JPH07171531A - 配管保守ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】配管の形態に影響されず安定した走行ができ、
海生物等の付着位置に自在に移動して、配管内面を損傷
することなく効率よく配管内面の清掃、保守作業が行え
る遠隔操作型の配管保守ロボットを提供する。 【構成】保守対象配管ａの内部に径方向に伸縮自在なア
ーム５を挿入し、アーム５の一端に配管ａ内の付着物を
高圧ジェット水の衝撃力で剥離する清掃ヘッド４を着脱
可能に取付け、他端に剥離した付着物を吸引する吸引ヘ
ッド２０を着脱可能に取付ける。アーム５を配管ａの軸
心上で傾斜旋回させるアーム駆動機構６を設ける。アー
ム５、清掃ヘッド４，吸引ヘッド２０，アーム駆動機構
６を、配管ａ内で走行自在な走行機構１０に搭載する。
さらに配管ａの内面に真空吸着可能な吸盤１３と、吸引
ヘッド２０で吸引した付着物を外方へ圧送する真空ホー
ス２６と、この真空ホース２６と吸盤１３とに分岐接続
された切換え弁２１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば汽力発電所の海
水流路管等の内部を保守する場合に適用される配管保守
ロボットに係り、特に配管内に付着する海生物の清掃回
収および配管内面の検査と補修とを遠隔操作によって行
う場合に好適な配管保守ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば原子力発電所の冷却水給排用の海
水管には、ふじつぼ、むらさき貝、スライム等の海生物
が付着する場合がある。これらが成長すると、冷却水の
流れの妨げとなるので、これらの海生物は定期的に除去
する必要がある。

【０００３】従来一般には、配管内に作業者が入り、手
作業で清掃等を行っているが、配管内は暗いうえ、除去
した海生物が腐敗すると硫化水素、アンモニア等の有害
ガスが発生する。このため、このような配管清掃は悪環
境下での作業となり、作業の機械化が強く望まれてい
る。

【０００４】このような人手作業を機械化するため、こ
れまでに遠隔操作型のロボットが種々提案されている。
例えば特開平４−１２２４８５号公報に記載の配管清掃
回収ロボットでは、ブラシによる海生物の剥離と真空に
よる海生物の回収方法が開示され、また特公平５−７０
７３号公報に記載の海水挿通路内周面の清掃方法および
清掃機では、破砕ハンマによる海生物の剥離方法と真空
による海生物の回収方法とが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の提案に共通する課題として、海生物の清掃や回収は機
械化できるが、後工程としての配管内面の検査と損傷箇
所の補修とは従来通り人手により実施しなければならな
い点が指摘される。

【０００６】また、ブラシや破砕ハンマ等による海生物
の剥離方法では、強固に付着したふじつぼ等を根本から
完全に剥離することが難しく、また配管内面の塗料を損
傷する虞れがある。移動方式に関しては、車輪走行方
式、尺取り走行方式が提案されているが、これらの方式
は直管部での走行には支障ないが、垂直管、傾斜管での
自力走行は極めて困難である。

