JPH0911891A - 管内走行ロボットの走行方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管内走行ロボットが管周方向に沿った回動走
行をおこなう場合に横倒れ等の問題を起こし難い管内走
行ロボットを得る。 【構成】 走行車体３を、互いに走行車体３の前後方向
に配設される連結軸１９回りに回転可能で相互に連結さ
れた複数の回動車体３０、３１から構成し、前記回動車
体３０、３１夫々に少なくとも一個の走行装置４を車体
の一側面に備え、前記走行装置４を吸着型走行装置とし
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管内を移動可能な走行
車体を備えるとともに、走行車体の前後方向位置に複数
の走行装置を備え、複数の走行装置の夫々を構成する
に、左右一対の車輪を車軸の両端側部位に備えるととも
に、車軸と車輪とを走行装置本体に一体回転駆動操作自
在に備え、走行装置本体を走行車体の上下軸回りに操舵
操作自在に備え、さらに、走行装置を車輪が管内壁に吸
着して走行する吸着型走行装置として構成した管内走行
ロボットの走行方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような構成の管内走行ロボットは、
管内の検査、管内に於ける作業等を目的に、今日、開発
が進められている。管内走行ロボットは、走行車体の前
後方向位置に少なくとも一対の走行装置を備えることに
より、走行対象の管軸に沿った直進走行、さらには、管
周方向に沿った回動走行をおこなうことができる。即
ち、直進走行にあっては、走行車体と走行装置との関係
において、図１、図２に示すように、各走行装置に備わ
る車軸が走行車体の前後方向に対してほぼ直角な姿勢に
維持されて、管内走行ロボット全体が、管軸方向の走行
をおこなう。一方、回動走行にあたっては、走行車体３
と走行装置との関係において、図５に示すように、各走
行装置に備わる車軸６が管軸に対して、ほぼこれに沿っ
た姿勢に維持されて、管内走行ロボット全体が、管周方
向の走行をおこなう。ここで、走行装置の車軸６及び左
右一対の車輪５は、これらが、全体として単一の磁石を
構成する構造とされており、この磁気吸着力により、管
内壁に吸着しながら、管内走行を行える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の回動走行をおこ
なうにあたっては、従来、走行車体が単一の車体から構
成されていたため、図５に示すように、各走行装置の車
軸６を管軸に沿った方向にして回動走行をおこなってい
た。しかしながら、この様にすると回動時に車体が横倒
しになり易い。従って、本発明の目的は、管内走行ロボ
ットが管周方向に沿った回動走行をおこなう場合に横倒
れ等の問題を起こし難い走行方法を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による請求項１に係わる管内走行ロボットの走
行方法の特徴手段は、走行車体を互いに走行車体の前後
方向に配設される連結軸回りに回転可能で、相互に連結
された複数の回動車体から構成し、前記回動車体夫々に
少なくとも単一の走行装置を車体の一側面に備え、前記
連結軸回りにおける前記回動車体の回転位相角にあっ
て、前記回動車体間で前記連結軸回りの回転位相角が互
いに異なる車体回動姿勢に前記回動車体を維持し、前記
走行装置の前記車軸を、それがほぼ管軸方向Ａを向く車
軸回動姿勢に維持して、管内周方向の走行をおこなうこ
とにある。そして、その作用・効果は次の通りである。

【０００５】

【作用】請求項１に係わる管内走行ロボットの走行方法
においては、走行車体が、複数の回動車体と、これらを
走行車体の前後方向で回動可能に連結する連結軸から構
成される。そして、少なくとも一個の吸着型走行装置
が、夫々の回動車体の一側面に装備される。従って、そ
れぞれの回動車体に装備された走行装置の車軸を、管軸
に沿った方向に設定して、この車軸及び車輪を一体とし
て回転駆動する場合は、この回動車体は、管周方向に走
行する。さて、これが、単一の回動車体に関する回動状
態に於ける説明であるが、本願の管内走行ロボットにあ
っては、相互の回動車体にあって、それらの連結軸に対
する回転位相角が互いに異なるように、回動車体相互間
の姿勢を設定する。このような姿勢（但し一例）を取っ
ている状態の管軸方向視図を図３（ニ）に示している。
この図にあっては、走行装置において車軸もまた、管軸
に沿った姿勢となっている。このように、回動車体間に
おいて、互いの回転位相角を異ならせた車体回動姿勢を
取る場合は、走行車体全体としては、これが管軸方向
視、Ｖ字型の姿勢を取ることとなるため、従来のように
横転の危険を格段に少なくして、回動走行をおこなうこ
とができる。

