JP2018016957A - 管内清掃ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】清掃効率に優れた管内清掃ロボットを提供する。【解決手段】第１の管内清掃ロボット１は、支持基体５と、この支持基体５の幅方向両側に設けた一対の走行手段７と、可撓性を備えた清掃用ホースと、高圧水を噴射する噴射口部１５を有し、支持基体５の幅方向両側に取り付けられた一対の高圧噴射ノズル装置１７と、を備えている。高圧噴射ノズル装置１７又は高圧噴射ノズル装置１７の高圧噴射ノズル７５はそれぞれ、噴射口部１５の向く方向を変化させるために独立して回転又は揺動できるような構成となっている。【選択図】図２

Description

本発明は管内を清掃するロボットに関し、特に大口径の下水管内を移動して清掃するのに適したロボットに関する。

地中に埋設されている下水管には下水の流れによって運ばれてくる汚泥等が堆積するが、この汚泥等の堆積量が増えると下水管の流下機能が阻害される。そこで、下水管内を定期的に清掃して堆積している汚泥等を除去する必要がある。また、下水管にクラックや接続部のずれなどが生じている場合には下水管を補修することが必要となるが、下水管のこのような劣化状態を調査するにはこの調査に先立って下水管内を清掃しておかなければならない。

下水管内の清掃は、作業員が入ることのできる大口径の下水管の場合には、マンホールの開口近辺の路面に高圧洗浄車及び吸引車を配置しておき、作業員が下水管内に入って高圧洗浄車から延びる高圧ホース及び吸引車から延びる吸引ホースを操作して下水管内を清掃する。具体的には、堆積している汚泥等に作業員が操作する高圧ホースから高圧水を噴き付けて汚泥等を切り崩し、切り崩した汚泥等を作業員が操作する吸引ホースで吸引する。

しかしながら、下水管内での作業員による清掃作業には、酸素の欠乏や硫化水素等の有毒ガスの発生、あるいは転落や転倒などの危険が伴うので、例えば特許文献１に記載されているような管内清掃ロボットを下水管内に配置して清掃作業を行なわせることが考えられる。このような管内清掃ロボットを用いれば、高圧噴射ノズルを下水管内の清掃したい個所に向けて高圧水を噴射することにより下水管内に堆積した汚泥等を取り除くことが可能となる。

特開２０１４−１１４６５３号公報

ところで、特許文献１に記載された管内清掃ロボットでは1本の高圧噴射ノズルだけしか設けられていないが、この高圧噴射ノズルを回転させてノズルの向く方向を自由に設定できるので、下水管の任意の位置に高圧水を噴き付けて清掃することが可能となる。ところが、堆積状況によっては汚泥等に一方向から高圧水を吹き付けても汚泥等を効率的に切り崩せない場合がある。しかも、特許文献１の清掃ロボットでは高圧噴射ノズルにより切り崩した汚泥等を直ちにあるいは切り崩しと同時に吸引できる構造とはなっていないのでこの点からも清掃作業効率がよくない。

そこで本発明は、清掃効率に優れた管内清掃ロボットの提供を目的とする。

この目的を達成するための本発明の管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、可撓性を有するホース本体及びこのホース本体の先端部に設けられた口部材を有し、一対の前記走行手段の間で前記支持基体の下側を通るように配置されたホースと、高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、を備え、前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されているものである。ここでは、汚泥等の堆積物の特定の個所に一対の高圧噴射ノズルからの高圧流体を同時に集中してあるいは別々に噴き付けることができる。この場合、高圧流体の噴き付け個所の接近又は離反の程度も種々に調整できる。あるいは、汚泥等の堆積物に異なる方向から同時に又は別々に高圧流体を噴き付けることもできる。したがって、堆積物を効率的に切り崩すことが可能であり、しかも、切り崩しに引き続いて又は切り崩しと同時にホースで堆積物を吸引することも可能となる。カメラからの管内映像は例えば地上に配置されているディスプレイに映し出されるので、作業者はこのディスプレイの映像を確認しながら高圧噴射ノズルの動作を制御することができる。一対の高圧噴射ノズルは高圧流体を別々にしかし必要に応じて同時に噴射するように構成できる。あるいは高圧流体を別々にのみ噴射するように構成できる。

