(57)【要約】【課題】走行が良好に維持されるという点を満足しつつ、能動的かつ自動的に、車輪の配管内面への押付け力を一定に調整することができる管内走行装置の提供。【解決手段】管内走行装置１は、互いに屈曲可能に連結される複数のリンク３と、前方のリンク３、後方のリンク３および隣接するリンク３，３同士の連結部に回転可能に保持される車輪４と、車輪４の駆動手段５と、隣接するリンク３，３同士を屈曲させるリンク駆動手段６と、隣接するリンク３，３同士の屈曲状態により弾性変形する変形部材７と、変形部材７の変形を検出する変形センサ８と、変形センサ８の検出信号に基づきリンク駆動手段６を制御する制御手段とを備える。制御手段は、隣接するリンク３，３同士が屈曲した状態で、配管の内面に車輪４を押し付ける力が一定となるよう制御する。【選択図】図３
2020196439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに屈曲可能に前後方向へ沿って連結される複数のリンクと、
最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部および隣接する前記リンク同士の連結部に回転可能に保持される車輪と、
前記車輪の駆動手段と、
隣接する前記リンク同士を屈曲させるリンク駆動手段と、
配管に押しつけるトルクを検出する手段と、
前記トルクを検出する手段に基づき前記リンク駆動手段を制御して、隣接する前記リンク同士が屈曲した状態で、配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクと、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御する制御手段と
を備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項２】
互いに屈曲可能に前後方向へ沿って連結される複数のリンクと、
最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される一対の半球車輪と、
隣接する前記リンク同士の連結部に回転可能に保持される車輪と、
前記車輪の駆動手段と、
前記連結部の能動関節において隣接する前記リンク同士を屈曲させるリンク駆動手段と、
前記連結部の受動関節において隣接する前記リンク同士を屈曲させるねじれバネと、
配管に押し付けるトルクを検出する手段と、
前記能動関節のトルクを検出する手段に基づき前記リンク駆動手段を制御して、隣接する前記リンク同士が屈曲した状態で、配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクと、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御する制御手段と
を備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項３】
前記能動関節の回転角度と前記能動関節の移動距離の関係が波形関数で表されて動作することを特徴とする請求項２に記載の管内走行装置。
【請求項４】
前記トルクを検出する手段は、弾性変形する変形部材と、前記変形部材の変形を検出する変形センサを具備し、前記変形センサの検出信号に基づきトルクを検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の管内走行装置。
【請求項５】
前記制御手段は、隣接する前記リンク同士が屈曲して、前記配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪が接触すると共に、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪が接触してからの前記変形センサの検出信号に基づき、前記リンク駆動手段を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の管内走行装置。
【請求項６】
隣接する前記リンク同士は、前記車輪の車軸まわりに揺動可能に連結されて屈曲可能とされ、
前記変形部材は、その軸心を通って前記車軸が貫通した状態で、軸方向一端部が隣接する前記リンクの内の一方に固定されており、
前記変形部材の軸方向他端部に固定された歯車を前記リンク駆動手段で回転させることで、隣接する前記リンク同士が屈曲され、
隣接する前記リンク同士が屈曲して、前記配管の径方向一方側および他方側に配置された前記車輪が対応する前記配管の内面に接触してから、前記リンク駆動手段で前記歯車をさらに回転させることで、前記変形部材がねじれるように変形する
ことを特徴とする請求項５に記載の管内走行装置。
【請求項７】
前記変形部材には、そのねじれにより回転する第一歯車が設けられ、
隣接する前記リンク同士の内の一方のリンクには、前記第一歯車と噛み合う第二歯車が設けられており、
前記変形センサが前記第二歯車の回転を検出することで、前記変形部材の変形を検出する
ことを特徴とする請求項６に記載の管内走行装置。
【請求項８】
全ての前記車輪は、オムニホイールである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の管内走行装置。
【請求項９】
前記複数のリンクは、二つとされ、
前記駆動手段は、前方に配置される前記リンクの前端部の前記車輪の第一駆動手段、後方に配置される前記リンクの後端部の前記車輪の第二駆動手段および隣接する前記リンク同士の連結部の前記車輪の第三駆動手段を有している
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の管内走行装置。
【請求項１０】
前記複数のリンクは、四つとされ、
前記駆動手段は、前方に配置される前記リンクの前端部の前記車輪の第一駆動手段、後方に配置される前記リンクの後端部の前記車輪の第二駆動手段および隣接する前記リンク同士の連結部の前記車輪の第三駆動手段を有しており、
最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される一対の半球車輪を有している
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の管内走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を走行する管内走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インフラ設備の耐用年数超過が問題視され始めており、中でも流体の輸送に使用される配管設備の老朽化が深刻化している。未然に漏洩事故を防ぐためには定期的な配管検査が必要になるが、人間は小さな配管内に入ることができないため、埋設された配管を掘り起こしたり、配管そのものを分解する必要がある。しかし、人手によるこれらの作業は時間や労力が掛かり、危険も伴う。そのため、近年は、カメラや肉厚測定センサを管内走行装置に搭載した配管検査ロボットによる検査が注目されており、様々な配管検査ロボットが開発されている。
【０００３】