【０００６】

【発明の効果】従って、請求項１に係わる管内走行ロボ
ットの走行方法にあっては、管内周方向の回動を、走行
姿勢にあって走行車体を例えばＶ字型に設定して、横倒
しなくおこなうことができるようになった。

【０００７】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。本
願の管内走行ロボット１の側面図を図１に、管軸方向視
図を図２に示した。これらの図に示されるように、本願
の管内走行ロボット１は、管２内を移動可能な走行車体
３を備えるとともに、この走行車体３の前後方向位置に
一対の走行装置４を備えて構成されている。個々の走行
装置４は、左右一対の車輪５を車軸６の両端側部位に備
えた走行体７を、走行装置本体４０に対して回転駆動操
作自在に備えている。この走行装置本体４０は、走行車
体３の上下軸Ｂ回りに操舵操作自在に備えられている。
この上下軸Ｂは、車軸６と走行車体の前後方向とに対し
て共に直角である。さらに、前記走行体７を走行装置本
体４０に対して回転駆動するための回転駆動機構９が、
各走行装置４毎に備えられるとともに、走行装置本体４
０と走行体７を一体として、走行車体３に対して操舵制
御する操舵機構１０が、同様に、走行装置４毎に備えら
れている。

【０００８】前記走行装置４について以下さらに詳細に
説明する。先ず、走行体７の構成から説明すると、図２
に示すように、走行体７は基本的には車軸６の左右両端
部位に一対の車輪５を備える構造をとっている。但し、
実際には、車軸６はそのほぼ中央部位で分割された構成
とされており、左側の車輪５ａと一体に連結された左側
車軸部６ａと、右側の車輪５ｂと一体に連結された右側
車軸部６ｂとを備えて構成されている。さらに、車輪５
は、夫々、車軸部６ａ、６ｂに一体連結構成された内部
車輪５０とこの内部車輪５０にルーズに外嵌する外部車
輪５１とを備えた二重車輪として構成されている。この
ように、車輪５を二重車輪とすることにより、管２内に
於ける段差部（図外）の走行、鉛直方向の壁面部位（図
外）に於ける走行等を容易にこなすことができる。

【０００９】前述の走行体７は、磁気走行体として構成
されている。即ち、各車軸部６ａ、６ｂには、その軸方
向Ｃに配設される永久磁石１１ａ、１１ｂを備えてお
り、左側車軸部６ａと右側車軸部６ｂとは、互いにその
中央側端面部位１２で、金属性ブラシ１３により磁気的
に接続されている。よって、この走行体７にあっては、
左右両端面に配設される車輪５が、互いに異なった磁極
となり、図２に示すように、管内壁１４を介して磁界を
分布させることにより、強い磁気吸着力を発揮すること
ができる。従って、この走行装置４は磁気吸着型の走行
装置である。

【００１０】次に、この走行体７の回転駆動関係につい
て説明する。前述の左側車軸部６ａと右側車軸部６ｂと
には、夫々個別に、回転駆動用のモータ１５ａ、１５ｂ
が、独立に設けられている。各モータ１５ａ、１５ｂか
らの回転駆動力は、左右それぞれ独立して設けられてい
るギヤ伝動機構１６ａ、１６ｂを介して、夫々、車輪５
ａ、５ｂに伝達されて、所定の走行をおこなうことがで
きる。ここで、これらのモータ１５ａ、１５ｂの回転軸
１７ａ、１７ｂの配設方向は、走行車体３の上下方向と
されており、この回転軸１７ａ、１７ｂの配設方向に沿
って設けられるモータ１５ａ、１５ｂの磁石１８ａ、１
８ｂの磁界の方向と、前述の走行体７が備える磁界の方
向とはほぼ直交するものとされている。従って、走行体
７に存する磁界により、モータ１５ａ、１５ｂの回転が
影響を受けることはない。

