JP2018185002A - Movable body and explorer - Google Patents
Movable body and explorer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018185002A JP2018185002A JP2017087372A JP2017087372A JP2018185002A JP 2018185002 A JP2018185002 A JP 2018185002A JP 2017087372 A JP2017087372 A JP 2017087372A JP 2017087372 A JP2017087372 A JP 2017087372A JP 2018185002 A JP2018185002 A JP 2018185002A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- propulsion
- actuator
- pressure
- support
- moving body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 7
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 210000002429 large intestine Anatomy 0.000 description 1
- 238000007562 laser obscuration time method Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Actuator (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、流体圧を利用した移動体に関する。 The present invention relates to a moving body using fluid pressure.
地中や建物に埋設されて長い年月が経過した配管は、腐食などにより破断や亀裂の恐れがある。このため、定期的に配管内の検査を行う必要があるが、コスト面などの観点から配管を掘り起こさず、内部の映像を取得可能な装置が求められている。従来では、配管内の検査方法として、押し込み式のカメラが用いられてきた。 Pipes that have been buried underground or in buildings for a long time may break or crack due to corrosion. For this reason, it is necessary to periodically inspect the inside of the pipe, but there is a demand for an apparatus capable of acquiring an internal image without digging up the pipe from the viewpoint of cost. Conventionally, a push-in type camera has been used as an inspection method for piping.
配管内の検査に関して、従来の押し込み式のカメラは直線状の経路に対しては有効であるものの、実際の配管によく見られる、複雑に湾曲した管内を十分に探査することが困難であった。 Regarding the inspection inside the pipe, the conventional push-in camera is effective for a straight path, but it is difficult to sufficiently explore the complicated curved pipe often found in actual pipes. .
そのため、従来の押し込み式カメラ、ボーカメやファイバースコープでは侵入できない管路、狭隘地形内を探査することができる自走式の移動体の開発が求められている(特許文献1〜3)。自走式の移動体は、配管などの工業用管路の他、大腸管などの生体管路内での使用も期待されている。
Therefore, the development of a self-propelled mobile body that can explore the inside of narrow terrain, a conduit that cannot be invaded by a conventional push-in camera, bokame or fiberscope is required (
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複雑な管路や狭隘地形内を推進可能な移動体の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a movable body that can be propelled in a complicated pipeline or narrow terrain.
本発明のある態様は移動体に関する。移動体は、連結部を介して直列に連結される複数の推進ユニットと、圧力コントローラと、備える。各推進ユニットは、流体の供給圧に応じて長さを制御可能に構成される推進アクチュエータと、推進アクチュエータの一端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される第1支持アクチュエータと、推進アクチュエータの他端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される第2支持アクチュエータと、を含む。圧力コントローラは、(i)複数の推進ユニットに含まれる複数の推進アクチュエータへの供給圧、(ii)複数の推進ユニットに含まれる複数の第1支持アクチュエータへの供給圧、および(iii)複数の推進ユニットに含まれる複数の第2支持アクチュエータへの供給圧を独立に制御可能に構成される。 One embodiment of the present invention relates to a moving object. The moving body includes a plurality of propulsion units connected in series via a connecting portion, and a pressure controller. Each propulsion unit has a propulsion actuator that can be controlled in length according to the fluid supply pressure, and one end of the propulsion actuator, and can be expanded and contracted in the radial direction according to the fluid supply pressure. And a second support actuator provided on the other end side of the propulsion actuator and configured to expand and contract in the radial direction according to the supply pressure of the fluid. The pressure controller includes (i) a supply pressure to a plurality of propulsion actuators included in the plurality of propulsion units, (ii) a supply pressure to a plurality of first support actuators included in the plurality of propulsion units, and (iii) a plurality of The supply pressure to the plurality of second support actuators included in the propulsion unit is configured to be independently controllable.
各推進ユニットにおいて、進行方向の後方の支持アクチュエータを径方向に膨張させると、その部分が管路の内壁に固定される。その状態で推進アクチュエータを伸張させると、前方の支持アクチュエータが進行方向に繰り出される。続いて前方の支持アクチュエータを径方向に膨張させると、その部分が管路の内壁に固定される。この状態で、後方の支持アクチュエータの膨張および推進アクチュエータの伸張を解除すると、後方の支持アクチュエータが進行方向に引っ張られる。この動作を繰り返すことにより、各推進ユニットを進行方向に向かって移動させることができる。また、圧力制御の順序を逆にすれば、進行方向を切りかえることも可能である。
また、複数の推進ユニットは独立に推進力を発生するため、屈曲が多く、したがって抵抗の大きい複雑な管路においても、ある程度の重量物を管路内で搬送することができる。
In each propulsion unit, when the support actuator at the rear in the traveling direction is expanded in the radial direction, the portion is fixed to the inner wall of the pipeline. When the propulsion actuator is extended in this state, the front support actuator is extended in the traveling direction. Subsequently, when the front supporting actuator is expanded in the radial direction, the portion is fixed to the inner wall of the pipe. In this state, when the expansion of the rear support actuator and the extension of the propulsion actuator are released, the rear support actuator is pulled in the traveling direction. By repeating this operation, each propulsion unit can be moved in the traveling direction. In addition, if the order of pressure control is reversed, the traveling direction can be switched.