高圧噴射ノズルはそれぞれ、支持基体に設けられた例えば水平方向に回転可能な取り付け支持部に上下方向に揺動できるように取り付けておくことができる。

ホースの口部材と支持基体との間に上下動用シリンダを配置し、上下動用シリンダを作動させて口部材を下ろしたときに、この口部材よりも後側のホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜するように構成することができる。ここでは、管内清掃ロボットを例えば前進させる場合には上下動用シリンダを作動させて口部材を管内底面から持ち上げておく。汚泥等を吸引する場合には、上下動用シリンダを作動させて口部材を例えば下面が管内底面に接触するように下降させるが、口部材よりも後側のホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜しているので口部材の開口部下面を管内底面に確実に接触させることが可能となる。

ホースに代えて又はホースとともに排土板を設けることができるように構成するのが好ましい。特に堆積物の付着強度又は付着量が大きい場合に効果的である。ここでの管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、前記支持基体の前側に設けられた排土板と、を備え、前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されているものとなる。可撓性を有するホース本体と、このホース本体の先端部に設けられた口部材と、を有し、一対の走行手段の間で支持基体の下側を通るように配置されたホースをさらに備えることができる。

また、ホース及び高圧噴射ノズルに代えて揺動可能な堰止板を用い、堰止板で堰き止めた流水を利用して管内を清掃する構成も流水量が比較的多い場合には得策である。堰止板を開放して一気に放水することにより堆積物を除去するようにしてもよいが、堰止板に水エジェクタ及び噴出孔を設けておき、貯留水を高圧にして、噴出孔から噴出させるようにしてもよい。ここでの管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、前記支持体の前側に設けられた堰止板と、を備えたものとなる。

本発明の管内清掃ロボットを用いれば、大口径の下水管等の管内を安全にかつ効率的に清掃できる。

本発明に係る第１の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第１の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 第１の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の要部を示す平面図である。 取り付けプレートの持ち上げリンク用ブラケット部分の詳細図である 高圧噴射ノズル装置部分の平面拡大図及び正面拡大図である。 汚泥等へのそれぞれの高圧噴射ノズルからの噴き付け個所を示す図である。 汚泥等へのそれぞれの高圧噴射ノズルからの噴き付け個所を示す別の図である。 管内清掃ロボットが走行するときの清掃用ホースの先端側の状態を説明する図である。 本発明に係る第２の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第２の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 取り付けプレートの揺動リンク用ブラケット部分の詳細図である 排土板を上昇させた状態を示す図である。 本発明に係る第３の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第３の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 堰止板で下水を堰き止めて貯留した状態を示す図である。 貯留した下水を放流した状態を示す図である。 第３の管内清掃ロボットの変更例を示す図である。

まず、本発明に係る第１の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である図１、側面図である図２及び要部を示す平面図である図３を参照して第１の管内清掃ロボットの構成を説明する。

第１の管内清掃ロボット１は管径８００ｍｍ乃至２０００ｍｍの大口径の下水管３内を清掃するための構成を有し（例えば１００００ｍｍの下水管にも対応可能であるし、断面４角形のボックス型下水管にも配置できる。）、支持基体５と、この支持基体５の幅方向両側（左右両側）に設けられた一対の走行手段７と、可撓性を備えた清掃用ホース本体９及びこの清掃用ホース本体９の先端に設けられた口部材（吸引口部材）１１を有し、この口部材１１が支持基体５の下側に接続されている構成の清掃用ホース（吸引用ホース）１３と、高圧水を噴射する噴射口部１５を有し、支持基体５の幅方向両側に取り付けられた一対の高圧噴射ノズル装置１７と、揺動して撮影方向を変更できるように支持基体５に取り付けられた前方視認用カメラ１９と、支持基体５に載せられて固定された制御機器ＢＯＸ２１と、制御機器ＢＯＸ２１に取り付けられた後方用赤外線カメラ２３と、信号の送受信用の信号ライン及び管内清掃ロボット１への電力供給用の電源ラインを有するケーブル２５と、高圧噴射ノズル装置１７に高圧水を供給するノズル用ホース２７と、を備えている。走行手段７はそれぞれ、４つの車輪２９を有していて、モータ（図示せず）によって走行方向に回転駆動される。なお、図中符号３１は前方照明用ライトである。また、支持基体５から走行手段７や他の部材を分解して、直径６００ｍｍのマンホール開口部から第１の管内清掃ロボット１を下水管３内に運び込み、その後に第１の管内清掃ロボット１を下水管３内で組み立てることができるように構成されている。あるいは第１の管内清掃ロボット１を複数のユニットに分解できるように構成しておき、それぞれのユニットを直径６００ｍｍのマンホール開口部から下水管３内に運び込み、その後に第１の管内清掃ロボット１を下水管３内で組み立てることができるように構成する場合もある。

