JP2002220049A - 配管内作業ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配管内を自走し、配管を補修することができ、
人の入ることができない小口径の配管でも使用可能であ
る配管内作業ロボットを提供する。 【解決手段】先端に作業器１５が取り付けられた中空な
円筒状の本体１０と、本体１０の軸方向と平行にシリン
ダボディ17b が配置されたエアシリンダ１７と、本体１
０の周囲において、本体１０の中心軸に対して互いに回
転対称な位置に設けられた３つのクローラ２０と、クロ
ーラ２０と本体１０との間に設けられ、本体１０の半径
方向に伸縮自在であるリンク機構３０とからなり、エア
シリンダ１７を伸縮させると、リンク機構３０がクロー
ラ２０を本体１０の半径方向に移動させる。クローラ２
０によって配管Ｐ内を自走させることができ、配管Ｐ内
面の研掃および塗装を行うことができ、内径の異なる様
々な配管Ｐに適用でき、車両の外径をコンパクトにする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管内作業ロボッ
トに関する。さらに詳しくは、ガス管や下水道管、原子
力発電所の配管、配管内面の補修作業を必要とするプラ
ント等において、配管内を自走し、配管の補修作業を行
うための配管内作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】下水道管、原子力発電所やプラント等の
配管は、腐食や亀裂等が発生すると停電や断水になった
り、プラント等では爆発等の大惨事を招く危険性があ
る。定期的に配管を交換すれば、このような事態は防ぐ
ことができるが、配管の交換には時間と費用がかかる。
このため、これらの配管では、定期的に検査が行われて
おり、軽度の欠陥であれば、配管を補修することによっ
て対応している。

【０００３】従来は、人が入ることができる、例えば50
0 〜1000mmの内径を有する配管では、実際に人が入って
検査や簡単な補修作業を行っていた。しかし、配管内は
非常に狭く作業環境も悪いので、簡単な作業であっても
非常に大変であるし、500 mm以下の配管では、人が入る
ことができないので、検査も補修も行うことができなか
った。

