JP2004249878A - 水陸両用の移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ式スクリューの１種類のみを使用して管路内のいかなる状況のもとでも、あるいは泥水地等でも安定して移動可能な水陸両用の移動体を提供する。
【解決手段】それぞれ独立に回転可能で、左ネジのアルキメディアンスクリュー１２、１５および右ネジのアルキメディアンスクリュー１３、１４を２本ずつ本体１１の両側に点対称に配置し、アーム２２を介して本体１１の下方の第１の位置１７と側方の第２の位置１８を占めるようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、アルキメディアンスクリューを用いた水陸両用の移動体に関し、特に泥水地、軟弱地等の走行に適した水陸両用の移動体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水陸両用の移動体あるいは車両は、一般的に走行車輪やクローラが用いられている。例えば、特許文献１は走行車輪を用いた水陸両用車を開示しているが、この水陸両用車は、陸上から水中へ向かって敷設された案内レールに沿って移動するようになっている。したがって、車両の向きを任意の方向に変えたり、その場旋回をすることなどは基本的に不可能な構成である。
【０００３】
また、水陸両用の移動体に走行車輪とプロペラスクリューを用いて、例えば水道管内の点検調査等を行うものも知られている。この場合、水の流れがあり、堰止めおよび抜水（排水）が不可能な場合には、上流から遊泳式点検装置をケーブル等を介して流し、排水が可能な場合には、排水後すなわち管内をドライ状態にした後、走行式点検装置を用い点検している。したがって、この水陸両用の移動体からなる点検装置は水の有無により遊泳式装置と走行式装置とに使い分ける必要がある。そのため、遊泳中土砂等の堆積物に乗り上げた場合には前進もそこからの脱出もできなくなる。
【０００４】
一方、ネジ式スクリューであるアルキメディアンスクリューは砕氷船や流氷観光船などに用いられている。しかし、アルキメディアンスクリューは流氷乗り上げ時にのみ用いられ、遊泳にはあくまでもプロペラスクリューが用いられている。この場合、図１０（ａ）に示すように、船体１００の舷側に左ネジ、右ネジのアルキメディアンスクリュー１０２、１０４を１基ずつ配設している。また、図１０（ｂ）〜（ｅ）には、これら２本のアルキメディアンスクリュー１０２、１０４による走行・遊泳状態の移動方法が示してある。
図１０（ｂ）〜（ｅ）において、１０５は各アルキメディアンスクリュー１０２、１０４の回転軸、矢印Ｈ、Ｖはそれぞれ各アルキメディアンスクリュー１０２、１０４に対する反力の水平分力と垂直分力を示し、矢印Ａ１〜Ａ３はそのときの移動体（船体）１００の進行方向を示す。なお、遊泳状態では、反力の垂直分力Ｖはほとんど無視できるので水平分力Ｈのみが示してある。
【０００５】
走行状態において、図１０（ｂ）に示すように、左ネジのアルキメディアンスクリュー１０２を左回転、右ネジのアルキメディアンスクリュー１０４を右回転させた場合には、各アルキメディアンスクリュー１０２、１０４に対する反力の水平分力Ｈ・垂直分力Ｖは図示のように作用し、移動体１００は矢印Ａ１の方向に前進する。また、図示は省略するが、各アルキメディアンスクリュー１０２、１０４の回転方向をそれぞれ上記と反対にすれば、移動体１００は後退する。
図１０（ｃ）においては、右ネジのアルキメディアンスクリュー１０４を左ネジのアルキメディアンスクリュー１０２と同じ左回転とした場合であり、この場合は、移動体１００は矢印Ａ２のように後ろ左回りに大きく旋回する。
次に、遊泳状態においては、各アルキメディアンスクリュー１０２、１０４に対する反力の垂直分力Ｖは水平分力Ｈに比べて無視できるため、図１０（ｄ）のように左ネジのアルキメディアンスクリュー１０２を左回転、右ネジのアルキメディアンスクリュー１０４を右回転させた場合には、移動体１００は矢印Ａ１の方向に前進し、図１０（ｅ）のように、アルキメディアンスクリュー１０２、１０４を同じ方向に左回転させた場合には、移動体１００はその場で後ろ左回りに旋回（その場旋回）する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−５８９３１号公報（［００１０］−［００１８］、図１−図３、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の水陸両用の移動体は、前述のように、走行車輪やクローラを用いたものでは方向転換やその場旋回などが自由にできないなどの問題がある。まして、水道管等の管路内は、ヘドロ等の泥水があるためスリップ等を起こしやすく、管路内の移動装置としては不適である。
