JP2023089879A - In-pipe moving body - Google Patents

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淳夫 高西
Atsuo Takanishi
裕之 石井
Hiroyuki Ishii
瑶果 小西
Yoka Konishi
翔太郎 先▲崎▼
Shotaro Senzaki
理 児玉
Osamu Kodama
蒼子 中村
Aoko Nakamura
智壮 清水
Tomotake Shimizu
亮 前田
Akira Maeda
彰彦 大貫
Akihiko Onuki
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Waseda University
Tokyo Gas Co Ltd
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Waseda University
Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

To increase propulsive force by a telescopic actuator that expands and contracts in a front-rear direction with a change in an internal air pressure with a simple structure.SOLUTION: An in-pipe moving body 11 has a structure capable of being self-propelled within a gas pipe P by being pneumatically driven, and includes a propulsion module 14 that operates so as to be capable of generating propulsive force for moving within the gas pipe P. The propulsion module 14 includes a telescopic actuator 17 that is telescopically deformable in a front-rear direction. The telescopic actuator 17 comprises an elastic tube 21 arranged along a front-rear direction and elastically deformable by adjusting an internal air pressure, and a reverse-wound meshing spring 24 that biases the elastic tube 21 in a contraction direction. The reverse-wound meshing spring 24 is arranged to allow deformation of the elastic tube 21 only in the front-rear direction, and is configured to be capable of restricting a rotational motion of the elastic tube 21 during the deformation.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 令和3年9月8日~平成3年9月11日 第39回日本ロボット学会学術講演会 令和3年11月2日 学校法人早稲田大学 理工学術院 高西淳夫研究室ホームページ http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/auto/2021_auto/01-04_WATER_j.htmlApplied for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act September 8, 1991 to September 11, 1991 The 39th Annual Meeting of the Robotics Society of Japan November 2, 1991 Science and Engineering, Waseda University In Takanishi Atsuo laboratory homepage http://www. takanishi. mech. Waseda. ac. jp/top/research/auto/2021_auto/01-04_WATER_j. html

本発明は、空気圧駆動によって管状体の内部を尺取虫状に移動可能な構造を有する管内移動体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an in-tube moving body having a structure capable of moving in an inchworm-like manner inside a tubular body by being pneumatically driven.

近年、日本では、社会インフラの老朽化対策の重要性が高まっており、異常の早期発見と早期対応により事故を未然に防止するとともに、大規模な修復を要する段階よりも前に何等かの対策を行う予防保全のための検査が必要になる。ところが、ライフラインの大半が道路下に埋設されており、その配管内の点検目的のみで、道路の占用と掘削を行うことは現実的でない。ここで、ガスインフラは、高度経済成長期に地中に埋設されたガス管が老朽化して経年管となっており、検査技術の開発が特に求められている。ガスインフラの検査としては、ガスの供給停止や道路掘削を行わずに、ガス管内部の状態を検出できる検査装置が要請されるところであり、本発明者らは、配管検査のための管内移動体を既に提案している(特許文献1参照)。 In recent years, in Japan, the importance of countermeasures against the aging of social infrastructure has increased, and as well as preventing accidents through early detection and early response to abnormalities, some kind of countermeasures are taken before the stage requiring large-scale repairs. Inspection for preventive maintenance is required. However, most of the lifelines are buried under the road, and it is not realistic to occupy the road and excavate only for the purpose of inspecting the inside of the pipe. In the gas infrastructure, the gas pipes buried underground during the high economic growth period have deteriorated and become aging pipes, and the development of inspection technology is particularly required. For the inspection of gas infrastructure, there is a demand for an inspection device that can detect the state of the inside of a gas pipe without stopping the supply of gas or excavating roads. has already been proposed (see Patent Document 1).

この管内移動体は、屋外のガス管の開放部分からガス管内に挿入され、空気圧駆動によってガス管内を尺取虫状に自走可能な構造となっており、分岐方向の選択を行う前端側の屈曲モジュールと、ガス管内を移動するための推進力を生成する推進モジュールとを備える。この推進モジュールは、内部の空気圧の変化により前後方向に伸縮可能に設けられたチューブ状の伸縮アクチュエータと、当該伸縮アクチュエータの前後両側に設けられた一対のバルーンとにより構成される。当該管内移動体は、伸縮アクチュエータやバルーンに対する空気の給排が地上側のポンプから送気用チューブを通じて行われるため、当該送気用チューブを牽引しながらガス管内を移動する。 This in-pipe moving body is inserted into the gas pipe from the open part of the outdoor gas pipe, and has a structure capable of self-propelled in the gas pipe like an inchworm by pneumatic drive. and a propulsion module that generates propulsion to move through the gas pipe. This propulsion module is composed of a tube-shaped telescoping actuator provided so as to be able to expand and contract in the front-rear direction according to changes in internal air pressure, and a pair of balloons provided on both front and rear sides of the telescoping actuator. The in-pipe moving body moves in the gas pipe while pulling the air-supply tube because air is supplied to and discharged from the telescopic actuator and the balloon from the pump on the ground side through the air-supply tube.

