CN113165710B - 配管内检修机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种配管内检修机器人，具有装置的构造非常简单、易于实现防尘防水性、另外无论是什么方向的弯曲配管都能够穿过且能够选择其推进方向的特性。一种配管内检修机器人，对从集管分支的配管内进行检修，所述配管内检修机器人具备：1)移动单元，能够从集管的入口即管座投入，并具备在集管内移动且能够在期望的位置固定于集管内部的管壁的构造；2)用于确定被检配管的位置的机构；以及3)用于对被检配管内的状态进行检修的机构。

Description

配管内检修机器人
技术领域
本发明涉及能够在具有弯曲部或分支部的配管的内部自由地移动且用于检查该配管的内部的配管内检修机器人。尤其是，本发明涉及锅炉管的检修装置。
背景技术
通常，在锅炉上具有很多水管和层内管，水在管中通过，燃烧燃料的砂土和燃烧产生的排气的热量传导至水管和层内管，变为蒸气。
将该水管和层内管汇集而成的管称为集管(Header)。非常需求在检修构成锅炉的配管及层内管时，能够在不切割配管的情况下对配管的内部进行检查或修补的技术。为了实现该技术，需要在配管内移动的装置，该装置将作业检修的装置从配管的开口部插入集管内，能够将该进行作业检修的装置搬运至期望的位置。
专利文献1：日本特开2015-024748
专利文献2：日本特开2015-224001
在专利文献1中记载有一种配管内移动装置，是本发明的申请人之前提出的专利申请，能够在具有弯曲部或分支部的配管的内部自由地移动，能够对用于对该配管的内部进行检查或修补的作业装置进行搬运。
在专利文献2中记载有一种配管内移动装置，具备在旋转方向上纵向并排地配置的至少三组车轮单元和将至少三组车轮单元间以能够转动的方式连结的至少两组铰链部，至少三组车轮单元分别具有车轮、驱动该车轮旋转的驱动部、固定于该驱动部的第一框架、以能够转动的方式安装于驱动部的至少一个第二框架，在至少三组车轮单元的第一框架与第二框架之间设置有赋予用于将第一框架和第二框架弯折为V字状的驱动力的弯曲生成器，两组铰链部构成为能够在与第二框架的转动方向大致正交的方向上转动。
因此，根据专利文献1的配管内移动装置，能够提供如下的配管内移动装置，即使装置的构造非常简单，也易于实现防尘防水性，另外无论是什么方向的弯曲管都能够在不控制装置姿势的情况下通过，而且具有在T字分支管中能够选择其推进方向的特性。
但是，在专利文献1中记载的装置中具有以下那样的问题。专利文献1的配管内移动装置在从分支有成为检查的对象的被检配管的集管的入口即管座插入装置的情况下，例如，具备三组车轮单元的装置具有如下的问题，即，在前侧的车轮单元与从前侧起第二个车轮单元的轮子彼此之间的距离大于集管的口径的情况下，不能将装置插入集管。另外，另一方面具有如下的问题，即，在所述轮子之间的距离小于集管的口径的情况下，装置虽然能够插入集管内，但是在集管内，在各车轮单元与集管内部的壁紧贴时，前侧(第一个)车轮单元的车轴与中间(第二个)车轮单元的车轴所成的角度(张角)及最后(第三个)车轮单元的车轴与中间(第二个)车轮单元的车轴所成的角度(张角)过小，不能实现稳定行驶、紧贴。另外，具有如下的问题，即，在将配管内移动装置搬运至被检配管的位置的情况下，在将用于检修被检配管的状态的装置插入被检配管的情况下，也不能将配管内移动装置在预定的位置可靠地固定于集管内部的壁。
专利文献2的配管内移动装置具备：至少三个车轮，被马达驱动而旋转，并且在旋转方向上纵向并列地配置；至少两个铰链部，将至少三个车轮间以能够在水平方向及垂直方向上滑动的方式连结；以及两根操纵用线缆，一端固定于位于行驶方向的前侧的车轮的车轴支承部，并且穿过剩余的车轮的车轴支承部及车轮的另一端以及铰链部的两侧方，固定于位于后侧的车轮的固定部上所固定的固定板，另一端在固定于张力调整部的框架的管线的内部穿过，将该另一端固定于张力调整部内的线缆牵引装置。而且，在管线与张力调节部的框架间设置有对作用于管线与张力调节部的框架间的压缩力进行计测的传感器，而且设置有旋转型的线缆引导构件，关于相对于至少三个车轮的旋转推进方向被拉伸到车轮的左右的两根操纵用线缆，在从前侧的车轮的车轴支承部向后方拉伸的途中，线缆引导构件将右侧的操纵用线缆改换到左侧，将左侧的操纵用线缆改换到右侧。
但是，专利文献2的配管内移动装置的构造复杂，另外具有与上一段落[0007]中关于专利文献1所记载的问题同样的问题。
发明内容
本发明的配管内检修机器人是鉴于这样的现有的问题而提出的。具体地说，本发明的目的在于提供一种如下的配管内检修机器人，即，装置的构造非常简单，易于实现防尘防水性，无论什么方向的弯曲配管都能够穿过，具有能够选择其推进方向的特性。另外，本配管内检修机器人具有关节，所以在集管的口径比车轮单元的轮子彼此间的距离小的情况下，也能够使装置容易地从集管的入口即管座插入，并移动到被检管的位置。另外，在三组车轮单元与集管内部的壁紧贴时，通过将位于中间的(第二个)车轮单元和第一个及第三个车轮单元相连的臂部的中间的关节，位于中间的(第二个)车轮单元的车轴与第一个及第三个车轮单元的车轴所成的角度(张角)足够大。由此，本申请发明的配管内检修机器人能够实现稳定行驶、紧贴。
