JP3592084B2

JP3592084B2 - 管内走行ロボット

Info

Publication number: JP3592084B2
Application number: JP17647798A
Authority: JP
Inventors: 周治駒田; 稔日向
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: JP2000006795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道の円筒配管や角型カルバート水路などの管内を軸心方向に走行して検査やメンテナンスなどの作業を行う管内走行ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば円管内を清掃するために造られた清掃ロボットは、特開平５−２８７１７１号公報に開示されるようなローラー走行式と、特開平７−２３０８号公報に開示されるような伸縮脚走行式（尺取虫形走行式）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ローラー走行式では、本体を管軸心位置に保持して移動させるために、傾斜状態で管内面に走行車輪を押し付けるアームを有しており、アームに大きい曲げモーメントが作用して重量の増加や大形化の要因となるという問題があった。また伸縮脚走行式では、垂直荷重であるため、先の問題は生じないが、走行が断続的なシーケンス動作となるため、動作速度に限界があり、走行速度がローラー式に比較して約１／２以下るという問題があった。また両走行方式とも、全長が管直径より長くなるため、管への投入に大きい開口面積を必要とし、マンホール程度のスペースしか確保できない場合には、ロボットの分解→投入→組立が必要で、狭く悪臭のある管内での作業が不可欠となり、３Ｋ作業となるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決して、軽量化、小型化が可能で、かつ十分な走行速度を確保でき、狭いマンホール等でも分解することなく管内に投入、揚収可能な管内走行用ロボットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の管内走行ロボットは、管軸心に直交する面内で直径方向に配置されるロッド状の本体と、この本体の両端部にそれぞれ操舵自在に配設された走行車輪と、これら走行車輪をそれぞれ管内面に押し付ける付勢手段と、本体の姿勢を検出する複数の検出手段と、前記検出手段の検出値に基づいて各走行車輪の回転速度と操舵角とをそれぞれ制御し、本体を管軸心に直交する面内で直径位置に保持する走行制御装置とを具備したものである。
【０００６】
上記構成によれば、走行制御装置により、検出手段の検出値に基づいて走行車輪の回転速度と操舵角とを制御することで、ロッド状の本体を管の軸心に垂直な姿勢を保持しつつ管内中心に沿って走行移動させることができ、小型化、軽量化が図れて十分な走行速度を確保でき、分解することなくマンホールなどの狭い開口部から管内への挿脱も容易に行うことができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、上記構成において、少なくとも一方の走行車輪が管軸心方向に所定距離をあけて複数個配置されたものである。
上記構成によれば、走行車輪と管内面への接点で管軸心を含む面内で三角形を形成することができるので、本体の姿勢を安定させることができ、走行姿勢制御が容易となる。
【０００８】
さらに請求項３記載の発明は、上記構成において、付勢手段は、本体を伸縮自在な伸縮装置により構成されたものである。
上記構成によれば、本体を収縮してコンパクトすることができ、分解することなく小さいマンホールから管内に容易に投入、揚収することができ、より小型化を図ることができる。
【０００９】
さらにまた請求項４記載の発明は、上記構成において、検出手段に、本体の前後方向の傾斜を検出する傾斜検出部と、管内面から本体までの距離から本体の位置を検出するセンタリング検出部と、本体の走行方向を検出する走行姿勢検出部とを具備し、前記走行制御装置を、傾斜検出部の検出値に基づいて両走行車輪の回転速度を制御し、センタリング検出部および走行姿勢検出部の検出値に基づいて両走行車輪の操舵角を制御するように構成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、検出手段により管内における本体の位置と姿勢（傾きと向き）を検出することができ、本体の姿勢制御を正確に行うことができる。
