JP4378569B2 - 管内作業用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、不具合の生じた下水道管等の管路を補修する際に、各種障害物やモルタルの除去、取付管突出部分の除去、管更生後の取付管口の穿孔等に係る処理を行うようにした管内作業用ロボットに関する。

従来から、老朽化したり、他の要因により不具合の発生した下水道管等の管路を補修する工法として、管路の内部に挿入したシール材を管路の内面に接着することにより、管路を更生するようにしたライニング工法が採用されている。

このようなライニング工法においては、管更生前の処理として、管内にある木の根、パッキン、モルタル等の障害物を除去したり、取付管の突出部を切除したりする必要がある。また、管更生後の処理として、シール材で塞がった取付管の内径を切除する必要がある。

このような管更生の前処理又は後処理に適用する従来技術として、特許文献１に記載された装置を参照する。この装置は、従来のカッターによって管ライニング材を切削すると、切削粉が地下水等の浸入水で濡れてカッターのサンディングディスクに目詰まりが発生するという問題を解消するためになされたもので、モータ５１の出力軸５２の端部に脱着可能に取り付けられるカッター５３を円錐状の切削歯を備える先端切削部材５４と円筒状の固定スペーサ５５の周りにリング状のワイヤーブラシ５６を設けた構成とし、このカッター５３の構成によって管ライニング材を切削する際の目詰まりを防止するようにしたものである。

また、特許文献２の装置は、従来のコアカッターが、シール材を切除する際、長期間の使用で切れ味が鈍化し、コアカッターを交換する必要があるという問題点を解消するためになされたもので、下水道の管渠６０の内面を自走する車体６１に、ウォータジェットノズル６２を有する切除ヘッド６３が搭載され、地上に設置されるウォータジェット装置６４と自走車上のウォータジェットノズル６２とが、ジェット圧を伝達するコントロールライン６５に収納されたパイプにより接続された構成を有するものである。
特開２０００−１５５０９号公報 特開２０００−５４４７７号公報

上記のようにライニング工法に使用する装置としては、特許文献１のようにワイヤーブラシを用いた円錐状の切削歯を備えるカッターや、特許文献２のようにウォータジェットノズルを有する切除ヘッドを使用したもの等が開発されている。

本発明はこれらの特許文献１、２のいずれとも異なり、カッターを回転する駆動源としてエアーモータを用いることによって、水分を扱う箇所において使用するカッターの漏電等の問題を回避すると共に、様々な内径の管路に対応し得る構造にし、単にシール材を切除するだけの処理能力ではなく、管更生前又は管更生後の処理として、管内にある木の根、パッキン、モルタル等の障害物を除去したり、取付管の突出部を切除したりする作業に柔軟に対応することができる管内作業用ロボットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載した管内作業用ロボットは、管路内に導入されると共に管路内を前後動し、停止状態で管更生前又は管更生後の切削処理を行うようにした管内作業用ロボットであって、前記本体の内部に設けられた電動モータの回転軸を該本体の頭部に設けられたヘッドに結合することによって該ヘッドを周方向に回動可能にすると共に、該ヘッドに設けられた回動軸を中心に上下方向に回動するアームを前記ヘッドに設けられたエアーシリンダの昇降によって作動可能にし、さらに該アームの先部に設けられたエアーモータによって回転するカッターを交換可能に取付けた管内作業用ロボットにおいて、前記アームを直状の形状及び複数種類に高さを変えてなる折曲形状とすることによって、該アームのエアーモータに取付けたカッターの取付け高さを調整するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項２は、請求項１において、前記ロボットの本体の内部に設けられたストッパ昇降用エアーシリンダに地上から導入されたホースを接続して圧縮空気を供給し、管路内の所定位置で該ストッパ昇降用エアーシリンダのロッドの先端に設けられたブレーキ板を昇降する構成により、該ブレーキ板を管路内の周壁に押圧することによって該ロボットの停止状態を保つようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項３は、請求項１又は２において、前記アームの先部に設けられたカッター軸に前記カッターを取り付ける構成とし、高さの異なるカッター軸を交換することによって、該カッター軸に取付けられるカッターの取付け高さを調整するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項４は、請求項１、２又は３において、前記本体の車輪を外径の異なる車輪に交換することによって異なる内径の管路に対応するようにしたことを特徴とする。

