情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report

多様な管内での進行を可能とする移動メカニズムの提案
川津駿斗 1

李根浩 2 横山大輝 3

魚住龍太郎 4

山川健伸 5

概要：古くなった配管は亀裂などの潜在的な問題により突然破裂することがある。管内の定期点検が行われているが、人の手ですべての管を点検することは非効率であり現実的ではない。そこで管内探査ロボットを用いた点検が実施されている。しかし、これらのロボットは使用環境が限られることが多い。
そこで本研究は移動アルゴリズムに着目し、「いかに進行能力を高めるか」を目的とする。これを達成するためにエノコログサと尺取虫、この 2 つの生物を参考にして GI メカニズムを開発した。このアルゴリズムを施した実験機を作成し、進行能力を実験した。そして、実験機によってモデルの一定の有効性を確認した。
キーワード：ロボット，ハードウェア・ソフトウェア・コデザイン，システムアーキテクチャ

Proposal for a migration mechanism that allows progression througha variety of tubesHAYATO KAWAZU†1 GEUNHO LEE†2HIROKI YOKOYAMA†3 RYUTARO UOZUMI†4 KENSIN YAMAKAWA†5Abstract: This study focused on in-pipe problems that occur in everyday life. It focused on in-pipe exploration robots that playa role in maintaining safety in piping. Therefore, it set the task of improving the adaptability of the moving mechanism among
many pipes, and worked on the goal of improving adaptability in piping. To answer this challenge, this study set three goals: tobe able to progress in a vertical state, to be able to adapt to different diameters, and to be able to progress through branches in any
direction. It developed a GI mechanism by analyzing the necessary forces with reference to four characteristics of two organisms.
Using an experimental machine equipped with this GI mechanism, the experiment confirmed that the three goals could beachieved. As a result, this paper confirms the effectiveness of the GI mechanism.
Keywords: Robot, Hardware, Software and Co-Design, System Architecture

1. 緒言
古くなった配管は亀裂などの潜在的な問題により突然破裂することがある.全ての管に常温常圧の安全な物質がている.

2. 問題定式化

流れているわけではない.高温高圧の水蒸気や化石燃料,汚管内を検査する装置は,管内と管外から検査する装置に水などが通る配管には破裂すると建物や道路の崩壊や火災,分けられる.本研究は,その中でも検査の安全性と確実性を水害,さらには環境破壊などを引き起こすものもある.もち求め,管内を検査して回るロボットつまり管内探査ロボッ

ろん破損防止のために点検は行われているが,その多くはトを研究対象とする.管内探査ロボットには,製品化されサ人の手で行われている.しかしながら,人の手ですべての管ービスが提供されているものや研究段階のものもある (1) が,を点検することは非効率であり現実的ではない.特に壁やこれらのロボットは使用環境が限られることが多い.そこ

土壌中など手の届かない箇所や目視できない箇所の点検は,で本研究で取り組む問題を,管内での適応性を向上させるさらに厳しいものになると考えられる.そこで現在,安全にこととする.ロボットを構成する要素はいくつかあるが,そかつ効率的に管内を検査するために様々な装置が開発されの中でもロボットが外界に対して最も作用すると考えられる移動メカニズムの分野に注目し,本研究は「これまで以上

1 宮崎大学
University of Miyazaki
2 宮崎大学
University of Miyazaki
3 宮崎大学
University of Miyazaki
4 宮崎大学
University of Miyazaki
5 宮崎大学
University of Miyazakiⓒ2023 Information Processing Society of Japanに管内に適応できる移動メカニズムの開発」を目的とする.

3. 解決手法
3.1 目標設定
まず目的を達成するために必要な能力を設定する.必要1

情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Reportな能力は様々考えられるが,下記の 3 つを同時に達成可能

mechanism の動きは図 2 のようになり,ΔP が一周期あたりな管内の移動メカニズムを本研究の問題への回答とする.の推進距離である.（1）から（5）まで動き,（2）に戻って再び（5）へ動くというような動作を繰り返すことにより推(a)垂直状態での進行が可能なこと進する.

(b)異なる径に適応可能なこと(c)分岐を任意の方向に進行可能なこと
この 3 つの目標を達成するために必要な能力について以下に解説する.
(a)垂直状態での進行が可能であるためには,管内で落下や滑落しないように強い保持力が必要である.また,垂直を登る場合,位置エネルギーが増大するので推進力は水平状態より必要とされる.
(b)異なる管の径に適応するためには,同一のメカニズムで径の変化に対応する必要がある.異なるメカニズムで対応
すると,特定の径でメカニズムが作用しないなどの問題が生じると考えられるためである.そのため同一のメカニズ

図 2

ムの力を作用できる構造にしなければならないとする.

