外殻ロボット駆動システム
外殻ロボットは、ロボット本体と、外殻の周囲でロボットを移動させるための少なくとも一つの駆動モジュールと、搭載型動力源と、この搭載型動力源から動力の供給を受ける駆動モジュール用の動力サブシステムとを含む。複数の永久磁石要素が、駆動モジュールと関連付けられており、かつ、それぞれ、外殻に隣接したときの非短絡状態と、外殻に隣接していないときの短絡状態との間で切り換え可能となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、典型的には船舶の外殻を掃除および／または検査するよう構成される外殻ロボットに、特にそうした外殻ロボット用の駆動モジュールに関する。
【０００２】
本願は、この引用によって本明細書中に組み込まれる、35 U.S.C.§§119,120,363,365および37 C.F.R. §§1.55および1.78のもと2009年10月14日に提出された米国特許出願第12/587,949号の利益ならびにそれに対する優先権を主張する。本願は、2008年11月21日に提出された米国特許出願第12/313,643号ならびに2009年8月19日に提出された米国特許出願第12/583,346号に関連する。
【背景技術】
【０００３】
船舶および水中構造体を掃除し検査するためのロボットが提案されている。そうしたロボットは、通常、船舶あるいは構造体外殻の周囲でロボットを移動させるための駆動サブシステムを含む。ある駆動サブシステムは磁気ホイールあるいはローラーを備える。特許文献１〜３を参照されたい。特許文献１に記載の磁気ホイールは、２,０００ポンドを上回る保持力を提供すると述べられている。こうしたホイールを駆動するモーターおよびドライブトレーンは、強力な磁気的吸引力に打ち勝つのに十分なトルクを提供する。たとえば、モーターは４００ＲＰＭを実現する２４ボルトＤＣモーターであると述べられている。
【０００４】
別な駆動サブシステムは、ローラーおよび吸引によって外殻に対してロボットを張り付かせる何らかの手段を含む。特許文献４〜６を参照されたい。あるものは、ローラーあるいはホイールと、外殻から離間した磁石とを使用する。特許文献７〜９を参照されたい。特許文献１０は、外殻に対してロボットを押し付ける、モーターによって駆動されるインペラを開示している。
【０００５】
磁気トラックおよび磁気シューを備えたトラックもまた提案されている。全てが磁石によって加えられる抵抗力を制御するよう選択的に給電可能な電磁石を開示している特許文献１１〜１４を参照されたい。特許文献１５(この引用によって本明細書中に組み込まれる)は、それぞれ連続的に吸引力を加える永久磁石を含む二つのトレッドを備えたブラスト掃除デバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第5,628,271号明細書
【特許文献２】米国特許第3,088,429号明細書
【特許文献３】米国特許第2,104,062号明細書
【特許文献４】米国特許第4,809,383号明細書
【特許文献５】米国特許第6,102,145号明細書
【特許文献６】米国特許第6,053,267号明細書
【特許文献７】米国特許第6,564,815号明細書
【特許文献８】米国特許第3,922,991号明細書
【特許文献９】米国特許第3,777,834号明細書
【特許文献１０】米国特許第4,697,537号明細書
【特許文献１１】米国特許第3,960,229号明細書
【特許文献１２】米国特許第2,132,661号明細書
【特許文献１３】米国特許第4,690,092号明細書
【特許文献１４】米国特許第4,890,567号明細書
【特許文献１５】米国特許第5,285,601号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかの提案された掃除ロボットは、ロボットと船舶に搭載された電源との間に接続されたテザーあるいはケーブルを介して給電される。だが、外殻ロボットがより自立的に動作することが有利であり、この場合、駆動サブシステム、掃除ブラシなどのための電源は、通常はバッテリーあるいはバッテリーパックの形態で、ロボットに搭載されるであろう。電磁石を含む駆動サブシステムは好ましくない。というのは、電磁石は作動のための過度の電力を必要とするからである。駆動サブシステム用の高電圧高出力モーターもまた、バッテリーが使用される場合には好ましくない。同時に、永久磁石が使用され、かつ、それが適度に強力な吸引力を提供する場合、適切な駆動サブシステムを設計するのが困難になる。
【０００８】
その譲受人によって2008年11月21日に提出された同時係属米国特許出願第12/313.643号は、船舶の航行中に外殻を経て流動する水によって駆動されるタービン／発電機サブシステムを介して充電されるバッテリーパックを備えたロボットを提案している。このようにして、外殻ロボットは、船舶外殻を連続的に掃除しかつ／または検査することができる。そうした外殻ロボットにおいては、永久磁石型駆動トラックが望ましい。だが、上述したように、駆動サブシステムはバッテリー給電されるので、永久磁石によって供給される吸引力を制御するための機構が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある実施形態は、ある態様において、船舶の航行中に、外殻を経て流動する流体によって動力が供給される外殻掃除および／または検査ロボットに関する。好ましい駆動モジュールは、トンネル体によって拘束されかつ短絡状態と非短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素を含んでいてもよい。このようにして、磁石は、それらがトンネル体に沿ってその移動の終点に達したとき短絡させられ、そして、バッテリーパワーを保存するためにそれが外殻と再び係合するまで短絡状態のままである。その非短絡状態では、磁石は、船舶の外殻に外殻ロボットを保持するのに十分な吸引力を提供する。別な実施形態では、その駆動モジュールは、外郭掃除および／または検査ロボット以外のシステムと共に使用されてもよい。
【００１０】
外殻ロボットの一例は、ロボット本体と、外殻の周囲でロボットを移動させるための少なくとも一つの駆動モジュールと、搭載型動力源と、搭載型動力源から動力の供給を受ける駆動モジュール用の動力サブシステムとを具備してなる。複数の永久磁石要素は駆動モジュールと関連付けられ、それぞれ、外殻に隣接したときの非短絡状態と、外殻に隣接していないときの短絡状態との間で切り換え可能である。
【００１１】
動力サブシステムは、外殻を経て流動する流体から動力の供給を受ける少なくとも一つのタービンと、搭載型動力源を充電するためにタービンによって駆動される発電機と、駆動モジュールを駆動する搭載型動力源から動力の供給を受けるモーターとを含んでもよい。典型的な搭載型動力源は少なくとも一つのバッテリーを含む。
【００１２】
あるバージョンでは、各磁石要素は、ハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含む。好ましいハウジングは、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含む。各磁石要素はさらに、短絡状態と非短絡状態との間でハウジング内で円柱形磁石を回転させるための、円柱形磁石に対して取り付けられたスイッチを含んでいてもよい。
【００１３】
ある例では、駆動モジュールはトンネル体を含んでもよく、かつ、各磁石要素は、トンネル体に対して移動するキャリッジを含んでもよい。トンネル体は対向する側方トラックを含んでもよく、この場合、キャリッジはトンネル体の側方トラック内を移動する離間したベアリングを含む。典型的なトンネル体はドライブトレーンを支持してもよく、そして各キャリッジはドライブトレーンに連結される。ある例では、ドライブトレーンは、チェーンと係合する離間したスプロケットの周囲にチェーンを含んでもよい。各キャリッジは、通常、チェーン内へと延在する少なくとも一つのコネクターを含む。
【００１４】
さらに、トンネル体を支持する離間したパネルが存在してもよい。複数の撓み部が、通常、各支持パネルとトンネル体との間で延在してもよい。ある例では、トンネル体はセグメント化され、かつ、各セグメント当たり少なくとも一つの撓み部が存在する。一方あるいは両方のパネルは、それ自体に閉ループ溝を含んでいてもよい。磁気スイッチアセンブリはこの溝の中で移動し、かつ、この溝は、閉ループの対向端部において磁石を回転させるためにスイッチアセンブリを作動させるよう構成される。各磁石要素はまた保護カバーを含んでいてもよい。
