JP4794336B2 - 自動走行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、管路や狭隘な空間等の点検、探査、清掃等を行なう際に使用される自動走行ロボットに関し、特に、弾性を有する複数の毛状体により推進力を得るように構成した自動走行ロボットに関する。

配管等の管路や狭隘な空間等の点検、探査、清掃等を行なう際に使用される自動走行ロボットには種々のタイプのものがあり、例えば、特許文献１には、下水道管や石油導管等の配管内部の検査や補修に使用される管内自動走行装置が提案されている。

この管内自動走行装置は、複数の駆動輪を外部に有するハウジング内に収納され、電気ケーブルを介して外部電源装置に接続された電動モータと油圧ポンプと油圧タンクを有する圧力源部と、圧力源部から送られる作動油で回転する油圧モータと油圧モータの出力軸と各駆動輪の車軸間を連結するギヤー群とを有する走行駆動手段と、圧力源部から送る作動油の油量と方向を制御する電磁弁ブロックとを備えている。

ところで、上記のような構成の管内自動走行装置にあっては、駆動輪の回転を推進力として管路内を走行するように構成されているため、内壁面が平坦な管路内であれば円滑に走行することができるが、内壁面が凹凸や段差があるような複雑な形状の管路内の場合には、充分な推進力を得ることができず、円滑に走行することができず、途中で進退不能になることが多々ある。また、構造が複雑であるために、製作に要する時間、手間及び費用が嵩み、装置全体としての価格が高くついてしまう。

一方、上記のような問題に対処するため、本願発明者らは、弾性を有する複数の毛状体によって推進力を得るように構成した自動走行ロボットを特許文献２に提案している。

このような構成の自動走行ロボットにあっては、特許文献１に記載の管内自動走行装置のような問題が生じるようなことはなく、管路の内壁面の凹凸形状等に影響されずに充分な推進力が得られる。また、構造が簡単であるため、製作による時間、手間、及び費用を削減することができ、装置全体としてのコストを低減させることもできる。
特開平６−１９１４０１号公報 特開２００５−２３８３３９号公報

本発明は、特許文献２に開示される自動走行ロボットの改良に関するものであり、管路の内壁面の形状に影響されることなく、また管路の傾斜角度に影響されることなく、安定した円滑な走行が得られる自動走行ロボットを提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、周方向の両端面が互いに対向するように対向配置されるとともに、互いに接近、離隔可能な一対の略半円筒状の脚部と、各脚部の外面に、長手方向に所定の間隔ごとに複数段に、かつ各段に周方向に所定の間隔ごとに複数箇所に設けられ、各々が各脚部の外面から外方に突出し、かつ各脚部の外面に対して所定の角度で傾斜する、複数の毛状体を束ねて構成した複数の毛状体の束と、前記各脚部の内面側に、各脚部の長手方向に沿うようにそれぞれ固定される一対のスライド軸と、各スライド軸にスライド自在に設けられるスライダとからなるスライダ機構と、一端が前記一方の脚部のスライド軸の一端にピン結合され、他端が前記他方の脚部のスライダにピン結合される一方の連結部材と、一端が前記他方の脚部のスライド軸の一端にピン結合され、他端が前記一方の脚部のスライド軸のスライダにピン結合されるとともに、中間部が前記一方の連結部材の中間部にピン結合される他方の連結部材とからなる連結機構と、前記一方の脚部のスライド軸のスライダをスライドさせる駆動機構と、前記両脚部の端部間に設けられる駆動モータと、該駆動モータの出力軸に重心が偏心した状態で取り付けられる錘体と、該駆動モータと前記一方の脚部の端部との間、及び該駆動モータと前記他方の脚部の端部との間にピン結合される一対の連結部材とからなる加振手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の自動走行ロボットによれば、駆動機構により、スライダ機構の一方の脚部のスライド軸のスライダを該スライド軸に沿ってスライドさせることにより、該スライダの変位に追従して連結機構の両連結部材が伸縮し、両連結部材の伸縮に追従して他方の脚部のスライド軸のスライドが該スライド軸に沿ってスライドし、両脚部を接近又は離隔する方向に駆動させることができる。従って、駆動機構により、両脚部を離隔させる方向に駆動させることにより、各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面に圧接させることができ、両脚部を接近させる方向に駆動させることにより、各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面から離間させることができる。
また、駆動機構により、両脚部を離隔させて各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面に圧接させた状態で、加振手段の駆動モータを作動させて錘体を偏心回転させて振動を発生させることにより、その振動を両連結部材を介して両脚部に伝達させ、両脚部から両脚部の外面側の複数の毛状体の束に伝達させ、各毛状体の束を管路の長手方向に撓むように弾性変形させることができ、この各毛状体の束の弾性変形を自動走行ロボットを走行させる推進力として作用させることができ、この推進力によって自動走行ロボットを管路内を内壁面に沿って長手方向に走行させることができる。
従って、管路の内壁面の形状、管路の傾斜角度に影響されることなく、様々な内面形状、傾斜角度の管路内を安定して円滑に走行させることが可能となる。
さらに、加振手段の両連結部材の長さ、ピン結合の位置を調整することにより、両脚部が最大に離隔したときの両脚部間の間隔、及び最大に接近したときの両脚部間の間隔を調整することができる。