In addition, since a plurality of propulsion units independently generate a propulsive force, a certain amount of heavy objects can be transported in the pipe line even in a complicated pipe line that has a lot of bending and therefore has a large resistance.
連結部は、受動的に伸縮してもよい。複雑な管路では、隣接する推進ユニットの速度が異なる状況も生じうるが、連結部が受動的に伸縮することで、隣接する推進ユニットが相互に悪影響を及ぼすのを防止できる。 The connecting part may passively expand and contract. In a complicated pipeline, although the speed of adjacent propulsion units may be different, it is possible to prevent adjacent propulsion units from adversely affecting each other by passively expanding and contracting the connecting portion.
連結部は、流体の供給圧に応じて制御可能に構成されてもよい。圧力コントローラは、連結部への供給圧を制御してもよい。 The connecting portion may be configured to be controllable according to the supply pressure of the fluid. The pressure controller may control the supply pressure to the connecting portion.
移動体は、推進ユニットおよび連結部のセットを少なくともひとつ含む連結ユニットが、コネクタを介して連結可能に構成されてもよい。
移動体の長さが長くなると、圧力源から遠い推進ユニットと、圧力源に近い推進ユニットの間で、流体圧の制御遅延が発生しうる。複数の連結ユニットを継ぎ足し可能とすることで、移動体を短い状態で使用可能となるため、制御遅延の小さくできる。
The moving body may be configured such that a connection unit including at least one set of the propulsion unit and the connection unit can be connected via a connector.
When the length of the moving body is increased, a control delay of fluid pressure may occur between the propulsion unit far from the pressure source and the propulsion unit close to the pressure source. By making it possible to add a plurality of connecting units, the moving body can be used in a short state, so that the control delay can be reduced.
本発明の別の態様は探査機に関する。探査機は、上述のいずれかの移動体を備える。探査機は、その先端にヘッドユニットを備えてもよい。ヘッドユニットには、カメラや操舵用のアクチュエータが設けられてもよい。探査機は洗浄機能を備えてもよく、この場合、ヘッドユニットには、高圧洗浄用のノズルが設けられてもよい。 Another aspect of the present invention relates to a spacecraft. The spacecraft includes any one of the moving objects described above. The probe may include a head unit at the tip thereof. The head unit may be provided with a camera and a steering actuator. The probe may have a cleaning function. In this case, the head unit may be provided with a nozzle for high-pressure cleaning.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described components is also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、複雑な管路や狭隘地形内を推進可能な移動体を提供できる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a moving body that can be propelled in complicated pipelines and narrow terrain.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
1. 基本構成
1.1 全体構成
図1は、実施の形態に係る移動体2を模式的に示す図である。なお図面に示される各部材の寸法は、理解の容易化、説明の簡潔化のため適宜拡大縮小されている。
1. Basic Configuration 1.1 Overall Configuration FIG. 1 is a diagram schematically showing a moving
移動体2は、連結部20を介して直列に連結される複数N個(Nは2以上の整数)の推進ユニット10_1〜10_Nと、圧力コントローラ30と、備える。移動体2は、管路1内を推進する。
The
各推進ユニット10は、推進アクチュエータ12、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16を備える。
Each
推進アクチュエータ12は、流体の供給圧に応じて長さを制御可能に構成される。推進アクチュエータ12の直径は、その長さによらずに、管路1の内径φよりも十分に小さいことが好ましい。一例として、内径50mmの管路に対して、推進アクチュエータ12の直径は25mm以下が好ましい。一般化すると、推進アクチュエータ12の直径は、内径の1/2より小さいことが好ましい。また推進アクチュエータ12は加圧状態においても、折れ曲り可能な構造的柔軟性を有していることが望ましい。