【００１５】
さらに着目すべきは駆動モジュールであり、これは複数の磁石要素を含み、そのそれぞれが、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材とハウジング内へと延在する内腔を備えたハウジングと、内腔内に回転可能に配置された磁石と、磁石を回転させるためのスイッチアセンブリとを含む。各磁石のためのキャリッジは、少なくとも一つのベアリングおよびコネクターを含む。トンネル体は、キャリッジのベアリングのための少なくとも一つのトラックを含む。トンネル体のための少なくとも一つのサポートは、キャリッジのコネクターに取り付けられる。少なくとも一つのパネルがトンネル体を支持する。パネルは、通常、スイッチアセンブリを作動させるパネルにおける特徴部のようなスイッチアセンブリを作動させるための手段を含む。この特徴部は、トンネルの対向する端部において磁石を回転させるよう構成される。
【００１６】
ある駆動モジュールは、それぞれ非短絡状態と短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素と、その状態を変化させるために各永久磁石要素を回転させる各磁石要素のためのスイッチアセンブリと、永久磁石要素を拘束するトンネル体と、永久磁石要素に対してトンネル体を動かすためのドライブトレーンとを特徴とする。ある例では、ドライブトレーンは、トンネルアセンブリによって回転可能に支持された離間したホイールと、永久磁石要素に対して連結されたホイールの周りのフレキシブルな部材とを含む。
【００１７】
したがって、本発明は、ある実施形態において、上記目的の全てを達成する必要はなく、特許請求の範囲はこれらの目的を達成できる構造あるいは方法には限定されない。
【００１８】
好ましい実施形態に関する以下の説明ならびに図面から、その他の目的、特徴および利点は当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】外殻ロボットの一例の底部の概略斜視図である。
【図２】図１の外殻ロボットと関連付けられた一次サブシステムの概略図である。
【図３】典型的な外殻掃除ロボットと関連付けられたサブシステムのいくつかを示すブロック図である。
【図４】駆動モジュールの一例と関連付けられたコンポーネントのいくつかを示す部分的な前側概略斜視図である。
【図５】駆動モジュールの一例と関連付けられた切り換え可能な永久磁石要素の一例を示す部分的な前部概略斜視図である。
【図６】図５の永久磁石要素を、その短絡状態で示す概略側断面図である。
【図７】図５の永久磁石要素を、その非短絡状態で示す概略側断面図である。
【図８】個々の永久磁石要素を拘束するトンネル体の一例の側部概略斜視図である。
【図９】永久磁石要素に対してトンネル体を駆動する機構の一部の一例を示す概略側断面図である。
【図１０】分割されたトンネル体の側部概略斜視図である。
【図１１】図１０に示す分割されたトンネル体を柔軟に支持する離間したサイドプレート部材を示す前部概略斜視図である。
【図１２】図１１の撓み部材を詳しく示す前部概略斜視図である。
【図１３】図１１のパネルの一方の内側の概略斜視図である。
【図１４】パネルの特徴部がスイッチアクチュエータとしてどのように機能するかを示す、図１３に示されたパネルの概略斜視図である。
【図１５】外殻ロボットの適所に複数の駆動モジュールを含む例を示す底面側概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下で説明する好ましい実施形態に加えて、本発明は他の実施形態も可能であり、しかもさまざまな様式で実施あるいは達成できる。したがって、本発明は、その適用に関して、以下で言及するかあるいは図面に示す構成の細部およびコンポーネントの配置に限定されるものではないことに留意されたい。ただ一つの実施形態について以下で説明する場合でも、発明は当該実施形態に限定されない。さらに、特許請求の範囲の記載は、特定の排除、制限あるいは放棄を明示する明確かつもっともな証拠が存在しない限り、制限的に解釈すべきではない。
【００２１】
図１および図２は、組み合わされたタービン／発電機ユニット３２ａおよび３２ｂを支持するロボット本体１６を備えた外殻ロボット１０の一例を示している。タービンは、船舶が航行しているとき、船舶外殻を経て流動する流体に反応し、たとえば、タービンインテークはスクリーン３０の後方にあり、船舶外郭を経て流動する流体に反応する。タービンは発電機を駆動し、これが、今度は、バッテリーパック３８を充電する。電子制御モジュール４０は、モーターおよびロボット１０に搭載されたその他のパワーデバイスと同様、バッテリーパック３８によって給電される。通常、一つのモーターが、たとえば、ギア４２ｂを駆動し、これが今度はギア４２ａおよび４２ｃを駆動する。このようにして、掃除ブラジ３６ａ〜３６ｃが作動させられる。別なモーターが、通常は、駆動モジュール１８と関連付けられるが、これは、外郭上でロボットを保持し、かつ、船舶外殻の周囲でロボットを移動させる。駆動モジュール１８のためのモーターシステムは設計変更可能である。たとえば、タービンが直にモジュール１８(および／またはブラジ３６ａ〜３６ｃ)を駆動してもよい。さらに、ブラジ３６ａ〜３６ｃは別な様式で駆動されてもよい。一つ以上の駆動モジュールが存在してもよい。
【００２２】
図３は、タービンサブシステム３２(外殻を経て流動する流体によって作動可能な一つ以上のデバイスを含む)および電源４０を再充電する発電機７０を含む例を示している。モーター７２ａおよび７２ｂなどの一つ以上のモーターが電源４０によって給電される。モーター７２ａはドライブトレーン７４ａを介して駆動モジュール１８を駆動する。ロボットの移動の方向は電子制御サブシステムによって反転させることができるが、これは、たとえばナビゲーションサブシステム７８および／または通信サブシステム８０からの入力に基づいてモーター７２ａの方向を反転させるよう構成されている。電子制御装置４１もまた電源４０によって給電される。同様に、モーター７２ｂは、ドライブトレーン７４ｂを介して、掃除サブシステム８２(たとえば上述したような一つ以上のブラシ)を駆動する。モーター７２ｂもまた電源４０から給電される。別な実施形態では、一つ以上のモーターが、電気以外の動力源に基づいて作動してもよい。たとえば、流体駆動されるモーターが知られている。タービンサブシステムは、この場合、モーターへと圧力下の流体を圧送できる。掃除システムが受動的なもの(たとえばパッドおよび／またはスキージ)である場合、モーター７２ｂおよびドライブトレーン７４ｂは必要とされないであろう。別な実施形態では、タービンの駆動シャフトは、掃除ブラシおよび／または駆動モジュールに対して機械的に結合される。したがって、駆動モジュールのための動力サブシステムは変更可能である。
【００２３】
図４は、好ましい駆動モジュールのあるバージョンの特定のコンポーネントを大まかに示している。通常は、要素１００などの複数の永久磁石要素が存在する。スイッチアセンブリは、短絡および非短絡状態の間で要素１００を切り換える。アクチュエータ１０４は、通常は、要素１００が船舶外殻に隣接していない場合の短絡状態と、要素１００が船舶外殻に隣接している場合の非短絡状態との間で、スイッチ１０２を動作させる。トンネル体１０６は、通常は、あるタイプのキャリッジ１０８を含む要素１００の移動を制限するよう構成されている。矢印１１０で示すように永久磁石要素１００に対してトンネル体１０６を駆動するための何らかの手段もまた存在する。
【００２４】
図５は、永久磁石要素１００が、ハウジング１２２の内腔内に回転可能に配置された直径に沿って着磁された円柱磁石１２０を含む設計を示している。ハウジング１２２は、強磁性素材１２６ａおよび１２６ｂ(たとえば、スチール)間に挟み込まれた非磁性素材１２４(たとえばアルミニウム、プラスチックなど)を含む。スイッチ１０２が円柱磁石１２０に取り付けられ、それを図６および図７に示すように回転させる。図６において、磁石１２０は短絡させられている。なぜなら、磁界は、Ｎ極から、強磁性素材１２６ａおよび１２６ｂを通って外向きに、そしてＳ極へと流れるからである。船舶外殻１３０への磁石１２０の吸引力はこうして最小化される。スイッチ１０２を作動させることで図７に示すように磁石１２０が回転し、各極は強磁性素材１２６ａあるいは１２６ｂに接近する。図示するように、Ｓ極は強磁性素材１２６ａと接触状態となり、そしてＮ極は強磁性素材１２６ｂと接触状態となる。磁界は、磁石のＮ極からボディ１２６ｂ内へと、船舶の外殻１３０へと、ボディ１２６ａへと、そしてその後、磁石のＳ極へと戻るように流れる。この非短絡状態では、外殻１３０への磁石１２０の吸引力は最大化される。
