特許 7582745 吸着状態判別装置、吸着状態判別装置を備える吸着装置、吸着装置を備える無人飛行体またはロボット、吸着状態判別方法、吸着装置の制御方法、および、吸着状態判別プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】吸着状態判別装置、吸着状態判別装置を備える吸着装置、吸着装置を備える無人飛行体またはロボット、吸着状態判別方法、吸着装置の制御方法、および、吸着状態判別プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/02 20060101AFI20241106BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20241106BHJP

   H01F 7/20 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01F7/02 F

B25J15/06

H01F7/20 Z

H01F7/20 H

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020201561

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089281

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(73)【特許権者】

【識別番号】503420833

【氏名又は名称】学校法人常翔学園

(74)【代理人】

【識別番号】100137486

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 雅直

(72)【発明者】

【氏名】東 善之

(72)【発明者】

【氏名】山崎 健太

(72)【発明者】

【氏名】増田 新

(72)【発明者】

【氏名】三浦 奈々子

【審査官】右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１７５５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０８６７９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２２４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５０５６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／００４５５９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１６５２２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２１－５１５３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０９１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０６８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１８８３１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－３１６０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１８６９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０３３３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２４２３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０５４１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６８５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１０５３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／０２

Ｂ２５Ｊ １５／０６

Ｈ０１Ｆ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石と少なくとも一つのヨークとを備え、前記ヨークに設定された吸着面を介して吸着対象物に吸着する吸着装置における吸着状態の良否を判別する吸着状態判別装置を備える吸着装置であって、
前記吸着状態判別装置は、
前記ヨークの所定位置に設けられて、磁束密度を検出するセンサと、
前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を規定する関係式を用いて、前記センサが検出した磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別する判別部と、
を備えており、
コイルと、
前記コイルに電流を供給する電流供給部と、
前記センサが検出した磁束密度に基づいて、励磁状態にある前記吸着面が吸着対象物に接触したことを検知する接触検知部と、
を備え、
前記永久磁石が、第１保磁力を有する第１永久磁石と、前記第１保磁力より低い第２保磁力を有する第２永久磁石と、を含んで構成されており、
前記電流供給部が、前記コイルに第１電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と同じ向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着可能な励磁状態に設定され、
前記電流供給部が、前記コイルに第２電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と逆の向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着しない非励磁状態に設定され、
前記吸着対象物が前記吸着面に接触していない状態で、前記電流供給部が前記コイルに前記第１電流を供給して、前記吸着面を励磁状態に設定し、その後、前記接触検知部により前記吸着面が前記吸着対象物に接触したことが検知された場合に、前記電流供給部が前記コイルに前記第１電流を供給して、前記吸着面を再度励磁状態に設定する
ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項2】

請求項１に記載の吸着装置において、
前記関係式が、前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を定式化した線形関数である、ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の吸着装置において、
前記ヨークにおける前記永久磁石の磁化方向と平行な面に、前記センサが設けられる、ことを特徴とする、吸着状態判別装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の吸着装置において、
前記ヨークにおける前記吸着面と非平行な面を前記吸着面の法線方向に３等分割したときの前記吸着面に最も近い分割領域に、前記センサが設けられる、
ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項5】

請求項１から３のいずれかに記載の吸着装置において、
前記ヨークにおける前記吸着面と非平行な面を前記吸着面の法線方向に３等分割したときの中央の分割領域に、前記センサが設けられる、
ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項6】

請求項１から４のいずれかに記載の吸着装置において、
前記ヨークにおける前記永久磁石の磁化方向と平行な面が、前記吸着面とされる、
ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項7】

請求項６に記載の吸着装置において、
前記永久磁石の磁化方向について、前記永久磁石を挟んで一対のヨークが設けられる、
ことを特徴とする、吸着装置。

【請求項8】

請求項１に記載の吸着装置を備えることを特徴とする、無人飛行体。

【請求項9】

請求項１に記載の吸着装置を備えることを特徴とする、ロボット。

【請求項10】

永久磁石と少なくとも一つのヨークとを備え、前記ヨークに設定された吸着面を介して吸着対象物に吸着する吸着装置における吸着状態の良否を判別する吸着状態判別装置を備える吸着装置の制御方法であって、
前記吸着状態判別装置は、
前記ヨークの所定位置に設けられて、磁束密度を検出するセンサと、
前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を規定する関係式を用いて、前記センサが検出した磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別する判別部と、
を備えており、
前記吸着装置が、
コイルと、
前記コイルに電流を供給する電流供給部と、を備え、
前記永久磁石が、第１保磁力を有する第１永久磁石と、前記第１保磁力より低い第２保磁力を有する第２永久磁石と、を含んで構成されており、
前記電流供給部が、前記コイルに第１電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と同じ向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着可能な励磁状態に設定され、
前記電流供給部が、前記コイルに第２電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と逆の向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着しない非励磁状態に設定される、ものであり、
前記吸着対象物が前記吸着面に接触していない状態で、前記電流供給部に前記コイルに前記第１電流を供給させて、前記吸着面を励磁状態に設定する非接触励磁工程と、
前記センサが検出した磁束密度に基づいて、励磁状態にある前記吸着面が吸着対象物に接触したことを検知する接触検知工程と、
前記接触検知工程において、前記吸着面が前記吸着対象物に接触したことが検知された場合に、前記電流供給部に前記コイルに前記第１電流を供給させて、前記吸着面を再度励磁状態に設定する再励磁工程と、
を備える、ことを特徴とする吸着装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石とヨークを含んで構成される吸着装置に適用される技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ドローンと呼ばれる、プロペラ（回転翼）を有する無人飛行体（無人航空機）を利用して、人が直接に検査することが難しい構造物（例えば、橋梁）等の検査を行わせることが試みられている。これにあたって、無人飛行体に磁力を利用した吸着装置を搭載しておき、これを構造物に吸着させることで無人飛行体を構造物に対して固定して、その詳細な検査を行わせることが考えられている。こうすれば、検査が行われる間、無人飛行体のプロペラを回転させ続けて揚力を維持する必要がないため、長時間に亘る検査も難なく行うことが可能となる。

【0003】

ところで、橋梁等の構造物の多くは、鋼鉄材料で形成された基体部分の表面に、塗装が施されている。また、構造物の表面には、汚れが付着していたり、錆びが発生していたり、凹凸が存在していたりすることも多い。磁力を利用した吸着装置をこのような箇所に吸着させた場合、基体部分と磁石が十分に接近することができないために、十分な吸着力が発揮されない可能性がある。十分な吸着力が発揮されていない状態で、無人飛行体のプロペラが停止されてしまうと、最悪の場合、無人飛行体が墜落してしまう。

【0004】

このような事態を回避するためには、吸着装置で十分な吸着力が発揮されているか否か（すなわち、吸着状態の良否）を判別する技術が必要となる。

【0005】

これに関し、例えば特許文献１では、電磁石を利用した吸着装置（吊上電磁石）において、電磁石の吸着面に磁気感応素子を埋め込み、これで吸着面の磁束密度を検出して、下記の演算式を用いて、吸着力を算出することが提案されている。
Ｆ＝Ｂ^２Ｓ／（２μ×９．８） [ｋｇ]
ただし、この演算式において、「Ｂ」は吸着面の磁束密度であり、「Ｓ」は吸着面の有効当たり面積であり、「μ」は透磁率である。

【0006】

また例えば特許文献２では、永久磁石とその磁力を打ち消す磁力を発生する電磁石とを組み合わせた吸着装置において、電磁石における電圧の時間変化に基づいて、吸着力を推定することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開昭５６－３３３７９号公報

【文献】特開２０１７－１６８５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１の技術は、電磁石の特性に基づく演算式で吸着力を算出するものである。したがって、当然のことながら、永久磁石を利用した吸着装置に特許文献１の技術を適用しても、実用に足る十分な精度で吸着力を推定することはできず、吸着状態の良否を正しく判別することが難しい。また、特許文献２の技術は、その適用範囲が、永久磁石とその磁力を打ち消す磁力を発生する電磁石とを組み合わせた吸着装置に限定されてしまう。このように、永久磁石を利用した吸着装置に幅広く適用されて吸着状態の良否を適切に判別できる汎用性を有する技術は、従来存在しなかった。

【0009】

永久磁石を利用した吸着装置と一言でいっても、その実態は様々である。最も基本的なものは、単独の永久磁石の磁力をそのまま利用する吸着装置であるが、特許文献２に記載されているように、永久磁石とその磁力を打ち消す磁力を発生する電磁石とを組み合わせた吸着装置もある。また、近年では、保磁力が高い第１永久磁石（例えばネオジム磁石）と、保磁力が低い第２永久磁石（例えばアルニコ磁石）を組み合わせて、これらに巻回されたコイルにパルス状の電流を与えて第２永久磁石の磁化方向を反転させることで、両永久磁石の磁化方向が同じ向きとなって吸着力が発揮される状態と、両永久磁石の磁化方向が逆の向きとなって吸着力が発揮されない状態とを切り換え可能とした吸着装置の実用化も進んでいる。

【0010】

また、永久磁石を利用した吸着装置では、吸着力を高めるために、永久磁石にヨークが組み合わされることも多い。ところが、ヨークが組み合わされる場合、永久磁石そのものの磁力と実際に発揮される吸着力との関係が複雑になるため、吸着状態の良否を判別することが特に難しくなる。

【0011】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、永久磁石とヨークを含んで構成される吸着装置における吸着状態の良否を適切に判別できる技術の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記の目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

【0013】

すなわち、本発明は、永久磁石と少なくとも一つのヨークとを備え、前記ヨークに設定された吸着面を介して吸着対象物に吸着する吸着装置における吸着状態の良否を判別する吸着状態判別装置を備える吸着装置であって、前記吸着状態判別装置は、前記ヨークの所定位置に設けられて、磁束密度を検出するセンサと、前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を規定する関係式を用いて、前記センサが検出した磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別する判別部と、を備えており、コイルと、前記コイルに電流を供給する電流供給部と、前記センサが検出した磁束密度に基づいて、励磁状態にある前記吸着面が吸着対象物に接触したことを検知する接触検知部と、を備え、前記永久磁石が、第１保磁力を有する第１永久磁石と、前記第１保磁力より低い第２保磁力を有する第２永久磁石と、を含んで構成されており、前記電流供給部が、前記コイルに第１電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と同じ向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着可能な励磁状態に設定され、前記電流供給部が、前記コイルに第２電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と逆の向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着しない非励磁状態に設定され、前記吸着対象物が前記吸着面に接触していない状態で、前記電流供給部が前記コイルに前記第１電流を供給して、前記吸着面を励磁状態に設定し、その後、前記接触検知部により前記吸着面が前記吸着対象物に接触したことが検知された場合に、前記電流供給部が前記コイルに前記第１電流を供給して、前記吸着面を再度励磁状態に設定することを特徴とする。