【０００７】さらに、配管内面の塗料にはエポキシ系樹
脂塗料等の溶剤型塗料が多く用いられているため、機械
化を図るうえで防爆対策が必要となり、機器の重量増加
と大型化とを招き、塗装の機械化を一層困難なものとし
ている。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、配管の形態（傾斜、垂直）に影響されず安定し
た走行ができ、海生物等の付着位置に自在に移動して、
配管内面を損傷することなく効率よく清掃および回収が
行えるとともに、搭載する機器の簡便な積み換えによっ
て清掃後の配管内面の検査補修等も行え、配管内面の一
連の清掃、保守作業が有効的に行える遠隔操作型の配管
保守ロボットを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、保守対象となる配管の内部に挿入され、その配管の
径方向に伸縮自在なアームと、このアームの一端に着脱
可能に取付けられ前記配管内の付着物を高圧ジェット水
の衝撃力を利用して剥離する清掃ヘッドと、前記アーム
の他端に着脱可能に取付けられ、剥離した付着物を吸引
する吸引ヘッドと、前記アームを配管の軸心上で傾斜、
旋回させるアーム駆動機構と、これらアーム、清掃ヘッ
ド、吸引ヘッドおよびアーム駆動機構を搭載し、前記配
管内で走行自在な走行機構と、この走行機構に設けら
れ、前記配管の内面に真空吸着可能な吸盤と、前記吸引
ヘッドで吸引した付着物を前記配管の外方へ圧送する真
空ホースと、この真空ホースと前記移動機構の吸盤とに
分岐接続された切換え弁とを備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の配管保守ロボットにおいて、清掃ヘッドと交換してア
ームに着脱可能に装着される研掃ヘッドと、この研掃ヘ
ッドにホースで接続され走行機構に搭載されるショット
ブラスト装置と、吸引ヘッドと交換してアームに着脱可
能に装着される探傷ヘッドと、アームの端部に着脱可能
に装着され前記探傷ヘッドにケーブルで接続されるピン
ホール探知器とを備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の配管保守ロボットにおいて、清掃ヘッドまた
は研掃ヘッドに交換してアームに着脱可能に装着される
塗装ヘッドと、主剤および硬化剤を充填しこれらを混合
および昇温して無溶剤型塗料とするホッパと、前記塗装
ヘッドに切換弁を介して前記ホッパから塗料を圧送する
ポンプおよびホースとを備えたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、清掃ヘッドか
ら配管内壁面に高圧ジェット水を噴射することにより、
配管内に付着した海生物を配管内面の塗料を損傷するこ
となく剥離することができる。また、アーム駆動機構の
動作により清掃ヘッドを配管内壁面に対して常に一定の
間隔、角度に保持することができるので、配管の屈曲部
においても清掃条件を一定にして清掃することができ
る。この清掃作業は、走行機構の走行に伴って進められ
るが、その際、吸盤を配管内面に強力に吸着させながら
走行できるので、配管が傾斜または垂直であっても安定
した走行を行うことができる。

【００１３】このようにして剥離した海生物は、管底付
近に堆積する。そこで、吸盤の真空吸着を一端停止し、
切換弁を吸引ヘッド側に切換えた後、再び真空吸引し、
吸引ヘッドを清掃ヘッドと同様に自在に操作して堆積物
を完全に回収することができる。なお、配管が傾斜また
は垂直となっている部分では下方に落下堆積するので、
その部分においては回収作業を行う必要がなく、水平部
分において集中的に実施すればよい。その際、水平部分
では管底の堆積物を高圧ジェット水の排出力により前方
に押し進めながらひとまとめにして回収することができ
る。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、前記の作
用に続いて配管内の探傷および研掃を行うことができ
る。すなわち、前記の作業終了後、配管内に通気を行
い、配管内面を乾燥させる。この間にロボットを配管入
口まで帰還させ、清掃ヘッドを研掃ヘッドに交換し、ロ
ボット上にショットブラスト装置を搭載する。また、吸
引ヘッドを探傷ヘッドに交換し、アームにピンホール検
知器を搭載する。

【００１５】以上の段取りが終了したら、探傷ヘッドを
配管内面に接触させながら、旋回と走行とを繰返し、ピ
ンホール検査を行う。損傷箇所が発見されたら、その部
分に研掃ヘッドを押付けて、ショットブラスト装置によ
り下地処理を行う。この一連の作業はロボットの帰還時
に行ってもよい。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、さらに続
いて塗装を行うことができる。すなわち、前記作業が終
了したら、研掃ヘッドに代えて塗装ヘッドを搭載すると
ともに、ショットブラスト装置に代えてホッパを搭載す
る。そして、前工程で下地処理を行った損傷箇所の補修
塗装を行う。この作業は、損傷箇所が走行部に当たる可
能性を考慮して、ロボットの帰還時に行う。

