(57)【要約】【課題】小径の管路においても、段差や障害物、また、管路の湾曲、屈曲を問題とすることなく走行可能な管内走行装置を提供する。【解決手段】管内走行装置１は、進行方向Ａに沿って配設されたフレーム５と、フレーム５に設けられ、フレーム５から進行方向Ａと略直交する側方Ｓに当接部材１４、２４を張り出して管路の壁面を押圧した状態で、当接部材１４、２４をフレーム５に対して相対的に進行方向Ａの前方Ｆから後方Ｂへ移動させる推進運動、及び、当接部材１４、２４が壁面と離間した状態で、フレーム５に対して相対的に進行方向Ａの後方Ｂから前方Ｆへ移動させる復帰運動を繰り返す推進機構１１、２１を有する推進手段１０と、推進手段１０の推進機構１１、２１を駆動する駆動機構３０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に沿って配設されたフレームと、
該フレームに設けられ、該フレームから前記進行方向と略直交する側方に当接部材を張り出して管路の壁面を押圧した状態で、前記当接部材を前記フレームに対して相対的に前記進行方向の前方から後方へ移動させる推進運動、及び、前記当接部材が前記壁面と離間した状態で、前記当接部材を前記フレームに対して相対的に前記進行方向の後方から前方へ移動させる復帰運動を繰り返す推進機構を有する推進手段と、
該推進手段の前記推進機構を駆動する駆動機構とを備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項２】
請求項１に記載の管内走行装置において、
前記推進機構の前記当接部材は、前記推進運動時に、当接した前記壁面に応じて弾性変形可能であることを特徴とする管内走行装置。
【請求項３】
請求項２に記載の管内走行装置において、
前記当接部材の前記壁面と相対する部分には、滑り止め処理が施された当接部が設けられていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の管内走行装置において、
前記推進手段の前記推進機構は、基端が前記フレームの前端部に軸着され、先端が該フレームに対して前方へ配設された状態から側方へ配設された状態まで、所定角度だけ往復回転可能な前部アームと、
基端が前記フレームの後端部に軸着され、先端が該フレームに対して後方へ配設された状態から側方へ配設された状態まで、所定角度だけ往復回転可能な後部アームとを備え、
前記当接部材は、前端が前記前部アームの前記先端に取り付けられるとともに、後端が前記後部アームの前記先端に取り付けられており、前記前部アームの前記先端と前記後部アームの前記先端との距離に応じて、側方へ弾性的に湾曲可能であることを特徴とする管内走行装置。
【請求項５】
請求項４に記載の管内走行装置において、
前記当接部材は、前記前部アーム及び前記後部アームのそれぞれの前記先端に回転可能に取り付けられていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の管内走行装置において、
前記前部アーム及び前記後部アームは、前記駆動機構によって略等しい回転速度で、かつ、所定の位相差を有して、略等しい角度だけ往復回転可能であることを特徴とする管内走行装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載の管内走行装置において、
前記駆動機構を複数備え、
前記前部アーム及び前記後部アームは、それぞれ異なる前記駆動機構によって独立して往復回転可能であることを特徴とする管内走行装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７に記載の管内走行装置において、
前記駆動機構は、所定の回転方向に回転駆動、または、所定の回転範囲で往復回転駆動する回転駆動部と、
前記フレームに軸着され、前記回転駆動部によって、所定の回転方向に回転、または、所定の回転範囲で往復回転可能な回転リンク部材と、
前記前部アームの前記基端または前記後部アームの前記基端に取り付けられて、前記前部アームまたは前記後部アームとともに往復回転可能な揺動リンク部材と、
一端が該揺動リンク部材に回転可能に取り付けられるとともに、他端が前記回転リンク部材に回転可能に取り付けられた連接リンク部材とを備え、
前記フレーム、前記回転リンク部材、前記揺動リンク部材、及び前記連接リング部材で四リンク列が構成されていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項９】
請求項４から請求項７に記載の管内走行装置において、
前記駆動機構は、所定の回転範囲で往復回転駆動する回転駆動部と、
前記前部アームの前記基端または前記後部アームの前記基端に取り付けられて、前記前部アームまたは前記後部アームとともに往復回転可能な揺動部材と、
前記回転駆動部の往復回転運動に応じて進退可能で、前記揺動部材を押圧することで、該揺動部材を回転させることが可能な直動軸とを備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の管内走行装置において、
前記推進手段は、複数の前記推進機構が対をなして構成され、
対をなした該推進機構の前記前部アーム同士及び前記後部アーム同士は、前記フレームに同軸上で回転可能に軸着されるとともに、前記基端が回転中心よりも該基端側へ延出されており、
前記揺動部材は、前記前部アーム及び前記後部アームのそれぞれに回転可能に固定されているとともに、対応する該揺動部材同士も回転可能に取り付けられて、
対をなした前記推進機構の二つの前記前部アーム及び二つの前記後部アームのそれぞれと、対応する二つの前記揺動部材とで、パンタグラフが構成されていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記駆動機構の前記回転駆動部は、往復回転可能なサーボモータであり、
該サーボモータの回転速度、回転範囲を制御可能な制御部を備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の管内走行装置において、
前記駆動機構または前記推進機構のいずれかの少なくとも一部材には、該推進機構が前記推進運動を行う際に生じる応力または歪みを測定可能な壁反力検出センサが設けられており、
前記制御部は、前記壁反力検出センサの検出結果に基づいて、前記サーボモータの回転速度、回転範囲を決定することを特徴とする管内走行装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の管内走行装置において、
前記回転駆動部には、該回転駆動部に供給される電流を検出可能な電流検出手段が設けられており、
前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づいて、前記サーボモータの回転速度、回転範囲を決定することを特徴とする管内走行装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記駆動機構には、電磁クラッチが設けられていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記フレームと、前記駆動機構とを内部に格納するとともに、前記推進機構が張り出し可能な開口部が形成された本体カバーを備え、
前記推進機構は、前記復帰運動時には前記本体カバーに格納されているとともに、前記推進運動時には前記本体カバーの前記開口部から前記当接部材を張り出し、前記壁面を押圧することが可能であることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の管内走行装置において、
走行する前記管路を撮影可能な撮影手段を備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記推進手段は、複数の前記推進機構で構成され、
複数の該推進機構は、前記進行方向に略平行な軸を中心として正面視略等角度で放射状に側方に張り出して、前記壁面に当接することが可能に設けられていることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記推進手段は、複数の前記推進機構で構成されるとともに、
前記駆動機構は、複数の前記推進機構と対応して複数備えることを特徴とする管内走行装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載の管内走行装置において、
前記推進手段を複数備え、
複数の該推進手段は、交互に前記推進運動及び前記復帰運動を繰り返すことが可能であることを特徴とする管内走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内を自走し、管路内の観察、管路内おける目的物の搬送などを行うことが可能な管内走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、作業者が直接侵入することができない小径の管路、例えば下水管やガス管などの内部において、所定箇所の観察を行う、所定箇所に目的物を搬送することなどを可能とするために、管路内を自走することが可能な管内走行装置が走行手段を異にして様々提案されている。タイヤ走行によるものとしては、駆動力を伝達するモータ車と、モータ車からの動力伝達によって牽引力を発生させる複数の駆動車と、駆動車を誘導する誘導車とが連結して構成された管内走行装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような管内走行装置では、駆動車による牽引力によって、連結されたモータ車、駆動車、誘導車がタイヤ走行して管路内を走行可能であるとともに、誘導車による誘導によって曲管などの通過も可能であるとされている。
【０００３】
また、キャタピラ走行によるものとしては、両側に走行ベルトを覆帯して連結された従動輪と駆動輪とを前後に備えた車体本体と、両側の各駆動輪を駆動させる左右２個の可逆モータとを備えた管内走行装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような管内走行装置によれば、キャタピラ走行であることで一定の段差なども乗り越えて走行することが可能であるとされている。また、各駆動輪を左右２個の可逆モータでそれぞれ独立して駆動することが可能であることで、曲管などでもバランス良く走行することが可能であるとされている。
【０００４】
さらに、上記と異なる走行手段を有するものとしては、長さを変化させることが可能なベースと、ベースの両端に結合されて、ベースの長さの変化とともに半径方向に運動することが可能な複数の締付け要素とをそれぞれ備えた２つの締め付けユニットが、伸縮可能な送り空気シリンダで連結されている管内走行装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような管内走行装置によれば、後方の締め付けユニットのベースが縮むことでその締付けユニットの締付け要素が半径方向外側に湾曲して管路内に締付け固定される。また、前方の締付けユニットのベースは伸びて、管路内に締付け固定されていない状態となる。この状態で送り空気シリンダが伸びることで、締付け固定されていない前方の締付けユニットは進行方向に進出する。次に、後方の締付けユニットのベースが伸びることで管路内の締付けが解除されるとともに、前方の締付けユニットのベースが縮むことで管路内に締付け固定される。そして、この状態で送り空気シリンダが縮むことで後方の締付けユニットが進行方向に進出する。これを繰り返すことによって、障害物等に関係無く、管内走行装置の全体が管路内を走行することができるとされている。
【特許文献１】特公平６−８１０５号公報
【特許文献２】特許第２８９４２６６号公報
