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JP6977917B2 - 管内清掃ロボット - Google Patents

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JP6977917B2 JP2016145840A JP2016145840A JP6977917B2 JP 6977917 B2 JP6977917 B2 JP 6977917B2 JP 2016145840 A JP2016145840 A JP 2016145840A JP 2016145840 A JP2016145840 A JP 2016145840A JP 6977917 B2 JP6977917 B2 JP 6977917B2
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Description

本発明は管内を清掃するロボットに関し、特に大口径の下水管内を移動して清掃するのに適したロボットに関する。
地中に埋設されている下水管には下水の流れによって運ばれてくる汚泥等が堆積するが、この汚泥等の堆積量が増えると下水管の流下機能が阻害される。そこで、下水管内を定期的に清掃して堆積している汚泥等を除去する必要がある。また、下水管にクラックや接続部のずれなどが生じている場合には下水管を補修することが必要となるが、下水管のこのような劣化状態を調査するにはこの調査に先立って下水管内を清掃しておかなければならない。
下水管内の清掃は、作業員が入ることのできる大口径の下水管の場合には、マンホールの開口近辺の路面に高圧洗浄車及び吸引車を配置しておき、作業員が下水管内に入って高圧洗浄車から延びる高圧ホース及び吸引車から延びる吸引ホースを操作して下水管内を清掃する。具体的には、堆積している汚泥等に作業員が操作する高圧ホースから高圧水を噴き付けて汚泥等を切り崩し、切り崩した汚泥等を作業員が操作する吸引ホースで吸引する。
しかしながら、下水管内での作業員による清掃作業には、酸素の欠乏や硫化水素等の有毒ガスの発生、あるいは転落や転倒などの危険が伴うので、例えば特許文献1に記載されているような管内清掃ロボットを下水管内に配置して清掃作業を行なわせることが考えられる。このような管内清掃ロボットを用いれば、高圧噴射ノズルを下水管内の清掃したい個所に向けて高圧水を噴射することにより下水管内に堆積した汚泥等を取り除くことが可能となる。
特開2014−114653号公報
ところで、特許文献1に記載された管内清掃ロボットでは1本の高圧噴射ノズルだけしか設けられていないが、この高圧噴射ノズルを回転させてノズルの向く方向を自由に設定できるので、下水管の任意の位置に高圧水を噴き付けて清掃することが可能となる。ところが、堆積状況によっては汚泥等に一方向から高圧水を吹き付けても汚泥等を効率的に切り崩せない場合がある。しかも、特許文献1の清掃ロボットでは高圧噴射ノズルにより切り崩した汚泥等を直ちにあるいは切り崩しと同時に吸引できる構造とはなっていないのでこの点からも清掃作業効率がよくない。
そこで本発明は、清掃効率に優れた管内清掃ロボットの提供を目的とする。
この目的を達成するための本発明の管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、可撓性を有するホース本体及びこのホース本体の先端部に設けられた口部材を有し、一対の前記走行手段の間で前記支持基体の下側を通るように配置されたホースと、高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、を備え、前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されているものである。ここでは、汚泥等の堆積物の特定の個所に一対の高圧噴射ノズルからの高圧流体を同時に集中してあるいは別々に噴き付けることができる。この場合、高圧流体の噴き付け個所の接近又は離反の程度も種々に調整できる。あるいは、汚泥等の堆積物に異なる方向から同時に又は別々に高圧流体を噴き付けることもできる。したがって、堆積物を効率的に切り崩すことが可能であり、しかも、切り崩しに引き続いて又は切り崩しと同時にホースで堆積物を吸引することも可能となる。カメラからの管内映像は例えば地上に配置されているディスプレイに映し出されるので、作業者はこのディスプレイの映像を確認しながら高圧噴射ノズルの動作を制御することができる。一対の高圧噴射ノズルは高圧流体を別々にしかし必要に応じて同時に噴射するように構成できる。あるいは高圧流体を別々にのみ噴射するように構成できる。
高圧噴射ノズルはそれぞれ、支持基体に設けられた例えば水平方向に回転可能な取り付け支持部に上下方向に揺動できるように取り付けておくことができる。