【００２５】
通常、スイッチ１０２は、永久磁石要素１００が外殻上でのその移動の終点に達したとき磁石１２０を短絡させるよう作動させられ、そしてスイッチ１０２は、永久磁石要素１０２が外殻と再び接触磁石状態となるとき磁石１２０を作用させるために再び作動させられる。このようにして、電力使用量が最小化され、しかも、依然として、外殻上でロボットを保持するために付与された非常に強力な吸引力が存在する。電力使用量が最小化されるが、これは、電力が外殻から個々の永久磁石要素を分離させるのに消費されないからである。さらに、外殻へのダメージが最小化されるが、これは永久磁石要素が、それらが実際に外殻と接触状態となるまで、その非短絡状態へと切り換えられないからである。各永久磁石要素は、やはり船舶外殻へのダメージを低減するために保護カバーを備えていてもよい。目的は、磁石によって加えられる保持力を制御し、同時に、電磁石とは異なり電力を消費しない永久磁石を使用することである。
【００２６】
図５はまた、離間した回転ベアリング１４０ａおよび１４０ｂとコネクター１４２ａ〜１４２ｄを備えたキャリッジ１０８'を示している。ベアリング１４０ａおよび１４０ｂはトンネル体１０６'の側方トラック内を移動する(図８)。図８において、長円形状の側方トラック１５２が示されている。
【００２７】
図９は、トンネル体１０６'が、ホイール１６０(これはモーター７２ａおよびドライブトレーン７４ａによって駆動されてもよい(図３))を含む離間したスプロケットホイールなどのドライブトレーンを、どのように支持しているかを示している。チェーン１６２が離間したスプロケットホイールの周囲に延在している。永久磁石要素１００ａのキャリッジ１０８'のベアリング１４０ｂは、トンネル体１０６'のトラック１５２内に拘束され、そしてコネクター１４２ｃおよび１４２ｄはチェーン１６２内へ突出する。
【００２８】
トンネル体１０６'はロボット本体１０に固定されており(図１および図２)、かつ、その非短絡状態にある永久磁石要素１００ｂ〜１００ｅは船舶外殻１３０に対して強力に引き付けられているので、チェーン１６２は、実際、トンネル体１０６'を前方(および後方)に駆動し、そして、これによってロボット本体は、スプロケットの周囲のチェーン１６２の循環によって船舶外殻に対して駆動される。
【００２９】
図９はまた、永久磁石要素１００ａがスイッチ１０２のポジションによって短絡させられた状態を示している。永久磁石要素１００ｘは、最初に外殻１３０に対して引き付けられるポジションとなる要素であるか、あるいは、それは、ロボットの移動の方向に依存して外殻を離れる。永久磁石要素１００ｘがちょうど外殻１３０に対して引き付けられるポジションとなった場合、いったん永久磁石要素１００ｘが永久磁石要素１００ｂのポジションを占有すると、それは、図示する短絡ポジションからその非短絡ポジションへと切り換えられる。永久磁石要素１００ｘがちょうど外殻１３０を離れた場合、あるいはまさに外殻を離れようとしている場合、それが永久磁石要素１００ｂのポジションを占有した後に、それは短絡状態へと切り換えられる。
【００３０】
図１０は、トンネル体およびトラックシステムの連結が、外殻１３０に非均一部１７０ａおよび１７０ｂが存在する状況で、各永久磁石要素のための接触面積を最大化することを可能とする、トンネル体１０６''のためのセグメント設計を示している。図１１において、離間したパネル１８０ａおよび１８０ｂは撓み部１８２ａおよび１８２ｂを介してトンネル体１０６''を支持している(図１１および図１２)。通常、図１２に示すように、各トンネル体セグメントのために少なくとも一つの撓み部が存在する。側方パネル１８０ａおよび１８０ｂは、ロボット本体へ、あるいはロボット本体に回転可能に取り付けられたタレットに固定される。
【００３１】
図１１はまた、パネル１８０ｂの内側の閉ループ溝１８４ａなどの作動機構を示している。図１３に示すように、側方パネルのこの溝は、永久磁石要素のスイッチを作動させるよう機能する。溝端部１８６ａおよび１８６ｂにはジョグが存在する。外殻ロボットの移動の方向が矢印１８８で示されるようなものであり、かつ、船舶外殻は図の下部に存在するならば、ジョグ１８６ｂ永久磁石要素を短絡させるために永久磁石要素スイッチを作動させ、そしてジョグ１８６ａにおいてスイッチは永久磁石要素をその非短絡状態へと復帰させるために再び作動させられる。図１４は、より完全な切り換えアセンブリ１０２ａ〜１０２ｄを示しており、そして、どのようにして、スイッチ１０２がその短絡ポジションに存在するが、スイッチ１０２が溝ジョグ１８６ａを介してその非短絡ポジションへと作動させられたかを示している。同様に、ジョグ１８６ｂは、トンネル体１０６'の前部および上部に対応するパネル１８０ａの前部および上部の周囲でのその移動の残りの部分のために、スイッチ１０２ｃを短絡ポジションへと切り換える(図９)。
【００３２】
図１５は、ロボット本体に対して回転可能であってもよいタレット２００に設けられた二つの完全な駆動モジュール１８ａおよび１８ｂを示している。このようにして、タレット２００は、船舶外殻周囲のロボットの移動の方向に関係なく、タービン／発電機アセンブリ３２ａおよび３２ｂのインテークが船舶外殻を経て流動する水の方向と整列した状態を維持するために回転可能である。2009年8月19日に提出された米国特許出願第12/583,346号を参照されたい。
【００３３】
ある好ましい設計においては、トンネル体は二つの機能を発揮する。すなわち、それは、永久磁石要素の移動を拘束し、そしてまた、永久磁石要素のキャリッジに連結された駆動機構(たとえば二つのスプロケット周りのチェーン)を収容する役割を果たす。こうした設計はまた、駆動アセンブリにおける弛みに対する構造的なサポートを提供する。側方プレートはまた二つの機能を発揮する。すなわち、それらはトンネル体を柔軟に支持し、かつ、それらは永久磁石要素のスイッチを作動させるための手段を含む。好ましい設計では、磁気要素は、ロボットの移動の方向に関係なく、その最小吸引状態と、その最大吸引状態との間で切り換えられる。本発明の限定は存在しないが、別な設計も可能である。
【００３４】
典型的な外殻ロボットに関連付けられるその他の特徴は、背景技術において提示され、この引用によって本明細書中に組み込まれる文献に開示されている。さらに、その譲受人によって2008年11月21日に提出された米国特許出願第12/313,643号もまた、外殻ロボットと関連付けることができる、さらなる特徴を開示している。ここに開示された駆動モジュールは、しかしながら、そうした船舶外殻ロボットに関連した使用には限定されない。駆動モジュールは、たとえば、これに限定されるわけではないが、船舶外殻、水中構造体などを含む、いかなる強磁性体においても使用可能である。本明細書で用いている「外殻」は、この場合、広く、横断される構造体を意味する。
【００３５】
それゆえ、本発明の特定の特徴はある図面に示され、別な図面には示されていないが、これは単に便宜的なものであり、各特徴は、本発明に基づいて、別な特徴のいずれかあるいは全てと組み合わせることができる。本明細書で用いている「含む」、「具備してなる」、「有する」、そして「備える」は、広くかつ包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的相互連結にも限定されない。さらに、本願に関して開示された実施形態は、唯一可能な実施形態として解釈すべきではない。
【００３６】
さらに、この特許のための特許出願の手続の間に提出される補正は、提出された出願において提示された請求項要素の放棄ではない。当業者が、全ての可能な等価物を厳密な意味で包含するであろう請求項を起草するとは合理的は予期できず、多くの等価物は補正の時点では予見不可能であり、かつ、譲渡されるもの(もしあれば)の公正な解釈を超えており、補正の基礎をなす原理は多くの等価物に対する僅かな関連性以上のものは有しておらず、かつ／または出願人は、補正された請求項の要素に関する、ある想像上の置き換えを開示するとは予期できない。
【００３７】
他の実施形態は当業者にとって明らかであり、それは特許請求の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 外殻ロボット
１６ ロボット本体
１８ 駆動モジュール
３０ スクリーン
３２ タービンサブシステム