【特許文献３】特表平８−５０１７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようなタイヤ走行の管内走行装置においては、管路の直径が小さくなるに従って必然的に走行輪の直径も小さくなってしまう。このため、小径の管路内においては、走行速度が極端に低下してしまうとともに、継手位置における段差や管路内面に付着した障害物などが存在すると、これらを乗り越えて走行することができなくなってしまう問題があった。
【０００６】
また、特許文献２のようなキャタピラ走行の管内走行装置においても、同様に小径の管路内においては、駆動輪が小さくなることで走行速度が極端に低下してしまう。さらに、このようなキャタピラ走行においては、走行に伴う機構が複雑であるので、小型化には限界があり、走行可能な管路の大きさには限界があった。
【０００７】
また、特許文献３の管内走行装置は、進行方向に２つの締付けユニット及び送り空気シリンダが組立てられて伸縮することで、進行方向に装置スペースを必要とする。このため、上記のようなタイヤ走行やキャタピラ走行の管内走行装置に比べて、小径の管路でも走行可能であり、段差や障害物などにも対応可能であるものの、管路が湾曲、屈曲している場合には自由に走行することができなくなってしまう問題があった。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小径の管路においても、段差や障害物、また、管路の湾曲、屈曲を問題とすることなく走行可能な管内走行装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の管内走行装置は、進行方向に沿って配設されたフレームと、該フレームに設けられ、該フレームから前記進行方向と略直交する側方に当接部材を張り出して管路の壁面を押圧した状態で、前記当接部材を前記フレームに対して相対的に前記進行方向の前方から後方へ移動させる推進運動、及び、前記当接部材が前記壁面と離間した状態で、前記当接部材を前記フレームに対して相対的に前記進行方向の後方から前方へ移動させる復帰運動を繰り返す推進機構を有する推進手段と、該推進手段の前記推進機構を駆動する駆動機構とを備えることを特徴としている。
【００１０】
この発明に係る管内走行装置によれば、駆動機構が駆動することによって、フレームに設けられた推進手段の推進機構は、推進運動として、当接部材を、フレームから側方に張り出して管路の壁面を押圧するとともに、フレームに対して相対的に前方から後方へ移動させる。推進機構の当接部材と管路との間には摩擦力が生じて互いを拘束するため、結果として、フレームが進行方向の前方に推進される。次に、推進機構は、復帰運動として、当接部材を進行方向の後方から前方へ移動させて、推進運動を開始する直前の状態に復帰する。この際、推進機構の当接部材が管路の壁面と離間した状態を保つことで、フレームに外力が働かず、フレームは静止した状態を保つ。すなわち、推進機構が推進運動と復帰運動とのサイクルを繰り返すことで、１サイクルごとに、推進運動時における推進機構の進行方向前方から後方へのストローク量に応じて、フレームを進行方向前方に走行させることができる。この際、推進運動時における推進機構のストローク量を小さくすることで、装置全体の長さを短くすることができ、管路の湾曲、屈曲にも対応することが可能である。また、ストローク量を変化させずに、推進機構が側方に張り出す張り出し量を変化させることで、小径の管路においても走行速度を変化させること無く対応することが可能であり、また、張り出し量に応じた段差や障害物などを乗り越えて走行することも可能である。
【００１１】
また、上記の管内走行装置において、前記推進機構の前記当接部材は、前記推進運動時に、当接した前記壁面に応じて弾性変形可能であることがより好ましいとされている。
【００１２】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進運動時において、推進機構の当接部材は、壁面に応じて弾性変形可能である。このため、管路の壁面が変形している場合、段差が生じている場合、あるいは壁面に障害物などが付着している場合などでも、推進運動時における推進機構の張り出し量を変化させることなく、当接部材が対応する位置で弾性変形して吸収することで、容易に乗り越えることができる。また、推進運動時における推進機構の張り出し量を増大させることで、当接部材の弾性変形量を増大させて、壁面と推進機構の当接部材との間に生じる摩擦力を増大させることができる。このため、壁面が平滑に形成されている場合でも、壁面上で当接部材が滑動してしまうことなく、推進運動時における推進機構の推進力を効率良くフレームに伝達させて走行することができる。
【００１３】
さらに、上記の管内走行装置において、前記当接部材の前記壁面と相対する部分には、滑り止め処理が施された当接部が設けられていることがより好ましいとされている。
【００１４】
この発明に係る管内走行装置によれば、当接部材の壁面と相対する部分、すなわち壁面と直接当接する部分が当接部として滑り止め処理が施されていることで、推進運動時における推進機構の推進力を、より効率良くフレームに伝達させて走行することができる。
【００１５】
また、上記の管内走行装置において、前記推進手段の前記推進機構は、基端が前記フレームの前端部に軸着され、先端が該フレームに対して前方へ配設された状態から側方へ配設された状態まで、所定角度だけ往復回転可能な前部アームと、基端が前記フレームの後端部に軸着され、先端が該フレームに対して後方へ配設された状態から側方へ配設された状態まで、所定角度だけ往復回転可能な後部アームとを備え、前記当接部材は、前端が前記前部アームの前記先端に取り付けられるとともに、後端が前記後部アームの前記先端に取り付けられており、前記前部アームの前記先端と前記後部アームの前記先端との距離に応じて、側方へ弾性的に湾曲可能であることがより好ましいとされている。
【００１６】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進機構の当接部材は、前部アームの先端と後部アームの先端との距離を狭めることで、弾性的に湾曲して側方に張り出すことが可能である。また、前部アームを、先端がフレームに対して前方へ配設された状態から側方へ配設された状態まで回転させるとともに、後部アームを、先端がフレームから側方へ配設された状態から後方へ配設された状態まで回転させることで、当接部材をフレームに対して相対的に前方から後方へ移動させることが可能である。このため、推進運動時には、前部アームの先端と後部アームの先端との距離を狭めた状態で、前部アームを先端が前方へ配設された状態から側方へ配設された状態へ、後部アームを先端が側方へ配設された状態から後方へ配設された状態へ回転させることで、当接部材が壁面を押圧した状態で、前方から後方へ移動させて、フレームに推進力を与えることができる。
【００１７】
また、復帰運動時には、前部アームの先端と後部アームの先端との距離を広げて、当接部材を壁面から離間させて、逆に後方から前方に移動させることで、推進運動の開始の状態に戻すことができる。すなわち、前部アームと後部アームとが、当接部材が取り付けられた先端間の距離を変化させて協働して往復回転することで、推進運動と復帰運動とを繰り返すことができる。また、当接部材は、湾曲して側方に張出していることで、前端及び後端から中間部にかけて徐々に壁面との距離が狭まった状態となる。このため、上述のように、復帰運動から推進運動に移行する際の当接部材の張出し量に応じて、管路内の段差や障害物に対応することが可能であるとともに、当接部材が段差や障害物に前端から徐々に当接することでさらに容易に乗り越えて走行することが可能となる。
【００１８】
さらに、上記の管内走行装置において、前記当接部材は、前記前部アーム及び前記後部アームのそれぞれの前記先端に回転可能に取り付けられていることがより好ましいとされている。
【００１９】
この発明に係る管内走行装置によれば、当接部材は、前部アーム及び後部アームのそれぞれの前記先端に回転可能に取り付けられていることで、前部アームの先端と後部アームの先端との距離を狭めた際に、より柔軟に、かつ、略円弧状に湾曲することができる。このため、より円滑に推進運動と復帰運動を繰り返すことができるとともに、略円弧状に湾曲することで、管路内の段差や障害物をより容易に乗り越えて走行することが可能となる。
【００２０】
また、上記の管内走行装置において、前記前部アーム及び前記後部アームは、前記駆動機構によって略等しい回転速度で、かつ、所定の位相差を有して、略等しい角度だけ往復回転可能であることがより好ましいとされている。
【００２１】
この発明に係る管内走行装置によれば、前部アームの回転速度と後部アームの回転速度を略等しくすることで、前部アームが前方から側方へ回転するとともに、後部アームが側方から後方へ回転する場合に、あるいは、前部アームが側方から前方へ回転するとともに、後部アームが後方から側方へ回転する場合に、前部アームと後部アームとの先端間の距離を略等しく、すなわち、当接部材の張り出し量を略一定とすることができる。また、前部アームと後部アームとの往復回転が所定の位相差を有していることで、前部アームが前方から側方へ回転するとともに後部アームが側方から後方へ回転する場合と、前部アームが側方から前方へ回転するとともに後部アームが後方から側方へ回転する場合とで、前部アームと後部アームとの先端間の距離を変化させることができ、すなわち、前部アーム及び後部アームが回転する向きによって、当接部材の張り出し量を変化させることができる。このため、推進運動時には、略一定の張り出し量で壁面に当接し、略一定の速度で前方から後方へ当接部材を移動させてフレームに推進力を伝達するとともに、復帰運動時には、略一定の張り出し量で壁面から離間して推進運動の開始位置に復帰させることができる。
【００２２】
また、上記の管内走行装置において、前記駆動機構を複数備え、前記前部アーム及び前記後部アームは、それぞれ異なる前記駆動機構によって独立して往復回転可能であるものとしても良い。
【００２３】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進運動時は、複数の駆動機構によって、当接部材を側方に張り出させた状態で、前部アームを前方から側方へ、後部アームを側方から後方へ、それぞれ回転させることで、当接部材が壁面を押圧するとともに、当接部材を前方から後方へ移動させてフレームに推進力を与えることができる。また、復帰運動時は、側方に位置する前部アームを前方へ回転させることで、前部アームと後部アームの先端間の距離を広げて当接部材を壁面から離間させるとともに、前部アームを、推進運動を開始することが可能な位置に復帰させる。次に、後方に位置する後部アームを側方へ回転させることで、当接部材が壁面から離間した状態で、後部アームも、推進運動を開始することが可能な位置に復帰させることが可能である。すなわち、このように複数の駆動機構によって前部アーム及び後部アームを独立して往復回転させることによって、推進運動及び復帰運動を繰り返すことができる。
【００２４】
また、上記の管内走行装置において、前記駆動機構は、所定の回転方向に回転駆動、または、所定の回転範囲で往復回転駆動する回転駆動部と、前記フレームに軸着され、前記回転駆動部によって、所定の回転方向に回転、または、所定の回転範囲で往復回転可能な回転リンク部材と、前記前部アームの前記基端または前記後部アームの前記基端に固定されて、前記前部アームまたは前記後部アームとともに往復回転可能な揺動リンク部材と、一端が該揺動リンク部材に回転可能に取り付けられるとともに、他端が前記回転リンク部材に回転可能に取り付けられた連接リンク部材とを備え、前記フレーム、前記回転リンク部材、前記揺動リンク部材、及び前記連接リング部材で四リンク列が構成されていることがより好ましいとされている。
【００２５】