【００１１】さて、前述の走行装置本体４０は、以上説
明した走行体７、一対のギヤ伝動機構１６ａ、１６ｂさ
らには一対のモータ１５ａ、１５ｂを、走行車体３に対
して支持する。前述のように、この走行装置本体４０は
走行車体３に対して、その上下軸Ｂ回りに回転可能に配
設構成されており、この回転により、走行装置４全体
が、走行車体３に対して操舵できる。

【００１２】管内走行ロボット１の走行にあっては、左
右一対の車輪５（各輪に連結された左右一対の車軸部６
ａ、６ｂを含む）を、夫々、独立に回転駆動する左右一
対のモータ１５ａ、１５ｂの回転駆動量の差により、走
行車体３に対する（例えば走行車体の前後方向に対す
る）走行装置４の操舵量が調節される。即ち、走行車体
３に対する走行装置本体４０の回転可能な支持機構およ
び、左右一対のモータ１５ａ、１５ｂ及びギヤ伝動機構
１６ａ、１６ｂによって、前述の操舵機構１０が構成さ
れている。

【００１３】一方、先に説明したように、各モータ１５
ａ、１５ｂは、対応する車軸部６ａ、６ｂを回転駆動す
る。従って、各モータ１５ａ、１５ｂ及びそれに接続さ
れたギヤ伝動機構１６ａ、１６ｂが回転駆動機構９を構
成している。

【００１４】以上が、各走行装置４の構成であるが、図
１に示すように、これらの走行装置４は、走行車体３の
幅方向のほぼ中央位置で、走行車体３の前後方向にほぼ
均等に、一対、配置されている。従って、各走行装置４
を、適切に操舵操作して、走行体７を回転駆動すること
により、例えば、管軸方向Ａに於ける螺旋走行をおこな
うことができる。さらに、ロボットの走行方向変更にあ
たっては、例えば前進側の走行装置４において、その左
右位置に配設される車輪５ａ、５ｂの回転駆動量を変え
ることによって、走行方向を変更することができる。

【００１５】以上が、主に管軸方向に沿った走行に於け
る本願の管内走行ロボット１の動きであるが、以下に、
管周方向に走行である回動走行をおこなう場合に有効と
なる構成について説明する。これまでの説明にあたって
は、走行車体３が単一体として構成されているように説
明してきたが、図１、図３に示すように、走行車体３
は、互いに走行車体の前後方向に配設される連結軸１９
回りに回転可能で、この連結軸１９で相互に連結された
一対の回動車体３０、３１から構成されている。そし
て、それぞれの回動車体３０、３１に、夫々単一の前記
走行装置４がその一側面（底部側）に備えられている。

【００１６】この連結軸１９と各回動車体３０、３１と
の関係において、連結軸回りにおける回動車体の回転位
相角を、夫々の回動車体３０、３１に対して検出する回
転位相角検出センサ２０、２１が備えられるとともに、
回動車体３０、３１間で連結軸１９回りの回転位相角が
互いに異なる車体回動姿勢に、回動車体３０、３１間相
互を維持可能に構成されている。即ち、互いの回動車体
３０、３１間で、それらが相互に傾いた姿勢を維持でき
るように構成してある。この姿勢を、車体回動姿勢と呼
び、図３（ニ）に示すような姿勢である。さらに、相互
の回動車体３０、３１が前述のような車体回動姿勢にあ
る場合に、各走行装置４の車軸６を、それらがほぼ管軸
方向Ａを向く車軸回動姿勢に維持することができる。

