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配管検査ロボットに関する研究開発－第 2 報：メンテナンス向上のための試作機設計－
前田 弘文*・伊藤 嘉基**・佐々木 俊一***・後藤 幹雄***

Research and development about a piping inspection robot－Report 2: Prototype design for maintenance improvement－
Hirofumi Maeda* , Yoshiki Ito** , Toshikazu Sasaki***and Mikio Goto***
Abstract
This paper describes the design about the piping inspection robot of a trial production. Since we had
the know-how of the developed rescue robot, we were able to make the small prototype. And carrying
became easy. Moreover, this robot has many characteristic, such as a order printed circuit board and anexperimental production tire. Furthermore, maintainability etc. are improving by modularizing on anhardware level.

１．緒言動部のモジュール化とタイヤの試作について述べる．

２．システム構成
我国では昭和 40 年代以降，下水道事業の実施都市が急増し，各地で下水道整備の普及が促進されてき配管検査ロボットのシステム構成を行う上で，以た．これまでに全国の下水道施設は，管路総延長約42 万 [km]，下水処理場数約 2,100 ヶ所となってい 下の機能が最低限必要となる．
る．そのため，管理施設の増加とともに，長期使用・走行のモータ制御
施設の老朽化が顕在化している．下水管渠の標準的耐用年数は 50 年とされており，すでにこの年数を超・カメラ位置調整のためのモータ制御
える下水管渠の延長は約 9,000 [km] 以上になって・配管内を照らすライト調整いる．このような背景から，排水管・下水管の維持・状態を示すための LED 表示
・遠隔操作のための通信機能管理は重要であり，継続的に行っていかなければならない．しかし，実際に管内を調査する作業は人がなお最終的には，カメラ機能等を含め図 2-1 に示行うには過酷であり，調査範囲も広大である．そこで，近年ではロボットを用いた調査が活発に行われ す機能を実現する予定である．ている．ところが，これらのロボット調査にも問題があり，有線による外部制御・外部電源が主流であることから，ロボットシステム全体が大掛かりなものとなり，メンテナンス性が悪い上，高価なシステムとなっている．
そこで，本研究ではこれまで研究してきたレスキューロボットのノウハウを活かし[1]～[3]，小型で持ち運びが容易な配管検査ロボットの開発を行ってきた[4]～[7]．本論文では，配管検査ロボットを小型化するにあたって，メンテナンス性を損なわないための駆*情報工学科**技術支援センター***株式会社カンツール

平成 26 年 11 月 30 日受理

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紀要

第 37 号（平成 27 年）

ヤについて述べる．

図 2-3 ハードウェアのモジュール化

図 2-1 搭載機能

次に図 2-2 にハードウェア構成図を示す．

３．ハードウェア部
ハードウェアにおいて，メンテナンス性を高める
ためには，故障の際に交換する必要がある最小ユニット単位でモジュール化することが望ましい．そこで，駆動部において以下の 4 種類でモジュール化を行った(図 3-1)．
・RC サーボモータ
・加速度センサユニット
・ギアボックスユニット
・本体ケース

図 3-1 ハードウェアのモジュール化
図 2-2 ハードウェア構成

配管検査ロボットの走行制御にはマイコンを使用し，モータ制御には近藤科学株式会社が開発した通信規格 ICS3.5(半二重)を使用する．その他にも A/D変換によるセンサ値の読み取り，I/O による LCD・LED 制御，
PWM とLED ドライバによる照明用LED調整などが可能である．また，図 2-2 の配管検査ロボ
ットのハードウェアは，図 2-3 に示すように 3 つのモジュールに分けることで制御を分散する．以下にハードウェア部とソフトウェア部，および試作タイ

次に，配管検査ロボットに使用する近藤科学株式会 社 製 KRS-4034HV ICS を 図 3-2 に 示 す ．
KRS-4034HV ICS はロボット専用の RC サーボモー
タで，通信規格 ICS3.5 を使用することで，デジタル通信によるコマンド指令により通信時に発生するノイズをカットするだけではなく，様々な動作や設定を行うことができる．また速度フィードバックと位置フィードバックが可能で，速度フィードバックに設定することで，車輪の駆動部としても使用できる．
RC サーボモータは，元々ラジコン用として使用されているモータで，モータ内に制御基板やモータド

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ライバも内蔵したコンパクトな作りとなっている．
そのため，このモータそのものがモジュールとして機能し，電源・グランド・信号線を繋ぐだけで即座に使用できる．

図 4-1 制御部(KCB-1)

回転速度 [rad/s]