Figure 2モデルの動き
concept movement(c)任意の方向への分岐の進行を可能にするためには,どの方向に対しても本体の舵を切れる機構が必要である.

4. 実験
まず移動メカニズムの有効性を検証するために GI メカ

3.2 参考にする生物
これらを達成するために本研究ではエノコログサと尺ニズムを施した実験機を作製する.図 3 は作成した実験機

取虫を参考にする.まずエノコログサの穂（図 1 左）の毛は,の動きを撮影したものであり,実験機が移動メカニズムと穂を中心軸に角度をつけながら放射状に伸びている.その対応した動きを再現できていることが確認された.

ため,毛の流れに逆行するような動きは妨げられやすく推実験に際し,撮影やデータの取得を行う.安定化電源を用進の際に後退しにくいという単一方向性を持つ.また放射い,実験機に電気を供給できるようにする.使用した安定化状に伸びる毛により,管の内径が変化した場合でも適応性

電源は RS PRO DC POWER SUPPLY IPS 1820D である.管内を持つと考えられる.次に尺取虫（図 1 中央）は,前後の足は乾燥しており,実験は室内で行う.実験機の操作は著者がで確実に自重を支えつつ交互に前方に進めることで,仮に行う.

逆さまでも落下せずに推進を行う.このような尺取虫の持つ保持力と推進力を参考にする.以上 2 つの生物から,単一4.1 実験１

垂直状態での進行実験

方向性,適応性,保持力,推進力の 4 つの性質を参考にするこ

本実験はメカニズムを施した実験機が,垂直状態で進行とで,管内の移動に適したハイブリットな移動メカニズムできることを検証する目的で行う.使用する管は呼び径を開発する.

100mm の塩ビ管である.使用する気圧センサは DPS368 である.図 5 のように気圧センサで読み取った値を SD カードに書き込ませるデバイスを作製し,実験機と開始位置と同じ高さに取り付けてデータを取得する.実験では実験機を操作し垂直な管内を 50cm 上昇させる.取得した気圧データの差によって相対的な開始位置からの気圧の変化が見られ
図 1
Figure 1モデルの概念
concept model

3.3 モデルることにより,垂直を推進していることが確認できるものとしている.
4.2 実験２異なる管の内径における進行実験

以上の 2 つの生物を参考に,移動メカニズム（図 1 右）を

本実験は実験機が,垂直状態で異なる管の径に適応でき開発した.移動メカニズムを GI メカニズム （Green foxtail

ることを検証する目的で行う.使用する管は実験 1 とは異and Inchworm mechanism; ギ メ カ ニ ズ ム ） と し た .GIなる呼び径 150mm の塩ビ管である.その他の使用する気圧ⓒ2023 Information Processing Society of Japan2

情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report
センサや手順,条件は実験 1 と同様である.実験 1 とは呼び径を変更しただけで,対照実験となるように設定する.この実験 2 で実験 1 と同様の結果が出ることにより異なる径にも適応できていることが確認できるものとしている.
4.3 実験２異なる管の内径における進行実験

本実験は,分岐を任意の方向に進行可能なことを検証する目的で行う.使用する管は,内径 100mm の半透明の青色の硬質塩化ビニル Y 字管 45 度と,内径 100mm の無色透明なアクリル管である.Y 字管にアクリル管を繋ぎ,垂直に固定する.ただし Y 字管とアクリル管の接続部分に大きな段差が生じないように PLA 樹脂で出力するスペーサーを詰める.このとき図 6 のように分岐先の任意の方向の管に対して目印をつけ,その方向に進行させる.その様子を定点で撮影し,実験機の軌道を追跡しグラフ化する.

5. まとめ本研究では日常に潜む配管の問題に着目し,その安全性を保つ一役を担う管内探査ロボットに注目した.これまで開発されてきた多くの管内の移動機構の適応性の向上に疑問を持ち,管内での適応性を向上させることを問題と設定し,これに取り組んだ.その回答として,垂直状態での進行が可能なこと,異なる径に適応可能なこと,分岐を任意の方向に進行可能なことの 3 つの目標を設定した.必要な力を分析し,2 つの生物から 4 つの性質を参考にし,GI mechanism を開発した.このメカニズムを施した実験機を作成し,実験によって 3 つの目標を遂行できることを検証しようとした．
今後，実験により有効性を検証したい．

参考文献[1] Mohd ZamzuriAb Rashid, Mohd FitriMohd Yakub, Sheikh
AhmadZaki bin Shaikh Salim, NormaisharahMamat, Sharifah
MunawwarahSyed Mohd Putra, Shairatul AkmaRoslan, ‘‘Modelingof the in-pipe inspection robot: A comprehensive review’’, Ocean
Engineering, Volume 203, 1 May 2020, 107206ⓒ2023 Information Processing Society of Japan3