特開2019-48488号公報JP 2019-48488 A

特許文献1の管内移動体は、屋外から挿入されて、道路下等の地中に埋設される本支管内を点検する際に、伸縮アクチュエータによる伸縮運動により、送気用チューブを牽引しながらガス管内を自走する。ここで、ガス管内部には、多くの屈曲、分岐、段差を有する箇所等が存在しているが、管内移動体の走行距離が十分短い場合、牽引の際に考慮すべき送気用チューブの張力は小さい。しかしながら、管内移動体が前記本支管の深部まで進入する場合、多数の湾曲部や長い直線管内における管壁との摩擦により、送気用チューブの張力が増大する。従って、特許文献1の伸縮アクチュエータでは、送気用チューブを牽引しながら管内移動体を移動させるための推進力が不足する虞がある。 The in-pipe moving body of Patent Document 1 is inserted from the outside to inspect the inside of a main pipe buried in the ground such as under a road. self-propelled in the pipe. Here, there are many bends, branches, and places with steps inside the gas pipe. Tension is small. However, when the intrapipe moving body penetrates deep into the main branch pipe, the tension of the air supply tube increases due to friction with the pipe wall in many curved portions and long straight pipes. Therefore, in the telescopic actuator of Patent Document 1, there is a possibility that the propulsive force for moving the in-tube moving body while pulling the air supply tube may be insufficient.

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な構造で、内部の空気圧の変化により前後方向に伸縮する伸縮アクチュエータによる推進力を高めることができる管内移動体を提供することにある。 The present invention has been devised by paying attention to such problems, and its object is to be able to increase the propulsive force of a telescopic actuator that expands and contracts in the front-rear direction by changing the internal air pressure with a simple structure. An object of the present invention is to provide an in-pipe moving body.

前記目的を達成するため、本発明は、主として、空気圧駆動によって管状体の管内を自走可能な構造を有する管内移動体において、前記管内を移動するための推進力を生成可能に動作する推進モジュールを含み、前記推進モジュールは、前後方向に伸縮変形可能に設けられた伸縮アクチュエータを備え、前記伸縮アクチュエータは、前後方向に沿って配置され、内部の空気圧の調整により弾性変形可能な弾性チューブと、当該弾性チューブの収縮方向に付勢する付勢部材とを備え、前記付勢部材は、前記弾性チューブの前後方向のみの変形を許容可能に配置されるとともに、当該変形時における前記弾性チューブの回転運動を規制可能に構成される、という構成を採っている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a propulsion module that operates so as to generate a propulsive force for moving within a tube, mainly in an in-pipe moving body having a structure capable of self-propelled in a tubular body by pneumatic driving. wherein the propulsion module comprises a telescoping actuator provided to be telescopically deformable in the longitudinal direction, the telescopic actuator being arranged along the longitudinal direction and being elastically deformable by adjusting internal air pressure; a biasing member that biases the elastic tube in the contraction direction, the biasing member being arranged to allow deformation of the elastic tube only in the front-rear direction, and rotation of the elastic tube during the deformation; A configuration is adopted in which movement is configured to be regulated.

なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、位置若しくは方向を示す用語である「前」は、特に明記しない限り、管内移動体が管状体内を奥に向かって移動する際の進行方向における「前」を意味し、「後」は、同進行方向における「後」を意味する。 In the scope of claims and this specification, unless otherwise specified, the term "front", which is a term indicating a position or direction, means " means "front" and "rear" means "back" in the same direction of travel.

本発明によれば、伸縮アクチュエータが収縮する際に、管内移動体に後行する送気用チューブ等を牽引する際に、伸縮アクチュエータに設けられた付勢部材の付勢力を利用することで、より強い推進力を得ることができる。このため、付勢部材を設けるだけの簡単な構造により、本発明者らの従前の構造の管内移動体に比べ、張力が増大した状態の送気用チューブを牽引しながらの管内移動体の移動をよりスムーズに行うことが可能となる。また、付勢部材により、弾性チューブ内の空気圧の変化によるその径方向の変形が規制されるとともに、弾性チューブの弾性変形時の回転運動が規制されることから、伸縮アクチュエータにより発生する推進力をより効率的に向上させることができる。 According to the present invention, when the telescopic actuator is contracted, when pulling the air supply tube or the like following the intra-tube moving body, the biasing force of the biasing member provided in the telescopic actuator is utilized. You can get stronger propulsion. Therefore, compared to the in-pipe moving body having the conventional structure of the present inventors, the in-pipe moving body can be moved while pulling the air supply tube in a state where the tension is increased by a simple structure that only provides an urging member. can be performed more smoothly. In addition, the biasing member restricts the radial deformation of the elastic tube due to changes in the air pressure inside the elastic tube, and restricts the rotational movement of the elastic tube when it is elastically deformed. can be improved more efficiently.