The
本実施の形態では、推進アクチュエータ12は、加圧により伸張し、減圧により収縮するものとする。
In the present embodiment, it is assumed that the
第1支持アクチュエータ14は、推進アクチュエータ12の一端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される。第2支持アクチュエータ16は、推進アクチュエータ12の他端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される。第1支持アクチュエータ14および第2支持アクチュエータ16は、膨張状態において、管路1の内壁と接触して、内壁をグリップする。
The
移動体2には、3つの圧力系統(流路)34,36,38が設けられる。第1圧力系統34は、複数の推進ユニット10に含まれる複数の第1支持アクチュエータ14と接続される。第2圧力系統36は、複数の推進ユニット10に含まれる複数の第2支持アクチュエータ16と接続される。第3圧力系統38は、複数の推進ユニット10に含まれる複数の推進アクチュエータ12に接続される。
The moving
圧力コントローラ30は、3つの圧力系統34,36,38それぞれの圧力を独立に制御することにより、(i)複数の第1支持アクチュエータ14、(ii)複数の第2支持アクチュエータ16、(iii)複数の推進アクチュエータ12に供給される流体の圧力を独立に制御可能に構成される。流体は、空気(窒素)などの気体であってもよいし、水や溶液などの液体であってもよい。
The
図2(a)、(b)は、圧力コントローラの構成例を示す図である。図2(a)は、空気圧を利用した圧力コントローラであり、圧力コントローラ30は、空気圧源31と、バルブ33A〜33Cを備える。第1圧力系統34、第2圧力系統36、第3圧力系統38はそれぞれ、空気の供給であるチューブ32A〜32Cを含む。バルブ33A〜33Cはそれぞれ、対応するチューブ32と空気圧源31の間に設けられる。
2A and 2B are diagrams illustrating a configuration example of the pressure controller. FIG. 2A is a pressure controller using air pressure, and the
図2(b)は水圧を利用した圧力系統を示す。圧力コントローラ30は、水圧源35と、タンク37を備える。第1圧力系統34、第2圧力系統36、第3圧力系統38は、水圧源35と接続される給水側のチューブ32Dと、タンク37と接続される排水側のチューブ32E、および複数のバルブ39A〜39Cおよび39D〜39Fを備える。バルブ39Aは、給水側のチューブ32と推進アクチュエータ12の間に設けられ、バルブ39Dは、排水側のチューブ32Eと推進アクチュエータ12の間に設けられる。バルブ39Bは、給水側のチューブ32と第1支持アクチュエータ14の間に設けられ、バルブ39Eは、排水側のチューブ32Eと第1支持アクチュエータ14の間に設けられる。バルブ39Cは、給水側のチューブ32と第2支持アクチュエータ16の間に設けられ、バルブ39Fは、排水側のチューブ32Eと第2支持アクチュエータ16の間に設けられる。圧力コントローラ30は、バルブ39A〜39Fを制御することにより、推進アクチュエータ12、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16それぞれに供給される水圧を制御する。
FIG. 2B shows a pressure system using water pressure. The
1.2 動作
図3(a)〜(f)は、図1の移動体2の動作を説明する図である。移動体2は、図3(a)〜(f)に示す第1状態φ1〜第6状態φ6を繰り返しながら推進する。
1.2 Operation FIGS. 3A to 3F are diagrams illustrating the operation of the moving
ここでは移動体2を、図中、矢印(右)方向に推進させる場合を説明する。各推進ユニット10は同様の動作を行うため、ひとつの推進ユニット10に着目する。
Here, the case where the moving
図3(a)の第1状態φ1では、推進ユニット10の進行方向側の支持アクチュエータ(第2支持アクチュエータ)16を径方向に膨張させる。このとき、第2支持アクチュエータ16は、管路1の内壁にグリップし、固定される。
In Figure 3 the first state phi 1 of (a), inflating the traveling direction of the support actuator (second support actuator) 16 of the
続いて、図3(b)の第2状態φ2において、推進アクチュエータ12を伸張させる。これにより前方の支持アクチュエータ(第1支持アクチュエータ)14が進行方向に繰り出される。
Subsequently, in the second state phi 2 in FIG. 3 (b), to extend the
続いて、図3(c)の第3状態φ3において、前方の支持アクチュエータ14を径方向に膨張させると、その部分が管路1の内壁に固定される。
Subsequently, in the third state φ 3 in FIG. 3C, when the
続いて図3(d)の第4状態φ4において、後方の支持アクチュエータ16の膨張を開場する。
In a fourth state phi 4 of subsequently FIG. 3 (d), doors open expansion of the rear of the
続く図3(e)の第5状態φ5において、推進アクチュエータ12の伸張を解除すると、推進アクチュエータ12が収縮し、それにともない後方の支持アクチュエータ16が、進行方向に引っ張られる。
In FIG. 3 (e) fifth state phi 5 of the subsequent, when releasing the extension of the
続く図3(f)の第6状態φ6において、後方の第2支持アクチュエータ16を径方向に膨張させ、第2支持アクチュエータ16により管路1の内壁をグリップする。
Next, in the sixth state φ 6 in FIG. 3F, the rear
第1状態φ1〜第6状態φ6の1サイクルにより、推進ユニット10は、ΔLだけ右方向に進む。移動体2はこの動作を繰り返すことにより、各推進ユニット10を進行方向に向かって移動させることができる。
In one cycle of the first state φ 1 to the sixth state φ 6 , the
