JP2519757B2 - 走行ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば配管内の点検、清掃、塗装などの
作業に適する走行ロボットに関する。

（従来の技術） 物質を搬送するパイプラインや排水管などの配管は、
長期間使用すると、その内部に様々な付着物が付着する
ため、管路抵抗が増大して搬送効率を低下させる。した
がって、このような物質搬送配管については、定期的に
その内部の点検、清掃、再塗装などの作業が必要であ
り、そのために、最近それらを目的とした各種ロボット
が開発されている。

第４図は示した走行ロボットはその一例である。この
走行ロボットは、車体（１）の一端部に作業部取付け部
（２）が設けられ、この作業部取付け部（２）に作業部
（３）が車体（１）の前方に突出させて取付けられてい
る。特に図示例の作業部（３）は、配管（Ｐ）内を清掃
するため、その先端部の作業ヘッド（５）に、管内壁に
付着する付着物に高圧水を吹付けるジェットノズル
（４）を取付けたものが示されている。この作業部
（３）は、配管（Ｐ）内の清掃作業を有効におこなうた
め、作業部取付け部（２）に対し矢印（Ａ）で示すよう
に旋回し、また、作業ヘッド（５）は、矢印（Ｂ）で示
すように支持軸のまわりを回転し、かつ矢印（Ｃ）で示
すようにジェットノズル（４）を管内壁に対して任意角
度傾斜できる構造に形成されている。さらに、作業部
（３）の旋回中心が配管（Ｐ）の中心と必ずしも一致す
るとは限らないため、作業ヘッド（５）を常に管内壁と
一定の間隔を保って作業できるように、作業部（３）
は、アクチュエータ（６）の駆動により、配管（Ｐ）の
直径方向に矢印（Ｄ）で示すように進退できる構造に形
成されている。

さらに、この走行ロボットには、その走行および作業
の安定を確保するため、作業部取付け部（２）に旋回可
能に支持されたアーム（７）の先端部にローラ（８）を
取付け、このローラ（８）を管内壁に圧接させる姿勢維
持機構（９）が設けられている。

しかし、上記ロボットでは、作業ヘッド（５）やジェ
ットノズル（４）を動かす駆動機構を作業部（３）上に
設けなければならず、そのために、作業部（３）自体が
重くなり、また、それらを旋回させる駆動機構も重くな
り、構造上軽量化が困難である。

さらに、一般に、付着物が付着しやすいのは、配管
（Ｐ）の屈曲部近傍であるため、特にこの屈曲部近傍を
密に清掃する必要がある。しかし、上記構造のロボット
で屈曲部の管内壁に作業ヘッド（５）やジェットノズル
（４）を密に沿わせるには、作業部（３）を動かすと同
時に車体（１）も動かさざるをえないため、配管（Ｐ）
の曲率や捩率に対応して作業部（３）の先端部を制御す
ることが困難である。

また、他の走行ロボットとして第５図に示すものがあ
る。この走行ロボットは、車体（１）の一端部に作業部
取付け部（２）が設けられ、この作業部取付け部（２）
のアーム支持部（11）に先端部に作業ヘッド（５）を有
する作業部（３）のアーム（12）が取付けられている。
この走行ロボットも、前記走行ロボットと同様に配管
（Ｐ）内を清掃するため、作業ヘッド（５）に管内壁に
付着する付着物に高圧水を吹付けるジェットノズル
（４）が取付けられている。そして、配管（Ｐ）内を清
掃を有効におこなうために、アーム支持部（11）は、作
業部取付け部（２）に対して矢印（Ａ）で示すように旋
回し、かつアーム（12）を矢印（Ｅ）で示すように垂直
旋回させる構造に形成されている。

上記のように走行ロボットを構成すると、その構造を
比較的簡単にすることができ、しかも、配管（Ｐ）の曲
率や捩率に対応して作業部（３）を密に駆動することが
できる。

しかし、上記構造では、特に作業部（３）を垂直旋回
させる場合に、アクチュエータによる垂直旋回運動それ
自体が屈曲作用となるため、旋回軸に対して捩れの力が
直接的に作用することになる。そのため、垂直旋回節の
アクチュエータが大容量、大形化し、軽量化することが
困難となっている。