【００１７】以上のようにしてアーム先端の作業用工具
や装置の交換を行いながら、海生物の清掃と回収、およ
び配管内面の検査と補修とを、一連の作業で１台のロボ
ットで実施することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。なお、本実施例は図１０に示すように、水平管
部分、傾斜管部分、垂直管部分等を有する原子力発電所
の海水配管ａの保守に好適な配管ロボットについてのも
のである。

【００１９】図１および図２は清掃、回収作業に用いる
配管保守ロボット構成を示している。このロボット１
は、高圧ジェット水を噴射するノズル２と、このノズル
２を配管ａの長方向に揺動する揺動機構３とからなる清
掃ヘッド４とを有し、この清掃ヘッド４は、配管ａの径
方向に伸縮自在なアーム５の一端に着脱可能に取付けら
れている。

【００２０】アーム５は、配管の軸心上を旋回するアー
ム駆動機構６の第１軸７に固定され、この第１軸７は、
軸心に対して３０°傾斜して旋回する第２軸８に固定さ
れている。さらに、この第２軸は軸心上を旋回する第３
軸９に固定されている。

【００２１】アーム駆動機構６は、走行機構１０を構成
する走行台車１１の前方に搭載され、この走行台車１１
の下部には４個の走行車輪１２が設けられている。走行
車輪１２となる前輪と後輪との間には吸盤１３が配設さ
れ、この吸盤１３は走行台車１１に固定したエアシリン
ダ１４の先端に結合されている。

【００２２】また、ロボット１の上部には走行時の転倒
防止用の天井車輪１５が備えられ、エアシリンダ１６に
より伸縮するようになっている。この天井車輪１５を支
えるフレーム１７には、監視、点検のためのＩＴＶカメ
ラ１８および照明器具１９が設けられている。

【００２３】一方、アーム５の他端には回収物の吸引口
となる吸引ヘッド２０が設けられ、この吸引ヘッド２０
と前記の吸盤１３とが、走行台車１１の後部に設置され
た切換弁２１にホース２２，２３を介してそれぞれ接続
されている。

【００２４】さらに、走行台車１１にはロボット１を制
御するための制御装置２４が搭載され、この制御装置２
４にロボットの通信および制御用ケーブル、高圧水およ
びエア供給用ホース、その他動力用電源ケーブル等を１
本にまとめた複合ケーブル２５が接続され、前記切換弁
２１に接続した真空ホース２６とともに、地上に設置し
た図示しない操作盤、吸引車、高圧水供給ポンプ、エア
コンプレッサに連結されている。

【００２５】次に、このような構成のロボット１を用い
て配管ａの内面に付着した海生物の清掃および回収を行
う場合の操作を説明する。通常、配管ａには複数箇所の
マンホールが設けられており、このマンホールの１つか
ら配管ａ内にロボット１を搬入する。搬入後、ＩＴＢカ
メラ１８によって配管の内部状況を操作盤上に撮像し、
ロボット１の運転に入る。

【００２６】まず、アーム５の伸縮動作とアーム駆動機
構６の旋回動作によって、清掃ヘッド４を配管ａの内面
から一定距離だけ離して旋回させる。同時に、ノズル２
から高圧ジェット水を噴射させ、揺動機構３を揺動動作
させ、配管ａ内に付着した海生物を衝撃力によって剥離
する。

【００２７】この操作により、高圧ジェット水の揺動範
囲分だけ清掃されるので、清掃ヘッド４が配管ａを１周
したら，清掃幅分だけ走行させて前記同様の操作を行
い、順次清掃する。配管ａの屈曲部は最大１５０°のエ
ルボ管を有しており、清掃ヘッド４を常に配管ａの内壁
面と直角に位置決めするためにアーム駆動機構６の第２
軸８および第３軸９を旋回し、アーム５を傾斜させる。

【００２８】このようにして剥離された海生物は管底に
堆積するため、アーム５の伸縮動作とアーム駆動機構６
の傾斜および旋回動作とによって、吸引ヘッド２０を自
在に操作し、堆積した海生物の回収を行うことができ
る。