ホースの口部材と支持基体との間に上下動用シリンダを配置し、上下動用シリンダを作動させて口部材を下ろしたときに、この口部材よりも後側のホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜するように構成することができる。ここでは、管内清掃ロボットを例えば前進させる場合には上下動用シリンダを作動させて口部材を管内底面から持ち上げておく。汚泥等を吸引する場合には、上下動用シリンダを作動させて口部材を例えば下面が管内底面に接触するように下降させるが、口部材よりも後側のホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜しているので口部材の開口部下面を管内底面に確実に接触させることが可能となる。
ホースに代えて又はホースとともに排土板を設けることができるように構成するのが好ましい。特に堆積物の付着強度又は付着量が大きい場合に効果的である。ここでの管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、前記支持基体の前側に設けられた排土板と、を備え、前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されているものとなる。可撓性を有するホース本体と、このホース本体の先端部に設けられた口部材と、を有し、一対の走行手段の間で支持基体の下側を通るように配置されたホースをさらに備えることができる。
また、ホース及び高圧噴射ノズルに代えて揺動可能な堰止板を用い、堰止板で堰き止めた流水を利用して管内を清掃する構成も流水量が比較的多い場合には得策である。堰止板を開放して一気に放水することにより堆積物を除去するようにしてもよいが、堰止板に水エジェクタ及び噴出孔を設けておき、貯留水を高圧にして、噴出孔から噴出させるようにしてもよい。ここでの管内清掃ロボットは、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、支持基体と、この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、前記支持体の前側に設けられた堰止板と、を備えたものとなる。
本発明の管内清掃ロボットを用いれば、大口径の下水管等の管内を安全にかつ効率的に清掃できる。
本発明に係る第1の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第1の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 第1の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の要部を示す平面図である。 取り付けプレートの持ち上げリンク用ブラケット部分の詳細図である 高圧噴射ノズル装置部分の平面拡大図及び正面拡大図である。 汚泥等へのそれぞれの高圧噴射ノズルからの噴き付け個所を示す図である。 汚泥等へのそれぞれの高圧噴射ノズルからの噴き付け個所を示す別の図である。 管内清掃ロボットが走行するときの清掃用ホースの先端側の状態を説明する図である。 本発明に係る第2の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第2の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 取り付けプレートの揺動リンク用ブラケット部分の詳細図である 排土板を上昇させた状態を示す図である。 本発明に係る第3の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である。 第3の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の側面図である。 堰止板で下水を堰き止めて貯留した状態を示す図である。 貯留した下水を放流した状態を示す図である。 第3の管内清掃ロボットの変更例を示す図である。
まず、本発明に係る第1の管内清掃ロボットを大口径の下水管内に配置した場合の正面図である図1、側面図である図2及び要部を示す平面図である図3を参照して第1の管内清掃ロボットの構成を説明する。
第1の管内清掃ロボット1は管径800mm乃至2000mmの大口径の下水管3内を清掃するための構成を有し(例えば10000mmの下水管にも対応可能であるし、断面4角形のボックス型下水管にも配置できる。)、支持基体5と、この支持基体5の幅方向両側(左右両側)に設けられた一対の走行手段7と、可撓性を備えた清掃用ホース本体9及びこの清掃用ホース本体9の先端に設けられた口部材(吸引口部材)11を有し、この口部材11が支持基体5の下側に接続されている構成の清掃用ホース(吸引用ホース)13と、高圧水を噴射する噴射口部15を有し、支持基体5の幅方向両側に取り付けられた一対の高圧噴射ノズル装置17と、揺動して撮影方向を変更できるように支持基体5に取り付けられた前方視認用カメラ19と、支持基体5に載せられて固定された制御機器BOX21と、制御機器BOX21に取り付けられた後方用赤外線カメラ23と、信号の送受信用の信号ライン及び管内清掃ロボット1への電力供給用の電源ラインを有するケーブル25と、高圧噴射ノズル装置17に高圧水を供給するノズル用ホース27と、を備えている。走行手段7はそれぞれ、4つの車輪29を有していて、モータ(図示せず)によって走行方向に回転駆動される。なお、図中符号31は前方照明用ライトである。また、支持基体5から走行手段7や他の部材を分解して、直径600mmのマンホール開口部から第1の管内清掃ロボット1を下水管3内に運び込み、その後に第1の管内清掃ロボット1を下水管3内で組み立てることができるように構成されている。あるいは第1の管内清掃ロボット1を複数のユニットに分解できるように構成しておき、それぞれのユニットを直径600mmのマンホール開口部から下水管3内に運び込み、その後に第1の管内清掃ロボット1を下水管3内で組み立てることができるように構成する場合もある。
