(57)【要約】【課題】前後以外の方向に自ら進行方向を変更することができる蠕動運動ロボットを提供すること。【解決手段】加圧により径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する弾性膨張体から成る筒状の膨張部材と、該膨張部材に流体を給排する流体給排路を有する蠕動単位ユニットを、少なくとも３個以上直列配置して構成した列ユニットを、並列配置して並進運動を行う蠕動運動ロボットであって、直列配置された蠕動単位ユニット間の少なくとも一か所に、隣接する列ユニット間を連結する連結部材を挿入した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧により径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する弾性膨張体から成る筒状の膨張部材と、該膨張部材に流体を給排する流体給排路を有する蠕動単位ユニットを、少なくとも３個以上直列配置して構成した列ユニットを、並列配置して並進運動を行う蠕動運動ロボットであって、
直列配置された蠕動単位ユニット間の少なくとも一か所に、隣接する列ユニット間を連結する連結部材を挿入したことを特徴とする蠕動運動ロボット。
【請求項２】
該連結部材は、両端に蠕動単位ユニットを固定して連結した２本の連結バーからなり、
該２本の連結バーを、回転可能に保持する連結バー保持手段を有することを特徴とする請求項１記載の蠕動運動ロボット。
【請求項３】
連結バー保持手段がアクチュエータであることを特徴とする請求項２記載の蠕動運動ロボット。
【請求項４】
該連結部材は、４隅に蠕動単位ユニットを固定して連結した平面部材からなることを特徴とする請求項１記載の蠕動運動ロボット。
【請求項５】
該連結部材は、４隅にアクチュエータを備え、各アクチュエータを介し蠕動単位ユニットを回転可能に連結したことを特徴とする請求項１記載の蠕動運動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、圧力容器（リアクター）を構成するシェル本体の外周部に設けられた狭小空間であるジャケット内に付着する付着物を除去する装置として好適な、蠕動運動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、特許文献１において、大腸内のような生体管路や埋設配管等の人工管路の管内を自走する蠕動運動ロボットの技術を開示している。
【０００３】
特許文献１には、該蠕動運動ロボットを、前記管内で自在に前後運動可能とする手段として、加圧により径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する弾性膨張体から成る筒状の膨張部材と、この筒状の膨張部材の内側に設けられて軸方向に伸縮する筒状の伸縮部材と、上記膨張部材と上記伸縮部材の両端に取付けられた連結壁と、上記膨張部材と上記伸縮部材と連結壁とで作られる空間に流体を給排するための流体給排路とを備える構成が記載されている。
【０００４】
しかし、従来の蠕動運動ロボットは管内での自走を実現する前後運動機構を備える一方、前後以外の方向に進行方向を変更する角度変更機構は備えておらず、例えば、管内ではなく平面内での自走を想定した場合等に、不都合であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は前記の問題を解決し、前後以外の方向に自ら進行方向を変更することができる蠕動運動ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の蠕動運動ロボットは、加圧により径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する弾性膨張体から成る筒状の膨張部材と、該膨張部材に流体を給排する流体給排路を有する蠕動単位ユニットを、少なくとも３個以上直列配置して構成した列ユニットを、並列配置して並進運動を行う蠕動運動ロボットであって、直列配置された蠕動単位ユニット間の少なくとも一か所に、隣接する列ユニット間を連結する連結部材を挿入したことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蠕動運動ロボットにおいて、該連結部材は、両端に蠕動単位ユニットを固定して連結した２本の連結バーからなり、該２本の連結バーを、回転可能に保持する連結バー保持手段を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の蠕動運動ロボットにおいて、連結バー保持手段がアクチュエータであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の蠕動運動ロボットにおいて、該連結部材は、４隅に蠕動単位ユニットを固定して連結した平面部材からなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の蠕動運動ロボットにおいて、該連結部材は、４隅にアクチュエータを備え、各アクチュエータを介し