本发明的配管内检修机器人对从集管分支的配管内进行检修，其中，所述配管内检修机器人具备：
1)移动单元，能够从集管的入口即管座投入，并具备在集管内移动且能够在期望的位置固定于集管内部的管壁的构造；
2)用于确定被检配管的位置的机构；以及
3)用于检修被检配管内的状态的机构。
另外，在本发明中，可选的是，所述移动单元具备至少三组车轮单元，所述移动单元具备从所述三组车轮单元的位于中间的车轮单元将相邻的车轮单元相连的一对臂部，所述一对臂部具有：从所述位于中间的车轮单元延伸到各车轮单元的连杆(A)；从所述各车轮单元延伸到所述位于中间的车轮单元的连杆(B)；以及位于所述连杆(A)和所述连杆(B)之间并自由旋转且能够在任意的位置固定的关节，相邻的车轮单元借助具有所述连杆(A)、所述连杆(B)及位于所述连杆(A)和所述连杆(B)之间的关节的一对臂部结合。
另外，在本发明中，可选的是，所述关节由围绕俯仰轴旋转的机构和围绕偏转轴旋转的机构构成。
另外，在本发明中，可选的是，所述关节在偏转轴具备驱动关节的马达。
另外，在本发明中，可选的是，所述移动单元具有如下的功能：在集管内部，在通过所述臂部的弯曲力使所述三组车轮单元与集管内部的管壁压力接触而紧贴时将所述三组车轮单元的旋转锁定地移动的情况下，解除锁定。
另外，在本发明中，可选的是，所述移动单元在集管内部通过所述臂部的弯曲力和所述三组车轮单元与集管内部的管壁紧贴时，能够除去所述臂部的弯曲力而释放所述紧贴。
另外，在本发明中，可选的是，用于对所述被检配管内的状态进行检修的机构具备：送水用管，向被检配管的入口送水；以及传感器，用于评价利用向所述送水用管内送水而产生的水流进行移动的被检配管内的状态。
另外，在本发明中，可选的是，用于评价所述被检配管内的状态的传感器具备利用超声波检测被检配管的厚度的传感器和从该传感器延伸并具有一个以上相对于水流产生阻力的凸起的绳索。
另外，在本发明中，可选的是，用于对所述被检配管内的状态进行检修的机构具备覆盖被检配管的入口周围以免漏水的构造。
在本发明中，管座指，为了在集管上安装阀或分支管而设置的短管。在本发明中，被检配管包括配管和集管。另外，为了说明本发明，详细叙述被检配管内的检查，但本发明不限于这些。对集管的内部进行清扫或者利用相机进行检修也在本发明的范围内。
在本发明的配管内检修机器人中，其移动单元具备至少三组车轮单元。所述三组车轮单元的位于中间的车轮单元具备将相邻的车轮单元相连的一对臂部。所述一对臂部具有从所述位于中间的车轮单元延伸到相邻的各车轮单元的连杆A、从所述各车轮单元延伸到所述位于中间的车轮单元的连杆B和位于所述连杆A和连杆B之间并自由旋转且能够固定在任意的位置的关节。具有所述连杆A、连杆B及位于连杆A和连杆B之间的关节的一对臂部将相邻的车轮单元结合。
本发明的配管内检修机器人具备关节围绕俯仰轴旋转的机构和围绕偏转轴旋转的机构。围绕俯仰轴旋转的机构能够使构成关节的上部部分和下部部分围绕俯仰轴旋转。围绕偏转轴旋转的机构能够使与三组车轮单元的位于中间的车轮单元相邻的各车轮单元围绕偏转轴旋转。
本发明的配管内检修机器人可以具备围绕偏转轴驱动关节的马达。另外，配管内检修机器人能够具备能够使上部部分和下部部分围绕俯仰轴旋转的马达。另外，能够具备对能够围绕俯仰轴旋转的马达的转动进行测定的装置。
在本发明的配管内检修机器人中，所述移动单元具有如下的机构：在集管内部，在通过所述臂部的弯曲力使所述三组车轮单元与集管内部的管壁压力接触而紧贴时将所述三组车轮单元的旋转锁定地移动的情况下，解除锁定。
在本发明的配管内检修机器人中，所述移动单元在集管内部，在通过所述臂部的弯曲力和三组车轮单元与集管内部的管壁紧贴时，能够除去所述臂部的弯曲力，释放所述紧贴。
在本发明的配管内检修机器人中，用于对配管内的状态进行检修的机构能够具备：送水用管，向被检配管的入口送水；以及传感器，用于评价利用向所述送水用管内送水而产生的水流进行移动的被检配管内的状态。
在本发明的配管内检修机器人中，用于评价所述被检配管内的状态的传感器具备利用超声波检测被检配管的厚度的传感器和从该传感器延伸并具有一个以上相对于水流产生阻力的凸起的绳索。
在本发明的配管内检修机器人中，用于对所述配管内的状态进行检修的机构具备覆盖被检配管的入口周围以免漏水的构造。
本发明的配管内检修机器人的装置构造非常简单，易于实现防尘防水性。另外，无论什么方向的弯曲配管，所述配管内检修机器人都能够穿过集管的弯曲部等，具有能够选择其推进方向的特性。另外，本发明的配管内检修机器人具有关节部分，所以在集管的口径小于车轮单元的轮子彼此间的距离的情况下，能够从集管入口即管座容易地插入装置，能够移动到被检配管的位置。另外，在具备三组车轮单元的情况下，在集管内，在各车轮单元与集管的内部的壁紧贴时，在将位于中间的(第二个)车轮单元与第一个车轮单元相连的臂部的中间以及将位于中间的(第二个)车轮单元与第三个车轮单元相连的臂部的中间具备关节。在本发明的配管内检修机器人中，位于中间的(第二个)车轮单元的车轴与第一个及第三个车轮单元的车轴所成的角度(张角)足够大，能够实现稳定行驶、紧贴。