以上のように、本発明の管内作業用ロボットは、管路内に導入されると共に管路内を前後動し、停止状態で管更生前又は管更生後の切削処理を行うようにした管内作業用ロボットであって、本体の内部に設けられた電動モータの回転軸を該本体の頭部に設けられたヘッドに結合することによって該ヘッドを周方向に回動可能にしたことにより、電動モータの遠隔操作によって、所定の高さに保ったカッターを回転しながら管路の内周に沿って回動することが可能となる。

また、ヘッドに設けられた回動軸を中心に上下方向に回動するアームをヘッドに設けられたエアーシリンダの昇降によって作動可能にしたことにより、該エアーシリンダに圧縮空気を送る遠隔操作によってアームの高さを調整して、カッターの高さを変更することが可能となる。

さらに、アームの先部に設けられたエアーモータによって回転するカッターを交換可能に取付けたことにより、水分を扱う箇所で使用するカッターの漏電等の問題を回避することができ、さらに切削目的に応じて種々のカッターを交換することによって所定の切削作業を行うことが可能となる。

また、管路内の所定位置で該ストッパ昇降用エアーシリンダのロッドの先端に設けられたブレーキ板を昇降する構成により、管路の内径に応じて、該ブレーキ板を管路内の周壁に押圧することによって該ロボットの停止状態を保つことが可能となる。

また、アームを直状の形状及び複数種類に高さを変えてなる折曲形状とすることによって、該アームの先部に設けられたエアーモータに取付けたカッターの取付け高さを調整することが可能となる。

また、アームの先部に設けられたカッター軸にカッターを交換可能に取り付ける構成とし、高さの異なるカッター軸を交換することによって、該カッター軸に取付けられるカッターの取付け高さを調整することが可能となる。

さらに、本体の車輪を外径の異なる車輪に交換することによって、異なる内径の管路に対応して各管路内を走行し、また所定位置における管路の周壁に対するブレーキ板の押圧動作によって該ロボットを停止状態に保つことができ、安定した状態で種々の切削作業を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明の管内作業用ロボットの全体的構成は、図１、２、３に示すように、管路２内に導入されると共に管路２内を前後動し、停止状態で管更生前又は管更生後の切削処理を行うようにした管内作業用ロボット１であって、本体３の内部に設けられた電動モータ４の回転軸４ａを該本体３の頭部に設けられたヘッド５に結合することによって該ヘッド５を周方向に回動可能にすると共に、該ヘッド５に設けられた回動軸５ａを中心に上下方向に回動するアーム６をヘッド５に設けられたエアーシリンダ７の昇降によって作動可能にし、さらに該アーム６の先部に設けられたエアーモータ８によって回転するカッター１０を交換可能に取付けたものである。

このような構成について詳細に述べると、本実施例のロボット１は、金属製の筒状であって長尺な本体３を有し、本体３の四方には車輪９を交換可能に取付けてあり、図１又は図３に示すように、該本体３の前後に固設したフック１１にロープ２８（図１参照）を結合して牽引することにより、ロボット１を前後移動するようにしている。

また、本体３の後端には、図２又は図３に示すコネクタ１２ａが設けられている。このコネクタ１２ａは、図１に示すように、地上に設置されたコンプレッサー（不図示であるが、操作ボックス１４に接続されたチューブ１３に接続される）から送給された圧縮空気を操作ボックス１４で制御してホース１６内に送り、ホースリール１５に巻回されたホース１６を繰り出してマンホールＭを経て管路２内に導入し、そのホース１６の先端のコネクタ１２ｂを本体３側のコネクタ１２ａに結合するようにしている。

