(57)【要約】【課題】本発明においては、駆動力に大きなトルクを用いることなく、かつ適用環境に左右されることなく配管、特に途中で配管径が変わる異径配管や建屋貫通部等の狭隘部を走行可能な移動ロボットを提供することを目的とする。【解決手段】上記の課題を解決するために本発明は、構造物に固定するための少なくとも２つ以上のクランプ機構部と、前記各クランプ機構部の間に設けられ、伸縮可能な移動機構部と、前記クランプ機構部及び移動機構部を駆動させるための駆動力を与える駆動機構部と、前記クランプ機構部の一端側に設けられた先端機構部を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2015214000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に固定するための少なくとも２つ以上のクランプ機構部と、
前記各クランプ機構部の間に設けられ、伸縮可能な移動機構部と、
前記クランプ機構部及び移動機構部を駆動させるための駆動力を与える駆動機構部と、
前記クランプ機構部の一端側に設けられた先端機構部を備えた移動ロボット。
【請求項２】
請求項１における移動ロボットにおいて、
前記クランプ機構部は、クランプ部及び筋肉アクチュエータを組み合わせた構成要素を少なくとも３つ以上備えた移動ロボット。
【請求項３】
請求項２における移動ロボットにおいて、
前記クランプ部は、押付シリンダーと前記押付シリンダー内に設けられる押付ピストンと、前記押付ピストンの押付シリンダーが配置される側と対向する側の面に設けられた固定板と、前記押付シリンダー内に駆動力を与える液体を供給するための液体供給口を備えた移動ロボット。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれかの移動ロボットにおいて、
前記筋肉アクチュエータは、第一のシリンダーと第二のシリンダーと、前記各シリンダーの間に設けられる可撓性を有するチューブ部材と、前記第一のシリンダーに駆動力を与える液体を供給するための第一の液体供給口と、前記第二のシリンダーに駆動力を与える液体を供給するための第二の液体供給口と、前記各シリンダーに接続されるバネ部材とから構成されるアクチュエータ要素を複数組み合わせて、前記組み合わされたアクチュエータ要素の前記バネ部材が設けられた側と対向する側に設けられた各アクチュエータ要素に通されたワイヤーと、前記ワイヤーの張力を調整するワイヤー引張り機構部を備えた移動ロボット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの移動ロボットにおいて、
前記移動機構部は前記クランプ機構部に接続される曲げ継手部と、前記曲げ継手部のクランプ機構部が設けられる側と対向する側に設けられる伸縮部と、前記伸縮部の前記曲げ継手部が設けられる側と対向する側に設けられる捩り移動部を備えた移動ロボット。
【請求項６】
請求項５における移動ロボットにおいて、
前記捩り移動部は、第一のシリンダー体と、第二のシリンダー体と、前記各シリンダー体の間に設けられる可撓性を有するチューブ部材と、前記第一のシリンダー及び第二のシリンダー及びチューブ部材で構成される空間に駆動力を与える液体を供給するための液体供給口と、これらの外周面に設けられたワイヤーを備えた移動ロボット。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの移動ロボットにおいて、
前記先端部には撮像装置及びライトを備えた移動ロボット。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの移動ロボットにおいて、
前記駆動機構部は液体供給機構部と、供給する液体を制御する制御弁と、供給する液体の圧力を計測する圧力計を備えた移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管や建屋貫通部等の狭隘部を走行可能な移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
配管や建屋貫通部等の狭隘部を自力推進機構を用いて移動可能なロボットは、配管や建屋貫通部等の狭隘部から進入して配管や建屋の内部を調査したい災害現場等において求められる。
【０００３】
係るロボットの一例として特許文献１には、ケーブルの少なくとも先端領域に所定の曲げ形状を設け、振動により加振されて所定方向の推進力を得る推進装置をケーブルの外部に配設し、そして、電動モータとテコクランク機構とにより構成される加振装置により、ケーブルを加振し、ケーブルに所定方向の推進力を付与する推進装置を用いてケーブルを推進させる自走式ケーブル装置の技術が記載されている。
【０００４】
また特許文献２には、多層の熱可塑性チューブの収縮を利用して推進するチューブアクチュエータに関する技術が記載されている。さらに特許文献３には、医療分野への適用例ではあるが２つのバルーンを用いた内視鏡の技術が記載されている。
【０００５】