また請求項５記載の発明は、上記構成において、管軸心位置に、管軸心方向に沿う軸心回りに旋回自在な旋回アームを配設し、この伸縮作業アームに作業装置を着脱自在に設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、旋回アームを旋回させつつ管内面に対する作業を行うことができ、作業装置の交換により複数の作業が可能となる。
さらに請求項６記載の発明は、上記構成の旋回アームを伸縮自在に構成したものである。
【００１２】
上記構成によれば、円形の管だけでなく、角筒管や楕円、多角形の異形管に容易に適応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る管用作業ロボットの実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３に示すように、この作業ロボットは、ロッド状の本体１を円形管２の内面に沿って走行しつつ作業装置である回転ブラシ３を旋回移動させ管２の内面に沿って清掃するもので、この回転ブラシ３に替えて、たとえば非接触式センサ等の検査装置に交換することにより、管２の検査を行うことができ、また塗装ガンと交換することにより管２の内面を塗装を行うことができる。
【００１５】
この作業ロボット１は、管２の軸心Ｏに直交する面内で直径位置（管中心位置）に配置されるロッド状の本体１と、この本体１の上端部に配設されてゴム製の上走行車輪４ａを有する上走行装置４および下端部に配設されたゴム製の下走行車輪５ａ，５ｂを有する下走行装置５と、本体１を伸縮自在で走行車輪４ａ，５ａ，５ｂをそれぞれ管２の内面に押し付ける付勢手段である伸縮装置６と、本体１の姿勢を検出する複数の検出手段と、これら検出手段の検出値により各走行車輪４ａ，５ａ，５ｂの回転速度と各走行車輪４ａ，５ａ，５ｂの操舵角とをそれぞれ制御して本体を管２の軸心Ｏに直交する面内で直径位置に保持可能な走行制御装置９とが具備されている。
【００１６】
前記検出手段として、下走行装置５に配設されて本体１および管軸心Ｏを含む面内で本体１の傾きαを検出する傾斜検出部である傾斜センサ７と、本体１のセンター部材１ａに配設されて軸心Ｏに直交する面内で本体１と直角方向の管１の内面（最大部）までの距離ＤＦｆ，ＤＬｒ，ＤＦｆ，ＤＬｒを検出する超音波やレーザ光などを使用したセンタリング検出部である非接触式の距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒとが設けられている。またこの距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒは、前後方向に一定距離れて一対が配置されることにより、管２の内面との前後位置の距離ＤＦｆとＤＬｒ，ＤＦｆとＤＬｒから本体１の向き（走行姿勢）を検出する走行姿勢検出部が兼用されている。
【００１７】
この本体１は、管１内において突っ張り状態で管軸心Ｏに位置するセンター部材１ａを有し、全長を伸縮可能な伸縮装置６により構成され、センター部材１ａの上部に設けられたシリンダライナー６ａと、このシリンダライナー６ａからセンター部材１ａを介して下方に伸びるピストンロッド６ｂとを具備している。このシリンダライナー６ａの前部には索体を介してロボットを吊り下げる吊下部材１１が設けられている。さらにセンター部材１ａの左右側面に距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒが配設され、これら距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒは管軸心Ｏおよび本体１に直交する面内で本体１から管２の内面までの距離ＤＦｆ，ＤＬｒ，ＤＦｆ，ＤＬｒをそれぞれ検出するものである。
【００１８】
さらにセンター部材１ａの前部には、ブラシ旋回モータ１２が取付けられており、管軸心Ｏ方向に突出する回転軸１２ａの先端部に伸縮作業アーム１３が設けられている。この伸縮作業アーム１３は、回転軸１２ａに固定されたシリンダチューブ１３ａと、シリンダチューブ１３ａから出退自在に伸びる作業ロッド１３ｂからなり、作業ロッド１３ｂの先端部に、内蔵モータにより回転駆動されるとともに噴射ノズル（図示せず）から洗浄水を噴射する回転ブラシ３が着脱自在に取付けられている。