３６ａ〜３６ｃ 掃除ブラジ
３８ バッテリーパック
４０ 電源
４１ 電子制御装置
４２ａ, ４２ｂ,４２ｃ ギア
７０ 発電機
７２ａ,７２ｂ モーター
７４ａ,７４ｂ ドライブトレーン
７８ ナビゲーションサブシステム
８０ 通信サブシステム
８２ 掃除サブシステム
１００ 永久磁石要素
１０２ スイッチ
１０４ アクチュエータ
１０６ トンネル体
１０８ キャリッジ
１２０ 円柱磁石
１２２ ハウジング
１２４ 非磁性素材
１２６ａ,１２６ｂ 強磁性素材
１３０ 船舶外殻
１４０ａ,１４０ｂ 回転ベアリング
１４２ａ〜１４２ｄ コネクター
１５２ 側方トラック
１６０ ホイール
１６２ チェーン
１７０ａ,１７０ｂ 非均一部
１８０ａ,１８０ｂ パネル
１８２ａ,１８２ｂ 撓み部
１８４ａ 閉ループ溝
１８６ａ,１８６ｂ ジョグ
２００ タレット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、典型的には船舶の外殻を掃除および／または検査するよう構成される外殻ロボットに、特にそうした外殻ロボット用の駆動モジュールに関する。
【０００２】
本願は、この引用によって本明細書中に組み込まれる、35 U.S.C.§§119,120,363,365および37 C.F.R. §§1.55および1.78のもと2009年10月14日に提出された米国特許出願第12/587,949号の利益ならびにそれに対する優先権を主張する。本願は、2008年11月21日に提出された米国特許出願第12/313,643号ならびに2009年8月19日に提出された米国特許出願第12/583,346号に関連する。
【背景技術】
【０００３】
船舶および水中構造体を掃除し検査するためのロボットが提案されている。そうしたロボットは、通常、船舶あるいは構造体外殻の周囲でロボットを移動させるための駆動サブシステムを含む。ある駆動サブシステムは磁気ホイールあるいはローラーを備える。特許文献１〜３を参照されたい。特許文献１に記載の磁気ホイールは、２,０００ポンドを上回る保持力を提供すると述べられている。こうしたホイールを駆動するモーターおよびドライブトレーンは、強力な磁気的吸引力に打ち勝つのに十分なトルクを提供する。たとえば、モーターは４００ＲＰＭを実現する２４ボルトＤＣモーターであると述べられている。
【０００４】
別な駆動サブシステムは、ローラーおよび吸引によって外殻に対してロボットを張り付かせる何らかの手段を含む。特許文献４〜６を参照されたい。あるものは、ローラーあるいはホイールと、外殻から離間した磁石とを使用する。特許文献７〜９を参照されたい。特許文献１０は、外殻に対してロボットを押し付ける、モーターによって駆動されるインペラを開示している。
【０００５】
磁気トラックおよび磁気シューを備えたトラックもまた提案されている。全てが磁石によって加えられる抵抗力を制御するよう選択的に給電可能な電磁石を開示している特許文献１１〜１４を参照されたい。特許文献１５(この引用によって本明細書中に組み込まれる)は、それぞれ連続的に吸引力を加える永久磁石を含む二つのトレッドを備えたブラスト掃除デバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第5,628,271号明細書
【特許文献２】米国特許第3,088,429号明細書
【特許文献３】米国特許第2,104,062号明細書
【特許文献４】米国特許第4,809,383号明細書
【特許文献５】米国特許第6,102,145号明細書
【特許文献６】米国特許第6,053,267号明細書
【特許文献７】米国特許第6,564,815号明細書
【特許文献８】米国特許第3,922,991号明細書
【特許文献９】米国特許第3,777,834号明細書
【特許文献１０】米国特許第4,697,537号明細書
【特許文献１１】米国特許第3,960,229号明細書
【特許文献１２】米国特許第2,132,661号明細書
【特許文献１３】米国特許第4,690,092号明細書
【特許文献１４】米国特許第4,890,567号明細書
【特許文献１５】米国特許第5,285,601号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかの提案された掃除ロボットは、ロボットと船舶に搭載された電源との間に接続されたテザーあるいはケーブルを介して給電される。だが、外殻ロボットがより自立的に動作することが有利であり、この場合、駆動サブシステム、掃除ブラシなどのための電源は、通常はバッテリーあるいはバッテリーパックの形態で、ロボットに搭載されるであろう。電磁石を含む駆動サブシステムは好ましくない。というのは、電磁石は作動のための過度の電力を必要とするからである。駆動サブシステム用の高電圧高出力モーターもまた、バッテリーが使用される場合には好ましくない。同時に、永久磁石が使用され、かつ、それが適度に強力な吸引力を提供する場合、適切な駆動サブシステムを設計するのが困難になる。
【０００８】
その譲受人によって2008年11月21日に提出された同時係属米国特許出願第12/313.643号は、船舶の航行中に外殻を経て流動する水によって駆動されるタービン／発電機サブシステムを介して充電されるバッテリーパックを備えたロボットを提案している。このようにして、外殻ロボットは、船舶外殻を連続的に掃除しかつ／または検査することができる。そうした外殻ロボットにおいては、永久磁石型駆動トラックが望ましい。だが、上述したように、駆動サブシステムはバッテリー給電されるので、永久磁石によって供給される吸引力を制御するための機構が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある実施形態は、ある態様において、船舶の航行中に、外殻を経て流動する流体によって動力が供給される外殻掃除および／または検査ロボットに関する。好ましい駆動モジュールは、トンネル体によって拘束されかつ短絡状態と非短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素を含んでいてもよい。このようにして、磁石は、それらがトンネル体に沿ってその移動の終点に達したとき短絡させられ、そして、バッテリーパワーを保存するためにそれが外殻と再び係合するまで短絡状態のままである。その非短絡状態では、磁石は、船舶の外殻に外殻ロボットを保持するのに十分な吸引力を提供する。別な実施形態では、その駆動モジュールは、外郭掃除および／または検査ロボット以外のシステムと共に使用されてもよい。
【００１０】
外殻ロボットの一例は、ロボット本体と、外殻の周囲でロボットを移動させるための少なくとも一つの駆動モジュールと、搭載型動力源と、搭載型動力源から動力の供給を受ける駆動モジュール用の動力サブシステムとを具備してなる。複数の永久磁石要素は駆動モジュールと関連付けられ、それぞれ、外殻に隣接したときの非短絡状態と、外殻に隣接していないときの短絡状態との間で切り換え可能である。
【００１１】
動力サブシステムは、外殻を経て流動する流体から動力の供給を受ける少なくとも一つのタービンと、搭載型動力源を充電するためにタービンによって駆動される発電機と、駆動モジュールを駆動する搭載型動力源から動力の供給を受けるモーターとを含んでもよい。典型的な搭載型動力源は少なくとも一つのバッテリーを含む。
【００１２】
あるバージョンでは、各磁石要素は、ハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含む。好ましいハウジングは、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含む。各磁石要素はさらに、短絡状態と非短絡状態との間でハウジング内で円柱形磁石を回転させるための、円柱形磁石に対して取り付けられたスイッチを含んでいてもよい。
【００１３】
ある例では、駆動モジュールはトンネル体を含んでもよく、かつ、各磁石要素は、トンネル体に対して移動するキャリッジを含んでもよい。トンネル体は対向する側方トラックを含んでもよく、この場合、キャリッジはトンネル体の側方トラック内を移動する離間したベアリングを含む。典型的なトンネル体はドライブトレーンを支持してもよく、そして各キャリッジはドライブトレーンに連結される。ある例では、ドライブトレーンは、チェーンと係合する離間したスプロケットの周囲にチェーンを含んでもよい。各キャリッジは、通常、チェーン内へと延在する少なくとも一つのコネクターを含む。
【００１４】