附图说明
图1是配管内检修机器人的外观立体图。
图2是配管内检修机器人的侧视图。
图3是图1所示的配管内检修机器人的位于中间的车轮单元的分解立体图。
图4是图1所示的配管内检修机器人的位于中间的车轮单元的剖视图。
图5是图1所示的配管内检修机器人的与位于中间的车轮单元相邻的(最前部)车轮单元的分解立体图。
图6是示出在以往技术中在轮子间的长度长于集管的口径的情况下将配管内移动装置从集管入口即管座插入集管内的情况的示意图。
图7是示出在以往技术中配管内移动装置在集管内移动时，臂部的长度与集管口径相比不足够长的情况下，由于臂部的角度小，所以车轮单元不充分地与集管内部的壁紧贴的情况的示意图。
图8是关节的立体图。
图9是与关节的下部部分35B连结且与位于中间的车轮单元相邻的(最前部或最后部)车轮单元的连杆B的连结构件的立体图。
图10示出用于对与三组车轮单元结合的被检配管内的状态进行检修的机构(附图示出送水用管的例子)和保持装置的结合例。
图11是示出与用于对被检配管内的状态进行检修的机构(附图示出送水用管的例子)可装拆地结合的用于确定被检配管的位置的机构(在本例中示出配管内检查相机的例子)的例子的图。
图12是示出在用于对被检管内的状态进行检修的机构(附图示出送水用管的例子)中与绳索结合的传感器的例子的图，该绳索被向送水用管内送水的水流搬运至被检配管内的被检部分且具备一个以上相对于水流产生阻力的凸起。
图13是示出利用线缆将各车辆单元相连从而对使臂部间弯曲的弯曲进行控制的例子的图。
图14是示出在从位于中间的车轮单元向相邻的两个车轮单元方向延伸的两个连杆A之间所设置的弹簧机构的例子的图。
图15是示出配管内检修机器人的移动单元、弯曲发生器及对各车辆单元进行控制的控制装置(控制器)的关系的示意图。
图16是示出构成配管内检修机器人的移动单元的各车辆单元在臂部通过关节的转动而弯曲的情况下紧贴状态下的角度θ1与角度θ的关系的示意图。
图17是在间接转动时使用弹簧的情况的示意图。
图18是示出用于利用马达使偏转轴转动的机构的示意图。
具体实施方式
以下，参照图1至图18说明本发明的配管内检修机器人的实施例。
首先，参照图1至图10说明本发明的配管内检修机器人的第一实施例。
本发明的第一实施例的配管内检修机器人1具备：
1)移动单元，能够从集管入口即管座投入，具备在集管内移动并能够在期望的位置固定于集管内部的管壁的构造；
2)用于确定被检配管的位置的机构；以及
3)用于检修被检配管内的状态的机构。
本发明的第一实施例的配管内检修机器人1能够从集管入口即管座投入。所述配管内检修机器人具备能够在集管内移动并在期望的位置固定于集管内部的壁的构造。所述配管内检修机器人具备至少三组车轮单元2A、2B、2C、从所述三组的位于中间的车轮单元2B将相邻的车轮单元2A、2C连接的一对臂部和能够自由旋转且固定的关节。所述一对臂部由从位于中间的车轮单元2B延伸到相邻的各车轮单元2A、2C的连杆A和从所述各车轮单元2A、2C延伸到位于中间的车轮单元2B的连杆B构成。所述关节位于连杆A和连杆B之间，并自由地旋转且能够在任意的位置固定。相邻的车轮单元借助具有所述连杆A、连杆B及位于连杆A与连杆B之间的关节的一对臂部结合。所述配管内检修机器人具有从所述位于中间的车轮单元2B延伸到各车轮单元2A、2C并连结为能够以位于中间的车轮单元2B为中心转动的所述一对臂部。通过所述一对臂部的转动，能够使在纵方向上配置的三组车轮单元2A～2C以弯折为V字状的方式排列。在该情况下，以能够转动的方式与位于中间的车轮单元2B连结的臂部的长度(大致将连杆A和连杆B相加的长度)比集管的口径长，但是通过设置关节，在行驶等时发挥使车轮单元与集管内部的壁的紧贴力。从而，能够使位于中间的车轮单元2B与相邻的各车轮单元的距离适当。另外，臂部上的关节的位置根据连杆A和连杆B的长度决定。例如，为了发挥前述的效果，不优选将关节设置于非常靠近位于中间的车轮单元2B的位置。
三组车轮单元的位于中间的车轮单元2B具备：马达；车轮，隔开预定的间隙且能够转动地与该马达的输出部的半径方向外侧连结，并且与马达的输出部成为一体；臂部的各连杆A的接合部分，被马达的构件支承为能够转动，且向相邻的两个车轮单元方向延伸。而且，车轮单元2B具有弯曲生成机构，弯曲生成机构赋予用于以将两个连杆A的接合部分支承为能够转动的点作为中心弯折为V字状的驱动力。
所述弯曲发生机构能够具备向使所述两个连杆A部分相互靠近的方向施加力的弹簧、线圈、马达等。另外，为了使三组车轮单元2A、2B、2C以弯折为V字状的方式排列，在将车轮单元2A和车轮单元2B相连的臂部的中间位置所设置的关节和将车轮单元2C和车轮单元2B相连的臂部的中间位置所设置的关节中具备使连杆A和连杆B相互弯曲的机构(图8)。
而且，在关节的转动使用弹簧的情况下，为了调节其弯曲力，具备以车轮单元2B作为经过交点连结车轮单元2A、2C的驱动线缆(图13)。由此，对能够指示两个连杆A部分转动的车轮单元2B中的两个连杆A部分之间的角度进行控制，能够控制关节部分围绕俯仰轴的转动来调节弯曲力。