また、ホース１６には２本のチューブと電源コードが収納され、夫々のチューブと電源コードは、図４に示すコネクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及び中央の電源ソケット２０に接続されることによって、各シリンダ７、２２又はエアモータ８への圧縮空気を送給し、また電源ソケット２０から電源コード２０ａを介して電動モータ４への電源の供給が行われる。

コネクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて詳細に述べると、図４に示す左右のコネクタＡ、Ｂはカッター用チューブ１８Ａ、１８Ｂに接続され、図２又は図３に示すように、後述するカッター１０を駆動するためにエアーモータ８に供給する圧縮空気を２本のチューブで導入するようにしている。

また、図４に示す上側のコネクタＣに接続されるチューブはストッパ用チューブ１８Ｃであり、図３に示すように、このストッパ用チューブ１８Ｃをストッパ昇降用エアーシリンダ２２に接続した構成によって、ストッパ昇降用エアーシリンダ２２に地上からの圧縮空気を遠隔操作しつつ供給し、管路２内の所定位置で該ストッパ昇降用エアーシリンダ２２のロッド２３の先端に設けられたブレーキ板２４を昇降することにより、該ブレーキ板２４を管路２内の周壁に押圧することによって該ロボット１の停止状態を保つことができる。

なお、上記のストッパ昇降用エアーシリンダ２２のロッド２３を長さの異なるものに交換することにより、管路２の内径に応じたブレーキ機構を構成することが可能となる。

さらに、図４に示す下側のコネクタＤに接続されるチューブはアーム用チューブ１８Ｄであり、図６に示すように、このアーム用チューブ１８Ｄを連結管２１を介してアーム昇降用エアーシリンダ７に接続した構成によって、該アーム昇降用エアーシリンダ７の駆動を行うことができる。

一方、本体３の頭部にはヘッド５が固設されている。このヘッド５は、図２又は図３に示すように、本体３内に設けられた電動モータ４の回転軸４ａにカップリング１７で接続され、電動モータ４の駆動によってヘッド５を周方向に回転するように構成されている。なお、電動モータ４は、例えば２４ボルトのＤＣモータ４を使用し、このモータ４の極性を換えることによって、ヘッド５を左周り又は右周りに回動可能とするものである。

また、図８(ａ)又は(ｂ)に示すように、ヘッド５のアーム支持部２６の上部にはアーム６の後端が回動軸５ａによって回動自在に設けられ、このアーム６の下部に設けられた係止部材６ａの係止孔に、図７に示すようにアーム昇降用エアーシリンダ７のロッド７ａの上端部７ｂを係止した構造により、アーム昇降用エアーシリンダ７のロッド７ａを昇降することによって、アーム６を回動軸５ａの周りに上下方向に回動することができる。これによって、後述するようにアーム６の先部に設けられたエアーモータ８に取付けられたカッター１０の高さを調整可能としている。

また、このアーム６は、図８(ａ)に示すように略直状の形状（６Ａ）とするか、又は図８(ｂ)に示すように、複数種類に高さを変えてなる折曲形状（６Ｂ）とすることによって、該アーム６のエアーモータ８に取付けたカッター１０の取付け高さを調整することが可能となる。

また、アーム６の先部に設けられたカッター軸２５にカッター１０を取り付ける構成とし、高さの異なるカッター軸２５を用意して交換することにより、該カッター軸２５に取付けられるカッター１０の取付け高さを調整することができる。

なお、本発明において、アーム６の先部に設けられたカッター軸２５に取り付けるカッター１０の種類は切削目的に応じて、種々の外径のダイヤモンドコアビット、超鋼コアビット等を取り付けることが可能である。

さらに、本実施例の管内作業用ロボット１においては、図９〜図１２に示すように、本体３の車輪９を外径の異なる車輪９に交換することによって異なる内径の管路２に対応するようにしている。

即ち、図９の中心を通る一点鎖線を境に左側又は右側に図示したものは、本体３の下部に車軸２９を固定して車輪９を取付けたものであり、図示の右側の車輪９が図示の左側の車輪９よりも大径の車輪９としたものである。このように、車軸２９は同様の高さに構成してあっても、車輪９の外径によって異なる内径の管路２に対応したものとすることができる。