清掃用ホース本体９は、例えばマンホールの開口付近の路面に配置した吸引車（図示せず）から延びる１本のホース本体部３３と、このホース本体部３３の先端に取り付けられた二股分岐の接続部材３５と、この接続部材３５の分岐部に接続された２本の分岐ホース部３７と、を備え、この２本の分岐ホース部３７の先端は口部材１１の後端部に接続されている。口部材１１の後端部は、一対の環状接続部３９と、この環状接続部３９の外側をカバーするケース４１と、を有し、口部材１１の中間部は、それぞれの環状接続部３９の先端から前方に向かって広がりながら延びる一対の環状中間部４３を備え、口部材１１の先端部は、この一対の環状中間部４３の先端外縁に沿って環状に形成されていて、補強部材４５によって補強された環状開口部４７を構成している。この環状開口部４７の下面４９は下水管３の内面の半径と同一又はほぼ同一の曲率半径を有している。環状開口部４７の上部には引っ張りプレート部５１が設けられ、この引っ張りプレート部５１の中央裏面には上下動シリンダブラケット５３が設けられている。

支持基体５の前側下部には取り付けプレート５５が取り外し可能に固定されている。取り付けプレート５５は幅方向両側に持ち上げリンク用ブラケット５７を有し、中央部に前方に向かって突出する上下動シリンダ取り付け部５９を備えている。上下動シリンダ取り付け部５９の先端と上下動シリンダブラケット５３との間には上下動用シリンダ６１が接続され、持ち上げリンク用ブラケット５７には、口部材１１のケース４１の幅方向両側に先端部が固定された一対の持ち上げリンク６３の後端部が回転可能に接続されている（図４参照）。持ち上げリンク６３は長さ方向中央よりも後側で上方に屈曲している。

高圧噴射ノズル装置１７は、支持基体５の前部の両側部分に取り外し可能に固定された一対の設置プレート６５のそれぞれに取り付けられている。高圧噴射ノズル装置１７は、設置プレート６５に取り付け部材６７を用いて取り付けられたノズル装置本体６９と、設置プレート６５に固定され、ノズル装置本体６９を取り付け部材６７位置を中心として回転又は揺動させる水平方向シリンダ７１と、を備え、ノズル装置本体６９は、取り付け部材６７を用いて取り付け部材６７位置を中心として回転可能に設置プレート６５に取り付けられたＬ型プレート７３と、このＬ型プレート７３の先端部に上下方向に揺動できるように取り付けられた高圧噴射ノズル７５と、Ｌ型プレート７３に取り付けられ、高圧噴射ノズル７５と連結されてこの高圧噴射ノズル７５を上下方向に揺動させる垂直方向シリンダ７７と、を有している（図５参照）。水平方向シリンダ７１の伸縮作動により、高圧噴射ノズル７５は噴射口部１５が管路方向前方を向く状態（実線の状態）と噴射口部１５が所定角度（ここでは３０度）だけ幅方向内側を向く状態（仮想線の状態）との間で揺動することができる（図５ａの矢印参照）。また、垂直方向シリンダ７７の伸縮作動により、高圧噴射ノズル７５は噴射口部１５が管路方向前方を向く状態（実線の状態）と噴射口部１５が所定角度（ここでは５０度）だけ下側を向く状態（仮想線の状態）との間で揺動することができる（図５ｂの矢印参照）。なお、水平方向シリンダ７１と垂直方向シリンダ７７には電動シリンダを用いているが、油圧又は空気圧シリンダを用いてもよい。