本実施形態に係る管内移動体を含む配管検査装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a pipe inspection device including an in-pipe moving body according to the present embodiment; FIG. (A)は、推進モジュールの概略断面図を含む管内移動体の模式図であり、(B)は、(A)のA-A線に沿う方向における後バルーンの概略断面図であり、(C)は、(A)のB-B線に沿う方向における前バルーンの概略断面図である。(A) is a schematic diagram of an in-pipe moving body including a schematic cross-sectional view of a propulsion module, (B) is a schematic cross-sectional view of a rear balloon in the direction along line AA in (A), and (C ) is a schematic cross-sectional view of the front balloon in the direction along line BB in (A). (A)は、噛み合わせ前の巻方向の異なる1対の密着コイルばねの概略正面図であり、(B)は、(A)の密着コイルばねを噛み合わせた後の逆巻き噛合ばねの概略斜視図である。(A) is a schematic front view of a pair of tight coil springs with different winding directions before meshing, and (B) is a schematic perspective view of a reverse winding mesh spring after meshing the tight coil springs of (A). It is a diagram. (A)~(F)は、管内移動体の各動作フェーズを説明するための概念図である。(A) to (F) are conceptual diagrams for explaining each operation phase of the in-pipe moving body.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係る管内移動体を含む配管検査用ロボットの概略構成図が示されている。この図において、前記配管検査用ロボット10は、空気圧による駆動により、管状体としてのガス管P内を自走可能に設けられた管内移動体11と、ガス管Pの外側となる地上側に配置され、管内移動体11に対し、動力源となる圧縮空気の供給、排出を行う動力供給部12とを備えている。本実施形態の配管検査用ロボット10は、地下に埋設されたガス管P内を管内移動体11が自走しながら、ガス管P内の情報収集を行い、当該ガス管P内の異常発生等の状況を地上側からモニタリングするために利用される。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a pipe inspection robot including an in-pipe moving body according to the present embodiment. In this figure, the pipe inspection robot 10 has an in-pipe moving body 11 which is driven by pneumatic pressure and is self-propelled inside the gas pipe P as a tubular body, and is arranged on the ground side outside the gas pipe P. and a power supply unit 12 for supplying and discharging compressed air as a power source to the in-pipe moving body 11 . The pipe inspection robot 10 of this embodiment collects information on the inside of the gas pipe P while the in-pipe moving body 11 self-runs inside the gas pipe P buried underground, and detects the occurrence of an abnormality in the gas pipe P. It is used to monitor the situation from the ground side.

前記管内移動体11は、動力供給部12による空気の給排調整を行うことで、その一部分をガス管Pの内壁に適宜接触させながら、ガス管P内を尺取虫状に移動可能な構造となっている。この管内移動体11は、ガス管P内を移動するための推進力を生成可能に動作する推進モジュール14と、推進モジュール14の前端側で屈曲可能に連なる屈曲モジュール15とを備えている。 The in-tube moving body 11 has a structure that allows it to move like an inchworm in the gas pipe P while appropriately contacting a part of it with the inner wall of the gas pipe P by adjusting the supply and discharge of air by the power supply unit 12 . ing. The in-pipe moving body 11 includes a propulsion module 14 that operates to generate a propulsive force for moving within the gas pipe P, and a bending module 15 that is connected to the front end side of the propulsion module 14 so as to be bendable.

前記推進モジュール14は、前後方向に伸縮可能に設けられた伸縮アクチュエータ17と、伸縮アクチュエータ17の前後それぞれに連なる前バルーン18及び後バルーン19とにより構成される。 The propulsion module 14 is composed of a telescopic actuator 17 which is provided so as to be telescopic in the front-rear direction, and a front balloon 18 and a rear balloon 19 which are connected to the front and rear of the telescopic actuator 17, respectively.

前記伸縮アクチュエータ17は、図2(A)に示されるように、前後方向に沿って配置され、内部の空気圧の調整により弾性変形可能な弾性チューブ21と、弾性チューブ21の前後の開放部分を閉塞可能に装着された栓22と、弾性チューブ21の外周面を被覆するカバー23と、カバー23の外周面に巻回されるとともに、巻き方向の異なるコイルばねを噛み合わせてなる付勢部材としての逆巻き噛合ばね24とを備えている。 As shown in FIG. 2(A), the telescopic actuator 17 is arranged along the front-rear direction, and closes the elastic tube 21 that can be elastically deformed by adjusting the internal air pressure, and the front and rear open portions of the elastic tube 21. A plug 22 that is removably attached, a cover 23 that covers the outer peripheral surface of the elastic tube 21, and an urging member that is formed by meshing coil springs that are wound around the outer peripheral surface of the cover 23 and have different winding directions. A reverse-wound mesh spring 24 is provided.