【０００４】近年では、CCD カメラや位置計測器等の検
査装置を搭載した配管内検査用自走ロボットが開発さ
れ、人に代わって配管内の検査を行ったり、今まで検査
できなかった小口径の配管内の検査を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の配管
内検査用自走ロボットは、搭載された検査装置によって
配管内の欠陥は発見することができるが、軽度の欠陥で
あってもその部分を補修することができない。したがっ
て、配管を補修するためには、人が配管内に入って作業
を行わなければならないという問題がある。また、人が
入ることができない小口径の配管では、たとえ欠陥が発
見されても補修することができないので、配管を交換し
なければならないという問題がある。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑み、配管内を自走
し、配管を補修することができ、人の入ることができな
い小口径の配管でも使用可能である配管内作業ロボット
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の配管内作業ロ
ボットは、先端に作業器が取り付けられた中空な円筒状
の本体と、該本体の軸方向と平行にシリンダボディが配
置されたエアシリンダと、前記本体の周囲において、該
本体の中心軸に対して互いに回転対称な位置に設けられ
た３つのクローラと、該クローラと前記本体との間に設
けられ、前記本体の半径方向に伸縮自在であるリンク機
構とからなり、前記エアシリンダを伸縮させると、前記
リンク機構が前記クローラを前記本体の半径方向に移動
させることを特徴とする。請求項２の配管内作業ロボッ
トは、請求項１記載の発明において、前記リンク機構
が、前記本体の外周面に沿って摺動自在に設けられたス
ライドフレームと、前記３つのクローラと前記本体の間
に、それぞれ設けられた３つのアーム部とからなり、各
アーム部が、互いに回転自在に連結されてた一対のアー
ムを備えており、一方のアームが、その先端を前記クロ
ーラの先端に回転自在に取り付けられ、その他端が前記
スライドフレームに回転自在に取り付けられており、他
方のアームが、その先端を前記本体の先端部に回転自在
に取り付けられ、その他端が前記クローラに回転自在か
つ本体の軸方向に摺動自在に取り付けられており、前記
エアシリンダのロッドの先端が、前記スライドフレーム
に取り付けられたことを特徴とする。請求項３の配管内
作業ロボットは、請求項１または２記載の発明におい
て、前記エアシリンダにおいて、シリンダボディとロッ
ドの先端との間に、バネが取り付けられたことを特徴と
する。請求項４の配管内作業ロボットは、請求項１、２
または３記載の発明において、前記クローラを駆動する
駆動手段が、前記リンク機構に取り付けられたことを特
徴とする。請求項５の配管内作業ロボットは、請求項
１、２、３または４記載の発明において、前記３つのク
ローラのうち、２つのクローラの一端が、互いに近づく
方向に傾けて配設されたことを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、エアシリンダを
伸長させれば、互いに回転対称な位置に設けられた３つ
のクローラを配管の内面に押し付けることができるの
で、クローラによって水平な配管だけでなく、傾斜した
配管や垂直に設けられた配管内であっても自走させるこ
とができる。また、クローラを用いることによって、配
管の内面と接触する面積を大きくすることができ、また
エアシリンダを用いることによって、クローラを配管内
面に強い力で押し付けることができる。このため、駆動
力が大きくなり、本体の後端にホース等をつないでも、
そのホース等を牽引することができる。さらに、本体の
後端にホース等をつなげば、そのホースから高圧空気と
ともにショットや塗料等を本体内部に送ることができる
ので、先端の作業器をショットブラスト用のノズルや塗
装用の噴付器に付け替えるだけで、ノズルや噴付器から
ショットや塗料を吹き出して、配管内面の研掃および塗
装を行うことができる。さらに、エアシリンダを伸縮さ
せれば、リンク機構によって３つのクローラを本体半径
方向に移動させることができるので、内径の異なる様々
な配管に適用できる。さらに、本体とエアシリンダのシ
リンダボディが平行に配設されているので、車両の外径
をコンパクトにすることができる。請求項２の発明によ
れば、エアシリンダを伸縮させれば、スライドフレーム
が本体の外周面に沿って摺動されるので、一方のアーム
を介して他方のアームが前後に押し引きされる。他方の
アームは、その後端が本体の軸方向に摺動しながら回転
するので、その先端を支点として上下に揺動する。する
と、一方のアームもその後端を支点として上下に揺動す
るので、クローラを本体と平行に保ったまま、本体に対
して本体の半径方向に移動させることができる。請求項
３の発明によれば、ロッドには、バネによっても伸長す
る方に力が加わっているので、クローラを配管内面に押
し付ける力をさらに強くすることができる。しかも、バ
ネは常にロッドを伸長させる方向に力を加えるので、配
管内の凹凸に対するクローラの追従性が良くなる。請求
項４の発明によれば、本体部分に駆動手段を設けなくて
よいので、本体の構造をよりコンパクトにできる。請求
項５の発明によれば、本体の幅方向において、クローラ
のベルトと配管内面との接触する部分に偏りが生じるこ
とを防ぐことができるのできるので、クローラを駆動さ
せたときに本体が半径方向に回転することを防ぐことが
でき、確実に直進させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本実施形態の配管内作業ロボ
ットの概略右側面図である。図２は本実施形態の配管内
作業ロボットの概略左側面図である。図３は作業器１５
を取り外した状態の本実施形態の配管内作業ロボットの
正面図である。図４は本実施形態の配管内作業ロボット
の背面図である。図５はクローラ２０の底面図である。
図１において、符号Ｐは本実施形態の配管内作業ロボッ
トが使用される配管を示している。図１に示すように、
本実施形態の配管内作業ロボットは、本体１０と、エア
シリンダ１７と、バネ１８と、３つのクローラ２０と、
リンク機構３０と、駆動手段４０とから基本構成された
ものであり、クローラ２０によって配管Ｐ内を自走し、
例えば配管Ｐの内面の研掃や塗装等の補修作業行うこと
ができるものである。

【００１０】まず、本体１０を説明する。図１におい
て、符号１１及び符号１２は、中空な円筒状の部材であ
る外筒部および内筒部を示している。この内筒部１２
は、その後端部が外筒部１１の先端から、外筒部１１内
に挿入されており、外筒部１１と内筒部１２とがシール
部材11h によって固定されている。つまり、本体１０
は、二重管構造にすることによって、軽量、コンパクト
かつ高強度に構成されている。前記内筒部１２の先端部
の外周面および外筒部１１の後端部の外周面には、それ
ぞれ前フレーム１３および後フレーム１４が取り付けら
れている。また、内筒部１２の先端、つまり本体１０の
先端には、例えばショットブラスト用のノズルや塗装用
の噴付器等の作業器１５が着脱自在に取り付けられてい
る。この作業器１５は、モータ等を備えた作業器回転手
段１６によって回転させることができる。

【００１１】よって、本体１０によれば、その後端にホ
ースＨ等をつなげば、そのホースＨから高圧空気ととも
にショットや塗料等を本体１０内部に送ることができ
る。したがって、先端の作業器１５として、ショットブ
ラスト用のノズルを取り付ければ、ノズルからショット
を吹き出して、配管Ｐ内面の研掃、すなわち対象面を研
削して掃除することができる。また、ノズルを塗装用の
噴付器に付け換えるだけで、噴付器から塗料を吹き出し
て、配管Ｐ内面の塗装も行うことができる。