ただし，KCB-1 はすでに販売停止となっている．
また，今後より複雑な制御を行っていくためには
図 3-2 RC サーボモータ(KRS-4034HV ICS)CPU の性能を上げる必要がある．そこで，CPU をSH7125F に変更して回路の再設計が可能かテストを行った．図 4-2 に SH7125F を使用したテスト基板
さらに ICS-USB アダプターHS を使用して，PC を示し，プログラムのフローチャートを図 4-3，図から KRS-4034HV ICS へ直接速度フィードバック 4-4 に，通信プロトコルのパターンを図 4-5 に示す．
指令を送信したときのモータ特性を図 3-3 に示す． なお，SH7125F は外部からのコマンド命令によって
図 3-3 から分るように特性は 1 次式でリミットがあ 制御される．
り，非常に使いやすいものとなっている．
SH7125F は，コマンド命令に応答するために SCIの受信割り込みによって随時監視を行っている．また，コマンド命令を受信した後，コマンド命令に対応した制御を行い，LCD にコマンドデータを表示した後，確認データを PC 側へ送信している．テストの8.00
動作の結果，図 4-1 の KCB-1 と同様の機能が実現で6.004.00きることが確認できた．
2.00
0.00
-2.00
-4.00
-6.00
-8.00
7000

7200

7400

7600

7800

8000

指令値 [ ]

図 3-3 モータ特性(KRS-4034HV ICS)

４．ソフトウェア部
図 4-2 テスト基板(SH7125F)

図 4-1 に製作した制御部を示す．制御には近藤科学株式会社が提供する専用制御基板KCB-1 を使用しており，図 2-1 に示した LCD やセンサ，モータなどの制御が可能である．

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紀要

第 37 号（平成 27 年）

図 4-6 搭載用制御基板(SH7125F)
図 4-3 フローチャート(メイン)

５．試作タイヤ
共同研究先では現在製品の配管検査ロボット用として直径 150 [mm] と直径 200 [mm] のタイヤしか用意されていない．そこで，直径 100 [mm] に対応するタイヤの試作を行った．
タイヤを試作するにあたっては材料としてウレタンゴムで使用することから，タイヤの型が必要となる．また，今回作成するタイヤは，図 5-1 に示すよ
うに，形状が複雑なため機械加工だけで製作することが困難である．そこで，以下の工程を経て型の製作を行った．

図 4-4 フローチャート(受信割り込み)①基本となる部品の製作②基本となる部品の複製③基本となる部品を張り合わせて，型のベースを作成④型のベースへの追加工

図 4-5 通信プロトコルパターン

最後に，テストを経て作成した搭載用制御基板を
図 4-6 に示す．
図 5-1 試作タイヤの 3D モデル

６．結言

本研究では，配管検査ロボットを小型するための79
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モジュール化について，システム構成とハードウェアのモジュール化について述べた．また，独自開発した制御基板や試作タイヤについても述べた．今後は，その有効性を検証する必要があるとともに，さらなるシステムのコンパクト化とメンテナンス性の向上を行っていく予定である．
参考文献
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山本 祥弘，梅田 栄，海藻 敬之，前田 弘文，
高森 年，田所 諭：閉鎖空間内探索ロボットのための遠隔操縦システムの開発，第 11 回
システムインテグレーション部門講演会(SI2010)，pp.1238～1241，(2010)[2]

前田 弘文，五百井 清，大坪 義一，小林 滋，
高森 年：レスキューロボットにおけるデバイ
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日本機械学会講演論文集 No.115-1，p.123～124，(2011)[3]

前田 弘文，小林 滋，高森 年：レスキュー
ロボットにおけるデバイス管理を容易にするためのシステム開発，弓削商船高等専門学校
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二宮 綾香，藤田 和友，佐々木 俊一，後藤 幹雄，前田 弘文：配管検査ロボットのための試作機設計，日本機械学会第 43 回学生員卒業
研究発表講演会講演前刷集，716，(2013)[5]藤田 和友，伊藤 嘉基，前田 弘文：配管検査ロボットのためのモジュール化，第 14 回
システムインテグレーション部門講演会(SI2013)，pp.1297～1300，(2013)[6]藤田 和友，佐々木 俊一，後藤 幹雄，伊藤 嘉基，前田 弘文：モジュール化による配管検査ロボットの小型化，日本機械学会第 44 回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集，613，(2014)[7]

前田 弘文，河村 拓弥，藤田 和友，伊藤 嘉基，佐々木 俊一，後藤 幹雄：配管検査ロボットに関する研究開発 -第 1 報：小型化のための試作機設計-，弓削商船高等専門学校紀要
第 36 号，pp.79～82，(2014)