また、走行車輪とプロペラスクリューを用いたものでは、水の有無により走行車輪とプロペラスクリューを使い分けしなければならず、作業区間の堰止めや排水等の前処理作業が必要なため、時間、コスト的に問題がある。また、遊泳中に土砂等の堆積物に乗り上げた場合には脱出が不可能になるという問題がある。
一方、アルキメディアンスクリューを用いたものでは、移動方向についての自由度は前二者に比べてある程度高いものの、移動方式としてアルキメディアンスクリューとプロペラスクリューの２種類を使用しているので、土砂等の堆積物に乗り上げた場合には脱出や移動が困難になるという問題がある。
さらに、アルキメディアンスクリューは左ネジと右ネジの１本ずつであるため、横行ができないなど、全方位の移動は不可能である。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ネジ式スクリューの１種類のみを使用して管路内のいかなる状況のもとでも、あるいは泥水地等でも安定して移動可能な水陸両用の移動体を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水陸両用の移動体は、それぞれ独立に回転可能で、左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューを２本ずつ本体の両側に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、「ネジ式スクリュー」とは、例えばアルキメディアンスクリューであり、そのプロペラ形状が左ネジまたは右ネジのネジ式であればよい。
このような左ネジと右ネジのネジ式スクリューを２本ずつ本体の両側に配置し、それぞれ独立に回転させることで、泥水地等を安定して移動することが可能となる。各ネジ式スクリューの回転方向、回転数を変えることにより、後述のように前進・後進、横行、旋回、回頭等様々な形態の移動が可能で、全方位の移動が可能である。
【００１１】
本発明の水陸両用の移動体は、前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューを、前記本体に対し点対称に配置する。
この構成によって、上記のような前進・後進、横行、旋回、回頭等、全方位の移動を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の水陸両用の移動体においては、前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューは、アームを介して前記本体の下方の第１の位置と側方の第２の位置とを占める構成となっている。
特に、水道管のように様々な管径サイズに対応させるために、第１の位置ではネジ式スクリューをアームを介してたたみ込み（あるいは抱き込み）、第２の位置ではアームによりネジ式スクリューを展開させるものである。これによって、様々な姿勢で管路内を移動させることができ、また最小径の管内にも本移動体の挿入が可能となる。
【００１３】
前記第１の位置および第２の位置にネジ式スクリューを移動させるための具体的な構成は、前記本体に回動可能にアームを枢着し、そのアームの先端部に前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューを取り付けるものである。
アームを上下方向に回動させることによって、ネジ式スクリューをたたみ込み（抱き込み）状態から直立状態、横方向への展開状態まで各種の走行姿勢をとることが可能となる。
【００１４】
また、走行と遊泳の双方に使用できるようにすることも便利であることから、その場合には、前記本体は浮体とするのがよい。
したがって、水がある場合には水面に浮いて移動させることができ、土砂等の堆積物があっても容易に通過することができる。たとえ、堆積物に乗り上げた場合でも、ネジ式スクリューにより堆積物から容易に脱出させることができる。
【００１５】