另外，为了控制弯曲力也能够使用空气。根据这样的结构，即使在万一配管内检修机器人的集管内移动困难的情况下，也能够容易地将配管内检修机器人取出到管外。如图1、图2及图3所示，配管内检修机器人1的移动单元具备三组车轮单元2A、2B、2C，其中的至少一个被马达驱动。在本实施例中，位于中间的车轮单元2B具备驱动部(马达)。
如图3所示，被马达驱动的车轮单元具备驱动部10和车轮7等而构成，驱动部10具有马达5、减速器6、连结构件8和罩筒体9等，车轮7与驱动部10的马达5的旋转轴11连结，并且被轴承14旋转支承于罩筒体9。在不具备由马达构成的驱动机构的车轮单元中，基本上除了马达5、减速器6等与车轮单元的驱动有关的部分以外，可以采取与被马达驱动的车轮单元的结构同样的结构。利用该结构，能够起到与集管内行驶、集管内部的管壁紧贴所需要的功能。如后述那样，三组车轮单元2A、2B、2C中的与位于中间的车轮单元相邻的车轮单元2A、2C与关节部分连结，与构成能够围绕偏转轴心转动的连杆B的连结机构C卡合。位于行驶方向最前部的车轮单元2A可以形成为能够连结保持装置D的构造，该保持装置D对用于检修被检配管内的状态的机构(例如，送水用管)进行保持。在与位于中间的车轮单元2B相邻的车轮单元2A、2C不具备驱动部10的情况下，这些车轮单元具备由三组车轮单元2A、2B、2C构成的配管内检修机器人的能够稳定行驶及与集管内部紧贴的构造(例如，各车轮单元为旋转车轴、行驶车轮、用于行驶的稳定的重心位置、需要的刚性的材质等)，但是其一般的结构内容认为是众所周知的，所以不详细说明。
如图3所示，马达5是接受电力的供应而产生机械动力的发动机，其结构是众所周知的，所以在此省略详细的说明。在该实施例所示的马达5容置于圆筒状筒体的内部，在从其一端的中央部向一侧凸出的轴上连结有呈圆筒状的减速器6的旋转轴11，旋转轴11固定于马达5的一侧，该旋转轴11从减速器6的一端的中央部凸出。减速器6将马达5的转速适当减速并从旋转轴11输出，因此在该减速器6上安装有罩筒体9并构成为一体。罩筒体9的马达5侧通过设置阶梯部而设置有大径部9a，利用该大径部9a与马达5之间设置有适当的间隙。
在罩筒体9的轴方向的两侧部安装有两个轴承14A、14B，车轮7借助这些轴承14A、14B被支承为能够旋转，该车轮7借助连结构件8固定于旋转轴11，能够利用马达5驱动车轮7旋转。车轮7由呈环状的金属制的轮子15和一体地设置于该轮子15的外周面的橡胶制的轮胎16构成。轮子15的孔的轴方向的一侧嵌合有轴承14A的外圈，该轴承14A嵌合于罩筒体9的马达5侧，该相同的孔的轴方向的另一侧嵌合有轴承14B的外圈，该轴承14B嵌合于罩筒体9的旋转轴11侧。
在减速器6的连结构件8侧利用固定螺栓18螺纹固定有轴承按压件17，利用该轴承按压件17防止轴承14B的内圈移动。将该旋转轴11和轮子15连结为一体的连结构件8被紧固螺栓19螺纹紧固在旋转轴11的前端部。连结构件8由在中央部设置有贯通孔的圆盘状的构件构成，在设置于其外周缘的凸缘部8a设置有供固定螺栓22穿过的多个插通孔。连结构件8的外周缘被穿过这些插通孔的多个固定螺栓22固定于轮子15的呈环状的端面部。
另外，在罩筒体9的大径部9a嵌合有呈环状的密封构件23和轴承24。密封构件23与轮子15的内表面滑动接触，关于设置于轮子15的内侧的空间部，防止润滑剂等从内部泄露、水和灰尘等从外部侵入。轴承24隔开预定的间隙地配置于该密封构件23的外侧，连杆A借助该轴承24能够转动地安装于驱动部10。
关于从所述三组的位于中间的车轮单元2B延伸到相邻的车轮单元2A、2C的一对臂部，其连杆A部分能够相对于驱动部10转动地安装于车轮单元2B的侧面，向相邻的车轮单元2A、2C方向延伸，与关节及连杆B部分一起将前进方向前侧的车轮单元2A、位于中间的车轮单元2B和最后部的车轮单元2C以能够转动的方式连结。
连杆A由呈环状的环状部26a、从该环状部26a的一侧向与马达旋转轴正交的方向延伸形成的例如板状形状的构件构成。在连杆A的环状部26a上，利用多个固定螺栓34一体地固定有将马达5的外侧覆盖的盖33。
车轮单元2A在其前进方向前方具备用于对配管内的状态进行检修的机构即保持装置D，能够在保持装置D上安装配管内检查相机等。另外，在车轮单元2C上连接有线缆，该线缆与连结于配管内检修机器人1的控制装置(控制器)等连结。
盖33覆盖马达5的外侧，具有：端面部33a，呈比马达5稍大的圆形；圆筒部33b，与该端面部33a的外周缘连续且与该端面部33a的外周缘设置为一体；以及凸缘部33c，以向半径方向外侧展开的方式设置在该圆筒部33b的外周面。在盖33的圆筒部33b的开口侧端部的内周面设置有内螺纹部，在罩筒体9的大径部9a的开口侧端部的外周面设置有与该内螺纹部螺合的外螺纹。通过使圆筒部33b的内螺纹与该大径部9a的外螺纹螺合，盖33螺纹固定于罩筒体9，从而一体地固定于罩筒体9。