図4は、推進アクチュエータ12、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16の圧力制御のタイムチャートである。波形のハイの状態は加圧状態を、ローの状態は非加圧状態を示す。したがってハイの状態は、推進アクチュエータ12の伸張状態、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16の径方向の膨張状態を表し、ローの状態は、推進アクチュエータ12の収縮状態、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16の径方向の非膨張状態(膨張解除状態)を表す。
FIG. 4 is a time chart of pressure control of the
図4(b)は、圧力コントローラ30による第1圧力系統34、第2圧力系統36、第3圧力系統38の圧力制御を示すタイムチャートである。圧力コントローラ30が圧力を変化させてから、推進アクチュエータ12、第1支持アクチュエータ14、第2支持アクチュエータ16の変形が完了するまでには遅延が生ずる。そこで、圧力コントローラ30による各圧力系統の圧力変化のタイミングは、各推進ユニット10において、図4(a)の状態変化が順に発生するように最適化される。その結果、図4(b)の圧力系統の圧力と、図4(b)の対応するアクチュエータの状態の波形は必ずしも一致しないことに留意されたい。
FIG. 4B is a time chart showing pressure control of the
以上が移動体2の動作である。この移動体2によれば、管路1内を自走させることができる。一般的に移動体の長さが長くなると、それにより管路1の壁面との摩擦が大きくなり、抵抗力が大きくなる。抵抗力の増大は移動体の推進スピードの低下を意味する。実施の形態に係る移動体2によれば、各推進ユニット10が独立して推進力を発揮し、推進ユニット10それぞれが壁面からの抵抗力を受ける。したがって各推進ユニット10の運動は独立して考えることができるため、移動体2の長さが長くなっても、言い換えれば管路1内に侵入済みの推進ユニット10の個数が増えても、移動体2の推進スピードを維持することができる。
The above is the operation of the moving
このように複数の推進ユニット10が独立に推進力を発生するため、屈曲が多く、したがって抵抗の大きい複雑な管路においても、ある程度の重量物を管路内で搬送することができる。
As described above, since the plurality of
また、状態変化の順序(圧力制御の順序)を逆にすれば、進行方向を切りかえることも可能である。具体的には、進行方向に対して前方となるアクチュエータを第2支持アクチュエータ16、進行方向に対して後方となるアクチュエータを、第1支持アクチュエータ14として上の説明を読み替えればよい。
Further, if the order of state change (order of pressure control) is reversed, the traveling direction can be switched. Specifically, the above description may be read as the
本発明は、上述の説明から導かれるさまざまな装置に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や変形例を説明する。 The present invention extends to various devices derived from the above description and is not limited to a particular configuration. Hereinafter, more specific configuration examples and modifications will be described in order to help understand the essence and operation of the invention, and to clarify them, not to narrow the scope of the present invention.
2. 具体例
以下では、空気圧を使用する移動体2の具体例について説明する。
2. Specific Example Hereinafter, a specific example of the moving
2.1 推進アクチュエータ
図5(a)、(b)は、推進アクチュエータ12の構成例を示す図である。推進アクチュエータ12は、ゴムチューブ(ピール管)40および拘束カバー42を含む。ゴムチューブ40は、両端が閉じられており、その内部は第1圧力系統34と連通しており、流体による圧力制御が可能となっている。ゴムチューブ40に流体を流し込む(流体加圧)ことにより、ゴムチューブ40は膨張する。ゴムチューブ40自体は、流体加圧により等方的に膨張してもよい。減圧すると、ゴムチューブ40は収縮する。
2.1 Propulsion Actuator FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a configuration example of the
ゴムチューブ40は、径方向に伸縮しない径方向膨張拘束カバー(以下、単に拘束カバーと称する)42に挿通される。拘束カバー42の自然長は、ゴムチューブ40の長さよりも十分に長く、たとえばゴムチューブ40の長さの2〜4倍としてもよい。この倍率は、推進ユニット10自体の収縮率を規定する。拘束カバー42は、たとえばヒダを有する蛇腹構造(アコーディオン構造、ベローズ構造)を有しており、図5(b)に示すように、軸方向に圧縮した状態で、その両端がゴムチューブ40と固定される。拘束カバー42はコルゲートチューブであってもよい。
The
図6(a)、(b)は、図5の推進アクチュエータ12の推進力、牽引力の測定結果を示す図である。測定に用いた推進アクチュエータ12は、外径8.2mm、肉厚0.9mm、長さ30mmのアメゴムチューブに、外径10mmの拘束カバー75mmを被せて製作したものである。図6(a)は圧力と推進力の関係を示し、図6(b)は自然長からの伸びと、牽引力を示す。
6A and 6B are diagrams showing measurement results of the propulsive force and traction force of the
図6(a)、(b)から分かるように、図5の推進アクチュエータ12によれば、湾曲管内を推進可能な柔軟構造を有しながら、高い伸縮率と推力を実現できる。
As can be seen from FIGS. 6A and 6B, the
2.2 支持アクチュエータ