このような配管検査ロボットとしては、例えば、移動速度の速い自走式の管内走行装置を用いたものが多く提案されている。本件発明者は、先に、下記特許文献１に開示されるような自走式の管内走行装置を提案している。この管内走行装置は、回動可能にジグザグ状に配列される複数のリンク部と、リンク部間に設けられるオムニホイールおよびリンク部の開放側端部に設けられる車輪と、所定のオムニホイールを配管の内壁面に押し付けるコイルバネとを有している。従って、管内走行装置は、配管内に挿入されると、コイルバネによってオムニホイールが配管の内壁面に押し付けられ、この状態で、第１駆動手段によって所定のオムニホイールを能動的に回転させることで、配管内を走行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−００７５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の管内走行装置は、コイルバネによってオムニホイールが配管の内壁面に押し付けられて突っ張る構成であるので、走行中の配管の内径の変化に対応し辛く、汎用性という点で改善の余地がある。すなわち、従来の管内走行装置は、単なる関節の角度（位置）制御に近いものであった。従って、たとえば、水平に配置される水平配管と垂直に配置される垂直配管とが曲管で連結されたＬ字形状の配管を、従来の管内走行装置を用いて、水平配管、曲管および垂直配管の順で検査する際、管内走行装置が垂直配管を登ることができないおそれがある。これは、水平配管および垂直配管よりも内径の大きい曲管内において、管内走行装置の車輪の配管内面への接触を十分に保つことができず、垂直配管を登るのに必要な牽引力を得ることができないためである。
【０００６】
また、従来の単なる関節の角度制御の場合、曲管などを走行する際に内壁の形状に合わせて素早く正確に角度制御しなければ、車輪の配管内面への接触力が変化することになる。従って、関節のモータの電流値が異常に増えたり、接触力不足により垂直配管内において落下したりするなどの問題が発生する。
【０００７】
また、垂直上方向及び直進方向のＴ字型に配管が枝分かれしている場合、垂直上方向に登ることができず、配管内のすべてを走行できない問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、走行が良好に維持されるという点を満足しつつ、能動的かつ自動的に、車輪の配管内面への押付けるトルクを一定に調整することができる管内走行装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
互いに屈曲可能に前後方向へ沿って連結される複数のリンクと、最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部および隣接する前記リンク同士の連結部に回転可能に保持される車輪と、前記車輪の駆動手段と、隣接する前記リンク同士を屈曲させるリンク駆動手段と、配管に押しつけるトルクを検出する手段と、前記トルクを検出する手段に基づき前記リンク駆動手段を制御して、隣接する前記リンク同士が屈曲した状態で、配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクと、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
互いに屈曲可能に前後方向へ沿って連結される複数のリンクと、最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される一対の半球車輪と、隣接する前記リンク同士の連結部に回転可能に保持される車輪と、前記車輪の駆動手段と、前記連結部の能動関節において隣接する前記リンク同士を屈曲させるリンク駆動手段と、前記連結部の受動関節において隣接する前記リンク同士を屈曲させるねじれバネと、配管に押し付けるトルクを検出する手段と、前記能動関節のトルクを検出する手段に基づき前記リンク駆動手段を制御して、隣接する前記リンク同士が屈曲した状態で、配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクと、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪を回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記能動関節の回転角度と前記能動関節の移動距離の関係が波形関数で表されて動作することを特徴とする。
【００１２】
前記トルクを検出する手段は、弾性変形する変形部材と、前記変形部材の変形を検出する変形センサを具備し、前記変形センサの検出信号に基づきトルクを検出することを特徴とする。
【００１３】
前記制御手段は、隣接する前記リンク同士が屈曲して、前記配管の径方向一方側の内面に前記配管の径方向一方側に配置された前記車輪が接触すると共に、前記配管の径方向他方側の内面に前記配管の径方向他方側に配置された前記車輪が接触してからの前記変形センサの検出信号に基づき、前記リンク駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
隣接する前記リンク同士は、前記車輪の車軸まわりに揺動可能に連結されて屈曲可能とされ、前記変形部材は、その軸心を通って前記車軸が貫通した状態で、軸方向一端部が隣接する前記リンクの内の一方に固定されており、前記変形部材の軸方向他端部に固定された歯車を前記リンク駆動手段で回転させることで、隣接する前記リンク同士が屈曲され、隣接する前記リンク同士が屈曲して、前記配管の径方向一方側および他方側に配置された前記車輪が対応する前記配管の内面に接触してから、前記リンク駆動手段で前記歯車をさらに回転させることで、前記変形部材がねじれるように変形することを特徴とする。
【００１５】
前記変形部材には、そのねじれにより回転する第一歯車が設けられ、隣接する前記リンク同士の内の一方のリンクには、前記第一歯車と噛み合う第二歯車が設けられており、前記変形センサが前記第二歯車の回転を検出することで、前記変形部材の変形を検出することを特徴とする。
【００１６】
全ての前記車輪は、オムニホイールであることを特徴とする。
【００１７】
前記複数のリンクは、二つとされ、前記駆動手段は、前方に配置される前記リンクの前端部の前記車輪の第一駆動手段、後方に配置される前記リンクの後端部の前記車輪の第二駆動手段および隣接する前記リンク同士の連結部の前記車輪の第三駆動手段を有していることを特徴とする。
【００１８】
前記複数のリンクは、四つとされ、前記駆動手段は、前方に配置される前記リンクの前端部の前記車輪の第一駆動手段、後方に配置される前記リンクの後端部の前記車輪の第二駆動手段および隣接する前記リンク同士の連結部の前記車輪の第三駆動手段を有しており、最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される一対の半球車輪を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る管内走行装置によれば、配管に押し付けるトルクを検出する手段に基づき、隣接するリンク同士を屈曲させるリンク駆動手段を制御手段にて制御する。具体的には、隣接するリンク同士が屈曲した状態で、配管の径方向一方側の内面に配管の径方向一方側に配置された車輪を回転可能に押し付けるトルクと、配管の径方向他方側の内面に配管の径方向他方側に配置された車輪を回転可能に押し付けるトルクとが一定に制御される。このようにして、能動的かつ自動的にリンク同士の屈曲を制御して、車輪の配管内面への押し当てるトルクを一定にすることで、走行する配管の内径が変化しても、車輪の配管内面への接触を確保して、管内走行装置を走行させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される半球車輪を有することで管内走行装置自体を配管内において自在に回転させることができ、受動関節においては隣接するリンク同士の屈曲をリンク駆動手段により制御することができ、受動関節においては、ねじれバネの弾性力に基づいてリンク同士を屈曲させることができる。配管の径方向一方側の内面に配管の径方向一方側に配置された車輪を回転可能に押し付けるトルクと、配管の径方向他方側の内面に配管の径方向他方側に配置された車輪を回転可能に押し付けるトルクとが一定に制御される。このようにして、能動的かつ自動的にリンク同士の屈曲を制御して、車輪の配管内面への押し当てるトルクを一定にすることで、走行する配管の内径が変化しても、車輪の配管内面への接触を確保して、管内走行装置を走行させることができる。