【００２９】配管ａの傾斜管部分および垂直管部分で
は、剥離した海生物が配管ａの下部に落下、堆積するた
め、落下部分で集中的に回収すればよい。傾斜管部分お
よび垂直管部分では、切換弁２１により吸盤１３を真空
吸引して配管ａ内面に吸着させ、かつエアシリンダ１４
にエアを供給することによって走行車輪に接地力を与
え、ロボット１を落下することなく配管内面に吸着しな
がら走行させることができる。

【００３０】また、エアシリンダ１６により天井車輪１
５を常に配管ａに押し付けながら走行するため、ロボッ
ト１の転倒を防止することができる。配管ａの下部にお
いては、切換弁２１を吸引ヘッド２０側に切換えて海生
物を吸引し、真空ホース２６を経由して地上に設置した
吸引車に回収させる。

【００３１】図３〜図６は、配管ａの検査および下地処
理作業用の装置構成を示している。配管検査用装置は図
３に示すように、探傷ヘッド２７としての電極２８をピ
ンホール検知器２９の電源側に接続して構成されてい
る。この電極２８の先端に金属性のブラシ３０が設けら
れ、電極２８を固定するホルダ３１の反対側に、ピンホ
ール検知器２９のアース側に接続したアース端子３２が
取付けられている。アース端子３２には、電極２８と同
様に金属性のブラシ３０が設けられ、配管ａの内壁面に
接するようになっている。

【００３２】ピンホール検知器２９は図４に示すよう
に、電源部３３、検出部３４およびトランス３５により
構成されている。そして、探傷ヘッド２７の電極２８と
アース端子３２とが、ピンホール検知器２９にケーブル
３６で接続されている。

【００３３】下地処理作業用装置は図５に示すように、
ショットブラスト装置３７により構成されている。この
ショットブラスト装置３７は、研掃ヘッド３８とショッ
トブラスト機構３９とを備え、これら研掃ヘッド３８と
ショットブラスト機構３９とはホース４０によって接続
されている。ショットブラスト機構３９は図６に示すよ
うに、研掃材を収容するホッパ４１と、エアにより研掃
材を圧送する圧送器４２と、研掃ヘッド３８の先端から
研掃材を回収するための真空吸引用エゼクタ４３とを備
えた構成とされている。

【００３４】そして、これら検査および下地処理作業用
の装置は、図１および図２に示した清掃ヘッド４および
吸引ヘッド２０と交換して使用される。すなわち、研掃
ヘッド３８はアーム５の先端に、また探傷ヘッド２７は
アーム５の他端にそれぞれ設置される。また、ピンホー
ル検知器２９はアーム５の先端部に取付けられ、ショッ
トブラスト装置３７は走行台車１１上に搭載され、それ
ぞれケーブル３６およびホース４０で接続される。

【００３５】使用時には、まず配管ａの内面に探傷ヘッ
ド２７を接触させてピンホール検査を行う。もし内面に
ピンホールがある場合には、電極２８とアース端子３２
との間で放電が起こり、図４に示すように、配管母材４
４および塗装面４５と、トランス３５の二次側回路系と
に強電流が流れる。この電流の変化を検知部３４で検出
し、信号として取り出せばピンホールを検出することが
できる。このようにして塗装面のピンホールあるいは損
傷箇所の検査を行う。損傷箇所には研掃ヘッド３８を押
し当て、ショットブラスト装置３７により下地処理を行
うものである。

【００３６】図７ないし図９は、補修塗装作業に用いる
塗装装置を示している。すなわち、塗装装置４６は、外
部にヒータ４７を被覆したホッパ４８と、このホッパ４
８に充填する塗料を圧送するポンプ４９と、圧送先端側
に設置する切換弁５０との間で塗料が常に循環するよう
に構成され、切換弁５０の一方が螺旋管を内蔵する混合
器５１に接続されている。この混合器５１の入口には、
主剤および硬化剤となる塗料の混合割合を調節できる絞
弁５２が設置されている。一方、混合器５１の先端には
塗装ヘッドを構成する塗装ガン５３および排出バルブ５
４がホース５５を介して接続されている。そして、切換
弁５０、塗装ガン５３および排出バルブ５４の切換操作
は、エアによりそれぞれ行われるようになっている。