前記弾性チューブ21は、ゴム等の弾性体からなり、その内部に、動力供給部12の動作による空気の給排が可能な閉塞空間Sが形成される。従って、弾性チューブ21は、動力供給部12の動作により、所定のタイミングで閉塞空間S内の空気が加圧若しくは減圧されることで、膨張、収縮を行えるようになっている。 The elastic tube 21 is made of an elastic material such as rubber, and has a closed space S in which air can be supplied and discharged by the operation of the power supply unit 12 . Therefore, the elastic tube 21 can expand and contract by pressurizing or depressurizing the air in the closed space S at a predetermined timing by the operation of the power supply unit 12 .

前記カバー23は、弾性チューブ21の外周面と逆巻き噛合ばね24の間に配置され、弾性チューブ21の変形により、逆巻き噛合ばね24の隙間への弾性チューブ21の噛み込みを防止しながら伸縮可能な素材(ナイロン等)によって形成されている。これにより、弾性チューブ21の膨張、収縮時における逆巻き噛合ばね24の干渉を防止することができる。 The cover 23 is arranged between the outer peripheral surface of the elastic tube 21 and the reverse-wound meshing spring 24, and can be expanded and contracted by deformation of the elastic tube 21 while preventing the elastic tube 21 from being caught in the gap of the reverse-wound meshing spring 24. It is made of material (nylon, etc.). Thereby, interference of the reverse-wound mesh spring 24 when the elastic tube 21 expands and contracts can be prevented.

前記逆巻き噛合ばね24は、図3に示されるように、巻き方向が相互に反対となる右巻きと左巻きの1対の各密着コイルばね24A,24B(同図(A)参照)を1巻きずつ交互に噛み合わせてなる。噛み合わせた後の逆巻き噛合ばね24(同図(B)参照)は、付勢されていない状態の前記各密着コイルばね24A,24Bの総和よりも少し長い全長となり、初期状態で、これら密着コイルばね24A,24Bが伸長された付勢状態にて、弾性チューブ21及びカバー23の外周側に相対移動不能に固定される。 As shown in FIG. 3, the reverse-wound meshing spring 24 is a pair of right-handed and left-handed contact coil springs 24A and 24B (see FIG. 3A) whose winding directions are opposite to each other. alternately mesh with each other. After meshing, the reverse-wound mesh spring 24 (see FIG. 1B) has a total length slightly longer than the sum of the contact coil springs 24A and 24B in a non-biased state. In a biased state in which the springs 24A and 24B are stretched, they are fixed to the outer peripheral sides of the elastic tube 21 and the cover 23 so as not to move relative to each other.

以上の構成によれば、圧縮空気の供給により弾性チューブ21が膨張すると、その外周側に巻回された逆巻き噛合ばね24により、弾性チューブ21は、その径方向の弾性変形が規制されて軸方向のみに伸びるように変形し、伸縮アクチュエータ17は、全体的に、所定の基準長さから、前後方向(軸方向)に伸長することになる。そして、当該伸長状態から、圧縮空気の排出によって弾性チューブ21が収縮すると、伸縮アクチュエータ17は、弾性チューブ21の弾性復帰に加え、逆巻き噛合ばね24の復元力によって、全体的に軸方向に収縮変形し、前記基準長さの状態に復帰する。なお、動力供給部12によって弾性チューブ21内の閉塞空間Sの圧力が維持されると、そのときの伸縮アクチュエータ17の長さが維持されることになる。 According to the above configuration, when the elastic tube 21 expands due to the supply of compressed air, the elastic deformation in the radial direction of the elastic tube 21 is restricted by the reverse-wound mesh spring 24 wound around the outer peripheral side of the elastic tube 21, and the elastic deformation in the axial direction is restricted. The elastic actuator 17 as a whole expands in the front-rear direction (axial direction) from a predetermined reference length. When the elastic tube 21 is contracted by discharging the compressed air from the expanded state, the expansion/contraction actuator 17 is contracted and deformed in the axial direction as a whole by the elastic return of the elastic tube 21 and the restoring force of the reverse-wound mesh spring 24 . and returns to the state of the reference length. When the pressure in the closed space S inside the elastic tube 21 is maintained by the power supply unit 12, the length of the expansion/contraction actuator 17 at that time is maintained.

また、付勢部材として、単なるコイルばねでなく、逆巻き噛合ばね24を用いることにより、伸縮アクチュエータ17の伸縮時の軸回りの回転運動が規制されることになる。すなわち、巻き方向が一方向のみのコイルばねを用いると、コイルばねの内側の弾性チューブ21の膨張により、コイルばねの拡径方向に外力が作用し、当該外力により、コイルばねの巻き方向に沿って伸縮アクチュエータ17が回転してしまい、管内移動体11が全体的に捩れ易くなってスムーズな移動が行えなくなる。この点、巻き方向が相互に異なる各密着コイルばね24A,24Bを噛み合わせて形成される逆巻き噛合ばね24を用いることにより、弾性チューブ21の膨張時における各密着コイルばね24A,24Bの回転が相殺され、管内移動体11の移動時の捩れが規制される。 In addition, by using the reverse-wound meshing spring 24 instead of a simple coil spring as the urging member, the rotational movement around the axis of the telescopic actuator 17 during extension and retraction is regulated. That is, if a coil spring with only one winding direction is used, the expansion of the elastic tube 21 inside the coil spring causes an external force to act in the direction of expanding the diameter of the coil spring. As a result, the telescopic actuator 17 rotates, and the in-tube moving body 11 tends to be twisted as a whole, making it impossible to move smoothly. In this respect, by using the reverse-wound mesh spring 24 formed by meshing the tight coil springs 24A and 24B with different winding directions, the rotation of the tight coil springs 24A and 24B when the elastic tube 21 expands is offset. and torsion of the in-pipe moving body 11 during movement is regulated.