【００２１】
管内走行装置の能動関節である車輪の移動距離と角度の関係を波形関数となるように動作させることで垂直上方向の配管を上ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、隣接する前記リンク同士の屈曲状態により弾性変形する変形部材と、前記変形部材の変形を検出する変形センサを具備し、前記変形センサの検出信号に基づきトルクを検出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、車輪が配管内面に接触してからの変形センサの検出信号に基づきリンク駆動手段を制御して、隣接するリンク同士が連結された連結部である関節のトルク制御を容易に行うことができる。
【００２４】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、隣接するリンク同士は、車輪の車軸まわりに揺動可能とされる。また、変形部材は、車軸が貫通した状態で、軸方向一端部が隣接するリンクの一方に固定され、軸方向他端部には歯車が固定されている。この歯車をリンク駆動手段で回転させることで、隣接するリンク同士が屈曲され、車輪が配管内面に接触してからさらに歯車を回転させることで、変形部材がねじれるよう弾性変形する。このような構成であるので、隣接するリンク同士が連結された関節をコンパクトな構成にすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、変形部材のねじれにより回転する第一歯車と、この第一歯車と噛み合う第二歯車とを有しており、第二歯車の回転を変形センサで検出して、変形部材の変形を検出する。従って、変形部材の変形を検出する構成を簡易な構成とすることができ、隣接するリンク同士が連結された関節のトルクの分解能を高めることができる。
【００２６】
また、本発明に係る管内走行装置によれば、全ての車輪がオムニホイールであるので、配管の曲管部においてロール回転することができる。
【００２７】
また、本発明に係る管内走行装置は、二つのリンクと、前方に配置されるリンクの前端部の車輪の第一駆動手段と、後方に配置されるリンクの後端部の車輪の第二駆動手段と、隣接するリンク同士の連結部の車輪の第三駆動手段とを有しており、前述したように関節のトルク制御がなされる。従って、リンクを二つにして管内走行装置の全長を短くしても、十分な牽引力を得ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る管内走行装置は、リンクは、四つとされ、前記駆動手段は、前方に配置される前記リンクの前端部の前記車輪の第一駆動手段、後方に配置される前記リンクの後端部の前記車輪の第二駆動手段および隣接する前記リンク同士の連結部の前記車輪の第三駆動手段を有しており、最も前方に配置される前記リンクの前端部、最も後方に配置される前記リンクの後端部にそれぞれ回転自在に保持される半球車輪を有することで配管内において垂直上方向及び直進方向のＴ字型に枝分かれした場合においても、垂直上方向に登ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の管内走行装置の一実施例を示す概略側面図である。
【図２】図１の管内走行装置の上方から見た概略図である。
【図３】図１における概略Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図２における概略Ｂ−Ｂ断面図である。
【図５】図２における概略Ｃ−Ｃ断面図である。
【図６】図２における概略Ｄ−Ｄ断面図である。
【図７】図１の管内走行装置の概略斜視図であり、屈曲された状態を示している。
【図８】図１の管内走行装置の使用状態を示す概略側面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す管内走行装置の概略側面図である。
【図１０】図９における概略Ａ−Ａ断面図である。
【図１１】外力が加われていないときの管内走行装置の概略側面図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）管内走行装置がＴ字に分岐した垂直上方向の配管を上る一連の流れの様子を示す図である。
【図１３】（ｃ）（ｄ）管内走行装置がＴ字に分岐した垂直上方向の配管を上る一連の流れの様子を示す図である。
【図１４】（ｅ）（ｆ）管内走行装置がＴ字に分岐した垂直上方向の配管を上る一連の流れの様子を示す図である。
【図１５】垂直上方向に上るときの受動関節の車輪の移動距離と角度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の管内走行装置の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１から図８は、本発明の管内走行装置の一実施例を示す図であり、図１は概略右側面図、図２は上方から見た概略図、図３は図１における概略Ａ−Ａ断面図、図４は図２における概略Ｂ−Ｂ断面図、図５は図２における概略Ｃ−Ｃ断面図、図６は図２における概略Ｄ−Ｄ断面図、図７は屈曲した状態を示す概略斜視図、図８は使用状態を示す概略右側面図である。本実施例の管内走行装置１は、たとえば、筒状の配管２内を走行させつつ配管２内の状況を観察する観察装置の後側に、その観察装置に接続された電源用ケーブルおよび通信用ケーブルを介して接続されるものである。これにより、配管２内面と両ケーブルとの摩擦を減少させることができる。なお、管内走行装置１は、配管２の観察装置の後側に配置される場合に限定されるものではなく、単独で使用してもよい。
【００３２】
本実施例の管内走行装置１は、互いに屈曲可能に前後方向へ沿って連結される複数のリンク３と、リンク３に回転可能に設けられる複数の一対の車輪４，４と、車輪４の駆動手段５と、隣接するリンク３，３同士を屈曲させるリンク駆動手段６と、隣接するリンク３，３同士の屈曲状態により弾性変形する変形部材７と、変形部材７の変形を検出する変形センサ８と、リンク駆動手段６を制御する制御手段（図示省略）とを備える。図示例では、管内走行装置１は、二つのリンク３が互いに屈曲可能に連結されている。
【００３３】
前方に配置されるリンク３ａは、中空状で、側面視略円形状の後部が左方へ凹んで形成されている。一方、後方に配置されるリンク３ｂは、中空状で、側面視略円形状の前部が右方へ凹んで形成されている。両リンク３ａ，３ｂは、前方のリンク３ａ後部の前述した凹んだ箇所に後方のリンク３ｂ前部が配置されると共に、後方のリンク３ｂ前部の前述した凹んだ箇所に前方のリンク３ａ後部が配置された状態で、互いに屈曲可能に連結される。この際、前方のリンク３ａ後部の左右方向に沿う軸線と後方のリンク３ｂ前部の左右方向に沿う軸線とが同一直線上に配置された状態で、前方のリンク３ａの後部が後方のリンク３ｂの前部に差し込まれて、前方のリンク３ａの外周面と後方のリンク３ｂの内周面とが軸受１０を介して連結される。
【００３４】
複数の一対の車輪４，４は、前方に配置されるリンク３ａの前端部、後方に配置されるリンク３ｂの後端部および隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に回転可能に保持される。ここでは、まず、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に回転可能に保持される左右一対の車輪４，４について説明する。
【００３５】