図7(a)〜(c)は、支持アクチュエータの構成例を示す図である。第1支持アクチュエータ14および第2支持アクチュエータ16は同様に構成される。図7(a)に示すように、支持アクチュエータ14(16)は、ゴムチューブ50および弾性カバー52を備える。ゴムチューブ50は、両端が閉じられており、その内部は第2圧力系統36(もしくは第3圧力系統38)と連通しており、流体による加減圧が可能となっている。ゴムチューブ50に流体を流し込む(流体加圧)ことにより、ゴムチューブ50は膨張する。ゴムチューブ40自体は、流体加圧により等方的に膨張してもよい。
2.2 Support Actuators FIGS. 7A to 7C are diagrams showing a configuration example of the support actuator. The
ゴムチューブ50は、周方向に伸縮可能であり、軸方向に伸びない筒状の弾性カバー52に覆われている。図7(b)に示すように、弾性カバー52は、第1方向に伸び易く、それと直交する第2方向に伸びにくい(1-way stretch)布を、2枚、筒状に貼り合わせて構成してもよい。1枚の布で筒状の弾性カバー52を作製しても構わない。図7(c)はゴムチューブ50を加圧した状態を示す。加圧によりゴムチューブ50が膨張すると、弾性カバー52は、軸方向には伸びず、周方向に伸びる。これにより支持アクチュエータ14は径方向に膨張する。
The
図8は、図7の支持アクチュエータの支持力の測定結果を示す図である。測定に用いた支持アクチュエータは、外径16mm、肉厚0.9mm、長さ80mmのアメゴムチューブに、最大外径60mm、長さ80mmの弾性カバー52を被せて製作したものである。測定は、支持アクチュエータを、内径50mmの中で膨張させた状態で行った。
FIG. 8 is a diagram illustrating a measurement result of the support force of the support actuator of FIG. The supporting actuator used for the measurement was manufactured by covering an American rubber tube having an outer diameter of 16 mm, a wall thickness of 0.9 mm, and a length of 80 mm with an
図8から分かるように、図7(a)の支持アクチュエータ14によれば配管径50mm以下で十分に大きな支持力(グリップ力)を発揮できる。
As can be seen from FIG. 8, according to the
2.3 連結部
図9は、連結部の構成例を示す図である。連結部20は、第1圧力系統34、第2圧力系統36、第3圧力系統38に対応する3本の供給経路であるチューブ32A〜32Cを含む。好ましくはチューブ32A〜32Cはコイリングチューブであり、3本のコイリングチューブを束ねることにより、連結部20が形成される。この連結部20は、推進ユニット10の移動(推進アクチュエータ12の伸縮)に応じて受動的に伸縮する。
2.3 Connection Unit FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the connection unit. The connecting
複雑な管路では、隣接する推進ユニット10の速度が異なる状況も生じうるが、連結部20が受動的に伸縮することで、隣接する推進ユニット10が相互に悪影響を及ぼすのを防止できる。また、流体圧の供給経路が連結部20を兼ねるため、移動体2を軽量化できる。
In a complicated pipeline, although the speed of the
2.4 移動体の試作機の性能
図5の推進アクチュエータ12、図7の支持アクチュエータ14(16)、図9の連結部20を組み合わせて、移動体2を作製した。移動体2の重量は、長さが250mmの推進ユニット10と、300cmの供給経路(連結部20)を含めて、760gと非常に軽量である。
2.4 Performance of Prototype of Moving Body The moving
この移動体2を、内径50mmの直線状の配管内で推進(前進運動)させたところ、5回の試行の平均速度として61.1mm/sを得た。またスムーズな後退運動が可能であることも確認された。
When this moving
また、500mm間隔で90度の屈曲部が設けられた3次元的な配管内で推進させたところ、5回の試行の平均速度として59.0mm/sを得た。当然ながら3次元的な配管は、鉛直管も含んでいる。またスムーズな後退運動が可能であることも確認された。 Further, when propelled in a three-dimensional pipe provided with 90 degree bent portions at intervals of 500 mm, an average speed of 5 trials was obtained as 59.0 mm / s. Of course, the three-dimensional piping includes a vertical pipe. It was also confirmed that a smooth backward movement was possible.
さらに、U字の屈曲部を有する配管内で推進させたところ、5回の試行の平均速度として55.2mm/sを得た。またスムーズな後退運動が可能であることも確認された。 Furthermore, when propelled in a pipe having a U-shaped bent portion, an average speed of 5 trials was obtained as 55.2 mm / s. It was also confirmed that a smooth backward movement was possible.
水平管、鉛直管、湾曲管、U字管が複雑に組み合わさった配管内で推進実験を行ったところ、5回の試行の平均速度として34.6mm/sを得た。またスムーズな後退運動が可能であることも確認された。 When a propulsion experiment was performed in a pipe in which a horizontal pipe, a vertical pipe, a curved pipe, and a U-shaped pipe were combined, 34.6 mm / s was obtained as an average speed of five trials. It was also confirmed that a smooth backward movement was possible.