前記前バルーン18及び後バルーン19は、図2に示されるように、それぞれ、内部の空気圧の調整により弾性変形可能なゴム等の弾性体からなる弾性チューブ26と、弾性チューブ26の前後の開放部分を閉塞可能に装着された栓27と、弾性チューブ26の内部空間中央に配置されるとともに、曲げ半径を拘束し、外力に対する折れ曲がりを防止可能なケーシングチューブ28とからなる。これらバルーン18,19は、動力供給部12により所定のタイミングで、弾性チューブ26内におけるケーシングチューブ28の外側となる内部の閉塞空間Sの空気が加圧若しくは減圧されることで、弾性チューブ26の径方向と軸方向の双方での全体的な膨張と収縮を行えるようになっている。なお、後述するように、これら前バルーン18及び後バルーン19に対しては、相互に独立したタイミングで空気が給排される。 The front balloon 18 and the rear balloon 19 are, as shown in FIG. and a casing tube 28 arranged in the center of the inner space of the elastic tube 26 and capable of restricting the bending radius and preventing bending due to external force. These balloons 18 and 19 are pressurized or decompressed in the closed space S inside the elastic tube 26 outside the casing tube 28 at a predetermined timing by the power supply unit 12, so that the elastic tube 26 is It is capable of global expansion and contraction both radially and axially. As will be described later, air is supplied to and discharged from the front balloon 18 and the rear balloon 19 at mutually independent timings.

以上の構成の伸縮アクチュエータ17の閉塞空間Sの前方部分から、前バルーン18の内部の中央付近を接続軸29が貫通し、当該接続軸29は、前バルーン18の前方の屈曲モジュール15に繋がっている。 A connection shaft 29 penetrates from the front portion of the closed space S of the expansion/contraction actuator 17 having the above configuration to the vicinity of the center of the inside of the front balloon 18, and the connection shaft 29 is connected to the bending module 15 in front of the front balloon 18. there is

以上の構成の推進モジュール14は、図4に示される管内移動体11の6つの動作フェーズを1サイクルとした動作が順番に繰り返し行われることにより、次のように、屈曲モジュール15側を先頭にして、ガス管P内の奥に向かって管内移動体11を前進させることが可能になる。 The propulsion module 14 having the above configuration sequentially repeats the six operation phases of the in-tube moving body 11 shown in FIG. , the in-pipe moving body 11 can be advanced toward the inside of the gas pipe P.

先ず、図4(A)の第1のフェーズでは、同図中左側の後バルーン19が加圧されて膨張し、ガス管Pの内壁に押し当てられることで当該内壁に係止した係止状態となっている。一方、同図中右側の前バルーン18は、減圧されて最も収縮した状態となっており、ガス管Pの内壁に接触していない非係止状態となっている。更に、伸縮アクチュエータ17は、減圧され、最短となる前記基準長さの状態になっている。 First, in the first phase of FIG. 4(A), the rear balloon 19 on the left side of the figure is pressurized and inflated, and is pressed against the inner wall of the gas pipe P to be locked to the inner wall. It has become. On the other hand, the front balloon 18 on the right side of the figure is depressurized and is in the most contracted state, and is in an unlocked state where it does not contact the inner wall of the gas pipe P. As shown in FIG. Further, the expansion/contraction actuator 17 is depressurized and is in the shortest reference length state.

この状態から、同図(B)の第2のフェーズでは、前記基準長さの伸縮アクチュエータ17が加圧されて軸方向に伸長する。このとき、後バルーン19は、その内圧が維持されて前記係止状態に維持される一方で、前バルーン18は、前記非係止状態に維持されていることから、伸縮アクチュエータ17は前方に向かって伸長する。 From this state, in the second phase shown in FIG. 4B, the telescopic actuator 17 having the reference length is pressurized and extended in the axial direction. At this time, the inner pressure of the rear balloon 19 is maintained and the locked state is maintained, while the front balloon 18 is maintained in the unlocked state. to extend.

次に、同図(C)の第3のフェーズでは、前バルーン18が加圧されて内壁への前記係止状態に変わる。このとき、伸縮アクチュエータ17と後バルーン19は、第2のフェーズと同じ状態で維持される。 Next, in the third phase shown in FIG. 4(C), the front balloon 18 is pressurized and changes to the locked state with respect to the inner wall. At this time, the telescopic actuator 17 and the rear balloon 19 are maintained in the same state as in the second phase.