【００１２】つぎに、クローラ２０を説明する。図３に
示すように、前記本体１０の周囲において、本体１０の
中心軸に対して互いに回転対称な位置には、３つのクロ
ーラ２０が設けられている。図１において、符号２１
は、縦長な板状の部材であるフレームを示している。こ
のフレーム２１の後端部には、長孔21h が形成されてい
る。この長孔21h は、その長手方向が本体１０の軸方向
に沿って形成されている。図１および図５に示すよう
に、このフレーム２１の先端部には、後述する駆動手段
４０によって回転される駆動ローラ２２の軸が回転自在
に取り付けられている。また、フレーム２１の後端部に
は、従動ローラ２３が回転自在に取り付けられている。
この駆動ローラ２２および従動ローラ２３は、外周面に
溝が形成されたローラである。また、前記駆動ローラ２
２および従動ローラ２３の間には、ベルト２４が巻き掛
けられている。このベルト２４はその内面に沿って凸状
の突起が形成されている。

【００１３】このため、駆動手段４０によって駆動ロー
ラ２２を回転させれば、ベルト２４が回転しクローラ２
０が駆動する。しかも、ベルト２４に幅方向の力が加わ
ってもベルト２４は駆動ローラ２２および従動ローラ２
３から外れない。

【００１４】前記駆動ローラ２２と従動ローラ２３の間
において、フレーム２１の下部には複数の支持ローラ２
５が回転自在に取付けられている。この支持ローラ２５
は、ベルト２４に下面から力が加わっても、ベルト２４
がたわまないように支持するためのものである。

【００１５】また、３つのクローラ２０のうち、１つの
クローラ２０は本体１０の軸方向と平行に配設されてい
るが、他の２つのクローラ２０は本体１０の軸方向に対
して角度をもって配設されている。この２つのクローラ
２０の一端は、互いに近づく方向に傾けて配設されてい
る。このため、本体１０の幅方向において、クローラ２
０のベルト２４と配管Ｐ内面との接触する部分に偏りが
生じることを防ぐことができるので、クローラ２０を駆
動させたときに、本体１０が半径方向に回転することを
防ぐことができ、確実に直進させることができる。

【００１６】つぎに、リンク機構３０を説明する。図６
はリンク機構３０が伸長した状態の概略説明図である。
図２、３および図６に示すように、前記３つのクローラ
２０と前記本体１０との間には、リンク機構３０が設け
られている。リンク機構３０は、スライドフレーム３１
と３つのアーム部３５とから構成されている。図１、図
２および図６に示すように、前記本体１０の前フレーム
１３と後フレーム１４の間において、外筒部１１の外周
面には、前後摺動自在にスライドフレーム３１が取り付
けられている。スライドフレーム３１には、本体１０の
中心軸に対して互いに回転対称な位置に３つのブラケッ
ト31b が設けられている。

【００１７】前記本体１０と前記３つのクローラ２０と
の間には、互いに回転対称な位置に３つのアーム部３５
が設けられている。各アーム部３５は、一対のメインア
ーム３６、サブアーム３７とを備えており、一対のメイ
ンアーム３６、サブアーム３７は、連結部材３８によっ
て互いに回転自在に取り付けられている。

【００１８】前記スライドフレーム３１のブラケット31
b には、メインアーム３６の後端が揺動自在に取り付け
られている。このメインアーム３６は、板状の部材であ
り、その前端は、前記クローラ２０の駆動ローラ２２の
軸に回転自在に取付けられている。

【００１９】本体１０の前フレーム１３には、サブアー
ム３７の前端が回転自在に取り付けられている。サブア
ーム３７の後端部は、スライドピン３９によって前記ク
ローラ２０の長孔21h に回転自在かつ摺動自在に取り付
けられている。

【００２０】よって、スライドフレーム３１が前後に摺
動すれば、メインアーム３６と連結部材３８を介してサ
ブアーム３７が前後に押し引きされる。すると、サブア
ーム３７は、その後端が長孔21h に沿って前後に移動し
ながら回転するので、その先端を支点として上下に揺動
する。すると、メインアーム３６もその後端を支点とし
て上下に揺動するので、クローラ２０を本体１０と平行
に保ったまま、本体１０に対して本体１０の半径方向に
移動させることができる。