蠕動単位ユニットを回転可能に連結したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では蠕動運動ロボットを、加圧により径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する弾性膨張体から成る筒状の膨張部材と、該膨張部材に流体を給排する流体給排路を有する蠕動単位ユニットを、少なくとも３個以上直列配置して構成した列ユニットを、並列配置して並進運動を行うものとし、直列配置された蠕動単位ユニット間の少なくとも一か所に、隣接する列ユニット間を連結する連結部材を挿入する構成を有することにより、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することで、並進運動の角度を変更可能とした。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、連結部材の４隅に連結された蠕動単位ユニットの方向を、各々、アクチュエータにより変更させることで、並進運動の角度を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の蠕動運動ロボットの全体斜視図である。
【図２】実施形態１における並進運動の説明図である。
【図３】蠕動運動ロボットを狭小平面の内部に挿入し、実施形態１の蠕動単位ユニットを膨張させた状態図である。
【図４】実施形態１における並進運動の角度変更時の説明図である。
【図５】実施形態２の蠕動運動ロボットの全体斜視図である。
【図６】実施形態２における並進運動の角度変更時の説明図である。
【図７】実施形態３の蠕動運動ロボットの全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
（実施形態１）
本実施形態の蠕動運動ロボットは、図１に示すように、蠕動単位ユニット２（２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４）を少なくとも３個以上直列配置して構成され、直列配置された蠕動単位ユニット間には、隣接する列ユニット間３Ａ、３Ｂを連結する連結部材１が挿入されている。
【００１６】
本実施形態の連結部材１は、２本の連結バー５をＸ状にクロスして配置したものであり、２本の連結バー５（５１、５２）は連結バー保持手段４で回転可能に保持して構成されている。
【００１７】
連結バー保持手段４は、空気供給チューブ６と電源チューブ７が接続されている。空気供給チューブ６を介して、各蠕動単位ユニット２内へ空気が供給される。連結バー保持手段４は、アクチュエータの機能を備え、電源チューブ７の電力によって連結バー５に回転力を付与することができる。
【００１８】
蠕動単位ユニット２は、天然ゴムをチューブ状に成形し、該ゴム膜内の軸方向にマイクロカーボン層を内包した構造を有している。該マイクロカーボン層は数μｍレベルの細さを持つカーボンロービング繊維をシート状にしたもので、該ゴム膜の変形に合わせて繊維層を広げることができる。蠕動単位ユニット２を、このような構造とすることにより、ゴム膜とマイクロカーボン層との間に空間が形成される。各蠕動単位ユニット２内へ空気が供給されると、ゴム膜は膨張するが、カーボンロービング繊維は殆ど伸びないため、該蠕動単位ユニット２は軸方向に拘束される。したがって、蠕動単位ユニット２内へ空気を供給することにより、蠕動単位ユニット２を径方向に膨張・軸方向に収縮させることができる。
【００１９】
以下、図２を参照して、蠕動運動ロボット１の並進運動時の動きを説明する。並進運動は、２本の列ユニット３Ａ、３Ｂに同一パターンの蠕動運動を付与して行われる。
【００２０】
図２（ａ）は初期状態（静止状態）で、同図の矢印の方向が進行方向で、進行方向側を下流、その反対側を上流側とする。この状態では、最下流の蠕動単位ユニット２ａ１、２ｂ１と最上流の蠕動単位ユニット２ｂ４、２ａ４とが膨張している。図３には、該蠕動運動ロボット１を狭小平面８の内部に挿入し、蠕動単位ユニット２を膨張させた状態図を示している。
【００２１】
紙面左方向への並進運動を行う際には、まず、最上流の蠕動単位ユニット２ｂ４、２ａ４を元の状態に戻すとともに、最下流の蠕動単位ユニット２ａ１、２ｂ１に隣接する蠕動単位ユニット２ａ２、２ｂ２を径方向に膨張・軸方向に収縮させる。当該動作により、蠕動運動ロボット１が該収縮分前進する。
【００２２】
この状態から、図２（ｃ）に示すように、蠕動単位ユニット２ａ１、２ｂ１を元の状態に戻すとともに、蠕動単位ユニット２ｂ３、２ａ３を膨張させ、再び静止状態とする。次に、図２（ｄ）に示すように、蠕動単位ユニット２ａ２、２ｂ２を元の状態に戻すとともに、最上流の蠕動単位ユニット２ｂ４、２ａ４を膨張させた後、３（ｅ）に示すように、蠕動単位ユニット２ｂ３、２ａ３を元の状態に戻すとともに、最下流の蠕動単位ユニット２ａ１、２ｂ１を径方向に膨張・軸方向に収縮させる。当該動作により、蠕動運動ロボット１が該収縮分前進する。本発明では、このような運動を蠕動運動という。
【００２３】
