JPH0911893A - 管内走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率的で信頼性のある管内移動が行える管内
走行ロボットを得る。 【構成】 走行車体３に備えられる走行装置４が、車軸
６の両端側部位に左右一対の車輪５を備え且つ前記左右
一対の車輪５が前記車軸６により磁気的に連結されて異
なった磁極とされる磁気吸着型走行装置として構成さ
れ、前記車輪５を回転駆動する回転電動機１５ａ、１５
ｂを備えた管内走行ロボットであって、前記車軸６の配
設方向に対して前記回転電動機１５ａ、１５ｂの回転軸
１７ａ、１７ｂの配設方向をほぼ直角又はねじれの位置
関係に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行車体に備えられる
走行装置が、車軸の両端側部位に左右一対の車輪を備え
且つ前記左右一対の車輪が前記車軸により磁気的に連結
されて互いに異なった磁極とされる磁気吸着型走行装置
として構成され、前記車輪を回転駆動する回転電動機を
備えた管内走行ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の管内走行ロボットにあっ
ては、車軸と車輪を回転駆動するための回転電動機は、
ほぼ平行に配設されていた。従って、車軸の方向と回転
電動機の回転軸の方向（この方向は回転電動機に備えら
れる磁石の配設方向となっている）とがほぼ平行となっ
ていた。一方、本願のような磁気吸着走行装置にあって
は、車軸の両端側部位に一対の車輪を備え、それらを互
いに異なった磁極とするために、一対の車輪と車軸から
構成される走行体の回りには、図２に示すような磁界が
形成される。同図においては、走行体の下部側に形成さ
れる磁界のみを示しているが、回転電動機が配設される
上部側においても、状況は大きく変わらない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、管内走行ロボッ
トにあっては、そのロボットに許容される空間がかなり
制限される。さらに、走行装置の重心を出来るだけ走行
体に近接させて低くしたい。この様な理由から、できる
だけ回転電動機の位置を下部側（走行体側）に配設した
い。しかしながら、上記の平行配置構造を採用すると、
走行体側の磁界が回転電動機の回転に影響を及ぼし、回
転にむらが生じ易く、信頼性に欠けるという問題があっ
た。さらに、従来の管内走行ロボットにあっては、走行
装置の走行用（走行体の回転駆動用）の回転電動機と、
走行装置の操舵用の回転電動機とを別個に備えていたた
め、走行もしくは操舵のみの動作をおこなう場合にあっ
ては、一方の回転電動機が働く場合は、他方の回転電動
機が休止しており、両者の回転電動機の有するトルクが
充分に生かされていないという問題があった。従って、
段差走行、垂直管走行など高トルクを必要とする走行の
信頼性において、改善の余地があった。本発明の目的
は、以上のような問題を解決して効率的で信頼性のある
管内移動が行える管内走行ロボットを得ることにある。

【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特
徴構成は、車軸の配設方向に対して回転電動機の回転軸
の配設方向をほぼ直角又はねじれの位置関係に構成した
ことにある。さらに、請求項１に係わる管内走行ロボッ
トにおいて、前記走行装置を構成するに、独立に回転数
制御可能な前記回転電動機を前記車輪夫々に対して備え
た回転駆動機構を設けて、前記左右一対の車輪を独立に
回転駆動可能に構成し、前記走行装置を前記走行車体の
上下方向の軸回りに回動自在に取りつけることが好まし
い。この構成が請求項２に係わる管内走行ロボットの特
徴構成である。そして、それらの作用・効果は次の通り
である。