図10(a)は、移動体2の試作機の推進力の測定結果を示す図である。横軸は推進距離(管路への侵入長)を、縦軸は移動体2の先頭部分の推進力を示す。図10(a)から、侵入長が増えても、推進力が低下しないことが確認できる。この利点は以下の比較技術との対比によってより明確となる。
FIG. 10A is a diagram showing a measurement result of the propulsive force of the prototype of the moving
比較技術として、ヘッド部分にのみ推進機構を備える移動体を考える。比較技術における推進機構はモータなどの電気的手段であってもよいし、流体圧を利用したものであってもよい。比較技術に係る移動体は、ヘッド部分から、カメラの配線や、電力供給(流体供給)のための配線が引き出される。これらの配線と配管との接触抵抗は、推進距離(侵入長)が長くなるほど大きくなり、また配線の重量も推進距離(侵入長)が長くなるほど増加する。したがって比較技術に係る移動体では、推進距離が長くなるにしたがって推進力が低下することを避けられない。実施の形態に係る移動体2では、各推進ユニット10は、長い配線のうち一部分のみを運搬していることと等価であるから、推進距離が長くなっても、それに応じて管路内の推進ユニットの個数が増加していくため、推力の低下が抑制される。
As a comparative technique, consider a moving body provided with a propulsion mechanism only in the head portion. The propulsion mechanism in the comparative technique may be an electric means such as a motor, or may utilize a fluid pressure. In the moving body according to the comparative technique, camera wiring and wiring for power supply (fluid supply) are drawn from the head portion. The contact resistance between these wirings and piping increases as the propulsion distance (penetration length) increases, and the weight of the wiring increases as the propulsion distance (penetration length) increases. Therefore, in the mobile body according to the comparative technique, it is inevitable that the propulsive force decreases as the propulsion distance increases. In the
続いて、1個の推進ユニット10の最適な長さについて考察する。推進ユニット10の推力(伸長時の力)および牽引力(収縮時の力)は、圧力が増すと増加するが、ユニットの長さによらず一定である。1個の推進ユニット10が一度に通過する曲がり管(屈曲部)の個数が増すと、摩擦抵抗も増加する。図10(b)は、内径50mmのアクリル製の90°の屈曲部が500mm毎に配置された環境において、推進ユニット10を牽引した際に生じる摩擦抵抗の測定結果を示す図である。推進ユニット10の生成する牽引力がこの摩擦抵抗より小さい時、収縮できず推進不能となる。
Next, the optimum length of one
そこで、1組の推進ユニット10の長さを短くすれば、1個の推進ユニット10が一回の収縮動作時に遭遇する曲がり管の個数を減らすことができ、牽引力が摩擦抵抗を上回る状態を常に保持することが可能となる。一方、推進ユニット10の長さが短くなると、1サイクルの加減圧動作時における推進距離が低下し、推進効率が劣化する。そこで1個の推進ユニット10の長さは、一度の牽引動作時に遭遇する曲がり管の摩擦抵抗が牽引力を上回らない範囲において、なるべく長くするとよい。
Therefore, if the length of one set of
3. 用途
続いて、移動体2の用途を説明する。移動体2は、排水管、給水管、空調関係の配管、ガス管といった狭隘経路内の探索機に好適に利用できる。図11(a)は、探索機100を示す図である。探索機100は、ヘッドユニット102、カメラ104および上述の移動体2を備える。カメラ104はヘッドユニット102に取り付けられる。ヘッドユニット102には、その他、方向制御用のアクチュエータや、高圧洗浄用のノズルなどが設けられてもよい。移動体2は、コネクタ62を介して連結ユニット60を継ぎ足し可能に構成される。ひとつの連結ユニット60は、推進ユニット10と連結部20のセットを少なくともひとつ含み、別の連結ユニット60と着脱可能となっている。連結ユニット60は、推進ユニット10と連結部20のセットをひとつ含んでいる。
3. Application Next, the application of the moving
図11(b)は、探索機100の運用の一例を説明する図である。この例では、ビル内の配管1が検査対象となっている。作業者は、ヘッドユニット102が推進するにしたがって、連結ユニット60を継ぎ足していく。これにより管路1の挿入口3よりも外側の部分を短くすることができる。
FIG. 11B is a diagram for explaining an example of the operation of the
比較として、継ぎ足し不能に構成された移動体2が10mであったとする。そのうち5mが管路1の内部に挿入された状態では、残りの5mが挿入口3から管路1の外部にはみ出ていることとなる。この状況では、はみ出た5mは推進に寄与しないばかりか、管路1内の推進力に抗う負荷となる。さらには、圧力コントローラ30が発生する圧力は、はみ出た5mの部分にも無駄に供給されるため無駄が生ずる。
For comparison, it is assumed that the moving
これに対して、移動体2を継ぎ足し可能に構成することで、推進に寄与しない部分を減らすことができる。
On the other hand, the part which does not contribute to a propulsion can be reduced by comprising the
図12(a)、(b)は、コネクタ62の断面図である。図12(a)は、空気圧を用いた移動体2のコネクタ62を示す。コネクタ62は、筐体70と、その内部に収容された複数の連結部を備える。複数の連結部は、チューブ(圧力系統)32A〜32C、カメラケーブル72それぞれに対応する。さらにコネクタ62には、高圧洗浄水の供給チューブ74に対応する連結部、ヘッドユニットの操舵用の制御ライン76に対応する連結部などが設けられてもよい。
12A and 12B are cross-sectional views of the