【００１７】また、回動車体３０、３１が連結軸１９回
りの位相角において相等しく、走行装置４が車輪５の駆
動回転により管軸方向Ａの走行を行う姿勢となる直進走
行姿勢と、回動車体３０、３１が車体回動姿勢で走行装
置４が車軸回動姿勢である回動姿勢との間で、回転駆動
機構９と操舵機構１０とを姿勢変更制御する姿勢制御手
段２４を備えている。この姿勢制御手段２４は、回転駆
動機構９と操舵機構１０とを夫々制御することとなる
が、図４に示すように、前方側の走行装置４ａ、後方側
の走行装置４ｂ夫々に対する操舵量あるいは回転駆動量
が、所定の目標値になるまで、夫々独立に制御を繰り返
す基本フレーム２６の組み合わせから構成されている。
姿勢制御手段２４は、例えば、図４に示すような７段の
基本フレーム２６の組み合わせとして作成される。各基
本フレーム２６は、動作の種別及びその目標値を入力と
して、この目標値が達成されるまで特定動作機器（具体
的には各動作に対応して作動すべきモータ）の作動をお
こなうものであり、各動作を呼び出し順に行う制御ファ
イルを組み立てることができるようになっている。そし
て、各基本フレームにあっては、動作に必要な特定動作
機器の単位作動量が記憶されており、この単位作動量の
動作をおこなった各時点で、目標値の達成如何が判断さ
れる。

【００１８】単一の基本フレーム２６の例を、前方側走
行装置４ａの操舵操作を例にとって説明すると、操舵検
出センサ２５の検出値と操舵目標値との関係において、
この目標値が達成されない限りにおいて、操舵操作を一
定方向に繰り返すように、プログラムが構成されてい
る。即ち、操舵検出センサ２５の検出値の検出操作と、
この検出値と目標値（＋９０度）との比較操作と、この
比較結果に伴って更なる操舵を単位動作量（１ｍ／ｍｉ
ｎ）だけおこなう操作とが、一定のループを成す構成と
されており、目標値が達成された場合に、このループか
ら抜け出して、後続の動作に移る構成とされている。

【００１９】以下、本願の管内走行ロボット１が、姿勢
制御手段２４の指令に従って、直進走行姿勢から回動走
行姿勢に姿勢変更し、回動走行を行った後、直進走行姿
勢に復帰する場合について説明する。

【００２０】以下、図４に示す姿勢制御手段２４の作成
手順と、それに対応した管内走行ロボット１の運動につ
いて説明する。 姿勢制御手段 ステップ１ 前方側走行装置４ａの操舵量を操作対象とし、その目標
値を左へ９０度とする入力をおこなう。この操作をおこ
なうと、ステップ１として、この動作制御をおこなう基
本フレームプログラムに具体的な目標値が挿入された制
御ファイルが作成される。 姿勢制御手段 ステップ２ 前方側走行装置４ａの回転駆動量を操作対象とし、その
目標値を５０とする入力をおこなう。この操作をおこな
うと、前記ステップ１に引き続くステップ２として、こ
の動作制御をおこなう基本フレームプログラムに具体的
な目標値が挿入された制御ファイルが作成される。 姿勢制御手段 ステップ３ 後方側走行装置４ｂの操舵量を操作対象とし、その目標
値を左へ９０度とする入力をおこなう。この操作をおこ
なうと、前記ステップ２に引き続くステップ３として、
この動作制御をおこなう基本フレームプログラムに具体
的な目標値が挿入された制御ファイルが作成される。 姿勢制御手段 ステップ４ 前方側及び後方側走行装置４ａ、４ｂの回転駆動量を操
作対象とし、その目標値を＋４７１とする入力をおこな
う。この操作をおこなうと、前記ステップ３に引き続く
ステップ４として、この動作制御をおこなう基本フレー
ムプログラムに具体的な目標値が挿入された制御ファイ
ルが作成される。 姿勢制御手段 ステップ５ 後方側走行装置４ｂの操舵量を操作対象とし、その目標
値を左へ−９０（右へ９０）度とする入力をおこなう。
この操作をおこなうと、前記ステップ４に引き続くステ
ップ５として、この動作制御をおこなう基本フレームプ
ログラムに具体的な目標値が挿入された制御ファイルが
作成される。 姿勢制御手段 ステップ６ 前方側走行装置４ａの回転駆動量を操作対象とし、その
目標値を−５０とする入力をおこなう。この操作をおこ
なうと、前記ステップ５に引き続くステップ６として、
この動作制御をおこなう基本フレームプログラムに具体
的な目標値が挿入された制御ファイルが作成される。 姿勢制御手段 ステップ７ 前方側走行装置４ａの操舵量を操作対象とし、その目標
値を左へ−９０（右へ９０）度とする入力をおこなう。
この操作をおこなうと、ステップ６に引き続ききステッ
プ７として、この動作制御をおこなう基本フレームプロ
グラムに具体的な目標値が挿入された制御ファイルが作
成される。