また、本発明において、前記脚部は、接近したときに外形が円形状をなし、離隔したときに外形が長円形状をなすように構成されていることとしてもよい。

本発明の自動走行ロボットによれば、駆動機構により、両脚部を離隔する方向に駆動させることにより、両脚部の外形が長円形状をなすように構成され、各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面に強く圧接させることができ、複数の毛状体の束による強力な推進力が得られることになる。

以上、説明したように、本発明の自動走行ロボットによれば、駆動機構により、両脚部を互いに離隔する方向に駆動させることにより、各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面に圧接させることができる。そして、この状態で、加振手段の駆動モータを作動させて錘体を偏心回転させて振動を発生させて、その振動を両連結部材を介して両脚部に伝達させ、両脚部から両脚部の外面側の複数の毛状体の束に伝達させることにより、各毛状体の束を管路の長手方向に撓むように弾性変形させることができ、この各毛状体の束の弾性変形を自動走行ロボットを走行させる推進力として作用させることができ、この推進力によって自動走行ロボットを管路内を内壁面に沿って長手方向に走行させることができる。
従って、管路の内壁面の形状、管路の傾斜角度に影響されることなく、様々な内面形状、傾斜角度の管路内を安定して円滑に走行させることができ、適用可能な範囲を広げることができる。さらに、加振手段の両連結部材の長さ、ピン結合の位置を調整することにより、両脚部が最大に離隔したときの両脚部間の間隔、及び最大に接近したときの両脚部間の間隔を調整することができるので、これによっても適用可能な範囲を広げることができる。
また、各脚部、毛状体、スライダ機構、連結機構、駆動機構は、簡単な構造のものであるので、製作に要する手間、時間、及び費用を削減することができ、製造コストを安く抑えることができる。
さらに、両脚部を離隔させたときに、それらの外形が長円形状をなすように構成したので、各脚部の外面側の複数の毛状体の束を管路の内壁面に強く圧接させることができ、各脚部の外面側の複数の毛状体の束によって強力な推進力が得られ、管路の内壁面の形状、管路の傾斜角度に影響されることなく、安定した円滑な走行が得られることになる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による自動走行ロボットの一実施の形態が示されていて、図１は走行前の状態を示す概略縦断面図、図２は図１の下面図、図３は走行開始時及び走行中の状態を示す概略縦断面図、図４は図３の下面図である。

すなわち、本実施の形態に示す自動走行ロボット１は、対向配置される一対の脚部２、２と、各脚部２にそれぞれ設けられる複数の毛状体５と、両脚部２、２間に設けられて両脚部２、２を互いに接近、離隔する方向に駆動させる駆動手段６と、両脚部２、２間に設けられて両脚部２、２を振動させる加振手段２０とを備えている。