清掃用ホース本体9は、例えばマンホールの開口付近の路面に配置した吸引車(図示せず)から延びる1本のホース本体部33と、このホース本体部33の先端に取り付けられた二股分岐の接続部材35と、この接続部材35の分岐部に接続された2本の分岐ホース部37と、を備え、この2本の分岐ホース部37の先端は口部材11の後端部に接続されている。口部材11の後端部は、一対の環状接続部39と、この環状接続部39の外側をカバーするケース41と、を有し、口部材11の中間部は、それぞれの環状接続部39の先端から前方に向かって広がりながら延びる一対の環状中間部43を備え、口部材11の先端部は、この一対の環状中間部43の先端外縁に沿って環状に形成されていて、補強部材45によって補強された環状開口部47を構成している。この環状開口部47の下面49は下水管3の内面の半径と同一又はほぼ同一の曲率半径を有している。環状開口部47の上部には引っ張りプレート部51が設けられ、この引っ張りプレート部51の中央裏面には上下動シリンダブラケット53が設けられている。
支持基体5の前側下部には取り付けプレート55が取り外し可能に固定されている。取り付けプレート55は幅方向両側に持ち上げリンク用ブラケット57を有し、中央部に前方に向かって突出する上下動シリンダ取り付け部59を備えている。上下動シリンダ取り付け部59の先端と上下動シリンダブラケット53との間には上下動用シリンダ61が接続され、持ち上げリンク用ブラケット57には、口部材11のケース41の幅方向両側に先端部が固定された一対の持ち上げリンク63の後端部が回転可能に接続されている(図4参照)。持ち上げリンク63は長さ方向中央よりも後側で上方に屈曲している。
高圧噴射ノズル装置17は、支持基体5の前部の両側部分に取り外し可能に固定された一対の設置プレート65のそれぞれに取り付けられている。高圧噴射ノズル装置17は、設置プレート65に取り付け部材67を用いて取り付けられたノズル装置本体69と、設置プレート65に固定され、ノズル装置本体69を取り付け部材67位置を中心として回転又は揺動させる水平方向シリンダ71と、を備え、ノズル装置本体69は、取り付け部材67を用いて取り付け部材67位置を中心として回転可能に設置プレート65に取り付けられたL型プレート73と、このL型プレート73の先端部に上下方向に揺動できるように取り付けられた高圧噴射ノズル75と、L型プレート73に取り付けられ、高圧噴射ノズル75と連結されてこの高圧噴射ノズル75を上下方向に揺動させる垂直方向シリンダ77と、を有している(図5参照)。水平方向シリンダ71の伸縮作動により、高圧噴射ノズル75は噴射口部15が管路方向前方を向く状態(実線の状態)と噴射口部15が所定角度(ここでは30度)だけ幅方向内側を向く状態(仮想線の状態)との間で揺動することができる(図5aの矢印参照)。また、垂直方向シリンダ77の伸縮作動により、高圧噴射ノズル75は噴射口部15が管路方向前方を向く状態(実線の状態)と噴射口部15が所定角度(ここでは50度)だけ下側を向く状態(仮想線の状態)との間で揺動することができる(図5bの矢印参照)。なお、水平方向シリンダ71と垂直方向シリンダ77には電動シリンダを用いているが、油圧又は空気圧シリンダを用いてもよい。
次に、図6及び図7も参照して管内清掃ロボット1の清掃動作を説明する。
管内清掃ロボット1は下水管3内で停止して清掃作業を行うことも、低速で前進しながら清掃作業を行うこともできる。清掃作業は、前方視認用カメラ19によって映し出される下水管3内の状況を路面上で確認しながら左右の高圧噴射ノズル装置17をそれぞれ独立にコントローラ(図示せず)で回転又は揺動操作しながら行われる。例えば図6に示すような汚泥等Aが下水管3内の前方に堆積している場合には、高圧噴射ノズル装置17を操作して一方の高圧噴射ノズル75の噴射口部15から噴き付け個所Bに高圧水が噴き付けられ、他方の高圧噴射ノズル75の噴出口部15から噴き付け個所Cに高圧水が噴き付けられるようにする。ここでは、それぞれの高圧噴射ノズル75は下側かつ幅方向内側に対称に回転又は揺動することとなる。あるいは図7に示すような汚泥等Aが下水管3内の前方に堆積している場合には、高圧噴射ノズル装置17を操作して一方の高圧噴射ノズル75の噴射口部15から噴き付け個所Bに高圧水が噴き付けられ、他方の高圧噴射ノズル75の噴出口部15から噴き付け個所Cに高圧水が噴き付けられるようにする。ここでは、一方の高圧噴射ノズル75は下側に揺動し、他方の高圧噴射ノズル75は幅方向内側に最大角度揺動するとともに下側にも揺動している。ここでは、一方の高圧噴射ノズル75から高圧水を噴き付けているときには他方の高圧噴射ノズル75からは高圧水を噴き付けることはできないように構成されているが、両方の高圧噴射ノズル75から同時に高圧水を噴き付けることができるように構成してもよい。