左右一対の車輪４，４は、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に左右方向へ沿って配置される車軸１１に一体回転可能に設けられる。車軸１１は、その軸線が両リンク３ａ，３ｂの軸線と同一直線上に配置されるように、前方のリンク３ａの後部および後方のリンク３ｂの前部を貫通して配置される。この際、車軸１１は、両リンク３ａ，３ｂに軸受を介して設けられ、両リンク３ａ，３ｂに対して軸線まわりに回転可能に保持される。従って、前後の隣接するリンク３ａ，３ｂ同士は、車軸１１まわりに揺動可能に連結されて屈曲可能とされる。隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に車軸１１が取り付けられた状態では、前述したように車軸１１の左右両端部がそれぞれ前方のリンク３ａの後部および後方のリンク３ｂの前部を貫通しており、その左右両貫通部にそれぞれ車輪４が一体回転可能に設けられる。このようにして、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に、左右一対の車輪４，４が回転可能に保持される。
【００３６】
前方のリンク３ａの前端部に回転可能に保持される左右一対の車輪４，４は、前方のリンク３ａの前端部に左右方向へ沿って配置される車軸１１に一体回転可能に設けられる。車軸１１は、その軸線が左右方向へ沿った状態で、前方のリンク３ａの前端部を貫通して配置される。この際、車軸１１は、前方のリンク３ａに軸受を介して設けられ、前方のリンク３ａに対して軸線まわりに回転可能に保持される。前方のリンク３ａに車軸１１が取り付けられた状態では、前述したように車軸１１の左右両端部が前方のリンク３ａを貫通しており、その左右両貫通部にそれぞれ車輪４が一体回転可能に設けられる。このようにして、前方に配置されるリンク３ａの前端部に、左右一対の車輪４，４が回転可能に保持される。
【００３７】
後方のリンク３ｂの後端部に回転可能に保持される左右一対の車輪４，４は、前方のリンク３ａに設けられる左右一対の車輪４，４と同様にして、後方のリンク３ｂの後端部に左右方向へ沿って配置される車軸１１に一体回転に設けられる。すなわち、車軸１１は、後方のリンク３ｂの後端部を左右方向に貫通した状態で、後方のリンク３ｂに軸受を介して設けられ、後方のリンク３ｂに対して軸線まわりに回転可能に保持される。この状態では、車軸１１の左右両端部が後方のリンク３ｂを貫通しており、その左右両貫通部にそれぞれ車輪４が一体回転可能に設けられる。このようにして、後方に配置されるリンク３ｂの後端部に、左右一対の車輪４，４が回転可能に保持される。
【００３８】
本実施例では、前方のリンク３ａの前端部、後方のリンク３ｂの後端部および前後の隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に設けられる各車輪４は、オムニホイールとされる。オムニホイールは、車軸１１に一体回転可能に設けられるホイール本体１２と、ホイール本体１２に回転可能に設けられるローラ１３とを有している。ホイール本体１２には、外周の接線方向に配置された軸部が周方向に所定角度間隔で複数設けられ、それら複数の軸部それぞれにゴムなどで外周が被覆された略樽形状のローラ１３が取り付けられる。このローラ１３が取り付けられる軸部は、車軸１１の軸方向に対して直交するように設けられる。なお、本実施例では、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に設けられる左右一対の車輪４，４は、左方の車輪４のホイール本体１２と右方の車輪４のホイール本体１２とが周方向に所定角度だけずれた状態で対向して配置される。
【００３９】
駆動手段５は、車軸１１をその軸線まわりに回転させて車輪４を回転させる手段であって、たとえば、モータとされる。本実施例では、駆動手段５は、前方に配置されるリンク３ａの前端部の左右一対の車輪４，４の第一駆動手段１４、後方に配置されるリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４の第二駆動手段１５、および隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４の第三駆動手段１６を有し、各駆動手段１４，１５，１６がモータとされる。
【００４０】
第一駆動手段１４は、その駆動軸１７が左右方向へ沿って前方のリンク３ａ内に配置される。第一駆動手段１４の駆動軸１７には、駆動側歯車１８が一体回転可能に設けられる。一方、前方のリンク３ａの前端部に設けられる左右一対の車輪４，４の車軸１１には、前方のリンク３ａ内において、車輪側歯車１９が一体回転可能に設けられる。駆動側歯車１８と車輪側歯車１９との間には、前方のリンク３ａ内において、中間歯車２０が配置される。中間歯車２０は、前方のリンク３ａに左右方向へ沿って配置される軸２１に設けられる。この軸２１は、その軸線まわりに回転可能に前方のリンク３ａに軸受を介して設けられ、中間歯車２０が一体回転可能に設けられる。この際、中間歯車２０は、駆動側歯車１８に噛み合うと共に、車輪側歯車１９に噛み合うようにして配置される。従って、第一駆動手段１４を作動させて駆動軸１７を回転することで、車軸１１と共に左右一対の車輪４，４を回転させることができる。
【００４１】
第二駆動手段１５は、その駆動軸２２が左右方向へ沿って後方のリンク３ｂ内に配置され、駆動軸２２には駆動側歯車２３が一体回転可能に設けられる。一方、後方のリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４の車軸１１には、後方のリンク３ｂ内において車輪側歯車２４が一体回転可能に設けられ、この車輪側歯車２４と駆動側歯車２３との間には、後方のリンク３ｂに左右方向へ沿って配置される軸２５に設けられる中間歯車２６が後方のリンク３ｂ内において設けられる。中間歯車２６が設けられる軸２５は、その軸線まわりに回転可能に後方のリンク３ｂに軸受を介して設けられ、中間歯車２６が一体回転可能に設けられる。この際、中間歯車２６は、駆動側歯車２３および車輪側歯車２４に噛み合うように配置される。従って、第二駆動手段１５を作動することで、後方のリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４を回転させることができる。
【００４２】
第三駆動手段１６は、その駆動軸２７が左右方向へ沿った状態で、前方のリンク３ａ内において第一駆動手段１４の後側に配置される。第三駆動手段１６の駆動軸２７には、駆動側歯車２８が一体回転可能に設けられる一方、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４の車軸１１には、前方のリンク３ａ内において車輪側歯車２９が一体回転可能に設けられる。駆動側歯車２８と車輪側歯車２９との間には、前方のリンク３ａ内において中間歯車３０が配置され、その中間歯車３０は、前方のリンク３ａに左右方向へ沿って配置される軸３１に設けられる。この軸３１は、その軸線まわりに回転可能に前方のリンク３ａに軸受を介して設けられ、中間歯車３０が一体回転可能に設けられる。この際、中間歯車３０は、駆動側歯車２８および車輪側歯車２９に噛み合うようにして配置される。従って、第三駆動手段１６を作動することで、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４を回転させることができる。
【００４３】
リンク駆動手段６は、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲させる手段であって、本実施例ではモータとされる。リンク駆動手段６は、その駆動軸３２が左右方向へ沿った状態で、後方のリンク３ｂ内において第二駆動手段１５の前方に配置される。リンク駆動手段６の駆動軸３２には、駆動側歯車３３が一体回転可能に設けられる。
【００４４】
変形部材７は、弾性変形可能な弾性材から形成されており、本実施例では、ショアＡ硬度が５０のウレタンゴムから形成される。変形部材７は、略円筒状に形成されており、軸方向両端面が内方へ略円錐形状に凹んで形成される。変形部材７の軸方向両端部の円錐形状の凹みには、変形部材７の強度を高めるために、略円錐形の筒状の金属部材３４が嵌め込まれて固定される。