このように、蠕動運動ロボット１の各蠕動単位ユニット２をミミズの体節と見立て、２本の列ユニット３Ａ、３Ｂに同一パターンのミミズの蠕動運動をモデルとする蠕動運動を付与することにより、蠕動運動ロボット１を並進運動させることができる。本発明では、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することで、並進運動の角度を変更可能としている。
【００２４】
蠕動運動ロボット１の並進運動は、１本の列ユニットのみによっても可能であるが、この場合、並進運動の各状態において、蠕動単位ユニット２と狭小平面８とが接する接地点が２点のみであり、安定走行の観点からは不安も残るが、本実施形態では２本の列ユニットから構成することにより、並進運動の各状態（図２（ａ）〜（ｅ））において、蠕動単位ユニットと接地点を４点に増加させ、蠕動運動ロボット１の安定走行を可能としている。
【００２５】
次に、図４を参照して、本実施形態の蠕動運動ロボットにおける並進運動の角度変更時の動きを説明する。前記のように、本発明によれば、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することで、並進運動の角度を変更することができるが、本実施形態では、その他、下記の回転機構により並進運動の角度変更を行うこともできる。
【００２６】
図４（ａ）は初期状態で、上記機構により紙面左右方向への並進運動が可能である。角度変更開始時には、まず、図４（ｂ）に示すように、蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ｂ３、２ｂ４から構成される回転単位列を狭小空間で膨張させて固定した上で、蠕動単位ユニット２ｂ１、２ｂ２、２ａ３、２ａ４から構成される回転単位列については、連結バー保持手段４のアクチュエータの機能により、連結バー５１に回転力ｆを付与して、回転させる。
【００２７】
本実施形態では、蠕動運動ロボット１の並進運動を紙面左右方向から紙面上下方向に角度変更するため、図４（ｃ）に示すように、連結バー５１を９０°回転させた位置まで移動させ、その後、図４（ｄ）に示すように、蠕動単位ユニット２ｂ１、２ｂ２、２ａ３、２ａ４を膨張させて固定する。その上で、蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ｂ３、２ｂ４の膨張を解除した上で、連結バー保持手段４のアクチュエータの機能により、連結バー５２に回転力ｆを付与して回転させる。
【００２８】
図４（ｅ）に示すように、連結バー５２を９０°回転させた位置まで移動させ、その後、図４（ｆ）に示すように、蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ｂ３、２ｂ４の膨張を解除した上で、図２で説明したように、列ユニット３Ａ、３Ｂに同一パターンの蠕動運動を付与すると、蠕動運動ロボット１の並進運動の向きを紙面左右方向から紙面上下方向に角度変更することができる。
【００２９】
（実施形態２）
本実施形態の蠕動運動ロボットも、図５に示すように、蠕動単位ユニット２（２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４）を複数並べて構成した列ユニット３を２列、連結部材１で連結して構成されている。
【００３０】
本実施形態の連結部材１は、４隅にアクチュエータ１０を備え、各アクチュエータを介し蠕動単位ユニット２を回転可能に連結した平面部材９から構成されている。
【００３１】
蠕動運動ロボット１の並進運動時の動きは、実施形態１と同様であり、２本の列ユニット３Ａ、３Ｂに同一パターンの蠕動運動を付与して行われる。
【００３２】
次に、図６を参照して、本実施形態の蠕動運動ロボットにおける並進運動の角度変更時の動きを説明する。前記のように、本発明によれば、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することで、並進運動の角度を変更することができるが、本実施形態では、その他、下記の回転機構により並進運動の角度変更を行うこともできる。
【００３３】
図６（ａ）の状態では、紙面左右方向への並進運動が可能である。角度変更開始時には、まず、図６（ｂ）に示すように、列ユニット３Ａの蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４を膨張させて固定した上で、列ユニット３Ｂについては、アクチュエータ１０の機能により、蠕動単位ユニット２ｂ２、２ｂ３に回転力ｆを付与して回転させる。
【００３４】
本実施形態では、蠕動運動ロボット１の並進運動を紙面左右方向からに紙面上下方向角度変更するため、図６（ｃ）に示すように、列ユニット３Ｂを９０°回転させた位置まで移動させ、その後、列ユニット３Ｂの蠕動単位ユニット２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４を狭小空間で膨張させて固定する。その上で、列ユニット３Ａについては、蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４の膨張を解除した上で、連結バー保持手段４のアクチュエータの機能により蠕動単位ユニット２ａ２、２ａ３に回転力ｆを付与して回転させる。