【００３７】これら塗装装置は走行台車１１に搭載して
使用される。すなわち、塗装ガン５３はアーム５の先端
に取付けられ、ホッパ４８は走行台車１１に搭載され
る。主剤と硬化剤の２液混合型の無溶剤型塗料の各々は
ホッパ４８に充填され、ヒータ４７により加熱昇温され
る。この状態でポンプ４９を運転し、切換え弁５０を戻
し側に切換えると塗料は常にホッパ４８、ポンプ４９、
切換弁５０の間で循環し、一定温度に保持される。塗料
を加熱昇温するのは、一般に２液混合型塗料は粘土が高
くスプレー塗装が行い難いため、粘土を下げるようにす
るものである。補修箇所に塗装ガン５３を位置決めした
後、切換弁５０を切換え、混合器５１により混合された
塗料を塗装ガン５３先端に圧送する。ここで塗装ガン５
３を開放すると、混合された塗料は霧状に吐出され、損
傷箇所に塗着される。混合器５１および塗装ガン５３に
は混合した塗料が残るため、主剤側の切換え弁５０を切
換えると同時に排出バルブ５４を開放して、混合器５１
および塗装ガン５３内に主剤を充填させる。このように
して混合後の塗料の硬化を防止しながら損傷箇所の補修
塗装を行う。

【００３８】以上の実施例によれば、清掃ヘッド４から
配管ａの内壁面に高圧ジェット水を噴射させることによ
り、配管ａ内に付着した海生物を配管ａ内面の塗料を損
傷することなく剥離することができる。

【００３９】また、アーム駆動機構６の動作により、清
掃ヘッド４を配管ａの内壁面に対して常に一定の間隔、
角度に保持することができるので、配管ａの屈曲部にお
いても清掃条件を一定にして清掃することができる。こ
の清掃作業は、走行機構１０の走行に伴って進められる
が、その際、吸盤１３を配管ａの内面に強力に吸着させ
ながら走行できるので、配管ａが傾斜または垂直であっ
ても、安定した走行を行うことができる。

【００４０】このようにして剥離した海生物は、管底付
近に堆積する。そこで、吸盤１３の真空吸着を一旦停止
し、切換弁２１を吸引ヘッド２０側に切換えた後、再び
真空吸引し、吸引ヘッド２０を清掃ヘッド４と同様に自
在に操作して堆積物を完全に回収することができる。

【００４１】なお、配管ａが傾斜または垂直となってい
る部分では、下方に落下堆積するので、その部分におい
ては回収作業を行う必要がなく、水平部分において集中
的に実施すればよい。その際、水平部分では管底の堆積
物を高圧ジェット水の排出力により前方に押し進めなが
らひとまとめにして回収することができる。

【００４２】探傷および研掃に際しては、前記の作業終
了後、配管ａ内に通気を行い、配管ａ内面を乾燥させ
る。この間にロボット１を配管ａの入口まで帰還させ、
清掃ヘッド４を研掃ヘッド３８に交換し、ロボット１上
にショットブラスト装置３９を搭載する。また、吸引ヘ
ッド２０を探傷ヘッド２７に交換し、アームにピンホー
ル検知器を搭載する。以上の段取りが終了したら、探傷
ヘッド２７を配管ａの内面に接触させながら、旋回と走
行とを繰返し、ピンホール検査を行う。損傷箇所が発見
されたら、その部分に研掃ヘッド３８を押付けて、ショ
ットブラスト装置３９により下地処理を行う。この一連
の作業はロボット１の帰還時に行ってもよい。

【００４３】塗装に際しては、前記作業が終了したら、
研掃ヘッド３８に代えて塗装ガン５３を搭載するととも
に、ショットブラスト装置３９に代えてホッパ４１を搭
載する。そして、前工程で下地処理を行った損傷箇所の
補修塗装を行う。この作業は、損傷箇所が走行部に当た
る可能性を考慮して、ロボット１の帰還時に行う。

【００４４】以上のようにして、アーム先端の作業用工
具の交換と装置の交換とを行いながら、海生物の清掃と
回収、および配管内面の検査と補修を、一連の作業で１
台のロボットで実施することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、配管内
壁面に吸着して走行する移動機構に高圧ジェット水によ
り配管内の付着物を剥離、清掃する清掃手段と、除去し
た付着物を回収する回収手段とを設けることにより、垂
直管や傾斜管においても安定して自力走行しつつ配管内
面を損傷することなく、効率良く清掃することができ
る。

【００４６】また、走行機構に搭載する下地処理装置あ
るいは塗装装置を積み換えるとともに、作業用ヘッドを
交換することによって配管内面のピンホール検査、下地
処理、補修塗装作業を順次に行うことができ、一連の配
管保守作業を１台のロボットで効率よく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、清掃作業の際
の状態を示す側面図。

【図２】図１の正面図。

【図３】前記実施例における検査作業に用いるピンホー
ル検知器を示す全体図。

【図４】図３の回路構成を示す図。

【図５】前記実施例における補修作業に用いるショット
ブラスト装置を示す全体図。

【図６】図４の系統構成を示す図。

【図７】前記実施例における補修作業に用いる塗装装置
を示す系統図。

【図８】図７の要部構成を示す平面図。

【図９】図８の正面図。

【図１０】前記実施例における配管構成を示す図。

【符号の説明】

４ 清掃ヘッド ５ アーム ６ アーム駆動機構 １０ 走行機構 １３ 吸盤 ２０ 吸引ヘッド ２１ 切換え弁 ２６ 真空ホース ２７ 探傷ヘッド ２９ ピンホール探知器 ３６ ケーブル ３８ 研掃ヘッド ３９ ショットブラスト装置 ４０ ホース ４８ ホッパ ４９ ポンプ ５４ 塗装ガン（塗装ヘッド） ５５ ホース ａ 配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保守対象となる配管の内部に挿入され、
   その配管の径方向に伸縮自在なアームと、このアームの
   一端に着脱可能に取付けられ前記配管内の付着物を高圧
   ジェット水の衝撃力を利用して剥離する清掃ヘッドと、
   前記アームの他端に着脱可能に取付けられ、剥離した付
   着物を吸引する吸引ヘッドと、前記アームを配管の軸心
   上で傾斜、旋回させるアーム駆動機構と、これらアー
   ム、清掃ヘッド、吸引ヘッドおよびアーム駆動機構を搭
   載し、前記配管内で走行自在な走行機構と、この走行機
   構に設けられ、前記配管の内面に真空吸着可能な吸盤
   と、前記吸引ヘッドで吸引した付着物を前記配管の外方
   へ圧送する真空ホースと、この真空ホースと前記移動機
   構の吸盤とに分岐接続された切換え弁とを備えたことを
   特徴とする配管保守ロボット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の配管保守ロボットにお
   いて、清掃ヘッドと交換してアームに着脱可能に装着さ
   れる研掃ヘッドと、この研掃ヘッドにホースで接続され
   走行機構に搭載されるショットブラスト装置と、吸引ヘ
   ッドと交換してアームに着脱可能に装着される探傷ヘッ
   ドと、アームの端部に着脱可能に装着され前記探傷ヘッ
   ドにケーブルで接続されるピンホール探知器とを備えた
   ことを特徴とする配管保守ロボット。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の配管保守ロボ
   ットにおいて、清掃ヘッドまたは研掃ヘッドに交換して
   アームに着脱可能に装着される塗装ヘッドと、主剤およ
   び硬化剤を充填しこれらを混合および昇温して無溶剤型
   塗料とするホッパと、前記塗装ヘッドに切換弁を介して
   前記ホッパから塗料を圧送するポンプおよびホースとを
   備えたことを特徴とする配管保守ロボット。