この発明に係る管内走行装置によれば、フレームを固定リンクとし、フレームと、回転リンク部材と、揺動リンク部材と、連接リング部材とで四リンク列を構成していることで、回転駆動部の回転駆動を揺動リンク部材の往復回転運動に変換し、揺動リング部材が固定された前部アームまたは後部アームを往復回転させることができる。この際、駆動機構を四リンク列とすることで、省スペースで、効率良く前部アームまたは後部アームを往復回転させて、推進機構に推進運動及び復帰運動させることが可能である。このため、装置全体の小型化、軽量化も図ることができる。
【００２６】
また、上記の管内走行装置において、前記駆動機構は、所定の回転範囲で往復回転駆動する回転駆動部と、前記前部アームの前記基端または前記後部アームの前記基端に取り付けられて、前記前部アームまたは前記後部アームとともに往復回転可能な揺動部材と、前記回転駆動部の往復回転運動に応じて進退可能で、前記揺動部材を押圧することで、該揺動部材を回転させることが可能な直動軸とを備えるものとしても良い。
【００２７】
この発明に係る管内走行装置によれば、回転駆動部によって直動軸を進出させて、揺動部材を押圧し回転させることで、揺動部材が取り付けられた前部アームあるいは後部アームの一方を他方との距離を縮めるように回転させることができる。また、直動軸を後退させることで、揺動部材を介して回転した前部アームあるいは後部アームは、先端に取り付けられた当接部材の弾性によってもとの状態に戻ろうとする。すなわち、回転駆動部を回転駆動させて、直動軸を進退させることで、前部アームまたは後部アームを往復回転させることが可能であり、省スペースで、効率良く、推進機構に推進運動及び復帰運動させることが可能である。
【００２８】
さらに、上記の管内走行装置において、前記推進手段は、複数の前記推進機構が対をなして構成され、対をなした該推進機構の前記前部アーム同士及び前記後部アーム同士は、前記フレームに同軸上で回転可能に軸着されるとともに、前記基端が回転中心よりも該基端側へ延出されており、前記揺動部材は、前記前部アーム及び前記後部アームのそれぞれに回転可能に取り付けられているとともに、対応する該揺動部材同士も回転可能に取り付けられて、対をなした前記推進機構の二つの前記前部アーム及び二つの前記後部アームのそれぞれと、対応する二つの前記揺動部材とで、パンタグラフが構成されていることがより好ましいとされている。
【００２９】
この発明に係る管内走行装置によれば、対をなした推進機構の二つの前部アーム及び後部アームのそれぞれと対応する二つの揺動部材とでパンタグラフが構成されている。このため、回転駆動部によって直動軸を進出させて、揺動部材を押圧することで、対応する二つの前部アームまたは後部アームの一方を回転させて、他方との距離を縮めるように回転させることができる。また、直動軸を後退させることで、当接部材の弾性によって前部アームまたは後部アームはもとの状態にも戻ろうとする。すなわち、回転駆動部を回転駆動させて、直動軸を進退させることで、対をなした推進機構の前部アーム及び後部アームを往復回転させることが可能であり、パンタグラフを構成することで二つの推進機構を省スペースで、効率良く、駆動することができる。
【００３０】
また、上記の管内走行装置において、前記駆動機構の前記回転駆動部は、往復回転可能なサーボモータであり、該サーボモータの回転速度、回転範囲を制御可能な制御部を備えることがより好ましいとされている。
【００３１】
この発明に係る管内走行装置によれば、制御部によって回転駆動部であるサーボモータの回転速度を調整することで、走行速度を調整することができる。また、サーボモータの回転範囲を調整することで、推進運動時のストローク量及び壁面への押圧力を調整することができる。
【００３２】
さらに、上記の管内走行装置において、前記駆動機構または前記推進機構のいずれかの少なくとも一部材には、該推進機構が前記推進運動を行う際に生じる応力または歪みを測定可能な壁反力検出センサが設けられており、前記制御部は、前記壁反力検出センサの検出結果に基づいて、前記サーボモータの回転速度、回転範囲を決定することがより好ましいとされている。
【００３３】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進運動時に推進機構が側方に張り出して壁面を押圧することで、その反力が駆動機構及び推進機構の各部材に伝達される。壁反力検出センサが駆動機構または推進機構のいずれかの少なくとも一部材に設けられて、応力または歪みを測定することが可能であることで、制御部は、壁反力検出センサの検出結果に基づいて、推進運動時に壁面から伝達される反力を検出することができる。そして、制御部は、この検出結果に基づいて、回転速度、回転範囲を決定することができることで、推進運動時における壁面を押圧する力を最適なものとして、効率良くフレームに推進力を与えて走行することができる。
【００３４】
また、上記の管内走行装置において、前記回転駆動部には、該回転駆動部に供給される電流を検出可能な電流検出手段が設けられており、前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づいて、前記サーボモータの回転速度、回転範囲を決定するものとしても良い。
【００３５】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進運動時に推進機構が側方に張り出して壁面を押圧することで、その反力が回転駆動部にも伝達される。このため、回転駆動部のトルクは上昇し、回転駆動部に供給される電流も増大する。すなわち、電流検出手段によって回転駆動部の電流を検出可能であることで、制御部は、電流検出手段の検出結果に基づいて、推進運動時における壁面から伝達される反力を検出することができる。そして、制御部は、この検出結果に基づいて、回転速度、回転範囲を決定することができることで、推進運動時における壁面を押圧する力を最適なものとして、効率良くフレームに推進力を与えて走行することができる。
【００３６】
また、上記の管内走行装置において、前記駆動機構には、電磁クラッチが設けられていることがより好ましいとされている。
この発明に係る管内走行装置によれば、駆動機構に電磁クラッチが設けられていることで、駆動機構が駆動していないときは電磁クラッチが解除されて、推進機構は駆動機構の拘束を受けずに自由に変形可能となる。すなわち、管路内における作業が完了した際に、あるいは、管路内において何らの理由で駆動機構が停止してしまった際には、電磁クラッチが自動的に解除されて、推進機構と壁面との拘束が解除される。このため、推進機構は自然に復帰運動中の状態に変化して、牽引する等の他の方法により、容易に移動させることが可能となる。
【００３７】
また、上記の管内走行装置において、前記フレームと、前記駆動機構とを内部に格納するとともに、前記推進機構が張り出し可能な開口部が形成された本体カバーを備え、前記推進機構は、前記復帰運動時には前記本体カバーに格納されているとともに、前記推進運動時には前記本体カバーの前記開口部から前記当接部材を張り出し、前記壁面に当接することが可能であることがより好ましいとされている。
【００３８】
この発明に係る管内走行装置によれば、本体カバーが、フレーム、駆動機構及び推進機構を内部に格納することで耐久性を向上することができるとともに、取り扱いを容易とさせる。また、推進機構は、推進運動時には、本体カバーに形成された開口部から当接部材を側方に張り出すことで、壁面を押圧して推進力をフレームに与えて、走行することが可能である。
【００３９】
また、上記の管内走行装置において、走行する前記管路を撮影可能な撮影手段を備えることがより好ましいとされている。
この発明に係る管内走行装置によれば、小径の管路内において、管路の湾曲や屈曲、あるいは段差や障害物などの影響を受けずに走行して、撮影手段によって管路内の観察を行うことができる。
【００４０】
また、上記の管内走行装置において、前記推進手段は、複数の前記推進機構で構成され、複数の該推進機構は、前記進行方向に略平行な軸を中心として正面視略等角度で放射状に前記側方に張り出して、前記壁面を押圧することが可能に設けられていることがより好ましいとされている。
【００４１】
この発明に係る管内走行装置によれば、推進手段として設けられた複数の推進機構が、推進運動時において、正面視略等角度で放射状に側方に張り出すことができる。このため、周囲の壁面を複数の推進機構が均一に押圧することで、管路内での走行直進性を向上することができる。また、複数の推進機構によって発生する推進力を、効率良くフレームに伝達して走行することができる。
【００４２】
また、上記の管内走行装置において、前記推進手段は、複数の前記推進機構で構成されるとともに、前記駆動機構は、複数の前記推進機構と対応して複数備えることがより好ましいとされている。
この発明に係る管内走行装置によれば、複数の駆動機構によって、複数の推進機構をそれぞれ独立して、推進運動及び復帰運動させることができる。このため、例えば、一方の推進機構を駆動させるとともに、相対する他方の推進機構を停止させるあるいは推進力を弱めることで、装置の向きを自在に調整することができる。すなわち、管路が湾曲している場合には、管路の線形に応じて円滑に走行することができ、また、管路内でその向きを自由に回転させることもできる。
【００４３】
また、上記の管内走行装置において、前記推進手段を複数備え、複数の該推進手段は、交互に前記推進運動及び前記復帰運動を繰り返すことが可能であることがより好ましいとされている。
この発明に係る管内走行装置によれば、複数の推進手段に交互に推進運動を行わせることで、常にフレームに推進力を与えることが可能である。このため、さらに効率良く走行することが可能であるとともに、勾配を有して、あるいは、略鉛直に配設された管路においても、重力に対向して走行することが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の管内走行装置によれば、推進運動及び復帰運動を繰り返すことが可能な推進機構を有する推進手段を備えることで、小径の管路においても、段差や障害物、また、管路の湾曲、屈曲を問題とすることなく自在に走行することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
（第１の実施形態）
図１から図１４は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１及び図２は、管路内を自走する管内走行装置の駆動ユニットを示していて、図１は外観図、また、図２は、内部機構の詳細図を示している。また、図３は、駆動ユニットを含んだ管内走行装置のブロック図を示している。
【００４６】
図３に示すように、管内走行装置１は、管路内を進行方向Ａに自走する駆動ユニット２と、駆動ユニット２を外部から制御する制御装置４０と、駆動ユニット２と制御装置４０とを電気的に接続するケーブル３とを備える。
【００４７】
図１に示すように、駆動ユニット２の各内部機構は、上部カバー４ａ及び下部カバー４ｂで構成される本体カバー４によって覆われている。上部カバー４ａと下部カバー４ｂとが組みつけられた状態において、本体カバー４の側部には、進行方向Ａに沿って開口部４ｃが形成されており、後述する推進機構が進行方向Ａと直交する側方Ｓに張り出すことが可能である。
【００４８】
図２に示すように、本体カバー４を取り外した状態において、駆動ユニット２は、前端部５ａから後端部５ｂへ進行方向Ａに沿って配設されるフレーム５と、フレーム５に設けられ、フレーム５に進行方向Ａに推進力を与える推進機構１１、２１を有する推進手段１０と、推進機構１１、２１を駆動する駆動機構３０とを備える。なお、上述の本体カバー４は、図示しない冶具によってフレーム５に固定されている。
【００４９】