更に、同図(D)の第4のフェーズでは、後バルーン19が減圧されて収縮し、内壁への係止が解除された前記非係止状態となる。このとき、伸縮アクチュエータ17と前バルーン18は、第3のフェーズと同じ状態で維持される。 Further, in the fourth phase shown in FIG. 4(D), the rear balloon 19 is decompressed and contracted, and becomes the unlocked state in which the locking to the inner wall is released. At this time, the telescopic actuator 17 and the front balloon 18 are maintained in the same state as in the third phase.

そして、同図(E)の第5のフェーズでは、伸縮アクチュエータ17が減圧されて収縮することで、その弾性と逆巻き噛合ばね24(図1等参照)の復元力により元の基準長さの状態に復帰する。この際、前バルーン18が前記係止状態に維持される一方で、後バルーン19が前記非係止状態に維持されていることから、伸縮アクチュエータ17は、前方に向かって収縮することになる。 Then, in the fifth phase of FIG. 4(E), the expansion/contraction actuator 17 is decompressed and contracted, and the elasticity and the restoring force of the reverse-wound mesh spring 24 (see FIG. 1, etc.) restore the original reference length. return to At this time, since the front balloon 18 is maintained in the locked state and the rear balloon 19 is maintained in the unlocked state, the telescopic actuator 17 contracts forward.

この状態から、同図(F)の第6のフェーズでは、前バルーン18が、同図中実線で示されるように、再び減圧されて前記非係止状態となり、その後、伸縮アクチュエータ17の状態が維持されたまま、後バルーン19が加圧される前記第1のフェーズに戻り、以上の各フェーズが繰り返し行われる。このような第6フェーズの動作は、水平方向に延びるガス管P(水平管)内における管内移動体11の移動時に適用される。一方で、鉛直方向に延びるガス管P(鉛直管)内における管内移動体11の移動時における第6のフェーズの動作は、重力によるガス管内での管内移動体11の落下を防止するために、水平管内の移動時と異なるように設定されている。すなわち、当該鉛直管内の移動時には、前バルーン18及び後バルーン19が加圧され、前バルーン18及び後バルーン19が、それぞれ同図中破線で示されるように前記係止状態とされる。そして、伸縮アクチュエータ17の状態が維持されたまま、前バルーン18が減圧される前記第1のフェーズに戻り、前述の各フェーズが繰り返し行われる。 From this state, in the sixth phase of FIG. 2F, the pressure of the front balloon 18 is again reduced to the unlocked state as indicated by the solid line in the same drawing. While being maintained, it returns to the first phase in which the balloon 19 is pressurized, and the above phases are repeated. Such a sixth phase operation is applied when the in-pipe moving body 11 moves in the horizontally extending gas pipe P (horizontal pipe). On the other hand, the operation of the sixth phase when the in-pipe moving body 11 moves in the gas pipe P (vertical pipe) extending in the vertical direction is performed in order to prevent the in-pipe moving body 11 from falling in the gas pipe due to gravity. It is set differently than when moving in a horizontal tube. That is, when moving in the vertical tube, the front balloon 18 and the rear balloon 19 are pressurized, and the front balloon 18 and the rear balloon 19 are in the locked state as indicated by broken lines in the figure. Then, while the state of the expansion/contraction actuator 17 is maintained, the first phase in which the front balloon 18 is decompressed returns, and the above-described phases are repeated.

なお、前述の各動作フェーズを逆順で行うと、管内移動体11はガス管P内を前述と逆方向に移動し、管内移動体11の後退動作が可能になる。 If the above-described operation phases are performed in reverse order, the in-pipe moving body 11 moves in the gas pipe P in the opposite direction to that described above, and the in-pipe moving body 11 can be retracted.

前記屈曲モジュール15(図1参照)は、動力供給部12(図1参照)による空気の給排を動力源とし、推進モジュール14に対してあらゆる方向の屈曲を可能とする劣駆動機構を備えている。具体的に、屈曲モジュール15は、図2(A)に示されるように、前端側が窄まったロケット状をなす先端部15Aと、先端部15Aを推進モジュール14に対して屈曲させる3個の空気圧シリンダ15Bとにより構成されており、当該空気圧シリンダ15Bの駆動による先端部15Aの屈曲により分岐方向の選択が行われる。なお、図示省略しているが、先端部15Aには、管内移動体11の前方のガス管内の空間を撮影可能なカメラが配置され、当該カメラで取得した画像データが屋外側に伝送されるようになっている。 The bending module 15 (see FIG. 1) is powered by air supply and exhaust from the power supply unit 12 (see FIG. 1), and has an underactuated mechanism that enables bending in all directions with respect to the propulsion module 14. there is Specifically, as shown in FIG. 2(A), the bending module 15 has a rocket-shaped front end portion 15A with a narrow front end, and three pneumatic pressure units that bend the front end portion 15A with respect to the propulsion module 14. The branching direction is selected by bending the tip portion 15A by driving the pneumatic cylinder 15B. Although not shown, a camera capable of photographing the space inside the gas pipe in front of the in-pipe moving body 11 is arranged at the tip portion 15A, and the image data acquired by the camera is transmitted to the outside. It has become.