各脚部２は、同一長さ、大きさの略半円筒状をなすものであって、耐水性を有する各種の合成樹脂材、金属材等から形成される。両脚部２、２は、周方向の両端面２ｃ、２ｄが互いに対向するように対向配置され、後述する駆動手段６により互いに接近、離隔可能に構成されている。

各脚部２の凸状の外面２ａには、毛状体の束４が長手方向に所定の間隔ごとに複数段に設けられ、各段には周方向に所定の間隔ごとに複数箇所に毛状体の束４が設けられ、これらの複数の毛状体の束４によって各脚部２の外面２ａの全体に亘って複数の毛状体５からなる毛状体群３が構成され、この毛状体群３によって自動走行ロボット１を走行させるための推進力が得られる。

各毛状体の束４は、同一長さ、径の複数の毛状体５を末広状をなすように束ねて構成したものであって、各脚部２の外面２ａに対して全体が所定の角度（本実施の形態においては約４０度）で傾斜するように、かつ各脚部２の外面２ａから外方に所定の長さ突出するように、各脚部２の外面２ａに一束ごとに一体に設けられている。

各毛状体の束４は、各脚部２の外面２ａに所定の深さ、径、傾きの孔（図示せず）を穿設し、この孔内に各毛状体の束４の根元部を挿入して接着剤等を充填して硬化させることにより、各脚部２の外面２ａに一体に設けられる。本実施の形態においては、各毛状体の束４を３本の毛状体５を束ねて構成しているが、２本又は４本以上の毛状体５を束ねて毛状体の束４を構成してもよい。

各毛状体の束４を構成する各毛状体５は、弾性及び耐水性を有する素材からなる棒状をなすものであって、各毛状体５の素材としては、例えば、ポリエチレン、アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の各種の合成樹脂材、各種の金属材等が挙げられる。但し、これらに限定することなく、同様の特性を有する素材であれば使用することができる。

毛状体群３を構成する各毛状体５は、先端部を管路３０の内壁面３１に当接させた状態で後述する加振手段２０により脚部２に振動を付加することにより、その振動に追従して管路３０の長手方向に撓むように弾性変形し、この毛状体５の弾性変形が自動走行ロボット１を走行させる推進力として作用する。

駆動手段６は、一対の脚部２、２間に設けられて両脚部２、２間を連結する伸縮自在な連結機構７と、連結機構７を伸縮させるスライダ機構１１と、スライダ機構１１を駆動させる駆動機構１４とを備え、この駆動機構１４とスライダ機構１１と連結機構７との協働により、両脚部２、２が互いに接近、離隔する方向に駆動する。

スライダ機構１１は、各脚部２の凹状の内面２ｂ側の中央部に、各脚部２の長手方向に沿うように設けられるとともに、両端部が各脚部２の内面２ｂ側に固定部材（図示せず）を介して固定される棒状のスライド軸１２と、各スライド軸１２にそれぞれスライド自在に設けられる筒状のスライダ１３とから構成されている。この場合、スライド軸１２は、各脚部２の内面２ｂの略全長に行き渡るように長さが設定されている。

連結機構７は、一対の板状又は棒状の連結部材８、９を中央部間でピン１０により結合して構成したものであって、一方の連結部材８の一端部が一方の脚部２のスライド軸１２の一端部にピン１０により結合され、他端部が他方の脚部２のスライダ１３にピン１０により結合され、他方の連結部材９の一端部が他方の脚部２のスライド軸１２の一端部にピン１０により結合され、他端部が一方の脚部２のスライダ１３にピン１０により結合されている。

連結機構７の両連結部材８、９を中央部のピン１０を中心として相対的に回動させることにより、両連結部材８、９が両脚部２、２の長手方向と直交する方向に伸縮する。この場合、両連結部材８、９は、最大に伸びることにより図３及び図４に示す状態となり、最小に縮むことにより図１及び図２に示す状態となる。両連結部材８、９の伸縮量は、後述する加振手段２０の連結部材２３、２４の長さ、取り付け位置等を調整することにより、調整することができる。