さらに、トンネル体を支持する離間したパネルが存在してもよい。複数の撓み部が、通常、各支持パネルとトンネル体との間で延在してもよい。ある例では、トンネル体はセグメント化され、かつ、各セグメント当たり少なくとも一つの撓み部が存在する。一方あるいは両方のパネルは、それ自体に閉ループ溝を含んでいてもよい。磁気スイッチアセンブリはこの溝の中で移動し、かつ、この溝は、閉ループの対向端部において磁石を回転させるためにスイッチアセンブリを作動させるよう構成される。各磁石要素はまた保護カバーを含んでいてもよい。
【００１５】
さらに着目すべきは駆動モジュールであり、これは複数の磁石要素を含み、そのそれぞれが、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材とハウジング内へと延在する内腔を備えたハウジングと、内腔内に回転可能に配置された磁石と、磁石を回転させるためのスイッチアセンブリとを含む。各磁石のためのキャリッジは、少なくとも一つのベアリングおよびコネクターを含む。トンネル体は、キャリッジのベアリングのための少なくとも一つのトラックを含む。トンネル体のための少なくとも一つのサポートは、キャリッジのコネクターに取り付けられる。少なくとも一つのパネルがトンネル体を支持する。パネルは、通常、スイッチアセンブリを作動させるパネルにおける特徴部のようなスイッチアセンブリを作動させるための手段を含む。この特徴部は、トンネルの対向する端部において磁石を回転させるよう構成される。
【００１６】
ある駆動モジュールは、それぞれ非短絡状態と短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素と、その状態を変化させるために各永久磁石要素を回転させる各磁石要素のためのスイッチアセンブリと、永久磁石要素を拘束するトンネル体と、永久磁石要素に対してトンネル体を動かすためのドライブトレーンとを特徴とする。ある例では、ドライブトレーンは、トンネルアセンブリによって回転可能に支持された離間したホイールと、永久磁石要素に対して連結されたホイールの周りのフレキシブルな部材とを含む。
【００１７】
したがって、本発明は、ある実施形態において、上記目的の全てを達成する必要はなく、特許請求の範囲はこれらの目的を達成できる構造あるいは方法には限定されない。
【００１８】
好ましい実施形態に関する以下の説明ならびに図面から、その他の目的、特徴および利点は当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】外殻ロボットの一例の底部の概略斜視図である。
【図２】図１の外殻ロボットと関連付けられた一次サブシステムの概略図である。
【図３】典型的な外殻掃除ロボットと関連付けられたサブシステムのいくつかを示すブロック図である。
【図４】駆動モジュールの一例と関連付けられたコンポーネントのいくつかを示す部分的な前側概略斜視図である。
【図５】駆動モジュールの一例と関連付けられた切り換え可能な永久磁石要素の一例を示す部分的な前部概略斜視図である。
【図６】図５の永久磁石要素を、その短絡状態で示す概略側断面図である。
【図７】図５の永久磁石要素を、その非短絡状態で示す概略側断面図である。
【図８】個々の永久磁石要素を拘束するトンネル体の一例の側部概略斜視図である。
【図９】永久磁石要素に対してトンネル体を駆動する機構の一部の一例を示す概略側断面図である。
【図１０】分割されたトンネル体の側部概略斜視図である。
【図１１】図１０に示す分割されたトンネル体を柔軟に支持する離間したサイドプレート部材を示す前部概略斜視図である。
【図１２】図１１の撓み部材を詳しく示す前部概略斜視図である。
【図１３】図１１のパネルの一方の内側の概略斜視図である。
【図１４】パネルの特徴部がスイッチアクチュエータとしてどのように機能するかを示す、図１３に示されたパネルの概略斜視図である。
【図１５】外殻ロボットの適所に複数の駆動モジュールを含む例を示す底面側概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下で説明する好ましい実施形態に加えて、本発明は他の実施形態も可能であり、しかもさまざまな様式で実施あるいは達成できる。したがって、本発明は、その適用に関して、以下で言及するかあるいは図面に示す構成の細部およびコンポーネントの配置に限定されるものではないことに留意されたい。ただ一つの実施形態について以下で説明する場合でも、発明は当該実施形態に限定されない。さらに、特許請求の範囲の記載は、特定の排除、制限あるいは放棄を明示する明確かつもっともな証拠が存在しない限り、制限的に解釈すべきではない。
【００２１】
図１および図２は、組み合わされたタービン／発電機ユニット３２ａおよび３２ｂを支持するロボット本体１６を備えた外殻ロボット１０の一例を示している。タービンは、船舶が航行しているとき、船舶外殻を経て流動する流体に反応し、たとえば、タービンインテークはスクリーン３０の後方にあり、船舶外郭を経て流動する流体に反応する。タービンは発電機を駆動し、これが、今度は、バッテリーパック３８を充電する。電子制御モジュール４０は、モーターおよびロボット１０に搭載されたその他のパワーデバイスと同様、バッテリーパック３８によって給電される。通常、一つのモーターが、たとえば、ギア４２ｂを駆動し、これが今度はギア４２ａおよび４２ｃを駆動する。このようにして、掃除ブラジ３６ａ〜３６ｃが作動させられる。別なモーターが、通常は、駆動モジュール１８と関連付けられるが、これは、外郭上でロボットを保持し、かつ、船舶外殻の周囲でロボットを移動させる。駆動モジュール１８のためのモーターシステムは設計変更可能である。たとえば、タービンが直にモジュール１８(および／またはブラジ３６ａ〜３６ｃ)を駆動してもよい。さらに、ブラジ３６ａ〜３６ｃは別な様式で駆動されてもよい。一つ以上の駆動モジュールが存在してもよい。
【００２２】
図３は、タービンサブシステム３２(外殻を経て流動する流体によって作動可能な一つ以上のデバイスを含む)および電源４０を再充電する発電機７０を含む例を示している。モーター７２ａおよび７２ｂなどの一つ以上のモーターが電源４０によって給電される。モーター７２ａはドライブトレーン７４ａを介して駆動モジュール１８を駆動する。ロボットの移動の方向は電子制御サブシステムによって反転させることができるが、これは、たとえばナビゲーションサブシステム７８および／または通信サブシステム８０からの入力に基づいてモーター７２ａの方向を反転させるよう構成されている。電子制御装置４１もまた電源４０によって給電される。同様に、モーター７２ｂは、ドライブトレーン７４ｂを介して、掃除サブシステム８２(たとえば上述したような一つ以上のブラシ)を駆動する。モーター７２ｂもまた電源４０から給電される。別な実施形態では、一つ以上のモーターが、電気以外の動力源に基づいて作動してもよい。たとえば、流体駆動されるモーターが知られている。タービンサブシステムは、この場合、モーターへと圧力下の流体を圧送できる。掃除システムが受動的なもの(たとえばパッドおよび／またはスキージ)である場合、モーター７２ｂおよびドライブトレーン７４ｂは必要とされないであろう。別な実施形態では、タービンの駆動シャフトは、掃除ブラシおよび／または駆動モジュールに対して機械的に結合される。したがって、駆動モジュールのための動力サブシステムは変更可能である。
【００２３】
図４は、好ましい駆動モジュールのあるバージョンの特定のコンポーネントを大まかに示している。通常は、要素１００などの複数の永久磁石要素が存在する。スイッチアセンブリは、短絡および非短絡状態の間で要素１００を切り換える。アクチュエータ１０４は、通常は、要素１００が船舶外殻に隣接していない場合の短絡状態と、要素１００が船舶外殻に隣接している場合の非短絡状態との間で、スイッチ１０２を動作させる。トンネル体１０６は、通常は、あるタイプのキャリッジ１０８を含む要素１００の移動を制限するよう構成されている。矢印１１０で示すように永久磁石要素１００に対してトンネル体１０６を駆動するための何らかの手段もまた存在する。
【００２４】