三组的位于中间的车轮单元2B的车轮7借助两个轴承14A、14B以能够自由旋转的方式支承于驱动部10的罩筒体9。而且，车轮7借助连结构件8与驱动部10的旋转轴11构成为一体。
如前所述，在本实施例中，关于三组车轮单元2A、2B、2C中的在将配管内检修机器人插入配管内时的前进方向前侧的车轮单元2A，在其用于检修配管内的状态的机构具备对向被检配管的入口送水的送水用管进行保持的保持装置D等情况下，为了送水用管的保持和操作等变得容易，另外车轮单元2C因安装有连杆B的连结机构C等理由，形成为不具备驱动部(马达、减速器等)的结构。
以能够转动的方式安装于所述位于中间的车轮单元2B的臂部的连杆A部分向相连的车轮单元2A、2C方向延伸，以能够转动的方式安装于位于中间的车轮单元2B的车辆侧面的盖内部。在车轮单元2B的稳定行驶方面，车轮单元2B的一对连杆A优选安装于车轮单元2B的驱动部的不同侧面，但是在车轮单元2B的一对连杆A间被弹簧、线圈等赋予弯曲力等的情况下，车轮单元2B的一对连杆A也可以安装于相同的侧面。连杆A构件只要是能够承受所施加的负载的刚性和能够将负载分散的形状即可，不需要特定的形状，例如，可以是由棒状形成的框形状的构件、板状形状构件等。
连杆A形成于适于与关节结合的形状，所以与关节的结合部分能够具有与关节的结合部分对应的形状。连杆A与关节的结合只要是能够固定的方法即可，可以利用螺栓、螺母的结合等。
从除了位于中间的车轮单元2B以外的各车轮单元2A、2C向所述位于中间的车轮单元2B方向延伸的连杆B可以具备如下的构造(连结机构C)，在将连杆B与关节结合的情况下，能够使连杆B围绕在垂直方向(与管轴方向垂直)上固定保持于关节的下部部分35B的偏转轴转动。
接着，对位于连杆A和连杆B之间且与连杆A及连杆B卡合的关节进行说明。
如前所述，从三组的位于中间的车轮单元2B延伸有将相连的各车轮单元相连的一对臂部，所述一对臂部具备与连杆A和连杆B卡合的关节，连杆A从所述位于中间的车轮单元2B向各车轮单元2A、2C延伸，连杆B从所述各车轮单元向所述位于中间的车轮单元延伸。关节构成为位于该连杆A和连杆B之间，围绕俯仰轴旋转，且能够固定。通过在从三组的位于中间的车轮单元2B将相邻的车轮单元2A、2C相连的一对臂部的连杆A和连杆B之间设置关节，在集管的口径小于车轮单元的轮子彼此间的距离的情况下，也能够将装置从集管的入口即管座容易地插入并移动至被检配管的位置。另外，关节能够围绕与连杆A、连杆B延伸的方向正交的俯仰轴自由地旋转，且能够固定，所以能够提供一种配管内检修机器人，在集管内，在各车轮单元与集管内部的壁紧贴时，位于中间的车轮单元2B的车轴与其他的相邻的车轮单元2A、2C的车轴所成的角度(张角)足够大，具备能够稳定行驶、实现紧贴等优异的特征。
如图8、图9所示，关节具备：上部部分35A，与连杆A连结；下部部分35B，与连杆B连结；俯仰轴P，将上部部分35A和下部部分35B以能够围绕轴旋转的方式连结；偏转轴Y，将下部部分35B和与相邻的各车轮单元2A、2C连接的连杆B连接为能够转动。另外，能够具备用于控制上部部分35A、下部部分35B围绕俯仰轴转动的马达、绳索、扭矩限制器等。而且，可以具备保护关节部分免受尘埃、水等的影响的防尘防水用的罩构件。
关节中的与连杆A连结的上部部分35A和与连杆B连结的下部部分35B围绕俯仰轴转动，在各车轮单元与集管内部的壁紧贴的情况下，围绕俯仰轴转动，使得从位于中间的车轮单元2B延伸到两相邻的各车轮单元2A、2C的连杆A的前端所设置的两个关节靠近。另外，为了防止在车轮单元紧贴时两个关节超过将两个相邻的车轮单元连接的直线而相互远离的方向上，构成关节的与连杆A连结的上部部分35A和与连杆B连结的下部部分35B转动，可以形成为使与连杆A连结的关节的上部部分35A超过俯仰轴进一步向下部部分35B的方向延长的构造。
接着，说明利用臂部的弯曲力使所述三组车轮单元与集管内部的壁压力接触而紧贴时，在将所述三组车轮的旋转锁定地移动时用于解除锁定的功能。关于所述臂部的弯曲力，利用弹簧、线圈等使关节的局部围绕俯仰轴弯曲，及通过马达使车轮单元2A、2C围绕俯仰轴转动，其结果使各车轮单元与管壁压力接触而紧贴，但是为了保持该状态，例如，只要在驱动部设置制动装置(止动件)使得具备驱动马达的车轮单元(在本实施例中，位于中间的车轮单元2B)的车轮不旋转即可，该制动装置能够利用与三组车轮单元连接的线缆，通过对集管外部的控制装置的操作进行设定或解除。另外，如果是在除了位于中间的车轮单元以外的车轮具备驱动马达的车轮单元，则同样地，可以在其他的车轮单元的驱动部设置制动装置(止动件)，但是在该情况下，除了位于中间的车轮单元以外的车辆的驱动马达当然是关闭的状态，也能够仅在位于中间的车轮单元2B的驱动部设置制动装置(止动件)。另外，在使三组车轮单元移动时，只要解除制动装置(止动件)来使驱动马达起动即可。