すなわち、垂直旋回節は、一般的には第６図に示すよ
うに構成され、入力軸（14）側に設けられたモータ（1
5）の駆動により、歯車機構（16）などを介して出力軸
（17）を矢印（Ｆ）で示すように旋回する構成となって
いる。しかし、出力軸（17）は、入力軸（14）に突設さ
れたブラケット（18）に回転自在に支持された支持アー
ム（19）を介して支持されるため、ブラケット（18）に
大きな剛性をもたせなければならず、そのために、小
形、軽量化がはかりにくい。さらに、旋回性能向上を目
的として出力の大きいモータを使用すると、モータ自体
の重量が増加するばかりでなく、モータへの動的トルク
が大きくなって出力の低下をまねくため、垂直旋回節の
性能を向上させることが困難である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、配管内部の点検、清掃、塗装などをお
こなう走行ロボットでは、走行および作業の安定性や作
業能率などの向上のため、作業部を軽量化すること、お
よび配管の曲率や捩率に沿って作業部の先端部を駆動す
ることが重要かつ必要である。しかし、従来の走行ロボ
ットは、作業部が重く、あるいは配管の曲率や捩率に沿
って作業部の先端部を駆動することが困難な構造となっ
ている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
であり、作業部を軽量化して、走行および作業を安定に
おこなうことができ、かつ配管の曲率や捩率に沿って作
業部の先端部を密に動かすことができる走行ロボットを
構成することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） アクチュエータにより進退可能な支持軸の先端部に作
業ヘッドが取付けられた作業部を有し、この作業部が車
体に設けられた作業部取付け部に駆動機構により旋回可
能に取付けられる走行ロボットにおいて、作業部取付け
部と作業部との間に上記駆動機構により旋回する作業部
の旋回軸に対して出力側が斜め旋回する斜旋回の関節を
配設し、この斜旋回の関節の出力側に作業部を取付ける
構造とした。

（作 用） 上記のようにアクチュエータにより進退可能な支持軸
の先端部に作業ヘッドを取付けて作業部を構成し、この
作業部と車体に設けられた作業部取付け部との間に斜旋
回の関節を配設すると、斜旋回の関節を駆動することに
より、その斜旋回軸を中心として作業部を球状運動させ
ることができるため、作業部を駆動する他の駆動部との
共動により、作業部の先端に取付けられた作業ヘッドを
配管の曲率や捩率に沿って運動させることができる。し
かも、作業部の駆動部を軽量かつ慣性を小さくでき、そ
の軽量化によって走行および作業を安定におこなう走行
ロボットとすることができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を実施例に基づいて説明
する。

第１図および第２図にその一実施例である配管内の点
検、清掃、塗装などの作業をする走行ロボットを示す。
この走行ロボットは、走行部として車体（１）に複数個
の走行車輪（20）を有し、車体（１）に設置された図示
しない傾斜計や撮像カメラなどから得られる情報信号を
車体（１）に搭載された制御部（21）の演算制御部で演
算処理し、その結果に基づいて、この制御部（21）から
走行車輪（20）を駆動する走行駆動部（22）および操舵
する操舵部（23）に制御信号を送出して、走行および操
舵を制御するようになっている。

また、車体（１）の一端部には、作業部取付け部
（２）が設けられている。また、車体（１）上には、こ
の走行ロボットの姿勢を安定に維持する姿勢維持機構
（９）が設けられている。この姿勢維持機構（９）は、
上記作業部取付け部（２）に設けられた支点（25）を回
転中心とするアーム（７）の先端部にローラ（８）を取
付け、車体（１）に設置されたエアシリンダの如くアク
チュエータ（26）によりアーム（７）を回転させて、ロ
ーラ（８）を配管（Ｐ）の内壁に圧接させ、かつアクチ
ュエータ（26）によりその圧接力を調整する構造に構成
されている。

さらに、上記作業部取付け部（２）には、後述する構
造の斜旋回の関節（28）が設けられている。この斜旋回
の関節（28）は、それ自体図示しない駆動機構により矢
印（Ａ）で示すように作業部取付け部（２）に旋回可能
に取付けられ、かつその出力側が矢印（Ｉ）で示すよう
に斜旋する。そして、この斜旋回の関節（28）の出力側
に作業部（３）が取付けられている。この作業部（３）
は、支持軸（29）と、この支持軸（29）を矢印（Ｄ）で
示すように進退させるアクチュエータ（６）と、支持軸
（29）の先端部に取付けられた作業ヘッド（５）とから
なる。この作業ヘッド（５）には、矢印（Ｃ）で示すよ
うに配管（Ｐ）の内壁に対して任意角度傾斜させること
ができる高圧水を噴射するノイズ（４）のほか、配管
（Ｐ）の内壁までの距離を検出する光学式センサーなど
の非接触式検出器（図示せず）が設けられている。そし
て、この非接触式検出器から得られる検出信号を前記制
御部（21）の演算制御部で演算処理し、その結果に基づ
いてこの制御部（21）から送出される制御信号により、
支持軸（29）を進退あるいは旋回などさせて、配管
（Ｐ）の内壁に対する作業ヘッド（５）の位置を調節す
ることができるようになっている。