また、本発明の水陸両用の移動体は、暗渠内の移動の場合、有線または無線のリモートコントロール方式で移動させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態による水陸両用の移動体の平面図、図２は正面図、図３はアルキメディアンスクリューの展開状態を示す平面図、図４は側面図である。なお、以下の説明では、ネジ式スクリューとしてアルキメディアンスクリューを用いた水道管内の移動装置・点検装置の例で説明するが、本発明の移動体はこれに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１７】
この移動体１０は、本体１１の左右前後に、４本のアルキメディアンスクリュー１２、１３、１４、１５をそれぞれ独立に回転可能に装着したものである。ここで、１２と１５は、左ネジのアルキメディアンスクリューであり、１３と１４は、右ネジのアルキメディアンスクリューである。このように、左ネジ・右ネジのアルキメディアンスクリュー１２、１３と、アルキメディアンスクリュー１４、１５との各２本の組み合わせとなっている。そして、アルキメディアンスクリュー１２、１３と、アルキメディアンスクリュー１４、１５は、本体１１に対し、点対称に配置されている。すなわち、例えば、左前が左ネジなら、右前は右ネジ、左後ろは右ネジ、右後ろは左ネジとなるように左右および前後が左ネジと右ネジの組み合わせで点対称に配置する。
【００１８】
左右一組のアルキメディアンスクリュー１２、１３と、アルキメディアンスクリュー１４、１５とは、ぞれぞれ本体１１にピン２１により回転自在に枢着された一対のアーム２２の先端部に取り付けられている。したがって、アーム２２をピン２１の回りに回動させることにより、アルキメディアンスクリュー１２〜１５は、本体１１の下方の第１の位置１７と、本体１１の側方の第２の位置１８を占めることができる。そのため、アルキメディアンスクリュー１２〜１５を外側に拡げたり、本体１１の内側にたたみ込んだりすることができる。この動作はアーム展開モータ２３によってなされる。アーム２２は、アルキメディアンスクリュー１２〜１５の支持脚（開閉脚体）の働きをする。なお、アーム２２は、伸縮可能な構成としてもよい。
【００１９】
図２において、アルキメディアンスクリュー１２〜１５を本体内側にたたみ込んだ状態（第１の位置１７）が破線で示してあり、この状態のときは移動体１０の外接円が最小径となるように設計されている。
したがって、水道管５０の場合、管内に人間が入り得る最小のマンホール径は６００ｍｍであるので、この移動体１０はアルキメディアンスクリュー１２〜１５の投入状態で、公称径６００ｍｍφの管内に挿入できるようになっている。また、全長は最大１０００ｍｍ、好ましくは９００ｍｍ以下となっている。
管径がより大きい場合には、アーム２２を回動させることによりアルキメディアンスクリュー１２〜１５を第２の位置１８に展開することができる。したがって、この第２の位置１８に展開した状態は、より大きな管径に対する支持状態（走行状態）、または遊泳状態である。
【００２０】
アルキメディアンスクリュー１２〜１５の回転駆動装置は図示を省略しているが、アーム２２に片持ち式に支持されたアルキメディアンスクリューの各回転軸に減速機付きモータを直結する構成となっている。または、各回転軸をアーム２２内部に捲回したチェーン等の伝動機構を介して各駆動モータにより回転させる構成でもよい。アルキメディアンスクリュー１２〜１５は、片持ち式に支持されているが、移動体１０の使用目的により、あるいは大型にする必要がある場合などでは、両持ち式の支持としてもよい。
また、この移動体１０は、全体として、浮力を有する浮体として構成されているが、用途によっては必ずしも浮体である必要はない。例えば、泥土上を走行する作業装置等は浮体の必要はない。
なお、本実施形態では、本体１１だけでなく、アルキメディアンスクリュー１２〜１５の部分も浮体の構造となっている。
【００２１】
また、この移動体１０は、上・下水道管の点検装置あるいは検査ロボットして構成されているので、監視カメラ３１およびその両側のライト３２が本体１１上に取り付けられている。監視カメラ３１は、パンモータ３３およびチルトモータ３４により旋回・傾動させることができる。
さらに、図４に示すように、牽引用ワイヤ３５が本体１１に連結されており、このワイヤ３５に沿って制御ケーブル３６が取り付けられている。なお、図４において、３７は牽引用ワイヤ３５および制御ケーブル３６の懸架用ブイである。
【００２２】
本実施形態の移動体１０の動作を図５に基づいて説明する。同図の（ａ）はこの移動体１０の概念図であり、同図の（ｂ）〜（ｇ）に主な移動形態を示す。
