JPH08304294A - 管内走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屈曲した管内で円滑、かつ 確実に走行でき
る管内走行ロボットを提供する。 【構成】 ロボット３１は、チューブ３３によって屈曲
自在に連結された前方部３２と後方部３４からなり、内
部に制御装置４５、通信装置４６等を備え、前方部と後
方部の周囲には車輪３５ａ，ｂ，ｃがそれぞれが３方に
設けられている。車輪３５ａ，ｂの外周には進行方向に
沿って回転軸を有するローラ１６が複数備えてあり、一
方車輪３５ｃはローラを外周に有しないゴム等摩擦力の
大きい車輪となっている。これにより、ロボットは、２
つの車輪の横滑りによって管の屈曲部において円滑に屈
曲進行でき、かつ、ローラを備えない車輪によって管内
面に密着し、上昇時でも確実に上昇方向に走行でき、又
車輪が水平に向いた時でもロボットの落下を防止して、
ロボット本体が管内面に接触すること等を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線操縦によってガス
管等の管内を走行する管内走行ロボットに関し、特に管
内において円滑かつ確実に移動できる管内走行ロボット
に関する。

【０００２】

【従来技術】現在地中には相当な長さにおよぶガス管が
埋設され、又プラント等では長大な管が複雑に配設され
ており、ガス等の流体を効率よく円滑に流動させること
および事故を未然に防止する等のため適宜に管の検査を
必要とする。ところが、地上から掘削して埋設管を全て
検査しようとすると非常に多くの手間と時間を要し、又
複雑に配管されたプラントの管を逐一目視により検査す
ることは実質的に不可能である。そこで撮影機器を備え
たロボットを管内に送り、管内の映像をロボットによっ
て写し出すなどして管内を検査する検査方法が提案され
ている。

【０００３】ところで、ケーブルを用いてこのような検
査ロボットとの間で制御信号や映像信号等の通信を行な
うと、接続されたケーブルの長さにロボットの走行距離
が限定され、ケーブルの長さ毎に逐一範囲を区切って検
査を行なわなければならず多くの手間と時間がかかると
いう問題がある。又ケーブルを長くするとその保管や運
搬に手間がかかり、更にロボットがケーブルを管内に引
き込みながら走行するため走行負荷が非常に大きくなり
強力な動力を有する大型なロボットになってしまい狭い
管や屈曲の多い管では利用できないという問題があっ
た。そこで、ロボットを無線操縦で制御し、ロボットが
撮影した映像も無線通信によって送信する方法が発明さ
れた。

【０００４】従来のこの種のロボットの一つに、中間に
チューブを設け、２つの走行部をチューブで屈曲自在に
連結した形式の管内走行ロボットが発明されている。こ
のロボットは、チューブで連結された前方部と後方部の
それぞれに、３つの車輪を、上方に１つ、他の２つの車
輪を下方に配置し、かつこれら車輪の上下間隔が適度に
広がるように付勢して、管内面にロボットを挿入したと
き車輪が管内面に押し付けられて自在に走行できるよう
にしていた。

【０００５】更に、ロボットが管の屈曲部において円滑
に方向転換できるよう、各車輪の外周には車輪の回転方
向に対して直角な方向に回転するローラを複数設け、管
の屈曲に合わせて車輪が横滑りするようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ケーブルを
接続させたロボットではケーブルを介して充分な電力を
供給することができるが、無線操縦によるロボットにあ
っては、搭載したバッテリの充電電力のみで全ての機器
に電力を供給することから、消費電力を極力減少させる
必要がある。そこで、トルクの大きなモータは大電力を
消費することから、トルクの小さいモータを用いてモー
タの消費電力を小さくし、しかもトルクの小さいモータ
であっても充分に管内を走行するように、管内面への車
輪の押し付け力を低減させ、ロボットの管内での走行抵
抗を小さくすることとした。

【０００７】しかしながら、各車輪に横方向に回転する
ローラが取り付けられていることから、車輪の管内面へ
の押し付け力を小さくすると、ロボットが管内で回転し
て上下の車輪が水平方向に位置した場合、ロボットの自
重を支えきれず車輪間隔が押し縮められて管の下側に下
がってしまうことがあった。このようにロボットが下方
に下がると、管とロボットとの隙間が下方で狭くなり、
ロボットのボディが管の内面に接触して走行抵抗が大き
くなり、電力消費量が増大したり、又屈曲時にロボット
の一部が管の内面に当たり、トルクの小さいモータでは
屈曲部を通過できなくなることがある。