駆動機構１４は、一方の脚部２の内面２ｂ側に出力軸１６が図中下方を向くように取り付けられる駆動モータ１５と、駆動モータ１５の出力軸１６の回転を直線運動に変換して、一方の脚部２のスライド軸１２上のスライダ１３に伝達させる変換機構１７とから構成されている。

変換機構１７は、例えば、駆動モータ１５の出力軸１６に軸線を一致させた状態で取り付けられるねじ軸１８と、ねじ軸１８に進退可能に螺着される可動ねじ１９とによって構成され、可動ねじ１９の一部が一方の脚部２のスライダ１３に連結されている。

駆動機構１４の駆動モータ１５を回転駆動させることにより、出力軸１６と一体にねじ軸１８が回転し、このねじ軸１８の回転が可動ねじ１９に伝達され、可動ねじ１９がねじ軸１８上を進退し、可動ねじ１９の進退に追従してスライダ１３がスライド軸１２をスライドし、このスライダ１３の変位に追従して連結機構７の両連結部材８、９が伸縮し、両連結部材８、９に追従して他方の脚部２のスライダ１３がスライド軸１２上をスライドする。そして、このように、両脚部２、２の両スライダ１３、１３が両連結部材８、９を介して両スライド軸１２、１２上をスライドすることにより、両脚部２、２が接近、離隔する方向に駆動し、図１及び図２、図３及び図４に示すように、最大に接近した位置と最大に離隔した位置との間を駆動することになる。

加振手段２０は、駆動モータ２１と、駆動モータ２１の出力軸（図示せず）に重心が偏心した状態で取り付けられる錘体（図示せず）と、駆動モータ２１を両脚部２、２に連結する連結機構２２とを備えており、駆動モータ２１を駆動させて、出力軸を回転駆動させることにより、出力軸の回転に追従して錘体が偏心回転し、この錘体の偏心回転が連結機構２２を介して両脚部２、２に伝達される。

連結機構２２は、一端部が一方の脚部２の図中下端部にピン２５により結合されるとともに、他端部が駆動モータ２１の図中左端部にピン２５により結合される一方の連結部材２３と、一端部が一方の脚部２の図中下端部にピン２５により結合されるとともに、他端部が駆動モータ２１の図中右端部にピン２５により結合される他方の連結部材２４とから構成され、両脚部２、２が最大に離隔したときには両連結部材２３、２４は水平状態となり、両脚部２、２が最大に接近したときには両連結部材２３、２４は垂直状態となる。連結機構２２の両連結部材２３、２４の長さ、ピン２５による結合位置等を調整することにより、両脚部２、２が最大に離隔したときの両脚部２、２間の間隔、及び最大に接近したときの両脚部２、２間の間隔を調整することができる。

次に、上記のように構成した本実施の形態による自動走行ロボット１の作用について説明する。
まず、図１及び図２に示すように、駆動手段６の駆動機構１４の駆動モータ１５を駆動させて、スライダ機構１１及び連結機構７を介して両脚部２、２を最大に接近させ、この状態を保って点検、探査、清掃等の対象となる管路３０内に自動走行ロボット１を装着する。

そして、図３及び図４に示すように、駆動手段６の駆動機構１４の駆動モータ１５を駆動させて、スライダ機構１１及び連結機構７を介して両脚部２、２を最大に離隔させ、両脚部２、２の外面２ａ側の毛状体群３の各毛状体５を管路３０の内壁面３１に圧接する。

そして、図３及び図４に示すように、加振手段２０の駆動モータ２１を駆動させて、錘体を偏心回転させることにより振動を発生させ、この振動を連結機構２２を介して両脚部２、２に伝達し、両脚部２、２の外面２ａ側の毛状体群３に伝達し、各毛状体５を管路３０の長手方向に撓むように弾性変形させる。

そして、このように両脚部２，２の毛状体群３の各毛状体５を管路３０の内壁面３１に圧接した状態で弾性変形させることにより、この毛状体群３の各毛状体５の弾性変形が自動走行ロボット１を走行させる推進力として作用し、この推進力によって自動走行ロボット１が管路３０内を内壁面３１に沿って管路３０の長手方向に走行することになる。