【０００５】

【作用】つまり、請求項１に係わる管内走行ロボットに
おいては、走行装置に備えられる車軸と、回転電動機に
備えられる回転軸の方向とが、直角またはねじれの位置
関係にされる。従って、平行配置のように、回転軸の片
側にのみ強い磁界が存在するような、不安定な状態を避
けることができ、回転軸に対する車軸側からの磁界の影
響を抑えることができる。結果、回転電動機の回転を安
定させて、走行を安定しておこなうことができる。この
構成にあっては、回転電動機を車軸側に近接させても大
きな問題を起こすことはなく、効率的な部品の配置が行
え、空間の有効利用、走行装置の重心の低位化を計るこ
とが容易となる。さらに、請求項２に係わる管内走行ロ
ボットにおいては、車軸の両端側に備えられている車輪
が、それぞれ独立に回転駆動機構により駆動される。そ
して、走行装置が走行車体に対して回動自在に構成され
ていることにより、以下のような走行状態を実現でき
る。即ち、走行装置に備えられる左右一対の車輪を同一
方向に同じ回転数で回転させる場合は、走行装置は、そ
の方向に移動し、走行車体を含む管内走行ロボット全体
を所定の方向へ移動させることができる。一方、左右一
対の車輪を逆方向に同じ回転数で回転させる場合は、走
行装置は走行車体の上下方向の軸回りに相対回動し、結
果的に操舵をおこなうことができる。これらの中間の状
態をとる場合は、直進と操舵を伴った動きとなる。この
構造においては、直進、操舵、さらには、これらを共に
合わせた動きをおこなう場合にあっても、回転電動機側
で休止しているものはなく、有するトルクを充分に活用
することができる。さらに、従来のように、左右一対の
車輪を共に一時に回転駆動するための高トルクの回転電
動機を備える必要はなく、小型のもので、これを賄うこ
とができる。逆に、従来と同様な専有空間を使用できる
場合は、ほぼ２倍のトルクを確保することができる。従
って、空間の有効利用を計ることが容易となる。

【０００６】

【発明の効果】結果、請求項１に係わる発明の構成を採
用することにより、車輪の回転駆動を安定した状態でお
こなうことができ、回転電動機の働きの面から信頼性の
高い管内走行ロボットを得ることができる。さらに、請
求項２に係わる発明の構成を採用することにより、各回
転電動機の有するトルクを有効利用して、走行装置自体
をコンパクト化できるとともに、段差走行、垂直管走行
など高トルクを必要とする走行の信頼性を増すことがで
きる。

【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Ａ
の視図を図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。前記走行装置本体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。
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４０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、回転電動機としての回転駆動用のモ
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５ａ、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１５
ａ、１５ｂの回転軸１７ａ、１７ｂの配設方向は、走行
車体３のほぼ上下方向とされており、この回転軸１７
ａ、１７ｂの配設方向に沿って設けられるモータ１５
ａ、１５ｂの磁石１８ａ、１８ｂ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、ねじれの位置関係
にある（所定の方向で投影するとほぼ直交する）。従っ
て、走行体７（主に車軸部６ａ、６ｂ）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
は少ない。

【００１１】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、その上下方向の軸Ｂ回りに回転可能に構
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に対して方向付けられる。

【００１２】この管内走行ロボット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６ａ、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）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、ギヤ伝動機構１６ａ、１
６ｂ等によって、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の前後位置にほぼ
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、
管周方向の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
回りに回転可能で且つ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前記回動姿勢との間で、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。以下に、直進走行姿勢から回動姿勢への姿勢変更に
ついて説明する。 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におい
て前方側の走行装置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。 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。

【００１８】〔別実施例〕上記の実施例においては、回
転電動機の回転軸と車軸とが、相互にねじれの位置関係
に配設される例を示したが、これは互いに直交する位置
関係に配設されてもよい。この場合もまた、走行体側か
らの回転電動機側への磁界の影響を低減化できる。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。

【００１９】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

【符号の説明】

３ 走行車体 ４ 走行装置 ５ 車輪 ６ 車軸 ９ 回転駆動機構 １５ａ 回転電動機 １５ｂ 回転電動機 １７ａ 回転軸 １７ｂ 回転軸 Ｂ 上下方向の軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行車体（３）に備えられる走行装置
   （４）が、車軸（６）の両端側部位に左右一対の車輪
   （５）を備え且つ前記左右一対の車輪（５）が前記車軸
   （６）により磁気的に連結されて互いに異なった磁極と
   される磁気吸着型走行装置として構成され、前記車輪
   （５）を回転駆動する回転電動機（１５ａ）（１５ｂ）
   を備えた管内走行ロボットであって、前記車軸（６）の
   配設方向に対して前記回転電動機（１５ａ）（１５ｂ）
   の回転軸（１７ａ）（１７ｂ）の配設方向をほぼ直角又
   はねじれの位置関係に構成した管内走行ロボット。
2. 【請求項２】 前記走行装置（４）を構成するに、独立
   に回転数制御可能な前記回転電動機（１５ａ）（１５
   ｂ）を前記左右一対の車輪（５）夫々に対して備えた回
   転駆動機構（９）を設けて、前記左右一対の車輪（５
   ａ）（５ｂ）を独立に回転駆動可能に構成し、前記走行
   装置（４）を前記走行車体（３）の上下方向の軸（Ｂ）
   回りに回動自在に取りつけてある請求項１記載の管内走
   行ロボット。