【００４５】
金属部材３４付きの変形部材７は、それらの内穴を隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４の車軸１１が貫通した状態で、軸方向が左右方向へ沿って前方のリンク３ａ内に配置される。この際、変形部材７は、その軸心を通って車軸１１が貫通した状態で、軸方向左端部が前方のリンク３ａにピン３５などで固定される。従って、変形部材７は、車軸１１および前方のリンク３ａに対して回転不能とされる。変形部材７の軸方向右端部には、リンク駆動手段６で回転する歯車３６が設けられる。本実施例では、変形部材７には、歯車３６を変形部材７に固定する固定部材３７が設けられる。固定部材３７は、略円筒状に形成されており、軸方向左端部が変形部材７の軸方向右端部にピン３８などで固定される。このようにして固定される固定部材３７を介して、歯車３６が変形部材７に設けられる。歯車３６は、固定部材３７の軸方向右端部にピン３９などで固定される。この際、歯車３６は、後方のリンク３ｂ内に配置される。ここで、固定部材３７および歯車３６は、変形部材７と同一軸線上に配置されており、固定部材３７の内穴および歯車３６の中央部に左右方向へ沿って形成された貫通穴を車軸１１が貫通している。また、固定部材３７は、変形部材７に対して回転不能とされ、歯車３６は、固定部材３７に対して回転不能とされる。
【００４６】
変形部材７に設けられる歯車３６とリンク駆動手段６の駆動軸３２の駆動側歯車３３との間には、後方のリンク３ｂ内において、中間歯車４０が配置される。中間歯車４０は、後方のリンク３ｂに左右方向へ沿って配置される軸４１に設けられる。この軸４１は、その軸線まわりに回転可能に後方のリンク３ｂに軸受を介して設けられ、中間歯車４０が一体回転可能に設けられる。この際、中間歯車４０は、リンク駆動手段６の駆動軸３２の駆動側歯車３３および変形部材７に設けられる歯車３６に噛み合うように配置される。
【００４７】
また、変形部材７には、前述した歯車３６とは別に、変形部材７の変形を検出する際に用いられる第一歯車４２が設けられる。本実施例では、第一歯車４２は、変形部材７の軸方向右端部に設けられる。具体的には、変形部材７の軸方向右端部に第一歯車４２が配置されると共に、第一歯車４２の軸方向右端部に固定部材３７が配置された状態で、第一歯車４２は、固定部材３７を変形部材７に固定するピン３８などによって、固定部材３７と共に変形部材７の軸方向右端部に固定される。ここで、第一歯車４２は、変形部材７と同一軸線上に配置されており、第一歯車４２の中央部に左右方向へ沿って形成された貫通穴を車軸１１が貫通している。また、第一歯車４２は、変形部材７および固定部材３７に対して回転不能とされる。
【００４８】
一方、前方のリンク３ａには、第一歯車４２と噛み合う第二歯車４３が設けられる。本実施例では、第二歯車４３は、前方のリンク３ａに左右方向へ沿って配置される軸４４に設けられる。この軸４４は、その軸線まわりに回転可能に前方のリンク３ａに軸受を介して設けられ、第二歯車４３が一体回転可能に設けられる。この際、第二歯車４３は、変形部材７に固定された第一歯車４２に噛み合うように配置される。
【００４９】
変形センサ８は、特に問わないが、ポテンショメータとされる。本実施例では、変形部材７に固定された第一歯車４２と噛み合うように第二歯車４３が配置される構成であるので、変形センサ８によって第二歯車４３の回転を検出することで、変形部材７の変形を検出することができる。従って、変形センサ８は、第二歯車４３の軸４４が差し込まれて貫通した状態で、前方のリンク３ａに設けられる。なお、本実施例では、モータであるリンク駆動手段６の回転角度を検出する角度センサ９を有している。前述したように、リンク駆動手段６の駆動軸３２の駆動側歯車３３と変形部材７に固定部材３７を介して固定された歯車３６とが中間歯車４０を介して噛み合う構成であるので、角度センサ９によって中間歯車４０の回転を検出することで、モータであるリンク駆動手段６の回転角度を検出することができる。従って、角度センサ９は、中間歯車４０の軸４１が差し込まれて貫通した状態で、後方のリンク３ｂに設けられる。
【００５０】
制御手段は、変形センサ８などの検出信号に基づき、前述したリンク駆動手段６を制御する手段である。そのため、変形センサ８およびリンク駆動手段６などは、制御手段に接続される。そして、制御手段は、後述するようにして、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲させた状態で、車輪４を配管２内面に押し付ける。
【００５１】
次に、本実施例の管内走行装置１の使用について説明する。図８に示されるように、管内走行装置１は、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲して車輪４が配管２内面に接触した状態で、配管２内を走行することができる。配管２内を走行する場合には、第一駆動手段１４、第二駆動手段１５および第三駆動手段１６を駆動すればよい。第一駆動手段１４を駆動することで、第一駆動手段１４の駆動軸１７と共に駆動側歯車１８が回転し、この駆動側歯車１８と中間歯車２０を介して噛み合わされた車輪側歯車１９と共に車軸１１が回転して、前方のリンク３ａの前端部の左右一対の車輪４，４が回転する。また、第二駆動手段１５を駆動することで、第二駆動手段１５の駆動軸２２と共に駆動側歯車２３が回転し、この駆動側歯車２３と中間歯車２６を介して噛み合わされた車輪側歯車２４と共に車軸１１が回転して、後方のリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４が回転する。さらに、第三駆動手段１６を駆動することで、第三駆動手段１６の駆動軸２７と共に駆動側歯車２８が回転し、この駆動側歯車２８と中間歯車３０を介して噛み合わされた車輪側歯車２９と共に車軸１１が回転して、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４が回転する。
【００５２】
このようにして、前方のリンク３ａの前端部、後方のリンク３ｂの後端部、および隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部に設けられる左右一対の車輪４，４が回転することで、管内走行装置１が配管２内を走行することができる。本実施例では、モータである各駆動手段１４，１５，１６は、駆動軸１７，２２，２７が正逆回転可能に構成されている。従って、駆動軸１７，２２，２７の正逆回転を切り替えることで、管内走行装置１が前方に走行する場合と後方に走行する場合とに切り替えることができる。なお、各駆動手段１４，１５，１６は、作業者により操作されるコントローラからケーブルを介して送られるか、またはコントローラから無線により送られる制御信号によって制御される。
【００５３】
ここで、図１の状態から図８の状態に、管内走行装置１を屈曲するには、リンク駆動手段６を駆動すればよい。この際、変形センサ８の検出信号に基づきリンク駆動手段６を制御して、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲した状態で、配管２の径方向一方側の内面に配管２の径方向一方側に配置された左右一対の車輪４，４を回転可能に押し付けるトルクと、配管２の径方向他方側の内面に配管２の径方向他方側に配置された左右一対の車輪４，４を回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御する。具体的には、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲して、配管２の径方向一方側の内面に配管２の径方向一方側に配置された左右一対の車輪４，４が接触すると共に、配管２の径方向他方側の内面に配管２の径方向他方側に配置された左右一対の車輪４，４が接触してからの変形センサ８の検出信号に基づき、リンク駆動手段６を制御する。これにより、配管２内で管内走行装置１が屈曲した状態で突っ張るトルクが一定に制御される。