【００２１】つぎに、エアシリンダ１７およびバネ１８
を説明する。図１および図４に示すように、前記本体１
０の後フレーム１４の背面には、３つのエアシリンダ１
７が本体１０の中心軸に対して互いに回転対称な位置に
設けられてる。各エアシリンダ１７は、そのシリンダボ
ディ17b が本体１０の軸方向と平行に配置されており、
そのロッド17a を前方に向けて取り付けられている。各
エアシリンダ１７のロッド17a の先端は、前記スライド
フレーム３１にそれぞれ取り付けられている。また、前
記スライドフレーム３１と前記後フレーム１４との間、
つまりエアシリンダ１７のロッド17a の先端とシリンダ
ボディ17b との間には、複数のバネ１８が取り付けられ
ている。

【００２２】このため、エアシリンダ１７を伸縮させれ
ば前記リンク機構３０のスライドフレーム３１を前後に
摺動するので、クローラ２０を本体１０に対して本体１
０の半径方向に移動させることができる。また、エアシ
リンダ１７のロッドには、空気圧だけでなく、バネに１
８よっても伸長する方に力が加わっているので、クロー
ラ２０を配管Ｐ内面に押し付ける力をさらに強くするこ
とができる。しかも、バネ１８は常にロッドを伸長させ
る方向に力を加えるので、配管Ｐ内の凹凸に対するクロ
ーラ２０の追従性が良くなる。

【００２３】つぎに、駆動手段４０を説明する。図１に
示すように、前記リンク機構３０のメインアーム３６の
中間部には、公知のモータ４１が取り付けられている。
また、メインアーム３６の先端には、カップリング４２
が設けられている。この減速機４３は、一対の直交する
傘歯車を備えており、一方の傘歯車が前記クローラ２０
の駆動ローラ２２の軸に取り付けられており、他方の傘
歯車が、カップリング４２を介してモータ４１の主軸に
取り付けられている。よって、モータ４１を駆動させれ
ば、カップリング４２、減速機４３を介して駆動ローラ
２２を回転させることができる。しかも、カップリング
４２は、直行する２つの傘歯車によってモータ４１の主
軸と駆動ローラ２２の軸を接続しているのでいるので、
メインアーム３６が揺動しても、確実にモータ４１主軸
の回転を駆動ローラ２２に伝達させることができる。

【００２４】上記のごとく、本実施形態の配管内作業ロ
ボットによれば、エアシリンダ１７を伸長させれば、互
いに回転対称な位置に設けられた３つのクローラ２０を
リンク機構３０によって配管Ｐの内面に押し付けること
ができるので、クローラ２０によって水平な配管Ｐだけ
でなく、傾斜した配管Ｐや垂直に設けられた配管Ｐ内で
あっても自走させることができる。また、本体１０の後
端にホースＨ等をつなげば、そのホースＨから高圧空気
とともにショットや塗料等を本体内部に送ることができ
る。したがって、先端の作業器１５をショットブラスト
用のノズルや塗装用の噴付器に付け換えるだけで、ノズ
ルや噴付器からショットや塗料を吹き出して、配管Ｐ内
面を研掃および塗装を行うことができる。さらに、エア
シリンダ１７を伸縮させれば、リンク機構３０によって
３つのクローラ２０を本体１０半径方向に移動させて、
クローラ２０を配管Ｐの内面に押し付けることができる
ので、内径の異なる様々な配管Ｐに適用できる。さら
に、本体１０とエアシリンダ１７のシリンダボディ17b
が平行に配設されているので、車両の外径をコンパクト
にすることができる。

【００２５】つぎに、本実施形態の配管内作業ロボット
の作用と効果を説明する。図１に示すように、本実施形
態の配管内作業ロボットの本体１０の後端にホースＨを
つなぎ、本体１０の先端にショットブラスト用のノズル
を取り付けて、配管Ｐの一端から配管内作業ロボットを
配管Ｐ内に入れる。

【００２６】配管Ｐ内でエアシリンダ１７を伸長させれ
ば、リンク機構３０が伸長し、３つのクローラ２０が配
管Ｐの内面に押し付けられる。ついで、駆動手段４０の
モータ４１を駆動させれば、駆動ローラ２２が回転し、
クローラ２０が駆動する。クローラ２０は配管Ｐの内面
と接触する面積が大きく、しかもエアシリンダ１７とバ
ネ１８によって配管Ｐ内に強い力で押し付けられている
ので、配管内作業ロボットは駆動力が大きくなり、ホー
スＨを牽引して配管Ｐ内を前進することができる。