次に、図６及び図７も参照して管内清掃ロボット１の清掃動作を説明する。

管内清掃ロボット１は下水管３内で停止して清掃作業を行うことも、低速で前進しながら清掃作業を行うこともできる。清掃作業は、前方視認用カメラ１９によって映し出される下水管３内の状況を路面上で確認しながら左右の高圧噴射ノズル装置１７をそれぞれ独立にコントローラ（図示せず）で回転又は揺動操作しながら行われる。例えば図６に示すような汚泥等Ａが下水管３内の前方に堆積している場合には、高圧噴射ノズル装置１７を操作して一方の高圧噴射ノズル７５の噴射口部１５から噴き付け個所Ｂに高圧水が噴き付けられ、他方の高圧噴射ノズル７５の噴出口部１５から噴き付け個所Ｃに高圧水が噴き付けられるようにする。ここでは、それぞれの高圧噴射ノズル７５は下側かつ幅方向内側に対称に回転又は揺動することとなる。あるいは図７に示すような汚泥等Ａが下水管３内の前方に堆積している場合には、高圧噴射ノズル装置１７を操作して一方の高圧噴射ノズル７５の噴射口部１５から噴き付け個所Ｂに高圧水が噴き付けられ、他方の高圧噴射ノズル７５の噴出口部１５から噴き付け個所Ｃに高圧水が噴き付けられるようにする。ここでは、一方の高圧噴射ノズル７５は下側に揺動し、他方の高圧噴射ノズル７５は幅方向内側に最大角度揺動するとともに下側にも揺動している。ここでは、一方の高圧噴射ノズル７５から高圧水を噴き付けているときには他方の高圧噴射ノズル７５からは高圧水を噴き付けることはできないように構成されているが、両方の高圧噴射ノズル７５から同時に高圧水を噴き付けることができるように構成してもよい。

高圧噴射ノズル７５から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩してから、あるいは高圧噴射ノズル７５から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩しながら、清掃用ホース１３に吸引車からバキューム吸引力を作用させ、口部材１１で汚泥等を吸い取って地上に搬送する。ここでは上下動用シリンダ６１が伸張し、口部材１１は下降している。分岐ホース部３７の先端寄り部分（図４の符号Ｄ参照）は持ち上がった状態に保持されているので、すなわち、分岐ホース３７は符号Ｄ個所から前方に向かって下降傾斜しているので、口部材１１の環状開口部４７の下面４９（あるいは環状開口部４７の先端側下面４９）が例えば全体的に下水管３内の底面に接触する。したがって、切り崩した堆積物などを効率的に清掃用ホース１３に吸い込むことができる。なお、上下動用シリンダ６１には電動シリンダを用いているが、油圧シリンダ又は空気圧シリンダを用いても良い。

図８を参照して走行時の清掃用ホース１３の先端側の状態を説明する。

例えば次の堆積物の位置まで管内清掃ロボット１を前進させる場合には、上下動用シリンダ６１を収縮させて口部材１１を引き上げ、清掃用ホース１３の先端側を支持基体５の下側に沿うように例えば直線状に持ち上げておく。

なお、ここでは清掃用ホース１３を汚泥等の吸引用に用いたが、清掃用ホース１３を給水装置に接続し、汚泥等を切り崩すために口部材１１から放水するようにしてもよい。

本発明に係る第２の管内清掃ロボットを大口径の下水管３内に配置した場合の正面図である図９及び側面図である図１０を参照して第２の管内清掃ロボットの構成を説明する。なお、第１の管内清掃ロボット１と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略している。

第２の管内清掃ロボット７９は、第１の管内清掃ロボット１から取り付けプレート５５、上下動用シリンダ６１、持ち上げリンク６３、清掃用ホース１３を取り外し、代わりに、揺動リンク用ブラケット８１を幅方向両側に有し、中央部に前方に向かって突出する揺動シリンダ取り付け部８３を備えた別の取り付けプレート８５を支持基体５に固定し、この取り付けプレート８５に排土板８７を接続することにより構成されている。排土板８７の裏面の幅方向両側には緩やかに上方に凹となるように湾曲して後方に延びる揺動リンク８９の先端部が固定され、この揺動リンク８９の後端は取り付けプレート８５の揺動リンク用ブラケット８１に回転可能に接続されている（図１１参照）。排土板８７の裏面にはまた、揺動シリンダブラケット９１が設けられ、この揺動シリンダブラケット９１と揺動シリンダ取り付け部８３との間には揺動シリンダ９３が接続されている。なお、排土板８７の底部９５は下水管３の内面の半径と同一の又はほぼ同一の曲率半径を有している。なお、揺動シリンダ９３には電動シリンダが用いられているが、油圧シリンダ又は空気圧シリンダを用いてもよい。