推進機構１１は、フレーム５の前端部５ａに設けられた前部アーム１２と、後端部５ｂに設けられた後部アーム１３とを備えている。また、同様に、推進機構２１は、フレーム５の前端部５ａに設けられた前部アーム２２と、後端部５ｂに設けられた後部アーム２３とを備えている。推進機構１１、２１のそれぞれの前部アーム１２、２２は、フレーム５の前端部５ａに形成された凹部５ｃに、基端１２ａ、２２ａが側方Ｓに並列して挿入されて、回転可能に軸着されている。また、フレーム５の前端部５ａには、前部アーム１２、２２とともにそれぞれ回転可能に、アームギア１２ｂ、２２ｂが設けられており、互いに噛み合っている。アームギア１２ｂ、２２ｂのギア比は一対一に設定されている。これにより推進機構１１、２１の各前部アーム１２、２２は、各先端１２ｃ、２２ｃがフレーム５対して進行方向Ａの前方Ｆへ配設された状態から側方Ｓへ配設された状態まで略対称に同期して回転することが可能である。
【００５０】
また、推進機構１１、２１のそれぞれの後部アーム１３、２３も同様に、フレーム５の後端部５ｂに形成された凹部５ｄに、基端１３ａ、２３ａが回転可能に軸着されている。また、アームギア１３ｂ、２３ｂが、後部アーム１３、２３のそれぞれと回転可能に、かつ、互いに噛み合って、フレーム５の後端部５ｂに設けられている。アームギア１３ｂ、２３ｂのギア比は一対一に設定されている。これにより、推進機構１１、２１の各後部アーム１３、２３は、各先端１３ｃ、２３ｃがフレーム５に対して進行方向Ａの後方Ｂへ配設された状態から側方Ｓへ配設された状態まで、略対称に同期して回転することが可能である。
【００５１】
また、推進機構１１、２１は、それぞれ、当接部材である弾性的に湾曲可能な板バネ１４、２４を備えている。板バネ１４、２４は、前端１４ａ、２４ａがそれぞれ前部アーム１２、２２の先端１２ｃ、２２ｃにピン１２ｄ、２２ｄによって回転可能に取り付けられている。また、後端１４ｂ、２４ｂが、それぞれ後部アーム１３、２３の先端１３ｃ、２３ｃにピン１３ｄ、２３ｄによって回転可能に取り付けられている。すなわち、推進機構１１において、板バネ１４は、対応する前部アーム１２と後部アーム１３とが、先端１２ｃ、１３ｃの間の距離を狭めるように互いに側方Ｓへ回転することで、弾性的に略円弧状に湾曲して側方Ｓに張り出される。また、前部アーム１２が、先端１２ｃがフレーム５に対して前方Ｆへ配設された状態から側方Ｓへ配設された状態へ回転するとともに、後部アーム１３が前部アーム１２と協働して、先端１３ｃがフレーム５に対して側方Ｓへ配設された状態から後方Ｂへ配設された状態へ回転することで、板バネ１４を全体的にフレーム５に対して前方Ｆから後方Ｂへ移動させることが可能である。
【００５２】
推進機構２１においても同様に、板バネ２４を、前部アーム２２と後部アーム２３の互いの回転方向によって、弾性的に略円弧状に湾曲して側方Ｓに張り出させる、あるいは、全体的にフレーム５に対して前方Ｆから後方Ｂへ移動させることが可能である。また、板バネ１４、２４の後述する管路の壁面と相対して当接する面には、当接部であるゴムで形成された摩擦板１４ｃ、２４ｃが設けられている。なお、図１に示すように、本体カバー４の開口部４ｃは、各推進機構１１、２１の板バネ１４、２４と対応して、進行方向Ａに沿って形成されており、各板バネ１４、２４は、対応する前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転によって上述するように弾性的に湾曲することによる側方Ｓへの張り出し量を変化させて、本体カバー４から突没可能に設定されている。
【００５３】
図２に示すように、推進機構１１、２１を駆動する駆動機構３０は、回転駆動部であるＤＣモータ３１と、後部アーム１３、２３と対応した第一ギア３２及び前部アーム１２、２２と対応した第二ギア３３とを備える。図２及び図４に示すように、ＤＣモータ３１は、フレーム５に固定されており、入力された電圧に応じて所定の回転数で回転可能な減速ギア付きモータである。第一ギア３２は、フレーム５に回転可能に軸着されており、ＤＣモータ３１の回転駆動によって回転可能である。また、第一ギア３２とＤＣモータ３１との間には、電磁クラッチ３４が設けられており、ＤＣモータ３１に電力が供給され回転駆動する場合には、電磁クラッチ３４が作動して動力を第一ギア３２に伝達させることが可能であり、電力が供給されていない場合には、電磁クラッチ３４は解除されて、第一ギア３２はＤＣモータ３１から独立して回転可能となる。また、第二ギア３３は、フレーム５に回転可能に軸着されているとともに、第一ギア３２と噛み合っている。第一ギア３２と第二ギア３３のギア比は一対一に設定されている。
【００５４】
図２に示すように、駆動機構３０は、さらに、後部ギア１３、２３と対応して、第一連接リンク部材３５及び第一揺動リンク部材３６を備えている。第一揺動リンク部材３６は、一端３６ａがアームギア２３ｂに固定されており、アームギア２３ｂとともに回転可能である。また、第一連接リンク部材３５は、一端３５ａが第一揺動リンク部材３６の他端３６ｂに回転可能に取り付けられているとともに、他端３５ｂが第一ギア３２の外周側において、上面３２ａに回転可能に取り付けられている。すなわち、第一ギア３２及びアームギア２３ｂ介して第一揺動リンク部材３６を回転可能に軸着しているフレーム５を固定リンク、第一ギア３２を回転リンク、第一連接リンク部材３５を連接リンク、並びに、第一揺動リンク部材３６を揺動リンクとした四リンク列が構成されている。このため、第一ギア３２が一定の方向に回転するのに従って、第一揺動リンク部材３６は所定の回転範囲で往復回転して、これにより後部アーム１３、２３は、アームギア１３ｂ、２３ｂを介して、所定の回転範囲で往復回転可能である。
【００５５】
後部アーム１３、２３の回転範囲は、フレーム５におけるアームギア２３ｂと第一ギア３２の取り付け位置、第一連接リンク部材３５及び第一揺動リンク部材３６の部材長によって設定可能である。本実施形態においては、第一連接リンク部材３５の他端３５ｂが第一ギア３２の回転に伴って最も前方Ｆ側に位置する際に、後部アーム１３、２３がそれぞれ先端１３ｃ、２３ｃがフレーム５に対して後方Ｂへ配設されて、中心軸Ｌに対する回転角度θＢが０度となるように設定されている。また、第一連接リンク部材３５の他端３５ｂが最も後方Ｂ側に位置する際に、後部アーム１３、２３はそれぞれフレーム５から両側方Ｓへ配設されて、回転角度θＢが最大値で６０度となるように設定されている。
【００５６】
また、同様に、駆動機構３０は、前部アーム１２、２２と対応して、第二連接リンク部材３７及び第二揺動リンク部材３８を備えている。第二揺動リンク部材３８は、一端３８ａがアームギア１２ｂに固定されており、アームギア１２ｂとともに回転可能である。また、第二連接リンク部材３７は、一端３７ａが第二揺動リンク部材３８の他端３８ｂに回転可能に取り付けられているとともに、他端３７ｂが第二ギア３３の外周側において、上面３３ａに回転可能に取り付けられている。すなわち、フレーム５を固定リンク、第二ギア３３を回転リンク、第二連接リンク部材３７を連接リンク、及び、第二揺動リンク部材３８を揺動リンクとした四リンク列が構成されている。
【００５７】
このため、第二ギア３３が一定の方向に回転するのに従って、揺動リンク部材３８は所定の回転範囲で往復回転して、これにより前部アーム１２、２２は、アームギア１２ｂ、２２ｂを介して、所定の回転範囲で往復回転可能である。後部アーム１３、２３と同様に、前部アーム１２、２２の回転範囲は、フレーム５におけるアームギア１２ｂと第二ギア３３の取り付け位置、第二連接リンク部材３７及び第二揺動リンク部材３８の部材長によって設定可能である。そして、本実施形態においては、第二連接リンク部材３７の他端３７ｂが第二ギア３３の回転に伴って最も後方Ｂ側に位置する際に、前部アーム１２、２２がそれぞれ先端１２ｃ、２２ｃがフレーム５に対して前方Ｆへ配設されて、中心軸Ｌに回転角度θＦが０度となるように設定されている。また、第二連接リンク部材３７の他端３７ｂが最も前方Ｆ側に位置する際に、後部アーム１３、２３はそれぞれフレーム５から両側方Ｓへ配設されて、回転角度θＦが最大値で６０度となるように設定されている。
【００５８】
すなわち、ＤＣモータ３１を回転駆動することによって、推進機構１１の前部アーム１２及び後部アーム１３と、推進機構２１の前部アーム２２及び後部アーム２３とは、それぞれ、回転角度θＦ、θＢがそれぞれ０度から６０度となる回転範囲で往復回転することになる。ここで、図２に示すように、本実施形態においては、後部アーム１３、２３と対応した第一連接リンク部材３５の他端３５ｂが最も前方Ｆ側に位置する際に、前部アーム１２、２２と対応した第二連接リンク部材３７の他端３７ｂは、第二ギア３３上において、最も後方Ｂ側の位置を基準としてΔφ＝１２０度だけ回転した位置に設定されている。これにより、前部アーム１２、２２と後部１３、２３とは、互いに１２０度の位相差を有して、往復回転運動を繰り返すことになる。
【００５９】
また、図２及び図３に示すように、ＤＣモータ３１には、ＤＣモータ３１の回転角度を検出可能なエンコーダ３１ａが設けられており、これによって前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転角度を適時検出可能である。また、フレーム５には制御部であるモータ制御回路６が設けられており、ＤＣモータ３１及びエンコーダ３１ａと接続されており、エンコーダ３１ａの検出結果に基づいてＤＣモータ３１を制御して、推進手段１０の推進機構１１、２１に動力を伝達させることが可能である。さらに図３に示すように、モータ制御回路６は、通信回路６ａと接続されていて、ケーブル３を介して制御装置４０からの入力によってＤＣモータ３１を駆動させることが可能であり、エンコーダ３１ａの検出結果を制御装置４０に出力することが可能である。
【００６０】
また、図１及び図３に示すように、管内走行装置１の駆動ユニット２は、撮影手段７を備えている。撮影手段７は、本体カバー４の前部に設けられ、前方Ｆを撮影可能な前方撮影素子７ａと、本体カバー４の後部に設けられ、後方Ｂを撮影可能な後方撮影素子７ｂとを備えている。図３に示すように、前方撮影素子７ａ及び後方撮影素子７ｂで撮影された画像は、映像信号処理回路７ｃによって信号化され、通信回路７ｄによってケーブル３を介して制御装置４０に出力可能である。なお、駆動ユニット２に備えられたＤＣモータ３１、モータ制御回路６、撮影手段７などの電気系に必要な電力は、ケーブル３を介して制御装置４０から供給されている。
【００６１】
図３に示すように、制御装置４０は、駆動ユニット２におけるモータ制御回路６の通信回路６ａとケーブル３を介して送受信可能な通信回路４１を備えている。通信回路４１は、バス４２を介してＣＰＵ４３、ＲＯＭ４４、及びＲＡＭ４５と接続されており、ＣＰＵ４３、及びＲＯＭ４４に記憶されたプログラムに基づいて駆動ユニット２のモータ制御回路６に駆動ユニット２を動作させるための各種信号を送信することが可能である。また、駆動ユニット２においてエンコーダ３１ａの検出結果を受信することが可能であり、ＲＡＭ４５に記憶させることが可能である。なお、ＲＯＭ４４に書き込まれているプログラムなどのデータ及びＲＡＭ４４に書き込み可能なデータは上記に限らず、使用態様により各種設定可能である。
【００６２】
また、制御装置４０は、駆動ユニット２における撮影手段７の通信回路７ｄとケーブル３を介して送受信可能な通信回路４６と、通信回路４６と接続されて、受信した映像信号を画像化する映像信号処理回路４７とを備える。映像信号処理回路４７は、モニタ４８と接続されていて、モニタ４８に駆動ユニット２の撮影手段７で撮影された画像を映し出すことが可能である。また、映像信号処理回路４７は、画像切替スイッチ４８ａと接続されており、モニタ４８に映し出される画像を撮影手段７の前方撮影素子７ａで駆動ユニット２の前方Ｆを撮影した画像と、後方撮影素子７ｂで駆動ユニット２の後方Ｂを撮影した画像とを切り替えることが可能である。また、通信回路４６は、バス４２とも接続されており、バス４２を介してＲＡＭ４５に画像データを記録する、あるいは、ＲＡＭ４５に記憶された画像データをバス４２、通信回路４６、及び映像信号処理回路４７を介してモニタ４８に映し出すことも可能である。
【００６３】