【0014】

ただし、ここでいう「非吸着状態」とは、永久磁石の周囲に磁性体である吸着対象物が存在せず、永久磁石が吸着対象物の影響を受けていない状態を指す。

【0015】

永久磁石と少なくとも一つのヨークとを備える吸着装置においては、吸着面に吸着対象物が吸着されている状態と吸着されていない状態とで、ヨークから漏れ出る磁束の量が変化する。上記の構成は、この特性に着目してなされたものである。すなわち、上記の構成によると、ヨークに設けられたセンサでヨークから漏れ出る磁束密度を検出し、該検出された磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別することで、吸着状態の良否を適切に判別することができる。
また、吸着面を励磁状態あるいは非励磁状態に維持するために通電を継続させる必要がないため、消費電力を抑えることができる。
また、吸着対象物が吸着面に接触していない状態で吸着面を励磁状態に設定した後で、吸着面が吸着対象物に接触したときに、吸着面を再度励磁状態に設定することで、高い吸着力を発揮させることができる。特にここでは、吸着面が吸着対象物に接触したことの検知が、吸着状態判別装置が備えるセンサを利用してなされるので、接触したことを検知するためのセンサを別途設ける必要がない。したがって、装置構造が簡素化される。

【0016】

好ましくは、前記吸着状態判別装置において、前記関係式が、前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を定式化した線形関数である、ことを特徴とする。

【0017】

この構成によると、吸着状態の良否を簡易に判別することができる。

【0018】

好ましくは、前記吸着状態判別装置において、前記ヨークにおける前記永久磁石の磁化方向と平行な面に、前記センサが設けられる、ことを特徴とする。

【0019】

ただし、ここでいう「磁化方向」とは、永久磁石の内部でＳ極からＮ極に向かう方向を指す。

【0020】

ヨークにおける永久磁石の磁化方向と平行な面は、例えば該磁化方向と垂直な面と比べて、漏れ出る磁束量の変化幅（変域）が広い傾向がある。したがって、磁化方向と平行な面にセンサが設けられる上記の構成によると、関係式における分解能が高くなり、吸着力の推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が良好なものとなる。

【0021】

好ましくは、前記吸着状態判別装置において、前記ヨークにおける前記吸着面と非平行な面を前記吸着面の法線方向に３等分割したときの前記吸着面に最も近い分割領域に、前記センサが設けられる、ことを特徴とする。

【0022】

ヨークにおける吸着面から遠い位置ほど、該位置から漏れ出る磁束密度の変域が広くなる傾向がある。したがって、吸着力の推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が高まるという点では、センサは吸着面から遠い位置に設けることが好ましい。ところが、こうすると、センサに求められる測定レンジが広くなり、使用可能なセンサが限定的になってしまう。また、センサが吸着面から比較的遠い位置に配置された場合、関係式に線形性が大きく崩れる領域が現れる可能性があり、一部の吸着状態において、吸着力の推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が損なわれる虞もある。上記の構成によると、センサが吸着面に十分に近い位置に設けられるので、磁束密度の変域が十分に狭くなる。したがって、センサに求められる測定レンジが十分に狭くなり、使用可能なセンサの種類が多くなる。また、センサが吸着面に十分に近い位置に設けられることで、関係式に線形性が大きく崩れる領域が現れにくくなる。したがって、幅広い吸着状態について、十分な精度で吸着状態を判別することができる。

【0023】

好ましくは、前記吸着状態判別装置において、前記ヨークにおける前記吸着面と非平行な面を前記吸着面の法線方向に３等分割したときの中央の分割領域に、前記センサが設けられる、ことを特徴とする。

【0024】

この構成によると、センサが吸着面に比較的近い位置に設けられるので、磁束密度の変域が過度に広くなることがない。したがって、センサに求められる測定レンジが過度に広くならず、使用可能なセンサの種類が多くなる。また、センサが吸着面に比較的近い位置に設けられることで、関係式に線形性が大きく崩れる領域が現れにくくなる。したがって、幅広い吸着状態について、十分な精度で吸着状態を判別することができる。

【0026】

好ましくは、前記吸着装置において、前記ヨークにおける前記永久磁石の磁化方向と平行な面が、前記吸着面とされる、ことを特徴とする。

【0027】

ヨークにおける永久磁石の磁化方向と平行な面が吸着面とされることで、例えばヨークにおける永久磁石の磁化方向と垂直な面に吸着面が設定される場合と比べて、高い吸着力を実現することができる。

【0028】

好ましくは、前記吸着装置において、前記永久磁石の磁化方向について、前記永久磁石を挟んで一対のヨークが設けられる、ことを特徴とする。

【0029】

この構成によると、永久磁石の磁力を安定的に高めて、十分な吸着力を実現することができる。

【0034】

本発明は、このような吸着装置を備える無人飛行体も対象としている。

【0035】

本発明は、このような吸着装置を備えるロボットも対象としている。

【0037】

本発明は、永久磁石と少なくとも一つのヨークとを備え、前記ヨークに設定された吸着面を介して吸着対象物に吸着する吸着装置における吸着状態の良否を判別する吸着状態判別装置を備える吸着装置の制御方法であって、前記吸着状態判別装置は、前記ヨークの所定位置に設けられて、磁束密度を検出するセンサと、前記所定位置における磁束密度あるいは前記所定位置における磁束密度の非吸着状態からの変化量と、発揮される吸着力と、の関係を規定する関係式を用いて、前記センサが検出した磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別する判別部と、を備えており、前記吸着装置が、コイルと、前記コイルに電流を供給する電流供給部と、を備え、前記永久磁石が、第１保磁力を有する第１永久磁石と、前記第１保磁力より低い第２保磁力を有する第２永久磁石と、を含んで構成されており、前記電流供給部が、前記コイルに第１電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と同じ向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着可能な励磁状態に設定され、前記電流供給部が、前記コイルに第２電流を供給することで、前記第２永久磁石の磁化方向が前記第１永久磁石の磁化方向と逆の向きとなって、前記吸着面が前記吸着対象物に吸着しない非励磁状態に設定される、ものであり、前記吸着対象物が前記吸着面に接触していない状態で、前記電流供給部に前記コイルに前記第１電流を供給させて、前記吸着面を励磁状態に設定する非接触励磁工程と、前記センサが検出した磁束密度に基づいて、励磁状態にある前記吸着面が吸着対象物に接触したことを検知する接触検知工程と、前記接触検知工程において、前記吸着面が前記吸着対象物に接触したことが検知された場合に、前記電流供給部に前記コイルに前記第１電流を供給させて、前記吸着面を再度励磁状態に設定する再励磁工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0039】

本発明によると、永久磁石とヨークを含んで構成される吸着装置における吸着状態の良否を適切に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】吸着装置および吸着状態判別装置を模式的に示す図。

【図2】吸着状態判別装置が備える制御部の機能構成を示すブロック図。

【図3】吸着装置および吸着状態判別装置が搭載された無人飛行体を示す模式図。

【図4】吸着装置が非吸着状態にあるときにヨークから漏れ出る磁束の流れを模式的に示す図。

【図5】吸着装置が第１吸着状態にあるときにヨークから漏れ出る磁束の流れを模式的に示す図。

【図6】吸着装置が第２吸着状態にあるときにヨークから漏れ出る磁束の流れを模式的に示す図。

【図7】実験１を説明するための図。

【図8】実験２を説明するための図。

【図9】実験から導出された磁束密度変化量と吸着力との関係、および、これから導かれる関係式を示す図。

【図10】吸着状態判別装置で実行される処理の流れを示す図。

【図11】第２実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を説明するための図。

【図12】第３実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を説明するための図。

【図13】第４実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を説明するための図。

【図14】第４実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を説明するための図。

【図15】第４実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を説明するための図。

【図16】第５実施形態に係る吸着装置および吸着状態判別装置を模式的に示す図。

【図17】励磁状態と非励磁状態を説明するための図。

【図18】吸着装置が備える制御部の機能構成を示すブロック図。

【図19】吸着装置の吸着面を吸着対象物に近づけていった場合に、センサで取得される磁束密度の経時変化の態様を模式的に示す図。

【図20】吸着装置で実行される処理の流れを示す図。

【図21】吸着状態判別装置の機能部を実現する別の態様を示すブロック図。

【図22】吸着装置および吸着状態判別装置が搭載されたロボットを示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0042】

＜１．第１実施形態＞
＜１－１．装置構成＞
第１実施形態に係る吸着状態判別装置、および、該吸着状態判別装置が設けられる吸着装置の各構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、吸着装置１および吸着状態判別装置２を模式的に示す図である。図２は、吸着状態判別装置２が備える制御部２２の機能構成を示すブロック図である。

【0043】

（吸着装置１）
吸着装置１は、永久磁石の磁力を利用して、磁性体（強磁性体）である吸着対象物９に吸着する装置であり、永久磁石１１と、一対のヨーク１２，１２と、を備える。

【0044】

永久磁石１１は、略直方体であり、例えばネオジム磁石により構成される。以下において、説明の便宜上、永久磁石１１の磁化方向（永久磁石１１の内部でＳ極からＮ極に向かう方向）をＸ方向とよぶ。

【0045】

一対のヨーク１２，１２は、互いに平行に配置された板状部材であり、磁性材料で形成されている。一対のヨーク１２，１２は、永久磁石１１を、磁化方向（Ｘ方向）についての両側から挟持する。すなわち、各ヨーク１２は、永久磁石１１の磁極面に配置される。

【0046】

各ヨーク１２のいずれかの面は、吸着対象物９を吸着するための吸着面Ｄ１とされる。すなわち、吸着装置１は、各ヨーク１２に設定された吸着面Ｄ１を介して吸着対象物９に吸着する。ここでは、各ヨーク１２における、永久磁石１１の磁化方向（Ｘ方向）と平行な面１２１が、吸着面Ｄ１とされる。以下において、磁化方向（Ｘ方向）と直交し、かつ、吸着面Ｄ１が設定される面１２１と平行な方向をＹ方向とよぶ。一対のヨーク１２，１２は、吸着面Ｄ１以外の端面において、非磁性体で形成される支持部材（図示省略）を介して互いに接続されて、一体的に支持されている。