【０００８】本発明は、上記課題を解決し、車輪の押し
付け力を小さくして、消費電力を低減できるとともに屈
曲部を含め管内を円滑に走行することができる管内走行
ロボットを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため、前方部の後方に屈曲自在な連結部材で後方
部を連結し、前方部及び後方部のそれぞれに設けた駆動
車輪を所定の付勢力で管内面に押し付け、被検査管の外
部に設置した検査装置本体からの無線操縦で該管内を走
行するとともに、該管内において得られた情報を無線に
よって前記検査装置本体に送信する管内走行ロボットに
おいて、前方部及び後方部にそれらの長手方向中心を通
る平面内に車輪をほぼ三角形状に配置し、これら車輪の
うち２つの車輪の外周に該車輪の回転方向に対して直角
方向に回転する複数のローラを設け、かつ他の１つの車
輪にはかかるローラを設けず、少なくとも外周を摩擦力
の大きい材質で形成して管内走行ロボットを構成した。

【００１０】又、ローラを備えていない他の１つの車輪
を、前方部の後方及び後方部の前方に配置して管内走行
ロボットを構成した。

【００１１】

【作用】管内走行ロボットの前後それぞれには３つの車
輪が設けてあり、そのうちの２つの車輪には外周にロー
ラが設けられているので、屈曲部においてローラが回転
して車輪が横方向に移動し、円滑に屈曲できる。そし
て、駆動力を要する場合、例えば上向きに走行する場合
には、ローラのない車輪により強力な保持力が得られ、
空転することなく上方に走行できる。更に、ロボットが
管内で回転し車輪が水平方向に向いた場合でも、車輪の
１つにはローラが設けられていないことから、ロボット
自身の重さを適確に支持して下方に下がることがなく、
管との必要な隙間を確保して管内を円滑に移動できる。

【００１２】

【実施例】本発明にかかる管内走行ロボットの一実施例
について図を用いて説明する。

【００１３】ロボット３１は、図２に示すように前方部
３２と、後方部３４と、これら前方部３２と後方部３４
とを連結するチューブ３３等から構成されている。

【００１４】前方部３２は、３つの車輪３５ａ等を三方
に有し、前方に向けた撮影用カメラ４１と、カメラ４１
のレンズの周囲に設置された発光ダイオードからなる照
明用ライト４２と、バッテリ４３等を内部に搭載してい
る。

【００１５】図１に前方部３２の内部構造を示す。

【００１６】前方部３２には、上方に１つの車輪３５ａ
が、又下方に２つの車輪３５ｂ及び車輪３５ｃがそれぞ
れ同一面内に設置されており、各車輪３５ａ等には、駆
動用モータ１１及び減速ギア１２が接続させてある。更
に、下方の車輪３５ｂと車輪３５ｃは、それぞれステー
１３の端部に取り付けてあり、ステー１３の支点１４を
中心に回動自在に支持されている。又、ステー１３の中
間部分にはばね１５が取り付けてあり、ばね１５はこれ
ら車輪３５ｂと車輪３５ｃとの間隔を縮める方向、すな
わち前方部３２の中心に向けてステー１３を付勢してい
る。バネ１５の付勢力は、ロボット３１を管５０内に挿
入したとき車輪３５ａ等に過大な押し付け力が発生しな
い程度の力であり、かつ管５０内を走行するに充分な車
輪３５ａ等の押し付け力が得られる力である。バネ１５
のバネ力を可変にしてもよい。

【００１７】更に、上方の車輪３５ａと下方前方の車輪
３５ｂは、外周にローラ１６が複数設けてある。ローラ
１６は、ゴム等の摩擦係数の大きい部材からなるローラ
で、図示しない軸により、車輪３５ａ等の回転進行方向
に対して直角な方向に回転自在に取り付けられている。
又、これらローラ１６とローラ１６の間には、ゴム等か
らなる円形の滑り止め部材３９が設けられ、ローラ１６
と滑り止め部材３９で形成される車輪３５の外周がほぼ
円形となるように形成されている。又、下方後方の車輪
３５ｃは、ローラ１６を備えておらず、外周部にゴム等
の摩擦係数の大きい部材が取り付けられた車輪である。