前記動力供給部12は、図1に示されるように、空気を給排するポンプユニット31と、ポンプユニット31による空気の給排を制御する制御部32とを備えている。 As shown in FIG. 1 , the power supply unit 12 includes a pump unit 31 for supplying and discharging air, and a control unit 32 for controlling the supply and discharge of air by the pump unit 31 .

前記ポンプユニット31は、詳細な構造についての図示を省略するが、管内移動体11に繋がる送気用チューブ34を通じて、推進モジュール14及び屈曲モジュール15に対する空気の給排を可能にするポンプや制御弁等の機器によって構成される。 Although the detailed structure of the pump unit 31 is omitted from illustration, the pump unit 31 includes a pump and a control valve that enable air to be supplied to and discharged from the propulsion module 14 and the bending module 15 through an air supply tube 34 connected to the in-tube moving body 11 . etc.

前記送気用チューブ34は、図2に示されるように、伸縮アクチュエータ17、前バルーン18及び後バルーン19の各閉塞空間S(図2参照)内と、各空気圧シリンダ15Bとに対し、それぞれ独立して空気を給排可能に構成され、管内移動体11の移動に伴って牽引されることになる。
なお、同図において、送気用チューブ34については、便宜上、各空気圧シリンダ15Bにそれぞれ繋がる3本(一部図示省略)を送気用チューブ34Aとし、前バルーン18の閉塞空間Sに繋がる2本(一部図示省略)を送気用チューブ34Bとし、伸縮アクチュエータ17の閉塞空間Sに繋がる1本を送気用チューブ34Cとし、後バルーン19の閉塞空間Sに繋がる1本を送気用チューブ34Dとしている。
従って、図2(B)にも示されるように、後バルーン19の内部では、ケーシングチューブ28の内部空間を送気用チューブ34A~34Cが貫通する一方、ケーシングチューブ28の外側に送気用チューブ34Dの開放端が配置される。また、図2(C)にも示されるように、前バルーン18の内部では、ケーシングチューブ28の内部空間を、接続軸29と送気用チューブ34Aが貫通する一方、ケーシングチューブ28の外側に送気用チューブ34Bの開放端が配置される。
As shown in FIG. 2, the air-supplying tube 34 is provided independently in each closed space S (see FIG. 2) of the expansion/contraction actuator 17, the front balloon 18 and the rear balloon 19, and in each pneumatic cylinder 15B. It is constructed such that air can be supplied and exhausted as a result, and is towed along with the movement of the in-pipe moving body 11 .
In the figure, for the sake of convenience, three air supply tubes 34A (partially omitted) are connected to the respective pneumatic cylinders 15B, and two air supply tubes 34A are connected to the closed space S of the front balloon 18. (partially not shown) is an air supply tube 34B, one connected to the closed space S of the telescopic actuator 17 is an air supply tube 34C, and one connected to the closed space S of the rear balloon 19 is an air supply tube 34D. and
Therefore, as shown in FIG. 2B, inside the rear balloon 19, the air supply tubes 34A to 34C pass through the inner space of the casing tube 28, while the air supply tubes 34A to 34C extend outside the casing tube 28. 34D open ends are placed. 2(C), inside the front balloon 18, the connection shaft 29 and the air supply tube 34A pass through the inner space of the casing tube 28, while the air supply tube 34A is fed to the outside of the casing tube 28. The open end of pneumatic tube 34B is positioned.

前記制御部32は、CPU等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、ポンプユニット31を動作制御することにより、推進モジュール14及び屈曲モジュール15に対する空気の給排調整を行いながら、管内移動体11の動作制御を行うようになっている。 The control unit 32 is composed of a computer including an arithmetic processing unit such as a CPU and a storage device such as a memory and a hard disk. The operation of the in-tube moving body 11 is controlled while making adjustments.

以上の実施形態によれば、内部の空気圧の調整により伸縮変形する伸縮アクチュエータ17に、逆巻き噛合ばね24を用いたことから、線径、内径、全長、材質が同一となるコイルばねよりも、収縮時に強い復元力を発揮することができ、且つ、ばねの径方向の変形時における伸縮アクチュエータ17の回転運動を抑制することができる。 According to the above embodiment, since the reverse-wound meshing spring 24 is used for the telescopic actuator 17 that expands and contracts by adjusting the internal air pressure, it is possible to contract more than a coil spring with the same wire diameter, inner diameter, total length, and material. It is possible to exhibit a strong restoring force at times, and to suppress the rotational movement of the expansion/contraction actuator 17 when the spring is deformed in the radial direction.