【００１９】
下走行装置５は、ピストンロッド６ｂに固定された下車輪カバー１４上に、前後方向に所定間隔あけて操舵用モータ１５Ａ，１５Ｂが垂設され、この操舵用モータ１５Ａ，１５Ｂの出力軸に車輪支持体１６Ａ，１６Ｂそれぞれ配設されている。そしてこれら車輪支持体１６Ａ，１６Ｂに、走行用モータ１７Ａ，１７Ｂによりそれぞれ回転駆動される走行車輪５ａおよび走行車輪５ｂが配設されており、これら走行車輪５ａおよび走行車輪５ｂを本体１の長さ方向に平行な軸心Ｒａ，Ｒｂ回りにそれぞれ操舵自在に構成されている。また、下走行装置５に配設された傾斜センサ７は、前走行車輪５ａおよび後走行車輪５ｂを介して管軸心Ｏを含む平面内で本体１の傾斜角αを検出するように構成されている。
【００２０】
また上走行装置４は、シリンダライナー６ａの上端部に固定された上車輪カバー１８に操舵用モータ１９により本体１の軸心Ｒｃ回りに操舵される車輪支持体２０が配設され、この車輪支持体２０に走行モータ２１により回転駆動される走行車輪４ａが配設されている。
【００２１】
なお、ロボットへの駆動源である電源や油、水、空気等の圧力流体、清掃水、制御信号、検出信号などは図示しない伝送ケーブルおよびホースを介して供給および送受される。
【００２２】
上記構成において、図４に実線で示すように、クレーンやウインチなどに連結されて巻き上げ繰出し自在な索体Ｗを吊下部材１１に連結するとともに、本体１を伸縮装置６により収縮した状態で吊り上げ、マンホール２ａから管２内に投入する。そして、本体１にケーブルやホースを接続した後、本体２をマンホール２ａの開口部からずらして、伸縮装置６を伸展し本体１を管２の直径と同じ長さにするとともに、走行車輪４ａ，５ａ，５ｂを管２の内面に押し付ける。この時、図では本体１を上下方向に配置したが、管２の状態により水平方向または斜め方向であっても差し支えない。
【００２３】
次いで、傾斜センサ７により管軸心Ｏを含む面内で本体１の傾斜角αを検出し、走行制御装置９ではこの検出値に基づいて走行用モータ１７Ａ，１７Ｂ，２１を制御して走行車輪４ａ，５ａ，５ｂの回転速度を操作することにより、傾斜角αを９０°に保持する。またセンター部材１ａに設けた距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒにより、管２内面までの距離ＤＲｆ，ＤＲｒ，ＤＬｆ，ＤＬｒが検出されており、走行制御装置９では、この距離ＤＲｆ＝ＤＲｒ＝ＤＬｆ＝ＤＬｒとなる中心に本体１が位置され、かつ走行方向が管２の軸心Ｏ上に沿うように制御するとともに、操舵用モータ１５ａ，１５ｂ，１８が操作されて走行車輪４，５Ａ，５Ｂの操舵角がそれぞれ制御される。なお、この構成により、管１の直線部はもちろん湾曲部なども走行することができる。また傾斜センサ７により異常が検出されると、ロボットは非常停止されて点検される。
【００２４】
このように本体が管２の軸心に直交する面内で管２の中心（直径位置）に保持されて安定して前進される。そして、ブラシ旋回モータ１２により伸縮作業アーム１３が旋回移動されるとともに伸縮作業アーム１３により回転ブラシ３が管２の内面に押し付けられ、回転ブラシ３と噴射される洗浄水により管２の内面が清掃される。清掃滓や清掃水は回収ホースで回収されて分離され排出される。また管２の内面が乾燥された後、清掃ブラシ３に替えて伸縮作業アーム１３に塗装ガンを取付け、管２の内面の塗装が実施される。また、清掃ブラシ３に替えて管２の検査装置を取り付けてもよい。
【００２５】
上記実施の形態によれば、伸縮装置６により管２内に突っ張り状態で本体１を設置してゴム製の走行車輪４，５Ａ，５Ｂを管２の内面に押付け、走行制御装置９により、傾斜センサ７による傾斜角αと、距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒによる管２の内面までの距離ＤＲｆ，ＤＲｒ，ＤＬｆ，ＤＬｒに基づいて本体１の走行方向と管軸心Ｏに垂直に制御する走行形式としたので、ロボットを大幅に小型化することができ、分解することなくマンホールから管２内に投入、揚収することができ、重量軽減ができることから、ロボット運転や投入揚収作業の労働量を大幅に軽減することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、円形断面の管２を作業対象としたが、角形断面のカルバート水路などであってもよく、伸縮作業アーム１３の伸縮量を回転角に応じて制御すれば、回転ブラシ３により清掃や塗装ガンによる塗装作業を行うことができる。この角形断面の水路の場合には、距離センサ８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒをセンター部材１ａに配設する必要も無い。
