JPH01121187A - 走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
は部（２）が設けられ、この作業部取付は部（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、
作業部取付は部（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、作業部取付は部（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１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
率や折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
付は部（２）が設けられ、この作業部取付は部（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、作業部取付は部（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
や折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
び配管の曲率や折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折率に沿っ
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、かつ配管の曲率や折率に沿って作業
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は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、作業部取付は部
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は部との間に斜旋回
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、その斜読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
管の曲率や折率に沿って運動させることができる。

しかも、作業部の駆動部を経世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
走行車軸（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）
から走行車軸（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、作業部取付は部（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
部取付は部（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きアクチュエ
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、上記作業部取付は部（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は部（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
うに斜読する。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ズル（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、作業部取付は部（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（３１）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）を斜読回軸（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、たとえばウィンチつきクレーン車に連結させる
フックなどウィ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、上記ウィ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、支持軸（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
率や折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は部（２）
や走行部も軽量化でき、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ィ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。

＝１１− 〔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は部との間
に斜旋回の関節を配設したので、その斜旋回の関節と作
業部を駆動する他の駆動部との共動により作業ヘッドを
たとえば配管の曲率や折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図は本発明の詳細な説明図で、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・・・作業部取付は部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
行車軸　　　　　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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。