【００１８】尚、摩擦係数の大きい材質としては、ゴム
に限らず他の合成樹脂等であってもよい。

【００１９】チューブ３３は可撓性を備えたチューブで
あり、前方部３２と後方部３４を接続する各種ケーブル
（図示せず）が内部に通されている。

【００２０】後方部３４は、図２に示すように前方部３
２とほぼ同一の構造であり、図２及び図３に示すように
制御手段４５、受信装置４７と送信装置４８からなる通
信装置４６等を内部に搭載し、通信装置４６に接続した
アンテナ４０を後方に備えている。又、下方前方の車輪
３５ｃはローラ１６のないゴム製の車輪であり、他の２
つの車輪３５ａと車輪３５ｂは前方部３２の車輪３５ａ
等と同様ローラ１６と滑り止め部材３９を有した車輪で
構成されている。

【００２１】制御手段４５は、モータ１１、カメラ４
１、ライト４２、及び受信装置４７等に接続し、図３に
示すコントローラ６１からの指示を受信装置４７を介し
て受け取り、指示に従ってモータ１１等を作動制御し、
又送信装置４８を介してカメラ４１からの映像を送信す
る。

【００２２】地上側に配置される検査装置６０は、図３
に示すようにアンテナ２０に接続された送信装置６４、
６９、及び受信装置６６、６８とを備え、コントローラ
６１が制御手段６３を介して送信装置６４に接続し、受
信装置６６が映像処理装置６５を介して受信画像を映し
出すモニタ６２に接続している。更に、位置検出装置６
７が受信装置６８と送信装置６９に接続し、位置検出の
電波を発するとともにその電波を受信して、ロボット３
１の位置情報をモニタ６２に表示するように構成されて
いる。

【００２３】次に、ロボット３１の作動について説明す
る。

【００２４】図５に示すように、ガス管５０内に挿入さ
れたロボット３１は、車輪３５ｂ等をばね１５によって
管５０の内壁に押し付け、図４に示すように管５０のほ
ぼ中心に位置される。そして、例えばロボット３１を前
進させるようにコントローラ６１を操作すると、信号が
制御手段６３から送信装置６４に送られアンテナ２０か
ら管５０内に電波として発信される。管５０内を伝わっ
た電波は、アンテナ４０を通して受信装置４７で受信さ
れてロボット３１の制御手段４５に伝えられ、モータ１
１が前進方向に駆動される。

【００２５】モータ１１が駆動されると、車輪３５ａ等
が回転し、ロボット３１が管５０内を前進する。その
際、ローラ１６を有する車輪３５ａ、車輪３５ｂは、外
周の滑り止め部材３９とローラ１６によってモータ１１
の回転力を伝達して前進し、ローラ１６を持たない車輪
３５ｃは直接回転力を伝達する。

【００２６】このようにして、車輪３５ａ等の回転によ
りロボット３１が管５０内を直進する。そして、ロボッ
ト３１が管５０の屈曲部にかかり、ロボット３１の進行
により車輪３５ａの向きが右左方向に変化する場合に
は、車輪３５ａと車輪３５ｂのローラ１６が回転し、車
輪３５ａ等がロボット３１の進行方向に対して直角な方
向に回転しながら移動し、ロボット３１の向きが変更さ
れる。その際、車輪３５ｃは横方向にずれることはない
が、残り２つの車輪３５ａ、３５ｂが車輪３５ｃの接地
点を軸にして回転するように左右にずれるので車輪３５
ｃがずれることがなくともロボット３１は円滑に屈曲で
きる。

【００２７】また、ロボット３１が進行方向の軸を中心
にして回転し、車輪３５ａ等が水平方向に向いた場合で
も、車輪３５ｃがローラ１６を備えていないので、自重
を確実に支えることができ、ローラ１６の回転によって
落下することがない。それにより、ロボット３１の位置
が管５０内で下がることがなく、常に管５０の中心位置
に保持されるので、管５０の内壁とロボット３１との間
隔を一定に保持でき、ロボット３１が管５０の内面に接
触せず、又屈曲部にかかっても、支障なく円滑に進行す
ることができる。