【００３５】
列ユニット３Ａを９０°回転させた位置まで移動させる。その後、２本の列ユニット３Ａ、３Ｂに同一パターンの蠕動運動を付与すると、蠕動運動ロボット１は、紙面上下方向への並進運動をすることができる。
【００３６】
上記実施形態１、２では、いずれも、列ユニット３を９０°回転させるケースについて説明したが、当該実施形態に限定されず、任意の回転角度とすることができ、狭小平面内に挿入された該蠕動運動ロボット１を狭小平面内の任意の位置に自在に移動させることができる。
【００３７】
（実施形態３）
本実施形態の蠕動運動ロボットも、図７に示すように、蠕動単位ユニット２（２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４）を複数並べて構成した列ユニット３を２列、連結部材１で連結して構成されている。
【００３８】
本実施形態の連結部材１は、４隅に蠕動単位ユニットを固定して連結した平面部材１１から構成されている。
【００３９】
本実施形態の蠕動運動ロボットは、各蠕動単位ユニット２（２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４）への空気供給量を制御することにより、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することで、並進運動の角度を変更することができる。
【００４０】
本実施形態では、例えば、蠕動運動ロボット１の並進運動を紙面左右方向からに紙面上下方向角度変更するためには、図７に示す列ユニット３Ａの蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４の何れか一つを狭小空間で膨張させて固定した上で、列ユニット３Ｂの蠕動単位ユニット２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４に蠕動運動を付与するか、あるいは、列ユニット３Ａの蠕動単位ユニット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４と列ユニット３Ｂの蠕動単位ユニット２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４に左右反対方向の蠕動運動を付与すればよい。
【００４１】
以上のように、本発明によれば、蠕動単位ユニットを、少なくとも３個以上直列配置して構成した列ユニットを、並列配置して並進運動を行うものとし、直列配置された蠕動単位ユニット間の少なくとも一か所に、隣接する列ユニット間を連結する連結部材を挿入する構成を有することにより、隣接する列ユニットＡＢに反対方向あるいは速度差の異なる蠕動運動を付与することができ、これにより、並進運動の角度を変更することができる。また、上記実施形態１のように、隣接する列ユニットＡＢのうち、一方の列ユニットＡを構成する蠕動単位ユニットを膨張させて足場を確保した上で、他方の列ユニットＢに回転力を働かせて回転させた後、狭小空間で膨張させて確保し、その後、隣接列ユニットＡＢを再度平行配置するように列ユニットＡに回転力を働かせて回転させることにより、並進運動の角度を変更したり、実施形態２のように、連結部材の４隅に連結された蠕動単位ユニットの方向を、各々、アクチュエータにより変更させることで、並進運動の角度を変更することも可能である。なお、上記実施形態では、蠕動運動ロボットが「平面同士で挟まれた狭小空間内」で移動する例を用いて説明を行ったが、本発明の蠕動運動ロボットの移動は、「平面（曲面も含む）同士で挟まれた狭小空間内」での移動に限定されるものではなく、蠕動運動ロボットの上部は平面に接しない状態、即ち、通常の「平面上」でも、蠕動単位ユニット２を構成するゴム膜と平面との摩擦により、自在に移動することができる。
【００４２】
また、蝉動単位ユニットの内部に伸縮可能な内筒を設け、該ユニットを外筒、内筒の２重構造とし、その外筒と内筒の間に空気を供給することにより、該ユニットを蠕動運動可能な構成とした場合には、内筒で形成される空間内に「内視鏡」や「壁面かきとり手段」等を挿入することができる。その結果狭小空間内での様々な作業の効率化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  連結部材
２（２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４）蠕動単位ユニット
３Ａ、３Ｂ  列ユニット
４  連結バー保持手段
５（５１、５２）  連結バー
６  空気供給チューブ
７  電源チューブ
８  狭小平面
９  アクチュエータ
１０  平面部材
１１  平面部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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