高圧噴射ノズル75から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩してから、あるいは高圧噴射ノズル75から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩しながら、清掃用ホース13に吸引車からバキューム吸引力を作用させ、口部材11で汚泥等を吸い取って地上に搬送する。ここでは上下動用シリンダ61が伸張し、口部材11は下降している。分岐ホース部37の先端寄り部分(図4の符号D参照)は持ち上がった状態に保持されているので、すなわち、分岐ホース37は符号D個所から前方に向かって下降傾斜しているので、口部材11の環状開口部47の下面49(あるいは環状開口部47の先端側下面49)が例えば全体的に下水管3内の底面に接触する。したがって、切り崩した堆積物などを効率的に清掃用ホース13に吸い込むことができる。なお、上下動用シリンダ61には電動シリンダを用いているが、油圧シリンダ又は空気圧シリンダを用いても良い。
図8を参照して走行時の清掃用ホース13の先端側の状態を説明する。
例えば次の堆積物の位置まで管内清掃ロボット1を前進させる場合には、上下動用シリンダ61を収縮させて口部材11を引き上げ、清掃用ホース13の先端側を支持基体5の下側に沿うように例えば直線状に持ち上げておく。
なお、ここでは清掃用ホース13を汚泥等の吸引用に用いたが、清掃用ホース13を給水装置に接続し、汚泥等を切り崩すために口部材11から放水するようにしてもよい。
本発明に係る第2の管内清掃ロボットを大口径の下水管3内に配置した場合の正面図である図9及び側面図である図10を参照して第2の管内清掃ロボットの構成を説明する。なお、第1の管内清掃ロボット1と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略している。
第2の管内清掃ロボット79は、第1の管内清掃ロボット1から取り付けプレート55、上下動用シリンダ61、持ち上げリンク63、清掃用ホース13を取り外し、代わりに、揺動リンク用ブラケット81を幅方向両側に有し、中央部に前方に向かって突出する揺動シリンダ取り付け部83を備えた別の取り付けプレート85を支持基体5に固定し、この取り付けプレート85に排土板87を接続することにより構成されている。排土板87の裏面の幅方向両側には緩やかに上方に凹となるように湾曲して後方に延びる揺動リンク89の先端部が固定され、この揺動リンク89の後端は取り付けプレート85の揺動リンク用ブラケット81に回転可能に接続されている(図11参照)。排土板87の裏面にはまた、揺動シリンダブラケット91が設けられ、この揺動シリンダブラケット91と揺動シリンダ取り付け部83との間には揺動シリンダ93が接続されている。なお、排土板87の底部95は下水管3の内面の半径と同一の又はほぼ同一の曲率半径を有している。なお、揺動シリンダ93には電動シリンダが用いられているが、油圧シリンダ又は空気圧シリンダを用いてもよい。
高圧噴射ノズル75から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩してから、あるいは高圧噴射ノズル75から高圧水を噴射して汚泥等の堆積物を切り崩しながら、切り崩した堆積物を第2の管内清掃ロボット79を走行させて排土板87で前方に押して排除していく。ここでは揺動シリンダ93が伸張して排土板87は垂直状態に下降し、排土板87の底部95が例えば全体的に下水管3内の底面に接触するので、切り崩した堆積物などを効率的に押して排除できる。なお、図12に示すように、揺動シリンダ93を収縮すると排土板87は持ち上がる。
なお、第2の管内清掃ロボット79に第1の管内清掃ロボット1のように清掃用ホース13を設けてもよい。この場合には、排土板87と干渉しないように先端部が若干後側に位置するように清掃用ホース13を配置しておく。
本発明に係る第3の管内清掃ロボットを大口径の下水管3内に配置した場合の正面図である図13及び側面図である図14を参照して第3の管内清掃ロボットの構成を説明する。なお、第2の管内清掃ロボット79と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略している。