また、制御装置４０は操作部４０ａを備え、コネクタ４０ｂを介してバス４２と接続されている。このため、作業者は、モニタ４８を確認するとともに、操作部４０ａを操作することでＤＣモータ３１を駆動させて、駆動ユニット２を管路において走行させることが可能である。また、制御装置４０は、スイッチ４９ａによってＯＮ／ＯＦＦ切替可能な電源４９を備えており、制御装置４０の各構成要素に電力を供給可能であるとともに、ケーブル３を介して駆動ユニット２の各電気系にも電力を供給することが可能である。
【００６４】
次に、管内走行装置１の作用について説明する。図５から図１０は、管路Ｐの内部を走行する管内走行装置１の駆動ユニット２について、経時的変化を模式的に表わしたものである。図５に示すように、管路Ｐの内部に配置された駆動ユニット２は、各推進機構１１、２１の前部アーム１２、２２が、回転角θＦが０度、すなわち、中心軸Ｌと略平行であり、側方Ｓへ回転しようとする状態である。一方、上述のように前部アーム１２、２２と、後部アーム１３、２３とは、１２０度の位相差を有して往復回転を行う。このため、後部アーム１３、２３は、回転角度θＢが４０度であり、側方Ｓへさらに回転しようとする状態にある。この状態で、制御装置４０からの操作に基づくモータ制御回路６による制御によって、ＤＣモータ３１を駆動させれば、まず、推進機構１１、２１は推進運動として管路Ｐの壁面Ｐ１の押圧を開始する。すなわち、推進機構１１において前部アーム１２及び後部アーム１３はともに側方Ｓへ回転するので、推進機構１１の前部アーム１２の先端１２ｃと後部アーム１３の先端１３ｃとの距離は狭まって、板バネ１４は弾性的に湾曲して張り出す。同様に、推進機構２１の前部アーム２２の先端２２ｃと後部アーム２３の先端２３ｃとの距離も狭まって板バネ２４は弾性的に側方Ｓに張り出す。この際、板バネ１４、２４は、前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３に、それぞれ回転可能に取り付けられていることで、柔軟に、かつ、略円弧状に湾曲することが可能である。
【００６５】
図６は、図５の状態から前部アーム１２、２２、後部アーム１３、２３ともに２０度ずつ回転した場合を示している。この状態では、前部アーム１２、２２はさらに側方Ｓに回転しようとするとともに、後部アーム１３、２３は、回転角度θＢが最大値の６０度に達して、逆に後方Ｂへ回転し始める状態である。そして、この状態では、推進機構１１、２１の各板バネ１４、２４は壁面Ｐ１の形状に応じて弾性的に変形し壁面Ｐ１を押圧する。このため、壁面Ｐ１と推進機構１１、２１の各板バネ１４、２４との間には、摩擦による拘束力が発生する。この際、板バネ１４、２４の当接している面には、当接部としてゴムで形成された摩擦板１４ｃ、２４ｃが設けられているので、摩擦による拘束力をさらに効果的に発生させることができる。
【００６６】
次に、図７に示すように、前部アーム１２、２２はさらに側方Ｓへ、後部アーム１３、２３は後方Ｂへ回転することで、推進機構１１、２１の板バネ１４、２４は、壁面Ｐ１を押圧した状態でフレーム５に対して相対的に前方Ｆから後方Ｂへ移動しようとする。この際、推進機構１１、２１の板バネ１４、２４は、壁面Ｐ１に摩擦によって拘束を受けているので、結果として、反力によってフレーム５は、前方Ｆへ推進力を受け、進行方向Ａへ移動することができる。なお、図７においては、図６の状態から前部アーム１２、２２、後部アーム１３、２３ともに２０度ずつ回転した場合を示していて、前部アーム１２、２２の回転角度θＦ、後部アーム１３、２３の回転角度θＢのそれぞれは４０度となる。この状態では、前部アーム１２、２２は側方Ｓへ、後部アーム１３、２３は後方Ｂへ、それぞれさらに回転しようとする。
【００６７】
そして、図８に示すように、図７に示す状態から、さらに前部アーム１２、２２が側方Ｓへ、後部アーム１３、２３が後方Ｂへそれぞれ２０度ずつ回転することで、フレーム５は推進力を与えられてさらに前方Ｆへ進出する。図８に示す状態では、前部アーム１２、２２は、回転角度θＦが最大値６０度に達するので、これ以降、逆転して前方Ｆへ回転し始める。また、後部アーム１３、２３は、回転角度θＢが２０度であるので、さらに後方Ｂへ回転しようとする。このため、さらに回転することによって、推進機構１１において、前部アーム１２の先端１２ｃと後部アーム１３の先端１３ｃとの距離は広がり、板バネ１４の中心軸Ｌから側方Ｓへの張出し量Ｔは減少して壁面Ｐ１から離間することで、推進機構１１が壁面Ｐ１を押圧するとともに、フレーム５に対して相対的に前方Ｆから後方Ｂへ移動することでフレーム５に推進力を与える運動、すなわち推進運動が終了して、復帰運動へ移行する。推進機構２１においても同様に、前部アーム２２の先端２２ｃと後部アーム２３の先端２３ｃとの距離が広がることで板バネ２４が壁面P１から離間して推進運動から復帰運動へ移行する。
【００６８】
図９は、図８の状態からさらに２０度回転した状態を示しており、前部アーム１２、２２は、回転角度θＦが４０度となってさらに前方Ｆへ回転し、後部アーム１３、２３は、回転角度θＢが０度となるので、これ以降、逆転して再び側方Ｓへ回転し始める。図９に示すように、推進機構１１、２１の板バネ１４、２４は、壁面Ｐ１から離間した状態であり、さらに前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３が回転することで、板バネ１４、２４は後方Ｂから前方Ｆへ移動する。なお、この状態では、板バネ１４、２４は壁面Ｐ１を押圧していないことから、フレーム５にはいずれの方向にも推進力が働かない。そして、前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３が回転することにより、板バネ１４、２４は壁面Ｐ１と離間した状態で後方Ｂから前方Ｆへ移動し、図１０に示すように回転角度θF、θBがともに２０度となる。そして、さらに回転することによって、前部アーム１２、２２の回転角度θＦは０度となり、後部アーム１３、２３の回転角度θＢは４０度となることで、最初の図５に示す状態、すなわち、復帰運動が終了し、推進運動を開始する直前の状態に復帰して、推進運動に再度移行する。
【００６９】
以上のように、推進機構１１は、推進運動の際には、前部アーム１２と後部アーム１３とが、先端１２ｃ、１３ｃ間の距離を狭めた状態で、前部アーム１２が前方Ｆから側方Ｓへ、後部アーム１３が側方Ｓから後方Ｂへ略等しい回転速度で回転する。このため、板バネ１４を張り出し量Ｔで側方Ｓに張出して、フレーム５に対して相対的に前方Ｆから後方Ｂへ移動させることで、推進力をフレーム５に与えて、進行方向Ａへ走行することができる。また、前部アーム１２と後部アーム１３とが位相差を有して回転していることで、復帰運動の際には、前部アーム１２と後部アーム１３とが先端１２ｃ、１３ｃ間の距離を広げた状態で、前部アーム１２が側方Ｓから前方Ｆへ、後部アーム１３が後方Ｂから側方Ｓへ略等しい回転速度で回転する。このため、板バネ１４の張出し量Ｔが減少して、フレーム５に対して相対的に後方Ｂから前方Ｆへ移動させることで、進行方向Ａと逆方向に推進力を与えることなく、推進機構１１の各部材前部アーム１２、後部アーム１３、及び板バネ１４を推進運動の開始位置まで復帰させることができる。また、推進機構２１においても同様であり、推進機構１１、２１が推進運動と復帰運動とのサイクルを繰り返すことで、１サイクルごとに、推進運動時における板バネ１４、２４の前方Ｆから後方Ｂへのストローク量に応じて、フレーム５を進行方向Ａに走行させることができる。
【００７０】
また、上記のように駆動機構３０の各部材の設定によって前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転範囲を設定することができる。さらに、第一連接リンク部材３５の他端３５ｂあるいは第二連接リンク部材３７の他端３７ｂの固定位置を調整することで、前部アーム１２、２２と後部アーム１３、２３との往復回転運動の位相差を設定することができる。そして、前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転範囲及び位相差を調整することで、板バネ１４、２４の張り出し量Ｔ及び推進運動におけるストローク量を自在に調整することができる。すなわち、回転範囲、位相差を設定して、復帰運動から推進運動に移行する際の板バネ１４、２４の張出し量Ｔの変化量を調整することで、小径の管路Ｐにも対応可能である。この際、駆動ユニット２の走行速度は、ＤＣモータ３１の回転速度と、推進運動時における板バネ１４、２４のストローク量に依存するので、張り出し量Ｔのみを調整することで、小径の管路Ｐにおいても走行速度を変化させること無く、効率的に走行させることが可能である。
【００７１】
さらに、駆動機構３０が四リンク列によって構成されて、推進機構１１、２１を駆動することができることで、省スペースで、効率良く前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３を往復回転させて、推進機構１１、２１に推進運動及び復帰運動させることが可能である。このため、装置全体の小型化をさらに図って、より小径の管路にも対応することが可能であり、また、装置全体の軽量化も図ることができる。
【００７２】
また、フレーム５に推進力を与える各推進機構１１、２１の板バネ１４、２４は、フレーム５、前部アーム１２、２２、及び後部アーム１３、２３で決定される駆動ユニット２の進行方向Ａの全長の範囲において、推進運動と復帰運動を繰り返すのみである。すなわち、推進機構１１、２１の運動によって、駆動ユニット２の全長を必要以上に大きくしてしまうことが無いため、湾曲、屈曲している管路Ｐでも走行可能とする。また、前部アーム１２、２２、及び後部アーム１３、２３の部材長を短く設定して推進運動のストローク量をさらに小さくすることで、より曲率半径を小さくして湾曲、屈曲した管路にも対応することが可能である。
【００７３】
また、上述のように、推進機構１１、２１の各前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転範囲を設定して、推進運動時における板バネ１４、２４の張出し量Ｔを調整することで、管路Ｐの壁面Ｐ１が平滑に形成されて、滑りやすい場合にも対応可能である。すなわち、図１１に示すように、推進運動時における板バネ１４、２４の張出し量Ｔを大きく設定することによって、壁面Ｐ１を押圧する力と、板バネ１４、２４が弾性変形して壁面Ｐ１に接触する面積を増大させることができる。このため、壁面Ｐ１が平滑に形成されている場合でも、壁面Ｐ１上で板バネ１４、２４が滑動してしまうことなく、推進運動時における推進機構１１、２１の推進力を効率良くフレーム５に伝達させて走行することができる。
【００７４】
また、管路Ｐに段差が生じている、あるいは壁面Ｐ１に障害物が付着していたとしても、少なくとも、復帰運動から推進運動に移行する際の板バネ１４、２４の張出し量Ｔの変化量と対応する大きさの段差や障害物を乗り越えて走行することが可能である。図１２は、管路Ｐの壁面Ｐ１に障害物Ｑが付着している場合を示している。本実施形態の管内走行装置１において、推進機構１１、２１の板バネ１４、２４は、自己の弾性によって略円弧状に湾曲していて、フレーム５に対して相対的に進行方向Ａと対向して前方Ａから後方Ｂに移動する。すなわち、板バネ１４、２４は、フレーム５の全長よりも大きい曲率半径を有する車輪の一部とみなすことができ、推進機構及び復帰運動を繰り返すことで間欠的に
車輪走行を行っているといえる。通常の車輪走行の場合、その車輪は、構造上、本体よりも小さい曲率半径となってしまうので、本体の大きさに対して、乗り越えることが可能な障害物や段差などの大きさは制限されてしまう。しかしながら、管内走行装置１の駆動ユニット２の場合、上述のようにフレーム５よりも大きい曲率半径を有する車輪走行を擬似的に行うことが可能であることで、駆動ユニットの大きさに対してより大きな段差や障害物なども乗り越えて走行することが可能である。このため、図１２に示すように、板バネ１４は、壁面Ｐ１と離れている前端１４ａから徐々に当接して、壁面Ｐ１との距離が狭まっていく中間部にかけて徐々に障害物Ｑを乗り越えて、抵抗を抑えて障害物Ｑを通過することが可能である。さらに、図１３に示すように、板バネ１４が障害物Ｑの形状に対応して弾性的に変形することで、障害物Ｑをさらに容易に乗り越えて走行することができる。