【００２１】以上、直進走行姿勢から回動姿勢をとり、
この回動姿勢において回動走行をおこない、また、直進
走行姿勢に復帰するための制御ファイルが、以上のよう
にして、操作対象とその目標値の入力のみにより、容易
簡便に作成される。

【００２２】さて、以下に上記の動作を、先に説明した
各制御ステップと図３（イ）〜（ニ）との関係において
説明する。 １ 図３（イ）に本願の管内走行ロボット１が上記の直
進走行姿勢にある状態を示した。同図は、管内走行ロボ
ット１を前方より見た状態を示しており、各走行装置４
に備えられる走行体７は、その車軸６が管軸方向Ａに対
して直交した状態にあり、車輪５の接地部がその回転に
伴って管軸方向Ａに転動できる。 ２ 姿勢制御手段２４のステップ１が実行される。管内
走行ロボット１にあっては、前方側の走行装置４ａが操
舵操作を受け、その車軸６が管軸方向Ａを向くまで装置
は回動する。本願にあっては前方側の走行装置４ａに備
えられる左右一対の車輪５が、互いに同じ速度で逆方向
に回転されて、走行車体３に対する走行装置４の操舵が
完了する。図３（ロ）に、操舵を完了した状態を示し
た。同図において、前方側の走行装置４ａの車軸６は管
軸方向Ａに沿った姿勢となっており、後方側のそれは、
元のままに維持されている。従って、ロボット１が倒れ
ることはない。 ３ 上記のステップ１に引き続いて、ステップ２が実行
される。前方側の走行装置４ａが一定量の回動駆動制御
を受ける。従って、前方側の回動車体３０が後方側の回
動車体３１に対して、連結軸１９回りに回転し、管内壁
１４を管周方向Ｄに部分的に登る。この場合は、前方側
の走行装置４ａに備えられる左右一対の車輪５が、同速
度で同一方向に回転されて、回動車体３０、３１間の姿
勢変更を完了する。図３（ハ）に、姿勢変更を完了した
状態を示した。 ４ ステップ２に引き続いてステップ３が実行される。
後方側の走行装置４ｂが操舵操作を受け、その車軸６が
管軸方向Ａを向くまで装置は回動する。本願にあっては
後方側の走行装置４ｂに備えられる左右一対の車輪５
が、互いに同じ速度で逆方向に回転されて、走行車体に
対する走行装置４の操舵が完了する。図３（ニ）に、操
舵を完了した状態を示した。同図において、前方側及び
後方側の走行装置４の車軸６は管軸方向Ａに沿った姿勢
となっているが、回動車体間において、これがＶ字型と
なっているため、たとえ、回動走行をおこなってもロボ
ットが倒れることはない。 ５ ステップ３に引き続いてステップ４が実行される。
これにより、管内走行ロボット１は、管内を周方向に安
定した状態で回動走行する。この走行状態にあっては、
横倒しの無い回動を確保する。 ６ そして、上記の回動走行を終了した後、上記のステ
ップ１からステップ３に到る動作をステップ５〜ステッ
プ７において逆に辿って、直進走行姿勢への復帰を完了
する。