【００２７】配管内作業ロボットを前進させながら、ホ
ースＨから高圧空気とともにショットを本体１０内部に
送れば、ショットブラスト用のノズルからショットを吹
き出して、配管Ｐ内面の研掃を行うことができる。する
と、ショットによって配管Ｐ内面に付着したさびや塗料
を完全に除去することができる。

【００２８】配管内作業ロボットが配管Ｐの他端まで移
動すると、先端の作業器１５を塗装用の噴付器に取り替
えて、配管内作業ロボットを後退させながら、ホースＨ
から高圧空気とともに塗料を本体内部に送れば、噴付器
から塗料を吹き出して、研掃された配管Ｐ内面の塗装を
行うことができる。

【００２９】なお、配管内作業ロボットは、前進すると
きだけでなく、後退しながらでも配管Ｐ内を研掃するこ
とができるのはいうまでもない。

【００３０】さらになお、本体１０にCCD カメラ等の検
査装置を設ければ、配管Ｐの内面を確認しながら作業を
行うことができるので、作業を確実に行うことができ
る。

【００３１】さらになお、作業器回転手段１６のモータ
やモータ４１にエアで駆動するモータを使用すれば、電
気配線を使用する必要がないので、断線やショートの心
配がなく、作業が安全になる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、クローラによ
って水平な配管だけでなく、傾斜した配管や垂直に設け
られた配管内であっても自走させることができ、配管内
面の研掃および塗装を行うことができ、内径の異なる様
々な配管に適用でき、車両の外径をコンパクトにするこ
とができる。請求項２の発明によれば、エアシリンダを
伸縮させれば、クローラを本体と平行に保ったまま、本
体に対して本体の半径方向に移動させることができる。
請求項３の発明によれば、クローラを配管内面に押し付
ける力をさらに強くすることができ、配管内の凹凸に対
するクローラの追従性が良くなる。請求項４の発明によ
れば、本体部分に駆動手段を設けなくてよいので、本体
の構造をよりコンパクトにできる。請求項５の発明によ
れば、本体が半径方向に回転することを防ぐことがで
き、確実に直進させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の配管内作業ロボットの概略右側面
図である。

【図２】本実施形態の配管内作業ロボットの概略左側面
図である。

【図３】スライドフレーム３１を取り外した状態の本実
施形態の配管内作業ロボットの正面図である。

【図４】本実施形態の配管内作業ロボットの背面図であ
る。

【図５】クローラ２０の底面図である。

【図６】リンク機構３０が伸長した状態の概略説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ 本体 １７ エアシリンダ １７ａ ロッド １７ｂ シリンダボディ １８ バネ ２０ クローラ ３０ リンク機構 ３１ スライドフレーム ３５ アーム部 ４０ 駆動手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に作業器が取り付けられた中空な円筒
   状の本体と、該本体の軸方向と平行にシリンダボディが
   配置されたエアシリンダと、前記本体の周囲において、
   該本体の中心軸に対して互いに回転対称な位置に設けら
   れた３つのクローラと、該クローラと前記本体との間に
   設けられ、前記本体の半径方向に伸縮自在であるリンク
   機構とからなり、前記エアシリンダを伸縮させると、前
   記リンク機構が前記クローラを前記本体の半径方向に移
   動させることを特徴とする配管内作業ロボット。
2. 【請求項２】前記リンク機構が、前記本体の外周面に沿
   って摺動自在に設けられたスライドフレームと、前記３
   つのクローラと前記本体の間に、それぞれ設けられた３
   つのアーム部とからなり、各アーム部が、互いに回転自
   在に連結された一対のアームを備えており、一方のアー
   ムが、その先端を前記クローラの先端に回転自在に取り
   付けられ、その他端が前記スライドフレームに回転自在
   に取り付けられており、他方のアームが、その先端を前
   記本体の先端部に回転自在に取り付けられ、その他端が
   前記クローラに回転自在かつ本体の軸方向に摺動自在に
   取り付けられており、前記エアシリンダのロッドの先端
   が、前記スライドフレームに取り付けられたことを特徴
   とする請求項１記載の配管内作業ロボット。
3. 【請求項３】前記エアシリンダにおいて、シリンダボデ
   ィとロッドの先端との間に、バネが取り付けられたこと
   を特徴とする請求項１または２記載の配管内作業ロボッ
   ト。
4. 【請求項４】前記クローラを駆動する駆動手段が、前記
   リンク機構に取り付けられたことを特徴とする請求項
   １、２または３記載の配管内作業ロボット。
5. 【請求項５】前記３つのクローラのうち、２つのクロー
   ラの一端が、互いに近づく方向に傾けて配設されたこと
   を特徴とする請求項１、２、３または４記載の配管内作
   業ロボット。