【0047】

（吸着状態判別装置２）
吸着状態判別装置２は、吸着装置１に設けられて、吸着状態の良否（すなわち、十分な吸着力が発揮されているか否か）を判別する装置であり、センサ２１と、制御部２２と、を備える。

【0048】

センサ２１は、磁束密度を検出するための磁気センサであり、具体的には例えば、ホールセンサ、サーチコイル、等から構成される。センサ２１は、いずれか一方のヨーク１２に設けられて、ヨーク１２から漏れ出る磁束（漏出磁束）の磁束密度を検出する。すなわち、ヨーク１２のいずれかの面が、センサ２１が設置されるセンサ設置面Ｄ２として選択され、センサ２１は該センサ設置面Ｄ２に設置される。この実施形態では、ヨーク１２における、永久磁石１１の磁化方向（Ｘ方向）と平行な面であって、吸着面Ｄ１と直交する面１２２が、センサ設置面Ｄ２とされる。さらに、センサ２１は、センサ設置面Ｄ２を、吸着面Ｄ１の法線方向（Ｚ方向）に３等分割したときの吸着面Ｄ１に最も近い分割領域Ｄ２１に、設けられる。

【0049】

制御部２２は、磁束密度取得部２２１と、判別部２２２と、を備える。制御部２２の実体は、例えばマイクロコンピュータ、つまりは、各種のモジュールが実装されたプリント基板であり、該プリント基板に、中央演算処理装置であるＣＰＵ、ＲＡＭ等から構成されるメモリ、ＥＥＰＲＯＭ等から構成される記憶部２２０、センサ２１との通信を行う通信インターフェイス、等が実装された構成を備えている。そして、ＣＰＵが、記憶部２２０に格納されたプログラム（吸着状態判別プログラム）Ｐをメモリに読み出して実行することによって、これらの各機能部２２１，２２２が実現される。もっとも、これら各機能部２２１，２２２の一部あるいは全部は、該機能を実現するための回路モジュールが実装されることにより実現されてもよい。

【0050】

なお、制御部２２が備える機能の一部あるいは全部が、無人飛行体１００の制御部を実現するマイクロコンピュータなどにおいて実現されてもよい。すなわち、吸着状態判別装置２の制御部２２と、無人飛行体１００の制御部とが、共通のマイクロコンピュータなどにより実現されてもよい。

【0051】

磁束密度取得部２２１は、センサ２１からの磁束密度の測定値を取得する。具体的には磁束密度取得部２２１は、吸着装置１が、吸着対象物９に吸着して吸着状態の良否を判別するべき状態（対象状態）Ｔになったときに、センサ２１が検出した磁束密度を取得する。また、磁束密度取得部２２１は、吸着装置１が、後述する非吸着状態Ｑとなったときに、センサ２１が検出した磁束密度を取得する。以下において、対象状態Ｔのときにセンサ２１が検出した磁束密度を「対象磁束密度Ｂｔ」といい、非吸着状態Ｑのときにセンサ２１が検出した磁束密度を「非吸着磁束密度Ｂｑ」という。

【0052】

判別部２２２は、磁束密度取得部２２１が取得した対象磁束密度Ｂｔに基づいて、対象状態Ｔにおける吸着状態の良否を判別する。ここでは、センサ２１が設置されている位置における磁束密度の非吸着状態Ｑからの変化量（磁束密度変化量）ΔＢと、発揮される吸着力Ｆとの関係を規定する関係式Ｋ（図９参照）が、予め記憶部２２０に格納されており、判別部２２２は、この関係式Ｋを用いて、吸着状態の良否を判別する。具体的には、判別部２２２は、対象磁束密度Ｂｔから非吸着磁束密度Ｂｑを差し引いて磁束密度変化量ΔＢｔを算出し、これを関係式Ｋに代入することで、対象状態Ｔで発揮されている吸着力Ｆｔを推定する。そして、推定された吸着力Ｆｔを、予め記憶部２２０に格納されている閾値Ｗ１と比較することによって、吸着状態の良否を判別する。関係式Ｋについては後に詳細に説明する。

【0053】

以上の構成を備える吸着装置１および吸着状態判別装置２は、例えば、無人飛行体１００に搭載される。図３には、吸着装置１および吸着状態判別装置２が搭載された無人飛行体１００が模式的に示されている。ここに示されるように、無人飛行体１００は、複数のプロペラ（回転翼）１０１の回転により飛行可能に構成された装置であり、ドローン等とも呼ばれる。無人飛行体１００は、例えば、人が直接に検査することが難しい構造物（例えば、橋梁）等の検査に用いられる。この場合、無人飛行体１００には、検査に必要な各種の装置（例えば、振動を測定するための加速度センサ、カメラ、等）が搭載される。

【0054】

＜１－２．関係式Ｋ＞
上記の通り、吸着状態の良否の判別には、センサ２１が設置されている位置における磁束密度変化量ΔＢと、発揮される吸着力Ｆとの関係を規定する関係式Ｋが用いられる。この関係式Ｋについて具体的に説明する。

【0055】

図４～図６には、吸着装置１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向からそれぞれ見たときに、吸着装置１の周囲に形成される磁束の流れ（すなわち、ヨーク１２から漏れ出る磁束の流れ）を説明するための模式図である。ただし、図４には、吸着装置１が非吸着状態Ｑにあるときの磁束の流れが、図５には、吸着装置１が第１吸着状態Ｐａにあるときの磁束の流れが、図６には、吸着装置１が第２吸着状態Ｐｂにあるときの磁束の流れが、それぞれ示されている。

【0056】

ここで、「非吸着状態Ｑ」とは、吸着装置１の周囲に磁性体（強磁性体）である吸着対象物９が存在せず、吸着装置１が吸着対象物９の影響を受けていない状態である。すなわち、非吸着状態Ｑにおいて、吸着装置１は吸着対象物９に吸着しておらず、吸着装置１の周囲に他の磁性体も存在していない。一方、「第１吸着状態Ｐａ」および「第２吸着状態Ｐｂ」は、いずれも、吸着装置１の吸着面Ｄ１が吸着対象物９に吸着している状態である。ただし、第１吸着状態Ｐａは、吸着面Ｄ１が吸着対象物９との間に微小な隙間を設けて近接しつつ吸着している状態であり、第２吸着状態Ｐｂは、この隙間がない状態、すなわち、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に密着しつつ吸着している状態（完全吸着状態）である。

【0057】

非吸着状態Ｑ、第１吸着状態Ｐａ、および、第２吸着状態Ｐｂでは、形成される磁束の流れが異なるものとなる。

【0058】

すなわち、非吸着状態Ｑでは、磁束がヨーク１２の外部に拡散して磁束の流れが広範囲に広がっているのに対し、第１吸着状態Ｐａあるいは第２吸着状態Ｐｂでは、非吸着状態Ｑと比べると、磁束の流れが、ヨーク１２を通って吸着対象物９に向かう方向に指向している。すなわち、外部に拡散せずにヨーク１２の内部を通って吸着対象物９に向かう磁束が増え、磁束の流れが狭い範囲に閉じて密になっている。

【0059】

特に、第２吸着状態Ｐｂでは、ヨーク１２の内部を通って吸着対象物９に向かう磁束が、第１吸着状態Ｐａと比べてさら多くなっており、ヨーク１２から漏れ出る磁束は極めて少なくなる。図においては、ヨーク１２から漏れ出る磁束の向きを示すために該磁束が強調して表されているが、実際は、第２吸着状態Ｐｂではヨーク１２から漏れ出る磁束はゼロに近く、ほとんどの磁束がヨーク１２内を通過して吸着対象物９に流れている。

【0060】

そこで、本件の発明者達は、ヨーク１２から漏れ出る磁束の量（磁束密度）に基づいて、吸着状態の良否を判別することを考えた。このために、発明者達は、以下に説明する実験１および実験２を行って、ヨーク１２から漏れ出る磁束の磁束密度変化量ΔＢ（すなわち、非吸着状態Ｑからの磁束密度の変化量）と吸着力Ｆとの関係を導出した。

【0061】

（実験１）
まず、互いに異なる複数の吸着状態Ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）を、サンプル吸着状態として規定した。具体的には、図７に示されるように、吸着装置１とその吸着面Ｄ１に対向配置された吸着対象物９との間に、隙間が設けられない状態（すなわち、完全吸着状態）Ｐ０と、両者の間に互いに異なる寸法の隙間Ｇｉ（ｉ＝１，２，・・・，１１）がそれぞれ設けられた状態Ｐｉ（ｉ＝１，２，・・・，１１）とを、サンプル吸着状態Ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）として規定した。そして、これら複数のサンプル吸着状態Ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）の各々において、ヨーク１２から漏れ出る磁束の磁束密度Ｂｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）をセンサ２１で測定した。

【0062】

具体的な測定条件は次の通りである。吸着対象物９としては、幅１００ｍｍ、奥行き１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍのＳＳ４００（一般構造用圧延鋼材）を用いた。隙間Ｇｉは、吸着面Ｄ１と吸着対象物９の間に、厚みが０．０５２ｍｍのプラスチック板６を挟むことにより形成し、挟み込むプラスチック板６の枚数を変えることで、隙間Ｇｉの寸法を０～０．５７２ｍｍの範囲において０．０５２ｍｍ刻みで変化させた（したがって、各サンプル吸着状態Ｐｉにおける隙間Ｇｉの寸法は、「０．０５２×ｉ」で規定されることになる）。

【0063】

センサ２１には、GaAs（低ドリフト）ホール素子（旭化成エレクトロニクス株式会社製、品番HG-372A）を用いた。センサ２１からの出力は、アナログ通信を介して、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）に入力されてデジタル信号に変換され、Ｉ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）を介して、Arduinoボードに転送され、シリアル通信でパーソナルコンピュータに入力されるように構成した。

【0064】

また、非吸着状態Ｑにおいて、ヨーク１２から漏れ出る磁束の磁束密度Ｂｑをセンサ２１で測定した。この測定は、吸着対象物９を吸着装置１から十分に離間させた以外は、サンプル吸着状態Ｐｉの磁束密度Ｂｐｉの測定と同じ条件で行った。

【0065】

そして、複数のサンプル吸着状態Ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）の各々について測定された各磁束密度Ｂｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）から、非吸着状態Ｑについて測定された磁束密度Ｂｑを差し引いて、各サンプル吸着状態Ｐｉについての磁束密度変化量ΔＢｉを算出した（すなわち、ΔＢｉ＝Ｂｐｉ－Ｂｑ）。

