(57)【要約】ロボットを形成するモジュール（２ないし６）の列（１）は、連続するモジュールを接続し、パイプの屈曲に合わせた列の湾曲を可能にするばね（３８）を備える。しかし、ケーブル（４１）を引くと、その円錐状端面（３９，４０）が互いに契合するまでばねが圧縮されてモジュールが一つに繋がる。列は剛性に作成されており、配管工事において行われる連続するパイプ間のジョイント切断または溶接を含め、パイプ内での様々な機械加工作業の際に停止させることが可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟な連結部（３８）により接続したモジュール（２ないし６）の列からなる、パイプまたはその他峡経路内を自由にスライドするロボットであって、列を硬化するためにモジュールを相互に固定する手段（４１）を備えることを特徴とする、ロボット。
【請求項２】
少なくとも複数のモジュールが経路内での固定化を達成する手段（２６，５９，８５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
固定化手段が、モジュール内を軸方向にスライドする傾斜したカム表面（５７）により稼動するピンからなることを特徴とする、請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
カム表面は異なる２つのスロープを有することを特徴とする、請求項３に記載の移動ロボット。
【請求項５】
経路内の溝内に位置決め手段（５９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項６】
モジュールの１つに連続する２つのパイプ部分を固定する手段（５９，６２，６３，６６）を搭載することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項７】
位置決め手段および固定手段は、モジュールの軸方向に移動可能な部分（６３）に取り付けられた固定化手段の１つを備えることと、固定手段はまた軸方向に移動可能な部分を押圧するカム表面（６２）を備えること、とを特徴とする、請求項２，５，および６のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項８】
固定化手段が形状記憶パッド（８５）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項９】
モジュール固定手段は、列の先頭モジュール（２）の１つに取り付けられた少なくとも１つの引張ケーブル（４１）と、反対に列の尾部モジュール（６，１０）の１つに位置する推進手段（７，１０）と、を備えることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
固定手段（４１）により圧縮されたばね（３８）により、モジュールが一体に接続されることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１１】
モジュールが相補的な円錐状の契合表面（３９，４０）を備えることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１２】
固定化手段に作用する稼動ケーブルおよび戻りばねからなる、固定化手段を解放するための手動安全機構を備えることを特徴とする、請求項２，３，７，および８のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の技術分野は、パイプ又は他の狭経路内における作業、検査または一般的に移動を行うための移動ロボットである。
【０００２】
パイプ内に挿入し、パイプ内で特定の作業またはパイプ検査を実行するための、小型ロボットまたは後方から押されるイナートモジュールからなるロボットが知られている。しかし、ロボットは中で詰まることがないようにあまり長くすることができないため、これらロボットがパイプ内で湾曲することは困難な場合がある。１つの可能な解決法は、柔軟性を有するように形成された一列のモジュールから構成されたロボットを製作することであるが、ロボットをパイプ内の特定の場所で停止させる、および保持することが困難となり、また、パイプ内部の機械加工等の特定の作業中に、ロボットがパイプに伝達する大きな力、およびロボットが受ける大きな反作用力が加わっても不動であるように、ロボットを固定することはさらに困難となる。
【０００３】
本発明はこの問題に解決法を提供する。本発明は、パイプまたは別の狭経路でスライドすることにより自由に動くことができ、柔軟性のある連結部により接続された一列のモジュールからなり、モジュールを相互に固定する手段を具備することを特徴とするロボットに関する。
【０００４】
このように、当該ロボットは柔軟性を有するのでパイプ内で屈曲することができるが、必要であれば剛性となってパイプ内で堅固に固定され、適切な抵抗を与えることができる。とりわけ、連結部の柔軟性が抑制されることにより、列が硬化して屈曲が妨げられる。