また、図１０に示すものは、図９の管路２よりも大径のものに対応するように、本体３の下部に補助部材２７を固定し、この補助部材２７の両側に車軸２９を固設することによって、より大径の管路２に対応することを可能としている。

さらに、図１０に示す構造において、中心を通る一点鎖線を境に左側又は右側に図示したものは、補助部材２７に取付けた軸２９の取付け位置を左側に図示したものよりも右側に図示したほうをより低い位置とすることにより、より大径の管路２に対応し得る構造としたものである。

また、上記の図９及び図１０に示す車輪９は、外周の形状を半円形としたゴム製タイヤを設けたものを図示してあるが、図１１及び図１２に示すものは、外側に傾斜部を有する車輪形状としてある。この図１１の車輪９の取付け構造においても、補助部材２７を使用し、車軸２９の取付け位置を左側に図示したものよりも右側に図示したほうをより低い位置とすることにより、より大径の管路２に対応し得る構造としている。

さらに、図１２に示す車輪９の取付け構造は、補助部材２７の構造をより幅の広いものとして本体３に固定し、車軸２９の取付け位置を右側に図示のものよりも左側に図示のほうをより低い位置とすることにより、より大径の管路２に対応し得る構造としている。

また、上記のいずれの車輪構造においても、ストッパ昇降用エアーシリンダ２２のロッド２３をより長いものに交換することにより、管路２の内径に応じたブレーキ機構を構成することが可能となる。

本発明の管内作業用ロボット１は、上記の構成により、管路２内に導入されると共に管路２内を前後動し、ロボット１の停止状態で管更生前又は管更生後の切削処理を行うようにした管内作業用ロボット１であって、本体３の内部に設けられた電動モータ４の回転軸４ａを該本体３の頭部に設けられたヘッド５に結合することによって該ヘッド５を周方向に回動可能にしたことにより、電動モータ４の遠隔操作によって、所定の高さに保ったカッター１０を回転しながら管路２の内周に沿って回動することが可能となる。

また、ヘッド５に設けられた回動軸５ａを中心に上下方向に回動するアーム６をアーム昇降用エアーシリンダ７の昇降によって作動可能にしたことにより、該エアーシリンダ７に圧縮空気を送る遠隔操作によってアーム６の高さを調整して、カッター１０の高さを変更することが可能となる。このような構造により、例えば、図１に示すように、取付管３０の管口を補修した際に、該管口を閉塞したシール材３１を切開する等の切削作業に適用することが可能となる。

さらに、アーム６の先部に設けられたエアーモータ８によって回転するカッター１０を交換可能に取付けたことにより、水分を扱う箇所で使用する際の漏電等の問題を回避することができ、さらに切削目的に応じて種々のカッター１０を交換することによって所定の切削作業を行うことが可能となる。

また、管路２内の所定位置で該ストッパ昇降用エアーシリンダ２２のロッド２３の先端に設けられたブレーキ板２４を昇降する構成により、管路２の内径に応じて、該ブレーキ板２４を管路２内の周壁に押圧することによって該ロボット１の停止状態を保つことが可能となる。

本発明の管内作業用ロボットは、下水道管等の管路を補修する際に、各種障害物やモルタルの除去、取付管突出部分の除去、管更生後の取付管口の穿孔等に係る処理を行うために使用することが可能であり、カッターを回転する駆動源としてエアーモータを用いた構造によって、水分を扱う箇所で使用するカッターの漏電等の問題を回避することができ、さらに様々な内径の管路内にて確実に停止した状態を保って種々のカッターを使用して所定の切削作業を行うことができる管内作業用ロボットとして利用することが可能である。