【0066】

（実験２）
続いて、発明者達は、実験１と同じ複数のサンプル吸着状態Ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）を規定し、各サンプル吸着状態Ｐｉにおいて発揮されている吸着力Ｆｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，１１）を測定した。

【0067】

具体的な測定条件について、図８を参照して説明する。吸着装置１、吸着対象物９、および、隙間Ｇｉを形成するためのプラスチック板６には、実験１と同じものを用いた。また、ここでは、吸着対象物９を載置台８１に対してネジ止めにより固定した。一方、吸着装置１における吸着面Ｄ１と反対側の位置に、非磁性体のリング部材８２を接着した。そして、このリング部材８２にフォースゲージ８３（株式会社イマダ製、品番Z2-500N）のフックを引っ掛けて、該フックにかかる力、すなわち、吸着装置１で発揮されている吸着力Ｆｉを測定した。

【0068】

以上の実験１および実験２に基づいて、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が導出される。すなわち、実験１から、隙間Ｇｉの大きさと磁束密度変化量ΔＢｉとの関係が求められ、実験２から、隙間Ｇｉの大きさと発揮される吸着力Ｆｉとの関係が求められるので、実験１と実験２からそれぞれ得られたデータを、隙間Ｇｉの大きさ毎（すなわち、サンプル吸着状態Ｐｉ毎）に対応付けることで、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が導出される。

【0069】

図９には、このようにして導出された磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が示されている。ここに示されるように、磁束密度変化量ΔＢが小さくなるにつれて（すなわち、絶対値が大きくなるにつれて）、吸着力Ｆが大きくなるという関係があることがわかった。

【0070】

磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、センサ２１を設置する位置によっても変わってくる。この実施形態のように、ヨーク１２における、磁化方向と平行な面１２２をセンサ設置面Ｄ２とし、これを吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割したときの吸着面Ｄ１に最も近い分割領域Ｄ２１に、センサ２１が設けられる場合、図９に示されるように、実験１，２から導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、十分に高い線形性を有する。そこで、ここでは、実験１，２から導出される関係を定式化した線形関数を、関係式Ｋとして用いる。具体的には、例えば、実験１，２から導出される関係を、最小二乗法などによって直線近似した線形関数（一次関数）を算出し（すなわち、「Ｆ＝ａΔＢ＋ｂ」で表される一次関数に含まれる係数ａおよび係数ｂを特定し）、得られた線形関数を、関係式Ｋとして用いる。

【0071】

なお、理論上、非吸着状態Ｑにおける磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとはいずれもゼロであり、実際に、この実験１，２から導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係から得られる線形関数は、原点あるいはこれに近い位置を通るものとなる。したがって、関係式Ｋは、原点を通るものとして（すなわち、係数ｂをゼロとして）規定してもよい。

【0072】

＜１－３．動作の流れ＞
次に、無人飛行体１００に搭載された吸着状態判別装置２で実行される処理の流れについて、図１～図９に加え、図１０を参照しながら説明する。図１０は、該処理の流れを示す図である。

【0073】

以下においては、吸着装置１および吸着状態判別装置２が搭載された無人飛行体１００を用いて、人が直接に検査することが難しい構造物（例えば、橋梁）等の検査が行われる場合を例にとって説明する。

【0074】

この場合、オペレータは、手元の操作盤等を操作して遠隔操作により無人飛行体１００を制御して、これを吸着対象物（ここでは、検査対象となる構造物、あるいは、該構造物に予め設けられた、磁性体から成る設置部）９の近傍まで飛行させる。そして、無人飛行体１００が吸着対象物９の近傍に到達すると、オペレータは、無人飛行体１００を、ここに搭載されている吸着装置１の吸着面Ｄ１が、吸着対象物９と対向するような姿勢とし（図３（ａ））、該姿勢のまま無人飛行体１００を吸着対象物９に接近させて、吸着装置１を吸着対象物９に吸着させる（図３（ｂ））。ただし、オペレータは、この段階では、まだプロペラ１０１の回転を停止させず、無人飛行体１００の揚力を維持し続ける。

【0075】

ステップＳ１：吸着状態判別装置２では、吸着装置１が吸着対象物９に吸着して対象状態Ｔが形成されるのに先だって、磁束密度取得部２２１が非吸着磁束密度Ｂｑを取得している。すなわち、磁束密度取得部２２１は、吸着装置１が非吸着状態Ｑとなっている任意のタイミングにおいてセンサ２１が検出した磁束密度を、非吸着磁束密度Ｂｑとして取得する。もっとも、非吸着磁束密度Ｂｑは予め記憶部２２０に格納されていてもよく、この場合、磁束密度取得部２２１は、記憶部２２０から読み出すことで非吸着磁束密度Ｂｑを取得する。

【0076】

ステップＳ２：吸着装置１が吸着対象物９に吸着して対象状態Ｔが形成されると、磁束密度取得部２２１は、対象状態Ｔにおいてセンサ２１が検出した磁束密度を、対象磁束密度Ｂｔとして取得する（磁束密度取得工程）。

【0077】

ステップＳ３：続いて、判別部２２２が、関係式Ｋを用いて、ステップＳ２で取得された対象磁束密度Ｂｔに基づいて、対象状態Ｔにおける吸着状態の良否を判別する（判別工程）。

【0078】

具体的には、判別部２２２は、まず、ステップＳ２で取得された対象磁束密度Ｂｔから、ステップＳ１で取得された非吸着磁束密度Ｂｑを差し引いて、磁束密度変化量ΔＢｔを算出する（ステップＳ３１）。

【0079】

続いて、判別部２２２は、記憶部２２０から関係式Ｋを読み出し、ステップＳ３１で算出された磁束密度変化量ΔＢｔをこの関係式Ｋに代入することで、対象状態Ｔで発揮されている吸着力Ｆｔを推定する（ステップＳ３２）。

【0080】

続いて、判別部２２２は、記憶部２２０から閾値Ｗ１を読み出し、ステップＳ３２で推定された吸着力Ｆｔを閾値Ｗ１と比較することによって、吸着状態の良否を判断する。すなわち、判別部２２２は、吸着力Ｆｔが閾値Ｗ１よりも大きい場合は（ステップＳ３３でＹＥＳ）、吸着状態が良好である（すなわち、十分な吸着力が発揮されている）と判断する（ステップＳ３４）。一方、吸着力Ｆｔが閾値Ｗ１以下である場合は（ステップＳ３３でＮＯ）、吸着状態が不良である（すなわち、十分な吸着力が発揮されていない）と判断する（ステップＳ３５）。

【0081】

ただし、吸着状態の判別に用いる閾値Ｗ１の値は、オペレータなどが任意に設定できるものとする。例えば、無人飛行体１００の重量などを加味して必要な吸着力を算出し、該必要な吸着力に基づいて閾値Ｗ１の値を設定すればよい。この際、関係式Ｋから得られる吸着力Ｆの推定値に含まれる誤差を加味して、求められる吸着量に対して閾値Ｗ１を大きく見積もっておくことも好ましい。これによって、十分な安全性を担保することができる。

【0082】

ステップＳ４：続いて、判別部２２２は、所定の報知処理を行って、ステップＳ３で得られた判別結果を、オペレータに報知する。報知処理は、例えば、所定の信号をオペレータの手元にある操作盤に送信することにより行われてもよいし、アラーム音の鳴動、ランプの点灯、等によって行われてもよい。

【0083】

無人飛行体１００のオペレータは、吸着状態が良好である旨の報知を受けた場合、プロペラ１０１の回転を停止させて、無人飛行体１００に吸着対象物９を検査させる。プロペラ１０１の回転が停止されると、無人飛行体１００は、吸着装置１の吸着力だけで吸着対象物９に固定された状態になるところ、このような状態においては姿勢維持のために動力源をほとんど消費しなくてすむので、長時間の検査も難なく行うことができる。また、吸着状態が良好であるとき、無人飛行体１００は吸着対象物９に対して強固に固定されるため、無人飛行体１００は風の影響等をほとんど受けずに検査を行うことができる。

【0084】

一方、吸着状態が良好でない旨の報知を受けた場合、オペレータは、プロペラ１０１の回転を停止させずに（すなわち、無人飛行体１００の揚力を維持したまま）、無人飛行体１００を別の場所に移動させた上で、再び吸着装置１を吸着対象物９に吸着させる。そして、吸着状態判別装置２に上記の一連の処理ステップＳ１～ステップＳ４をもう一度行わせる。このように、吸着状態が良好である旨の報知を受けた場合に限って、プロペラ１０１の回転を停止させるようにすることで、十分な吸着力が発揮されていない状態でプロペラ１０１の回転が停止されてしまって無人飛行体１００が落下してしまう、といった危険を回避することができる。

【0085】

＜１－４．効果＞
このように、第１実施形態に係る吸着状態判別装置２は、永久磁石１１と少なくとも一つのヨーク１２とを備え、ヨーク１２に設定された吸着面Ｄ１を介して吸着対象物９に吸着する吸着装置１における吸着状態の良否を判別する。この吸着状態判別装置２は、ヨーク１２の所定位置に設けられて、磁束密度を検出するセンサ２１と、該所定位置における磁束密度の非吸着状態Ｑからの変化量ΔＢと発揮される吸着力Ｆとの関係を規定する関係式Ｋを用いて、センサ２１が検出した磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別する判別部２２２と、を備える。

【0086】

永久磁石１１と少なくとも一つのヨーク１２とを備える吸着装置１においては、吸着面Ｄ１に吸着対象物９が吸着されている状態と吸着されていない状態とで、ヨーク１２から漏れ出る磁束の量が変化する。上記の構成は、この特性に着目してなされたものである。すなわち、上記の構成によると、ヨーク１２に設けられたセンサ２１でヨーク１２から漏れ出る磁束密度を検出し、該検出された磁束密度に基づいて吸着状態の良否を判別することで、吸着状態の良否を適切に判別することができる。

【0087】

また、上記の実施形態に係る吸着状態判別装置２において、関係式Ｋは、センサ２１が設けられている所定位置における磁束密度の非吸着状態Ｑからの変化量ΔＢと発揮される吸着力Ｆとの関係を定式化した線形関数である。