【００５４】
本実施例では、前方のリンク３ａに固定される変形部材７に固定部材３７を介して歯車３６が固定され、その歯車３６とリンク駆動手段６の駆動軸３２の駆動側歯車３３とが中間歯車４０を介して噛み合わされている。従って、変形部材７の軸方向他端部に固定された歯車３６をリンク駆動手段６で回転させることで、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲することができる。この際、前方のリンク３ａ後部と後方のリンク３ｂ前部とが同一軸線上に配置されているので、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士は、その軸線まわりに揺動する。すなわち、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士は、前述した軸線に沿って配置された車軸１１まわりに揺動して屈曲する。
【００５５】
隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲すると、配管２の径方向一方側に前方のリンク３ａの前端部の左右一対の車輪４，４および後方のリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４が配置され、配管２の径方向他方側に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４が配置される。そして、配管２の径方向一方側および他方側に配置された左右一対の車輪４，４が対応する配管２の内面に接触してから、リンク駆動手段６で変形部材７の歯車３６をさらに回転させることで、変形部材７がねじれるように変形する。これは、変形部材７の軸方向一端部が前方のリンク３ａに固定され、変形部材７の軸方向他端部に歯車３６が固定されているからである。
【００５６】
また、本実施例では、変形部材７に第一歯車４２が固定され、この第一歯車４２と噛み合う第二歯車４３が装置１内に配置されている。従って、変形部材７のねじれにより第一歯車４２が回転し、これにより第二歯車４３が回転する。この際、変形センサ８が第二歯車４３の回転を検出することで、変形部材７の変形を検出することができる。
【００５７】
変形センサ８の検出結果を用いて、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲させるリンク駆動手段６を制御する。具体的には、まず、変形センサ８による変形部材７の変形角度の検出結果を用いて、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部である関節の回転角度を算出する。その後、制御手段は、変形センサ８からの変形部材７の角度情報に、予め登録されている変形部材７の剛性を乗算する。すなわち、前述した角度情報に、変形部材７の弾性係数を掛け合わせる。これにより、制御手段は、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部である関節に作用するトルクを算出することができる。
【００５８】
そして、制御手段は、求められたトルクの算出結果を用いて、車輪４が配管２内面を押し付ける力を求める。すなわち、管内走行装置１が屈曲した状態で配管２内において突っ張るトルクを求める。そのため、制御手段は、トルクの算出結果が予め登録されているトルクの値となるように制御する。このようにして関節のトルクを制御することにより、車輪４の配管２内面へ押し付けるトルクを一定にすることができる。
【００５９】
なお、本実施例では、リンク駆動手段６の駆動軸３２の駆動側歯車３３と変形部材７の歯車３６との間に中間歯車４０が配置されており、この中間歯車４０の回転を検出する角度センサ９が設けられている。この角度センサ９は、制御手段に接続される。従って、変形センサ８および角度センサ９の検出結果を用いて、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲させるリンク駆動手段６を制御することができる。この場合、まず、変形センサ８による変形部材７の変形角度の検出結果を用いて、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部である関節のトルクを算出する。そのため、制御手段は、変形センサ８からの角度情報に、予め登録されている変形部材７の剛性を乗算する。すなわち、前述した角度情報に、変形部材７の弾性係数を掛け合わせる。これにより、制御手段は、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部である関節に作用するトルクを算出することができる。
【００６０】
また、トルクを検出する方法は、変形部材７の変形角度を検出してトルクを検出する手段でなくても、駆動手段５によりリンク駆動手段６を屈曲させる電力量を検出してトルクを検出する手段、またはひずみゲージ式のトルクセンサ、静電容量式トルクセンサ、圧電式力センサを用いて算出しても構わない。
【００６１】
そして、制御手段は、求められたトルクの算出結果を用いて、車輪４が配管２内面を押し付けるトルクを求める。そのため、制御手段は、トルクの算出結果と、予め登録されている管内走行装置１のリンク情報とから、管内走行装置１の車輪４の位置に生じる力を算出する。ここで、リンク情報は、管内走行装置１の各リンク３の長さ、関節の位置および角度などの情報である。なお、関節の角度は、変形センサ８からの角度情報と角度センサ９からの角度情報との差分である。このようにして車輪４に加わる力が求められ、これと予め登録されている車輪４に加わる力とが比較され、求められた車輪４に加わる力が予め登録されている車輪４に加わる力となるように、制御手段によってリンク駆動手段６が制御される。従って、制御手段は、車輪４の配管２内面へ押し付けるトルクが一定となるように、リンク駆動手段６を制御することができる。
【００６２】
本実施例の管内走行装置１の場合、変形センサ８の検出結果に基づき、車輪４の配管２内面への押付トルクが一定となるようにリンク駆動手段６が制御される。従って、能動的かつ自動的に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の屈曲を制御して押付トルクを一定にすることができる。これにより、管内走行装置１は、走行途中で配管２の内径が変化した場合、コイルバネなどで付勢されている従来の装置と比較して、車輪４の配管２内面への接触を確実に図ることができ、配管２内を安定して走行することができる。
【００６３】
また、本実施例の管内走行装置１の場合、車輪４の配管２内面への接触後の変形センサ８の検出結果を用いて、関節のトルク制御を容易に行うことができる。また、本実施例の管内走行装置１の場合、前方のリンク３ａに変形部材７が固定され、この変形部材７に回転不能に歯車３６が固定される。従って、リンク駆動手段６により変形部材７の歯車３６が回転することで、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲され、この屈曲により車輪４が配管２内面に接触してからさらに歯車３６が回転することで、変形部材７がねじれるように変形することができる。ここで、隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の軸線、車軸１１の軸線および筒状の変形部材７の軸線が同一直線上に配置される。これにより、関節のトルク制御を行う構成が設けられた関節のコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