在三组车轮单元与集管内部的壁紧贴时，在除去臂部的弯曲力而释放所述紧贴时，只要将驱动线缆松缓，使关节围绕俯仰轴的旋转角度变大(在侧视下，使关节部分的上部部分35A和下部部分35B围绕俯仰轴的弯折方向上的角度增大)即可。及/或，只要调整两臂部的配置，使得从位于中间的车轮单元分别延伸到不同的相邻的车轮单元的连杆A所成的角度扩大即可。在本实施例中，形成为俯仰轴固定于关节的上部部分35A，下部部分35B围绕俯仰轴转动的构造。这是因为，由于关节的上部部分35A与俯仰轴固定，由此围绕俯仰轴的旋转控制变得容易。另外，俯仰轴可以形成为固定于下部部分35B的构造，上部部分35A形成为围绕俯仰轴转动的构造。
关节部分的与连杆A连结的上部部分35A的形状、材质只要适于将上部部分35A和下部部分35B连接为能够围绕俯仰轴旋转即可，不进行限定，可以是中央部分中空而形成为框架形状。但是，如果考虑安装用于控制俯仰轴的旋转动作的弹簧、马达及绳索等的情况，优选至少其中的一部分具有板状区域。与连杆B连结的下部部分35B也同样。
在本实施例中，关节的上部部分35A、下部部分35B都形成为大致板状形状。
当然，关节的上部部分35A、下部部分35B的构造、材质为在车轮单元行驶时、紧贴时能够足够承受连杆A、连杆B所受的负载。如本实施例所示，若考虑对于使车轮单元2A、2C紧贴等来说，优选与连杆B卡合的偏转轴与车轮单元前进方向大致垂直，则希望在从车轮单元2A、2C的侧面方向观察的情况下，下部部分35B的下部前端部分与连杆B的卡合是大致水平的，与各偏转轴正交。但是，为了能够与集管的口径相对应地调整关节部分的从集管内的下壁起的高度，在侧视下，下部部分35B的形状也可以形成为，相对于垂直地配置于管壁的偏转轴，关节的下部部分35B以某一角度向俯仰轴方向上升。在该情况下，关于关节的臂部上的位置，在侧视下，关节的上部部分35A与下部部分35B的角度需要形成为，与连结于关节的连杆A所连结的位于中间的车轮单元2B能够与集管内的上壁压力接触。如此，通过改变与连杆B的连结机构C连结的关节的下部部分35B的形状，能够增大各车轮单元间的配置关系的自由度，内径不同的集管的对应变得容易。
连杆B的连结机构C是关节的下部部分35B，能够容置将所连结的车轮单元连结为能够围绕轴旋转的偏转轴、使关节围绕俯仰轴相对旋转的马达及控制马达的旋转的绳索等。
接着，参照图8、图9，说明通过马达围绕偏转轴旋转的机构。偏转轴固定于关节的下部部分35B，借助连杆B的连结机构C，将车轮单元2A、2C连结为能够围绕偏转轴旋转。具体地说，连杆B的连结机构C是如下的机构，将偏转轴保持为与管轴方向垂直，并且用于通过连杆B的连结机构C，使与连杆B的连结机构C连结的各车轮单元2A、2C通过围绕偏转轴配置的马达的旋转而围绕偏转轴旋转。关于各车轮单元2A、2C，能够根据围绕偏转轴的旋转，从位于中间的车轮单元2B的前进(或后退)方向(即，位于中间的车轮单元2B的与轴心正交的方向上的垂直面)，向与位于中间的车轮单元2B的前进(或后退)方向相同的方向，或左右不同的方向前进(或后退)，能够更可靠地与集管内部的壁紧贴。另外，在将三组各车轮单元从集管的入口即管座插入装置时，能够使除了位于中间的车轮单元2B以外的各车轮单元2A、2C围绕上述的偏转轴转动，所以能够获得容易地插入集管的效果。
关于围绕偏转轴旋转的、连杆B的连结机构C上的马达的配置，只要能够使连结机构C围绕偏转轴转动即可，其位置不限定，但是可以设置于连杆B的连结机构C。此外，马达的围绕偏转轴的旋转动力的传递可以是适于马达与偏转轴的配置关系的传递方法(齿轮、皮带等)。另外，由于具备用于对连杆B围绕偏转轴的旋转进行控制的机构，所以能够使旋转停止在任意的位置并固定等。
若设置对从位于中间的车轮单元2B延伸到相邻的各车轮单元2A、2C的两个连杆A的角度进行测定的设备，则通过与上部部分35A、下部部分35B围绕关节的俯仰轴所成的角度匹配，能够更可靠地知道在集管内三组各车轮单元的配置关系，能够更合格地进行三组车轮单元的行驶、紧贴。
在上部部分35A、下部部分35B围绕与位于中间的车轮单元2B的前进(或后退)方向正交的俯仰轴转动时使用马达的情况下，关于旋转驱动马达围绕俯仰轴的配置，只要能够使关节的上部部分35A、下部部分35B相互转动即可，可以使上部部分35A、下部部分35B中的任一个转动。此外，如果能够利用其他方法进行围绕俯仰轴的旋转控制，则围绕俯仰轴旋转的机构也可以不必通过马达进行旋转。
在本实施例中，连结机构C是在从上下将各车轮单元2A、2C的车轴夹住的方向上延伸的构造，由其延伸的部分的宽度小于等于各车轮单元的旋转轴的长度的上下两个构件和支承该两个构件并与两个构件正交固定的形状的连结构件构成，从侧面观察到的形状呈大致“エ”字形状，借助轴承被保持于车轮单元的车轴，相对于车轮单元的旋转轴(车轴)及前进方向，能够围绕垂直方向的偏转轴自由转动，在与关节部分结合的位置，卡合为能够围绕固定于关节的下部部分35B的偏转轴转动。关于构成连杆B的连结机构C的构造、与各车轮单元2A、2B的连结，只要偏转轴相对于车轮单元的旋转轴(车轴)及前进方向直行，能够围绕偏转轴转动即可，例如，可以借助轴承支承于各车轮单元2A、2C的车轴，并且以将连结机构C保持为与前进方向水平的方式，在连结机构C的下部的板状构件的、靠近关节的下部部分35B的部分设置支承车轮(图9)。
此外，在本说明书中，“直行”等表述指，假设其交叉角度设定在以90°为中心的一定程度范围内，严格地以90°交叉最优选。