【0088】

この構成によると、吸着状態の良否を簡易に判別することができる。

【0089】

また、上記の実施形態に係る吸着状態判別装置２においては、ヨーク１２における永久磁石１１の磁化方向と平行な面に、センサ２１が設けられる。

【0090】

後述するように、ヨーク１２における永久磁石１１の磁化方向と平行な面は、例えば該磁化方向と垂直な面と比べて、非吸着状態Ｑから完全吸着状態Ｐｂに至るまでの、漏れ出る磁束量の変化幅（変域）Ｕが広い傾向がある。したがって、磁化方向と平行な面にセンサ２１が設けられる上記の構成によると、関係式Ｋにおける分解能が高くなり、吸着力Ｆの推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が良好なものとなる。

【0091】

また、上記の実施形態に係る吸着状態判別装置２においては、ヨーク１２における吸着面Ｄ１と非平行な面１２２を吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割したときの吸着面Ｄ１に最も近い分割領域Ｄ２１に、センサ２１が設けられる。

【0092】

後述するように、ヨーク１２における吸着面Ｄ１から遠い位置ほど、該位置から漏れ出る磁束密度の変域Ｕが広くなる傾向がある。したがって、吸着力Ｆの推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が高まるという点では、センサ２１は吸着面Ｄ１から遠い位置に設けることが好ましい。ところが、こうすると、センサ２１に求められる測定レンジが広くなり、使用可能なセンサが限定的になってしまう。また、後述するように、センサ２１が吸着面Ｄ１から比較的遠い位置に配置された場合、実験１，２を行うことで導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係（ひいては、関係式Ｋ）において、線形性が大きく崩れる領域Ａが現れる可能性があり、一部の吸着状態において、吸着力Ｆの推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が損なわれる虞もある。上記の構成によると、センサ２１が吸着面Ｄ１に十分に近い位置に設けられるので、磁束密度の変域Ｕが十分に狭くなる。したがって、センサ２１に求められる測定レンジが十分に狭くなり、使用可能なセンサの種類が多くなる。また、センサ２１が吸着面Ｄ１に十分に近い位置に設けられることで、関係式Ｋに線形性が大きく崩れる領域Ａが現れにくくなる。したがって、幅広い吸着状態について、十分な精度で吸着状態を判別することができる。

【0093】

また、上記の実施形態に係る吸着装置１は、ヨーク１２における永久磁石１１の磁化方向と平行な面１２１が、吸着面Ｄ１とされる。

【0094】

ヨーク１２における永久磁石１１の磁化方向と平行な面１２１が吸着面Ｄ１とされることで、例えばヨーク１２における永久磁石１１の磁化方向と垂直な面に吸着面が設定される場合と比べて、高い吸着力を実現することができる。

【0095】

また、上記の実施形態に係る吸着装置１は、永久磁石１１の磁化方向について、永久磁石１１を挟んで一対のヨーク１２，１２が設けられる。

【0096】

この構成によると、永久磁石１１の磁力を安定的に高めて、十分な吸着力を実現することができる。

【0097】

＜２．第２実施形態＞
第１実施形態に係る吸着状態判別装置２においては、ヨーク１２における、磁化方向と平行な面１２２をセンサ設置面Ｄ２とし、これを吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割して得られる３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、吸着面Ｄ１に最も近い分割領域（第１分割領域）Ｄ２１にセンサ２１が設けられる。これに対し、第２実施形態に係る吸着状態判別装置２ａでは、図１１（ａ）に示されるように、該３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、中央の分割領域（第２分割領域）Ｄ２２にセンサ２１が設けられる。なお、以下においては、第１実施形態と相違する点を説明し、第１実施形態で説明した要素については説明を省略するとともに同じ符号で表すものとする。

【0098】

図１１（ｂ）には、第２分割領域Ｄ２２にセンサ２１を設けて、第１実施形態と同様の実験１および実験２を行うことで導出された、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が示されている。

【0099】

図１１（ｂ）を図９と比較するとわかるように、センサ２１を第１分割領域Ｄ２１に設けた場合と、第２分割領域Ｄ２２に設けた場合とでは、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、完全一致はしないものの、似た傾向を示すものとなる。すなわち、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、十分に高い線形性を有する。そこで、ここでも、実験から導出される関係を、最小二乗法などによって直線近似した線形関数を算出し、得られた線形関数を、関係式Ｋとして用いる。

【0100】

このように、第２実施形態に係る吸着状態判別装置２ａは、ヨーク１２における吸着面Ｄ１と非平行な面１２２を吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割したときの中央の分割領域Ｄ２２に、センサ２１が設けられる。

【0101】

この構成によると、センサ２１が吸着面Ｄ１に比較的近い位置に設けられるので、磁束密度の変域Ｕが過度に広くなることがない。したがって、センサ２１に求められる測定レンジが過度に広くならず、使用可能なセンサの種類が多くなる。また、センサ２１が吸着面Ｄ１に比較的近い位置に設けられることで、関係式Ｋに線形性が大きく崩れる領域が現れにくくなる。したがって、幅広い吸着状態について、十分な精度で吸着状態を判別することができる。

【0102】

＜３．第３実施形態＞
第１実施形態に係る吸着状態判別装置２においては、ヨーク１２における、磁化方向と平行な面１２２をセンサ設置面Ｄ２とし、これを吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割して得られる３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、吸着面Ｄ１に最も近い第１分割領域Ｄ２１にセンサ２１が設けられるものとした。これに対し、第３実施形態に係る吸着状態判別装置２ｂでは、図１２（ａ）に示されるように、該３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、吸着面Ｄ１から最も遠い分割領域（第３分割領域）Ｄ２３にセンサ２１が設けられる。

【0103】

図１２（ｂ）には、第３分割領域Ｄ２３にセンサ２１を設けて、第１実施形態と同様の実験１および実験２を行うことで導出された、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が示されている。ただし、図１２（ｂ）に示されるグラフにおいて、サンプル状態Ｐ５～Ｐ１１では、センサ２１がサチュレーションを生じたために磁束密度Ｂｐｉ（ｉ＝５～１１）が正しく計測できず、正しい磁束密度変化量ΔＢｉが取得できていない。センサ２１がサチュレーションを起こさなかったとすると、図中の仮想線で示されるような推移を辿るものと推定される。

【0104】

図１２（ｂ）を、図９あるいは図１１（ｂ）と比較するとわかるように、センサ２１を第３分割領域Ｄ２２に設けた場合と、第１あるいは第２分割領域Ｄ２１，Ｄ２２に設けた場合とでは、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が、異なる傾向を示す。

【0105】

すなわち、センサ２１が第３分割領域Ｄ２３に設けられる場合、センサ２１が第１あるいは第２分割領域Ｄ２１，Ｄ２２に設けられる場合と比べて、非吸着状態Ｑから完全吸着状態Ｐｂに至るまでの、漏れ出る磁束量の変化幅（すなわち、磁束密度変化量ΔＢの変域）Ｕが広い傾向がある。これは、各吸着状態Ｐｉにおける磁束密度変化量ΔＢがプラス方向にシフトしていることが原因とみられる。つまり、同じ吸着状態であっても、吸着面Ｄ１から遠い位置ほどヨーク１２から漏れ出る磁束が多いために、全体としての変域Ｕが広くなるものと考えられる。

【0106】

漏れ出る磁束密度の変域Ｕが広いほど、関係式Ｋにおける分解能が高くなり、吸着力Ｆの推定精度、ひいては、吸着状態の判別精度が高まる。すなわち、第３実施形態に係る吸着状態判別装置２ｂによると、吸着面Ｄ１から最も遠い分割領域Ｄ２３にセンサ２１が設けられることによって、吸着状態の判別精度を十分に高いものとすることができる。

【0107】

その一方で、センサ２１が第３分割領域Ｄ２３に設けられる場合、吸着面Ｄ１が吸着対象物９と比較的大きな隙間Ｇｉを設けつつ吸着しているような吸着状態Ｐｉ（ｉ＝５～１１）において、実験１，２を行うことで導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係において、線形性が大きく崩れる領域Ａが現れる。

【0108】

このような領域Ａが現れる理由は次のように考えられる。すなわち、吸着面Ｄ１との離間距離が比較的遠い位置においては、非吸着状態Ｑから完全吸着状態Ｐｂに至るまでの間に、磁束の向きが大きく変化する（図４（ｂ）～図６（ｂ）参照）。このため、隙間Ｇｉが比較的大きい吸着状態において、ヨーク１２における吸着面Ｄ１から比較的遠い位置には、ヨーク１２を垂直に通過する磁束線Ｒ（図５（ｂ））が存在し、センサ２１がこのような磁束線Ｒをそれ以外の磁束線（すなわち、センサ２１を非垂直に通過する磁束線）に比べて強く検出してしまう。このために、吸着面Ｄ１が吸着対象物９と比較的大きな隙間Ｇｉを設けつつ吸着しているような吸着状態Ｐｉと対応する領域に、線形性が大きく崩れる領域Ａが現れるものと考えられる。

【0109】

このような領域Ａが現れると、例えば実験１，２を行うことで導出される関係を直線近似した線形関数を関係式として用いた場合に、一部の吸着状態における吸着力Ｆが正確に推定されず、吸着状態の判別精度が損なわれる虞がある。そこで、実験１，２を行うことで導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係に線形性が大きく崩れる領域Ａが現れた場合、線形性が保たれている部分（図の例の場合、例えばサンプル状態Ｐ０～Ｐ４から導出される部分）だけを直線近似した線形関数を関係式Ｋとし、閾値Ｗ１を該関係式Ｋの値域の範囲内に規定すればよい。この場合、吸着力が比較的低い吸着状態は一律に吸着状態が不良であると判別されてしまうものの、吸着力が比較的高い吸着状態における吸着状態の判別を十分な精度で行うことができる。したがって、例えば、閾値Ｗ１が比較的高い値に規定されるような実施態様（すなわち、比較的吸着力が低い吸着状態は、その吸着力Ｆを正確に推定するまでもなく吸着不良であると判断することができるような実施態様）の場合は、吸着面Ｄ１から最も遠い第３分割領域Ｄ２３にセンサ２１を設ける構成が好適である。

【0110】

＜４．第４実施形態＞
第１～第３の実施形態においては、ヨーク１２における、磁化方向と平行な面（平行面）１２２がセンサ設置面Ｄ２とされていた。これに対し、第４実施形態に係る吸着状態判別装置２ｃ，２ｄ，２ｅでは、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）にそれぞれ示されるように、ヨーク１２における、磁化方向（Ｘ方向）と直交する面（直交面）１２３がセンサ設置面Ｄ２とされる。