【００７５】
また、図４に示すように、駆動ユニット２の駆動機構３０には、電磁クラッチ３４が設けられている。このため、例えば、図１４に示すように、管路Ｐの所定位置で目的とする作業を終了した場合には、制御装置４０の電源スイッチ４９ａをＯＦＦにすることで、電磁クラッチ３４を解除することができる。この状態では、電磁クラッチ３４が解除されることで、推進手段１０の推進機構１１、２１は、駆動機構３０の拘束を受けずに自由に変形可能となる。すなわち、板バネ１４、２４による壁面Ｐ１への押圧力は働かず、また、板バネ１４、２４は弾性的に復元して、復帰運動中の状態となって本体カバー４の内部に格納されてしまう。このため、電磁クラッチ３４を解除した状態では、ケーブル３を引っ張るなどにより、管路Ｐの出口側へ牽引することで、駆動ユニット２を容易に移動させて回収することが可能となる。電磁クラッチ３４は、上述のように、自発的に電源４９をＯＦＦにした場合だけで無く、例えば、何らかの原因によって電力の供給が停止した場合でも解除される。このため、管路Ｐ内を走行中に何らかの原因で電力が供給されなくなって停止した場合でも、駆動ユニット２の回収を容易にさせる。
【００７６】
図１５、図１６は、それぞれ、この実施形態の第１、第２の変形例を示している。図１５に示すように、第１の変形例の管内走行装置５０は、推進手段５１として、上述と同様の推進機構と同様の機構を有する３つ推進機構５２、５３、５４を備えている。図１５（ｂ）に示すように、これらの推進機構５２、５３、５４は、それぞれ、板バネ５２ａ、５３ａ、５４ａを、中心軸Ｌを中心として正面視略等角度で放射状に側方Ｓに同時に張り出すことが可能である。また、図１６に示すように、第２の変形例の管内走行装置６０では、推進手段６１として、４つの推進機構６２、６３、６４、６５を備えていて、それぞれ、板バネ６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａを、中心軸Ｌを中心として正面視略等角度で放射状に側方Ｓに同時に張り出すことが可能である。
【００７７】
これらの管内走行装置５０、６０では、フレーム５に推進力を与える推進機構を増やすことで、推進力を増大させることができる。また、推進機構が正面視略等角度で放射状に側方Ｓに同時に張り出すことが可能であることで、周囲の壁面Ｐ１を均一に押圧することができ、管路Ｐ内での走行直進性を向上することができる。
【００７８】
図１７から図１９は、この実施形態における第３の変形例を示していて、鉛直に配設された管路Ｒを走行する場合について示している。この変形例の管内走行装置７０は、２つの推進手段７１、７４を備えている。図１７（ａ）に示すように、一方の推進手段７１は、正面視略対向して、それぞれ板バネ７２ａ、７３ａを同時に張り出すことが可能な２つの推進機構７２、７３を備えている。また、他方の推進手段７４も同様に、正面視略対向して、それぞれ板バネ７５ａ、７６ａを同時に張り出すことが可能な２つの推進機構７５、７６を備えている。そして、２つの推進手段７１、７４は、推進運動と復帰運動とのサイクルが逆転しており、一方が推進運動を行っている際に、他方は復帰運動を行うように設定されている。すなわち、図１７に示すように、推進手段７１の推進機構７２、７３が推進運動を行っている際に、推進手段７４の推進機構７５、７６は、復帰運動を行っている。次に、図１８に示すように、推進手段７１の推進機構７２、７３の推進運動が終了する直前に推進手段７４の推進機構７５、７６の推進運動が開始し、壁面Ｒ１を押圧し始める。次に、図１９に示すように、推進手段７１の推進機構７２、７３が復帰運動を行うとともに、推進手段７４の推進機構７５、７６が推進運動を行う。
【００７９】
このように管内走行装置７０は、２つの推進手段７１、７４が交互に推進運動と復帰運動を繰り返すことで、常にいずれかの推進機構が壁面Ｒ１を押圧することができる。このため、鉛直に配設された管路Ｒ、あるいは勾配を有する管路などでも、重力に対向して常に推進力を与えることで、走行することを可能とさせる。
【００８０】
図２０は、この実施形態における第４の変形例を示している。この変形例の管内走行装置８０は、第３の変形例同様に交互に推進運動と復帰運動を繰り返す２つの推進手段８１、８５を備えている。推進手段８１は、３つの推進機構８２、８３、８４を備えていて、正面視略等角度で放射状に張り出し可能に設けられている。同様に、推進手段８５も、３つ推進機構８６、８７、８８を備えていて、正面視略等角度で放射状に張り出し可能に設けられている。このような管内走行装置８０では、各推進手段８１、８５の推進機構を増設することによって、第３の変形例の管内走行装置に比べて推進力をさらに増大させて、走行性能をさらに高めることができる。
【００８１】
図２１は、この実施形態における第５の変形例を示している。この変形例の管内走行装置９０は、３つの推進手段９１、９４、９７を備えている。推進手段９１は、正面視略対向して２つの推進機構９２、９３を備えている。また、同様に推進手段９４は、推進機構９５、９６を、推進手段９７は、推進機構９８、９９を備えている。そして、推進手段９１、９４、９７は、推進運動及び復帰運動を順に繰り返すように設定されている。このような管内走行装置９０では、３つの推進手段とすることで、２つの以上の推進運動を重複して行うことができるので、推進力をより連続的に与えて走行することができる。
【００８２】
（第２の実施形態）
図２２から図２４は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８３】
図２２、図２３に示すように、この実施形態の管内走行装置１００は、駆動ユニットとして、前端部１０１ａから後端部１０１ｂへ進行方向Ａに配設されたフレーム１０１と、フレーム１０１に設けられ、フレーム１０１に進行方向Ａへ推進力を与える推進機構１１０、１３０を有する推進手段１０２と、推進機構１１０、１３０をそれぞれ駆動する駆動機構１１１、１３１とを備える。なお、第一の実施形態同様に、管内走行装置１００は、開口部４ｃを有する本体カバー４を備えるが、省略している。
【００８４】
推進機構１１０は、前部アーム１２及び後部アーム１３と、板バネ１４とを備える。前部アーム１２及び後部アーム１３は、フレーム１０１の前端部１０１ａ及び後端部１０１ｂのそれぞれに、基端１２ａ、１３ａが回転可能に軸着されている。また、板バネ１４は、前端１４ａ及び後端１４ｂのそれぞれが前部アーム１２及び後部アーム１３に回転可能に取り付けられている。図２３に示すように、駆動機構１１１は、回転駆動部であるＤＣモータ１１２と、電磁クラッチ３４を介してＤＣモータ１１２によって回転駆動される駆動ギア１１３とを備える。これらは、図示しない冶具によってフレーム１０１に固定されている。また、駆動機構１１１は、フレーム１０１に回転可能に軸着された従動ギア１１４を備える。従動ギア１１４は、駆動ギア１１３と噛み合っており、ＤＣモータ１１２の駆動によって回転可能である。また、従動ギア１１４の同軸上には、従動ギア１１４とともに回転可能に、略円板上の前部ロータ１１５及び後部ロータ１１６が設けられている。
【００８５】
図２２に示すように、前部アーム１２の基端１２ａ及び後部アーム１３の基端１３ａのそれぞれには、前部アーム１２、後部アーム１３のそれぞれとともに回転可能に、揺動リンク部材１１７、１１８が設けられている。また、前部アーム１２の揺動リンク部材１１７と、前部ロータ１１５とは、連接リンク部材１１９で接続されている。連接リンク部材１１９は、一端１１９ａが、揺動リンク部材１１７の先端１１７ａに回転可能に取り付けられているとともに、他端１１９ｂが前部ロータ１１５の外周部において回転可能に取り付けられている。すなわち、フレーム１０１を固定リンク、前部ロータ１１５を回転リンク、連接リンク部材１１９を連接リンク、及び、揺動リンク部材１１７を揺動リンクとした四リンク列が構成されていて、前部ロータ１１５の回転によって、前部アーム１２を往復回転させることが可能である。なお、前部アーム１２は、連接リンク部材１１９の他端１１９ｂが前部ロータ１１５の回転に伴って、最も前方Ｆ側に位置する時に、中心軸Ｌと略平行に先端１２ｃがフレーム１０１に対して前方Ｆへ配設された状態、すなわち、回転角度θＦ１が０度となるように、各部材長が設定されている。また、連接リンク部材１１９の他端１１９ｂが最も後方Ｂ側に位置する時に、先端１２ｃがフレーム１０１に対して側方Ｓへ配設された状態まで回転し、回転角度θＦ１が最大値で６０度を示すように、各部材長が設定されている。
【００８６】
また同様に、後部アーム１３の揺動リンク部材１１８と、後部ロータ１１６とは、連接リンク部材１２０で接続されている。連接リンク部材１２０は、一端１２０ａが、揺動リンク部材１１８の先端１１８ａに回転可能に取り付けられているとともに、他端１２０ｂが前部ロータ１１６の外周部において回転可能に取り付けられている。すなわち、フレーム１０１を固定リンク、後部ロータ１１６を回転リンク、連接リンク部材１２０を連接リンク、及び、揺動リンク部材１１８を揺動リンクとした四リンク列が構成されていて、後部ロータ１１６の回転によって、後部アーム１３を往復回転可能である。そして、後部アーム１３は、後部ロータ１１６の回転によって、連接リンク部材１２０の他端１２０ｂが最も後方Ｂに位置する状態から最も前方Ｆに位置する状態まで移動するのに伴って、回転角度θＢ１が０度から６０度まで変化するように、各部材長が設定されている。ここで、図２２に示すように、前部アーム１２に対応する連接リンク部材１１９の他端１１９ｂが前部ロータ１１５に取り付けられている位置と、後部アーム１３に対応する揺動リンク部材１２０の他端１２０ｂが取り付けられている位置とは、平面視、前部ロータ１１５及び後部ロータ１１６の回転中心を中心とした角度でΔφだけずれている。本実施形態においては、Δφを１２０度に設定している。すなわち、駆動機構１１１のＤＣモータ１１２の駆動によって、前部アーム１２と後部アーム１３は、１２０度の位相差をもって、回転角度θＦ１、θＢ１が０度から６０度となる回転範囲で往復回転を行うことになる。
【００８７】
図２２に示すように、推進機構１３０は、推進機構１１０と同様に、前部アーム２２及び後部アーム２３と、板バネ２４とを備える。駆動機構１３１は、駆動機構１１１と同様に、ＤＣモータ１３２、駆動ギア１３３、及び従動ギア１３４を備えている。また、従動ギア１３４と同軸上には、略板状の前部ロータ１３５及び後部ロータ１３６が従動ギア１３４とともに回転可能に設けられている。そして、フレーム１０１、前部ロータ１３５、前部アーム２２の基端２２ａに固定された揺動リンク部材１３７、及び一端１３９ａ及び他端１３９ｂが前部ロータ１３５と揺動リンク部材１３７のそれぞれに回転可能に取り付けられた連接リンク部材１３９によって、四リンク列が構成されていて、前部アーム２２は、回転角度θＦ２が０度から６０度となる回転範囲で往復回転可能である。さらに、フレーム１０１、後部ロータ１３６、後部アーム２３の基端２３ａに固定された揺動リンク部材１３８、及び後部ロータ１３６と揺動リンク部材１３８のそれぞれに回転可能に取り付けられた連接リンク部材１４０によって、四リンク列が設定されていて、後部アーム２３はθＢ２が０度から６０度となる回転範囲で往復回転可能である。そして、前部アーム２２に対応する連接リンク部材１３９の他端１３９ｂが前部ロータ１３５に取り付けられている位置と、後部アーム２３に対応する連接リンク部材１４０の他端１４０ｂが取り付けられている位置とは、平面視、前部ロータ１３５及び後部ロータ１３６の回転中心を中心とした角度でΔφだけずれていて、Δφは１２０度に設定されている。