特許文献４には直線状の動きと曲線状の動きとを可能とした液圧駆動のアクチュエータの技術が記載されている。この技術では、シリンダー室内に液媒体が充填される第１のシリンダー体と第２のシリンダー体と、液媒体が充填される中空部を備えた可撓性を有した曲がる素材でできたピストン体と、第１のシリンダー体とピストン体と第２のシリンダー体により形成される液媒体空間内に液圧を供給する液圧供給機構を備えた液圧駆動のアクチュエータを用いて、これらアクチュエータを複数組み上げてロボットを構成することで、全体として曲がりながらシリンダー−ピストン駆動により伸縮することができる液圧駆動ロボットの技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６６１６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１２１１０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３４７４６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１０６５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の自走式ケーブル装置ではその推進駆動力を得るために、ケーブルに取付けた線材をケーブルの周方向と軸方向の２方向に振動させる必要があり、特に、周方向の振動はケーブルの捻じれ方向の振動であるため、長尺になるほど大きなトルクが必要になる。
【０００８】
特許文献２の効果を得るためには、多層の熱可塑性チューブを用いることから温度環境が一定である必要があり、例えば高温下、水中等の環境での使用には制限がある。さらに、特許文献３は、２つのバルーン間の距離を、エアチューブで調整しながら進行させているが、生体内用の内視鏡装置であり、長尺を進行させるにはトルクが不足する課題がある。
【０００９】
特許文献４では液圧駆動ロボットにより自由度の高い動きは可能となるが、建屋貫通部等の狭隘部での移動については考慮がされておらず、更なる改良の余地がある。
【００１０】
以上のことから本発明においては、駆動力に大きなトルクを用いることなく、かつ適用環境に左右されることなく配管、特に途中で配管径が変わる異径配管や建屋貫通部等の狭隘部を走行可能な移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明は、構造物に固定するための少なくとも２つ以上のクランプ機構部と、前記各クランプ機構部の間に設けられ、伸縮可能な移動機構部と、前記クランプ機構部及び移動機構部を駆動させるための駆動力を与える駆動機構部と、前記クランプ機構部の一端側に設けられた先端機構部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、駆動力に大きなトルクを用いることなく、かつ適用環境に左右されることなく配管、特に途中で配管径が変わる異径配管や建屋貫通部等の狭隘部を走行可能な移動ロボットを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例における配管８Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図。
【図２】本実施例における配管１６Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図。
【図３】本実施例における配管２４Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図。
【図４】本実施例における移動ロボットのクランプ機構部を拡大した図。
【図５】本実施例における移動ロボットのクランプ機構部を稼働した場合の図。
【図６】本実施例における移動ロボットの移動機構部を拡大した図。
【図７】本実施例における捩り可動部の動作の概要を説明する図。
【図８】本実施例における移動ロボットが配管エルボを通過する際の概要を説明する図。
【図９】本実施例における移動ロボットの走行動作の概要を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１には、狭隘部の一例として配管８Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図を示す。なお、本実施例では狭隘部の一例として配管を例として説明するが、適用対象はこれに限られず、建物内部の隙間部等の人の入り込むことが困難な箇所に対しても適用可能である。
【００１６】
移動ロボットは大きく分けてクランプ機構部１と移動機構部２と液体供給機構部３と先端機構部７により構成されている。各機構部の詳細は後述する。クランプ機構部１は移動ロボットを狭隘部の壁（本実施例では配管内壁）に固定するための機構である。移動機構部２は移動ロボットを狭隘部（本実施例では配管内部）にて移動させるための機構である。液体供給機構部３はクランプ機構部１や移動機構部２の各シリンダーと図示しないホースによって接続されており、各シリンダーに対して駆動するための液体を供給する駆動機構である。ここで供給する液体は、例えば水やオイル等を用いることが可能である。本実施例では液体供給機構部３を用いて各シリンダーへ液体を供給する構成としたが、圧縮空気により各シリンダーを制御しても構わない。また、液体供給機構部３は供給する液体の圧力を測定する圧力計４及び液体の供給量を制御する制御弁５が設けられている。先端機構部７には狭隘部内を調査するための画像撮影装置６やライト等が備え付けられている。なお先端機構部７には各種作業に応じて必要な機器を取り換えられるように構成されている。
【００１７】
図２には、狭隘部の一例として配管１６Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図を示す。なお、図２にはＤ−Ｄ断面図も合わせて示す。本実施例では後述するクランプ機構部１を稼働させることで径が異なる配管に対しても適用可能となる。図３には、狭隘部の一例としてさらに径が大きい配管２４Ｂ内に移動ロボットを設置した場合の全体概要図を示す。なお図３にはＥ−Ｅ断面図も合わせて示す。本実施例では後述するクランプ機構部１を稼働させることで更に大きな配管に対しても適用可能となる。すなわち、本実施例では異なる径を有する配管が接続されている異径管においてもクランプ機構部１を有するこの移動ロボットは走行可能であるという事ができる。
【００１８】
図４に移動ロボットのクランプ機構部１の拡大図を示す。クランプ機構部１はクランプ部８と筋肉アクチュエータ９と、クランプ部８と筋肉アクチュエータ９とを回転自在に接続する６自由度回転軸１０とで構成されている。
【００１９】
クランプ部は移動ロボットを配管内壁に固定するための押付シリンダー１１と押付ピストン１２とシール部材１３を備えており、押付ピストン１２の先端部には固定板１４が設けられている。また押付シリンダー１１には液体供給口１５が設けられており、押付ピストン１２を稼働させるための液体が供給される。液体が供給されると押付ピストン１２が外側に向かって移動して配管内壁へ固定板１４が接触して移動ロボットが固定される。なお、クランプ部８は図１のＡ−Ａ断面図で示すように１２０度の間隔で３方向に設けられている。これにより各ピストンを配管内壁方向に移動することで移動ロボットを固定する事が可能となる。例えば図１に示すような配管８Ｂといった径が小さい配管の場合にはこのクランプ部のみを利用することで、移動ロボットを固定することができる。
【００２０】
筋肉アクチュエータ９は複数のアクチュエータ要素１６を複数組み上げることで構成されている。アクチュエータ要素１６はシリンダー、ピストン、シール、液体供給口、チューブ、連結コマ、バネ部材で一単位が構成されている。第一の液体供給口１７から供給された液体が第一のシリンダー１８内に供給され第一のピストン１９が押し出される。なお第一のピストンには複数のシール部材２０が設けられている。第一のピストン１９にはチューブ２１が連結されており、このチューブ２１を介して第二のピストン２２と連結されている。第二のピストン２２は第二のシリンダー２３内に設けられており、この第二のシリンダー２３内に第二の液体供給口２４を通じて液体を供給することで第二のピストン２２が押し出される。連結コマ２５はチューブ２１に設けられており、このアクチュエータ要素１６の曲げ稼働を補助している。チューブ２１としては可撓性を有した曲がる素材であるゴムや樹脂を用いて構成されている。このチューブが曲がることで、このアクチュエータ要素１６の曲げ動作が実現する。このように構成されたアクチュエータ要素１６を複数接続し、さらに移動ロボットの外周側の一方の側面（本実施例では配管内壁側であるＦ側面側）にワイヤー２６を用いてこれらアクチュエータ要素１６を連結する。ワイヤー２６の一端は筋肉アクチュエータ９を構成するアクチュエータ要素の一方の端部２７に接続されており、ワイヤー２６の他端は筋肉アクチュエータ９内に設けられたワイヤー引張り機構部２８に接続されている。ワイヤー引張り機構部２８はワイヤー引張りシリンダー２９、ワイヤー引張りピストン３０、シール部材３１、液体供給口３２から構成されており、このワイヤー引張りシリンダー２９内に液体を供給することでワイヤー引張りピストン３０を押し出し、ワイヤー２６の引張りを調整する。なお、アクチュエータ要素１６は図１のＢ−Ｂ断面で示すように１２０度の間隔で３方向に設けられており、クランプ部８とは６自由度回転軸１０により接続されている。ワイヤー２６が設けられた面と逆側には、アクチュエータ要素１６ごとに弾性体であるバネ部材３３が設けられている。このバネ部材３３は駆動したアクチュエータ要素１６を元の形態へと復元するために設けられている。
【００２１】
図５に筋肉アクチュエータ９を稼働した場合の図を示す。各シリンダーに接続されている液体供給口に液体を供給する。筋肉アクチュエータ９の一方の面はワイヤー２６により接続されているため筋肉アクチュエータの伸展が拘束され、他方のバネ部材３３が設けられた側面ではワイヤーによる拘束は存在しないため各アクチュエータ要素１６が伸展する。これにより筋肉アクチュエータは図５に示す配管内壁側に曲げられる。本実施例では図１のＢ−Ｂ断面図に示すように３方向に３つの筋肉アクチュエータ９を設けており、各筋肉アクチュエータ９は対向する配管内壁方向へ移動するため、径の大きな配管２４Ｂといった配管に対しても移動ロボットが活用できる。また、ワイヤー引張り機構部２８のワイヤー引張りシリンダー２９内部に液体を供給してワイヤー引張りピストン３０を押し出すことで、接続されているワイヤー２６を引っ張る稼働を行っても良い。これにより、より大きな曲げ動作を行う事が可能となる。
【００２２】
図６に移動機構部２の拡大図を示す。移動機構部２は曲げ継手部４０、伸縮部４１、捻り可動部４２で構成されている。曲げ継手部４０は配管のエルボといったＬ字型をした狭隘部を通過するために設けられている。曲げ継手部４０は２軸方向の自由度を持った曲げ稼働が可能である。
【００２３】
伸縮部４１は伸縮部シリンダー４３、伸縮部ピストン４４、シール部材４５、液体供給口４６から一単位が構成され、これら要素を４セット組み上げること構成されている。図１に対応するＣ−Ｃ断面図が示されている。各伸縮部シリンダー４３内に液体を供給することで各伸縮部ピストン４４を押し出して伸縮部４１を伸展させる。これにより移動ロボットが狭隘部内を走行することが可能となる。
【００２４】
捩り可動部４２は第一のシリンダー体４７と第二のシリンダー体４８とこれらを接続するチューブ部材４９から一単位が構成され、さらに、これら要素を４セット組み上げることで捩り可動部４２は構成されている。外周には斜め方向にワイヤー５０が設けられている。図７に捩り可動部４２の動作の概要を示す。図７には捩り可動部４２の動きが分かり易いように主要な構成部分のみ抽出して記載する。液体供給口５１より液体を注入する。液体を注入することにより第一のシリンダー体４７と第二のシリンダー４８とこれらシリンダー間に配置されたチューブ部材４９で構成される全体の液体充填容量が大きくなる必要が生じて、これにより第一のシリンダー体４７を基準にするとチューブ部材４９と第二のシリンダー体４８が移動する。なお、チューブ部材４９としては可撓性を有した曲がる素材であるゴムや樹脂を用いて構成されている。この移動により全体として捩り可動部４２の長さが長くなる。このとき斜め方向にワイヤー５０が設けられているため、このワイヤー５０に拘束されることで図７の下側の図に示すように、配管軸方向と同一の軸内において捩り可動部４２が捩られる。この構成により狭隘部内において移動ロボットの捩り動作が可能となる。
【００２５】
図８に配管エルボを通過する際の移動ロボットの概要を説明する図を示す。クランプ機構部１の外側に設けられたワイヤー２６を緩めて、各アクチュエータ要素１６のシリンダー内部に液体を注入することで、クランプ部全体を大きく曲げる動作が可能となる。これによりＬ字型の配管エルボ等の狭隘部においても移動ロボットは走行可能となる。
【００２６】
図９に移動ロボットの走行動作について示す。ステップ１において第一のクランプ機構部６０を稼働させて、配管内壁へ移動ロボットを固定する。ステップ２において第一の移動機構部６１を可動させて移動ロボットの先端部を移動させる。ステップ３において先端部に近い側の第二のクランプ機構部６２を稼働させて移動ロボットを配管内壁に固定させる。その後ステップ４においてステップ１にて固定した第一のクランプ機構６０を解放する。そして第一の移動機構部６１を収縮させて移動ロボットを狭隘部の内部に移動させる。なお本実施例の説明においては２つのクランプを用いた移動ロボットの動作を説明したが複数のクランプ機構部と移動機構部を設けて装置を構成しても構わない。また、この移動ロボットであれば、クランプ機構部を有するので様々な径の配管に対しても走行可能である。更に径が異なる配管をつなぎ合わせた異径管であっても走行可能となる。
【００２７】
以上の構成により駆動力に大きなトルクを用いることなく、かつ適用環境に左右されることなく配管、特に途中で配管径が変わる異径配管や建屋貫通部等の狭隘部を移動可能な移動ロボットを提供することが可能となる。
【００２８】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１…クランプ機構部
２…移動機構部
３…液体供給機構部
７…先端機構部
８…クランプ部
９…筋肉アクチュエータ
１０…６自由度回転軸
１６…アクチュエータ要素
２６…ワイヤー
２８…ワイヤー引張り機構部
３３…バネ部材
４０…曲げ継手部
４１…伸縮部
４２…捩り可動部
４７…第一のシリンダー体
４８…第二のシリンダー体
４９…チューブ部材
６０…第一のクランプ機構部
６１…第一の移動機構部
６２…第二のクランプ機構部
【図１】
2015214000.tif 000003
【図２】
2015214000.tif 000004
【図３】
2015214000.tif 000005
【図４】
2015214000.tif 000006
【図５】
2015214000.tif 000007
【図６】
2015214000.tif 000008
【図７】
2015214000.tif 000009
【図８】
2015214000.tif 000010
【図９】
2015214000.tif 000011