図５は、永久磁石要素１００が、ハウジング１２２の内腔内に回転可能に配置された直径に沿って着磁された円柱磁石１２０を含む設計を示している。ハウジング１２２は、強磁性素材１２６ａおよび１２６ｂ(たとえば、スチール)間に挟み込まれた非磁性素材１２４(たとえばアルミニウム、プラスチックなど)を含む。スイッチ１０２が円柱磁石１２０に取り付けられ、それを図６および図７に示すように回転させる。図６において、磁石１２０は短絡させられている。なぜなら、磁界は、Ｎ極から、強磁性素材１２６ａおよび１２６ｂを通って外向きに、そしてＳ極へと流れるからである。船舶外殻１３０への磁石１２０の吸引力はこうして最小化される。スイッチ１０２を作動させることで図７に示すように磁石１２０が回転し、各極は強磁性素材１２６ａあるいは１２６ｂに接近する。図示するように、Ｓ極は強磁性素材１２６ａと接触状態となり、そしてＮ極は強磁性素材１２６ｂと接触状態となる。磁界は、磁石のＮ極からボディ１２６ｂ内へと、船舶の外殻１３０へと、ボディ１２６ａへと、そしてその後、磁石のＳ極へと戻るように流れる。この非短絡状態では、外殻１３０への磁石１２０の吸引力は最大化される。
【００２５】
通常、スイッチ１０２は、永久磁石要素１００が外殻上でのその移動の終点に達したとき磁石１２０を短絡させるよう作動させられ、そしてスイッチ１０２は、永久磁石要素１０２が外殻と再び接触磁石状態となるとき磁石１２０を作用させるために再び作動させられる。このようにして、電力使用量が最小化され、しかも、依然として、外殻上でロボットを保持するために付与された非常に強力な吸引力が存在する。電力使用量が最小化されるが、これは、電力が外殻から個々の永久磁石要素を分離させるのに消費されないからである。さらに、外殻へのダメージが最小化されるが、これは永久磁石要素が、それらが実際に外殻と接触状態となるまで、その非短絡状態へと切り換えられないからである。各永久磁石要素は、やはり船舶外殻へのダメージを低減するために保護カバーを備えていてもよい。目的は、磁石によって加えられる保持力を制御し、同時に、電磁石とは異なり電力を消費しない永久磁石を使用することである。
【００２６】
図５はまた、離間した回転ベアリング１４０ａおよび１４０ｂとコネクター１４２ａ〜１４２ｄを備えたキャリッジ１０８'を示している。ベアリング１４０ａおよび１４０ｂはトンネル体１０６'の側方トラック内を移動する(図８)。図８において、長円形状の側方トラック１５２が示されている。
【００２７】
図９は、トンネル体１０６'が、ホイール１６０(これはモーター７２ａおよびドライブトレーン７４ａによって駆動されてもよい(図３))を含む離間したスプロケットホイールなどのドライブトレーンを、どのように支持しているかを示している。チェーン１６２が離間したスプロケットホイールの周囲に延在している。永久磁石要素１００ａのキャリッジ１０８'のベアリング１４０ｂは、トンネル体１０６'のトラック１５２内に拘束され、そしてコネクター１４２ｃおよび１４２ｄはチェーン１６２内へ突出する。
【００２８】
トンネル体１０６'はロボット本体１０に固定されており(図１および図２)、かつ、その非短絡状態にある永久磁石要素１００ｂ〜１００ｅは船舶外殻１３０に対して強力に引き付けられているので、チェーン１６２は、実際、トンネル体１０６'を前方(および後方)に駆動し、そして、これによってロボット本体は、スプロケットの周囲のチェーン１６２の循環によって船舶外殻に対して駆動される。
【００２９】
図９はまた、永久磁石要素１００ａがスイッチ１０２のポジションによって短絡させられた状態を示している。永久磁石要素１００ｘは、最初に外殻１３０に対して引き付けられるポジションとなる要素であるか、あるいは、それは、ロボットの移動の方向に依存して外殻を離れる。永久磁石要素１００ｘがちょうど外殻１３０に対して引き付けられるポジションとなった場合、いったん永久磁石要素１００ｘが永久磁石要素１００ｂのポジションを占有すると、それは、図示する短絡ポジションからその非短絡ポジションへと切り換えられる。永久磁石要素１００ｘがちょうど外殻１３０を離れた場合、あるいはまさに外殻を離れようとしている場合、それが永久磁石要素１００ｂのポジションを占有した後に、それは短絡状態へと切り換えられる。
【００３０】
図１０は、トンネル体およびトラックシステムの連結が、外殻１３０に非均一部１７０ａおよび１７０ｂが存在する状況で、各永久磁石要素のための接触面積を最大化することを可能とする、トンネル体１０６''のためのセグメント設計を示している。図１１において、離間したパネル１８０ａおよび１８０ｂは撓み部１８２ａおよび１８２ｂを介してトンネル体１０６''を支持している(図１１および図１２)。通常、図１２に示すように、各トンネル体セグメントのために少なくとも一つの撓み部が存在する。側方パネル１８０ａおよび１８０ｂは、ロボット本体へ、あるいはロボット本体に回転可能に取り付けられたタレットに固定される。
【００３１】
図１１はまた、パネル１８０ｂの内側の閉ループ溝１８４ａなどの作動機構を示している。図１３に示すように、側方パネルのこの溝は、永久磁石要素のスイッチを作動させるよう機能する。溝端部１８６ａおよび１８６ｂにはジョグが存在する。外殻ロボットの移動の方向が矢印１８８で示されるようなものであり、かつ、船舶外殻は図の下部に存在するならば、ジョグ１８６ｂ永久磁石要素を短絡させるために永久磁石要素スイッチを作動させ、そしてジョグ１８６ａにおいてスイッチは永久磁石要素をその非短絡状態へと復帰させるために再び作動させられる。図１４は、より完全な切り換えアセンブリ１０２ａ〜１０２ｄを示しており、そして、どのようにして、スイッチ１０２がその短絡ポジションに存在するが、スイッチ１０２が溝ジョグ１８６ａを介してその非短絡ポジションへと作動させられたかを示している。同様に、ジョグ１８６ｂは、トンネル体１０６'の前部および上部に対応するパネル１８０ａの前部および上部の周囲でのその移動の残りの部分のために、スイッチ１０２ｃを短絡ポジションへと切り換える(図９)。
【００３２】
図１５は、ロボット本体に対して回転可能であってもよいタレット２００に設けられた二つの完全な駆動モジュール１８ａおよび１８ｂを示している。このようにして、タレット２００は、船舶外殻周囲のロボットの移動の方向に関係なく、タービン／発電機アセンブリ３２ａおよび３２ｂのインテークが船舶外殻を経て流動する水の方向と整列した状態を維持するために回転可能である。2009年8月19日に提出された米国特許出願第12/583,346号を参照されたい。
【００３３】
ある好ましい設計においては、トンネル体は二つの機能を発揮する。すなわち、それは、永久磁石要素の移動を拘束し、そしてまた、永久磁石要素のキャリッジに連結された駆動機構(たとえば二つのスプロケット周りのチェーン)を収容する役割を果たす。こうした設計はまた、駆動アセンブリにおける弛みに対する構造的なサポートを提供する。側方プレートはまた二つの機能を発揮する。すなわち、それらはトンネル体を柔軟に支持し、かつ、それらは永久磁石要素のスイッチを作動させるための手段を含む。好ましい設計では、磁気要素は、ロボットの移動の方向に関係なく、その最小吸引状態と、その最大吸引状態との間で切り換えられる。本発明の限定は存在しないが、別な設計も可能である。
【００３４】
典型的な外殻ロボットに関連付けられるその他の特徴は、背景技術において提示され、この引用によって本明細書中に組み込まれる文献に開示されている。さらに、その譲受人によって2008年11月21日に提出された米国特許出願第12/313,643号もまた、外殻ロボットと関連付けることができる、さらなる特徴を開示している。ここに開示された駆動モジュールは、しかしながら、そうした船舶外殻ロボットに関連した使用には限定されない。駆動モジュールは、たとえば、これに限定されるわけではないが、船舶外殻、水中構造体などを含む、いかなる強磁性体においても使用可能である。本明細書で用いている「外殻」は、この場合、広く、横断される構造体を意味する。
【００３５】
それゆえ、本発明の特定の特徴はある図面に示され、別な図面には示されていないが、これは単に便宜的なものであり、各特徴は、本発明に基づいて、別な特徴のいずれかあるいは全てと組み合わせることができる。本明細書で用いている「含む」、「具備してなる」、「有する」、そして「備える」は、広くかつ包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的相互連結にも限定されない。さらに、本願に関して開示された実施形態は、唯一可能な実施形態として解釈すべきではない。
【００３６】
さらに、この特許のための特許出願の手続の間に提出される補正は、提出された出願において提示された請求項要素の放棄ではない。当業者が、全ての可能な等価物を厳密な意味で包含するであろう請求項を起草するとは合理的は予期できず、多くの等価物は補正の時点では予見不可能であり、かつ、譲渡されるもの(もしあれば)の公正な解釈を超えており、補正の基礎をなす原理は多くの等価物に対する僅かな関連性以上のものは有しておらず、かつ／または出願人は、補正された請求項の要素に関する、ある想像上の置き換えを開示するとは予期できない。