また、本実施例の管内走行装置１の場合、変形部材７のねじれにより回転する第一歯車４２と、この第一歯車４２と噛み合う第二歯車４３とが設けられており、変形センサ８により第二歯車４３の回転を検出して、変形部材７の変形が検出される。ここで、第二歯車４３は、その直径が第一歯車４２の直径よりも小さく形成されている。従って、関節のトルクの分解能を向上することができると共に、変形部材７の検出を行うための構成を簡易にすることができる。また、本実施例の管内走行装置１の場合、前方のリンク３ａの前端部の左右一対の車輪４，４、後方のリンク３ｂの後端部の左右一対の車輪４，４、および前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士の連結部の左右一対の車輪４，４がオムニホイールとされる。従って、配管２の屈曲部の屈曲方向と管内走行装置１の関節の曲がる方向とが合うように、管内走行装置１をロール回転することができる。
【００６５】
さらに、本実施例の管内走行装置１の場合、二つのリンク３ａ，３ｂから構成され、各車輪４に対応する各駆動手段１４，１５，１６により回転することができ、さらに、車輪４の配管２内面への押付トルクが一定に制御される。これにより、従来ではケーブルを引っ張ることができるよう牽引力を高めるために、このようにして管内走行装置１の全長を短くすることができるので、配管２の連続的に曲がった箇所において、管内走行装置１が動けなくなるのを防止することができる。
【００６６】
本発明の管内走行装置は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、二つのリンク３ａ，３ｂから構成されたが、これに限定されるものではなく、複数のリンク３から構成してもよい。この場合、全ての複数の関節に、前述したトルク制御を行う構成を設けてもよいし、所定の関節に設けてもよい。たとえば、四つのリンクから構成される場合、前方に配置される関節および後方に配置される関節にはトルク制御を行う構成が設けられ、前後の関節の間に配置される関節には設けられない。
【００６７】
次に、第２の実施形態の管内走行装置１ａについて図９から図１５を用いて説明する。
【００６８】
図９に示すように、管内走行装置１ａは管内走行装置１の２つのリンク３ａ，３ｂに接続された末端の車輪４にさらにリンク３Ａ，３Ｂが接続され、リンク３Ａ，３Ｂの上部にそれぞれカメラ４５、通信手段４６が固定されており、またリンク３Ａ，３Ｂの末端にそれぞれ一対の半球車輪４７ａ，４７ｂが互いに向かい合うように保持されている。通信手段４６は、角度の指令値や車輪４の回転の指令値等を受信する役割の他にも角度情報、トルク情報及びカメラ４５の映像を送信する役割や管内走行装置１ａの電力を供給する役割を有している。ここで、リンク駆動手段６を用いて前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士を屈曲させている中央の車輪４を能動関節の車輪４ｂとし、その他の車輪４を前方から順に受動関節の車輪４ａ、４ｃとする。管内走行装置１ａのリンク３ａ，３ｂ及び能動関節の車輪４ｂは管内走行装置１と同一構成であり同一の作用、効果を有する。
【００６９】
車輪４ａは、リンク３Ａの後端部及びリンク３ａの先端部に回転可能に保持されている。受動関節の左右一対の車輪４ａ，４ａは、隣接するリンク３Ａ，３ａ同士の連結部に左右方向へ沿って配置される車軸１１に一体回転可能に設けられる。また、両リンク３Ａ，３ａに対して軸線まわりに回転可能に保持されるため、前後の隣接するリンク３Ａ，リンク３ａ同士は、車軸１１まわりに揺動可能に連結されて屈曲可能とされる。また、車輪４ａ内部に車軸１１を中心として周囲にねじりコイルばね４８が固定されており、該ねじりコイルばね４８の一端部がリンク３Ａに接続されている。従って、管内走行装置１ａに外力が加われていない場合、ねじりコイルばね４８の弾性力により、リンク３Ａは図１１に示すように屈曲した状態で維持される。また逆方向には力を加えることができないため、リンク３Ａは一方の方向にしか屈曲させることができない。車輪４ａの内部にサーキットボード４９が配置されている。該サーキットボード４９がリンク３Ａの上部に固定されたカメラ４５からの信号を送受信する役割を有している。
【００７０】
車輪４ｃは、リンク３Ｂの先端部及びリンク３ｂの後端部に回転可能に保持されている。車輪４ａと同様に、受動関節の左右一対の車輪４ｃ，４ｃは、隣接するリンク３Ｂ，３ｂ同士の連結部に左右方向へ沿って配置される車軸１１に一体回転可能に設けられる。また、両リンク３Ｂ，３ｂに対して軸線まわりに回転可能に保持されるため、前後の隣接するリンク３Ｂ，３ｂ同士は、車軸１１まわりに揺動可能に連結されて屈曲可能とされる。また、車輪４ｂ内部に車軸１１を中心として周囲にねじりコイルばね４８が固定されており、該ねじりコイルばね４８の一端部がリンク３Ｂに接続されている。従って、管内走行装置１ａに外力が加われていない場合、ねじりコイルばね４８の弾性力により、リンク３Ｂは図１１に示すように屈曲した状態で維持される。また逆方向には力を加えることができないため、リンク３Ｂは一方の方向にしか屈曲させることができない。この際に、リンク３Ｂを一方に屈曲させる方向は、図１１に示すように、リンク３Ａと同一方向を向くように屈曲させることに留意する。また、車輪４ｃの内部には、サーキットボード４９が配置されている。該サーキットボード４９がリンク３Ｂの上部に固定された通信手段４６からの信号を送受信する役割を有している。
【００７１】
リンク３Ａは、前方の半球車輪４７ａと後方に位置する車輪４ａを連結している。図１０に示すように側面視略円形状の後部が右方へ凹んで形成されている。この凹み箇所に車輪４ａが配置され車軸１１を通して互いに屈曲可能に連結される。またリンク３Ａの内部にはモータ５０が配置されており、モータ５０の長軸５１を軸受け５２に介して半球車輪４７ａの短車軸５３に接続されている。従って、短車軸５３が長軸５１の円周方向に回転することで半球車輪４７ａが回転する。
【００７２】
リンク３Ｂは、リンク３Ａと同一構造であり、後方の半球車輪４７ｂと前方に位置する車輪４ｃを連結している。図１０に示すように後方に配置されるリンク３Ｂは、側面視略円形状の前部が左方へ凹んで形成されている。この凹み箇所に車輪４ｃが配置され車軸１１を通して互いに屈曲可能に連結される。またリンク３Ｂの内部にはモータ５０が配置されており、モータ５０の長軸５１を軸受け５２に介して半球車輪４７ｂの短車軸５３に接続されている。従って、短車軸５３が長軸５１の円周方向に回転することで半球車輪４７ｂが回転する。
【００７３】
また、両リンク３Ａ，３Ｂの内部には、サーキットボード４９が配置されている。該サーキットボード４９が、リンク３Ａ，３Ｂ内にあるモータ５０の作動を制御しており、長軸５１の回転及び短車軸５３の回転が制御され、半球車輪４７ａ，４７ｂの回転動作を制御している。また、カメラ４５、通信手段４６との情報及び指令を送受信する役割を有している。
【００７４】
半球車輪４７ａ，４７ｂは、一対の半球５４と短車軸５３を具備している。また、管内走行装置１ａの末端でリンク３Ａ，３Ｂに隣接しており、前述した通り、リンク３Ａ，３Ｂの長軸５１と半球車輪４７ａ，４７ｂ内の短車軸５３により接続されている。該短車軸５３が一対の半球５４の両中心部を垂直方向に貫通するように固定されている。よって、半球車輪４７ａ，４７ｂは、短車軸５３又は長軸５１を中心として円周方向に回転可能に保持されている。また、長軸５１は軸カバー５５により覆われている。
【００７５】
続いて、Ｔ字に分岐した配管２内において管内走行装置１ａが垂直上方向に上る動作状態の様子を図１２（ａ）から図１４（ｆ）にかけて説明する。
【００７６】