高圧噴射ノズル７５から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩してから、あるいは高圧噴射ノズル７５から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩しながら、切り崩した堆積物を第２の管内清掃ロボット７９を走行させて排土板８７で前方に押して排除していく。ここでは揺動シリンダ９３が伸張して排土板８７は垂直状態に下降し、排土板８７の底部９５が例えば全体的に下水管３内の底面に接触するので、切り崩した堆積物などを効率的に押して排除できる。なお、図１２に示すように、揺動シリンダ９３を収縮すると排土板８７は持ち上がる。

なお、第２の管内清掃ロボット７９に第１の管内清掃ロボット１のように清掃用ホース１３を設けてもよい。この場合には、排土板８７と干渉しないように先端部が若干後側に位置するように清掃用ホース１３を配置しておく。

本発明に係る第３の管内清掃ロボットを大口径の下水管３内に配置した場合の正面図である図１３及び側面図である図１４を参照して第３の管内清掃ロボットの構成を説明する。なお、第２の管内清掃ロボット７９と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略している。

第３の管内清掃ロボット９７は、第２の管内清掃ロボット７９から設置プレート８５及高圧噴射ノズル装置１７、そして排土板８７及び揺動リンク８９を取り外し、代わりに、支持基体５の前側部の幅方向両側にサポート体９９を取り付け、裏面に別の揺動シリンダブラケット１０１が設けられた堰止板１０３をサポート体９９の先端部に揺動可能に取り付けるとともに、堰止板１０３の揺動シリンダブラケット１０１に揺動シリンダ９３（第２の管内清掃ロボット７９のものより若干長い）の先端部を接続することにより構成されている。なお、堰止板１０３の外面は下水管３の内面の半径と同一の又はほぼ同一の曲率半径を有し、パッキン１０５が取り付けられている。また、新たなカメラ取付台に前方視認用カメラ１９を取り付けている。

次に、図１５及び図１６も参照して第３の管内清掃ロボット９７の清掃動作を説明する。

第３の管内清掃ロボット９７では汚泥等の堆積物の除去は高圧水の噴き付けにより行うのではなく、堰止板１０３により堰き止めた下水流を放水することにより行う。まず、揺動シリンダ９３を収縮させて堰止板１０３を垂直状態になるように揺動させる。そうすると、堰止板１０３のパッキン１０５が下水管３内の下側面に押し付けられて堰止板１０３の外面と下水管３の下側面との間が密封される。したがって、時間の経過にともなって堰止板１０３により下水Ｅが堰き止められて貯留していく（図１５参照）。下水Ｅが所定量貯留したら揺動シリンダ９３を伸長させて堰止板１０３を前方に揺動させ、貯留している下水Ｅを放流し、汚泥等を押し流す（図１６）。

なお、図１７に示すように堰止板１０３に水エジェクタ１０７を設け、この水エジェクタ１０７に高圧水を高圧ホース１０９から供給し、貯留している下水Ｅを昇圧して堰止板１０３の幅方向両側に設けられた噴出孔１１１から下水Ｅを噴出させてもよい。なお、符号１１３は貯留している下水Ｅの噴射を制御する仕切弁である。

１ 第１の管内清掃ロボット
３ 下水管
５ 支持基体
７ 走行手段７
９ 清掃用ホース本体
１１ 口部材
１３ 清掃用ホース
１５ 噴射口部
１７ 高圧噴射ノズル装置
７９ 第２の管内清掃ロボット
９７ 第３の管内清掃ロボット

Claims (6)

1. 大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、
   支持基体と、
   この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、
   可撓性を有するホース本体と、このホース本体の先端部に設けられた口部材と、を有し、一対の前記走行手段の間で前記支持基体の下側を通るように配置されたホースと、
   高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、
   少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、を備え、
   前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されている、ことを特徴とする管内清掃ロボット。
2. 前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記支持基体に設けられた回転可能な取り付け支持部に上下方向に揺動できるように取り付けられている、ことを特徴とする請求項１記載の管内清掃ロボット。
3. 前記ホースの前記口部材と前記支持基体との間には上下動用シリンダが配置され、
   前記上下動用シリンダを伸張させて前記口部材を下ろしたときに、この口部材よりも後側の前記ホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜するように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の管内清掃ロボット。
4. 前記ホースに代えて又は前記ホースとともに排土板が設けられている、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の管内清掃ロボット。
5. 前記ホース及び前記高圧噴射ノズルに代えて揺動可能な堰止板が設けられている、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の管内清掃ロボット。
6. 前記堰止板には水エジェクタ及び噴出孔が設けられている、ことを特徴とする請求項５記載の管内清掃ロボット。

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