根据连结机构C的结构，车轮单元2A、2C能够在偏转轴方向上转动。可以具备用于使各车轮单元2A、2C围绕所述偏转轴转动的驱动马达，所述马达设置于车轮单元2A、2B两个或一个上。
通过这样的驱动关节的马达的控制，能够使关节围绕偏转轴自由旋转，能够固定在任意位置。
能够利用齿轮(平齿轮、伞齿轮等)等使驱动马达卡合，使车轮单元2A、2C围绕偏转轴自由地旋转，能够将车轮单元2A、2B固定在任意的位置，与集管内部的管壁压力接触而紧贴。
接着，说明配管内检修机器人的移动单元即三组车轮单元2A、2B、2C的控制，尤其在将各车轮单元间相连的臂部所设置的关节的动作及其控制。三组车轮单元被马达驱动，从而在集管内行驶。在本实施例中，仅在中间的车轮单元2B具备驱动马达，但是在其他的车轮单元设置驱动马达的情况下，同样的说明也是完全合适的。
能够通过利用线缆与车轮单元连接的控制装置，从集管外控制各三组车轮单元2A、2B、2C的集管内的行驶(驱动)。能够通过对上部部分35A及下部部分35B围绕关节的俯仰轴所成的角度、与中间的车轮单元2B连接的两个连杆A间的角度进行测定，知道三组车轮单元2A、2B、2C是否与集管内部的管壁压力接触而紧贴等。另外，能够通过围绕偏转轴设置测定装置，知道围绕偏转轴的车轮单元2A、2C相对于前进方向的旋转角度，所以能够实现车轮单元2A、2B、2C的稳定行驶、适当的紧贴。
在本发明的配管内检修机器人的第二实施例，作为移动单元的车轮单元可以具备四个以上车轮单元。
接着，参照图13-17说明配管内检修机器人的配管内移动单元上的弯曲力的产生。在本申请的配管内移动单元中，从位于中间的车轮单元2B起将相邻的各车轮单元相连的臂部的途中设置关节，另外，调节从位于中间的车轮单元2B向相邻的各车轮单元2A、2C延伸的两个臂部所成的角度，从而获得弯曲力，使三组车轮单元可靠地行驶、与集管内部的管壁紧贴。(图13、图15)
在本申请中，通过在设置于臂部的关节部分上在水平方向上设置俯仰轴，在关节部分使臂部的连杆A和连杆B围绕俯仰轴转动，使得设置在与三组的位于中间的车轮单元与相邻的各车轮单元之间的两个关节部分靠近，从而产生上述那样的弯曲力(图16)。
在该情况下，例如，能够通过预先设置例如利用弹簧的施力机构，从而关节的上部部分35A和下部部分35B围绕俯仰轴转动。上部部分35A和下部部分35B通过弹簧围绕所述俯仰轴的转动是通常使弹簧施力使得关节的上部部分35A和下部部分35B在被弯折的方向(避免弯曲的方向)上所成的角度增大，关于该弯曲力的调整，能够通过借助位于中间的车轮单元2B而得到的驱动线缆将相邻的各车轮单元2A、2C连结的控制装置，从集管外部进行该弯曲力的调整(图15、图17)。通过形成为这样的结构，能够自由调节关节的上部部分35A与下部部分35B的角度，并且万一在驱动线缆被切断等情况下，能够解除三组车轮单元与集管壁的紧贴，将配管内检修机器人取出到管外。通过设置这样的利用弹簧施力及利用驱动线缆的调节机构，能够通过使两个关节自发地向靠近的方向移动，使两个臂部弯曲。另外，关于与三组的位于中间的车轮单元2B连结的两个连杆A之间的角度，与通过设置弹簧、线圈等对两个连杆A之间进行调节从而上部部分35A和下部部分35B围绕俯仰轴向使两个关节部分靠近的方向转动相匹配地，能够适当地调节弯曲力。(图14)
另外，在调节弯曲力的情况下，使用从车轮单元2A侧的关节借助在位于中间的车轮单元2B的上部设置的线缆支承部与车轮单元2C侧的关节连结的控制线缆E及与所述线缆E连结且设置于集管的外部的控制装置。通过操作控制装置及/或使被弹簧施力的关节的上部部分35A与下部部分35B在弯折方向的角度增大使得位于中间的车轮单元2B的两个臂部之间的角度打开，从而能够解除车轮单元2A、2C与集管内部的壁的压力接触及紧贴(图13、图15及图17)。上述线缆E可以包括弹簧等。另外，如果在位于中间的车轮单元2B设置测定该角度的设备，则根据集管内的口径知道为了解除车轮单元2A、2C与壁的压力接触及紧贴所需要的、位于中间的车轮单元2B的两个臂部之间的角度。另外，为了产生弯曲力，通过在上述机构中设置马达、绳索，能够控制上部部分35A和下部部分35B围绕俯仰轴的旋转及其角度。另外，能够通过设置马达、绳索、扭矩限制装置，控制在位于中间的车轮单元2B上安装的两根臂部的转动。另外，也能够将上部部分35A和下部部分35B围绕俯仰轴的旋转及其角度和安装在位于中间的车轮单元2B上的两根臂部的转动、控制组合。另外，能够将固定于关节的上部部分35A的俯仰轴的固定形成为螺栓等可拆卸的构造。根据所述构造，能够选择具有考虑了集管的口径、连杆A、连杆B等的长度的驱动力(不施力)的弹簧，能够实现车轮单元更可靠地行驶、与集管内部的管壁紧贴。