なお、伸縮アクチュエータ17に適用される付勢部材としては、弾性チューブ21の前後方向のみの変形を許容可能に配置されるとともに、弾性チューブ21の変形時における回転運動を規制可能に構成されるものであれば、前記実施形態の態様に限定されるものではない。 The urging member applied to the telescopic actuator 17 is arranged so as to permit deformation of the elastic tube 21 only in the front-rear direction, and is configured to be capable of restricting rotational movement when the elastic tube 21 is deformed. If so, it is not limited to the aspect of the embodiment.

また、前記実施形態では、ガス管P内の検査用として、管内移動体11をガス管P内で移動させる態様について図示説明したが、本発明はこれに限らず、他の配管やトンネルを含む他の管状体の内部空間の状況を遠隔場所で確認するためのシステム等にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the in-pipe moving body 11 is moved within the gas pipe P for inspection of the inside of the gas pipe P. However, the present invention is not limited to this, and includes other pipes and tunnels. It can also be applied to a system or the like for remotely confirming the condition of the inner space of another tubular body.

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In addition, the configuration of each part of the device in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same action is exhibited.

11 管内移動体
14 推進モジュール
17 伸縮アクチュエータ
21 弾性チューブ
23 カバー
24 逆巻き噛合ばね(付勢部材)
24A 密着コイルばね
24B 密着コイルばね
P ガス管(管状体)
REFERENCE SIGNS LIST 11 moving body in pipe 14 propulsion module 17 telescopic actuator 21 elastic tube 23 cover 24 reverse-wound mesh spring (biasing member)
24A close contact coil spring 24B close contact coil spring P gas pipe (tubular body)

Claims (4)

空気圧駆動によって管状体の管内を自走可能な構造を有する管内移動体において、
前記管内を移動するための推進力を生成可能に動作する推進モジュールを含み、
前記推進モジュールは、前後方向に伸縮変形可能に設けられた伸縮アクチュエータを備え、
前記伸縮アクチュエータは、前後方向に沿って配置され、内部の空気圧の調整により弾性変形可能な弾性チューブと、当該弾性チューブの収縮方向に付勢する付勢部材とを備え、
前記付勢部材は、前記弾性チューブの前後方向のみの変形を許容可能に配置されるとともに、当該変形時における前記弾性チューブの回転運動を規制可能に構成されることを特徴とする管内移動体。
In an in-tube moving body having a structure capable of self-propelled in a tube of a tubular body by pneumatic driving,
a propulsion module operable to generate propulsion for movement within the tube;
The propulsion module includes a telescopic actuator provided to be telescopically deformable in the front-rear direction,
The telescopic actuator is arranged along the front-rear direction and includes an elastic tube that can be elastically deformed by adjusting the internal air pressure, and a biasing member that biases the elastic tube in the contraction direction,
The in-tube moving body, wherein the biasing member is arranged so as to allow deformation of the elastic tube only in the front-rear direction, and is configured to be capable of restricting rotational movement of the elastic tube during the deformation.
前記付勢部材は、巻き方向が相反する1対の密着コイルばねを1巻きずつ交互に噛み合わせてなり、初期状態で前記各密着コイルばねが伸長された付勢状態にて、前記弾性チューブの外周側に相対移動不能に固定されることを特徴とする請求項1記載の管内移動体。 The biasing member is formed by alternately meshing a pair of close coiled springs having opposite winding directions one by one. 2. The in-pipe moving body according to claim 1, wherein the moving body in pipe is fixed to the outer peripheral side so as not to move relative to each other. 空気圧駆動によって管状体の管内を自走可能な構造を有する管内移動体において、
前記管内を移動するための推進力を生成可能に動作する推進モジュールを含み、
前記推進モジュールは、前後方向に伸縮変形可能に設けられた伸縮アクチュエータを備え、
前記伸縮アクチュエータは、前後方向に沿って配置され、内部の空気圧の調整により弾性変形可能な弾性チューブと、当該弾性チューブの外周側に巻回されるとともに、巻き方向が相反するコイルばねを1巻きずつ交互に噛み合わせてなる付勢部材とを備えたことを特徴とする管内移動体。
In an in-tube moving body having a structure capable of self-propelled in a tube of a tubular body by pneumatic driving,
a propulsion module operable to generate propulsion for movement within the tube;
The propulsion module includes a telescopic actuator provided to be telescopically deformable in the front-rear direction,
The telescopic actuator is arranged along the front-rear direction, and includes an elastic tube that can be elastically deformed by adjusting internal air pressure. An in-pipe moving body characterized by comprising biasing members that are alternately meshed with each other.
前記伸縮アクチュエータは、前記弾性チューブの外周面と前記付勢部材との間に配置され、変形時における前記弾性チューブの前記付勢部材への噛み込みを防止するカバーを更に備えたことを特徴とする請求項2又は3記載の管内移動体。 The telescopic actuator further comprises a cover disposed between the outer peripheral surface of the elastic tube and the biasing member to prevent the elastic tube from being caught in the biasing member during deformation. 4. The in-pipe moving body according to claim 2 or 3.
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