走行状態において、図５（ｂ）に示すように、前部のアルキメディアンスクリュー１２、１４をそれぞれネジと同じ方向に左回転、右回転させ、後部のアルキメディアンスクリュー１３、１５も同様にネジと同方向に右回転、左回転させると、各アルキメディアンスクリューに作用する反力の水平分力Ｈおよび垂直分力Ｖは、図示のように、水平分力Ｈは、いずれも図の左向きに、垂直分力Ｖは、前部では内向きに、後部では外向きに、それぞれ作用するので、これらの合力は左向きとなり、移動体１０は左方向に前進する。
各アルキメディアンスクリューの回転方向を上と反対にすれば、右方向に後退する。
【００２３】
図５（ｃ）においては、全部のアルキメディアンスクリュー１２〜１５をいずれも左回転とした場合である。この場合には、水平分力Ｈは前部では左右逆向きに、後部でも右左逆向きとなり、垂直分力Ｖは前部・後部とも下向きとなるので、水平分力Ｈは打ち消され、垂直分力Ｖのみの合力により、移動体１０は下方向に移動、すなわち回転軸に垂直な方向に横行する。
【００２４】
図５（ｄ）においては、前部のアルキメディアンスクリュー１２、１４を左回転、後部のアルキメディアンスクリュー１３、１５を右回転とした場合である。この場合は、水平分力Ｈおよび垂直分力Ｖがすべて左回りの偶力となるので、移動体１０はその場で左旋回する。
【００２５】
次に、遊泳状態においては、図５（ｅ）〜（ｇ）に示すように、いずれも垂直反力はほとんど無視できるので、図５（ｂ）〜（ｄ）と同様な回転方向とした場合には、前進、横行、その場旋回をさせることができる。但し、図５（ｆ）の横行の場合、水平反力Ｈは互いに打ち消され、僅かに働く垂直反力（図示せず）が下向きに作用するため、その横行動作は図５（ｃ）に比べて小さいものとなる。
【００２６】
以上は、基本的な移動形態を示したものであり、各アルキメディアンスクリュー１２〜１５は全て同じ回転数とした場合である。したがって、図５（ｂ）〜（ｇ）の場合でも回転数を個々に異ならしめれば、様々な形態の移動、姿勢をとることが可能となる。すなわち、前進・前後進、左右横行、その場旋回はもとより、左右回頭なども可能となり、全方位の移動が可能となる。
【００２７】
本実施形態の移動体１０を、例えば水道管の点検調査の目的で使用する場合、管径の大きさに応じて、アルキメディアンスクリュー１２〜１５を図２のように第１の位置１７にたたみ込み、または第２の位置１８に展開して、管内に挿入する。
図６〜図９は、管径および内部の水位に対する移動体１０の姿勢を例示したものである。例えば、管径１２００ｍｍφの場合、水位が６０ｃｍ位のときには図６のように、アルキメディアンスクリュー１２〜１５を第１の位置１７にたたみ込み、または第２の位置１８に展開して、移動体１０を遊泳状態にする。
水位が約０ｃｍの場合には、図７のようにアーム２２を直立状態にするか、もしくは図８のようにアーム２２を展開して、アルキメディアンスクリュー１２〜１５を管内面に接触させて移動体１０を走行状態にする。
図９は、管径４０００ｍｍφ、水位が管径の１／２の場合における移動体１０の遊泳状態を示したものであり、水位が上記のように６０ｃｍまたはそれ以下の場合には移動体１０を走行状態とする。
【００２８】
移動体１０の走行または遊泳の動作は図５（ｂ）〜（ｇ）について説明したとおりであり、前進・前後進、左右横行、その場旋回、左右回頭等を行うことにより、移動体１０を目標位置に容易に誘導することができる。遊泳状態においては、図３、図４のように、牽引ワイヤ３５等を用いて移動体１０を水の流れにのせ、リモートコントロールによりアルキメディアンスクリュー１２〜１５を回転方向および回転数を制御する。また走行状態においても同様にリモートコントロールでアルキメディアンスクリュー１２〜１５の回転方向および回転数を制御する。そして、監視カメラ３１により撮影される水道管内部を地上のモニタ画面（図示せず）で観察しながら点検していき、目標位置に移動体１０を誘導する。なお、移動体１０を図示のように有線方式に限らず、無線方式で遠隔制御してもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、管路が曲がっていても、その曲がりに応じて移動体１０を誘導することができる。さらに、土砂等が堆積していて移動体１０が堆積物に乗り上げた場合であっても、アルキメディアンスクリュー１２〜１５の回転方向および回転数を個々に制御することにより、容易に堆積物上を乗り越えて前進させることができ、またそこから脱出させることができる。したがって、管内の状況にあまり影響されずに安定した移動ができる。