【００８８】
すなわち、駆動機構１３１のＤＣモータ１３２の駆動によって、前部アーム２２と後部アーム２３は、１２０度の位相差をもって、各回転角度θＦ２、θＢ２が０度から６０度となる回転範囲で往復回転を行うことになる。また、駆動機構１１１、１３１のＤＣモータ１１２、１３２には、それぞれ、エンコーダ１１２ａ、１３２ａが設けられていて、回転角度の検出が可能である。また、ＤＣモータ１１２、１３２及びエンコーダ１１２ａ、１３２ａは、それぞれモータ制御回路６に接続されており、各エンコーダ１１２ａ、１３２ａによる検出結果に基づいて、モータ制御回路６の制御によって各々独立して駆動することが可能である。
【００８９】
次に、この実施形態の管内走行装置１００の作用について説明する。モータ制御回路６による制御のもと、各駆動機構１１１、１３１のＤＣモータ１１２、１３２の回転速度及び位相を略等しくして回転させることにより、中心軸Ｌに対して略対称に前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３を往復回転させて、第一の実施形態同様に管路Ｐ内を走行することが可能である。また、図２４に示すように、ＤＣモータ１１２、１３２の回転速度を略等しくするとともに、１８０度の位相差をもって回転させることで、推進機構１１０、１３０は、一方が推進運動を行っている際に、他方が復帰運動を行い、一方が復帰運動を行っている際に、他方が推進運動を行う。このため、２つの推進機構１１０、１３０によって、常に推進力を与えて走行させることができ、鉛直に配設された管路や勾配を有する管路などでも重力に対向して走行することが可能となる。また、図２５に示すように、駆動機構１１１、１３１のそれぞれのＤＣモータ１１２、１３２を異なる方向に回転駆動させることで、推進機構１１０、１３０の一方を前進するように推進運動を行わせ、他方を後退するように推進運動を行わせることができる。このようにすることで、管路Ｐ内の所定位置において静止した状態のまま、駆動ユニットの向きを回転させることができる。このため、屈曲している部分を走行する場合や、駆動ユニットの向きを変えて壁面Ｐ１を撮影手段７で直視したい場合などに有効である。また、ＤＣモータ１１２、１３２の回転速度を変えることで、湾曲した管路などにおいては、より円滑に走行することが可能となる。
【００９０】
（第３の実施形態）
図２６から図３０は、この発明に係る第３の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００９１】
図２６に示すように、この実施形態の管内走行装置１５０は、駆動ユニットとして、フレーム１０１と、推進機構１１０、１３０を有する推進手段１５１と、推進機構１１０、１３０を駆動する駆動機構１５２、１６２とを備える。なお、第一の実施形態同様に、管内走行装置１００は、開口部４ｃを有する本体カバー４を備えるが、省略している。推進機構１１０、１３０の前部アーム１２、２２には、基端１２ａ、２２ａおいて、互いに噛み合うアームギア１２ｂ、２２ｂが設けられていて、協働して回転可能である。同様に後部アーム１３、２３にも、基端１３ａ、２３ａおいて、互いに噛み合うアームギア１３ｂ、２３ｂが設けられていて、協働して回転可能である。
【００９２】
また、駆動機構１５２は、フレーム１０１に設けられたサーボモータ１５３と、サーボモータ１５３によって回転可能な回転リンク部材１５４とを備える。サーボモータ１５３は、モータ制御回路６に接続されており、モータ制御回路６による制御のもと所定の回転速度、回転角度、回転範囲で回転リンク部材１５４を往復回転させることが可能である。また、駆動機構１５２は、前部アーム２２の基端２２ａにおいて前部アーム２２とともに回転可能に同軸に固定された揺動リンク部材１５５と、一端１５６ａが揺動リンク部材１５５に回転可能に取り付けられているとともに、他端１５６ｂが回転リンク部材１５４の先端１５４ａに回転可能に取り付けられた連接リンク部材１５６とを備える。すなわち、駆動機構１５２は、フレーム１０１と、回転リンク部材１５４と、連接リンク部材１５６と、揺動リンク部材１５５とで四リンク列を構成し、サーボモータ１５３の往復回転によって推進機構１１０、１３０の前部アーム１２、２２を所定の回転速度、回転角度、回転範囲で往復回転させることが可能である。
【００９３】
同様に、駆動機構１６２は、フレーム１０１に設けられ、モータ制御回路６に接続されたサーボモータ１６３と、サーボモータ１６３によって回転可能な回転リンク部材１６４とを備える。そして、駆動機構１６２は、フレーム１０１と、回転リンク部材１６４と、後部アーム１３の基端１３ａとともに回転可能に固定された揺動リンク部材１６５と、一端１６６ａ及び他端１６６ｂのそれぞれで回転リンク部材１６４及び揺動リンク部材１６５の先端１６４ａ、１６５ａに回転可能に取り付けられた連接リンク部材１６６とで四リンク列を構成している。すなわち、サーボモータ１６３の往復回転によって推進機構１１０、１３０の後部アーム１３、２３を所定の回転速度、回転角度、回転範囲で往復回転させることが可能である。
【００９４】
次に、この実施形態の管内走行装置１５０の作用について説明する。図２７に示すように、まず、管路Ｐ内において、前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転角度θＦ１、θＦ２、θＢ１、θＢ２を０度となるようにサーボモータ１５３、１６３を回転させる。そして、推進運動として、この状態から後部アーム１３、２３と対応したサーボモータ１６３のみを所定の回転角度だけ回転させて、後部アーム１３、２３を側方Ｓへ回転させて、板バネ１４、２４を側方Ｓに張り出させて壁面Ｐ１を押圧させる。本実施形態では、この状態において回転角度θＢ１、θＢ２が６０度となるようにサーボモータ１６３を回転させている。次に、図２９及び図３０に示すように、サーボモータ１５３、１６３を駆動して、前部アーム１２、２２を回転角度θＦ１、θＦ２が０度から６０度となるまで、後部アーム１３、２３を回転角度θＢ１、θＢ２が６０度から０度となるまで、略等しい回転速度で回転させる。このようにすることで、板バネ１４、２４は張り出し量Ｔを略一定として、フレーム５に対して相対的に前方Ｆから後方Ｂへ移動する。このため、フレーム１０１は、推進機構１１０、１３０から推進力を受けて、進行方向Ａへ走行することができる。次に、復帰運動として、サーボモータ１５３のみを駆動して、前部アーム１２、２２を回転角度θＦ１、θＦ２が６０度から０度となるまで回転させることで、図２７に示す初期状態に戻って、再度推進運動を行うことができるようになる。
【００９５】
以上のように、２つの回転駆動部であるサーボモータ１５３、１６３と、制御部であるモータ制御回路６によって前部アーム１２、２２と、後部アーム１３、２３とを独立して往復回転させることでも、推進機構１１０、１３０に推進運動と往復運動を繰り返させて走行することができる。また、回転駆動部がサーボモータ１５３、１６３であることで、自在に回転速度、回転角度、回転範囲を設定することが可能である。このため、前部アーム１２、２２及び後部アーム１３、２３の回転速度、回転角度、回転範囲を調整して、推進運動におけるストローク量や、板バネ１４、２４による壁面Ｐ１の押圧力を設定することができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
図３１から図３７は、この発明に係る第４の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００９７】
図３１及び図３２に示すように、この実施形態の管内走行装置２００は、駆動ユニットとして、フレーム１０１と、対をなす推進機構２１０、２２０を有する推進手段２０１と、推進機構２１０、２２０を駆動する駆動機構２３０、２４０とを備える。推進機構２１０は、前部アーム２１１及び後部アーム２１２と、前端２１３ａが前部アーム２１１の先端２１１ａに、後端２１３ｂが後部アーム２１２の先端２１２ａにそれぞれ回転可能に取り付けられた板バネ２１３とを備える。推進機構２２０も同様に、前部アーム２２１及び後部アーム２２２と、板バネ２２３とを備える。推進機構２１０、２２０の前部アーム２１１、２２１同士は、フレーム１０１の前端部１０１ａにおいて、中心軸Ｌ上の回転中心Ｏ１でそれぞれ回転可能に軸着されている。また、前部アーム２１１、２２１は、回転中心Ｏ１よりもさらに基端側へ、それぞれ略等しい長さだけ延出されたリンク部２１１ｂ、２２１ｂを有している。同様に、後部アーム２１２、２２２同士は、フレーム１０１の後端部１０１ｂにおいて、中心軸Ｌ上の回転中心Ｏ２でそれぞれ回転可能に軸着されている。また、後部アーム２１２、２２２は、回転中心Ｏ２よりもさらに基端側へ、それぞれ略等しい長さだけ延出されたリンク部２１２ｂ、２２２ｂを有している。
【００９８】
また、駆動機構２３０は、回転駆動部であり、往復回転可能な駆動ギア２３１ａを有するサーボモータ２３１と、中心軸Ｌ上に延設された直動軸２３２とを備える。直動軸２３２には、送りネジ２３２ａが形成されており、サーボモータ２３１の駆動ギア２３１ａと噛み合っている。また、駆動機構２３０は、一端２３３ａ、２３４ａが推進機構２１０、２２０の各前部アーム２１１、２２１の基端２１１ｃ、２２１ｃにそれぞれ回転可能に取り付けられた二つの揺動部材２３３、２３４を備える。揺動部材２３３、２３４は、他端２３３ｂ、２３４ｂにおいて、互いに回転可能に取り付けられている。そして、揺動部材２３３、２３４の部材長は、前部アーム２１１、２２１のリンク部２１１ｂ、２２１ｂと略等しく設定されており、揺動部材２３３、２３４と、リンク部２１１ｂ、２２１ｂとで、パンタグラフが構成されている。すなわち、サーボモータ２３１を駆動することによって、駆動ギア２３１ａが往復回転するのに伴って、直動軸２３２は進行方向Ａに進退することが可能であり、直動軸２３２が進出することによって、揺動部材２３３、２３４の他端２３３ｂ、２３４ｂを押圧し、前部アーム２１１、２２１をそれぞれ側方Ｓへ回転させることが可能である。また、図３３に示すように、直動軸２３２を後退させることによって、前部アーム２１１、２２１は、対応する板バネ２１３、２２３の復元力が作用して、先端がフレーム１０１に対して前方Ｆへ配設された状態まで回転することが可能である。
【００９９】
同様に駆動機構２４０も、駆動ギアを有するサーボモータ２４１と、中心軸Ｌ上に延設され、送りネジが形成されるとともに、サーボモータ２４１の駆動ギアと噛み合う直動軸２４２を備える。また、後部アーム２１２、２２２の基端２１２ｃ、２２２ｃには、それぞれ略等しい部材長を有する揺動部材２４３、２４４の一端２４３ａ、２４４ａが回転可能に取り付けられており、揺動部材２４３、２４４同士も他端２４３ｂ、２４４ｂで回転可能に取り付けられている。すなわち、サーボモータ２４１を駆動することによって、直動軸２４２は進行方向Ａに進退することが可能であり、これによって後部アーム２１２、２２２を先端がフレーム１０１に対して後方Ｂへ配設された状態から側方Ｓへ配設された状態まで往復回転させることが可能である。このため、駆動機構２３０、２４０を駆動させることにより、各推進機構２１０、２２０の前部アーム２１１、２２１及び後部アーム２１２、２２２を協働して往復回転させて、推進運動及び往復運動を繰り返して走行することが可能である。
【０１００】
また、図３４に示すように、各駆動機構２３０、２４０のサーボモータ２３１、２４１には、それぞれ回転角度を検出可能なエンコーダ２３１ｂ、２４１ｂが設けられている。サーボモータ２３１、２４１及びエンコーダ２３１ｂ、２４１ｂは、それぞれモータ制御回路６に接続されている。このため、サーボモータ２３１、２４１は、エンコーダ２３１ｂ、２４１ｂの検出結果に基づいて、モータ制御回路６の制御で、各々独立して回転速度、回転範囲を設定して回転駆動することが可能である。