【００２８】一方、コントローラ６１から撮影の指示を
送信するとカメラ４１、ライト４２等が作動し、管５０
内を撮影し、撮影した管５０内の映像信号は送信装置４
８からアンテナ４０を通して管５０内に発信され、管５
０内を伝わり地上のアンテナ２０の映像用のアンテナに
受信され、受信装置６６、映像処理手段６５を介してモ
ニタ６２に映し出される。

【００２９】又、ロボット３１の管内における位置を検
出する場合は、位置検出手段６７を作動させ、パルス信
号（電波）を送信装置６９からアンテナ２０を介して管
５０内に発信する。管５０内に発信されたパルス信号
は、管５０内のロボット３１に当たり反射して戻るの
で、その戻った反射波を受信装置６８で受信し、パルス
信号を発信してからの時間差に基づいてロボット３１ま
での距離を演算する。演算された値はモニタ６２に表示
されるので、ロボット３１の管５０内での位置を判断す
ることができる。

【００３０】このようにして、ロボット３１は管５０内
で円滑に移動でき、又管５０内の状況をカメラ４１で撮
影して映像で検査することにより、管５０に生じた損傷
の有無及び位置等をモニタ６２を通して確実に検査する
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の管内走行ロボットは、三方に車
輪を備えた連結型の管内走行ロボットにおいて、車輪の
外周に車輪の進行方向直角の方向に回転するローラを備
えた車輪に加え、ローラを備えない車輪を少なくとも１
つ設けることとしたので、ローラを備えた車輪によって
ロボットは容易に横滑りして屈曲部分を円滑に通過で
き、しかも、ローラを備えない車輪によって管内での位
置を確実に保持でき、管内での滑り落ちを防止すること
ができるので、ロボットが管内で回転して車輪が水平に
向いた場合であっても、自重を支えて下方に落下するこ
とがない。それにより、常に管の中心位置にロボットを
保持でき、管壁にロボットが接触することがなく、かつ
屈曲部を支障なく通過でき、管内を円滑に走行すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるロボットの一実施例を示す断面
図である。

【図２】本発明にかかるロボットの一実施例を示す断面
図である。

【図３】本発明にかかるロボットの制御ブロック図であ
る。

【図４】本発明にかかるロボットの一実施例を示す断面
図である。

【図５】ロボットの全体を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ モータ １２ 減速ギア １３ ステー １５ バネ １６ ローラ ２０、４０ アンテナ ３１ ロボット ３２ 前方部 ３３ チューブ ３４ 後方部 ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 車輪 ３９ 滑り止め部材 ４１ カメラ ４２ ライト ４３ バッテリ ４５、６３ 制御手段 ４６ 通信装置 ４７、６６ 受信装置 ４８、６４、６９ 送信装置 ５０ 管 ６１ コントローラ ６２ モニター ６７ 位置検出装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方部の後方に屈曲自在な連結部材で後
   方部を連結し、前記前方部及び後方部のそれぞれに駆動
   車輪を設け、該車輪を所定の付勢力で管内面に押し付
   け、被検査管の外部に設置した検査装置本体からの無線
   操縦で該管内を走行するとともに、該管内において得ら
   れた情報を無線によって前記検査装置本体に送信する管
   内走行ロボットにおいて、 前記前方部及び後方部にそれらの長手方向中心を通る平
   面内に前記車輪をほぼ三角形状に配置し、該車輪のうち
   ２つの車輪の外周に該車輪の回転方向に対して直角方向
   に回転する複数のローラを設け、かつ他の１つの車輪に
   は前記ローラを設けず、少なくとも外周を摩擦力の大き
   い材質で形成したことを特徴とする管内走行ロボット。
2. 【請求項２】 前記ローラを備えていない他の１つの車
   輪を、前記前方部の後方及び前記後方部の前方に配置し
   たことを特徴とする管内走行ロボット。
3. 【請求項３】 前記複数のローラを備えた車輪におい
   て、該ローラ間に滑り止め部材を設けたことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の管内走行ロボット。
4. 【請求項４】 前記他の１つの車輪の材質をゴムとした
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の管内走行ロボッ
   ト。