【0111】

ただし、図１３（ａ）に示される吸着状態判別装置２ｃでは、直交面１２３に規定されるセンサ設置面Ｄ２を、吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割して得られる３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、吸着面Ｄ１に最も近い第１分割領域Ｄ２１にセンサ２１が設けられる。また、図１４（ａ）に示される吸着状態判別装置２ｄでは、該３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、中央の第２分割領域Ｄ２２にセンサ２１が設けられる。また、図１５（ａ）に示される吸着状態判別装置２ｅでは、該３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３のうち、吸着面Ｄ１から最も遠い第３分割領域Ｄ２３にセンサ２１が設けられる。

【0112】

図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）には、直交面１２３に規定されるセンサ設置面Ｄ２の各分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３にセンサ２１を設けて、第１実施形態と同様の実験１および実験２を行うことで導出された、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係が示されている。

【0113】

例えば、図１３（ｂ）を図９と比較するとわかるように、直交面１２３をセンサ設置面Ｄ２とした場合、平行面１２２をセンサ設置面Ｄ２とした場合と比べて、非吸着状態Ｑから完全吸着状態Ｐｂに至るまでの、漏れ出る磁束量の変化幅（すなわち、磁束密度変化量ΔＢの変域）Ｕが狭い傾向がある。これは、非吸着状態Ｑにおいて、ヨーク１２の直交面１２３から漏れ出る磁束が、ヨーク１２の平行面１２１から漏れ出る磁束よりも少ないために、全体としての変域Ｕが狭くなるためと考えられる。

【0114】

漏れ出る磁束密度の変域Ｕが狭いほど、関係式Ｋにおける分解能が低くなるものの、センサ２１に求められる測定レンジが狭い範囲におさまる。したがって、センサ２１に求められる測定レンジが十分に狭くなり、使用可能なセンサの種類が多くなる。すなわち、第４実施形態に係る吸着状態判別装置２ｃ，２ｄ，２ｅによると、直交面１２３がセンサ設置面Ｄ２とされることによって、使用可能なセンサの種類を多くすることができる。

【0115】

なお、図１３（ｂ）と図１４（ｂ）を比較するとわかるように、センサ設置面Ｄ２が直交面１２３とされた場合も、センサ設置面Ｄ２が平行面１２２とされた場合と同様、センサ２１を第１分割領域Ｄ２１に設けた場合と、第２分割領域Ｄ２２に設けた場合とでは、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、完全一致はしないものの、似た傾向を示すものとなる。また、図１３（ｂ）あるいは図１４（ｂ）と、図１５（ｂ）を比較するとわかるように、センサ設置面Ｄ２が直交面１２３とされた場合も、センサ設置面Ｄ２が平行面１２２とされた場合と同様、センサ２１が第３分割領域Ｄ２３に設けられる場合、漏れ出る磁束量の変化幅Ｕが広い傾向があり、実験１，２を行うことで導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係において線形性が大きく崩れる領域Ａが現れる。したがって、求められる判別精度やセンサ２１の測定レンジなどを考慮して、センサ２１をどの分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３に設置するかを規定することが好ましい。

【0116】

＜５．第５実施形態＞
＜５－１．装置構成＞
第５実施形態は、吸着装置１の構成において第１実施形態と相違する。ここでも、第１実施形態と相違する点を説明し、第１実施形態で説明した要素については説明を省略するとともに同じ符号で表すものとする。

【0117】

第５実施形態に係る吸着装置の構成について、図１６～図１８を参照しながら説明する。図１６は、吸着装置１ａおよびここに設けられる吸着状態判別装置２を模式的に示す図である。図１７は、励磁状態と非励磁状態を説明するための図である。図１８は、吸着装置１ａが備える制御部１４の機能構成を示すブロック図である。

【0118】

（吸着装置１ａ）
吸着装置１ａは、永久磁石の磁力を利用して、吸着対象物９に吸着する装置である点は、第１実施形態に係る吸着装置１と同様である。しかしながら、この吸着装置１ａは、複数の永久磁石を含んで永電磁石が構成されている点において、吸着装置１と相違する。すなわち、吸着装置１ａは、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂと、一対のヨーク１２，１２と、コイル１３と、制御部１４と、を備える。

【0119】

一対の永久磁石１１ａ，１１ｂは、いずれも略直方体であり、略同一形状を有している。一方の永久磁石（第１永久磁石）１１ａは、例えばネオジム磁石により構成され、第１保磁力を有する。他方の永久磁石（第２永久磁石）１１ｂは、例えばアルニコ磁石により構成され、第１保磁力よりも低い第２保磁力を有する。第１永久磁石１１ａは、その保磁力が比較的大きいため、外部磁場により磁化方向が容易に反転しない。これに対し、第２永久磁石１１ｂは、その保磁力が比較的小さいため、外部磁場により磁化方向が容易に反転する。

【0120】

一対の永久磁石１１ａ，１１ｂは、磁化方向を互いに平行としつつ、磁化方向と直交する方向に並置される。以下において、説明の便宜上、各永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向をＸ方向とよび、各永久磁石１１ａ，１１ｂが並置される方向をＹ方向とよぶ。

【0121】

一対のヨーク１２，１２は、互いに平行に配置された板状部材であり、磁性材料で形成されている。一対のヨーク１２，１２は、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂを、磁化方向（Ｘ方向）についての両側から挟持する。すなわち、各ヨーク１２は、永久磁石１１ａ，１１ｂの各磁極面に配置される。

【0122】

各ヨーク１２，１２のいずれかの端面は、吸着対象物９を吸着するための吸着面Ｄ１とされる。ここでは、各ヨーク１２における、各永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向（Ｘ方向）と平行、かつ、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの並置方向（Ｙ方向）とも平行な面１２４が、吸着面Ｄ１とされる。一対のヨーク１２，１２は、吸着面Ｄ１以外の端面において、非磁性体で形成される支持部材（図示省略）を介して互いに接続されて、一体的に支持されている。

【0123】

コイル１３は、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの周囲に巻回されている。コイル１３にパルス状の電流（電流パルス）が供給されると、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂのうち、相対的に保磁力が低い第２永久磁石１１ｂの磁化方向が反転する。

【0124】

図１７（ａ）に示されるように、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向が互いに平行かつ逆向きである状態において、第１永久磁石１１ａからの磁束と第２永久磁石１１ｂからの磁束はいずれも外部へ漏れ出されなくなり、吸着面Ｄ１は、吸着対象物９に吸着しない状態となる（以下「非励磁状態」ともいう）。

【0125】

吸着面Ｄ１が非励磁状態となっているときに、コイル１３に第１方向の電流パルス（第１電流）が供給されると、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が反転し、図１７（ｂ）に示されるように、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向が互いに平行かつ同じ向きとなる。この状態になると、第１永久磁石１１ａからの磁束と第２永久磁石１１ｂからの磁束はいずれも外部へ漏れ出して、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に吸着可能な状態となる（以下「励磁状態」ともいう）。一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向が互いに平行かつ同じ向きとなっているとき、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂは１個の永久磁石と同等である。すなわち、吸着面Ｄ１が励磁状態となっているとき、吸着装置１ａは、第１実施形態に係る吸着装置１と同じような挙動を示す。

【0126】

一方、吸着面Ｄ１が励磁状態となっているときに、コイル１３に第１方向とは逆方向の第２方向の電流パルス（第２電流）が供給されると、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が反転し、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向が互いに平行かつ逆向きとなり、吸着装置１ａの吸着面Ｄ１が非励磁状態となる。

【0127】

なお、コイル１３への電流パルスの供給が終了した後でも、第２永久磁石１１ｂの磁化方向は維持される。したがって、第１電流の供給が終了した後、第２電流が供給されない限り、吸着面Ｄ１は励磁状態に維持される。また、第２電流の供給が終了した後、第１電流が供給されない限り、吸着面Ｄ１は非励磁状態に維持される。

【0128】

制御部１４は、電流供給部１４１と、接触検知部１４２と、を備える。制御部１４の実体は、例えばマイクロコンピュータ、つまりは、各種のモジュールが実装されたプリント基板であり、該プリント基板に、中央演算処理装置であるＣＰＵ、ＲＡＭ等から構成されるメモリ、ＥＥＰＲＯＭ等から構成される記憶部１４０、吸着状態判別装置２のセンサ２１との通信を行う通信インターフェイス、等が実装された構成を備えている。そして、ＣＰＵが、記憶部１４０に格納されたプログラム（吸着力制御プログラム）Ｐ’をメモリに読み出して実行することによって、これらの各機能部１４１，１４２が実現される。もっとも、これら各機能部１４１，１４２の一部あるいは全部は、該機能を実現するための回路モジュールが実装されることにより実現されてもよい。

【0129】

なお、制御部１４が備える機能の一部あるいは全部が、吸着状態判別装置２の制御部２２を実現するマイクロコンピュータにおいて実現されてもよい。すなわち、吸着装置１ａの制御部１４と吸着状態判別装置２の制御部２２が、共通のマイクロコンピュータにより実現されてもよい。また、制御部１４が備える機能の一部あるいは全部が、無人飛行体１００の制御部を実現するマイクロコンピュータなどにおいて実現されてもよい。すなわち、吸着装置１ａの制御部１４と無人飛行体１００の制御部が、共通のマイクロコンピュータなどにより実現されてもよい。

【0130】

電流供給部１４１は、コイル１３に電流を供給する要素であり、電池やバッテリなどの電源装置を含んで構成される。コイル１３に供給される電流パルスの振幅（電流値）、該電流パルスの方向（すなわち、第１電流と第２電流のいずれを供給するかの選択）、および、該電流パルスの供給タイミング（すなわち、第１電流あるいは第２電流の供給タイミング）、などが、この電流供給部１４１によって制御される。

【0131】

電流供給部１４１がコイル１３に第１電流を供給すると、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が第１永久磁石１１ａの磁化方向と同じ向きとなって、吸着面Ｄ１は吸着対象物９に吸着可能な励磁状態に設定される。一方、電流供給部１４１がコイル１３に第２電流を供給すると、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が第１永久磁石１１ａの磁化方向と逆の向きとなって、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に吸着しない非励磁状態に設定される。このようにして、電流供給部１４１がコイル１３に供給する電流パルスを制御することで、吸着面Ｄ１の状態、ひいては、吸着面Ｄ１に対する吸着対象物９の脱着が制御される。

【0132】

接触検知部１４２は、吸着状態判別装置２のセンサ２１と直接的に、あるいは、磁束密度取得部２２１を介して間接的に、接続されており、該センサ２１が検出した磁束密度に基づいて、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことを検知する。具体的には、接触検知部１４２は、センサ２１が検出した磁束密度が急激に低下したときに、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したと判断する。