上記のように構成した本実施の形態による自動走行ロボット１にあっては、一対の脚部２、２を駆動手段６によって互いに離隔させることにより、両脚部２、２の外面２ａ側の毛状体群３の各毛状体５の先端部を管路３０の内壁面３１に強く圧接させて、この状態で加振手段２０により両脚部２、２に振動を付加することにより、毛状体群３の各毛状体５を弾性変形させるように構成したので、管路３０の内壁面３１の形状、管路３０の傾斜角度に影響されずに、充分な推進力が得られることになる。

従って、管路３０の内壁面３１の形状に影響されることなく、また管路３０の傾斜角度に影響されることなく、安定した円滑な走行をすることができるので、各種の内壁面３１の形状の管路３０、各種の傾斜角度の管路３０の点検、探査、清掃等に適用することができる。

また、脚部２、駆動手段６、及び加振手段２０は、簡単な構造を有しているので、それらの製作に要する手間、時間、及び費用を削減することができ、装置全体としての価格を安く抑えることができ、安価なものを提供することができる。

なお、前記の説明においては、一対の脚部２、２を対向配置して、両脚部２、２を接近、離隔可能に構成したが、一対以上の脚部２を対向配置して、それらを接近、離隔可能に構成してもよい。

本発明による自動走行ロボットの一実施の形態を示した概略縦断面図であって、走行前の状態を示した概略縦断面図である。 図１の下面図である。 走行開始時及び走行中の状態を示した概略縦断面図である。 図３の下面図である。

符号の説明

１ 自動走行ロボット
２ 脚部 ２ａ 外面
２ｂ 内面 ２ｃ、２ｄ 周方向の端面
３ 毛状体群 ４ 毛状体の束
５ 毛状体 ６ 駆動手段
７ 連結機構 ８ 一方の連結部材
９ 他方の連結部材 １０ ピン
１１ スライダ機構 １２ スライド軸
１３ スライダ １４ 駆動機構
１５ 駆動モータ １６ 出力軸
１７ 変換機構 １８ ねじ軸
１９ 可動ねじ ２０ 加振手段
２１ 駆動モータ ２２ 連結機構
２３ 一方の連結部材 ２４ 他方の連結部材
２５ ピン ３０ 管路
３１ 内壁面

Claims (2)

1. 周方向の両端面が互いに対向するように対向配置されるとともに、互いに接近、離隔可能な一対の略半円筒状の脚部と、
   各脚部の外面に、長手方向に所定の間隔ごとに複数段に、かつ各段に周方向に所定の間隔ごとに複数箇所に設けられ、各々が各脚部の外面から外方に突出し、かつ各脚部の外面に対して所定の角度で傾斜する、複数の毛状体を束ねて構成した複数の毛状体の束と、
   前記各脚部の内面側に、各脚部の長手方向に沿うようにそれぞれ固定される一対のスライド軸と、各スライド軸にスライド自在に設けられるスライダとからなるスライダ機構と、
   一端が前記一方の脚部のスライド軸の一端にピン結合され、他端が前記他方の脚部のスライダにピン結合される一方の連結部材と、一端が前記他方の脚部のスライド軸の一端にピン結合され、他端が前記一方の脚部のスライド軸のスライダにピン結合されるとともに、中間部が前記一方の連結部材の中間部にピン結合される他方の連結部材とからなる連結機構と、
   前記一方の脚部のスライド軸のスライダをスライドさせる駆動機構と、
   前記両脚部の端部間に設けられる駆動モータと、該駆動モータの出力軸に重心が偏心した状態で取り付けられる錘体と、該駆動モータと前記一方の脚部の端部との間、及び該駆動モータと前記他方の脚部の端部との間にピン結合される一対の連結部材とからなる加振手段とを備えていることを特徴とする自動走行ロボット。
2. 前記脚部は、接近したときに外形が円形状をなし、離隔したときに外形が長円形状をなすように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動走行ロボット。

Images