【００２７】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、走行制御装置により、検出手段の検出値に基づいて走行車輪の回転速度と操舵角とを制御することで、ロッド状の本体を管の軸心に垂直な姿勢を保持しつつ管内中心に沿って走行移動させることができ、小型化、軽量化が図れて十分な走行速度を確保でき、分解することなくマンホールなどの狭い開口部から管内への挿脱も容易に行うことができる。
【００２８】
また請求項２記載の発明によれば、走行車輪と管内面への接点で管軸心を含む面内で三角形を形成することができるので、本体の姿勢を安定させることができ、走行姿勢制御が容易となる。
【００２９】
さらに請求項３記載の発明によれば、本体を収縮してコンパクトすることができ、分解することなく小さいマンホールから管内に容易に投入、揚収することができ、より小型化を図ることができる。
【００３０】
さらにまた請求項４記載の発明によれば、検出手段により管内における本体の位置と姿勢（傾きと向き）を検出することができ、本体の姿勢制御を正確に行うことができる。
【００３１】
また請求項５記載の発明によれば、旋回アームを旋回させつつ管内面に対する作業を行うことができ、作業装置の交換により複数の作業が可能となる。
さらに請求項６記載の発明によれば、円形の管だけでなく、角筒管や楕円、多角形の異形管に容易に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る管用作業ロボットの実施の形態を示す側面図である。
【図２】同管用作業ロボットの背面図である。
【図３】同管用作業ロボットの斜視図である。
【図４】同管用作業ロボットの投入、揚収状態を示す側面図である。
【符号の説明】
１本体
１ａセンター部材
２管
２ａマンホール
３回転ブラシ
４上走行装置
４ａ走行車輪
５下走行装置
５ａ，５ｂ走行車輪
６伸縮装置
７傾斜センサ
８Ｒｆ，８Ｒｒ，８Ｌｆ，８Ｌｒ距離センサ
９走行制御装置
１２ブラシ旋回モータ
１３伸縮作業アーム
１５Ａ，１５Ｂ操舵用モータ
１７Ａ，１７Ｂ走行用モータ
１９操舵用モータ
２１走行用モータ

Claims

管軸心に直交する面内で直径方向に配置されるロッド状の本体と、
この本体の両端部にそれぞれ操舵自在に配設された走行車輪と、
これら走行車輪をそれぞれ管内面に押し付ける付勢手段と、
本体の姿勢を検出する複数の検出手段と、
前記検出手段の検出値に基づいて各走行車輪の回転速度と操舵角とをそれぞれ制御し、本体を管軸心に直交する面内で直径位置に保持する走行制御装置とを具備した
ことを特徴とする管内走行ロボット。
少なくとも一方の走行車輪を、管軸心方向に所定距離をあけて複数個配置した
ことを特徴とする請求項１記載の管内走行ロボット。
付勢手段を、本体を伸縮自在な伸縮装置により構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の管内走行ロボット。
検出手段に、本体の前後方向の傾斜を検出する傾斜検出部と、管内面から本体までの距離から本体の位置を検出するセンタリング検出部と、本体の走行方向を検出する走行姿勢検出部とを具備し、
前記走行制御装置を、傾斜検出部の検出値に基づいて両走行車輪の回転速度を制御し、センタリング検出部および走行姿勢検出部の検出値に基づいて両走行車輪の操舵角を制御するように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の管内走行ロボット。
管軸心位置に、管軸心方向に沿う軸心回りに旋回自在な旋回アームを配設し、
この旋回アームに作業装置を設けた
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の管内走行ロボット。
旋回アームを伸縮自在に構成した
ことを特徴とする請求項５記載の管内走行ロボット。