図１２（ａ）に示したように、水平方向の配管２内において、管内走行装置１ａの車輪４ａ，４ｃの受動関節においては、ねじりコイルばね４８の弾性力によりリンク３Ａ，３ａ及び３ｂ，３Ｂ同士が互いに屈曲しようとしているが、配管２によって押さえつけられている。車輪４ｂの能動関節においては前述したように、リンク駆動手段６を駆動して、能動関節の屈曲を制御することができる。変形センサ８の検出信号に基づきリンク駆動手段６を制御して、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲した状態で、配管２の径方向一方側の内面に配管２の径方向一方側に配置された左右一対の車輪４ａ，４ａ及び４ｃ，４ｃを回転可能に押し付けるトルクと、配管２の径方向他方側の内面に配管２の径方向他方側に配置された左右一対の車輪４ｂ，４ｂを回転可能に押し付けるトルクとを一定に制御することができる。
【００７７】
具体的には、前後に隣接するリンク３ａ，３ｂ同士が屈曲して、配管２の径方向一方側の内面に配管２の径方向一方側に配置された左右一対の車輪４ａ，４ａ及び４ｃ，４ｃが接触すると共に、配管２の径方向他方側の内面に配管２の径方向他方側に配置された左右一対の車輪４ｂ，４ｂが接触してからの変形センサ８の検出信号に基づき、リンク駆動手段６を制御する。これにより、配管２内で管内走行装置１が屈曲した状態で突っ張るトルクが一定に制御される。従って、配管２内に異物があったり、レジューサー配管、インクリーザー配管、ディクリーザー配管及びつなぎ目のソケット部分のように配管２の内径が段階的に変わっていく場合、突っ張るトルクが一定に制御されることで安定的に各車輪４ａ，４ｂ，４ｃ及び半球車輪４７ａ，４７ｂは壁に押さえつけ摩擦を生じさせて配管２の内壁に対して滑らない効果を有する。角度を一定に制御して走行してしまうと上記で述べたような配管２の内径が段階的に変わっていく場合、突っ張るトルクの調節が難しくなり配管２内を自由に進めなくなる可能性があるため、角度を適時変位させて突っ張るトルクを一定に制御することが好ましい。
【００７８】
そして、車輪４ａ，４ｂ，４ｃを駆動させることによって一対の半球車輪４７ａ，４７ｂも同時に回転して管内走行装置１ａは滑らずに配管２内を横方向に移動することができる。モータである各駆動手段１４，１５，１６は正逆回転可能であるため、各駆動手段１４，１５，１６の正逆回転を切り替えることで、管内走行装置１ａが前方に走行する場合と後方に走行する場合とに切り替えることができる。なお、各駆動手段１４，１５，１６は、作業者により操作されるコントローラからケーブルを介して送られるか、またはコントローラから無線により送られる制御信号によって制御される。
【００７９】
また、分岐したＴ字管の垂直上方向に上る前に、図１２（ａ）に示すように横から見たときに重力方向を下としてＷ字型になるようにしておく必要がある。仮に、横から見た際に逆のＭ字型になっている場合、リンク３Ａ内のモータ５０を駆動させることで、長軸５１が駆動し、該長軸５１に接続された半球車輪４７ａ，４７ｂの短車軸５３が長軸５１の円周方向に回転することで半球車輪４７ａ，４７ｂが回転する。同時に管内走行装置１ａが前方向に前進することで、管内走行装置１ａ自体が配管２内で半回転してＷ字型とすることができる。この状態を維持して分岐した垂直上方向の配管２の近くまで進む。
【００８０】
この時、車輪４ａと車輪４ｂの中心を結ぶ線と車輪４ｂと車輪４ｃの中心を結ぶ線のなす角をθとする。なす角θは、主に各車輪４ａ，４ｂの中心間距離Ｌ、配管２の内径Ｄｐ、管内走行装置１ａの幅Ｗにより決定される。例えば、Ｌが０．１ｍ、Ｄｐが０．１０４ｍ、Ｗが０．０７６ｍの場合なす角θは２０度とされる。
【００８１】
図１２（ｂ）に示すように、管内走行装置１ａを横方向に移動して分岐点にまで達すると、まず先端部である半球車輪４７ａが配管２の上面を離れ、受動関節である車輪４ａが屈曲したまま垂直上方向の配管２の左壁に接着される。その後、リンク駆動手段６を制御して能動関節である車輪４ｂのリンク３ａ，３ｂの角度を制御してなす角θを変位させながら各車輪４ａ，４ｂ，４ｃは駆動し続けさせることで配管２を上ることができる。車輪４ｂの移動する距離は車輪４ｂの半径に回転速度を乗じてさらに時間を乗じることで導くことができる。車輪４ｂの移動距離となす角θの関係性が図１５に示すようにｓｉｎ関数に近い波形関数となるように車輪４ａ，ｂ，ｃの駆動手段及びリンク駆動手段６を制御することで垂直上方向の配管２を上り始めることができる。他の受動関節である車輪４ａ，４ｃの角度を制御せずとも、能動関節である車輪４ｂについてのみ角度を制御すれば容易に再現性高くＴ字に分岐した垂直上方向の配管２を上ることができる。
【００８２】
その後、図１３（ｃ）に示すように、リンク３ａ，３ｂにおける車輪４ｂの能動関節の角度が変化していき、車輪４ｂが下面に接着され、車輪４ａが垂直上方向の配管２の左壁に接着され、そして半球車輪４７ａが右壁に接着する。仮に車輪４ｂが車輪４ａ，４ｃと同様にねじりコイルばね４８を用いて屈曲させていた場合、一方方向にのみにしか屈曲することができず、図１２（ｂ）から図１３（ｃ）のように車輪４ｂを逆方向に屈曲することができないため、Ｔ字の分岐した配管２を垂直上方向に上ることができない。他の関節である受動関節の車輪４ａ，４ｃはねじりコイルばね４８により屈曲させていても問題がなく動作することができるため角度を制御する必要がなくなり簡易な構造とすることができる。
【００８３】
その後、車輪４ａ，４ｂ，４ｃを駆動させつつ、図１３（ｄ）に示すように、車輪４ｂがリンク駆動手段６を駆動することで持ち上がり垂直上方向の配管２に接着する。
【００８４】
その後、図１４（ｅ），（ｆ）に示すように車輪４ａ，４ｂ，４ｃを駆動させることで、順に垂直上方向の配管２を上ることできる。
【００８５】
本実施例においては、Ｔ字に分岐した垂直上方向に上る場合について述べたが、図１２（ａ）の状態から垂直上方向に上らずに直進したい場合は各車輪４ａ，４ｂ，４ｃが配管４内において全て接着するように半球車輪４７ａ，４７ｂを駆動させて管内走行装置１ａを四半回転させることで、Ｔ字に分岐した場合でも直進することができる。また本実施例では述べなかったが垂直上方向に伸びているＬ字型の配管２においてもリンク駆動手段６を制御して能動関節である車輪４ｂの角度を随時変えながら配管２に対する突っ張るトルクを一定に制御することで垂直上方向にも上ることができる。また、水平横方向にＴ字やＹ字に分岐している場合でも同様にして横に曲がる又は直進することができる。そして、十字路に分岐している場合であっても同様の手順を用いて３方向のうち希望する方向に進むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、屈曲部を有する配管内を走行する管内走行装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  管内走行装置
１ａ  管内走行装置
２  配管
３  リンク
４  車輪
５  駆動手段
６  リンク駆動手段
７  変形部材
８  変形センサ
９  角度センサ
１０  軸受
１１  車軸
１２  ホイール本体
１３  ローラ
１４  第一駆動手段
１５  第二駆動手段
１６  第三駆動手段
１７  駆動軸
１８  駆動側歯車
１９  車輪側歯車
２０  中間歯車
２１  軸
３６  歯車
３７  固定部材
４２  第一歯車
４３  第二歯車
４４  軸
４５  カメラ
４６  通信手段
４７ａ  半球車輪
４７ｂ  半球車輪
４８  ねじりコイルばね
４９  サーキットボード
５０  モータ
５１  長軸
５２  軸受け
５３  短車軸
５４  半球
５５  軸カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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