部幅は２ｍｍである。開口７８の直径は１ｍｍである。逆止弁４０付きのバルーン３０の重量は０．８ｇであり、耐圧は０．３ＭＰａ以上である。また加圧前のバルーン３０の厚みは０．７ｍｍであり、加圧状態の厚みは２５ｍｍとなった。本体２０は、ＰＩＳＣＯ社製の真空パッド（品番ＶＰＡ５０ＲＮ６Ｊ）を用いた。

【0044】

図４（ａ）、（ｂ）は、作製した吸着装置１０の吸着力の測定結果を示す図である。図４（ａ）には、アルリル板に対する吸着力が、図４（ｂ）には、凹凸を有する石膏ボードに対する吸着力が示される。図４（ａ）、（ｂ）には、測定結果（Experiment）とともに、理論計算値（Theoretical）が示される。縦軸は力Ｆを、横軸は圧力ｐを表している。

【0045】

吸着装置１０が発生する吸引力Ｆは、式（１）で与えられる。
Ｆ＝Ｆ_{ＳＵＣＫＥＲ}＋Ｆ_ＧＥＬ …（１）
Ｆ_{ＳＵＣＫＥＲ}は、吸盤としての吸引力であり、式（２）で表され、密閉空間の圧力ｐ［Ｐａ］に比例する。
Ｆ_{ＳＵＣＫＥＲ}＝Ｓ１×ｐ …（２）
ただしＳ１は、図１（ａ）において吸着手段２２に囲まれる面積［ｍ^２］である。

【0046】

またＦ_ＧＥＬは、吸着手段２２の粘着力であり、式（３）で表される。
Ｆ_ＧＥＬ＝Ｓ２×ｐ_ＧＥＬ …（３）
Ｓ２は吸着手段２２と対象物１の接触面積［ｍ^２］であり、ｐ_ＧＥＬは吸着手段２２の単位面積あたりの粘着力［Ｐａ］である。ｐ_ＧＥＬは、対象物１に依存する定数である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、理論計算値と実測値はよく一致してる。図４（ａ）、（ｂ）において、圧力ｐをゼロとしたときの力Ｆは、粘着力Ｆ_ＧＥＬに相当し、また力Ｆの傾きは、面積Ｓ１に応じている。

【0047】

比較のために、直径５０ｍｍの市販の吸盤を石膏ボードに貼付けを試みたが、吸着力は発揮されず、貼り付くことはできなかった。実施の形態に係る吸着装置１０によれば、従来の吸盤が貼り付くことができない凹凸面に対しても、強い吸着力が発揮されることが示されている。

【0048】

続いて、圧力制御装置６０の構成例を説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、圧力制御装置６０の構成例を示す図である。図５（ａ）は加圧状態を、図５（ｂ）は減圧状態を示す。
圧力制御装置６０は、ポンプ６２、第１電磁弁６４、第２電磁弁６６を備える。

【0049】

ポンプ６２は、吸気側の第１端、排気側の第２端を有する。第１電磁弁６４は、第１状態φ１においてポンプ６２の第１端をバルーン３０と接続し、第２状態φ２において、ポンプ６２の第１端を排気弁６８と接続する。第２電磁弁６６は、第１状態φ１において、ポンプ６２の第２端を吸気弁６９と接続し、第２状態φ２においてポンプ６２の第２端をバルーン３０と接続する。

【0050】

この圧力制御装置６０によればひとつのポンプ６２で、図５（ａ）の加圧状態と図５（ｂ）の減圧状態を生成できる。圧力制御装置６０（あるいは吸着装置１０）は、密閉空間の圧力を測定する圧力センサ９０をさらに備えてもよい。吸着状態において、チューブ５０、バルーン３０の内部３２、密閉空間の圧力は実質的に等しい。そこで圧力センサ９０は、本体２０に取り付けられて、密閉空間の圧力を直接的に測定してもよいし、チューブ５０あるいは圧力制御装置６０に取り付けられて、密閉空間の圧力を間接的に測定してもよい。

【0051】

密閉空間の圧力ｐを測定することにより、吸着装置１０が吸着状態にあるか、離脱状態にあるかを検出できる。また吸着状態において、どれほどの吸着力が発生しているかを推定することができる。

【0052】

さらに圧力センサ９０の出力にもとづいて推定される吸着力が所定のしきい値より高い場合にはポンプ６２を動作させ、推定される吸着力がしきい値より小さい場合には、ポンプ６２を再始動してもよい。このようにポンプ６２を圧力センサ９０の出力に応じて間欠動作させることにより、エネルギー効率を高めることができる。

【0053】

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る吸着ヘッド１２ａ（吸着装置１０ａ）の断面図である。第１の実施の形態では、バルーン３０に流路５２をなす開口部３４が設けられたが、第２の実施の形態では、基体２１に、凹部２４と圧力制御装置６０とを連通する流路５２が設けられ、逆止弁４０は、流路５２上に設けられている。図６では逆止弁４０をボール弁として示すが、その限りではない。

【0054】

第２の実施の形態によれば、バルーン３０上に逆止弁４０を形成する場合に比べて、逆止弁４０の形状、構造、大きさに対する制約を緩和できる。なおこの場合も、圧力制御装置６０に図５（ａ）、（ｂ）と同様に構成を適用してもよく、この場合、吸着装置１０全体は、図７（ａ）、（ｂ）に示す回路で表せる。