本発明による管内作業用ロボットの側面図とホースリールと操作ボックスに関する斜視図である。 本発明による管内作業用ロボットの上面図である（本体は内部構造を示す）。 本発明による管内作業用ロボットの側面図である（本体は内部構造を示す）。 本発明による管内作業用ロボットの本体の後面図である。 本発明による管内作業用ロボットのアームの前面図である。 本発明による管内作業用ロボットのヘッドを示す上面図である。 本発明による管内作業用ロボットのヘッドを示す前面図である。 本発明による管内作業用ロボットのヘッドとアームに関する側面図であり、(ａ)は略直状のアームを使用した側面図、(ｂ)は折曲形状のアームを使用した側面図である。 本発明による管内作業用ロボットの車輪の外径と管路の内径との関係を示す前面図であり、中心を通る一点鎖線によって左右に２態様を示す。 本発明による管内作業用ロボットの車輪の外径と管路の内径との関係を他の２態様で示す前面図である。 本発明による管内作業用ロボットの車輪の外径と管路の内径との関係をさらに他の２態様で示す前面図である。 本発明による管内作業用ロボットの車輪の外径と管路の内径との関係をさらに他の２態様で示す前面図である。 特許文献１に関するカッターの構造を示す断面図である。 特許文献２に関する装置の側面図である。

符号の説明

１ 管内作業用ロボット
２ 管路
３ 本体
４ 電動モータ
４ａ 回転軸
５ ヘッド
５ａ 回動軸
６ アーム
６ａ 係止部材
７ アーム昇降用エアーシリンダ
７ａ ロッド
７ｂ 上端部
８ エアーモータ
８ａ 固定部材
９ 車輪
１０ カッター
１１ フック
１２ａ コネクタ
１２ｂ コネクタ
１３ コンプレッサー接続用チューブ
１４ 操作ボックス
１５ ホースリール
１６ ホース
１７ カップリング
１８Ａ、１８Ｂ カッター用チューブ
１８Ｃ ストッパ用チューブ
１８Ｄ アーム用チューブ
１９ 電源コード
２０ 電源ソケット
２１ 連結管
２２ ストッパ昇降用エアーシリンダ
２３ ロッド
２４ ブレーキ板
２５ カッター軸
２６ アーム支持部
２７ 補助部材
２８ ロープ
２９ 車軸
３０ 取付管
３１ シール材
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ コネクタ
Ｍ マンホール

Claims (4)

1. 管路内に導入されると共に管路内を前後動し、停止状態で管更生前又は管更生後の切削処理を行うようにした管内作業用ロボットであって、前記本体の内部に設けられた電動モータの回転軸を該本体の頭部に設けられたヘッドに結合することによって該ヘッドを周方向に回動可能にすると共に、該ヘッドに設けられた回動軸を中心に上下方向に回動するアームを前記ヘッドに設けられたエアーシリンダの昇降によって作動可能にし、さらに該アームの先部に設けられたエアーモータによって回転するカッターを交換可能に取付けた管内作業用ロボットにおいて、
   前記アームを直状の形状及び複数種類に高さを変えてなる折曲形状とすることによって、該アームのエアーモータに取付けたカッターの取付け高さを調整するようにしたことを特徴とする管内作業用ロボット。
2. 前記ロボットの本体の内部に設けられたストッパ昇降用エアーシリンダに地上から導入されたホースを接続して圧縮空気を供給し、管路内の所定位置で該ストッパ昇降用エアーシリンダのロッドの先端に設けられたブレーキ板を昇降する構成により、該ブレーキ板を管路内の周壁に押圧することによって該ロボットの停止状態を保つようにしたことを特徴とする請求項１記載の管内作業用ロボット。
3. 前記アームの先部に設けられたカッター軸に前記カッターを取り付ける構成とし、高さの異なるカッター軸を交換することによって、該カッター軸に取付けられるカッターの取付け高さを調整するようにしたことを特徴とする請求項1又は２記載の管内作業用ロボット。
4. 前記本体の車輪を外径の異なる車輪に交換することによって異なる内径の管路に対応するようにしたことを特徴とする請求項1、２又は３記載の管内作業用ロボット。