作为“用于确定被检配管的位置的机构”，能够使用在与车轮单元2A连接的保持装置D上安装的配管内检查相机。配管内检查相机能够利用线缆从集管的外部远程监视，所以能够确定成为检查对象的被检配管的位置，其结果能够将送水用管可靠地安装于被检配管。配管内检查相机可以带有仪表计数器，由此因为自动显示检查用线缆的前进距离，所以能够利用上述线缆连接的控制装置确认三组车轮单元的前进状况。另外，配管内检查相机也能够具备用于使线缆进出并卷绕的带有轴承的轮子，能够使线缆顺畅地进出。另外，通过在相机前端部具有弹簧，即使在蜿蜒的组装位置，也能够没有问题地进入。所述保持装置D能够围绕车辆前进方向轴旋转180度，由此能够可靠地将送水管安装于被检配管。
另外，作为“用于检修配管内的状态的机构”，包括插入被检配管来检查被检配管的状态的传感器和用于通过送水将传感器搬运至被检配管的送水用管。所述传感器只要是与检查被检配管的状态的目的，例如利用超声波检测被检配管的厚度的目的相对应的传感器即可，其种类不限定。在传感器上连接有用于从集管外部对所述传感器进行操作、控制等的绳索，所述绳索具备一个以上对水流产生阻力的凸起。另外，在用于通过送水将传感器搬运至被检配管的送水用管形成为，在安装于被检配管的情况下，对被检配管的入口周围进行覆盖以避免漏水的构造，因此，对于集管内的移动单元即三组车轮单元的行驶、与集管内部的管壁紧贴没有障碍。作为进行覆盖以避免漏水的构造，能够使用吸附于管壁的吸盘等。另外，也能够在送水用管在被检配管上的安装部的周围安装漏斗型的水回收装置。
具备这样的构造、功能的配管内检修机器人在集管的口径比车轮单元的轮子相互间的距离小的情况下，也能够从集管的检查孔(装置的插入孔)入口即管座容易地插入装置，并移动至被检配管的位置，另外，在管内，各车轮单元与集管内部的管壁紧贴时，第一个(前侧)及第三个(最后部)的车轮单元的车轴与中间(第二个)车轮单元的车轴所成的角度(张角)足够大，所以能够实现稳定的行驶、紧贴。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更。另外，也可以是将在上述多个实施方式中说明的特征任意组合的构成。
另外，在实施方式中以锅炉配管为例进行了说明，但是例如也能够适用于石油、气体、化工厂、原子力、上下水道等配管、各种热交换器的配管等。
附图标记说明
2 配管内检修机器人
2A、2B、2C 车轮单元
5 马达
6 减速器
7 车轮
9 罩筒体
10 驱动部
11 旋转轴
26a 连杆A的环状部
33 盖
34A 连杆A
34B 连杆B
34C 连杆A间的弹簧
35 关节
35A 关节的上部部分
35B 关节的下部部分
35C 关节的弹簧
36 控制装置
37 车轮单元2A的旋转轴
38 车轮单元2A的旋转轴的轴承
39 支承车轮
40 检查相机
41 传感器
42 绳索
43 送水用管
44 凸起
45 车轮单元2A的车轮
C 连结机构
D 保持装置
E 控制线缆
K 集管
K1 集管入口(管座)
P 俯仰轴
W 水流
Y 偏转轴
M 偏转轴旋转用马达

Claims (8)

1.一种配管内检修机器人，对从集管分支的配管内进行检修，其中，所述配管内检修机器人具备：
1)移动单元，能够从集管的入口即管座投入，并具备在集管内移动且能够在期望的位置固定于集管内部的管壁的构造；
2)用于确定被检配管的位置的机构；以及
3)用于检修被检配管内的状态的机构，
用于对所述被检配管内的状态进行检修的机构具备：送水用管，向被检配管的入口送水；以及传感器，用于评价利用向所述送水用管内送水而产生的水流进行移动的被检配管内的状态。
2.根据权利要求1所述的配管内检修机器人，其中，
所述移动单元具备至少三组车轮单元，
所述移动单元具备从所述三组车轮单元的位于中间的车轮单元将相邻的车轮单元相连的一对臂部，
所述一对臂部具有：从所述位于中间的车轮单元延伸到各车轮单元的连杆(A)；从所述各车轮单元延伸到所述位于中间的车轮单元的连杆(B)；以及位于所述连杆(A)和所述连杆(B)之间并自由旋转且能够在任意的位置固定的关节，
相邻的车轮单元借助具有所述连杆(A)、所述连杆(B)及位于所述连杆(A)和所述连杆(B)之间的关节的一对臂部结合。
3.根据权利要求2所述的配管内检修机器人，其中，
所述关节由围绕俯仰轴旋转的机构和围绕偏转轴旋转的机构构成。
4.根据权利要求3所述的配管内检修机器人，其中，
所述关节在偏转轴具备驱动关节的马达。
5.根据权利要求2所述的配管内检修机器人，其中，
所述移动单元具有如下的功能：在集管内部，在通过所述臂部的弯曲力使所述三组车轮单元与集管内部的管壁压力接触而紧贴时将所述三组车轮单元的旋转锁定地移动的情况下，解除锁定。
6.根据权利要求2所述的配管内检修机器人，其中，
所述移动单元在集管内部通过所述臂部的弯曲力和所述三组车轮单元与集管内部的管壁紧贴时，能够除去所述臂部的弯曲力而释放所述紧贴。
7.根据权利要求1所述的配管内检修机器人，其中，
用于评价所述被检配管内的状态的传感器具备利用超声波检测被检配管的厚度的传感器和从该传感器延伸并具有一个以上相对于水流产生阻力的凸起的绳索。
8.根据权利要求1所述的配管内检修机器人，其中，
用于对所述被检配管内的状态进行检修的机构具备覆盖被检配管的入口周围以免漏水的构造。
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