【0055】

（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係る吸着ヘッド１２ｂ（吸着装置１０ｂ）の断面図である。これまでの吸着装置１０では、吸着手段２２が対象物１と密着することで、吸盤の密閉空間の気密性が確保されていた。第３の実施の形態では、密閉空間の気密性を高めるための弾性部材２６が、吸着手段２２ｂとは別に設けられている。弾性部材２６には粘着性は不要であり、対象物１に対して密着可能な粘弾性を有していればよい。この場合、吸着手段２２には密閉空間の気密性を高める機能は不要であるため、吸着手段２２は必ずしも凹部２４を囲む環状である必要は無い。

【0056】

以上、吸着装置１０について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

【0057】

（バルーンについて）
図９（ａ）〜（ｃ）は、バルーン３０の変形例を示す図である。図９（ａ）のバルーン３０ａはドーナツ型である。すでに説明したバルーン３０の場合、図２（ｂ）に示したように、膨張による離脱時に、対象物１に対して底面側の狭い領域のみで接することとなる。したがって吸着ヘッド１２の上に、質量の大きな物体が取り付けられている場合、物体が接地領域を支点として傾き、バランスが損なわれる場合がある。図９（ａ）のドーナツ型のバルーン３０ａでは、対象物１に対して、広い面積で接することができるため、離脱時のバランスを保つことができる。

【0058】

またバルーン３０ａと吸着手段２２は、同心のドーナツ形状であるため、バルーン３０ａによる離脱力は、吸着手段２２が発生する吸着力に沿って発生する。したがって吸着手段２２の全周を均一に、対象物１から引きはがすことができる。

【0059】

図９（ｂ）のバルーン３０ｂは、加圧により高さ方向に伸延する円柱形状であり、たとえばベローズであってもよい。バルーン３０ｂを円柱状とすることで、離脱時の対象物１との接地面積を大きくでき、点接地に比べてバランスを改善できる。またドーナツ状の場合と同様に、吸着手段２２の全周を均一に対象物１から引きはがすことができる。

【0060】

図９（ｃ）のバルーン３０ｃは、らせん状のチューブであり、加圧により高さ方向に伸延する。

【0061】

（吸着手段について）
これまでの実施の形態では、吸着手段２２として、粘着力を有する粘着部剤を用いたが、それには限定されない。吸着手段２２は磁力、静電気力あるいはファンデルワールス力を利用してもよい。たとえば対象物１が金属である場合には、吸着手段２２として永久磁石を用いてもよい。

【0062】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【0063】

（用途）
最後に、吸着装置１０の用途の一例を説明する。図１０（ａ）、（ｂ）は、吸着装置１０を備える飛行ロボット１００の斜視図である。飛行ロボット１００は、マルチコプター１０２と、少なくともひとつの吸着装置１０を備える。飛行ロボット１００は、危険建物内や橋梁検査、放射線濃度が高い現場など、人間の進入が困難な作業環境において、人間に代わり情報収集やメンテナンス作業を行う無人飛行ロボット(Unmanned Aerial Vehicle :ＵＡＶ）であってもよい。

【0064】

図１０（ａ）のマルチコプター１０２は、マルチコプター１０２の上側に設けられた吸着装置１０＿１と、マルチコプター１０２の前方に設けられた吸着装置１０＿２と、を備える。吸着装置１０＿１によって天井への吸着が可能となり、吸着装置１０＿２によって壁面への吸着が可能となる。

【0065】

マルチコプター１０２は１ｋｇ以下のものが多く市販されており、図４に示すように、吸着装置１０によれば数十Ｎの吸着力を発揮できるため、１ｋｇの機体を壁面や天井に固定しておくことは容易である。

【0066】

飛行ロボット１００はバッテリで飛行するため、飛行時間には限りがあり、従来の飛行ロボットの作業時間は、バッテリ容量によって制約を受けていた。これに対して図１０（ａ）の飛行ロボット１００では、壁面や天井に吸着して静止することができる。静止状態においては、プロペラの回転を停止することにより、飛行ロボット１００の作業時間を飛躍的に延ばすことが可能となる。上述のように吸着装置１０は、凹凸を有する対象物１に対して大きな吸着力を発揮できるため、機体を、コンクリート、石膏ボード、塗装された鉄骨などさまざまな構造体に固定することができる。

【0067】

図１０（ｂ）の飛行ロボット１００はマルチコプター１０２の下側に吸着装置１０＿３を備える。吸着装置１０＿３によって、さまざまな形状、構造を有する対象物１を把持し、それを搬送することが可能となる。

【0068】

吸着装置１０＿１〜１０＿３において、吸着手段２２にウレタンゲルなどの粘着部材を用いると、機体の着脱を繰り返すうちに粘着力が低下していく。そこで、飛行ロボット１００には、吸着手段２２を清掃する清掃手段を設けてもよい。清掃手段は、アルコールなどの洗浄液を染みこませた刷毛と、刷毛と吸着手段を接触させながら相対的に移動せしめるアクチュエータで構成してもよい。

【0069】

そのほか、吸着装置１０は、産業用ロボット、工場の生産ラインのマニピュレータなどにも利用可能である。

【0070】

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0071】

１…対象物、１０…吸着装置、１２…吸着ヘッド、２０…本体、２１…基体、２２…吸着手段、２４…凹部、２６…弾性部材、３０…バルーン、３２…内部、３４…開口部、４０…逆止弁、５０…チューブ、５２…流路、５４…フィルタ、６０…圧力制御装置、６２…ポンプ、６４…第１電磁弁、６６…第２電磁弁、６８…排気弁、６９…吸気弁、７０…第１シート、７２…第２シート、７４…縁部、７６，７８…開口、８０…チェック弁層、１００…飛行ロボット、１０２…マルチコプター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】