【００２３】〔別実施例〕本願の別実施例について、以
下説明する。 （イ） 上記の実施例においては、走行車体をその前後
方向に二分割して、回動車体を一対備える構造とした
が、この分割数に関しては、任意複数であればよく、回
動走行に当たって、回動車体間においてその連結軸回り
の回転位相角が異なる姿勢が取れれば、横倒しを発生す
ることなしに、回動走行をおこなうことができる。例え
ば、走行車体を車体の前後方向で３分割し、その中間回
動車体のみを他の回動車体から回転位相角を異ならせる
姿勢とする場合は、周方向のみならず、管の軸方向にお
いても倒れを発生し難い状態での回動走行を行える。 （ロ） さらに、上記の実施例においては、姿勢制御手
段の構成として、前方側の走行装置の操舵、回転駆動、
後方側の走行装置の操舵の順に行ったが、これは、後方
側の走行装置からはいってもよい。さらに、いずれかの
走行装置の操舵と回転駆動とを同時的におこなってもよ
い。 （ハ） さらに、上記の実施例においては、走行体を、
車軸を左右一対の車軸部から構成するとともに、これら
車軸部の一方の端部に車輪を備え、これら一対の車軸部
に対して独立に回転駆動用のモータを別個に備える構成
としたが、この構成としては、以下のような構成も採用
できる。 即ち、単一の車軸の両端部に車輪を備え、走行用モータ
によりこの車軸を、その軸廻りに回転駆動して、走行体
の走行装置本体に対する回転駆動を確保するとともに、
この走行装置本体と車体との間で、走行装置本体を車体
の上下方向の軸廻りに回転可能に構成するとともに、こ
の回転のための操舵用モータを備えて、構成してもよ
い。

【００２４】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の管内走行ロボットの側面図

【図２】本願の管内走行ロボットの管軸方向視図

【図３】直進走行姿勢から回動姿勢への姿勢変更順を示
した模式図

【図４】直進走行姿勢から回動姿勢への姿勢変更シーケ
ンスの基本構造を示したフロー図

【図５】提案されている回動姿勢に於ける回動状態を示
す図

【符号の説明】 １ 管内走行ロボット ２ 管 ３ 走行車体 ４ 走行装置 ５ 車輪 ６ 車軸 １９ 連結軸 ２４ 姿勢制御手段 ３０ 回動車体 ３１ 回動車体 Ａ 管軸方向 Ｂ 上下軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管（２）内を移動可能な走行車体（３）
   を備えるとともに、前記走行車体（３）の前後位置に複
   数の走行装置（４）を備え、前記複数の走行装置（４）
   の夫々を構成するに、左右一対の車輪（５）を車軸
   （６）の両端側部位に備えるとともに、前記車軸（６）
   と前記車輪（５）とを走行装置本体（４０）に一体回転
   駆動操作自在に備え、前記走行装置本体（４０）を前記
   走行車体（３）の上下軸（Ｂ）回りに操舵操作自在に備
   え、前記走行装置（４）を車輪が管内壁（１４）に吸着
   して走行する吸着型走行装置として構成した管内走行ロ
   ボットの走行方法であって、 前記走行車体（３）を互いに前記走行車体（３）の前後
   方向に配設される連結軸（１９）回りに回転可能で、相
   互に連結された複数の回動車体（３０）（３１）から構
   成し、前記回動車体（３０）（３１）夫々に少なくとも
   単一の前記走行装置（４）を車体の一側面に備え、 前記連結軸（１９）回りにおける前記回動車体（３０）
   （３１）の回転位相角にあって、前記回動車体（３０）
   （３１）間で前記連結軸回りの回転位相角が互いに異な
   る車体回動姿勢に前記回動車体（３０）（３１）を維持
   し、前記走行装置（４）の前記車軸（６）を、それがほ
   ぼ管軸方向（Ａ）を向く車軸回動姿勢に維持して、管内
   周方向の走行をおこなう管内走行ロボットの走行方法。