【００３７】
他の実施形態は当業者にとって明らかであり、それは特許請求の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 外殻ロボット
１６ ロボット本体
１８ 駆動モジュール
３０ スクリーン
３２ タービンサブシステム
３６ａ〜３６ｃ 掃除ブラジ
３８ バッテリーパック
４０ 電源
４１ 電子制御装置
４２ａ, ４２ｂ,４２ｃ ギア
７０ 発電機
７２ａ,７２ｂ モーター
７４ａ,７４ｂ ドライブトレーン
７８ ナビゲーションサブシステム
８０ 通信サブシステム
８２ 掃除サブシステム
１００ 永久磁石要素
１０２ スイッチ
１０４ アクチュエータ
１０６ トンネル体
１０８ キャリッジ
１２０ 円柱磁石
１２２ ハウジング
１２４ 非磁性素材
１２６ａ,１２６ｂ 強磁性素材
１３０ 船舶外殻
１４０ａ,１４０ｂ 回転ベアリング
１４２ａ〜１４２ｄ コネクター
１５２ 側方トラック
１６０ ホイール
１６２ チェーン
１７０ａ,１７０ｂ 非均一部
１８０ａ,１８０ｂ パネル
１８２ａ,１８２ｂ 撓み部
１８４ａ 閉ループ溝
１８６ａ,１８６ｂ ジョグ
２００ タレット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻ロボットであって、
ロボット本体と、
外殻の周囲で前記ロボットを移動させるための少なくとも一つの駆動モジュールと、
搭載型動力源と、
前記搭載型動力源から動力の供給を受ける前記駆動モジュール用の動力サブシステムと、
それぞれ、前記外殻に隣接したときの非短絡状態と、前記外殻に隣接していないときの短絡状態との間で切り換え可能な、前記駆動モジュールと関連付けられた複数の永久磁石要素と、
を具備してなることを特徴とする外殻ロボット。
【請求項２】
前記動力サブシステムは、前記外殻を経て流動する流体から動力の供給を受ける少なくとも一つのタービンと、前記搭載型動力源を充電するために前記タービンによって駆動される発電機と、前記駆動モジュールを駆動する前記搭載型動力源から動力の供給を受けるモーターと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項３】
前記搭載型動力源が少なくとも一つのバッテリーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項４】
各磁石要素は、ハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項５】
前記ハウジングは、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含むことを特徴とする請求項４に記載の外殻ロボット。
【請求項６】
各磁石要素はさらに、前記短絡状態と前記非短絡状態との間で前記ハウジング内で前記円柱形磁石を回転させるための、前記円柱形磁石に対して取り付けられたスイッチを含むことを特徴とする請求項４に記載の外殻ロボット。
【請求項７】
前記駆動モジュールはトンネル体を含み、かつ、各磁石要素は、前記トンネル体に対して移動するキャリッジを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項８】
前記トンネル体は対向する側方トラックを含み、かつ、前記キャリッジは前記トンネル体の前記側方トラック内を移動する離間したベアリングを含むことを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項９】
前記トンネル体はドライブトレーンを支持することを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項１０】
各キャリッジは前記ドライブトレーンに連結されていることを特徴とする請求項９に記載の外殻ロボット。
【請求項１１】
前記ドライブトレーンは、チェーンと係合する離間したスプロケットの周囲に前記チェーンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の外殻ロボット。
【請求項１２】
各キャリッジは、前記チェーン内へと延在する少なくとも一つのコネクターを含むことを特徴とする請求項１１に記載の外殻ロボット。
【請求項１３】
前記トンネル体を支持する離間したパネルをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項１４】
各支持パネルと前記トンネル体との間で延在する複数の撓み部をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の外殻ロボット。
【請求項１５】
前記トンネル体はセグメント化されており、かつ、各セグメント当たり少なくとも一つの撓み部が存在することを特徴とする請求項１４に記載の外殻ロボット。
【請求項１６】
各磁石要素は回転可能な磁石およびそれに対して取り付けられたスイッチアセンブリを含むことを特徴とする請求項１３に記載の外殻ロボット。
【請求項１７】
少なくとも一つの前記パネルはそれ自体に閉ループ溝を含み、前記スイッチアセンブリはこの溝の中で移動し、かつ、前記溝は、前記閉ループの対向端部において前記磁石を回転させるために前記スイッチアセンブリを作動させるよう構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の外殻ロボット。
【請求項１８】
各磁石要素は保護カバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項１９】
駆動モジュールであって、
複数の磁石要素であって、それぞれが、
強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材とハウジング内へと延在する内腔とを備えたハウジングと、
前記内腔内に回転可能に配置された磁石と、
前記磁石を回転させるためのスイッチアセンブリと、を含んでいる複数の磁石要素と、
少なくとも一つのベアリングおよびコネクターを含む各磁石のためのキャリッジと、
前記キャリッジの前記ベアリングのための少なくとも一つのトラックを含むトンネル体と、
前記キャリッジの前記コネクターに取り付けられた前記トンネル体のためのドライブトレーンと、
前記トンネル体のための少なくとも一つのサポートと、を具備してなることを特徴とする駆動モジュール。
【請求項２０】
前記サポートは、前記スイッチアセンブリを作動させるための手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載の駆動モジュール。
【請求項２１】
作動させるための前記手段は、前記スイッチアセンブリを作動させる前記サポート内の特徴部を含み、前記特徴部は前記トンネルの対向する端部において前記磁石を回転させるよう構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の駆動モジュール。
【請求項２２】
駆動モジュールであって、
それぞれ非短絡状態と短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素と、
その状態を変化させるために各永久磁石要素を回転させる各磁石要素のためのスイッチアセンブリと、
前記永久磁石要素を拘束するトンネル体と、
前記永久磁石要素に対して前記トンネル体を動かすためのドライブトレーンと、を具備してなることを特徴とする駆動モジュール。
【請求項２３】
各磁石要素は、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含むハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含むことを特徴とする請求項２２に記載の駆動モジュール。
【請求項２４】
各前記スイッチアセンブリは、前記短絡状態と前記非短絡状態との間で直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を回転させることを特徴とする請求項２３に記載の駆動モジュール。
【請求項２５】
前記ドライブトレーンは、前記トンネルアセンブリによって回転可能に支持された離間したホイールと、前記永久磁石要素に対して連結された前記ホイールの周りのフレキシブルな部材と、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の駆動モジュール。
【請求項１】
外殻ロボットであって、