図12(b)は、水圧を用いた移動体2のコネクタ62を示す。コネクタ62は、筐体70と、その内部に収容された複数の連結部を備える。複数の連結部は、チューブ(圧力系統)32D、32E、カメラケーブル72それぞれに対応する。さらにコネクタ62には、図2(b)のバルブ39A〜39Fを制御するための制御ライン78に対応する連結部が設けられる。高圧洗浄水の供給チューブは、チューブ32Dと兼用することが可能である。コネクタ62には、洗浄ノズルの制御ライン79に対応する連結部が設けられる。
FIG.12 (b) shows the
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
4. 変形例
4.1 第1変形例
実施の形態では、連結部20を受動的に伸縮可能に構成したがその限りでない。たとえば連結部20を弾性部材で構成してもよい。この場合、図3(b)の第2状態φ2において連結部20にエネルギーを蓄え、図3(d)、(e)の第4状態φ4から第5状態φ5に遷移する際に、連結部20が推進アクチュエータ12の収縮をアシストしてもよい。
4). Modified Example 4.1 First Modified Example In the embodiment, the connecting
4.2 第2変形例
実施の形態では、推進アクチュエータ12を、ひとつの伸縮可能なアクチュエータで構成したがその限りでない。図13は、第2変形例に係る移動体2を示す図である。推進アクチュエータ12は、長さの制御が可能な2つの推進アクチュエータ12,17を含む。
第2推進アクチュエータ17の一端は第2支持アクチュエータ16と接続される。第3支持アクチュエータ18は、第2推進アクチュエータ17の他端に設けられる。
4.2 Second Modification In the embodiment, the
One end of the
これにより、推進ユニット10当たりのグリップ力および推進力を高めることができる。
Thereby, the grip force and propulsive force per
また図1において、ひとつの推進アクチュエータ12を、直列に接続された複数のアクチュエータで構成してもよい。
In FIG. 1, one
4.3 第3変形例
実施の形態では連結部20を能動的に収縮する部材としたがその限りでなく、連結部20を、供給圧力に応じて長さの制御可能な部材としてもよい。たとえば連結部20を、推進アクチュエータ12と同様に構成し、圧力コントローラ30によって連結部20への供給圧力を制御するようにしてもよい。
4.3 Third Modification In the embodiment, the connecting
この場合、連結部20も推進力を発揮することになるため、移動体2の単位長さ当たりの重量が重くなるような用途や、配管の内壁からの抵抗が大きな用途で有効である。
In this case, since the connecting
4.4 第4変形例
実施の形態では、工業用管路内の移動体を説明したが、生体管路内においても移動体2は有用である。
4.4 Fourth Modification Although the moving body in the industrial pipeline has been described in the embodiment, the moving
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
1…管路、2…移動体、10…推進ユニット、12…推進アクチュエータ、14…第1支持アクチュエータ、16…第2支持アクチュエータ、20…連結部、30…圧力コントローラ、31…空気圧源、32…チューブ、33…バルブ、34…第1圧力系統、36…第2圧力系統、38…第3圧力系統、40…ゴムチューブ、42…拘束カバー、50…ゴムチューブ、52…弾性カバー、60…連結ユニット、62…コネクタ、100…探索機、102…ヘッド、104…カメラ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
各推進ユニットは、
流体の供給圧に応じて長さを制御可能に構成される推進アクチュエータと、
前記推進アクチュエータの一端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される第1支持アクチュエータと、
前記推進アクチュエータの他端側に設けられ、流体の供給圧に応じて径方向に膨張、収縮可能に構成される第2支持アクチュエータと、
を含み、
前記圧力コントローラは、前記複数の推進ユニットに含まれる複数の前記推進アクチュエータへの供給圧、前記複数の推進ユニットに含まれる複数の前記第1支持アクチュエータへの供給圧、前記複数の推進ユニットに含まれる複数の前記第2支持アクチュエータへの供給圧を独立に制御可能に構成されることを特徴とする移動体。 A plurality of propulsion units connected in series via a connecting portion, and a pressure controller,
Each propulsion unit
A propulsion actuator configured to be controllable according to the fluid supply pressure; and
A first support actuator provided on one end side of the propulsion actuator and configured to be able to expand and contract in a radial direction in accordance with a fluid supply pressure;
A second support actuator provided on the other end side of the propulsion actuator and configured to be able to expand and contract in a radial direction in accordance with a fluid supply pressure;
Including
The pressure controller includes supply pressures to the plurality of propulsion actuators included in the plurality of propulsion units, supply pressures to the plurality of first support actuators included in the plurality of propulsion units, and included in the plurality of propulsion units. A movable body configured to be capable of independently controlling supply pressures to the plurality of second support actuators.