【０００５】
本発明の好適な実施形態では、適当な機構を制御することによりパイプ内の選択位置にロボットを保持することが可能になる。また、ロボットに手動解放機構を設けることにより、保持機構の収縮を手動で制御し、機構のモータの保持を直接制御することに失敗した場合にもロボットを再度自由に運動させることが可能となり、かつ有効である。
【０００６】
特定の作業の１つには、パイプのセグメントを互いの端部で繋ぎ合わせる組立作業があり、前部モジュールの、一方が自由なセグメント上に保持され、他方が既に組み立てられたパイプに固定されている２つの部分を、互いの方向へ引き寄せることが可能に組み立てられている場合、本発明によるロボットはこの作業を行うことが出来る。
【０００７】
本発明の他の重要な要素、および特に上述の機能を実行する特定の手段について、添付図を参照しながら以下に詳細に説明する。
【０００８】
図１に示す屈曲したパイプ内にある本発明の実施形態は、参照番号２ないし６を付した頭部から尾部にわたる５つのモジュール、すなわち、ロボット１がパイプ内に経路を形成するために使用する位置合わせモジュール２である頭部または前部モジュール、ツールモジュール３である次のモジュール、前のモジュールにエネルギーを供給するパワーモジュール４である次のモジュール、補助機能モジュール５である第四のモジュール、および固定化モジュール６である本実施形態における尾部または後部モジュール、を備える。本発明は異なるロボットにも実行できることは明らかで、モジュールの数と機能は、いずれも本発明によるロボットを特徴付けるものではなく、またその範囲を限定するものでもない。特に、後述する推進モジュールを尾部に加えることができる。本実施形態では、ロボット１はクリンピング８により尾部モジュールの後部に取り付けられる柔軟ロッド７によりパイプ内に押し込むことができるように設計されているため、推進モジュールは不要である。ロッド７はパイプ内での屈曲に柔軟であるが、それに掛かる長手方向の力をすべて伝達するので、ロボット１を前方へ押す。ロッドは、屈曲部における湾曲の角度が最大となる地点では変形する性質を有し、図１の右側に示すように、その地点９でアーチ背面から離れる。よって、パイプ内に貫入したロッドの長さの関数として、ロボット１の貫入度を計算することは非常に容易である。
【０００９】
図２は、独立型の推進モジュール１０を示す。外枠１１は、３つの歯車１４を駆動するねじである軸１３を搭載するモータ１２を収容している。各歯車は、歯車と同軸のプーリ１５と、ベルト１６によりローラ１８に固定された別のプーリ１７を駆動する。ローラ１８は、外枠１１の後部周縁の周囲に互いに１２０度の角度で配設され、一方の端が軸２０の周りにヒンジ止めされたレバー１９の他方の端に取り付けられている。レバー１９はばね２１により互いに離間しているので、パイプの壁に当接して押圧されるまで、外枠１１からローラ１８を引き出すことができる。全体を通して参照番号２２を付した、同様の拡張可能ローラシステムが推進システム１０の前方に配置されているが、これらは駆動せず、よって単にモジュール１０をパイプ内の中心に位置合わせするためのものである点で異なる。ダブルユニバーサルジョイント２３によりモジュール１０は固定化モジュール６の後部に接続されており、よってその間に放射方向の位置のずれがあっても許容される。モータ１２が十分に長く、また細いため、外枠１１は中央が凹んだ形状を有し、よってその長さにもかかわらず、最も屈曲度の高い部分も通過することができる。
【００１０】
以下に記載するパイプにおいては、少なくとも２つのモジュールが固定化または保持システムを有する。そのうち１つは固定化モジュール６であり、その詳細を図３に示す。その外枠２５には、軸が同じ点を通る３つの穴があけられており、そこに、パイプと当接するベアリング面２７で終端する半径方向のピン２６が貫通している。外枠２５は、共通の支持板２９に固定された３つのモータ２８を取り囲んでおり、該モータは、表面３２がピン２６の後面３３を押圧するねじ式カム３１を前進させるように設計されたねじ３０を回転させる。カム表面３２は単なるＶ字型ではなく、少なくとも２つのスロープを有しており、一方のスロープ３４は、ピン２６をより速く押すことができるように勾配がきつく、一方、他方のスロープ３５の勾配はゆるく、ピン２６の圧力をパイプに適合させる。モータ２８の回転は、モータ２８の、ねじ３０と反対側の端部における３つのギア３７の周囲に三角形上に張られたベルト３６を使用して同期化される。変形例として、個別の動力伝達手段を使用して３つのねじ３０を同時に制御する、単一のモータを使用することもできる。
【００１１】
次に、この図３と、図４とを参照し、本発明の本質的特徴について説明する。該特徴とは、連続する２つのモジュールの間に固定された螺旋状のばね３８と、各モジュールの外枠の後方外側の円錐状雄面３９および前方内側の円錐状雌面４０からなる、一列に並んだモジュール２ないし６の物理的および電気的接続手段である。唯一の例外は位置合わせモジュール２であり、ロボット１が容易に経路を形成することができるように前部が特別の形状をなしている。ばね３８は、全モジュール２ないし６を通る硬化ケーブル４１と連結しており、位置合わせモジュール２まで伸び、その後方でそれらは接続されている。実際、力の伝達を均衡させるために、３つの硬化ケーブルが周縁部に均等の間隔で配設されている。硬化ケーブル４１は、固定化モジュール６の後部から張力機構４３まで伸びるダクト４２内をスライドする。張力機構４３は、硬化ケーブル４１の裸にされた端部が取り付けられる分配板４４と、端部で分配板４４に固定されているねじ４５と、ねじ４５にはめ込まれたナット４６と、プーリとベルトによる動力伝達手段４８によりナット４６を回転駆動するモータ４７とを備えており、ねじ４５がスライドすることにより分配板４４が引かれ、よって位置合わせモジュール２が後方に引かれる。しかし、拡張ピン２６により固定化モジュール６がパイプ内に保持されていると該モジュールは不動であるので、その他のモジュール２ないし５が該モジュールに接近してモジュール列は収縮し、円錐状雄面３９が円錐状雌面４０内に嵌合し、その結果連続するモジュール２ないし６は一体化し、単一に圧縮された高強度のロボット要素、特に屈曲させることができない要素、を形成する。硬化ケーブル４１が解放されると、ばね３８は弛緩し、モジュール列は再び柔軟になる。図示しない変形例では、ケーブル引張装置が搭載される。
【００１２】
次に、図５を参照し、パイプ内におけるロボット１の位置合わせモジュール２について説明する。位置合わせモジュールは、ベロー５２により本体５１と接続し、モータ５３を含む前部の円錐状頭部５０を備え、該モータの軸５４は、ベロー５２に囲まれたダブルユニバーサルジョイント５６により、本体に収容されたボールねじ５５を回転させる。ボールねじ５５によりボールねじの中心線上で駆動されるナット４９は、本体５１の大部分を占める複合形状のカム５７を駆動する。該カムは、固定化モジュール６に関して説明したピン（２６）と同様のクランピングピン５９の拡張を制御する第一斜行路５８と、次のモジュール３への接続ピン６１の拡張を制御する第二斜行路６０と、本体５１に沿ってピン５９を移動させる外皮部６３の前方への移動を前部で制御する肩部６２とを備える。前記移動は、本体５１の主要外枠６５に固定されたばね６４に逆らう方向になされ、外皮部６３を前方へと押し出す。他に、ピン５９および６１を本体５１の内側へと引くばね６６および６７と、カム５７を前方へ押し出すばね６８がある。この革新的な組み立ての利点は、図６を参照して容易に理解できるように、ピン５９が拡張し、パイプの前方部Ａの端部周縁の溝Ｒに入ることである。この溝Ｒがロボット１のパイプ内での前進の指標となり、作業をすることができる停止位置を示す。ただし、作業の内容が、パイプのセグメント間のジョイントＪの溶接である場合、パイプの前方部Ａは必ずしも後方部Ｂに接合している必要はない。
【００１３】
したがって、カム５７の移動による第一の効果は、ピン５９および６１を延ばすことにより、パイプの前方部Ａでツールモジュール３上で位置合わせモジュール２の本体５１が固定化されることであり、それにより外皮部６３に当接した肩停止部６２が該外皮部を押し、ピン５９と、最終的には前方部Ａが後方部Ｂに当接する。次いでツールモジュール３の前方にジョイントＪが形成され、ツールモジュール３が作業を開始することができる。このように、ロボット１は内側からパイプのラインを組み立てて完成させるために使用できる。ベロー５２およびボールジョイント５６は、円錐状頭部５０がパイプの前方部Ａと不正に係合した場合も、カム５７の機構により正すことができるのに十分な柔軟性を有している。
【００１４】
他の適応例では、ピン５９はパイプ内のモジュール２ないし６の列を固定化するためだけに使用され、ツールモジュール３は、ジョイントＪの検査または機械加工、または切断を行う砥石車、或いはナイフまたはセンサとすることができる。その場合、位置合わせモジュール２はパイプの前方部Ａを切断部の反対側で保持する。通常、モジュール３を含む列の組み立て硬度とそれらの固定度は、ロボット１に変形をまったく許さない程大きくはないので、内部応力に起因するパイプ内のジョイントＪにおける位置ずれについては考慮する必要がない。
【００１５】
本発明のもう１つの特徴も位置合わせモジュール２に関し、図７に示されている。この特徴は、カム５７の制御モータ５３に故障が発生した場合、またはその他の原因による、ピン５９および６１を解放するような制御の必要性に関する。硬化ケーブル４１と平行な、硬化ケーブルと同様にパイプの後方へ突出するケーブル７０を用い、手動運用手段を設ける。ケーブル７０の端部は安全リング７２の周りで輪７１に巻かれており、ばね７８が肩部７３と可動リング７７の間で圧縮されても、この安全リングにより、可動リング７７は本体５１端部の肩部７３近傍の所定の位置に保持される。
【００１６】
しかしながら、ケーブル７０にある程度の力が掛かると安全リング７２はそれを所定の位置に保持していた本体５１の溝から外れ、可動リング７７はばね７８の力で後方に押し戻される。それにより、ユニバーサルジョイント５６の出力軸の回転に合わせ、ボールねじに取り付けられた固定リング７４を固定しているピン７５が解放され、ばね７６がピン７５を押し出してモータ５３のボールねじ５５との接続を絶つと、ボールねじ５５とナット５６との間の力伝達手段の可逆性によりばね６８が拡張し、カム５７を前方に押し出すことができ、ばね６６および６７によりピン５９および６１が後退する。
【００１７】
同様の装置を他の締め付けピンに備えることができる。図３に戻ると、固定化モジュール６におけるその一例を見ることができる。ケーブル７０に類似のケーブル７８が安全リング８０の周りの輪７９で終端し、該ケーブルを引くと安全リングが破れるようになっており、それによりモータ２８を搭載する支持板２９がモジュールの外枠２５に固定された先頭部８１から解放される。それまで支持板２９と外枠２５に固定された分配板８４との間で圧縮されていたばね８３が伸張し、支持板２９を後方に押圧してカム３１を引き戻す。外枠２５とピン２６の間に位置するばね８２の解放によりピンが後退し、ロボットを解放する。
【００１８】
図８および９は、モジュールにその他の固定化手段、特にそれぞれのモジュールの周囲に配設された不連続フープ形状の形状記憶パッド８５、を使用することができることを示す。形状記憶合金部分は、遷移温度で治金学的構造を変えることにより２つの異なる形状を取ることができ、予備製造段階でその温度が遷移温度より高くなると、記憶させた形状に戻ることができるという特徴を有する。この場合、パッド８５は遷移温度より高い温度ではまっすぐに伸びて、その端部がパイプの内部表面に接触して係合する。同時に、該端部はモジュールの溝８６内に留まり、それにより所定の位置に堅固に保持される。電源（図示せず）によりパッド８５の温度を上昇させる。このシステムには、電源を切ることによりパッド８５が必ず初期の形状に復帰し、モジュール列を解放するので、図７を参照して説明したケーブル解放システムが不要になるという利点がある。しかし、図９により、位置合わせモジュール２の固定化ピン５９を保持することは有効であることが分かる。該ピンはまた、ロボットが特定の位置で停止する必要のある仕事すべてについて、パイプの溝Ｒにおける位置合わせの基準としても有効である。
【００１９】
全ての種類のツールが使用できることは明らかである。ロボットは、特に、パイプ上での５つの作業、すなわち、切断、ローレット切り、局所的溶接、溶接および超音波検査からなるプロセスを実行できるように開発された。異なるツールモジュール３を有する５つの類似したモジュール列を有効に使用することができる。図１０に示すように、パイプの線に沿って順番に下降する独立の推進機構８７により、列１ａから１ｅをドラム８６から円形に垂下し、ドラム８６がベース８８上を一回転するとパイプの処理が終了する構成が可能である。例えば、処理すべき平行なパイプラインを多数備える原子力発電所の蒸気発生器において、複数のラインそれぞれの位相をオフセットし、複数のモジュール列を異なるラインに同時に入れることにより、それら複数のラインを処理することが可能である。
【００２０】
図１１Ａおよび１１Ｂは、ツールモジュール３が通常２つのモータ９１および９２を、ツール９３のそれぞれの側に備えている様子を示す（この場合、カッタを円形砥石車に代えることもできる）。これらのうち第一のモータは、ユニバーサルジョイント９４によりツール９３をその軸を中心に回転させ、第二のモータは、ギア９７により、ツール９３が突出するスリット９６の外側で、その軸を中心に円筒形状のケーシング９５を回転させる。ツール９３は、ケーシング９５内で離心軸９９を中心に回動し、かつ連結機構１００により押圧されるレバー９８の端に位置している。連結機構１００は、第３モータ１０２と接続ギア１０３により稼動されるねじ１０１と、反対端がレバー９８と、ねじ１０１と係合する押さえ１０５とに関節接合されるロッカアーム１０４とを有する。さらに、ねじ１０１は軸９９に達している。モータの動きにより、押さえ１０５と軸９９との間の距離と、レバー９８とロッカアーム１０４との角度が変化し、それによりロッカアームが回転および伸張してパイプジョイント部における作業の前後でツール９３を後退させる。
【００２１】
ツール９３の回転動作と進出動作、およびケーシング９５の回転動作により、円形ジョイントを機械加工することができる。パイプ内部の機械加工のためのこれら機械については、それらの一部が既存のものであるので詳述しないが、ケーシング９５が、ツールモジュール３の２つにされた外枠のそれぞれ半分である１０６および１０７の間に伸び、該２つの半分は、ケーシングを回転させながらばね３８がケーシング９５に接触するまで圧縮されると、互いに接近することに、ここで再度簡単に言及する。ばね３８が解放されると、補助ばね１０８により２つの外枠の半分１０６および１０７は分離する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットの概略図である。
【図２】推進モジュールを示す。
【図３】保持モジュールを示す。
【図４】列硬化システムを示す。
【図５】前部モジュールを示す。
【図６】パイプ内で固定化された前部モジュールの詳細図である。
【図７】前部モジュールの強制解放機構の詳細図である。
【図８】モジュールの別の保持手段を示す。
【図９】図８のモジュールを具備する列の詳細図である。
【図１０】本発明の使用例を示す。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、機械加工用ツールを搭載したモジュールを示す。
【国際公開パンフレット】
2004512967.tif 000003
2004512967.tif 000004
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2004512967.tif 000009
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2004512967.tif 000027
2004512967.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成14年5月6日(2002.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟な連結部（３８）により接続したモジュール（２ないし６）の列からなる、パイプまたはその他峡経路内を自由にスライドするロボットであって、列を硬化するためにモジュールを相互に固定する手段（４１）を備えることを特徴とする、ロボット。
【請求項２】
少なくとも複数のモジュールが経路内での固定化を達成する手段（２６，５９，８５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
固定化手段が、モジュール内を軸方向にスライドする傾斜したカム表面（３２）により稼動するピンからなることを特徴とする、請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
カム表面は、まずピンに作用する勾配の大きな第一のスロープ（３４）、および勾配の小さな第二のスロープ（３５）からなる、異なる２つのスロープを有することを特徴とする、請求項３に記載の移動ロボット。
【請求項５】
経路内の溝内に位置決め手段（５９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項６】
モジュールの１つに連続する２つのパイプ部分を結合する手段（５９，６２，６３，６６）を搭載することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項７】
位置決め手段および固定化手段は、モジュールの軸方向に移動可能な部分（６３）に取り付けられた固定化手段の１つを備えることと、固定手段はまた軸方向に移動可能な部分を押圧するカム表面（６２）を備えること、とを特徴とする、請求項２，５，および６のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項８】
固定化手段が形状記憶パッド（８５）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項９】
モジュール結合手段は、列の先頭モジュール（２）の１つに取り付けられた少なくとも１つの引張ケーブル（４１）と、反対に列の尾部モジュール（６，１０）の１つに位置する推進手段（７，１０）と、を備えることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
固定手段（４１）により圧縮されたばね（３８）により、モジュールが一体に接続されることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１１】
モジュールが相補的な円錐状の契合表面（３９，４０）を備えることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１２】
固定化手段に作用する稼動ケーブルおよび戻りばねからなる、固定化手段を解放するための手動安全機構を備えることを特徴とする、請求項２，３，７，および８のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【国際調査報告】
2004512967.tif 000029
2004512967.tif 000030
2004512967.tif 000031
2004512967.tif 000032
2004512967.tif 000033
2004512967.tif 000034