【0133】

＜５－２．再励磁＞
吸着装置１ａにおいては、電流供給部１４１が、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触していない状態で、コイル１３に第１電流を供給して、吸着面Ｄ１を励磁状態に設定し、さらに、励磁状態にある吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触した状態で（すなわち、接触検知部１４２によって、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことが検知された場合に）、コイル１３にもう一度第１電流を供給して、吸着面Ｄ１を、再度、励磁状態に設定する（再励磁）。つまり、吸着面Ｄ１と吸着対象物９とが接触していない非接触状態での励磁（非接触磁化）の後に、吸着面Ｄ１と吸着対象物９とが接触している接触状態での励磁（接触磁化）が行われる。これによって、高い吸着力Ｆを得ることが可能となる。

【0134】

この点について、図１９を参照しながら説明する。図１９には、吸着装置１ａの吸着面Ｄ１を一定速度で吸着対象物９に近づけていった場合に、センサ２１で取得される磁束密度の経時変化が模式的に示されている。

【0135】

タイムカウントの前において、電流供給部１４１は、吸着対象物９が吸着面Ｄ１に接触していない状態で、第１電流をコイル１３に供給している。すなわち、吸着面Ｄ１は予め励磁状態に設定されている。これにより、吸着装置１ａは、非吸着状態Ｑにある吸着装置１（図４参照）と同等の状態となる。すなわち、磁束がヨーク１２の外部に拡散して磁束の流れが広範囲に広がった状態となる。この状態において、センサ２１で検出される磁束密度が、非吸着磁束密度Ｂｑとなる。

【0136】

この状態から、吸着装置１ａの吸着面Ｄ１を一定速度で吸着対象物９に近づけていくと、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したときに、センサ２１で検出される磁束密度が急激に減少する（時刻Ｔｃ）。ただし、ここでいう「接触」とは、吸着面Ｄ１と吸着対象物９の間に隙間が設けられない状態だけでなく、吸着面Ｄ１と吸着対象物９の間に僅かな隙間が設けられている状態（すなわち、吸着面Ｄ１と吸着対象物９が近接している状態）も含まれる。つまり、ここでいう「接触」とは、別の見方をすると、吸着面Ｄ１が吸着対象物９との間に吸着状態が形成されることといえる。

【0137】

吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したときに、センサ２１で検出される磁束密度が急激に減少する理由は、上記の通り、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触して吸着状態となると、ヨーク１２の内部を通って吸着対象物９に向かう磁束が急激に増加し、ヨーク１２から漏れ出る磁束が急激に減少するためと考えられる。なお、実際に測定された磁束密度は、時刻Ｔｃの直後に、非吸着状態Ｑの磁束密度を超えないピークが現れ、その後、該ピークよりも低い磁束密度で安定する、という推移をたどるものであったが、図１９では、説明をわかりやすくするために、磁束密度の推移を極めて単純化して模式的に示している。

【0138】

ここで、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触した時刻Ｔｃに、コイル１３にもう一度第１電流を供給して、吸着面Ｄ１を再度励磁状態に設定した場合、その後の磁束密度は十分に低い値（第１磁束密度）Ｂ１となった。一方、時刻Ｔｃに第１電流の供給を行なわなかった場合、その後の磁束密度は、第１磁束密度Ｂ１よりも高い値（第２磁束密度）Ｂ２となった。すなわち、時刻Ｔｃに再度の励磁を行なった場合の磁束密度変化量ΔＢ１（＝Ｂ１－Ｂｑ）は、これを行なわなかった場合の磁束密度の変化量ΔＢ２（＝Ｂ２－Ｂｑ）と比べて、大きな値を示す。これは、時刻Ｔｃに再度の励磁を行なうことによって、得られる吸着力Ｆが高まることを意味している。

【0139】

＜５－３．動作の流れ＞
次に、無人飛行体１００に搭載された吸着装置１ａで実行される処理の流れについて、図１６～図１９に加え、図２０を参照しながら説明する。図２０は、該処理の流れを示す図である。

【0140】

ここでも、吸着装置１ａおよび吸着状態判別装置２が搭載された無人飛行体１００を用いて、人が直接に検査することが難しい構造物（例えば、橋梁）等の検査が行われる場合を例にとって説明する。

【0141】

この場合、オペレータは、手元の操作盤等を操作して遠隔操作により無人飛行体１００を制御して、これを吸着対象物９の近傍まで飛行させる。そして、無人飛行体１００が吸着対象物９の近傍に到達すると、オペレータは、無人飛行体１００を、ここに搭載されている吸着装置１ａの吸着面Ｄ１が、吸着対象物９と対向するような姿勢とし（図３（ａ））、該姿勢のまま無人飛行体１００を吸着対象物９に接近させる。

【0142】

ステップＳ１１：吸着装置１ａでは、無人飛行体１００が吸着対象物９に接近する前に（すなわち、吸着対象物９が吸着面Ｄ１に接触していない状態で）、電流供給部１４１が、第１電流をコイル１３に供給して、吸着面Ｄ１を励磁状態に設定する（非接触励磁工程）。

【0143】

ステップＳ１２：その後、無人飛行体１００が吸着対象物９にさらに接近し、どこかのタイミングで吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触するところ、ここでは、接触検知部１４２が、センサ２１が検出する磁束密度に基づいて、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことを検知する（接触検知工程）。

【0144】

具体的には、接触検知部１４２は、センサ２１が検出する磁束密度を監視しており、センサ２１が検出した磁束密度が急激に低下したときに（ステップＳ１２１でＹＥＳ）、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したと判断する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２１の判断の具体的な態様は、どのようなものであってもよい。例えば、センサ２１が測定した磁束密度の所定時間あたりの変化量が、予め設定された閾値Ｗ２より大きくなった場合に、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したと判断することができる。また例えば、センサ２１が検出した磁束密度が所定の閾値（すなわち、非吸着磁束密度Ｂｑよりも十分に小さく、かつ、吸着状態における磁束密度Ｂ１，Ｂ２によりも十分に大きな値に設定された閾値）よりも小さくなった場合に、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したと判断してもよい。

【0145】

ステップＳ１３：ステップＳ１２で、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことが検知されると、接触検知部１４２はその旨を電流供給部１４１に通知する。該通知を受けると、電流供給部１４１は、もう一度、コイル１３に第１電流を供給して、吸着面Ｄ１を、再度、励磁状態に設定する（再励磁工程）。このように、吸着面Ｄ１が吸着対象物９接触した状態で再励磁（再磁化）が行われることで、これが行われない場合に比べて、高い吸着力Ｆが得られる。

【0146】

このようにして、吸着装置１ａが吸着対象物９に吸着される（図３（ｂ））。ただし、オペレータは、この段階では、まだプロペラ１０１の回転を停止させず、無人飛行体１００の揚力を維持し続ける。そして、吸着状態判別装置２に上記の一連の処理ステップＳ１～ステップＳ４を一度行わせて、吸着状態が良好である旨の報知を受けた場合に、プロペラ１０１の回転を停止させる。

【0147】

ただし、吸着状態判別装置２が吸着装置１ａに搭載される場合、磁束密度取得部２２１は、非接触励磁工程（ステップＳ１１）と接触検知工程（ステップＳ１２）との間のタイミングにおいて、センサ２１が検出した磁束密度を、非吸着磁束密度Ｂｑとして取得する（ステップＳ１）。また、磁束密度取得部２２１は、再励磁工程（ステップＳ１３）が行われた後に、センサ２１が検出した磁束密度を、対象磁束密度Ｂｔとして取得する。取得された磁束密度Ｂｑ，Ｂｔに基づいて判別部２２２が吸着状態の良否を判別する態様は、第１実施形態において説明した通りである。

【0148】

＜５－４．効果＞
このように、第５実施形態に係る吸着装置１ａは、コイル１３と、コイル１３に電流を供給する電流供給部１４１と、を備え、第１保磁力を有する第１永久磁石１１ａと、第１保磁力より低い第２保磁力を有する第２永久磁石１１ｂと、を含んで構成されている。そして、電流供給部１４１が、コイル１３に第１電流を供給することで、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が第１永久磁石１１ａの磁化方向と同じ向きとなって、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に吸着可能な励磁状態に設定され、電流供給部１４１が、コイル１３に第２電流を供給することで、第２永久磁石１１ｂの磁化方向が第１永久磁石１１ａの磁化方向と逆の向きとなって、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に吸着しない非励磁状態に設定される。

【0149】

この構成によると、吸着面Ｄ１を励磁状態あるいは非励磁状態に維持するために通電を継続させる必要がないため、消費電力を抑えることができる。また、電流供給部１４１、ひいては、吸着装置１ａの小型化および軽量化が実現される。

【0150】

また、第５実施形態に係る吸着装置１ａは、センサ２１が検出した磁束密度に基づいて、励磁状態にある吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことを検知する接触検知部１４２、を備え、接触検知部１４２により吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことが検知された場合に、電流供給部１４１がコイル１３に第１電流を供給して、吸着面Ｄ１を再度励磁状態に設定する。

【0151】

この構成によると、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したときに、吸着面Ｄ１を再度励磁状態に設定することで、高い吸着力を発揮させることができる。特にここでは、吸着面Ｄ１が吸着対象物９に接触したことの検知が、吸着状態判別装置２が備えるセンサ２１を利用してなされるので、接触したことを検知するためのセンサ２１を別途設ける必要がない。したがって、装置構造が簡素化される。

【0152】

＜６．変形例＞
上記の各実施形態に係る吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅでは、記憶部２２０に格納された関係式Ｋを用いて吸着状態の良否を判別するものとし、この関係式Ｋは、非吸着状態Ｑからの磁束密度の変化量である磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係を規定するものであったが、関係式は、磁束密度と吸着力Ｆとの関係を規定するものであってもよい。具体的には例えば、実験１，２から磁束密度と吸着力Ｆとの関係を導出し、これを定式化した線形関数を、関係式として用いてもよい。磁束密度と吸着力Ｆとの関係を規定する関係式は、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係を規定する関係式Ｋを、非吸着磁束密度Ｂｑの値分だけ＋Ｘ方向にスライドさせたものとなる。磁束密度と吸着力Ｆとの関係を規定する関係式が用いられる場合、判別部２２２は、対象磁束密度Ｂｔから磁束密度変化量ΔＢｔを算出する処理を行うことなく、対象磁束密度Ｂｔをそのまま関係式に代入することによって、発揮されている吸着力Ｆｔの推定値を算出する。