【００３０】
また、本実施形態では、４本のアルキメディアンスクリュー１２〜１５により推進力が大きいため、またアルキメディアンスクリュー１２〜１５を管内面と接触させてネジ作用により前後進させることができるため、管の曲がり形状等により、滞流域があっても、容易にその滞留域を通過させることができる。また、管内をドライ状態にする必要もないので、作業コストの低減が可能である。
結局、本実施形態の移動体１０は、管路内の状況、堆積物や水に影響されずに移動することができる。
また、堆積物の堆積状況によっては、アーム２２により本体１１を高く保持して堆積物と本体１１の接触を回避させることも可能である。
また、１種類の推力発生機すなわちアルキメディアンスクリュー１２〜１５により走行も遊泳も可能なため、小型軽量化が可能である。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の水陸両用の移動体は水道管等の暗渠（断面形状も円形、四角形等任意である）に限らず、管路内の移動装置、作業機械として使用することができる。そのほかにも、様々な用途に使用することができ、特に、泥水地、軟弱地等の走行に好適なものである。例えば、ヘドロ浚渫ロボット、田植機等の農作業機用の移動体に利用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、１種類のネジ式スクリューのみで泥水地、軟弱地等を容易に移動させることができる。また、前後進、横行、旋回、回頭等、全方位の移動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水陸両用の移動体の平面図。
【図２】上記移動体の正面図。
【図３】上記移動体のアルキメディアンスクリューの展開状態を示す平面図。
【図４】上記移動体の側面図。
【図５】上記移動体の動作説明図。
【図６】上記移動体の管内遊泳状態を示す図。
【図７】上記移動体の管内接地走行状態を示す図。
【図８】上記移動体の管内接地走行状態の他の例を示す図。
【図９】上記移動体の管内遊泳状態を示す図。
【図１０】従来のアルキメディアンスクリューによる移動体の動作説明図。
【符号の説明】
１０：移動体、１１：本体、１２、１３、１４、１５：アルキメディアンスクリュー、１７：第１の位置、１８：第２の位置、２１：ピン、２２：アーム、２３：アーム展開モータ、３１：監視カメラ、３２：ライト、５０：水道管

Claims (7)

1. それぞれ独立に回転可能で、左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューを２本ずつ本体の両側に配置したことを特徴とする水陸両用の移動体。
2. 前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューは、前記本体に対し点対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の水陸両用の移動体。
3. 前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューは、アームを介して前記本体の下方の第１の位置と側方の第２の位置とを占める構成となっていることを特徴とする請求項１または２記載の水陸両用の移動体。
4. 前記アームは、前記本体に回動可能に枢着され、該アームの先端部に前記左ネジのネジ式スクリューおよび右ネジのネジ式スクリューが取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の水陸両用の移動体。
5. 前記本体は、浮体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水陸両用の移動体。
6. 有線または無線のリモートコントロール方式となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水陸両用の移動体。
7. 管路内の移動装置に適用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水陸両用の移動体。

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