【０１０１】
また、図３１及び図３４に示すように、推進機構２１０、２２０及び駆動機構２３０、２４０の構成部材には、各構成部材に生じる歪みを検出可能な壁反力検出センサ２０２が設けられている。より詳しくは、壁反力検出センサ２０２は、推進機構２１０、２２０において、前部アーム２１１、２２１の各先端２１１ａ、２２１ａ、並びに、後部アーム２１２、２２２の各先端２２２ａ、２２２ａにそれぞれ設けられたアーム部センサ２０３と、駆動機構２３０、２４０の直動軸２３２、２４２に設けられた軸部センサ２０４とで構成されている。図３４に示すように、これらの壁反力検出センサ２０２での検出結果は、センサ信号処理回路２０５で信号化され、通信回路６ａを介して制御装置４０へ送信することが可能である。制御装置４０へ送信された壁反力検出センサ２０２の検出結果は、バス４２を介してＣＰＵ４３に入力され、ＣＰＵ４３は、この検出結果に基づいて、駆動ユニットの各推進機構２１０、２２０が最適な押圧力で壁面Ｐ１を押圧して推進運動を行うことができるように、サーボモータ２３１、２４１を制御することが可能である。以下、壁反力検出センサ２０２の検出結果に基づく制御の詳細について説明する。
【０１０２】
図３５に示すように、推進運動時において、推進機構２１０、２２０の板バネ２１３、２２３は、前部アーム２１１、２２１と後部アーム２１２、２２２との位置関係に応じて、張り出し量Ｔで側方Ｓへ張り出す。図３６に示すように、各推進機構２１０、２２０の張り出し量Ｔは、それぞれ、前部アーム２１１、２２１の回転角度θＦと、後部アーム２１２、２２２の回転角度θＢとの回転角度の和ｆ（θＦ、θＢ）に応じて大きくなる。そして、管路Ｐの半径Ｒｐよりも張り出し量Ｔが大きくなることで、その差分だけ板バネ２１３、２２３に弾性的に撓みεが生じて壁面Ｐ１を押圧し、また、その反力が推進機構２１０、２２０に伝達されて、各構成部材の歪みとして壁反力検出センサ２０２で検出される。なお、壁反力検出センサ２０２が、アーム部センサ２０３と、軸部センサ２０４とで構成されていることで、四方に作用する押圧力を詳細に解析することが可能である。
【０１０３】
すなわち、図３７に示すように、制御装置４０のＣＰＵ４３は、壁反力センサ２０２の検出結果に基づいて、板バネ２１３、２２３の撓みεを算定する。そして、ＣＰＵ４３は、この撓みεが予め設定された上限値εｍａｘよりも大きい場合（例えば、図３６において、回転角度の和ｆ２で、撓みε２が生じている場合）には、壁面Ｐ１に作用する押圧力が必要以上に大きいと判断して、モータ制御回路６を介してサーボモータ２３１、２４１を制御して、撓みεが上限値εｍａｘ以下となるように、回転角度の和ｆ（θＦ、θＢ）を小さくさせる。さらに、撓みεが予め設定された下限値εｍｉｎよりも小さい場合（例えば、図３６において、回転角度の和ｆ１で、撓みε１が生じている場合）には、押圧力が小さくて適切な推進力を与えることができないので、モータ制御回路６を介してサーボモータ２３１、２４１を制御して、撓みεが下限値εｍｉｎ以上となるように、回転角度の和ｆ（θＦ、θＢ）を大きくさせる。
【０１０４】
以上のように、推進運動時に壁反力検出センサ２０２で検出される推進機構２１０、２２０及び駆動機構２３０、２４０の各構成部材に生じる歪みに基づいて、板バネ２１３、２２３の撓みεを算定し、この撓みεが所定の範囲となるように回転角度の和ｆ（θＦ、θＢ）を調整することで、壁面Ｐ１を押圧する力を最適なものとして効率良くフレーム１０１に推進力を与えて走行することができる。
【０１０５】
なお、壁反力センサ２０２は、推進機構２１０、２２０及び駆動機構２３０、２４０にアーム部センサ２０３及び軸部センサ２０４として複数設けられるものとしたがこれに限るものではない。推進機構２１０、２２０または駆動機構２３０、２４０の構成部材の少なくとも一つ設けられていれば、検出結果に基づいて撓みεを算定することが可能である。また、壁反力検出センサ２０２は、歪みセンサであるとしたが、応力を検出可能なものとしても良い。さらには、壁反力センサ２０２に代わって、回転駆動部であるサーボモータ２３１、２４１の電流値を検出する電流計などの電流検出手段を備えるものとしても良い。サーボモータ２３１、２４１のトルクは、壁面Ｐ１からの反力が増大することによって大きくなるので、これと対応して電流値も大きくなる。このため、サーボモータ２３１、２４１の電流値を検出することによっても同様の効果を期待することができる。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【０１０７】
なお、各実施形態においては、推進機構の前部アーム及び後部アームの回転範囲、位相差について具体例を示したが、これらは各種設定可能なものである。また、駆動ユニットと制御装置は、ケーブルによって接続されているものとしたが、別途通信手段を設けて無線によって送受信可能なものとしても良い。また、駆動ユニットに搭載されたモータ制御回路のみで、予め設定された走行速度で自動的に走行するものとしても良い。また、推進機構の当接部材である板バネには、当接部としてゴムで形成された摩擦板が設けられているものとしたが、これに限るものでは無い。壁面に板バネを押圧した際に、板バネに効果的に摩擦力を作用させることが可能なものであれば良く、例えば、板バネの壁面と相対する面に粗面が形成されているなど、摩擦力を増大させる滑り止め処理が施されていれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】この発明の第１の実施形態の管内走行装置（駆動ユニット）の全体図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の管内走行装置（駆動ユニット）の内部機構を示した詳細図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の管内走行装置のブロック図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の駆動機構の断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図９】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が障害物を有する管路を走行する説明図である。
【図１３】この発明の第１の実施形態の管内走行装置が障害物を有する管路を走行する説明図である。
【図１４】この発明の第１の実施形態の管内走行装置を管路から回収する際の説明図である。
【図１５】この発明の第１の実施形態の第１の変形例の管内走行装置の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図１６】この発明の第１の実施形態の第２の変形例の管内走行装置の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図１７】この発明の第１の実施形態の第３の変形例の管内走行装置の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図１８】この発明の第１の実施形態の第３の変形例の管内走行装置の走行について説明する（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図１９】この発明の第１の実施形態の第３の変形例の管内走行装置の走行について説明する（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図２０】この発明の第１の実施形態の第４の変形例の管内走行装置の正面図である。
【図２１】この発明の第１の実施形態の第５の変形例の管内走行装置の正面図である。
【図２２】この発明の第２の実施形態の管内走行装置の内部機構を示した全体図である。
【図２３】この発明の第２の実施形態の管内走行装置の断面図である。
【図２４】この発明の第２の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図２５】この発明の第２の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図２６】この発明の第３の実施形態の管内走行装置の内部機構を示した全体図である。
【図２７】この発明の第３の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図２８】この発明の第３の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図２９】この発明の第３の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図３０】この発明の第３の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図３１】この発明の第４の実施形態の管内走行装置の内部機構を示した全体図である。
【図３２】この発明の第４の実施形態の管内走行装置の断面図である。
【図３３】この発明の第４の実施形態の管内走行装置の内部機構を示した全体図である。
【図３４】この発明の第４の実施形態の管内走行装置のブロック図である。
【図３５】この発明の第４の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。
【図３６】この発明の第４の実施形態の板バネの撓みと張り出し量との関係を示したグラフである。
【図３７】この発明の第４の実施形態の管内走行装置の壁反力検出センサの検出結果に基づく制御について説明するフロー図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００  管内走行装置
４  本体カバー
４ｃ  開口部
５、１０１  フレーム
６  モータ制御回路（制御部）
７  撮影手段
１０、５１、６１、７１、７４、８１、８５、９１、９４、９７、１０２、１５１、２０１  推進手段
１１、２１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４、６５、７２、７３、７５、７６、８２、８３、８４、８６、８７、８８、９２、９３、９５、９６、９８、９９、１１０、１３０、２１０、２２０  推進機構
３０、１１１、１３１、１５２、１６２、２３０、２４０  駆動機構
１２、２２、２１１、２２１  前部アーム
１３、２３、２１２、２２２  後部アーム
１４、２４、５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａ、７２ａ、７３ａ、７５ａ、７６ａ、２１３、２２３  板バネ（当接部材）
１４ｃ、２４ｃ  摩擦板（当接部）
３１、１１２、１３２  ＤＣモータ（回転駆動部）
３２  第一ギア（回転リンク部材）
３３  第二ギア（回転リンク部材）
３４  電磁クラッチ
３５  第一連接リンク部材
３６  第一揺動リンク部材
３７  第二連接リンク部材
３８  第二揺動リンク部材
４０  制御装置（制御部）
１１５、１３５  前部ロータ（回転リンク部材）
１１６、１３６  後部ロータ（回転リンク部材）
１１７、１１８、１３７、１３８、１５５、１６５  揺動リンク部材
１１９、１２０、１３９、１４０、１５６、１６６  連接リンク部材
１５３、１６３、２３１、２４１  サーボモータ（回転駆動部）
１５４、１６２  回転リンク部材
２０２  壁反力検出センサ
２３２、２４２  直動軸
２３３、２３４、２４３、２４４  揺動部材
Ａ  進行方向
Ｂ  後方
Ｆ  前方
Ｌ  中心軸
Ｐ、Ｒ  管路
Ｐ１Ｒ１  壁面
Ｓ  側方
【図１】
2007276653.tif 000003
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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