【0153】

上記の各実施形態に係る吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅでは、関係式Ｋは、実験１，２から導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係を定式化した線形関数であったが、関係式は必ずしもこのような線形関数でなくともよい。例えば、実験１，２から導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係を、各種の近似法で近似して得られた非線形な関数を、関係式として用いてもよい。また例えば、実験１，２から導出される磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係をテーブル化したデータを、関係式として用いてもよい。

【0154】

上記の各実施形態に係る吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅでは、複数の複数のサンプル吸着状態Ｐｉを規定して実験１および実験２を行って、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係を導出していたが、例えば、完全吸着状態Ｐ０のみについて実験１および実験２を行って、完全吸着状態Ｐ０の磁束密度変化量ΔＢｐ０と吸着力Ｆ０だけを特定し、これがプロットされる一点と原点とを結ぶ線形関数を、関係式Ｋとして用いてもよい。あるいは、完全吸着状態Ｐ０の磁束密度変化量ΔＢｐ０と吸着力Ｆ０を理論計算などによって特定し、これがプロットされる一点と原点とを結ぶ線形関数を、関係式Ｋとして用いてもよい。例えば、ヨーク１２における、磁化方向と平行な面１２２をセンサ設置面Ｄ２とし、その第１分割領域Ｄ２１あるいは第２分割領域Ｄ２２にセンサ２１を設ける場合、磁束密度変化量ΔＢと吸着力Ｆとの関係は、十分に高い線形性を有することが確認されている。したがって、センサ２１がこのような位置に設けられる場合には、この変形例に係る態様で関係式Ｋを取得しても、吸着状態の判別精度を十分に良好なものとすることができる。

【0155】

上記の各実施形態に係る吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅにおいて、温度センサをさらに設けてもよい。すなわち、吸着装置１の所定位置（好ましくは、センサ２１の近傍）に、温度センサを設けておき、磁束密度取得部２２１が、センサ２１が検出した磁束密度を、温度センサが検出した温度に基づいて適宜に補正するものとしてもよい。この構成によると、温度の影響を排除した磁束密度を用いて吸着力の判別を行うことができるので、吸着状態の判別精度を向上させることができる。

【0156】

上記の各実施形態に係る吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅでは、ヨーク１２における、吸着面Ｄ１と連なってこれと直交する面１２２がセンサ設置面Ｄ２とされていたが、吸着面Ｄ１と平行な面がセンサ設置面Ｄ２とされてもよいし、吸着面Ｄ１がセンサ設置面Ｄ２とされてもよい。後者の場合、吸着面Ｄ１と吸着対象物９との密着が妨げられないように、吸着面Ｄ１に凹部などを設けて、この凹部内にセンサ２１を設置することも好ましい。

【0157】

上記の各実施形態に係る吸着状態判定装置２，２ａ～２ｅの制御部２２は、磁束密度取得部２２１と、判別部２２２と、を備えるものとしたが、その少なくとも一部が、無人飛行体１００の制御部において実現されてもよい。例えば、無人飛行体１００が、オペレータが手元で操作する操作盤等に設けられた制御部１０２を含んで構成され、この制御部１０２から無人飛行体１００の本体部に送出される信号に応じて該本体部が制御される構成である場合に、図２１に示されるように、判別部２２２がこの制御部１０２において実現されてもよい。この場合、例えば無人飛行体１００の本体部に搭載されている制御部２２にて実現されている磁束密度取得部２２１が取得した磁束密度の値が、無人飛行体１００の本体部から送出されて、制御部１０２にて受信され、該制御部１０２において実現される判別部２２２が、該受信された磁束密度の値に基づいて、制御部１０２の記憶部１０２１に記憶されている関係式Ｋおよび閾値Ｗ１を用いて、吸着状態の良否を判別することになる。このような構成によると、オペレータが操作盤等を操作しながら、状況に応じて適宜に閾値Ｗ１を変更することなども容易である。このような構成において、磁束密度取得部２２１も制御部１０２において実現されるものとし、無人飛行体１００の本体部に搭載されているセンサ２１が検出した磁束密度の値が、無人飛行体１００の本体部から送出されて、制御部１０２で実現される磁束密度取得部２２１にて取得されるものとしてもよい。

【0158】

上記の各実施形態に係る吸着装置１，１ａは、一対のヨーク１２，１２を備えるものとしたが、ヨークの個数は２個に限られるものではない。例えば、一方のヨーク１２を省略して、１個のヨーク１２のみを備える構成としてもよい。また、上記の各実施形態に係る吸着装置１，１ａにおいて、一対のヨーク１２，１２と永久磁石１１（１１ａ，１１ｂ）との位置関係を、適宜に変更してもよい。

【0159】

上記の各実施形態に係る吸着装置１，１ａにおいて、各ヨーク１２，１２は直方体状であるとしたが、ヨークの形状はこれに限られるものではない。例えば、上記の各実施形態に係るヨーク１２において、磁化方向と直交する面１２１が、磁化方向に対して９０度ではない角度をなして交差する面であってもよい。また、磁化方向と平行なする面１２２～１２４が、互いに９０度ではない角度をなして交差するものであってもよい。

【0160】

第１実施形態に係る吸着装置１において、永久磁石１１の磁力を打ち消す磁力を発生する電磁石をさらに設けてもよい。この場合、電磁石対する通電を停止すると、永久磁石１１の吸着力が発揮される状態となり、電磁石に対する通電を行っている間は、該吸着力が発揮されない状態となる。

【0161】

第１実施形態に係る吸着装置１は、永久磁石１１としてネオジム磁石を使用したが、永久磁石１１の種類はこれに限られるものではなく、その他の各種の磁石（例えば、アルニコ磁石）を使用してもよい。

【0162】

上記の各実施形態に係る吸着装置１，１ａにおいては、ヨーク１２における、各永久磁石１１（１１ａ，１１ｂ）の磁化方向と平行な面が吸着面Ｄ１とされていたが、磁化方向と交差する面が吸着面Ｄ１とされてもよい。

【0163】

第５実施形態に係る吸着装置１ａにおいては、ヨーク１２における、各永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向と平行、かつ、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの並置方向とも平行な面１２４が、吸着面Ｄ１とされていたが、例えば、ヨーク１２における、各永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向と平行、かつ、一対の永久磁石１１ａ，１１ｂの並置方向と垂直な面が、吸着面Ｄ１とされてもよい。また、そのような面のうち、第２永久磁石１１ｂに近い側の面が、吸着面Ｄ１とされることも好ましい。

【0164】

第５実施形態に係る吸着装置１ａは、第１永久磁石１１ａとしてネオジム磁石を使用し、第２永久磁石１１ｂとしてアルニコ磁石を使用するものとしたが、各永久磁石１１ａ，１１ｂの種類はこれに限られるものではなく、互いに異なる保磁力を有する各種の永久磁石を組み合わせて用いることができる。また、吸着装置１ａは、保磁力が異なる３個以上の永久磁石を含んで構成されてもよい。

【0165】

第５実施形態に係る吸着装置１ａにおいて、再励磁を行うことは必須の要件ではない。例えば、吸着装置１ａにおいて、吸着面Ｄ１を非励磁状態としたまま吸着対象物９に接近させて、所定のタイミングで、電流供給部１４１が、第１電流をコイル１３に供給して、吸着面Ｄ１を非励磁状態から励磁状態に切り換えるものとしてもよい。

【0166】

第５実施形態に係る吸着装置１ａにおいて、コイル１３は、永久磁石１１ａ，１１ｂに巻回されていたが、コイル１３の配置はこれに限られるものではない。

【0167】

上記の各実施形態に係る吸着装置１，１ａは、無人飛行体１００に搭載されたものであったが、吸着装置１，１ａが搭載される対象は無人飛行体１００に限られるものではなく、各種の荷役装置などに搭載されてもよい。例えば、吸着装置１，１ａは、水平面や傾斜面等を走行可能に構成された移動体に搭載されてもよい。また例えば、吸着装置１，１ａは、図２２に示されるように、ロボット（マニピュレータ）１００ａのハンド１０１ａに搭載されてもよい。この場合、ハンド１０１ａに設けられた吸着装置１，１ａが、ヨーク１２に設定された吸着面Ｄ１を介して吸着対象物９に吸着することで、ハンド１０１ａで吸着対象物９を保持することができる。例えば、吸着装置１，１ａが吸着対象物９に吸着した状態で、吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅがその吸着状態が良好か否かを判別し、吸着状態が良好であると判別された場合に限って、ハンド１０１ａを動かすようにすることで、ロボット１００ａが吸着対象物９を落としてしまうといった事故の発生を未然に防止することができる。

【0168】

上記の各実施形態に係る無人飛行体１００には、一組の吸着装置１，１ａが搭載されるものとしたが、複数の吸着装置１，１ａが搭載されてもよい。この場合、複数の吸着装置１，１ａの各々に吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅが設けられてもよいし、一部の吸着装置１，１ａにのみ吸着状態判別装置２，２ａ～２ｅが設けられてもよい。

【0169】

いうまでもなく、上記の各実施形態および各変形例は、互いに組み合わせることができる。例えば、第５実施形態に係る吸着装置１ａに設けられる吸着状態判別装置２において、ヨーク１２における、永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向と平行な面がセンサ設置面Ｄ２とされてもよく、ヨーク１２における、永久磁石１１ａ，１１ｂの磁化方向と垂直な面がセンサ設置面Ｄ２とされてもよい。また、センサ設置面Ｄ２を、吸着面Ｄ１の法線方向に３等分割したときの３個の分割領域Ｄ２１，Ｄ２２，Ｓ２３のいずれにセンサ２１が設けられてもよい。

【0170】

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0171】

１ 吸着装置
１１ 永久磁石
１２ ヨーク
１ａ 吸着装置
１１ａ，１１ｂ 永久磁石
１２ ヨーク
１３ コイル
１４ 制御部
１４１ 電流供給部
１４２ 接触検知部
２，２ａ～２ｅ 吸着状態判別装置
２１ センサ
２２ 制御部
２２１ 磁束密度取得部
２２２ 判別部
Ｄ１ 吸着面
Ｄ２ センサ設置面
Ｄ２１ 第１分割領域
Ｄ２２ 第２分割領域
Ｄ２３ 第３分割領域
Ｋ 関係式
Ｐ 吸着状態判別プログラム
Ｐ’ 吸着力制御プログラム
１００ 無人飛行体
１００ａ ロボット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】