ところで、上記斜旋回の関節（28）は、第３図に示す
ように、作業部取付け部（２）に略水平にかつ前記した
ように旋回可能に取付けられた入力軸（31）と、この入
力軸（33）と同軸の出力軸（32）とを備える外骨格構造
に形成されており、その入力軸（31）の内側にトルクモ
ータの如きアクチュエータ（33）が、また、入力軸（3
1）と出力軸（32）との境界部に、入力軸（31）および
出力軸（32）の軸線に対して所定角度α傾斜してハーモ
ニックドライブ機構（34）が配設され、そのハーモニッ
クドライブ機構（34）の出力側に出力軸（32）を取付け
たものであり、アクチュエータ（33）の駆動により出力
軸（32）を斜旋回軸（35）に対し矢印（Ｇ）で示すよう
に角度αで球状運動させるようになっている。

なお、車体（１）の端部には、このロボットが垂直管
や傾斜管内を昇降する場合に、その落下や暴走を防止す
るために、たとえばウインチつきクレーン車に連結させ
るフックなどウインチと機械的に係合する係合部が設け
られている。この係合部は、上記ウインチと係合するフ
ックのほか、バキューム吸着、マグネット吸着などの他
のものでもよい。

さて、上記のように走行ロボットを構成すると、前記
作業ヘッド（５）に設けられた非接触式検出器から得ら
れる検出信号に基づいて制御部（21）から送出される制
御信号により、支持時（29）や斜旋回の関節（28）を矢
印（Ａ）、矢印（Ｉ）で示すように旋回し、さらに、矢
印（Ｄ）で示すように支持軸（29）を進退させることに
より、作業ヘッド（５）を配管（Ｐ）の内壁の曲率や捩
率に沿って任意に動かすことができる。

したがって、この走行ロボットでは、従来のロボット
に設けられていた垂直旋回節をなくすことができ、その
結果、作業部（３）を軽量かつその慣性を小さくするこ
とができ、しかも、それにより、作業ヘッド（５）を容
易に配管（Ｐ）の内壁に沿わせて運動させることができ
る。さらに、作業部（３）を支える作業部取付け部
（２）や走行部や軽量化でき、その軽量化によって、走
行および作業を安定におこなう走行ロボットとすること
ができる。また、ロボット全体が軽量化されることか
ら、このロボットの補助装置であるウインチ付きクレー
ン車などの周辺装置も小形化できるなど各種の効果を生
ずる。

なお、上記実施例では、配管内部を点検、清掃、塗装
する走行ロボットについて述べたが、本発明の走行ロボ
ットは、その目的に応じてその他の作業にも使用でき
る。

〔発明の効果〕

作業部を有する走行ロボットにおいて、アクチュエー
タにより進退可能な支持軸の先端部に作業ヘッドが取付
けられた作業部と車体に設けられた作業部取付け部との
間に斜旋回の関節を配設したので、その斜旋回の慣性と
作業部を駆動する他の駆動部との共動により作業ヘッド
たとえば配管の曲率や捩率に沿ってその内部を密に運動
させることができる。しかも、作業部の駆動部を軽量か
つその慣性を小さくでき、その軽量化によって走行およ
び作業を安全におこなう走行ロボットとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例の説明図で、第１
図はその一実施例である走行ロボットの構成を示す正面
図、第２図はその前面図、第３図はその斜旋回の関節の
構成を示す図、第４図は従来の走行ロボットの構成を示
す図、第５図は従来の異なる走行ロボットの構成を示す
図、第６図はその垂直旋回の関節を説明するための一般
的な構成を示す図である。 １……車体、２……作業部取付け部 ３……作業部、５……作業ヘッド ６……アクチュエータ、９……姿勢維持機構 20……走行車輪、21……制御部 28……斜旋回の関節、29……支持軸 31……入力軸、32……出力軸 33……アクチュエータ（トルクモータ） 34……ハーモニックドライブ機構 Ｐ……配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 正夫 神奈川県横浜市栄区笠間町1000番地 株 式会社芝浦製作所大船工場内 (56)参考文献 特開 昭55−120997（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチュエータにより進退可能な支持軸の
   先端部に作業ヘッドが取付けられた作業部を有し、この
   作業部が車体に設けられた作業部取付け部に駆動機構に
   より旋回可能に取付けられる走行ロボットにおいて、 上記作業部取付け部と上記作業部との間に上記駆動機構
   により旋回する作業部の旋回軸に対して出力側が斜め旋
   回する斜旋回の関節を配設し、この斜旋回の関節の出力
   側に上記作業部を取付けたことを特徴とする走行ロボッ
   ト。