ロボット本体と、
外殻の周囲で前記ロボットを移動させるための少なくとも一つの駆動モジュールと、
搭載型動力源と、
前記搭載型動力源から動力の供給を受ける前記駆動モジュール用の動力サブシステムと、
それぞれ、前記外殻に隣接したときの非短絡状態と、前記外殻に隣接していないときの短絡状態との間で切り換え可能な、前記駆動モジュールと関連付けられた複数の永久磁石要素と、
を具備してなることを特徴とする外殻ロボット。
【請求項２】
前記動力サブシステムは、前記外殻を経て流動する流体から動力の供給を受ける少なくとも一つのタービンと、前記搭載型動力源を充電するために前記タービンによって駆動される発電機と、前記駆動モジュールを駆動する前記搭載型動力源から動力の供給を受けるモーターと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項３】
前記搭載型動力源が少なくとも一つのバッテリーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項４】
各磁石要素は、ハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項５】
前記ハウジングは、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含むことを特徴とする請求項４に記載の外殻ロボット。
【請求項６】
各磁石要素はさらに、前記短絡状態と前記非短絡状態との間で前記ハウジング内で前記円柱形磁石を回転させるための、前記円柱形磁石に対して取り付けられたスイッチを含むことを特徴とする請求項４に記載の外殻ロボット。
【請求項７】
前記駆動モジュールはトンネル体を含み、かつ、各磁石要素は、前記トンネル体に対して移動するキャリッジを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項８】
前記トンネル体は対向する側方トラックを含み、かつ、前記キャリッジは前記トンネル体の前記側方トラック内を移動する離間したベアリングを含むことを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項９】
前記トンネル体はドライブトレーンを支持することを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項１０】
各キャリッジは前記ドライブトレーンに連結されていることを特徴とする請求項９に記載の外殻ロボット。
【請求項１１】
前記ドライブトレーンは、チェーンと係合する離間したスプロケットの周囲に前記チェーンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の外殻ロボット。
【請求項１２】
各キャリッジは、前記チェーン内へと延在する少なくとも一つのコネクターを含むことを特徴とする請求項１１に記載の外殻ロボット。
【請求項１３】
前記トンネル体を支持する離間したパネルをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の外殻ロボット。
【請求項１４】
各支持パネルと前記トンネル体との間で延在する複数の撓み部をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の外殻ロボット。
【請求項１５】
前記トンネル体はセグメント化されており、かつ、各セグメント当たり少なくとも一つの撓み部が存在することを特徴とする請求項１４に記載の外殻ロボット。
【請求項１６】
各磁石要素は回転可能な磁石およびそれに対して取り付けられたスイッチアセンブリを含むことを特徴とする請求項１３に記載の外殻ロボット。
【請求項１７】
少なくとも一つの前記パネルはそれ自体に閉ループ溝を含み、前記スイッチアセンブリはこの溝の中で移動し、かつ、前記溝は、前記閉ループの対向端部において前記磁石を回転させるために前記スイッチアセンブリを作動させるよう構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の外殻ロボット。
【請求項１８】
各磁石要素は保護カバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外殻ロボット。
【請求項１９】
駆動モジュールであって、
複数の磁石要素であって、それぞれが、
強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材とハウジング内へと延在する内腔とを備えたハウジングと、
前記内腔内に回転可能に配置された磁石と、
前記磁石を回転させるためのスイッチアセンブリと、を含んでいる複数の磁石要素と、
少なくとも一つのベアリングおよびコネクターを含む各磁石のためのキャリッジと、
前記キャリッジの前記ベアリングのための少なくとも一つのトラックを含むトンネル体と、
前記キャリッジの前記コネクターに取り付けられた前記トンネル体のためのドライブトレーンと、
前記トンネル体のための少なくとも一つのサポートと、を具備してなることを特徴とする駆動モジュール。
【請求項２０】
前記サポートは、前記スイッチアセンブリを作動させるための手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載の駆動モジュール。
【請求項２１】
作動させるための前記手段は、前記スイッチアセンブリを作動させる前記サポート内の特徴部を含み、前記特徴部は前記トンネルの対向する端部において前記磁石を回転させるよう構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の駆動モジュール。
【請求項２２】
駆動モジュールであって、
それぞれ非短絡状態と短絡状態との間で切り換え可能な複数の永久磁石要素と、
その状態を変化させるために各永久磁石要素を回転させる各磁石要素のためのスイッチアセンブリと、
前記永久磁石要素を拘束するトンネル体と、
前記永久磁石要素に対して前記トンネル体を動かすためのドライブトレーンと、を具備してなることを特徴とする駆動モジュール。
【請求項２３】
各磁石要素は、強磁性素材間に挟み込まれた非磁性素材を含むハウジング内に回転可能に配置された、直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を含むことを特徴とする請求項２２に記載の駆動モジュール。
【請求項２４】
各前記スイッチアセンブリは、前記短絡状態と前記非短絡状態との間で直径に沿って着磁させられた円柱形磁石を回転させることを特徴とする請求項２３に記載の駆動モジュール。
【請求項２５】
前記ドライブトレーンは、前記トンネルアセンブリによって回転可能に支持された離間したホイールと、前記永久磁石要素に対して連結された前記ホイールの周りのフレキシブルな部材と、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の駆動モジュール。
【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】
【公表番号】特表２０１３−５０５１６５（Ｐ２０１３−５０５１６５Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９７５５（Ｐ２０１２−５２９７５５）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００２６９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６５９２
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０７０３２１６６）レイセオン カンパニー (12)
【氏名又は名称原語表記】ＲＡＹＴＨＥＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００２６９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６５９２
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０７０３２１６６）レイセオン カンパニー (12)
【氏名又は名称原語表記】ＲＡＹＴＨＥＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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