第3の管内清掃ロボット97は、第2の管内清掃ロボット79から設置プレート85及高圧噴射ノズル装置17、そして排土板87及び揺動リンク89を取り外し、代わりに、支持基体5の前側部の幅方向両側にサポート体99を取り付け、裏面に別の揺動シリンダブラケット101が設けられた堰止板103をサポート体99の先端部に揺動可能に取り付けるとともに、堰止板103の揺動シリンダブラケット101に揺動シリンダ93(第2の管内清掃ロボット79のものより若干長い)の先端部を接続することにより構成されている。なお、堰止板103の外面は下水管3の内面の半径と同一の又はほぼ同一の曲率半径を有し、パッキン105が取り付けられている。また、新たなカメラ取付台に前方視認用カメラ19を取り付けている。
次に、図15及び図16も参照して第3の管内清掃ロボット97の清掃動作を説明する。
第3の管内清掃ロボット97では汚泥等の堆積物の除去は高圧水の噴き付けにより行うのではなく、堰止板103により堰き止めた下水流を放水することにより行う。まず、揺動シリンダ93を収縮させて堰止板103を垂直状態になるように揺動させる。そうすると、堰止板103のパッキン105が下水管3内の下側面に押し付けられて堰止板103の外面と下水管3の下側面との間が密封される。したがって、時間の経過にともなって堰止板103により下水Eが堰き止められて貯留していく(図15参照)。下水Eが所定量貯留したら揺動シリンダ93を伸長させて堰止板103を前方に揺動させ、貯留している下水Eを放流し、汚泥等を押し流す(図16)。
なお、図17に示すように堰止板103に水エジェクタ107を設け、この水エジェクタ107に高圧水を高圧ホース109から供給し、貯留している下水Eを昇圧して堰止板103の幅方向両側に設けられた噴出孔111から下水Eを噴出させてもよい。なお、符号113は貯留している下水Eの噴射を制御する仕切弁である。
1 第1の管内清掃ロボット
3 下水管
5 支持基体
7 走行手段7
9 清掃用ホース本体
11 口部材
13 清掃用ホース
15 噴射口部
17 高圧噴射ノズル装置
79 第2の管内清掃ロボット
97 第3の管内清掃ロボット

Claims (4)

  1. 大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットであって、
    支持基体と、
    この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、
    可撓性を有するホース本体と、このホース本体の先端部に設けられた口部材と、を有し、
    一対の前記走行手段の間で前記支持基体の下側を通るように配置されたホースと、
    高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように前記支持基体の幅方向両側に設けられた一対の高圧噴射ノズルと、
    少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラと、を備え、
    前記高圧噴射ノズルはそれぞれ、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成され、前記支持基体に設けられた水平方向に回転可能な取り付け支持部に上下方向に揺動できるように取り付けられていて、
    前記支持基体とそれぞれの前記取り付け支持部との間には、伸縮作動により前記取り付け支持部を水平方向に回転させて前記高圧噴射ノズルの前記噴射口部の向く方向を水平方向にずらす水平方向シリンダが配置され、
    それぞれの前記取り付け支持部と前記高圧噴射ノズルとの間には、伸縮作動により前記高圧噴射ノズルを上下方向に揺動させて前記高圧噴射ノズルの前記噴射口部の向く方向を上下方向にずらす垂直方向シリンダが設けられている、ことを特徴とする管内清掃ロボット。
  2. 前記ホースの前記口部材と前記支持基体との間には上下動用シリンダが配置され、
    前記上下動用シリンダを伸張させて前記口部材を下ろしたときに、この口部材よりも後側の前記ホース本体個所が前方に向かって斜め下側に傾斜するように構成されている、ことを特徴とする請求項1記載の管内清掃ロボット。
  3. 前記ホースに代えて又は前記ホースとともに排土板が設けられている、ことを特徴とする請求項1又は2記載の管内清掃ロボット。
  4. 持基体と、
    この支持基体の幅方向両側に配置された一対の走行手段と、を備え、
    可撓性を有するホース本体と、このホース本体の先端部に設けられた口部材と、を有するホースを一対の前記走行手段の間で前記支持基体の下側を通るように配置
    高圧流体を噴射する噴射口部が前方を向くように一対の高圧噴射ノズルを前記支持基体の幅方向両側に設
    少なくとも前方を撮影できるように、かつ、揺動して撮影方向を変更できるように前記支持基体に取り付けられたカメラを有し、
    前記高圧噴射ノズルのそれぞれを、前記噴射口部の向く方向を変化させるために独立して揺動又は回転制御できるように構成されている、大口径の下水管等の管内を走行して清掃する管内清掃ロボットにおいて
    前記ホース及び前記高圧噴射ノズルに代えて揺動可能な堰止板が設けられていて、
    前記堰止板には水エジェクタ及び噴出孔が設けられている、ことを特徴とする管内清掃ロボット。
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