前記圧力コントローラは、前記連結部への供給圧を制御することを特徴とする請求項1に記載の移動体。 The connecting portion is configured to be able to control the length according to the supply pressure of the fluid,
The moving body according to claim 1, wherein the pressure controller controls a supply pressure to the connecting portion.
一端が前記第2支持アクチュエータと接続される第2推進アクチュエータと、
前記第2推進アクチュエータの他端に設けられる第3支持アクチュエータと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の移動体。 The propulsion unit is
A second propulsion actuator having one end connected to the second support actuator;
A third support actuator provided at the other end of the second propulsion actuator;
The moving body according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017087372A JP6893652B2 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Mobiles and explorers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017087372A JP6893652B2 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Mobiles and explorers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018185002A true JP2018185002A (en) | 2018-11-22 |
JP6893652B2 JP6893652B2 (en) | 2021-06-23 |
Family
ID=64356315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017087372A Active JP6893652B2 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Mobiles and explorers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6893652B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7487870B2 (en) | 2021-05-31 | 2024-05-21 | 国立大学法人東京工業大学 | Actuator |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4848168A (en) * | 1987-04-13 | 1989-07-18 | Bridgestone Corporation | Traveling device moving along elongated member |
JPH01203704A (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Olympus Optical Co Ltd | Actuator |
JPH01216238A (en) * | 1988-02-25 | 1989-08-30 | Olympus Optical Co Ltd | In-tube self-traveling type inspection instrument |
JPH06193611A (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-15 | Toshiba Corp | Actuator |
JP2006271992A (en) * | 2006-07-03 | 2006-10-12 | Srj Corp | Double balloon type endoscope device |
US20100041951A1 (en) * | 2007-02-08 | 2010-02-18 | Daniel Glozman | Inflatable chamber device for motion through a passage |
-
2017
- 2017-04-26 JP JP2017087372A patent/JP6893652B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4848168A (en) * | 1987-04-13 | 1989-07-18 | Bridgestone Corporation | Traveling device moving along elongated member |
JPH01203704A (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Olympus Optical Co Ltd | Actuator |
JPH01216238A (en) * | 1988-02-25 | 1989-08-30 | Olympus Optical Co Ltd | In-tube self-traveling type inspection instrument |
JPH06193611A (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-15 | Toshiba Corp | Actuator |
JP2006271992A (en) * | 2006-07-03 | 2006-10-12 | Srj Corp | Double balloon type endoscope device |
US20100041951A1 (en) * | 2007-02-08 | 2010-02-18 | Daniel Glozman | Inflatable chamber device for motion through a passage |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7487870B2 (en) | 2021-05-31 | 2024-05-21 | 国立大学法人東京工業大学 | Actuator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6893652B2 (en) | 2021-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Miyasaka et al. | Long-mover: Flexible tube in-pipe inspection robot for long distance and complex piping | |
Yamamoto et al. | Pneumatic duplex-chambered inchworm mechanism for narrow pipes driven by only two air supply lines | |
JP2019155491A (en) | Flexible rope-like driving device | |
US10359060B2 (en) | Moving device and moving method of moving device | |
Lim et al. | Pneumatic robot based on inchworm motion for small diameter pipe inspection | |
Kurata et al. | Helical rotation in-pipe mobile robot | |
Kishi et al. | Development of a peristaltic crawling inspection robot for 1-inch gas pipes with continuous elbows | |
KR20100012394A (en) | Micro robot and driving system of the same | |
JP6893652B2 (en) | Mobiles and explorers | |
EP2949937B1 (en) | Convertor | |
Tsukagoshi et al. | Smooth creeping actuator by tip growth movement aiming for search and rescue operation | |
WO2010061341A2 (en) | Device for routing wire | |
Ito et al. | In-pipe inspection robot capable of actively exerting propulsive and tractive forces with linear antagonistic mechanism | |
JP7016520B2 (en) | Actuators and self-propelled robots | |
JP6912052B2 (en) | In-pipe moving body and method of controlling the in-pipe moving body | |
Nakagawa et al. | Improvement of pipe holding mechanism for pipe inspection robot using flexible pneumatic cylinder | |
JP7487870B2 (en) | Actuator | |
JP7241377B2 (en) | self-propelled robot | |
JP6677409B2 (en) | Moving body | |
JP6004267B2 (en) | Mobile object and exploration device using the same | |
JP2018158693A (en) | Device moving within pipe | |
JP2023089879A (en) | In-pipe moving body | |
Atalla et al. | Mechanically-Inflatable Bio-Inspired Locomotion for Robotic Pipeline Inspection | |
Wakana et al. | Development of flexible pneumatic actuator for active scope camera | |
CN110906104B (en) | Modularized pipeline robot based on hydraulic artificial muscle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210323 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210518 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210524 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6893652 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |