配管外面を移動可能な蠕動運動型ロボットの開発・検証

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本研究の意義・重要性として近年、インフラの老朽化・少子高齢化に伴ってその更新費の増大、人手不足の問題が深刻化し、その点検・診断時に状況把握を目的としたロボットが期待されている。また、化学プラントの爆発事故が近年多発し、設備の老朽化や点検不足が原因としてある。配管検査ロボットとして配管内部の点検するものがあるが、点検時に管内にある流体を止める必要がある等の欠点がある。配管外面の移動にはロボットが常時配管へ吸着する必要があり、その吸着機構に電磁石を使用し、蠕動運動の実現にはシャフトモータを複数使用する。配管外面の移動に蠕動運動を用いる利点として、配管外面に対し複数の接点を持てるため安定性が向上する点、本体を細長く作製できるため必要となる面積が少なく、障害要素を減らせる点がある。具体的な内容として、研究実施計画に基づきロボットの検証機を作製した。検証機は、直動ユニットを直列に5つ接続して実現する。直動ユニットの作製にはインクジェット式積層造形装置を用いてアクリル系紫外線硬化型樹脂にて躯体部を作製し、シャフトモータと電磁石を躯体部へ搭載することで完成した。その検証機と直径48.0mmの鋼材配管にて検証環境が完成した。PCからコントローラを介して制御信号を各直動ユニットのシャフトモータに対して送り、制御する。また、PCから制御基板を介してPWM信号を送り、計5つの質点にある電磁石を有線にて制御する。各質点にモーションキャプチャ用の反射マーカを設置し、モーションキャプチャにて時間当たりの各質点の位置を取得する。動作検証結果として、電磁石とシャフトモータを組み合わせることで直径の一定な配管外面において移動可能であることが実現され、結果として、動作速度0.0203m/sにてなめらかに推進可能な性能の試作機を作製できた。今後は、現場環境を踏まえ、配管上にある障害物やフランジを走破可能な機構について検討していく必要がある。